KLASIFIKASI DAN SIKLUS MOTOR BENSIN

KLASIFIKASI DANSIKLUS MOTOR BENSIN

Dalam bab ini kita akan dibahas mengenai : pengertian motor bakar, klasifikasi motor

baker, geometri operasi mesin, siklus dasar motor bensin.

1.1 Pendahuluan

Motor pembakaran dalam atau biasa disebut dengan motor bakar adalah mesin kalor yang

mengkonversi energi kimia dalam bahan bakar menjadi energi mekanis. Energi kimia

dalam bahan bakar pertama-tama diubah menjadi energi termal melalui proses pembakaran

atau oksidasi dengan bantuan udara dalam ruang bakar. Energi ini akan menaikkan

temperatur dan tekanan di dalam ruang bakar, yang kemudian tekanan ini akan

menggerakkan mekanisme mekanis pada mesin. Mekanisme ini akhirnya akan

menyebabkan adanya putaran yang merupakan kaluaran yang diharapkan dari motor

pembakaran dalam ini. Contoh penggunaannya adalah pada kendaraan : Automobile, truk,

lokomotiv, pesawat, kapal, dll. Sedangkan untuk mesin stasioner : penggerak generator

atau pompa, dll.

Sedangkan motor pembakaran luar adalah apabaila pembakaran bahan bakar berada

diluar/terpisah dari sistem mekanik. Contoh penggunaannya adalah pada ketel uap, turbin

gas, dll.

1.2 Klasifikasi Motor Bakar

Motor bakar dapat diklasifikan menjadi beberapa macam, antara lain berdasarkan pada :

a. Tipe pengapian

1) Pengapian dengan busi

Untuk pengapian pada setiap awal pembakaran dengan bantuan loncatan

bunga api dari busi. Pada tipe ini bahan bakar dan udara dicampur dahulu

sebelum masuk dalam ruang bakar. Campuran udara + bahan bakar ini

dikabutkan dahulu sehingga akan mudah untuk terjadi penguapan saat

masuk dalam ruang bakar. Sehingga akan didapatkan campuran yang

homogen yang akan menjadikan pembakaran dapat berjalan sempurna.

Bahan bakar yang digunakan pada mesin jenis ini biasanya adalah bensin,

sehingga mesin ini disebut dengan mesin bensin atau motor bensin.

Konstruksi dari motor bensin ini dapat dilihat pada gambar 1-1 dibawah ini.

Katup Buang

Saluran Buang

Gas Buang

1

Gambar 1-1 Konstruksi motor bensin Diambil dari Referensi [13]

2) Pengapian dengan kompresi

Pada mesin jenis ini pembakarn di dalam ruang bakar terjadi karena

temperature tinggi dalam ruang bakar akibat proses kompresi. Yang

dimasukkan melalui saluran masuk ke dalam ruang bakar adalah udara

murni. Bahan bakar yang biasanya digunakan adalah minyak solar atau

minyak diesel, sehingga sering disebut motor diesel. Bahan bakar

disemprotkan dalam ruang bakar oleh nosel berupa kabut yang akan mudah

tercampur dan terbakar dalam ruang bakar. Konstruksi dari motor diesel

dapat dilihat pada gambar 1-2 dibawah ini.

Gambar 1-2 Konstruksi motordiesel Diambil dari Referensi [1]

b. Siklus Mesin

Blok Silinder

Bak Engkol

Ruang Bakar

Piston

Pena PistonBatang

Penggerak

Pena Engkol

Poros Engkol

Bahan Bakar(bensin)

Udara

Katup Masuk

Saluran Masuk

Busi

2

1) Siklus 4 langkah (4 tak)

Pada mesin jenis ini untuk setiap siklus diperlukan 4 pergerakan piston atau

2 kali putaran poros engkol. Pada mesin ini juga dilengkapi dengan katup

masuk dan katup buang untuk mengatur pemasukan dan pengeluaran gas

baru masuk silinder dan gas bekas keluar silinder. Dan katup ini untuk

pembukaan dan penutupannya dengan bantuan mekanisme katup. Poros

kam sebagai poros penggerak untuk pembukaan dan penutupan katup

dihubungkan dengan poros engkol. Perbedaan putaran antara poros kam dan

poros engkol adalah setengahnya, yang berarti bahwa jika poros engkol

berputar 2 kali, maka poros kam berputar 1 kali. Konstruksi dari mesin

siklus 4 langkah dapat dilihat pada gambar 1-3 dibawah ini.

Gambar 1-3 Mesin 4 Langkah (4 Tak) Diambil dari Referensi [1]

2) Siklus 2 langkah (2 tak)

Mesin jenis ini untuk setiap siklus diperlukan 2 pergerakan piston atau 1

kali putaran poros engkol. Dan pada mesin ini tidak menggunakan katup

untuk mengatur pemasukan dan pengluaran gas baru masuk silinder dan gas

bekas/buang keluar silinder. Tetapi pengaturannya oleh pergerakan piston

dari TMA ke TMB dan pembukaan dan penutupan saluran pada samping

silinder. Konstruksi mesin 2 langkah ini sederhana, namun kompleks

dalampengoperasiannya. Mesin 2 langkah yang sedrhana terdiri dari sebuah

piston yang permukaannya di blok, dimana disatu sisi merupakan bagian

masuk/isap dan sisi yang lain bagian buang. Konstruksi dari mesin siklus 2

langkah dapat dilihat pada gambar 1-4 dibawah ini.

(a) Masuk (b) Kompresi (c) Usaha (d) Buang

3

Gambar 1-4 Mesin 2 Langkah (2 Tak) Diambil dari Referensi [13]

c. Desain Dasar

1) Bolak-balik (Reciprocating)

Pada mesin jenis ini mempunyai satu atau lebih silinder yang di dalamnya

terdapat piston yang bergerak maju-mundur. Ruang bakar diletakkan di

akhir setiap silinder. Tenaga yang dihasilkan digunakan untuk memutar

poros engkol yang dihubungkan dengan piston. Konstruksi dari mesin

bolak-balik dapat dilihat pada gambar 1-5 dibawah ini.

Gambar 1-5 Mesin tipe bolak-balik (Reciprocating) Diambil dari Referensi [17]

2) Rotary (wankel Engine)

Bak Engkol

ScavengingBlowdown

Saluran Buang

Saluran Masuk

Busi

Deflektor

SaluranPerpindahan

4

Pada mesin jenis ini dibuat dari blok (stator) dan nonconcentric rotor serta

poros engkol. Ruang bakar berada diantara nonrotating block. Konstruksi

dari mesin rotary dapat dilihat pada gambar 1-6 dibawah ini.

Gambar 1-6 Mesin tipe Rotary ( wankel Engine) Diambil dari Referensi [17]

d) Proses Pemasukan Udara

1) Naturrally Aspirated

Pada mesin jenis ini untuk memasukkan udara dengan pemasukan udara

secara alami. Tidak ada bantuan sistem untuk menekan udara. Konstruksi

dari mesin pemasukan alami dapat dilihat pada gambar 1-7 dibawah ini.

Gambar 1-7 Mesin tipe pemasukan alami Diambil dari Referensi [17]

Rumah Rotor

Rumah Samping

Seal Minyak

Seal Samping

Seal Pojok

Permukaan Throcoid

Permukaan SampingSeal Apex

Silinder Mesin

VenturiUdara Masuk

5

2) Supercharged

Pada mesin jenis ini tekanan udara masuk dinaikkan dengan bantuan

kompresor yang digerakkan dari poros engkol mesin. Konstruksi dari mesin

dengan supercharger dapat dilihat pada gambar 1-8 dibawah ini.

Gambar 1-8 Mesin tipe supercharged Diambil dari Referensi [17]

3) Turbocharged

Pada mesin jenis ini tekanan udara masuk dinaikkan dengan bantuan

kompresor yang digerakkan dari gas bekas mesin. Prinsip kerja turbocharger

dapat dilihat pada gambar 1-9 dibawah ini.

Gambar 1-9 Prinsip kerja turbocharged Diambil dari Referensi [17]

Udara masuk

Energi Gas Buang Digunakan Untuk Menaikkan Massa Jenis Pengiisain Bahan Bakar Untuk Mendapatkan Keluaran Daya Mesin Maksimum Lebih Besar

Gas Buang

Pipa Gas Buang

Turbin

Kompresor

Udara

Karburator atau Injeksi Bahan Bakar

6

4) Crankcase Compressed

Tekanan udara masuk dinaikkan dengan bantuan bak engkol. Biasanya

digunakan pada motor dengan siklus 2 tak. Dan sekarang juga telah

dikembangkan untuk 4 tak. Konstruksi mesin ini dapat dilihat pada gambar

1-10 dibawah ini.

Gambar 1-10 Mesin tipe crankcase compressed Diambil dari Referensi [13]

e) Metode memasukkan bahan bakar untuk mesin bensin

1) Karburator

Dengan menggunakan karburator untuk pengaturan pemasukan bahan bakar

ke dalam silinder motor. Untuk beberapa dekade, karburator digunakan

pada motor bensin untuk menambahkan bahan bakar ke udara masuk.

Prinsip dasar karburator sangat sederhana, beda dengan ketika injektor

bahan bakar akhirnya menggantikannya sebagai sistem pemasukan bahan

bakar, ia dikembangkan menjadi sistem yang kompleks, canggih, dan

mahal. Saat udara masuk mesin karena adanya penurunan tekanan antara

udara atmosfer dan kevakuman dalam silinder selama langkah masuk, ia

mempercepat ke kecepatan tinggi dalam throat dari venturi karburator.

Dengan prinsip Bernoulli’s, karena tekanan dalam throat P2 diturunkan

nilainya kurang dari tekanan P1 (sekitar 1 atm). Tekanan diatas bahan bakar

dalam bak bahan bakar sama dengan tekanan atmosfer sebagaimana bak di

beri ventilasi ke sekitar (P3 = P1 > P2). Bentuk dasar karburator motor

bensin ini dapat dilihat pada gambar 1-10 dibawah ini.

Tutup Saringan Oli Terbuka

Tutup Saringan Oli Tertutup

Udara Masuk Blowby Gas Aliran gas Balik

Udara Masuk Blowby Gas

Katup Pengatur

7

Keterangan ;

(A) Venturi

(B) Katup throttle

(C) Pipa kapiler bahan bakar

(D) Bak penampung bahan bakar

(E) Katup pengukur utama

(F) Pengatur kecepatan idle

(G) Katup idle

(H) Choke

Gambar 5-10 Dasar karburator motor bensin

Diambil dari Referensi [17]

2) Multipoint Port Fuel Injection

Dengan menggunakan satu atau lebih injektor pada setiap masuk ke

silinder.

Gambar 1-11 Mesin tipe multipoint port fuel injection Diambil dari Referensi [17]

Campuran Menuju Saluran Masuk

(G)

(B)

(F)

(A)

(C)

(H)

(H)

Suplai Bahan Bakar

(D)

P3

Pelampu

ng

Pengabutan Bahan Bakar

Injektor

Udara

8

3) Throttle Body Fuel Injection

Dengan menggunakan injektor saluran masuk (intake Manifold).

Gambar 1-12 Mesin tipe throttle body fuel injection Diambil dari Referensi [17]

4) Gasoline Direct Injection

Dengan menggunakan injektor yang dipasangkan dalam ruang bakar dengan

bahan bakar di injeksikan langsung dalam silinder.

Gambar 1-13 Mesin tipe gasoline direct injection Diambil dari Referensi [17]

Saluran Masuk

UdaraUdara

Pengabutan Bahan Bakar

Throttle Body

Injektor

9

1.3 Siklus Dasar Motor Bensin

a. Siklus motor bensin 2 langkah

Siklus dasar motor bensin 2 langkah dapat dijelaskan pada gambar 1-14 di

bawah ini.

Gambar 1-14 Siklus dasar motor bensin 2 langkah Diambil dari Referensi [1]

Urutan Siklus :

a) Langkah 1 : Langkah Ekspansi / Langkah Tenaga

Pada langkah ekspansi ini, piston bergerak dari TMA menuju TMA.

Gerakan ekspansi ini dikarenakan tekanan dari gas pembakaran dalam

silinder mesin.

b) Pembuangan (Exhaust Blowdown)

Pada langkah pembuangan ini akan diikuti oleh langkah pembilasan buang.

c) Pemasukan & Pembilasan (Intake & Scavenging)

Pada langkah pemasukan dan pembilasan ini ada campuran gas baru yang

masuk dan ada gas bekas yang keluar dari silinder mesin

d) Langkah 2 : Langkah Kompresi

Pada langkah kompresi ini campuran gas baru tekan menuju TMA.

e) Pembakaran

Langkah pembakaran ini akan dimulai beberapa derajat sebelum piston

mencapai TMA. Sehingga pada akhir pembakaran akan didapatkan tenaga

yang maksimum.

10

b. Siklus motor bensin 4 langkah

Siklus dasar motor bensin 4 langkah dapat dijelaskan pada gambar 1-15 di

bawah ini.

Gambar 1-15 Siklus dasar motor bensin 4 langkah Diambil dari Referensi [13]

Urutan Siklus :

a) Langkah 1 : Langkah Pemasukan

Katup masuk terbuka dan buang tertutup. Piston bergerak dari TMA menuju

TMB. Campuran bahan bakar-udara masuk ke dalam silinder.

b) Langkah 2 : Langkah Kompresi

Pada langkah kompresi ini kedua katup tertutup. Piston bergerak dari TMB

menuju TMA. Gas campuran dalam silinder tersebut dikompresi.

c) Pembakaran

Kedua katup tertutup. Campuran bahan baker-udara dibakar dalam silinder

dengan bantuan percikan api dari busi.

d) Langkah 3 : Langkah Tenaga atau Langkah Ekspansi

Kedua katup tertutup. Piston bergerak dari TMA menuju TMB.

e) Langkah 4 : Langkah Pembuangan

Katub masuk tertutup tertutup dan katub buang terbuka. Piston bergerak

dari TMB menuju TMA. Gas bekas ditekan keluar dari dalam silinder.

f) Langkah Pembilasan

Pada langkah ini ada sebagian gas baru yang ikut terdorong keluar.

11

12