motor bakar

BAB I

PENDAHULUAN

1. 1. SEJARAH MOTOR BAKAR

 Sukses pertama kali manusia mengubah energi panas menjadi energi mekanis telah dilakukan oleh James Watt 200 tahun yang lalu dengan penemuan mesin uapnya. Pada tahun 1986 Nicholas August Otto mulai dengan motor pembakarannya yang di kenal sampai sekarang. Motor pembakaran ini kemudian berkembang dan diadakan perbaikan sehingga bentuknya menjadi lebih kecil sedangkan tenaganya menjadi besar. Dikarenakan mudah di hidupkan dan sangat praktis, maka memberikan kemungkinan dapat menggunakan motor pembakaran ini di berbagai lapangan dengan aneka ragamnya.

Nikolaus August Otto adalah seorang berkebangsaan Jerman yang pada tahun 1876 telah menciptakan mesin/motor dengan pembakaran empat langkah. Suatu jenis mesin yang dipakai jutaan manusia yang dibuat sejak saat itu hingga kini untuk menggerakkan mobil dan kendaraan lainnya.

Proses pembakaran pada bagian dalam mesin yang diciptakan Otto merupakan suatu hasil pemikiran yang cermat dan brilian. Mesin jenis ini mulanya digunakan untuk menggerakkan perahu motor dan sepeda motor.

1. 2. TEORI DASAR MOTOR BAKAR

Pada prinsipnya motor bakar bekerja karena adanya energi panas yang diperoleh dari pembakaran bahan bakar. Energi panas tersebut diperoleh dari siklus kerja dari motor bakar tersebut.

1.2.1. Motor Bakar Ditinjau Dari Memperoleh Energy Thermal

1.   Mesin Pembakaran Luar (External Combustion Engine) Pada mesin pembakaran luar proses pembakaran terjadi di luar mesin. Energy thermal dari gas hasil pembakaran di pindahkan ke fluida kerja melalui beberapa dinding pemisah. Contoh: mesin uap.

2.   Mesin Pembakaran Dalam (Internal Combustion Engine)Pada umumnya mesin pembakaran dalam ini disebut motor bakar, karena proses pembakarannya terjadi didalam mesin motor itu sendiri, sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja. Contohnya: motor bakar torak dan sistem turbin gas.Dalam perencanaan ini pembahasan hanya pada motor bakar torak, motor bakar torak menggunakan satu atau beberapa silinder dan di dalam silinder tersebut terdapat torak yang bergerak bolak-balik.Motor bakar adalah salah satu mesin kalor yang bekerja mengubah energi thermal menjadi energi mekanik. Energi thermal ini diperoleh dari hasil pembakaran antara bahan bakar dan udara didalam ruang bakar.Gas hasil proses pembakaran ini kemudian digunakan untuk mendorong piston yang dihubungkan dengan poros engkol melalui perantaraan sebuah batang penghubung (connecting rod), sehingga gerak translasi dari piston diubah menjadi gerak rotasi pada poros engkol.

1.2.2 Motor Bakar Ditinjau Dari Siklus Kerja

 1. Motor 2 langkah

      Motor 2 langkah adalah motor bakar yang menghasilkan satu langkah kerja atau dua kali putaran poros engkol setiap siklusnya.

2. Motor 4 langkah

      Motor 4 langkah adalah motor bakar yang menghasilkan dua langkah kerja atau empat kali poros setiap siklusnya.

1.2.3 Motor Bakar Ditinjau Sistem Penyalaan

 1. Pada motor bensin, proses penyalaan bahan bakar dinyalakan oleh loncatan bunga api yang terjadi antara kedua elektroda dari busi, oleh karena itu motor bensin dinamakan Spark Ignition Engine.

2. Pada motor diesel, proses penyalaannya terjadi karena bahan bakar yang disemprotkan kedalam silinder pada saat udara bertemperatur dan bertekanan tinggi. Oleh karena itu motor diesel dinamakan Compression Ignition Engine.

1.2.4 Motor Bakar Ditinjau Berdasarkan Susunan Silinder

 1. Silinder 1 baris

      Pada silinder 1 baris, sumbu dari semua silinder terletak pada sebuah bidang datar.

2. Silinder V

                  Pada silinder V, sumbu silinder terletak pada dua bidang yang berpotongan dan sumbu poros engkol berhimpitan dengan garis potong kedua bidang tersebut.

3. Silinder X

Pada silinder X, dua buah silinder V yang di tempatkan bertolak belakang dan sumbu poros engkolnya berhimpitan menjadi satu.

4. Silinder Radial

Pada silinder radial, silindernya terletak radial terhadap sumbu poros engkol. Pada makalah ini penulis membahas tentang motor bakar bensin.

BAB II

RUANG LINGKUP MOTOR BAKAR BENSIN

2.1. Proses Kerja Motor Bakar Bensin

2.1.1. Motor Bakar Bensin 4 Langkah

Motor bensin bekerja karena adanya energi panas yang diperoleh dari pembakaran campuran udara dan bensin. Energi panas tersebut dapat diperoleh dengan cara :

Pada saat torak bergerak dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB) terjadilah penghisapan udara dan bensin dari karburator ke dalam silinder pada saat torak bergerak ke atas, campuran tersebut dikompresikan akibatnya terjadi tekanan dan temperatur yang tinggi. Selanjutnya dipercikkanlah bunga api dari busi mengakibatkan timbulnya energi panas, akibatnya terdoronglah torak ke bawah menekan batang torak dan menggerakkan poros engkol.

Prinsip Kerja Motor Bakar Bensin 4 Langkah : Jumlah langkah yang terjadi pada siklus ini adalah 4 langkah torak dengan 2 putaran engkol dan mesin ini disebut mesin 4 langkah.

Langkah-langkah siklus motor bensin 4 langkah sebagai berikut :

- Langkah Hisap

Torak bergerak dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB), katup masuk terbuka dan katup buang tertutup. Campuran udara bahan bakar dihisap ke dalam silinder. Pada langkah hisap ini poros engkol melakukan setengah putaran pertama.

- Langkah Kompresi

Torak bergerak dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA), katup masuk dan katup keluar tertutup. Campuran udara dan bensin yang tadi dihisap, dikompresikan, sehingga tekanan dan suhunya naik pada langkah kompresi ini poros engkol melakukan setengah putaran kedua.

- Langkah Usaha

Pada saat torak berada dititik mati atas (TMA), katup masuk dan katup buang tertutup, percikan bunga api keluar dari busi dan mengakibatkan terjadinya pembakaran campuran udara dan bensin, dan mendorong torak ke bawah. Pada langkah usaha ini poros engkol melakukan setengah putaran tiga.

- Langkah Buang

Torak bergerak dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA). Katup masuk tertutup dan katup buang terbuka, gas buang terdorong keluar. Pada langkah buang ini poros engkol membuat setengah putaran yang ke empat.

2.1.2. Prinsip Kerja Motor Bensin 2 Langkah

Pada motor bakar jenis ini dalam satu proses pembakaran memerlukan dua langkah piston dari satu kali putaran poros engkol. Langkah-langkah pada siklus motor bakar bensin 2 langkah sebagai berikut :

- Langkah Hisap dan Kompresi

Piston bergerak dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA), lubang pemasukan dan pembuangan terbuka gas baru masuk ke dalam silinder dan mendorong sisa-sisa pembakaran keluar (membilas ruangan dalam silinder). Disini sebagian dari gas baru terbuang.

Lubang pemasukan dan pembuangan tertutup, gas baru dipadatkan (dikompresikan) hingga terjadi tekanan yang tinggi, pada akhir langkah piston gas baru dinyalakan, di dalam karter di bawah piston, tekanan menurun karena volume bertambah besar oleh gerakan piston, tekanan menurun karena volume bertambah besar oleh gerakan piston dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA) sehingga campuran uap bensin dengan udara masuk dalam karter.

- Langkah Usaha dan Buang

Piston bergerak dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB), katup pemasukan dan pembuangan tertutup, setelah terjadi pembakaran tekanan gas naik lebih kurang 15 atm, piston didorong menuju titik mati bawah (TMB), sehingga menghasilkan usaha/ekspansi campuran uap bensin dan udara di dalam karter dipadatkan.

Lubang pembuangan terbuka, maka gas sisa hasil pembakaran keluar, kemudian lubang pemsukan terbuka dan gas baru yang bertekanan lebih besar dari 1 atm masuk ke dalam silinder mendorong gas bekas keluar (membilas silinder) sebagian gas baru ikut terbuang keluar.

2.2. Siklus Motor Bakar Bensin (Siklus Udara Volume Konstan)

Siklus yang digunakan dalam menganalisa proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar sebagai berikut:

Gambar 1. Diagram P-V pada siklus Otto

Langkah 0-1 adalah langkah isap, langkah 1-2 adalah langkah pemampatan, garis 2-3 adalah pembakaran secara cepat yang menghasilkan pemanasan gas pada volume konstan, langkah 3-4 adalah langkah ekspansi gas panas, sedang segmen 4-1 turunnya tekanan secara tiba-tiba karena dibukanya katup buang. Setelah itu gas dibuang pada langkah 1-0. Asumsi yang digunakan pada siklus seperti pada gambar di atas beserta penjelasannya adalah sebagai berikut:

1.      Langkah isap (0-1) dan langkah buang (1-0) dianggap sebagai proses tekanan tetap.

2.      Langkah pemampatan (1-2) dianggap berlangsung secara adiabatik, karena proses tersebut berlangsung sangat cepat sehingga dianggap tidak ada panas yang sempat keluar sistem.

3.      Proses pembakaran (garis 2-3) dianggap sebagai pemasukan (pengisian) kalor pada volume konstan.

4.      Langkah kerja (3-4) dianggap juga berlangsung adiabatik. Penjelasan sama dengan nomor 2.

5.      Proses penurunan tekanan karena pembukaan katup buang (garis 4-1) dianggap sebagai pengeluaran (pembuangan) kalor pada volume tetap.

6.      Fluida kerja dianggap gas ideal sehingga memenuhi hukum-hukum gas ideal.

2.3. KELENGKAPAN MESIN

2.3.1 Sistem Pelumasan

Telah dikatakan bahwa di dalam mesin terdapat bagian-bagian yang bergerak, misalnya poros engkol piston, batang torak, katup dan sebagainya. Sistem pelumas dimaksudkan untuk mengeluarkan minyak pelumas ke bagian-bagian mesin yang bergerak. Sedangkan minyak pelumas sendiri berfungsi :

1. Mengurangi gesekan dan mencegah keausan;

2. Membantu mendinginkan bagian-bagian mesin;

3. Memperbaiki kerapatan antara pistonring dengan dinding silinder;

4. Membersihkan mesin.

2.3.2. Sistem Pendinginan

 Pembakaran campuran bahan bakar di dalam mesin menghasilkan gas bersuhu tinggi. Panas yang dihasilkan ini sebagian di pakai tenaga penggerak. Sebagian hilang dibawa gas buang dan sebagian lagi diserap oleh bagian-bagian mesin. Panas yang diserap ini harus dibuang untuk menghindari panas yang berlebihan (overheating), yang dapat pula mengakibatkan mesin menjadi retak.

Sistem pendinginan dimaksudkan untuk mengatasi keadaan tersebut. Selain itu juga untuk mempertahanka suhu yang tetap dalam mesin. Sistem yang digunakan ada 2 cara :

1. Sistem Pendinginan Udara;

2. Sistem Pendinginan Air.

3. Sistem Bahan Bakar

Seperti diketahui bahwa motor bensin adalah suatu motor yang merubah energi panas menjadi energi mekanis. Untuk mendapatkan energi panas dibutuhkan campuran gas yang terdiri dari udara dan bensin. Untuk mendapatkan campuran tersebut maka dibutuhkan suatu sistem. Sistem tersebut adalah sistem bahan bakar yang terdiri dari tanki bensin, saringan bensin, pompa bensin, karburator, saringan udara, intake manifold, exhavst manifols, pipa gas buang dan muffler.

Untuk merubah energi panas menjadi energi mekanis harus melalui pembakaran, sedangkan sebelum terjadinya pembakaran udara dan bensin harus dicampur terlebih dahulu, maka jelaslah bahwa fungsi utama dari sistem bahan bakar adalah untuk mencampur udara dan bensin.

BAB III

KOMPONEN MESIN

3.1. KOMPONEN-KOMPONEN MESIN

3.1.1. Blok Silinder (Cylinder Block)

Blok silinder merupakan bentuk dasar dari mesin yang berfungsi sebagai tempat untuk membuat energi panas yang dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar. Blok silinder terbuat dari besi tuang, paduan alumunium (allumunium alloys). Pada bagian luar block silinder terdapat dudukan-dudukan untuk menempatkan kelegkapan-kelengkapan mesin, seperti starter, alternator, pompa bensin dan distributor.

3.1.2. Silinder

Silinder berfungsi sebagai tempat untuk menghasilkan energi panas dari proses pembakaran bahan bakar. Torak bergerak bolak balik di dalam silinder untuk merubah energi panas menjadi energi mekanik, untuk menghindari keausan dan mencegah kebocoran gas kompresi dan kehilangan panas antara silinder dan torak, maka permukaan silinder dilapisi dengan Chrome.

3.1.3. Diameter Silinder dan Langkah Torak

Mesin dapat diklasifikasikan berdasarkan ukuran diameter silinder dan langkah torak. Apabila diameter silinder sama dengan langkah torak disebut square engine. Langkah torak yang lebih kecil dari diameter silinder disebut over square engine, sedangkan langkah torak yang lebih besar dari diameter silinder disebut long strote engine. Long strote engine digunakan pada mesin kecepatan rendah square dan over square engine digunakan pada mesin kecepatan tinggi.

3.1.4. Bak Engkol dan Karter (Crankcase and Oilpan)

Crankcase adalah rumah (tempat) untuk menempatkan poros engkol dan berada dibagian bawah block silinder. Oilpan berfungsi sebagai tempat untuk menampung oli sebelum oli itu dihisap dan ditekan oleh pompa oli. Oilpan terbuang dari plat baja yang diproses, pada oilpan diberi sekat-sekat yang berfungsi untuk menjaga tinggi permukaan oli pada saat kendaraan pada posisi miring atau nanjak dan juga berfungsi untuk mencegah guncangan minyak pelumas saat kendaraan berhenti dengan tiba-tiba.

3.1.5. Kepala Silinder

Kepala silinder berfungsi sebagai tempat untuk ruang pembakaran dan untuk menempatkam mekanisme katup, bahannya terbuat dari besi tuang atau paduan alumunium (allumunium alloys). Kepala silnder dipasangkan pada block silinder yang diikat dengan baut-baut. Kepala silinder juga berfungsi sebagai tutup silinder, konstruksi kepala silinder harus kuat karena bekerja pada temperatur dan tekanan yang tinggi sekali.

3.1.6. Gasket Kepala Silinder (Cylinder Head Gasket)

Gasket kepala silinder berfungsi untuk mencegah kebocoran gas kompresi atau pembakaran, air pendingin dan oli. Gasket kepala silinder terbuat dari tembaga (Copper), asbestas dan plat baja.

3.1.7. Torak (Piston), Ring Torak, Batang Torak

Torak berfungsi untuk memindahkan tenaga yang diperoleh dari pembakaran campuran udara dan bensin ke poros engkol melalui batang torak, bahannya terbuat dari besi tuang atau paduan alumunium.Piston terbuat dari paduan baja dan berfungsi untuk menghubungkan torak dengan batang torak melalui lubang bushing yang terdapat di kedua sisi torak.Piston ring berfungsi untuk mengikis kelebihan oli ke dalam ruang bakar. Piston ring terbuang dari baja tuang atau baja spesial yang bermutu tinggi.Celah cincin torak (piston ring gap) berfungsi untuk mencegah patahnya piston ring pada saat ujung-ujung piston ring bersentuhan karena adanya pemuaian.Celah torak (piston clearance) adalah kerenggangan (celah) antara torak dan dinding silinder yang berfungsi untuk memberikan kebebasan pada torak memuai supaya torak dapat bekerja.Batang torak berfungsi untuk menghubungkan torak dengan poros engkol atau meneruskan tenaga yang diperoleh torak ke poros engkol. Batang torak terbuat dari baja spesial.

3.1.8. Poros Engkol (Crank Shaft)

Poros engkol berfungsi untuk merubah gerak bolak-balik torak menjadi gerak putar yang akhirnya digunakan untuk memutar roda-roda. Poros engkol terbuat dari baja tuang

3.1.9. Roda Penerus

Roda penerus befungsi untuk menerima sebagian tenaga yang diperoleh dari langkah usaha dan memberikan tenaga kepada langkah-langkah yang lainnya. Di bagian luar roda penerus di lengkapi dengan ring gear untuk perkaitan dengan starter piston. Roda penerus terbuat dari besi tuang.

3.1.10. Mekanisme Katup

Mekanisme katup adalah suatu mekanisme pada mesin 4 langkah yang berfungsi untuk mengatur membuka dan menutupnya katup-katup. Pada tiap-tiap silinder terdapat dua buah katup, masing-masing katup hisap dan katup buang.

Bagian-bagian mekanisme katup :

- Katup (Valve) berfungsi untuk membuka dann menutup saluran hisap dan saluran buang. Diameter katup hisap dibuat lebih besar dari katup buang. Katup terbuat dari baja chrome nikel (nickel chrom steel) yang mempunyai daya tahan panas yang tinggi.

- Dudukannya katup (valve seat) berfungsi sebagai tempat duduknya kepala katup dan terbuat dari chrome nikel.

- Pegas katup (valve spring) berfungsi untuk mengembalikan katup pada dudukannya semula setelah katup bekerja.

- Valve lifler berfungsi untuk memindahkan gerakan hubungan ke rocker arm melalui push rod. Valve lifter terbuat dari baja tuang. Bagian dalam valve lifler terdapat dudukan untuk push rod. Bagian luar valve lifler dibuat halus untuk memudahkan berputar dan bergerak turun naik. Pada dinding valve lifler terdapat dua buah lubang yang berfungsi untuk pelumasan.

- Push rod berfungsi untuk meneruskan gerakan valve lifler ke ujung rocker arm. Push rod ini terbuat dari baja.

- Rocker arm berfungsi untuk menekan batang katup sehingga katup dapat membuka. Rocker arm terbuat dari baja tuang, dibagian tengah diberi lubang pelumasan. Celah katup (valve clearance) adalah celah antara rocker arm dan ujung batang katup yang tujuannya agar katup duduk pada dudukannya yang sempurna.

3.1.11. Poros Bubungan (Camshaft and cam)

 Poros bubungan berfungsi untuk mengatur waktu membuka dan menutupnya katup-katup. Pada poros bubungan terdapat beberapa bubungan yang jumlahnya sesuai dengan banyaknya katup, juga terdapat bubungan untuk menggerakkann pompa bensin dan terdapat gigi-gigi untuk menggerakkan distributor. Penggerak Poros Bubungan antara lain

- Timing Chain

Timing chain adalah penggerak roda gigi yang mempergunakan rantai berfungsi untuk memperbaiki efisiensi pemindahan dan untuk menghilangkan getaran-getaran yang terjadi.

- Timing Belt

Timing belt adalah penggerak roda gigi yang mempergunakan belt/ keuntungannya mengurangi suara hentakan (driving noise). Beltnya terbuat dari karet yang sangat keras dan tahan terhadap panas, intinya tidak elastis dan giginya terbuat dari kanvas yang mempunyai ketahanan aus tinggi.

BAB IV

PENUTUP

Kesimpulan

Dari uraian di atas kita dapat kita simpulkan pembahasan tentang Teori Motor Bakar Bensin, yaitu :

1. Dilihat dari prinsip kerjanya, bahwa motor bakar itu terbagi ke dalam 2 macam, yaitu :

 - Motor Bakar Bensin 4 Langkah;

 - Motor Bakar Bensin 2 Langkah.

2. Motor Bakar bekerja karena adanya energi panas dari pembakaran bahan bakar.

3. Kelengkapan Mesin terdiri dari :

 - Sistem Pelumasan;

 - Sistem Pendingin;

 - Sistem Pengapian;

 - Sistem Bahan Bakar.

4. Komponen Motor Bakar terdiri dari :

 - Blok Silinder;

 - Silinder;

 - Piston;

 - Karter;

 - Kepala Silinder;

 - Poros Engkol;

 - Fly Wheel.

5. Nikolaus August Otto (1832-1891) adalah seorang penemu berkebangsaan Jerman yang pada tahun 1876 menciptakan mesin dengan empat dorongan pembakaran, jenis yang dipakai oleh jutaan manusia yang dibuat sejak saat itu hingga kini.