Modul 3

SOAL PRE TEST

MODUL 3.

Petunjuk :

Kerjakan semua soal pretest ini sebagai syarat untuk mempelajari modul I

1. Jelaskan proses penyalaan (ignition) pada motor bensin ?

2. Bagaimana cara arus tegangan tinggi dibangkitkan untuk menghasilkan loncatan bunga api untuk menyalakan campuran bahan bakar – udara ?

3. Jelaskan fungsi busi yang dipakai pada motor bensin ? kemudian jelaskan perbedaan antara busi panas dan busi dingin ?

4. Jelaskan proses terjadinya pembakaran bahan bakar dalam silinder pada motor bensin ?

5. Apa yang dimaksud dengan detonasi, dan mengapa terjadinya detonasi ?

6. Jelaskan sistem bahan bakar pada motor bensin ?

7. Mengapa pendinginan itu diperlukan pada mobil atau motor serta bagian mana yang perlu di dinginkan ?

8. Apa yang dimaksud dengan daya indicator dan daya efektif ?

9. Bagaimana proses terjadinya daya pada sebuah mesin ?

10. Jelaskan tiga kemungkinan untuk meningkatkan daya motor ?

Keterangan:

Soal pretest ini berguna untuk mengukur tingkat pemahaman awal para mahasiswa sebelum mempelajari modul 3.

MODUL 3. MOTOR BAKAR BENSIN II

Tujuan Instruksional khusus (TIK) :

Setelah mempelajari bab ini anda mahasiswa diharapkan dapat :.

1. Menjelaskan proses penyalaan (ignition) dan bagian-bagiannya pada motor bensin

2. Menjelaskan proses terjadinya pembakaran di dalam silinder dan permasalannya pada motor bensin

3. Menjelaskan sistem bahan bakar motor bensin dan komponen-komponennya

4. Menjelaskan fungsi sistem pendingin dan siklusnya serta jenis-jenis media pendingin.

5. Dapat menyebutkan perbedaan antara daya indikator dan daya efektif serta proses untuk menghasilkannya.

6. Menjelaskan tentang perbedaan daya yang dihasilkan oleh motor bensin 2 tak dengan motor bensin 4 tak.

7. Melakukan perhitungan daya indikator dan daya efektif motor bensin 2 tak dan motor bensin 4 tak

8. Menjelaskan cara mempertinggi daya motor serta metode-metode yang dapat dilakukan untuk maksud tersebut.

3.1. PENYALAAN (IGNITION)

Campuran gas dalam ruang bakar motor bensin dibakar dengan bunga api yang meloncat antara dua elektroda sebuah busi. Ujung kedua elektroda tersebut saling berhadapan, yang dipisahkan oleh sebuah ruang sela selebar ± 0,5 mm. Arus listrik tegangan tinggi dapat meloncat antara elektroda, membentuk bunga api yang biru. Tegangan listrik yang dipergunakan biasanya sekitar 10.000 volt, arus rata. Bila di udara tegangan 5.000 Volt sudah dapat menimbulkan bunga api, namun di lingkungan yang bertekanan tinggi, untuk membangkitkan bunga api memerlukan tegangan yang lebih tinggi.

Arus listrik tegangan tinggi tersebut dibangkitkan melalui sebuah coil, yang merupakan sebuah transformator khusus yang sanggup men-transformir tegangan 6 atau 12 Volt menjadi 10.000 Volt atau lebih. Makin besar ruang sela antara elektroda, makin besar pula tegangan yang diperlukan untuk terjadinya loncatan bunga api. Untuk membangkitkan loncatan bunga api listrik antara kedua elektroda busi diperlukan perbedaan tegangan yang cukup besar. Besarnya tegangan yang perlu dibangkitkan tergantung pada beberapa faktor berikut:

1. Perbandingan campuran bahan bakar – udara.

2. Kepadatan campuran bahan bakar – udara.

3. Jarak antara kedua elektroda serta bentuk elektroda.

4. Jumlah molekul campuran yang terdapat di antara kedua elektroda dan

5. Temperatur campuran dan kondisi operasi yang lain.

Skematik sistem penyalaan ditunjukkan pada gambar 3 – 1 Di bawah ini yang menghasilkan arus listrik dengan voltase yang sangat tinggi untuk di transmisi ke busi melalui kawat ignition. Arus listrik pada tahap pertama mengalir ke distributor untuk di transmisi ke masing-masing busi tergantung dari berapa jumlah busi dalam waktu yang berbeda-beda antara satu busi dengan busi yang lain.

Gambar 3 – 1. Skematik sistem penyalaan (Ignition system)

Untuk menyalakan campuran bahan bakar – udara yang miskin diperlukan perbedaan tegangan yang relatif lebih besar bila dibandingkan untuk menyalakan campuran yang kaya. Sistem penyalaan pada kebanyakan motor bensin dapat memberikan energi penyalaan sebesar 20 mJ. Makin padat campuran bahan bakar – udara makin tinggi tegangan yang diperlukan untuk jarak elektroda yang sama. Karena itu diperlukan tegangan yang lebih tinggi bagi motor dengan perbandingan kompresi yang lebih besar.

Intensitas loncatan api listrik juga ditentukan oleh jarak antara kedua elektroda busi. Makin besar jarak elektroda busi makin besar pula perbedaan tegangan yang diperlukan untuk memperoleh intensitas api listrik yang sama. Jumlah minimum molekul yang harus ada di antara kedua elektroda pada waktu terjadi loncatan listrik sangat menentukan apakah penyalaan dapat berlangsung sebaik-baiknya. Karena jumlah molekul sangat tergantung pada perbandingan campuran, jumlah gas sisa, temperatur, dan kondisi operasi yang lain, yang selalu berubah-ubah. Maka, dengan memperbesar jarak elektroda kita harapkan jumlah minimum itu dapat dicapai walaupun keadaan operasinya berubah-ubah.

Jarak elektroda yang optimum adalah antara 0,5 – 0,8 mm. Selain itu letak busi didalam ruang bakar juga penting. Loncatan bunga api listrik tidak boleh terjadi di tempat lain kecuali di antara kedua elektroda busi. Supaya campuran bahan bakar – udara mudah terbakar di antara kedua elektroda, tempat yang terbaik untuk busi ialah dekat kepada katup isap. Namun bila ditinjau dari kemungkinan terjadinya detonasi, sebaliknya busi ditempatkan pada bagian yang terpanas, misalnya dekat kepada kepada katup buang, maka posisi busi diletakkan diantara keduanya.

3.1.1. BUSI

Busi dalam motor bakar harus memenuhi persyaratan yang tinggi. Elektrodanya harus tahan panas dan korosi, dan bahan isolasinya harus tahan tekanan tinggi serta mudah menyalurkan panas dari elektroda ke badan mesin, dengan tetap berfungsi sebagai isolator. Gambar 3-2 memperlihatkan kontruksi sebuah busi. Kedua elektroda dipisahkan oleh isolator listrik agar loncatan listrik hanya terjadi di antara ujung elektroda saja. Bahan isolator itu haruslah memiliki tahanan listrik yang tinggi, tidak rapuh terhadap kejutan mekanik dan termal, merupakan konduktor panas yang baik serta tidak bereaksi kimia dengan gas pembakaran, banyak digunakan keramik dan mika serta isolator dari aluminium dan oksida silicon.

Gambar 3. 2. Kontruksi Busi dan Kedudukan Busi pada Mesin

(1) Bagian Ulir (2) Lokasi, (3) Paduan Nikel (4) Paduan Alumina, (5) Bagian Kosong (berisi tahanan), (6) Perapat, (7) Paking datar atau kerucut, (8) Celah elektroda.

Karena selalu dipasang pada dinding ruang bakar, busi itu menjadi panas setelah mesin berjalan cukup lama. Maka busi harus dibuat dari bahan yang tahan temperatur tinggi supaya jangan sampai cepat rusak, dan jangan menjadi terlalu panas, sehingga mengganggu proses pembakaran. Elektrodanya harus dibuat dari logam yang selain tahan temperatur tinggi, juga mempunyai konduktivitas yang baik serta tahan erosi dan korosi, misalnya logam campuran kromium-barium atau campuran logam platinum dengan tungsten atau iridium.

Busi hendaknya didinginkan dengan baik untuk mencegah penyalaan campuran bahan bakar – udara sebelum waktunya. Akan tetapi apabila isolator listrik dan elektroda terlalu dingin mudahlah terjadi kerak yang mengisi ruang sela keduu elektroda yang menghambat terjadinya loncatan listrik. Namun jika terlalu panas isolator listrik itu cepat rusak; atau membangkitkan penyalaan sebelum waktunya (prematur), yaitu sebelum terjadi loncatan listrik antara kedua elektroda busi.

Berdasarkan hal diatas, busi dapat dibagi dalam dua kelompok besar yaitu busi dingin dan busi panas diperlihatkan pada gambar 3 - 2. . Kedudukannya pada sebuah mesin menentukan busi mana yang cocok untuk dipergunakan. Untuk mesin dengan tekanan efektif rata-rata dan putaran serta daya tinggi sebaiknya dipergunakan busi dingin untuk mencegah penyalaan prematur dan panas mudah keluar. Sedangkan untuk operasi ringan lebih cocok digunakan busi panas untuk menjamin temperatur busi yang cukup tinggi sehingga semua kotoran yang menempel pada isolator dapat terbakar. Busi yang cocok harus ditentukan dalam praktek meskipun sebuah busi modern mempunyai daerah kerja yang cukup luas.

Gambar 3 – 2.

Busi dingin dan busi panas

3.2. PEMBAKARAN

Pembakaran adalah persenyawaan kimia yang cepat dari unsur-unsur dalam bahan bakar dengan oksigen dari udara. Hasil dari reaksi ini adalah panas, dan pada umumnya juga muncul api; skematik proses pembakaran tersebut ditunjukkan pada gambar 3 – 4 di bawah ini. Temperatur nyala atau titik nyala adalah temperatur terendah suatu bahan bakar cair, dimana uap yang dihasilkan dapat dinyalakan. Temperature bakar atau titik bakar adalah temperature terendah, dimana terjadinya penguapan bahan bakar cair yang begitu cepat sehingga proses pembakaran dapat terus berlangsung atau temperature terendah yang dapat menyebabkan gas yang terbentuk dapat menyala dengan sendirinya tanpa perantaraan cetus api.

Gambar 3.4.

Proses terjadinya pembakaran

Pada motor bensin, pembakaran diawali dengan loncatan api busi pada akhir langkah pemampatan. Pada keadaan biasa, ada dua tahapan pembakaran yaitu bagian yang tidak terbakar dan bagian yang terbakar, keduanya di batasi oleh api pembakaran. Pembakaran yang normal dan teratur lamanya kira-kira tiga milidetik (0.003 detik) yang menghasilkan tekanan yang teratur di dalam ruang bakar di atas piston. Bila suhu gas yang belum terbakar menjadi terlalu tinggi yang dikarenakan sesuatu hal, maka gas tersebut dapat terbakar dengan sendirinya dalam waktu yang sangat singkat kira 1/10 – 1/50 milidetik. Akibatnya tekanan di dalam ruang bakar menjadi tidak teratur sehingga terjadi gangguan keseimbangan.

Campuran bahan bakar – udara di dalam silinder motor bensin harus sesuai dengan syarat busi diatas, yaitu jangan terbakar sendiri. Ketika busi mengeluarkan api listrik, yaitu pada saat beberapa derajat engkol sebelum torak mencapai TMA, campuran bahan bakar – udara di sekitar itulah yang mula-mula terbakar. Kemudian nyala api merambat ke segala arah dengan kecepatan tinggi (25 – 50 m/detik), menyalakan campuran yang dilaluinya sehingga tekanan gas didalam silinder naik, sesuai dengan jumlah bahan bakar yang terbakar.

Sementara itu campuran dibagian yang terjauh dari busi masih menunggu giliran untuk terbakar. Akan tetapi ada kemungkinan bagian campuran tersebut, temperaturnya dapat melampaui temperatur penyalaan sendiri sehingga akan terbakar dengan cepatnya (meledak) karena terdesak oleh penekanan torak maupun oleh gerakan nyala api pembakaran yang merambat dengan cepat. Proses terbakar sendiri dari bagian campuran tesebut dinamai denotasi. Gambar 3 - 5 menunjukkan peristiwa denotasi di dalam silinder motor bensin.

Gambar 3 - 5

Peristiwa Detonasi dalam silinder

Tekanan didalam silinder tersebut dapat mencapai 130-200 kg/cm², dengan frekuensi getaran yang tinggi. Denotasi yang cukup berat menimbulkan suara gemelatik seperti bunyi pukulan palu pada dinding logam. Bunyi tersebut jelas terdengar pada mesin mobil atau sepeda motor. Akan tetapi pada mesin pesawat terbang jarang terdengar karena terkalahkan oleh bunyi gas pembakaran yang keluar dari mesin dan bunyi baling-baling.

Denotasi yang berulang-ulang dalam waktu yang cukup lama dapat merusak bagian ruang bakar, terutama bagian tepi dari kepala torak tempat detonasi terjadi. Disamping itu detonasi mengakibatkan bagian ruang bakar (misalnya busi atau kerak yang ada) sangat tinggi temperaturnya, sehingga dapat menyalakan campuran bahan bakar – udara sebelum waktunya (pranyala). Pranyala ini serupa dengan penyalaan yang terlalu dini. Sehingga dapat mengurangi daya dan efisiensi mesin, sedangkan tekanan maksimum gas pembakaran pun akan bertambah tinggi. Karena itu, detonasi yang dahsyat tidak dikehendaki dan harus dicegah. Seluruh campuran bahan bakar – udara harus dinyalakan oleh nyala api yang berasal dari busi. Berikut adalah beberapa cara yang bisa untuk mencegah detonasi:

1 Mengurangi tekanan dan temperatur bahan bakar – udara yang masuk ke dalam silinder

2 Mengurangai perbandingan kompresi

3 Memperlambat saat penyalaan

4 Memperkaya yaitu menaikkan perbandingan campuran bahan bakar–udara atau mempermiskin yaitu menurunkan campuran perbandingan campuran bahan bakar–udara dari suatu harga perbandingan campuran yang sangat mudah berdetonasi,misal F = 0,08.

5 Menaikkan kecepatan torak ( atau putaran poros engkol) untuk memperoleh arus turbulen pada campuran di dalam silinder yang mempercepat rambatan nyala api.

6 Memperkecil diameter torak untuk memperpendek jarak yang ditempuh oleh nyala api dari busi ke bagian yang terjauh. Hal ini bisa juga dicapai jika dipergunakan busi lebih dari satu.

7 Membuat konstruksi ruang bakar demikian rupa sehingga bagian yang ter jauh dari busi mendapat pendinginan yang lebih baik. Caranya ialah dengan memperbesar perbandingan antara luas permukaan dan volume sehingga diperoleh ruang yang sempit. Apabila detonasi itu terjadi juga, hanyalah dalam bagian yang kecil (jumlahnya) sehingga tidak membahayakan.

3.3. SISTEM BAHAN BAKAR

Didalam motor bensin selalu kita harapkan bahan bakar dan udara itu sudah bercampur dengan baik sebelum dinyalakan oleh busi. Banyak cara memperoleh campuran yang baik itu; disini hanya dibicarakan bagaimana bahan bakar dimasukkan di dalam arus udara yang mengalir di dalam saluran isap sebelum masuk kedalam silinder. Skema sistem penyaluran bahan bakar torak yang mempergunakan karburator ditunjukkan pada gambar 3.6.

Pompa bahan bakar (biasanya jenis positive displacement) mengalirkan bahan bakar dari tangki bahan bakar ke karburator untuk memenuhi jumlah bahan bakar yang harus tersedia di dalam karburator seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.7. Pompa ini terutama dipakai apabila letak tangki lebih rendah daripada karburator.

Gambar 3.6. Skematik sistem Bahan Bakar Motor Bensin

Gambar 3.7.

Pompa bahan bakar

Untuk membersihkan bahan bakar dari kotoran yang dapat mengganggu aliran atau menyumbat saluran bahan bakar, terutama saluran di dalam karburator, dipergunakan saringan. Sebelum masuk ke dalam silinder, udara mengalir melalui karburator yang mengatur pemasukan, pencampuran, dan pengabutan bahan bakar ke dalam arus udara sehingga diperoleh perbandingan campuran yang sesuai dengan keadaan beban dan kecepatan poros engkol.

Penyempurnaan percampuran bahan bakar – udara tersebut berlangsung, baik didalam saluran isap maupun di dalam silinder sebelum campuran itu terbakar. Campuran itu haruslah homogen serta perbandingannya sama untuk setiap silinder. Campuran yang kaya diperlukan dalam keadaan tanpa beban dan beban penuh, sedangkan campuran yang miskin dalam keadaan operasi normal.

3.3.1. KARBURATOR.

Karburator pada motor bensin berfungsi untuk mencampur bahan bakar bensin yang cair dengan udara pembakaran, sehingga terbentuk suatu campuran yang dapat dibakar. Suatu karburator sederhana seperti yang ditunjukkan pada gambar 3 - 8 berkerja dengan cara sebagai berikut : pada saat langkah isap, udara dari luar mengalir melalui saluran isap ke dalam ruang silinder dengan kecepatan tertentu. Pada saat melalui pengabut, kecepatan aliran udara yang masuk meningkat namun tekanannya menurun hingga ± 0,96 bar. Pada saat itu tekanan udara di dalam pelampung ± 1 bar, sehingga akibat perbedaan tekanan sebesar ± 0,04 bar, maka suatu pancaran bensin yang halus akan menyemprot dari mulut perecik ke dalam udara yang sedang mengalir. Dengan demikian akan menghasilkan suatu campuran antara bensin dengan udara yang di isap ke dalam ruang bakar pada saat langkah isap. Banyaknya minyak bensin di dalam ruang pelampung di atur oleh pelampung, yang membuka atau menutup katup jarum pada saluran masuknya

Gambar 3.8.

Karburator sederhana

Dalam pemakaian karburator tersebut, kadar campuran bensin dan udara akan bertambah bila beban ikut bertambah dan akan berkurang bila beban berkurang. Untuk mendapatkan hasil kerja yang maksimal dengan pemakaian bahan bakar yang sekecil mungkin, maka diperlukan suatu oerbandingan campuran yang tetap. Hal ini dapat dilakukan dengan cara pada karburator digunakan lebih dari satu perecik bensin, sehingga perbandingan campuran bahan bakar – udara dapat selalu dipertahankan.

3.4. PENDINGINAN

Gas pembakaran di dalam silinder dapat mencapai temperatur ± 2500 ⁰C, karena proses pembakaran yang terjadi berulang-ulang di dalam silinder, maka dinding silinder, kepala silinder, torak, katup dan beberapa bagian yang lain menjadi panas. Karena itulah bagian tersebut mendapat pendinginan yang cukup agar temperaturnya tetap berada dalam batas yang di izinkan sesuai dengan kekuatan material dan kondisi operasi yang baik.

Bila dipandang dari segi pemanfaatan energi panas hasil pembakaran, maka proses pendinginan itu merupakan suatu kerugian energi. Hal ini disebabkan hanya 25 – 40 % energi pembakaran yang diubah menjadi energi mekanik, sebanyak 20 – 25 % diserap oleh fluida pendingin, dan 40 – 50 % terbuang bersama gas buang. Namun pendinginan juga merupakan suatu kebutuhan yang utama bagi sebuah mesin agar mesin tersebut dapat bekerja maksimal. Bagian-bagian motor yang perlu mendapat pendinginan adalah:

1. Kepala silinder dan pelapis silinder.

2. Torak, ruang katup pembuangan dan saluan pembuangan pada motor daya menengah dan daya besar.

Gambar. 3 – 9. Blok silinder dan bagian-bagian yang perlu didinginkan pada mobil.

Radiator merupakan suatu alat untuk menyalurkan panas yang diserap oleh bahan pendingin dari motor kembali pada udara luar ditunjukkan pada gambar 3 – 10. Dengan demikian suhu bahan pendingin di dalam radiator akan menurun, sedangkan udara disekitarnya akan meningkatkan suhunya. Panas yang dapat diserap oleh bahan pendingin pada suatu motor tergantung dari

1. Jumlah bahan pendingin yang dialirkan (m³/h)

2. Kepadatan bahan pendingin

3. Peningkatan suhu dari air pendingin di dalam motor.

4. Panas jenis dari bahan pendingin.

Gambar 3 – 10.

Radiator dan komponen pendingin lainnya.

Skematik proses pendinginan pada motor dapat ditunjukkan pada gambar 3 – 11 dibawah ini yang menjelaskan posisi dari komponen sistem pendingin.

Gambar 3 – 11.

Skematik Sistem pendingin pada mobil

3.4.1. BAHAN PENDINGIN DAN CARA PENDINGINAN

Berdasarkan fluida pendingin yang digunakan, motor bakar dapat dibedakan menjadi motor bakar dengan pendingin air dan motor bakar dengan pendingin udara. Bahan-bahan pendingin yang banyak dipakai adalah:

1. UDARA

Udara adalah bahan pendingin yang buruk oleh karena 1 kg udara, atau kira-kira 0,77 m³ udara dari 1013 m bar hanya dapat menerima 1 kJ tiap derajat C. Panas jenis udara adalah ± 1 kJ/kg ⁰C. Oleh karena itu, bahan pendingin ini hanya dapat dipergunakan bila:

· Udara tersedia dalam jumlah besar

· Jumlah panas yang harus dikeluarkan terbatas, seperti pada motor yang berdaya kecil.

Pendinginan udara dipakai pada motor pesawat terbang, motor sepeda, motor kenderaan, dan motor stasoner berukuran kecil, dengan menggunakan kipas suatu pompa angin rotasi atau ventalitor seperti pada gambar 3.12.. Pada semua motor dengan pendingin udara silinder-silinder diperlengkapi dengan rusuk-rusuk pendingin. Rusuk-rusuk pendingin ini memperbesar luas yang dapat menyerahkan panas udara pendingin.

Gambar 3-12.

Sistem pendinginan dengan udara pada sepeda motor

1. AIR

Air adalah bahan pendingin yang paling baik, oleh karena air dapat menerima 4,2 kJ panas tiap kg ⁰C. Selain itu jumlah air yang mengalir di sekitar silinder dan sebagainya dapat lebih kecil dari jumlah udara; dimana 1 kg udara mempunyai isi sebesar 0,77 m³, sedangkan isi 1 kg air adalah 0,001 m³. Bila untuk mendorong air pendingin ke dinding yang harus didinginkan dilakukan dengan memakai pompa, maka disebut sirkulasi buatan atau sirkulasi paksa. Konstruksi sistem pendinginan dengan sirkulasi paksa dapat dilihat pada Gambar 3-13 yang merupakan suatu bagan sistem pendinginan pada motor kendaraan bermotor. Pompa air pendingin dengan kipas angin digerakkan bersamaan dengan tali kipas bentuk V dari poros engkol.

Gambar 3-13. Sistem sirkulasi pendinginan air.

Pompa air pendingin menerima air pendingin dari radiator dan mendesak air ini melalui saluran-saluran pendingin ke sekitar silinder kerja. Pada saat air mengalir melalui saluran itu air menerima panas dari dinding silinder. Air pendingin yang telah menjadi panas selanjutnya mengalir ke radiator. Radiator berguna untuk mendinginkan kembali air pendingin tersebut. Sirkulasi air pendingin pada motor yang panas ditunjukkan terlebih dahulu silinder didinginkan dengan air bertemperatur rendah. Dengan demikian, kenaikan temperatur silinder secara cepat dapat dicegah.

Lebih cepat dinding silinder mencapai temperatur kerja, lebih berkurang keausan silinder dan torak. Jika terdapat perbedaan temperatur yang besar antara dinding silinder dan air pendingin, bisa terjadi tegangan-tegangan panas. Untuk menghindarkan kesukaran ini katup termostat ditempatkan dalam saluran buang ke radiator dan kadang-kadang dipasang suatu katup hubung singkat dalam saluran hubung singkat.

Termostat adalah suatu bejana berbentuk ubub yang sebagian diisi dengan bahan cair yang pada pemanasan, tekanan uap jenuhnya naik dengan cepat. Pada motor yang dingin tekanan uapnya turun dan gaya pegas ubub menarik katup thermostat sehingga tertutup. Bila sekarang motor dijalankan, maka air pendingin langsung mengalir kembali ke bagian isap dari pompa oleh karena katup termostat tertutup dan katup hubung singkat membuka. Dengan cara ini sebagian kecil air pendingin beredar melalui saluran pendingin yang tidak didinginkan kembali. Oleh karena itu, temperatur naik dengan cepat. Juga tekanan uap dalam ubub naik dan katup termostat membuka. Oleh pemegasan, katup hubung singkat menutup dan pompa air pendingin mengalirkan air pendingin melalui radiator.

Termostat memegang peranan utama untuk menaikkan suhu mesin secara cepat serta mempetahankannya tetap konstan; kontruksinya ditunjukkan oleh gambar 3 – 14. Pada temperatur rendah, radiator tertutup sehingga air pendingn dari dalam mesin tidak bisa menagalir ke radiator sehingga mesin akan cepat mencapai suhu normal operasi. Namun bila suhu mesin mencapai 180 – 195 F (atau 82 – 91 C) maka termostat akan mulai membuka, dan pada saat suhu mesin mencapai 200 – 218 F (atau 93 – 103 C) termostat akan membuku secara penuh, sehingga air pendingin dari mesin akan mengalir ke radiator untuk pendinginan.

Gambar 3-14.

Posisi termostat

3. Minyak

Minyak lumas biasa dapat juga dipergunakan untuk pendinginan. Akan tetapi, minyak hanya dapat menerima 1,7 kJ tiap kg tiap ⁰C sehingga dibandingkan dengan air, harus lebih banyak minyak beredar untuk mengeluarkan jumlah panas yang sama

3.5. DAYA MOTOR

Daya motor adalah besarnya kerja motor selama waktu tertentu, dengan satuan watt atau kilowatt. Untuk menghitung besarnya daya, kita harus mengetahui tekanan rata-rata dalam silinder selama langkah kerja (gambar 3.15). Besarnya tekanan rata-rata motor bensin empat-langkah adalah sekitar 6-9 MPa. Sementara untuk motor diesel empat-langkah adalah sekitar 5-8 MPa. Daya indicator adalah daya yang dihasilkan oleh pembakaran di dalam silinder. Sedangkan daya efektif adalah Daya efektif adalah pengertian yang dipakai untuk menyatakan daya yang keluar dari poros mesin, yang diukur dengan alat dynamo rem.

Gambar 3.15.

Langkah kerja motor bensin 4 tak

Untuk menghitung gaya yang bekerja pada piston, tekanan rata-rata dalam selinder harus dikalikan dengan luas piston yaitu :(P_i x A). Gaya tersebut dinyatakan dalam Newton, bila tekanan dinyatakan dengan pascal dan luasnya dalam m². Mengingat bahwa dayanya ditentukan dalam N.m/s (J/s = Watt). Maka gaya tadi masih harus dikalikan dengan panjang langkah piston dalam meter dan frekuensi putarnya. Dengan demikian, rumus untuk daya menjadi:

P_i = p_i . A . s . n ………………………………………………………………. (3.1)

Pada motor empat-langkah, tiap dua kali putaran poros engkol terjadi sekali langkah kerja. Maka rumus untuk motor empat langkah adalah

P_i = ……………………………………………………………. (3.2)

Untuk motor dua langkah tiap putaran satu kali kerja rumusnya menjadi

P_i = ………………………………………………………… (3.3)

Keterangan rumus :

P_i = Daya indicator dalam watt

P_i = Tekanan rata-rata indicator dalam paskal (N/m²)

A = Luas piston dalam m²

s = Langkah piston dalam m

n = Frekuensi putar dlam hertz (Hz)

η_m = Efisiensi

Daya yang dihitung dengan cara demikian adalah daya indicator karena didasarkan atas tekanan rata-rata untuk mendapatkan daya efektif, maka daya indicator masih harus dikalikan dengan efisiensi mekanisnya

P_e = η_m . P_. ………………………………………………………………… (3.4)

Sehingga tekanan efektif rata-rata menjadi :

P_e = η_m x p_{i …………………………………………………………………………………………………………} (3.5)

Tekanan rata-rata motor dua-langkah adalah kira-kira 0,7 x dari motor empat-langkah . Pada tekanan silinder yang sama dan frekuensi putar yang sama maka tenaga motor dua-langkah adalah 0,7 x 2 = 1,4 lebih besar dari pada motor empat-langkah. Bila jumlah silinder dinyatakan dengan z, maka besarnya daya efektif menjadi:

· Motor empat-langkah : P_e = . z (watt) …………………….. (3.6)

· Motor dua-langkah : P_e = p_e . A . s . n . z (watt) ………………… (3.7)

3.6. FAKTOR-FAKTOR YANG MENENTUKAN BESARNYA DAYA MOTOR

Daya motor dapat dipertinggi dangan memperbesar volume langkahnya dan dengan mempertinggi daya spesifik. Daya spesifik dapat di tingkatkan dengan cara berikut ini:

1. Mempertinggi tekanan efektif rata-rata.

2. Mempertinggi frekwensi putar.

Beberapa metode yang dapat dilakukan untuk mempertinggi tekanan efektif rata-rata dan frekwensi putaran adalah sebagai berikut :

1. Memperbaiki pengisian silinder

2. Mempertinggi perbandingan pemampatan

3. Pengubahan pelayanan katup dan waktu (timing)

4. Mengoptimumkan bagian-bagian yang bergerak dan berputar

1. Pengisian Silinder yang lebih baik

Untuk ini dikenal beberapa metode yang banyak dipakai adalah dengan kompresor. Kompresor ini bekerja pada silinder dengan tekanan yang biasanya tergantung pada selisih tekanan antara kehampaan silinder terhadap tekanan udara luar.Dengan demikian maka derajat isiannya dipertinggi. Disebabkan oleh pengisian yang dilakukan dengan tekanan, tekanan akhir pemampatan akan menjadi lebih tinggi sehingga tekanan rata-rata akan lebih tinggi.

Dengan menggunakan pengisian dengan tekanan efisiensi motor akan meningkat, sehingga menghasilkan keuntungan daya. Tetapi pengisian silinder dengan kompresor ini memerlukan daya yang juga berasal dari motor, karena kompresor tersebut secara mekanis digunakan oleh motornya sendiri. Untuk mengurangi kerugian ini dipakai kompresor gas buang atau turbo. Mengingat bahwa kompresor tersebut digerakkan oleh energi dari gas buang, maka keuntungan daya akan lebih besar dengan pemakaian kompresor gas buang. Kelemahan pengaturan tekanan melalui kompresor adalah bahwa frekuensi putar kompresor gas buang menjadi meningkat tanpa guna (termasuk peningkatan suhunya). Metode lain yang dapat digunakan untuk meningkatkan daya spesifik selain menggunakan kompresor turbo adalah perbaikan sistem pengisian dan sistem pembuangan. Perbaikan sistem pengisian baru dapat mempengaruhi pengisian silinder secara positif bila digunakan beberapa karburator

Sebagai pengganti beberapa karburator dapat juga dipakai karburator ganda atau karburator sinkron. Penyemprotan isian dapat memberikan bentuk yang lebih menguntungkan pada teknik aliran, sehingga menimbulkan kemudahan pengisian campuran udara bensin berkat pemakaian karburator yang lebih dari satu.

Penerapan secara optimum pipa pengisian (selicin mungkin) mengulangi kemngkinan perputaran dari campuran baru. Hal ini mempunyai keuntungan pada pengisian silinder. Dengan sendirinya katup-katup isap harus berukuran lebih besar. Disamping itu dapat juga dipakai saringan udara yang dapat mengurangi hambatan atas udara yang mengalir masuk. Untuk ini biasanya dibarengi dengan pengurangan peredaman suara.

Kadang-kadang saringan udara tidak lagi dipakai. Kelemahannya adalah memperbesar keausan motor disebabkan oleh pengisapan kotoran udara. Untuk memperbaiki campuran bensin-udara, maka kini banyak dipakai penyemprotan bensin. Disamping itu bentuk dan pengerjaan ruang bakar mempunyai pengaruh besar terhadap pembakaran, sehingga mempengaruhi juga efisiensi motor beserta dayanya.

Pada sistem pembuangan gas hasil pembakaran dari dalam silinder diperlukan suatu sistem pembuangan yang dapat membuang gas bekas dengan cepat, maka masing-masing silinder dipasangi saluran. Memilih saluran buang yang serasi dengan motor adalah tidak mudah. Ukuran saluran buang harus dipilihkan sedemikian rupa sehinga pada waktu katup buang membuka, terjadi bagian tekanan rendah sehingga gas yang telah terbakar seolah-olah diisap oleh selisih tekanan dari ruang bakar.

2. Meninggikan perbandingan pemampatan

Metode kedua untuk meninggikan tekanan rata-rata adalah dengan meninggikan perbandingan pemampatan, sehingga tekanan pembakaran menjadi lebih tinggi yang menyebabkan tekanan rata-ratanya meningkat. Karena dengan mempertinggi perbandingan pemampatan itu efisiensi motor ikut meningkat dengan hal itu akan menghasilkan keuntungan daya. Namun dalam praktiknya, bahwa peninggian perbandingan pemampatan itu tidak selalu meningkatkan tekanan rata-rata dan efisiensi.

3. Mempertinggi frekuensi putar

Ini merupakan metode ketiga untuk meninggikan daya spesifik motor karena mempertinggi frekuensi putar berarti lebih banyak terjadi langkah kerja pada waktu yang sama. Untuk lebih meningkatkan daya motor, maka peninggian frekuensi putar sangat diperlukan. Adalah penting bahwa pengisian silinder pada seluruh frekuensi putar harus baik. Hal ini perlu disebabkan oleh energi aliran yang besar dari gas-gas akan membesar pada gerakan naik turun yang cepat dari pistonnya. Penggantian poros kam (nok) dalam hal ini diperlukan.

4. Gaya pegas katup

Mengingat bahwa katup-katup itu dioperasikan dengan kecepatan tinggi maka diperlukan pagas-pegas katup yang lebih kuat untuk menghindari pada frekuensi putar tinggi, katup-katup tadi tidak melayang. Dalam hal ini letak poros kam di atas silinder sangat membantu. Dengan konstruksi ini pegas-pegas tidak perlu menekan balik mekanisme katup seluruhnya.

5. Pengimbangan

Mengimbangkan secara teliti bagian-bagian yang berputar, yaitu poros engkol, piston, batang hubung, merupakan hal yang sangat penting. Lebih-lebih bagi motor yang dirakit dalam seri besar, keseimbangan ini sering diperbaiki. Untuk ini terdapat perusahaan-perusahaan khusus, yang menyediakan alat yang diperlukan.

Karena pada frekuensi putar tinggi gaya massa piston dan batang-batang hubungnya menjadi lebih besar, disarankan menggunakan bantalan yang dapat menerima takanan bidang besar. Gaya massa ini dapat dikurangi dengan menggunakan piston dan batang hubung dengan massa yang lebih kecil.

6. Roda penerus

Untuk dapat mencapai frekuensi putar yang tinggi pada waktu singkat, adalah perlu bahwa massa roda penerus diperkecil dengan jalan mengurangi bahannya. Akibatnya adalah bahwa pada frekuensi putar rendah atau pada waktu beroperasi tanpa beban motornya akan beroperasi kurang teratur. Hal ini dapat mengakibatkan puntiran besar pada poros engkol sehingga pengurangan bahan puntiran roda penerus memerlukan ketelitian tinggi.

CONTOH SOAL

1. Sebuah motor 4 tak mempunyai 4 buah piston dengan lubang silinder 75 mm, panjang langkah 85 mm, bila diketahui tekanan rata-rata indicator sebesar 800 KPa dengan frekwensi putar 85 Hz dan effisiensi mekanisnya 82 %. Tentukan :

1. Volume silinder

2. Daya indicator

3. Daya effektif

Penyelesaian :

Jawaban :

1. Volume silinder : V_s =

=

= 375328.1 mm³ = 375,328 cm³ = 0,0003753 m³ / per silinder

2. Daya indicator : p_i = x z

= x 4

= 49239.36 (watt)

= 49,2394 kW.

3. Daya efektif : P_i = p_i x η

= 49,2394 kW. x 0,82

= 40.37631 kW.

2. Campuran 1 liter bahan bakar dan udara mempunyai berat (G) = 0.00105 kg pada tekanan atmosfer dan suhu 50 ^oC. Campuran tersebut harus terbakar dekat TMA dimana volume ruang bakar (V) = 0.12 liter dan suhunya telah naik menjadi 2000 ^oK, bila konstanta gas = 290 N.m/kg.K. Tentukan tekanan gas tersebut ?

Penyelesaian :

P =

= = 5.1 . 10⁶ N/m²

= 5.1 Mpa.

Jadi jika suhu (T) lebih besar atau jumlah berat G daripada campuran udara – bahan bakar bertambah, maka tekanan P akan naik pula; torak menerima energi dari tekanan bukan dari suhu.

3. Berapa daya yang dapat dihasilkan oleh sebuah piston yang mempunyai diameter 60 mm bila tekanan gas hasil pembakaran yang mendorong piston tersebut sebesar 5 Mpa dengan panjang langkah (displacement) adalah 75 mm.

Penyelesaian : W = P . A . s

= 5 Mpa . [3.14 . (30 mm)²] . 75 mm

= ……… Mpa.

4. Perbandingan kompresi Siklus Otto sebesar 8. Udara awal kompresi pada 300 K dan kalor yang dimasukkan sebesar 2500 kJ/kg. Berapakah temperatur saat akhir kompresi, awal ekspansi, dan akhir ekspansi? Berapa pulakah kerja bersih per kg dan efisiensi termal siklus?

Penyelesaian :

Temperatur akhir kompresi adalah :

T₂ = T₁ = 300 x 8 ^{1.4 – 1} = 689.2 K

Jumlah kalor yang dipasok pada volume konstan menghasilkan temperatur awal ekspansi :

q₃ = u₃ – u₂ = c_v (T₃ – T₂)

Temperatur akhir ekspansi adalah :

Kerja bersih adalah :

w_net = u₁ - u₂ + u₃ - u₄

w_net = c_v (T₃ – T₂) + c_v (T₁ – T₄)

= 0.718 (300 – 689.2) + 0.718 (4171 – 1815.5)

= -279.4 + 1691.2 = 1411 kJ/kg

Effisiensi termal :

atau

SOAL POST TEST

MODUL 3. MOTOR BAKAR BENSIN

1. Jelaskan proses penyalaan (ignition) pada motor bensin ? Gambarkan skematiknya ?

2. Bagaimana cara arus tegangan tinggi dibangkitkan untuk menghasilkan loncatan bunga api untuk menyalakan campuran bahan bakar – udara ?

3. Jelaskan fungsi busi yang pada motor bensin sebutkan bagian-bagiannya ? kemudian jelaskan perbedaan antara busi panas dan busi dingin ?

4. Jelaskan proses terjadinya pembakaran bahan bakar dalam silinder pada motor bensin ?

5. Apa yang dimaksud dengan detonasi, dan mengapa terjadinya detonasi dan sebutkan cara untuk mencegahnya ?

6. Jelaskan sistem bahan bakar pada motor bensin ?

7. Mengapa pendinginan itu diperlukan pada motor dan bagian motor yang mana yang perlu di dinginkan dan hubungannya dengan efisiensi motor ?

8. Jelaskan jenis-jenis pendingin ? dan keunggulan dan kelemahannya masing-masing ?

9. Apa yang dimaksud dengan daya indicator dan daya efektif dan bagaimana cara menentukannya ?

10. Bila sebuah motor empat langkah mempunyai 4 buah silinder dengan diameter 75 mm, panjang langkah 84,5 mm, tekanan efektif 700 kPa (7 bar) dan frekwensi putarnya (jumlah putaran) sebesar 78,3 Hz (4700 put/menit). Tentukan besarnya daya indikator dan daya efektifnya ?

11. Berapa daya yang dapat dihasilkan oleh sebuah motor bensin yang memiliki 4 buah piston yang berdiameter 70 mm bila tekanan gas hasil pembakaran yang mendorong piston tersebut sebesar 8 Mpa dengan panjang langkah (displacement) adalah 85 mm.

12. Jelaskan tiga kemungkinan untuk meningkatkan daya spesifik motor ?

13. Campuran 1 liter bahan bakar dan udara mempunyai berat (G) = 0.00105 kg pada tekanan atmosfer dan suhu 70 ^oC. Campuran tersebut harus terbakar dekat TMA dimana volume ruang bakar (V) = 0.2 liter dan suhunya telah naik menjadi 1800 ^oK, bila konstanta gas = 290 N.m/kg.K. Tentukan tekanan gas tersebut ?

BAHAN BACAAN

1. BPM. Arends, H. Barenschot. Motor Bensin, Terjemahan Umar Sukrisno, Erlangga, Jakarta, 1980.

2. L.A. de Bruijn, L. Muilwijk, MOTOR BAKAR, Bhratara karya aksara, Jakarta, 1985.

3. Arismunandar, wiranto, Penggerak Mula Motor Bakar, ITB Bandung, 1988.

4. Michel A. Saad, Thermodinamika : prinsip dan aplikasi, PT. Prenhallindo, Jakarta. 2000.

5. Ir. Sudarman, MT, Siklus Daya Termal, UMM Press, Malang, 2001.