Motor Bensin

Motor Bakar Bensin

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Seorang sarjana teknik mesin sangat membutuhkan aplikasi berbagai macam

teori tentang ilmu pengetahuan yang mereka dapatkan di bangku perkuliahan, agar

nantinya saat di dunia kerja ia mempunyai bekal dalam menghadapi berbagai masalah

yang nantinya mereka temui di lapangan nantinya. Dan motor bakar menjadi salah

satu alat yang menerapkan ilmu pengetahuan-ilmu pengetahuan dasar teknik mesin

mulai dari Thermodinamika, Material Teknik, Proses Produksi serta masih banyak

lagi ilmu pengetahuan teknik mesin yang terintegrasi dalam satu buah motor bakar

bensin ini. Sehingga menjadi suatu hal yang sangat penting untuk mengikuti

praktikum motor bakar bensin ini, dan mahasiswa sekaligus mengamati berbagai

fenomena-fenomena yang terjadi yang akan menjadi bekal saat mahasiswa tersebut di

hadapkan pada persoalan yang serupa saat di dunia kerja nantinya.

1.2 Tujuan Percobaan

1. Mengetahui proses yang terjadi pada motor bakar bensin.

2. Mempelajari karakteristik dan parameter prestasi motor bensin.

1.3 Manfaat

1. Mahasiswa dapat mengetahui fenomena yang terjadi pada motor bakar bensin.

2. Mahasiswa dapat melihat aplikasi dari berbagai mata kuliah yang menjadi

proses dasar dari motor bakar.

Praktikum Sistem Energi Kelompok XI

1

Motor Bakar Bensin

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Motor Bakar Bensin (Siklus Otto)

Mesin kalor, yaitu mesin yang menggunakan energi termal untuk

melakukan kerja mekanik atau yang mengubah energi termal menjadi energi mekanik.

Ditinjau dari cara memperoleh energi, mesin kalor dapat dikategorikan menjadi dua

jenis yaitu mesin pembakaran dalam dan mesin pembakaran luar. Pada mesin

pembakaran luar, proses pembakaran terjadi di luar mesin, di mana energi termal dari

gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin, melalui beberapa dinding

pemisah.

Sedangkan pada mesin pembakaran dalam, proses pembakaran terjadi

dalam ruang bakar sehingga gas pembakaran yang terjadi berfungsi sekaligus sebagai

fluida kerja. Mesin pembakaran dalam lebih dikenal dengan nama motor bakar.

Pada prinsipnya motor bakar bekerja dengan memanfaatkan energi campuran

bahan bakar dan udara dalam bentuk panas (temperatur dan tekanan tinggi) di dalam

ruangan yang disebut silinder, sehingga dapat melakukan kerja mekanik. Dalam

kerjanya motor bakar menggunakan satu atau lebih silinder yang didalamnya terdapat

torak bergerak secara translasi (bolak-balik). Di dalam silinder itulah terjadi

pembakaran antara bahan bakar dengan oksigen. Gas pembakaran yang dihasilkan

oleh proses tersebut mampu menggerakkan torak yang oleh batang penghubung

(crank shaft) dihubungkan dengan poros engkol. Gerak translasi torak menyebabkan

gerak rotasi poros engkol.

Motor bensin termasuk ke dalam jenis motor bakar torak. Proses pembakaran

bahan bakar dan udara di dalam silinder (internal combustion engine). Motor bakar

bensin dilengkapi dengan busi dan karburator yang membedakanya dengan motor

diesel.

Busi berfungsi untuk membakar campuran udara-bensin yang telah

dimampatkan dengan jalan memberi loncatan api listrik diantara kedua elektrodanya.

Karena itu motor bensin dinamai dengan spark ignitions. Sedangkan karburator

adalah tempat bercampurnya udara dan bensin. Campuran tersebut kemudian masuk

ke dalam silinder yang dinyalakan oleh loncatan bunga api listrik dari busi menjelang


2

Motor Bakar Bensin

akhir langkah kompresi. Pembakaran bahan bakar-udara ini menyebabkan mesin

menghabiskan daya. Di dalam siklus Otto (ideal) pembakaran tersebut dimisalkan

dengan pemasukan panas pada volume konstan.

Selengkapnya proses termal yang terjadi pada siklus daya motor bensin

digambarkan pada diagran p-v berikut :

Gambar 1. diagram p-v motor bensin

Keterangan :

0-1 Langkah hisap (katup hisap terbuka)

1-2 Langkah kompresi (katup hisap dan katup buang tertutup)

2-3 Pembakaran bahan bakar udara

3-4 Langkah usaha (katup hisap dan katup buang tertutup)

4-5 Langkah pendinginan

5-0 Langkah buang

Secara sepintas prinsip dasar dari motor bakar ini agak mirip dengan sistem

propulsi yang terdapat pada mesin jet pesawat misalnya, namun punya perbedaan.

Yang menjadi perbedaan adalah kalau Sistem Propulsi daya dorong yang di hasilkan

oleh ledakan bahan bakar langsung mendorong benda atau gas buang yang


3

Motor Bakar Bensin

mengahasilkan daya dorong serta gerakan yang dihasilkan berupa gerakan translasi,

sedangkan kalau Motor Bakar ledakan bahan bakar menghasilkan kerja mesin serta

gerakan yang dihasilkan berupa gerakan rotasi.

2.1.1 Klasifikasi Motor Bakar

1. Berdasarkan pada jumlah langkah

2 tak

4 tak

2. Berdasarkan sistem pengapian

Spark ignition engine

Combustion engine

3. Berdasarkan jumlah silinder

Tunggal

Ganda (ganda)

Multi (banyak)

4. Berdasarkan letak katup

Kepala

Samping (dinding silinder)

Bawah

5. Berdasarkan bentuk silinder

Linear

V

6. Berdasarkan pergerakan piston

Translasi

Rotasi

7. Berdasarkan bahan bakar

Bensin

Diesel

8. Berdasrkan proses pembakaran

Direct (langsung)

Indirect (tak langsung)

Perbedaan antara Internal Combustion dan External Combustion


4

Motor Bakar Bensin

Perbedaan antara Internal Combustion dan External Combustion

adalah pada fluida kerja yang dihasilkan dan yang digunakan. Pada Internal

Combustion fluida kerja didapatkan dari hasil proses pembakaran, sedangkan

pada External Combustion fluida kerja sudah ada dan kemudian fluida kerja

tersebut hanya dipanaskan.

Perbedaan antara Spark Ignition dengan Compression Ignition

Perbedaan antara SI dan CI adalah pada proses pengapian yang

dilakukan. Pada Spark Ignition pengapian dilakukan oleh busi, sedangkan

pada Compression Ignition pengapian terjadi pada waktu bahan bakar

mengalami tingkat kompresi yang tinggi sehingga bahan bakar tersebut

terbakar dalam ruang bakar.

KLASIFIKASI DARI MOTOR BAKAR

1. Internal Combustion Engine

Adalah mesin yang memanfaatkan energi termal menjadi energi

mekanis yang proses pembakarannya terjadi di dalam ruang bakar.

1.a. Reciprocating Type

1.a.1 .Diesel Engine

1.a.2. Spark Engine (Gasoline Engine)


5

Motor Bakar Bensin

1.b. Rotary Type

1.b.1. Wankel Engine

The path of the rotor in the Wankel engine. Note the constantly varying shape of the

combustion chamber and the two spark plugs per cylinder.

1.b.2. Open-Cycle Gas Turbine (OCGT)


6

Motor Bakar Bensin

Open-cycle constant-pressure gas-turbine engine.

2. External Combustion Engine

Adalah mesin yang memanfaatkan energi termal menjadi energi

mekanis yang proses pembakarannya terjadi di luar ruang bakar.

2.a Reciprocating Type

2.a.1 Stirling Engine

2.a.2 Steam Engine


7

Motor Bakar Bensin

2.b. Rotary Type

2.b.1 Steam Turbine

2.b.2 Closed-Cycle Gas Turbine


8

Motor Bakar Bensin

ELECTRIC FUEL INJECTION (EFI)

Sesuai dengan namanya, pada dasarnya sistem EFI (Electronic Fuel

Injection) mengatur, mengontrol dan mengawasi jumlah bensin yang harus

masuk ke dalam silinder dengan cara mengatur waktu dan frekuensi

penginjeksian bensin (injection duration and frequency).

Pada EFI, bensin diinjeksikan ke dalam mesin menggunakan injektor

dengan waktu penginjeksian (injection duration and frequency) yang dikontrol

secara elektronik. Injeksi bensin disesuaikan dengan jumlah udara yang

masuk, sehingga campuran ideal antara bensin dan udara akan terpenuhi sesuai

dengan kondisi beban dan putaran mesin. Generasi terbaru EFI dikenal dangan

sebutan Engine Management System (EMS), yang mengontrol sistem bahan


9

Motor Bakar Bensin

bakar sekaligus juga mengatur sistem pengapian (duration, timing, and

frequency of ignition).

Tujuan pengaplikasian sistem EFI adalah

1. meningkatkan efisiensi penggunaan bahan bakar (fuel efficiency),

kinerja mesin lebih maksimal (optimal engine performance),

2. pengendalian/pengoperasian mesin lebih mudah (easy handling),

3. memperpanjang umur/lifetime dan daya tahan mesin (durability),

4. emisi gas buang lebih rendah (low emissions).

Lantas bagaimana prinsip kerja sistem EFI? Jumlah aliran/massa udara yang

masuk ke dalam silinder melalui intake manifold diukur oleh sensor aliran

udara (air flow sensor), kemudian informasikan ke ECU (Electronic Control

Unit). Selanjutnya ECU menentukan jumlah bahan bakar yang harus masuk ke

dalam silinder mesin. Idealnya untuk setiap 14,7 gram udara masuk

diinjeksikan 1 gram bensin dan disesuaikan dengan kondisi panas mesin dan

udara sekitar serta beban kendaraan. Bensin dengan tekanan tertentu (2-4 kali

tekanan dalam sistem karburator) telah dibangun oleh pompa bensin elektrik

dalam sistem dan siap diinjeksikan melalui injektor elektronik. ECU akan

mengatur lama pembukaan injektor, sehingga bensin yang masuk ke dalam


10

Motor Bakar Bensin

pipa saluran masuk (intake manifold) melalui injektor telah terukur jumlahnya.

Bensin dan udara akan bercampur di dalam intake manifold dan masuk ke

dalam silinder pada saat langkah pemasukan. Campuran ideal siap dibakar.

Kemudian, mengapa campuran bensin dan udara harus dikendalikan? Kalau

tidak dikendalikan, akan menimbulkan kerugian. Jika perbandingan udara dan

bahan bakar tidak ideal (tidak dikendalikan) menjadikan bensin boros pada

campuran yang terlalu banyak bensin. Selain itu, pembakaran tidak sempurna,

akibatnya emisi gas buang berlebihan dan tenaga tidak optimal karena energi

kinetis yang dihasilkan pun tidak maksimal. Kerusakan mesin pada jangka

pendek maupun jangka panjang lebih cepat terjadi. Kemudian, beban kerja

mesin dan kondisi lingkungan (suhu dan tekanan) yang variatif akan

memerlukan pengaturan relatif kompleks. Sistem EFI lebih mampu mengatasi

kondisi variatif ini secara optimal dibandingkan sistem karburator.

VARIABLE VALVE TIMING with INTELLIGENCE

VVT-i (Variable Valve Timing with Intelligence) merupakan teknologi

mesin ciptaan dari pabrikan toyota sebagai pengembangan dari teknologi

generik VVT(Variable Valve Timing) yang sering digunakan sebagai

teknologi standart mesin mobil saat ini. Teknologi serupa juga telah diterapkan

pada mesin BMW sejak tahun 1990an dengan nama Vanos Engine.

Cara kerja teknologi ini terdapat pada cylinder head yang memiliki

parameter untuk mengukur besarnya beban mesin dan memberikan pasokan

bahan bakar sesuai dengan beban mesin tersebut. Pada teknologi VVT biasa

hanya terdapat 2 posisi.


11

Motor Bakar Bensin

Namun perbedaannya adalah bahwa Toyota telah memodifikasi

teknologi ini menjadi continously dimana perputaran posisi ini lebih rata untuk

di setiap beban yang dihadapi oleh mesin tersebut, sehingga konsumsi bahan

bakar lebih ekonomis.

Teknologi inipun kini dikembangkan lagi menjadi Dual VVT-i yang

diterapkan untuk mesin konfigurasi V yang kini sudah diterapkan pada mesin

3.5L V6 Toyota Camry dan Alphard.


12

http://2.bp.blogspot.com/_ppFoAUXSe8M/SRwyLRpCKbI/AAAAAAAAABQ/BvEFAnUOIiY/s1600-h/VVT.gif

Motor Bakar Bensin

The OTTO CYCLE

Assumptions:

Cold-air-standard assumption is valid for this analysis. The constant volume specific heat cv = 0.718 kJ/(kg-K), the constant pressure specific heat cP = 1.005 kJ/(kg-K)

Model the cycle in the car engine as an ideal Otto cycle and an ideal Diesel cycle, respectively.

P-v and T-s Diagram of the Otto Cycle

Sitem pendinginan

1. Motor Bensin

Pada motor bensin pendinginan menggunakan pendingin air, dimana

air pendingin dialirkan melalui dan menyelubungi dinding silinder, kepala

silinder serta bagian lain yang perlu untuk didinginkan. Air pendingin akan

menyerap kalor dari semua bagian tersebut kemudian mengalir meninggalkan

blok mesin menuju radiator atau alat pendingin yang menurunkan kembali

temperaturnya.


13

Motor Bakar Bensin

Pada radiator air panas yang keluar dari mesin disalurkan melalui pipa-

pipa vertikal di dalam radiator yang dilengkapi dengan sirip pendingin untuk

memperluas bidang perpindahan kalor. Pendinginan dilakukan oleh kipas yang

terdapat di belakang radiator. Udara atmosfer dipaksa melewati sirip radiator

tadi dan menyerap kalor yang dilepaskan oleh air pendingin ke bidang

radiator. Jadi air pendingin tidak berhubungan langsung dengan udara

atmosfer. Karena itu dinamai sistem pendinginan tertutup. Diagram sirkulasi

air pendingin air pendingin dapat dilihat pada gambar dibawah.

Gambar Sistem Pendinginan Air

2. Motor Diesel

Sistem pendingin pada mesin diesel sangat sering kita jumpai, berikut

ini cara sirkulasi pendinginan oleh mesin diesel

a. Ketika mesin baru akan dihidupkan (biasanya di pagi hari), suhu air pada

radiator berkisar pada suhu ruang yaitu sekitar 23 deg.C. Ketika mesin

dinyalakan, air yang berada di dalam blok mesin bersirkulasi dengan bantuan

waterpump melewati selang by-pass tanpa melewati radiator. Mengapa tidak

melewati radiator? Itu dikarenakan lubang air menuju radiator masih ditutup

oleh termostat, sementara itu lubang by-pass yang letaknya berseberangan

dengan lubang menuju radiator terbuka memungkinkan waterpump

mengalirkan air yang keluar dari blok mesin untuk kembali masuk ke dalam

blok mesin untuk mendinginkan silinder, oil cooler dan cylinder head.

Mengapa dibuat demikian? Fase ini disebut sebagai fase pemanasan dimana


14

Motor Bakar Bensin

air yang bersirkulasi di dalam blok mesin sengaja tidak di dinginkan agar suhu

kerja mesin, berkisar di 85-90 deg.C cepat tercapai.

b. Ketika mesin mencapai suhu kerja, temperatur air pada sistem sirkulasi fase

pendinginan pun naik hingga 85-90 deg.C. Ketika air dengan temperatur

tersebut sampai ke rumah thermostat, thermostat yang oleh pabrikan di-set

untuk membuka pada suhu antara 85-90 deg.C membuka, sehingga

memungkinkan air dari blok mesin masuk ke radiator. Dengan membukanya

thermostat, ujung dari thermostat tersebut menutup lubang by-pass yang

berseberangan dengan jalur keluar air. Dengan tertutupnya lubang by-pass

tersebut juga memungkinkan waterpump untuk memompa air dari dalam

radiator untuk menjaga temperatur kerja dari mesin tersebut. Air yang keluar

dari blok mesin masuk ke radiator untuk didinginkan dengan bantuan tiupan

angin dari fan, baik mekanik maupun elektrik. Fase ini disebut fase

pendinginan. Disaat mesin berkerja pada putaran rendah, suhu kerja mesin

turun dari 85 deg.C, maka otomatis si thermostat kembali menutup untuk

menjaga temperatur air tidak berkurang dari suhu kerja mesin, dan akan

membuka kembali ketika suhu tersebut tercapai kembali. Kedua fase ini

berpindah secara bergantian bergantung dari temperatur mesin itu

sendiri.Dimana pada saat suhu 85-90 deg.C, Ketika air dengan temperatur

tersebut sampai ke rumah thermostat, sehingga memungkinkan air dari blok

mesin masuk ke radiator. Dengan membukanya thermostat, ujung dari

thermostat tersebut menutup lubang by-pass System pendingin oleh air tawar

Akan tetapi pada insatalasi kapal system pendinginya sedikit berbeda

dan sering disebut Sistem pendingin tertutup (Indirect cooling system),dimana

silinder motor bakar dan komponen lainnya didinginkan dengan air tawar dan

kemudian air tawar tersebut didinginkan oleh air laut dan selanjutnya air tawar

tersebut dipakai kembali untuk mendinginkan motor, jadi yang selalu

bergantian adalah air laut, sedangkan air tawar selalu beredar tetap, demikian

daur ini berjalan terus. Pendingin air tawar (Fresh water cooler) yaitu alat

pemindah panas berbentuk bejana yang dipergunakan untuk mendinginkan air

tawar pendingin motor penggerak utama dan motor bantu kapal dengan


15

Motor Bakar Bensin

mengalirkan air laut kedalam bejana tersebut. Pada motor-motor ukuran besar

lebih cenderung menggunakan sistem pendingin tertutup. Hal ini dengan suatu

alasan bahwa untuk pendinginan dibawah temperatur 60o C bagi motor-motor

yang bertenaga besar lebih sulit. Sedangkan air laut pada temperatur yang

tinggi akan menyebabkan endapan-endapan pada tempat yang didinginkan,

yang akibatnya bisa mengganggu proses pendinginan.

Prinsip Kerja Sistem Pendinginan Diesel Penggerak Generator.

Motor diesel penggerak generator yang banyak dipakai di lapangan,

umumnya motor diesel selinder tunggal-horisontal berpendingin air.

Sirkulasi air pendingin menggunakan sistem sirkulasi alam atau

dengan sirkulasi air pendingin tidak menggunakan pompa sirkulator

(water pump).Sirkulasi jenis ini berlangsung karena adanya perbedaan

berat jenis air pendingin akibat rambatan panas yang diterima dari blok

silinder.

Tipe-Tipe Sistem Pendinginan Air Diesel Penggerak Generator.

Secara garis besarnya sistem pendinginan air di atas dapat dibagi dalam 3 tipe

/ konstruksi, meliputi :

(a). tipe Hopper,

(b). tipe Radiator dan

(c). tipe Kondensor.


16

Motor Bakar Bensin

(a). tipe hopper (b). tipe radiator

(c). tipe kondensor

Tipe-tipe sistem pendinginan air motor diesel generator

Karakteristik masing-masing tipe pendinginan pada motor diesel

penggerak generator tersebut antara lain :

a). Tipe hopper

Efek pendinginannya diperoleh dengan cara menguapkan air pendingin

didalam tangki air pendingin. Ciri-ciri fisik tipe ini adalah indicator jumlah

air pendinginnya berupa bola apung. Perlu menambahkan air pendingin

kedalam tangki setiap beroperasi selama 40 menit sampai 1 jam.

b). Tipe radiator

Efek pendinginannya diperoleh dari aliran udara yang melewati

sirip- sirip (fin) radiator. Ciri-ciri fisik tipe ini adalah dilengkapi dengan

kipas pendingin (cooling fan) dan tutup radiator untuk menaikkan titik didih

air pendingin guna memperlambat terjadinya penguapan. Frekwensi

penambahan air pendingin ke dalam tangki lebih rendah bila

dibandingkan dengan tipe hopper.

c). Tipe kondensor

Efek pendinginannya memanfaatkan prinsip kondensasi (pengembunan)

dimana uap air dialirkan dalam pipa-pipa kecil yang dialiri udara pendingin

dari kipas, sehingga mengembun menjadi air kembali. Ciri-ciri fisik tipe ini

adalah dilengkapi dengan kipas pendingin (cooling fan), tetapi bagian atas


17

Motor Bakar Bensin

tangki air tidak ditutup dan dilengkapi dengan tangki kondensor sebagai

tempat penampungan air hasil pengembunan (kondensasi). Frekwensi

penambahan air pendingin ke dalam tangki lebih rendah bila dibandingkan

dengan tipe hopper.

Sistem karburasi (pengabutan) sederhana

Karburator berfungsi untuk mencampur bahan bakar dan udara sesuai

dengan kondisi kerja mesin.

Supercharger

Supercharger adalah sebuah kompresor yang digunakan dalam mesin

pembakaran dalam untuk meningkatkan keluaran tenaga mesin dengan meningkatkan

massa oksigen yang memasuki mesin. Energi untuk memutar sudu kompresor berasal

dari putaran mesin. Adapun tipe-tipe dari supercharger ini adalah sebagai berikut:

• Positive Displacement Compressor

Supercharging jenis ini mengkompres udara secara sedikit demi sedikit secara

terus menerus melalui screw, yang kemudian dialirkan ke ruang bakar, arah masuk

dan keluarnya udara adalah searah.


18

Motor Bakar Bensin

Gambar 11 Positive Displacement Compressor

• Dynamic Compressor

Supercharger jenis ini mengkompresi udara dengan menggunakan impeller,

arah masuk dan keluar udara tegak lurus.

Gambar 12 Dynamic Compressor

Turbosupercharger atau turbocharger

Fungsi dari turbosupercharger adalah sama dengan supercharger hanya saja energi

yang digunakan untuk memutar sudu-sudu turbin menggunakan energi dari aliran gas

buang.


19

Motor Bakar Bensin

Gambar Turbosupercharger atau Turbocharger

Gambar Skema Instalasi Motor Torak Dengan Turbosupercharger


20

http://id.wikipedia.org/wiki/Berkas:Turbocharger.jpg

Motor Bakar Bensin

Keuntungan Supercharger & Turbocharger

Meningkatkan tenaga mesin

Mengurangi biaya bahan bakar karena:

1. Tekanan udara yang masuk silinder sudah tinggi melebihi tekanan

atmosfer sehingga proses pencampuran bahan bakar dan udara lebih

mudah. Mengurangi berat pada suatu daya tertentu.

2. Kecepatan udara masuk ruang bakar begitu tinggi sehingga terjadi

aliran turbulen dalam ruang bakar yang memudahkan pencampuran

bahan bakar dan udara.

Sangat bermanfaat pada mesin diesel karena tekanan dalam silinder akan tetap

tinggi.

Menghemat energi karena energi yang terkandung dalam gas buang masih

dapat dimanfaatkan melalui turbocharger.

Berdasarkan prinsip kerja, motor bensin dibedakan atas:

• Motor bakar bensin dua langkah (2-tak)

• Motor bakar bensin empat langkah (4-tak)

A. Motor Bensin Dua Langkah

Motor bensin dua langkah pertama kali dirancang oleh Duglad Clerk pada

tahun 1880. pada motor bensin dua langkah yang sederhana umumnya untuk

mengatur jalannya proses tidak menggunakan katup-katup. Proses pemasukan bahan

bakar dan pembuangan gas bekas diatur oleh posisi gerakan torak. Proses pemasukan

gas baru (campuran bahan bakar dan udara) dalam silinder hanya berlangsung

sebagian dari langkah torak saja, yaitu selama lubang isap terbuka oleh torak.

Sedangkan proses pembuangan gas bekas berlangsung selama lubang pembuangan

terbuka oleh langkah torak.

Motor dua langkah mengkombinasikan empat langkah proses yang dibutuhkan

pada motor empat langkah hanya dalam dua langkah saja. Langkah isap, kompresi,

kerja, dan langkah buang terjadi dalam dua langkah torak berturut-turut atau dalam

satu kali putaran poros engkol.


21

Motor Bakar Bensin

Prinsip Kerja Motor Bensin Dua Langkah

Motor bensin dua langkah (2-tak) merupakan motor bakar yang mengalami dua proses

dalam setiap langkahnya.

Langkah pertama, terjadi proses isap dan kompresi, dimana pada langkah ini

torak bergerak dari TMB (titik mati bawah) ke TMA (titik mati atas). Pada keadaan

ini lubang pemasukan dan pembuangan terbuka, gas baru masuk ke dalam silinder dan

mendorong sisa-sisa pembakaran keluar. Kemudian torak bergerak dan menutup

lubang pemasukan dan pembuangan sehingga gas baru dipadatkan (kompresi).

Langkah kedua, terjadi proses kerja dan buang, dimana pada saat ini torak

bergerak dari TMA menuju TMB. Pada saat torak berada pada TMA terjadi

pembakaran sehingga tekanan gas naik dan mendorong torak menuju TMB,

menghasilkan kerja (ekspansi). Kemudian lubang pembuangan terbuka, maka gas

bekas keluar. Setelah itu lubang pemasukan terbuka dan gas baru yang bertekanan

lebih besar masuk, demikian proses ini berulang secara terus-menerus.

Motor dua langkah bekerja dengan siklus dua kali jumlah siklus motor empat

langkah, sehingga dapat menghasilkan daya dua kali daya empat langkah dengan

tekanan efektif rata-rata yang sama pada putaran poros dan ukuran serta jumlah

silinder yang sama.

B. Motor Bensin Empat Langkah

Pada tahun 1867 Nicolaus A Otto dan Eugen Langen untuk pertama kalinya

memperkenalkan sebuah tipe mesin yang mempunyai efisiensi mekanik sampai 11%.


22

Motor Bakar Bensin

Mesin ini memanfaatkan daya dari tekanan atmosfer yang bekerja terhadap udara

vakum. Inilah mesin empat langkah pertama diciptakan oleh manusia. Pada waktu itu

motor bakar torak yang bekerja dengan siklus empat langkah dinamai Motor Otto.

Seperti yang telaha dijelaskan sebelumnya, bahwa motor empat langkah

adalah motor yang dapat menyelesaikan siklusnya dalam empat kali langkah torak

atau dua kali putaran poros engkol. Untuk dapat berlangsungnya proses di atas

diperlukan komponen utama motor bakar bensin yang meliputi torak, silinder, poros

engkol, batang penggerak, katup-katup, karburator, busi dan komponen-komponen

lainnya. Pada Gambar 2.2 dapat dilihat penampang melintang sebuah mesin bensin.

1 tempat minyak pelumas; 2 poros engkol; 3 poros kam; 4 kipas

air pendingin; 5 termostat; 6 pompa air pendingin; 7 Busi; 8

Katup; 9 Pegas katup; 10 Torak; 11 Pena torak; 12 Batang

Penghubung; 13 Roda gaya

Gambar 2.2 Penampang melintang sebuah motor bensin dengan pendinginan air

Lintasan torak dari bagian atas ke bagian paling bawah disebut dengan

langkah torak. Batas pada bagian atas disebut titik mati atas (TMA) dan batas pada

bagian bawah disebut titik mati bawah (TMB). Volume silinder antara TMA dan

TMB disebut volume langkah dan volume ruang antara TMA dan kepala silinder

disebut volume sisa. Perbandingan antara volume ruang antara TMB dan kepala

silinder dengan volume sisa disebut perbandingan kompresi.


23

Motor Bakar Bensin

Motor empat langkah memiliki dua macam katup, yaitu katup isap dan katup

buang. Jika katup isap terbuka (katup buang tertutup), sedangkan torak bergerak dari

TMA ke TMB, maka muatan segar berupa campuran bensin dan udara yang telah

dikarburasikan pada karburator yang berada pada saluran masuk (intake manifold)

akan terisap ke dalam silinder. Hal ini terjadi karena tekanan di dalam silinder lebih

rendah dibandingkan dengan tekanan pada saluran masuk. Sebaliknya jika katup

buang terbuka, sesudah proses kerja, maka gas sisa pembakaran yang ada di dalam

silinder yang mempunyai tekanan lebih tinggi dari tekanan atmosfer, didesak oleh

torak yang bergerak dari TMB menuju TMA dan segera keluar melalui saluran buang.

Untuk membuka katup-katup ini digunakan bubungan dengan porosnya serta

roda-roda gigi dan pegas. Selama empat langkah atau dua putaran katup hisap dan

katub buang masing-masing terbuka sekali (satu proses). Katup ini digerakkan oleh

bubungan (cam) yang dipasang pada poros bubungan (camshaft). Poros bubungan

digerakkan oleh poros engkol dengan perantaraan roda gigi. Jadi dua putaran poros

engkol sama dengan satu kali putaran poros bubungan karena roda gigi poros

bubungan dua kali roda gigi poros engkol. Pada Gambar 2.3 dapat dilihat prinsip

pembukaan katup.

Pembukaan katup dapat dibagi atas dua macam, yaitu pembukaan secara

langsung dan pembukaan tak langsung. Pembukaan langsung banyak digunakan pada

mesin-mesin kecil, di sini batang katup langsung ditekan oleh bubungan dan

menutupnya kembali oleh gaya pegas. Pada pembukaan tak langsung, bubungan

mengangkat batang pengangkat (pushrol) maka batanh tersebut mengangkat tuas

(valve lever) dan tuas menekan batang katup sehingga katup terbuka. Menutupnya

kembali oleh gaya pegas.


24

Motor Bakar Bensin

Busi berfungsi untuk membakar campuran udara-bensin yang telah

dimampatkan dengan jalan memberi loncatan api listrik diantara kedua elektrodanya.

Sedangkan karburator adalah semacam venturi yang mengatur jumlah bahan bakar

yang masuk dan dicampurkan dengan udara sekaligus mengabutkan campuran

tersebut sebelum dimasukkan ke dalam ruang bakar.

Prinsip Kerja Motor Bensin Empat Langkah

Motor bensin empat langkah (4-tak) mengalami satu proses disetiap langkahnya.

Gambar 2.4 Prinsip kerja motor bensin 4-langkah

1. Langkah isap

Langkah ini diawali dengan pergerakan piston dari titik mati atas (TMA) menuju titik

mati bawah (TMB), katup isap terbuka dan katup buang tertutup.Melalui katup isap,

campuran bahan bakar bensin-udara masuk ke dalam ruang bakar.

2. Langkah kompresi

Poros engkol berputar menggerakan torak ke TMA setelah mencapai TMB. Katup

masuk dan katup buang tertutup. Campuran udara bahan-bakar dikompresikan,

tekanan dan temperatur di dalam silinder meningkat, sehingga campuran ini mudah

terbakar. Proses pemampatan ini di sebut juga langkah tekan, yaitu ketika torak

bergerak dari TMB menuju TMA dan kedua katup tertutup.


25

Motor Bakar Bensin

3. Langkah kerja

Dikala berlangsungnya langkah kerja ini, kedua katup tertutup. Pada waktu torak

mencapai TMA, timbullah loncatan bunga api listrik dari busi dan membakar

campuran udara-bahan bakar yang bertekanan dan bertemperatur tinggi sehingga

timbul ledakan, akibatnya torak terdorong menuju TMB sekaligus menggerakkan

poros engkol sehingga diperoleh kerja mekanik.

4. Langkah buang

Setelah menacapai TMB poros engkol menggerakkan torak ke TMA, volume silinder

mengecil. Pada saat langkah buang katub masuk tertutup dan katu buang terbuka.

Torak menekan gas sisa pembakaran ke luar silinder. Beberapa saat sebelum torak

mencapai TMA, katup isap mulai terbuka dan beberapa saat setelah bergerak ke

bawah, katup buang sudah menutup.Gerakan ke bawah ini menyebabkan campuran

udara-bahan bakar masuk ke dalam silinder, sehingga siklus tersebut terjadi secara

berulang.

Tabel 2.1 Perbedaan Motor Bensin Empat Langkah dengan Dua Langkah

No. Perbedaan 4 Langkah 2 Langkah

1 Proses Memerlukan 4 langkah dalam 1 proses

Memerlukan 2 langkah dalam 1 proses

2. Efisiensi Bahan Bakar

Besar Rendah

3. Konstruksi Rumit Sederhana

PROSES “KNOCKING”

Knocking adalah sebuah proses terbakarnya bahan bakar sebelum torak

mencapai titik mati atas (TMA). Hal ini diakibatkan oleh temperatur yang terlalu

tinggi pada ruang silinder sehingga bahan bakar terbakar sebelum waktunya.

Temperatur tersebut naik dikarenakan adanya tekanan yang tinggi akibat dari rasio


26

Motor Bakar Bensin

volumetrik yang tinggi pula. Atau proses knocking ini juga bisa disebabkan oleh

proses pengapian yang sengaja di-set terlalu maju atau advance mode.

2.1.2 Daya Poros

Daya poros didefinisikan sebagai momen putar dikalikan dengan kecepatan

putar poros engkol. Besarnya daya poros adalah :

Ne = Ni – ( Ng + Na )

Daya poros diketahui dari pengukuran, dinamometer-brake digunakan untuk

mengukur momen putar dan tachometer untuk mengukur putaran poros engkol. Daya

poros dihitung dengan persamaan :

Na = T n J/s

2.1.3 Tekanan Efektif Rata – Rata

Tekanan efektif rata – rata didefinisikan sebagai tekanan efektif dari fluida

kerja terhadap torak sepanjang langkahnya untuk menghasilkan kerja persiklus.

Pe =

Pa = kPa

2.1.4 Efisiensi Termal

Efisiensi termal menyatakan perbandingan antara daya yang dihasilkan terhadap

jumlah bahan bakar yang diperlukan untuk jangka waktu tertentu. Efisiensi termal

dihitung dengan menggunakan persamaan :

=


27

Motor Bakar Bensin

2.1.5 Efisiensi volumetrik

Efisiensi volumetrik didefinisikan sebagai perbandingan antara laju aliran

udara sebenarnya terhadap laju aliran ideal.

=

=

Pemakaian bahan bakar dinyatakan dalam kg/jam, misalkan pemakaian 50cc bahan

bakar setiap detik maka jumlah bahan bakar yang dipakai dalam kg/jam adalah :

mf = . Spgr bahan bakar . kg/jam

2.1.6 Pemakaian bahan bakar spesifik

Pemakaian bahan bakar spesifik didefinisikan sebagai banyaknya bahan bakar

yang terpakai perjam untuk menghasilkan setiap kW daya motor.

Be = kg/kWh

2.1.7 Perbandingan Bahan Bakar-Udara

Untuk menentukan perbandingan – perbandingan bahan bakar-udara

digunakan persamaan :

2.1.8 Laju Air Pendingin

Alat ukur ini digunakan untuk mengukur volume aliran air yang masuk

radiator, maka debit aliran air dapat ditentukan :

Qa =

Maka laju massa aliran air :


28

Motor Bakar Bensin

ma = kg/s

dimana :

ma = laju massa air pendingin

= massa jenis air, kg/m3

Qa = debit aliran air, m3/s

Prinsip keseimbangan energi digunakan untuk mengetahui energi dalam bentuk panas

yang digunakan secara efektif pada suatu sistem. Skema keseimbangan energi seperti

gambar dibawah ini :

Gambar 1. Skema keseimbangan energi

a). Energi Masuk

Energi bahan bakar masuk ( Hf )

Hf = mf . LHV ( kW )

Energi udara masuk (Hu)

Hu = mu . cpu . T1 (kW)

b). Energi Keluar

Energi gas buang (Hgb)

Hgb = (mu + mf) . cpgb . Tgb (kW)

Asumsi : cpgb = 950 + (0,25 . Tgb) (J/kgoK)

Energi poros efektif dalam bentuk panas

HNe = Ne (kW)

Energi keluar air pendingin (Hap)

Hap = map . cpap . (Tk - Tm) (kW)

c). Energi Yang Hilang (Qloss)


29

Q loss

Hf

Hu

HNe

Hsp

Hgb

Motor Bakar Bensin

Qloss = (Hu + Hf) – (HNe + Hap + Hgb) (kW)

Persentase keseimbangan energi menjadi :

1 =

atau

BH Ne = x 100%

BH ap = x 100%

BH gb = x 100%

BH loss = x 100%

2.2. Motor Bakar 4 Langkah

Motor 4 langkah merupakan suatu mesin yang dalam satu siklus kerjanya

terdiri dari langkah hisap,langkah kompresi, langkah kerja, langkah buang. Dimana

saat pada langkah hisap katup hisap terbuka,sehingga udara dan bahan bakar masuk

ke ruang bakar. Serta selanjutnya di lakukan langkah kompresi oleh poros, dan saat

tekanan ruang bakar menjadi sangat tinggi di beri loncatan bunga api yang

menyebabkan terjadinya ledakan bahan bakar sehingga terjadi langkah kerja. Saat

piston mencapai titik mati bawah setelah melakukan langkah kerja,maka katup buang

terbuka dan terjadi langkah buang, di mana gas buang di keluarkan dari ruang bakar.

Secara lebih jelasnya dapt diamati dari gambar di bawah ini.


30

Motor Bakar Bensin

Gambar 2 . Prinsip kerja motor 4 tak

2.3 Motor Bakar 2 Tak

Pada siklus dua tak, untuk menghasilkan satu kali pembakaran hanya

membutuhkan dua kali langkah proses, yaitu : langkah kompresi dan langkah usaha.

Gambar 4. Motor bensin dua tak


31

Motor Bakar Bensin

2.2 Teori dasar alat ukur

a. Tachometer

Gambar 3.1 Tachometer

Tachometer merupakan alat ukur yang digunakan untuk mengukur

kecepatan putarandengan menggunakan sensor mekanik ataupun infra merah.

Apabila menggunakan sensor infra merah, sinar dari infra merah tadi diarahkan

ke poros yang berputar dan diperoleh pembacaan berupa angka pada layar

tachometer. Jika menggunakan sensor mekanik,sensor ditempelkan pada poros

yang berputar dan diperoleh pembacaan pada skala yang ditunjukan oleh jarum.

b. Stop Watch

Gambar 3.4 Stopwatch

Alat ini digunakan untuk mengukur waktu yang diperlukan pada setiap cc

pemakaian bahan bakar dalam detik.

c. Termometer digital

Termometer digunakan untuk mengetahui temperatur udara masuk

karburator, temperatur gas buang, temperatur air masuk radiator dan temperatur

air keluar radiator.

d. Dinamometer Brake

Dinamometer brake (rem gesek tromol) yang dipakai pada alatini berguna

untuk mengukur torsi yang ditimbulkan oleh putaran motor.


32

Motor Bakar Bensin

BAB III

METODOLOGI

3.1 Peralatan

3.2 Alat Ukur

1. Dinamometer brake

2. Tachometer.

3. Manometer.

4. Termometer.

3.3 Asumsi-asumsi.

1. Siklus otto ideal.

2. Tekanan pada silinder diatas tekanan atmosfer.

3.4 Prosedur percobaan


33

Motor Bakar Bensin

Sebelum melakukan pengujian, perlu dilakukan beberapa tahap pengerjaan

sebagai berikut :

1. Periksa tangki bahan bakar, apakah telah diisi. Dan periksa air pendingin pada

radiator serta minyak pelumas motor.

2. Hidupkan blower pendingin rem.

3. Buka katup bahan bakar dan katup bahan bakar ke karburator.

4. Sebelum mesin dijalankan periksa sekali lagi kondisi motor dan komponen

lainnya agar pengujian dapat dilakukan dengan lancar.

Pengujian Motor Bensin

1. Hidupkan motor dengan menekan tombol ON pada panel instrumen.

2. Buka katup gas secukupnya. (Prosedur menghidupkan dan mematikan motor

harus dilakukan dengan baik agar tidak terjadi kerusakan dan kesalahan pada

komponen alat uji)

3. Selanjutnya pengujian dapat dilakukan pada berbagai kondisi seperti berikut :

a. Katup gas berubah, beban konstan.

b. Beban berubah, katup gas konstan.

c. Beban dan katup gas berubah, putaran konstan.

4. Pada setiap operasi, dilakukan pengamatan terhadap :

a. Momen puntir

b. Putaran poros

c. Pemakaian bahan bakar

d. Perbedaan tekanan pada manometer

e. Temperatur gas buang

f. Temperatur kamar (konstan)

g. Temperatur air masuk radiator

h. Temperatur air keluar radiator

i. Debit aliran air masuk radiator

Teknik pengujian dan pengukuran

Setelah motor dijalankan, pengujian dapat dilakukan dengan membuka katup

gas pada posisi yang diingini. Pada bukaan katup gas konstan prosedur pengukuran

prestasi mesin adalah :

1. Atur katup gas pada posisi tertentu maka putaran poros akan naik.


34

Motor Bakar Bensin

2. Motor mulai dibebani dengan mengatur beban pada dinamometer-brake

sampai pada putaran tertentu

3. Setelah keadaan alat uji dalam keadaan stabil, dilakukan pengamatan terhadap

parameter – parameter sebagai berikut :

a. Putaran poros, n (rpm)

b. Pembebanan pada rem, F (kgf)

c. h manometer tabung-U (mm)

d. Waktu pemakaian bahan bakar (second)

e. Temperatur gas buang (C)

f. Temperatur air masuk radiator (C)

g. Temperatur air keluar radiator (C)

h. Volume aliran air masuk radiator setiap waktu 10 detik (liter)

4. Selanjutnya putaran motore dapat dinaikkan dengan mengurangi beban pada

Dinamometer-brake.

5. Data dapat diambil pada putaran motor yang berbeda-beda. Posisi katup

konstan.

6. Untuk posisi katup gas berubah, cara pengujian dan pengukuran sama dengan

diatas.

7. Setelah pengujian selesai. Catat tekanan dan temperatur udara sekeliling.

8. Matikan motor dengan menekan tombol OFF pada panel instrumen.

BAB IV


35

Motor Bakar Bensin

DATA

4.1 Data Percobaan

Tabel Data Motor Bakar Bensin

Kelompok : XI

No.

Putaran Beban

Bahan Bakar

ΔH udara Air Pendingin

T gb

(rpm) (kg)Vol (ml) t (s) (mm)

T in (ºC)

T out (ºC) t (s)

Vol (m3)

(ºC)

1 1000 1 50 79,2 1 51 48 79,2 9,00E-03 139

2 1000 1,5 50 88,8 1 58 52 88,8 2,00E-02 165

3 1000 2 50 64,2 1 62 57 64,2 3,50E-02 1804 1000 2,5 50 77,4 1 64 59 77,4 4,70E-02 2055 1000 3 50 82,2 1 67 61 82,2 6,30E-02 2146 700 2 50 88,8 1 69 60 88,8 7,90E-02 1847 900 2 50 93,6 1 70 64 93,6 1,00E-01 2028 1100 2 50 83,4 1 70 65 83,4 1,19E-01 2299 1300 2 50 73,8 1 71 67 73,8 1,41E-01 25310 1500 2 50 70,8 1 73 68 70,8 1,60E-01 275

Padang, 12 Juni 2009

Asisten Motor Bakar

(ENDI NAIM)

4.2 Contoh Perhitungan.


36

Motor Bakar Bensin

Untuk beban 1 Kg

Data perhitungan :

n = 1000 rpm

m = 1 kg

Volume bahan bakar = 50ml

∆t bahan bakar = 92 dt

Tin air = 51 °C

Tout air = 48 °C

t gas buang = 116°C

F = m.g

= 1kg . 9,81 m/s2

=

A. Torsi Mesin ( T )

B. Daya poros efektif (Ne)

C. Tekanan efektif rata-rata.


37

Motor Bakar Bensin

D. Pemakaian bahan bakar.

E. Pemakaian bahan bakar spesifik.

F. Laju aliran masa udara (mu)

G. Perbandingan bahan bakar udara

H. Efesiensi volumetrik (ηv)


38

Motor Bakar Bensin

I. Efesiensi termal.

J. Energi bahan bakar.

K. Energi Gas Buang

L. Energi Poros Efektif

M. Energi Air pendingin.


39

Motor Bakar Bensin

Persentase keseimbangan energi menjadi:


40

Motor Bakar Bensin


41

Motor Bakar Bensin

4.4 Grafik Hasil Percobaan


42

Motor Bakar Bensin

4.5 Analisa dan Pembahasan

Pada praktikum motor bakar bensin, hal penting yang ingin dicapai

adalah untuk mengetahui karakteristik serta parameter-parameter prestasi yang

ada pada motor bakar bensin.

Volume bahan bakar yang dipakai pada tiap satu kali percobaan adalah

50 ml. Setelah dilakukan 10 kali percobaan. 5 kali percobaan pertama dilkukan


43

Motor Bakar Bensin

pada putaran konstan dan kemudian 5 kali percobaan berikutnya untuk beban

yang konstan.

Pada percobaan dengan putaran konstan, waktu yang didapatkan

setelah bahan bakar dipakai kurang tepat. Karena waktu untuk percobaan

pertama dan kedua cukup tinggi, padahal beban yang terpasang rendah. Hal ini

tentunya tidak sesuai dengan teori yang ada, karena seharusnya waktu yang

tertinggi adalah pada percobaan pertama tersebut dan kemudian nilai waktu

yang didapatkan akan terus menurun karena kenaikan beban yang terjadi pada

percobaan selanjutnya.

Jika dilihat dari temperatur air pendingin, pada temperatur masuk

cenderung mengalami kenaikan untuk tiap-tiap percobaan. Begitu juga dengan

temperatur keluarnya. Hal ini sudah sesuai dengan yang seharusnya karena

temperatur mesin akan terus naik jika waktunya juga bertambah. Kemudian

pada temperatur gas buang, kecendrungan yang sama juga ditemukan yaitu

temperatur gas buang akan terus naik jika waktunya juga bertambah.

Pada percobaan dengan beban konstan, waktu pemakaian bahan bakar

cenderung menurun seiring dengan kenaikan putaran mesin. Hal ini sudah

sesuai dengan hal teoritisnya, karena pada putaran tinggi pemakaian bahan

bakar juga semakin besar.

Untuk temperatur air pendingin dan temperatur gas buang

kecendrungannya sama dengan pada puataran konstan yaitu temperatur akan

terus naik jika waktunya juga bertambah.

Jika ditinjau dari grafik yang kemudian didapatkan, pada grafik ηth Vs

Ne untuk percobaan beban konstan terdapat kecenderungan kenaikan nilai

efisiensi terhadap nilai daya poros. Hal ini sudah sesuai dengan literatur yang

ada, karena menurut teori yang ada efisiensi termal akan naik dengan kenaikan

nilai dari daya poros. Untuk putaran konstan terdapat penurunan nilai efisiensi

pada data ke tiga. Hal ini mungkin terjadi karena kesalahan dalm pencatatan

waktu pemakaian bahan bakar.

Pada grafik mbb Vs Ne untuk percobaan beban konstan terdapat

kecenderungan bahwa daya poros yang dihasilkan akan terus naik apabila

harga mbb juga naik. Hal ini sudah sesuai dengan literatur, karena menurut

teori yang ada bahwa daya yang besar dapat dihasilkan jika suplai dari bahan


44

Motor Bakar Bensin

bakar memiliki nilai yang besar pula. Sedangkan pada percobaan dengan

putaran konstan terdapat kecenderungan yang berbeda, karena terdapat

fluktuasi nilai yang didapatkan. Hal ini mungkin diakibatkan oleh

kekurangtelitian dalam proses pengukuran waktu serta kekurangtepatannya

beban pada waktu pengaturannya.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari percobaan dan perhitungan yang dilakukan dapat ditarik beberapa

kesimpulan, yaitu:

1. Semakin besar harga Ne maka energi yang hilang semakin kecil.


45

Motor Bakar Bensin

2. Semakin besar Ne maka semakin kecil Sfc

3. Harga Ne berbanding lurus dengan energi yang dihasilkan.

4. Motor bensin disebut juga dengan spark ignition engine.

5. Motor bensin dilengkapi dengan busi dan karburator.

6. Pada langkah hisap udara dan bahan bakar dihisap pada saluran hisap.

7. Proses pembakaran terjadi pada saat kompresi dimana setelah udara dan bahan

bakar didalam karburator dimampatkan maka diberi loncatan bunga api listrik

pada busi.

8. Parameter yang paling berpengaruh dalam penentuan prestasi motor bensin

adalah daya poros efekif dan laju pemakaian bahan bakar.

5.2 Saran

1. Amati hasil yang ditinjukkan oleh alat ukur dengan teliti sehingga hasil yang

diperoleh akurat.

2. Untuk praktikum selanjutnya disarankan agar lebihberhati-hati dalam

penghitungan waktu serta parameter-parameter yang lain.

DAFTAR KEPUSTAKAAN

Cengel, Yunus .A. Thermodynamics An Engineering Approach.Mc Graw-Hill :

Singapore.

Team Asisten LKE.Diktat Praktikum Sistem Energi 2009.Jurusan Teknik Mesin

Universitas Andalas : Padang. 2009.


46

Motor Bakar Bensin

www.britannica.com


47

Motor Bensin

Documents