Mesin piston adalah mesin yang menggunakan satu piston
atau lebih yang bergerak, yang tujuannya untuk mengubah tekanan menjadi gerak
melingkar. Sedangkan motor bakar adalah pesawat pengerak mula yang mengubah
tenaga kimia bahan bakar menjadi tenaga panas (kalor) dengan jalan pembakaran,
panas tersebut selanjutnya di rubah menjadi tenaga mekanik.
A.
PRINSIP KERJA
MOTOR BAKAR TORAK 2 DAN EMPAT LANGKAH
Prinsip Kerja Motor Bakar Torak Berdasarkan
prinsipnya, terdapat 2 (dua) prinsip kerja motor bakar torak, yaitu : 4 (empat)
langkah dan 2 (dua) langkah. Adapun prinsip kerja motor bakar 4 (empat) langkah
dan 2 (dua) langkah adalah sebagai berikut:
1.
Prinsip Kerja Motor Bakar 4 (empat)
Langkah Motor bakar 4 (empat) langkah adalah bila 1 (satu) kali proses
pembakaran bahan bakar memerlukan 4 (empat) langkah gerakan piston dan 2 (dua)
kali putaran poros engkol. Siklus motor bakar 4 (empat) langkah adalah sebagai
berikut :
a). Langkah Hisap
Proses yang terjadi pada langkah isap adalah :
1.
Torak bergerak dari TMA ke TMB.
2.
Katup masuk terbuka, katup buang tertutup.
3.
Campuran bahan bakar dengan udara yang telah tercampur
di dalam karburator, masuk kedalam silinder melalui katup masuk.
4.
Saat torak berada di TMB katup masuk akan tertutup.
b). Langkah
Kompresi
Proses yang terjadi pada langkah kompresi adalah :
1.
Torak bergerak dari TMB ke TMA.
2.
Katub masuk dan katup buang kedua-duanya tertutup
sehingga gas yang telah dihisap tidak keluar pada waktu di tekan oleh torak
yang mengakibatkan tekanan gas akan naik.
3.
Beberapa saat sebelum torak mencapai TMA busi mengeluarkan
bunga api listrik.
4.
Gas bahan bakar yang telah mencapai tekanan tinggi
terbakar.
5.
Akibat pembakaran bahan bakar, tekanannya akan naik
menjadi kira-kira tiga kali lipat.
c). Langkah
Kerja / Ekspansi
Proses yang terjadi pada langkah Kerja (ekspansi) adalah :
1.
Saat ini kedua katup masih dalam keadaan tertutup.
2.
Gas terbakar dengan tekanan yang tinggi akan
mengembang kemudian menekan torak turun ke bawah dari TMA ke TMB.
3.
Tenaga ini disalurkan melalui batang penggerak,
selanjutnya oleh poros engkol diubah menjadi gerak berputar.
d). Langkah
Buang
Proses yang terjadi pada langkah buang adalah :
1.
Katup buang terbuka, katup masuk tertutup.
2.
Torak bergerak dari TMB ke TMA..
3.
Gas hasil sisa pembakaran akan terdorong oleh torak ke
luar melalui katup buang. Kerja motor
bakar 4 (empat) langkah dapat dilihat pada (gambar 2.3.) berikut :
Gambar 2.3.
Prinsip kerja motor 4 (empat) langkah
2.
Motor Bensin 2 (dua) Langkah
Motor bensin 2 (dua) langkah adalah
mesin yang proses pembakarannya setiap siklus terdiri dari 2 (dua) langkah
piston atau 1 (satu) kali putaran poros engkol. Piston yang bergerak naik dari
titik mati bawah ke titik mati atas menyebabkan saluran bilas dan saluran buang
akan tertutup. Dalam hal ini gas yang berada dalam ruang pembakaran
dikompresikan. Sementara itu gas yang baru masuk ke ruang engkol, beberapa
derajat sebelum piston mencapai titik mati atas, busi akan meloncatkan bunga
api sehingga akan terjadi pembakaran bahan bakar. Prinsip kerja dari motor 2
(dua) langkah tersebut adalah sebagai berikut :
a). Langkah Pengisapan
a). Langkah Pengisapan
Proses yang terjadi pada langkah isap adalah :
1.
Torak bergerak dari TMA ke TMB
2.
Pada saat saluran bilas masih tertutup torak, di dalam
bak mesin terjadi kompresi terhadap campuran bensin dengan udara.
3.
Diatas torak, gas sisa pembakaran dari hasil
pembakaran sebelumnya sudah mulai terbuang keluar melalui saluran buang.
4.
Saat saluran bilas sudah terbuka, campuran bensin
dengan udara mengalir melalui saluran bilas terus masuk kedalam ruang bakar.
b). Langkah Kompresi
Proses yang terjadi pada langkah kompresi adalah :
1.
Torak bergerak dari TMB ke TMA.
2.
Rongga bilas dan rongga buang tertutup, terjadi
langkah kompresi dan setelah mencapai
tekanan tinggi busi memercikan bunga api listrik untuk membakar campuran bensin
dengan udara.
3.
Pada saat yang bersamaan, di bawah (di dalam bak
mesin) bahan bakar yang baru masuk kedalam bak mesin melalui saluran masuk.
c). Langkah Kerja / Ekspansi
Proses yang terjadi pada langkah Kerja (ekspansi)
adalah :
1.
Torak kembali dari TMA ke TMB akibat tekanan besar
yang terjadi pada waktu pembakaran bahan bakar.
2.
Saat itu torak turun sambil mengkompresi bahan bakar
baru di dalam bak mesin.
d). Langkah Buang
Proses yang terjadi pada langkah buang adalah :
1.
Menjelang torak mencapai TMB, saluran buang terbuka
dan gas sisa pembakaran mengalir terbuang keluar.
2.
Pada saat yang sama bahan bakar baru masuk kedalam
ruang bahan bakar melalui rongga bilas.
3.
Setelah mencapai TMB kembali, torak mencapai TMB untuk
mengadakan langkah sebagai pengulangan dari yang dijelaskan sebelumnya.
B. KOMPONEN MOTOR BAKAR
Bagian
komponen utama motor bakar yang dinamis adalah bagian komponen yang melakukan
gerakan mekanik yang berupa gerakan translasi mapun rotasi dimana gerakan ini
timbul dari hasil reaksi pembakaran dalam silinder kerja. Bagian komponen utama
motor yang dinamis ini berlaku dalam semua pesawat kerja.. Adapun bagian
komponen utama motor bakar yang dinamis ini antara lain :
1.
Silinder
Silinder
merupakan tempat terjadinya pembakaran pada motor bakar dalam ( internal
combustion engine) (Jacobs and Harrell, 1983). Pada silinder berlaku
hukum Boyle dan hukum Gay Lussac. Pada silinder, terjadi perubahan bentuk
tenaga, yang semula adalah tenaga kimia (pada bahan bakar), kemudian dirubah
menjadi tenaga panas (pada saat proses pembakaran), yang akhirnya dirubah menjadi
tenaga mekanik (yaitu terjadinya putaran poros engkol).
Berlakunya
hukum Boyle pada silinder, karena proses terjadi pada ruang tertutup.
Berdasarkan hukum Boyle, pada ruang tertutup, maka perkalian dari tekanan dan
volume adalah tetap, asalkan suhunya tetap. Sedangkan hukum Gay Lussac
berlaku pada kondisi terjadinya kenaikan suhu.
Hukum Boyle :
P
. V = konstan
..................................................... (1)
atau dapat ditulis :
P1
. V1 = P2 .
V2 ......................................... (2)
dengan P adalah tekanan dan V
adalah volume. Persamaan (1) dan (2) tersebut berlaku dengan syarat suhu
ruangan adalah konstan (artinya tidak berubah nilainya).
Hukum Gay
Lussac :
P1
/ P2 = T1 /
T2 .......................................... (3)
atau dapat ditulis :
P2
= (T2 / T1 ) P1
............................................ (4)
dengan P adalah tekanan dan T
adalah suhu. Persamaan (3) atau (4) berlaku setelah terjadi proses
pembakaran pada silinder motor letup (misalnya motor bensin).
Pada motor
letup (atau motor eksplosi) (misalnya motor bensin), pembakaran terjadi pada
waktu yang singkat. Suhu tinggi untuk memulai terjadinya pembakaran
tersebut dihasilkan dari elektroda busi. Sesuai dengan namanya, motor
letup atau motor letusan, dikarenakan pembakaran terjadi cepat sekali.
Pembakaran pada silinder ini terjadi pada saat torak berada di Titik Mati
Atas (TMA).
Ada istilah
perbandingan kompresi (compression ratio), yaitu perbandingan volume
silinder pada saat torak berada pada Titik Mati Bawah (TMB) terhadap
volume silinder pada saat torak berada di TMA.
Pada motor
bensin, fluida yang dikompresi (atau ditekan) pada silinder adalah campuran
bahan bakar dan udara. Pada motor diesel, yang masuk ke silinder melalui
saluran pemasukan (atau saluran hisap) adalah udara murni, jadi pada motor
diesel tersebut, yang ditekan (atau dikompresi) juga hanya udara murni.
Pada motor
diesel, kompresi yang dilakukan pada silinder dilakukan agar menghasilkan suhu
yang cukup tinggi untuk memulai pembakaran. Proses pembakaran pada
silinder motor diesel terjadi setelah bahan bakar dimasukkan (atau
disemprotkan) ke dalam silinder (melalui nozzle).
Secara umum,
tujuan kompresi adalah untuk mempertinggi rendemen panas (thermal efficiency).
Rendemen panas merupakan hasil bagi dari daya
mekanis yang dihasilkan pada silinder, dengan daya kimia yang terkandung pada
bahan bakar. Nilai compression ratio untuk motor diesel adalah 18
: 1, sedangkan untuk motor bensin adalah 8 : 1 (Wanders, 1978). Perbandingan
kompresi motor diesel pada umumnya berkisar antara 12 dan 20 (Arismunandar dan
Tsuda, 1986).
Pada motor
diesel, tekanan pada silinder dapat mencapai 30 kg/cm2, dan
temperatur pada silinder dapat mencapai 550 oC (Arismunandar
dan Tsuda, 1986).
2. Torak
Torak bergerak naik
turun didalam silinder untuk langkah hisap, kompressi, pembakaran, dan
pembuangan. Fungsi utama torak untuk menerima tekanan pembakaran dan meneruskan
tekanan untuk memutarkan poros engkol melalui batang torak ( connetcting rod ).
Torak terus menerus menerima temperature dan tekanan yang tinggi sehingga
hartus dapat tahan saat engine beroperasi pada kecepatan tinggi untuk periode
yang lama. Pada umumnya torak terbuat dari paduan alumunium, selain lebih
ringan radiasi panasnya juga lebih efisien dibandingkan material lainya.
Pada saat torak menjadi
panas akan terjadi sedikit pemuaian dan mengakibatkan diameternya akan
bertmbah. Hal ini menyabakan adanya gaya gesek besar yang dapat merusak dinding
silinder sehingga kinerja engine menjadi berkurang dan menyebabkan over
heating. Untuk mencegah hal ini pada engine harus ada semacam celah yaitu jarak
yang tersedia untuk temperatur ruang yaitu kurang lebih 25º antara torak dan
silinder. Jarak ini disebut piston clearance.celah ini bervariasi dan ini
tergantung dari model enginenya, dan pda umumnya antara 0,02-0,12 mm.
Pada torak terdapat
pegas torak ( ring piston ) yang dipasang dalam alur ring ( ring groove ) pada
torak. Diameter luar ring torak sedikit lebih besar dibanding dengan
torak itu sendiri. Ketika terpasang pada torak, karena pegas torak sifatnya
elastis menyebabkan mengembang, sehingga menutup dengan rapat pada dinding
silinder silinder. Pegas torak terbuat dari bahan yang dapat bertahan lama. Umumnya
terbuat dari baja tuang spesial, yang tidak merusak dinding silinder. Jumlah
pegas torak bermacam-macam tergantung jenis engine dan pada umunya 3 sampai 4
pegas torak untuk setiap toraknya. Pegas torak mempunyai tiga peranan yaitu :
a.
Mencegah kebocoran campuran udara dan bahan
bakar dan gas pembakaran yang melalui celah antara torak dan dinding silinder.
b.
Mencegah oli yang melumasi torak dan
silinder masuk keruang bakar.
c.
Memindahkan panas dari torak ke dinding
silinder untuk membantu medinginkan torak.
Pegas torak
terdiri dari dua jenis yaitu :
a.
Pegas kompresi
b.
Pegas pengontrol oli
3. Batang Torak ( Connecting Rod )
Batang torak (
connecting rood ) menghubungkan torak ke poros engkol dan selanjutya meneruskan
tenaga yang dihasilkan oleh torak ke pores engkol. Bagian ujung batang torak
yang berhubungan dengan pena torak sidebut small rod. Sedang yang lainnya yang
berhubungan dengan poros engkol disebut big end. Crank pin berputar pada
kecepatan tinggi didalam big end, dan mengakibatkan temperature mejadi tinggi.
Untuk menghindari hal tersebut yang diakibatkan panas, metal dipasangkan
didalam big end. Metal harus dilumasi dengan oli dan sebagian dari oli
dipercikan dari lubang oli kebagian dlam torak untuk mendinginkan torak.
4. Pena Torak ( Piston Pin )
Pena torak menghubungkan
torak dengan bagian ujung yang kecil ( small end ) pada batang torak. Dan
meneruskan tekanan pembakaran yang berlaku pada batang torak. Pena torak
berlubang didalamnya untuk mengurangi berat yang berlebihan dan kedua ujung
ditahan oleh bussing pena torak ( piston pin boss ). Pada kedua ujung pena
ditahan oleh dua buah pegas pengunci 9 snap ring ). Pada engine dua langkah pena torak dilapisi bantalan
yang berupa bearing.
5. Poros Engkol ( Crank Shaft )
Tenaga yang digunakan untuk menggerkan roda kendaraan
dihasilkan oleh gerakan batang torak dan dirubah menjadi gerak putar pada poros
engkol. Poros engkol menerima beban yang besar dari torak dan batang torak
serta berputar pda kecepatan tinggi. Dengan alasa tersebut poros engkol umumnya
dibuat dari baja carbon dengan tingkatan serta mempunyai daya tahan yag tinggi.
6. Mekanisme Katup
Katup
dimiliki oleh motor bakar empat tak, yang berguna untuk membuka dan menutup
saluran pemasukan ke silinder, dan satu katup lainnya dipakai untuk membuka dan
menutup saluran pengeluaran.
Pada motor 4 langkah mempunyai satu atau dua atau tiga
katup masuk dan katup buang pada setiap ruang bakar. Campuran udara dan bahan
bakar masuk ke silinder melalui katup masuk, dan gas bekas keluar melalui katup
buang mekanisme yang membuka dan menutup katup ini disebut mekanisme katup.
Mekanisme katup digerakan oleh poros bubungan atau disebut sebagai cam shaft.
Cam shaft berfungsi sebagai durasi pada timing pembakaran. Berikut beberapa ini
type mekainsme katup yang dibuat :
· Tipe Over Head valve ( OHV ). Mekanisme katup ini sederhana dan high
reliability. Penempatan camshaftnya pada blok silinder, dibantu dengan
valve lifter dan push rod antara rocker arm.
· Tipe Over Head Cam ( OHC ). Pada type ini camshaft ditempatkan diatas
kepala silinder, dan cam langsung menggerakan rocker arm tanpa melaui lifter
dan push rod. Camshaft digerakan oleh poros engkol melalui rantai atau tali
penggerak. Tipe ini lebih rumit dibandingkan dengan OHV, tetapi tidak
menggunakan lifter dan push rod sehingga berat bagian yang bergerak mnejadi
berkurang. Kemampuan pada kecepatan tinggi cukup baik, karena katup-katup
membuka dan menutup lebih tetap pada kecepatan tinggi.
·
Tipe Double Over Head Cam ( DOHC ). Dua camshaft ditempatkan pada kepala
silinder untuk menggerakan masing-masing katup masuk dan katup buang. Pada
sistim ini ada yang menggunakan rocker arm dan ada juga yang tidak. Namun
kebanyakan tidak menggunakan rocker arm. Berat gerakannya jadi berkurang,
membuka dan menutupnya katup-katup mejadi lebih presisi pada saat putaran
tinggi. Kontruksi tipe ini
sangat rumit, tetapi kemampuan gerakannya sangat tinggi dibandingkan dengan
SOHC.
7. Roda Penerus ( Fly Weel )
Roda penerus dibuat dari
baja tuang denan mutu yang tinggi yan diikat oleh baut pada bagian belakang
poros engkol pada kendaraan yang menggunakan transmisi manual. Poros engkol
menerima tenaga putar ( rotational force ) dari torak selama langkah usaha. Tapi tenaga itu hilang pada langkah-langkah lainnya
seperti, inertia loss, dan kehilangan akibat gesekan.
Roda
penerus menyimpan tenaga putar ( inertia ) selama proses langkah lainya kecuali
langkah usaha oleh sebab itu poros engkol berputar secara terus-menerus. Hal
ini menyebabkan engine berputar dengan lembut diakibatkan getaran tenaga yang
dihasilkan.
8. Karburator (motor bensin)
Sistem karburasi mempunyai output yaitu terjadinya pencampuran bahan bakar
(bensin) dan udara dengan perbandingan tertentu. Pada pencampuran di
karburator tersebut, cairan dijadikan kabut, istilahnya dikabutkan, kemudian
kabut tersebut dicampur denggan udara.
Guna karburator adalah (a) merubah bahan bakar cair menjadi kabut, (b)
memberikan campuran bahan bakar ke dalam silinder, dan (c) mencampur
bahan bakar dan udara dengan perbandingan tertentu.
Prinsip kerja karbutator disajikan pada Gambar 1. Pada
pengapung terdapat suatu jarum. Apabila permukaan bahan bakar pada
karburator naik (atau bahan bakar masuk dari tangki ke karburator) maka jarum
dapat menutup lubang. Jadi, setelah karburator terisi dengan bensin pada
jumlah tertentu, maka lubang pemasukan bahan bakar dapat ditutup oleh pengapung
dengan jarum.
9. Pump
Injection (pada motor disel)
Injection pump merupakan pompa tekan bahan
bakar, yang merupakan suatu sistem yang merubah bahan bakar cair menjadi kabut
(pada nozzle) yang ditekan oleh injection pump. Makin
besar tekanannya maka makin halus ukuran partikel bahan bakar yang
dihasilkan.
Fungsi kompresi pada motor diesel adalah : (1)
menaikkan efisiensi panas (thermal efficiency), dan (2) menghasilkan
suhu yang tinggi untuk memulai pembakaran.
10. Sistem
Pendingin (radiator)
Suhu yang
dihasilkan pada silinder motor bakar oleh sistem penyalaan dapat mencapai 1200 oC.
Torak dan silinder terbuat dari logam. Jika panas cukup tinggi,
maka kekuatan logam berkurang, bahkan bisa meleleh. Utulah sebabnya
diperlukan sistem pendinginan pada motor bakar. Pendinginan sebenarnya
merugikan, sebab mengurangi rendemen panas. Namun demikian, pendinginan
harus ada, agar motor tidak rusak. Pendinginan juga berguna untuk
mencegah agar minyak pelumas pada motor bakar tidak terbakar. Sistem
pendinginan dipasang pada sepanjang selah torak pada silinder motor
bakar.
Tujuan sistem
pendingin adalah untuk mencegah suhu yang sangat tinggi (yang dihasilkan pada
proses pembakaran pada silinder), karena suhu yang sangat tinggi tersebut dapat
merusak bagian – bagian dinding silinder, torak, katup, dan bagian motor
lainnya, serta mencegah kerusakan oli pelumas yang melumasi bagian bagian
tersebut.
Pada sistem
radiator ini, air didinginkan dengan kipas angin. Untuk mempercepat
pendinginan, air dilewatkan melalui pipa – pipa air dengan kisi – kisi
dari plat tembaga, yang apabila dilihat dari luar tampak seperti bentuk sarang
tawon, yang biasa disebut kondensor (dapat dilihat pada Gambar
berikut). Alat tersebut biasanya dilengkapi dengan pompa air untuk
memperlancar aliran air dari ”radiator” ke mantel air, dan berputar ke radiator
kembali.
C.
TIPE ENGINE
Radial Type
Mesin radial adalah konfigurasi mesin
pembakaran dalam, di mana silinder
diatur mengelilingi arah sebuah pusat poros engkol
seperti jeruji pada roda.
Pembakaran ini secara umum digunakan mesin
pesawat
sebelum digantikan dengan mesin poros turbo
dan turbojet.
V Type
Mesin V adalah konfigurasi mesin
umum untuk sebuah mesin pembakaran dalam.
Piston
yang susunannya diatur sedemikian rupa hingga membentuk huruf V membuat mesin
ini disebut mesin V. Konfigurasi V dapat mereduksi panjang dan berat
keseluruhan mesin jika dibandingkan dengan mesin yang tersusun dengan
konfigurasi lurus.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar