4
BAB II DASAR TEORI
2.1.
Motor Bensin
2.1.1. Penjelasan Umum Motor bensin merupakan suatu motor yang menghasilkan tenaga dari proses pembakaran bahan bakar di dalam ruang bakar. Karena pembakaran ini berlangsung di dalam ruang bakar maka motor ini dikatagorikan pesawat kalor dengan pembakaran dalam (Internal Combustion Engine). Motor bensin dilengkapi dengan busi dan karburator. Karburator dalam motor bensin merupakan suatu tempat pencampuran bahan bakar dan udara agar tejadi campuran berbentuk gas supaya dapat terbakar oleh percikan bunga api busi dalam ruang bakar. Setelah pencampuran udara dan bahan bakar berbetuk gas kemudian campuran tersebut dari karburator diisap ke dalam ruang bakar melalui katup masuk. Kemudian di dalam ruang bakar loncatan bunga api listrik dari busi menjelang akhir langkah kompresi membakar campuran tersebut sehingga terjadilah pembakaran yang kemudian menghasilkan daya motor. Motor bensin dibedakan menjadi 2 jenis yaitu motor bensin 4 langkah dan motor bensin 2 langkah. Motor bensin 2 langkah adalah motor bensin yang memerlukan 2 kali langkah torak atau 1 kali putaran poros engkol untuk menghasilkan 1 kali pembakaran dan 1 kalilangkah kerja.Sedangkan motor bensin 4 langkah adalah motor bensin yang memerlukan 4 kali langkah torak atau 2 kali putaran poros engkol untukmenghasilkan 1 pembakaran dan 1 langkah kerja.Siklus kerja 4 langkah ini ditemukan pertama kali oleh seorang ilmuan Jerman bernama Nicholas August Otto pada tahun 1876.
5
2.1.2.
Siklus Otto Siklus mesin 4 langkah dapat dijabarkan dalam siklus Otto yang terdiri dari
6 fase yaitu: pemasukan, pemampatan, pemanasan, pendayaan, pendinginan dan pembuangan. Enam fase siklus ini dapat digambarkan dalam diagram PVT (Pressure, Volume, Temprature) sebagai berikut.
ENERGI FLOW Qin = heat input Qout= heat output V = constan
T
ENERGI FLOW Qin = heat input Qout= heat output V = constan
3
V=c Q in
4
2
Q out V=c 1
S
P – V Diagram
T – S Diagram
Gambar 2.1 P-V dan T-S Diagram Sumber : Phujanarsa, 2006 1.
Fase Pemasukan Garis T0 – T1 adalah garis fase proses tekanan tetap dan suhu tetap yang menggambarkan langkah pemasukan gas campuran udara dan vahan bakar pada tekanan dan suhu tetap dari karburator kesilinder rmesin, ketika katup masuk membuka dan piston turun 180°, ruang silinder membesar. Dalam proses ini, tekanan gas (P) dan suhu gas (T) tetap dan setara tekanan dan suhu standar normal udaraluar, karena katup masuk terbuka. Volume silinder (V) membesar dari V1 ke V2, sehingga bobot molekul gas campuran bahan bakar dan udara dalam silinder bertambah.
6
2.
Fase Pemampatan (Kompresi Gas) Garis T1 – T2 adalah garis fase proses yang menggambarkan langkah pemampatan gas campuran udara dan bahan bakar dalam silinder, ketika katup masuk tertutup dan katup buang tertutup dan piston naik 180°, ruang silinder mengecil. Dalam proses ini volume silinder dan volume gas (V) mengecil dari V1 ke V2, bobot molekul gas campuran bahan bakar dan udara tetap. Tekanan gas (P) meningkat dari P1 ke P2 dan suhu gas (T) meningkat dari T1 ke T2.
3.
Fase Pemanasan dan Pembakaran Gas Garis T2 – T3 adalah proses pada volume tetap yang mengambarkan proses pemanasan dan penyalaan dan pembakaran gas campuran vahan bakar dan udara oleh percikan api busi, ketika kedua katup tertutup. Dalam proses ini volume gas tetap pada V1, tetapi karena pemanasan, tekanan gas meningkat naik dari P2 ke P3, sehingga suhu meningkat naik dari T2 ke T3 dan terjadi peledakan gas campuran vahan bakar dan udara oleh percikan api busi.
4.
Fase Pendayaan Garis T3 – T4 adalah garis proses yang menggambarkan langkah pendayaan karena pembakaran gas campuran udara dan bahan bakar dalam silinder ketika kedua katup tertutup sehingga silinder turun 180°, ruang silinder membesar. Dalam proses ini volume silinder (V) membesar dari V 1 ke V2, bobot gas campurantetap, tekanan gas (V) merosot turun dari P 3 ke P4 dan suhu gas (T) merosot turun dari T3 ke T4.
5.
Fase Pendinginan Gas Sisa Pembakaran Garis T4 – T1 adalah proses volume konstan yang mengambarkan proses pendinginan dan pengeluaran tenaga panas hasil pembakaran, ketika katup buang terbuka. Dalam proses ini, volume gas tetap pada V2, bobot gas campuran tetap tekanan gas turun dari P4 ke P1 sehingga suhu gas merosot turun dari T4 ke T1.
7
6.
Fase Pembuangan Garis T1 – T0 adalah fase proses tekanan tetap yang menggambarkan langkah pembuangan sisa pembakaran, piston naik, ruang silinder mengecil, dimana tekanan gas P dan suhu gas T tetap setara tekanan atmosfer (udara luar) karena katup buang terbuka. Volume silinder (V) mengecil dari V2 ke V1, sehingga bobot gas sisa pembakaran berkurang
2.2. Prinsip Kerja Motor Bensin 4 Langkah Prinsip kerja dari motor bensin 4 langkah adalah mengikuti siklus Otto yaitu untuk menghasilkan 1 kali tenaga kerja memerlukan 4 kali langkah torak atau 2 kali putaran poros engkol.
Berikut ini adalah skema langkah kerja motor bensin 4 langkah:
Gambar 2.2. Skema langkah kerja motor bensin 4 langkah Sumber : Arismunandar, 2002
8
1) Langkah Isap Piston bergerak ke bawah meninggalkan Titik Mati Atas (TMA) ke Titik Mati Bawah (TMB) sambil mengisap campuran udara dan bensin ke dalam silinder. Selama langkah ini katup isap membuka dan katup buang dalam keadaan menutup. Poros engkol membuat setengah putaran pertama.
2) Langkah Kompresi Piston bergerak dari TMB ke TMA memampatkan campuran udara dan bensin yang berada dalam silinder. Campuran udara dan bensin ini dimampatkan diantara piston dan dasar atas silinder (ruang bakar). Selama langkah ini katup isap dan katup buang berada dalam keadaan tertutup. Pada gerak kompresi ini poros engkol membuat setengah putaran yang kedua.
3) Langkah Kerja Bila telah mencapai TMA, campuran udara dan bensin yang dimampatkan tadi dibakar oleh percikan api listrik yang keluar dari busi, menyebabkan terbakarnya gas-gas dan menimbulkan tenaga yang mendorong piston ke TMB. Selama gerak ini katup-katup isap dan buang dalam keadaan tertutup. Pada gerak ini poros engkol membuat setengah putaran yang ketiga.
4) Langkah Buang Piston bergerak ke TMA mendorong gas-gas yang telah terbakar keluar melalui katup buang. Katup isap dalam keadaan tertutup dan katup buang membuka selama torak bergerak ke TMA. Selama gerak buang ini poros engkol membuat setengah putaran keempat, pada akhirnya piston kembali pada kedudukannya semula dan piston telah melakukan 4 gerakan sepenuhnya. Dan kemudian akan kembali melakukan proses yang sama secara berulang-ulang.
9
2.3. Daya Daya adalah besarnya kerja motor selama waktu tertentu. Satuan daya adalah joule / sekon atau sering disebut dengan Watt. Satuan lainnya adalah Kilowatt (KW) dan Megawatt (MW). 1 KW = 103 dan 1 MW = 108. Untuk mesin-mesin yang mempunyai daya besar, biasanya digunakan satuan daya kuda atau dalam bahasa Inggrisnya horse power (HP) atau dalam bahasa Belandanya adalah Paarden kracht (pk), dengan perbandingan 1 daya kuda = 746 watt dan dalam bahas Jermannya Pferde starke (PS) Besarnya tekanan rata – rata motor bensin 4 langkah adalah 6 – 9 Mpa. Tekanan rata – rata ini dinyatakan dalam lambang P. Untuk menghitung gaya yang bekerja pada piston, tekanan rata – rata harus dikalikan dengan luas piston (Pi x A), gaya tersebut dinyatakan dalam satuan Newton, bila tekanan dinyatakan dengan satuan pascal dan luasnya dinyatakan dalam m². Jika dayanya ditentukan dalam N.m/s (J/s = Watt) maka gaya harus dikalikan dengan panjang langkah piston dalam meter dan frekuensi putarnya.
Rumus daya :
Daya Efektif : Ne =
𝜋𝐷2 4
𝑆.𝐿.𝑃𝑒.𝑛
60.75.𝑎
................................................................................. (2.1)
Dimana : D = Diameter selinder (cm2) L = Panjang langkah torak (m) I = Jumlah selinder (m) Pe = tekanan efektif rata-rata (kgf/cm2) Pi = tekanan indikatif rata-rata (kgf/cm2) n = Putaran a = mesin dua langkah a =1 mesin empat langkah a =2
10
2.4. Torsi Torsi adalah ukuran kemampuan motor dalam menghasilkan kerja. Torsi motor berguna pada waktu kendaraan akan bergerak atau sewaktu mempercepat laju kendaraan, dan tenaga berguna untuk memperoleh kecepatan tertinggi. Bila gaya (F) sekali berputar mengelilingi lingkaran, maka telah dilakukan kerja sebesar 2 . π . r , sehingga besarnya kerja menjadi F . 2 . π . r (N.m). Dimana : F = gaya dalam newton (N) r = jari – jari (m) Maka kerja yang terjadi tiap detik adalah F . 2 . π . n (N.m), karena kerja tiap detik disebut daya maka P = F . 2 . π . r . N (N.m/s atau watt). Karena F.r membentuk momen putar (M) dalam N.m rumusnya menjadi : P = 2 . π . n . M ...............................................................................(2.2) Dimana : P = daya (watt) n = frekuensi putar (Hz) M = momen putar (N.m) Maka M =
p 2. 𝜋. 𝑛
2.5. Konsumsi Bahan Bakar 2.5.1 Laju Aliran Bahan Bakar ( mf ) Laju aliran bahan bakar adalah banyaknya bahan bakar yang terpakai pada waktu tertentu, karena bahan bakar yang diketahui dalam waktu tertentu maka yang persamaan yang dapat digunakan adalah : ∆
𝑚𝑓 = ∆𝑣 . 𝜌𝑔 ( 𝑡
𝑘𝑔⁄ ℎ) .................................................................................(2.3)
Dimana : 𝜌𝑔 = 733 kg / 𝑚3 (massa jenis dari bensin) ∆𝑣 = volume bahan bakar (c𝑚3 ) ∆𝑡 = waktu (s)
11
2.5.2 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (sfc) Konsumsi bahan bakar spesifik didefinisikan sebagai banyaknya bahan bakar yang dipakai per jam untuk menghasilkan setiap kW daya mesin. Persamaan yang dipakai untuk menghitung konsumsi bahan bakar spesifik adalah : 𝑠𝑓𝑐 =
𝑚𝑓 Ne
(𝑘𝑔/𝑘𝑊ℎ).....................................................................................(2.4)
Dimana : 𝑚𝑓 = Laju aliran bahan bakar (kg/h) Ne = Daya efektif (kW)
2.6. Camshaft Camshaft adalah suatu komponen yang berfungsi sebagai penggerak dan pengontrol bukaan katup diruang bakar pada mesin empat langkah. (sumber : BELL, four stroke performance tuning)
Gambar 2.3 Camshaft tampak atas
12
Gambar 2.4 Camshaft tampak samping
2.7. Lobe Separation Angle Kerja utama dari camshaft adalah untuk mengontrol waktu kapan klep membuka dan menutup. Dimana lobe intake dan lobe exhaust bekerja secara masingmasing. Jarak pemisah antar kedua lobe dinamakan Lobe Separation, karena diukur dalam derajat maka disebut Lobe Separation Angle (Sudut Pemisah Lobe). Lobe Separation diukur antara puncak intake lobe dengan puncak exhaust lobe.
Gambar 2.5 Lobe Separation Angle sumber : Sri Bintang, 2009 Persamaan yang digunakan untuk menghitung Lobe Separation Angle adalah : ((
𝑑𝑢𝑟𝑎𝑠𝑖 𝑖𝑛 2
) - angka bukaan in) + ( 2
𝑑𝑢𝑟𝑎𝑠𝑖 𝑒𝑥 2
) – angka tutup ex = LSA.................(2.5)
