BAB II LANDASAN TEORI

BAB II LANDASAN TEORI Salah satu jenis penggerak mula yang sering dipakai adalah mesin kalor. Yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk melakukan kerja mekanik. Energi itu sendiri dapat diperoleh dengan proses pembakaran. Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal mesin kalor thermal

dapat dibagi menjadi dua

macam, yaitu mesin pembakaran luar dan mesin pembakaran dalam. Mesin pembakaran luar adalah mesin yang proses pembakarannya terjadi di luar mesin, energi thermal dari hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui beberapa dinding pemisah, contohnya : mesin uap. Sedangkan mesin pembakaran dalam atau yang sering disebut dengan motor bakar adalah mesin yang proses pembakarannya berlangsung dalam motor bakar itu sendiri, contohnya motor bakar torak, sistem turbin gas, dan propulsif pancar gas. 2.1 Motor Bensin Motor bensin yang menggerakkan mobil penumpang, sedan, minibus, sepeda motor, skuter, dan jenis kendaraan lain dewasa ini merupakan perkembangan dan perbaikan mesin yang sejak awal ditemukannya dikenal sebagai motor Otto, Motor ini dilengkapi dengan busi dan Karburator. Busi dapat menghasilkan loncatan api listrik yang menyalakan campuran bahan bakar dan udara segar, karena itu motor bensin cenderung dinamakan Spark Ignition Engine. Bahan bakar yang digunakan adalah bensin (C8H12) yang mempunyai komposisi elemen lain seperti N (Nitrogen),S (sulfur),O (oksigen),abu dan air (moisture). Sedangkan Karburator adalah tempat pencampuran bahan bakar dengan udara. Terjadinya pencampuran dikarenakan bahan bakar terhisap masuk atau terjadi proses penyemprotan ke dalam arus udara segar yang masuk kedalam karburator. Campuran bahan bakar dan udara segar yang terjadi itu sangat mudah terbakar. Komposisi yang tepat antara jumlah massa bahan bakar dengan udara adalah kurang lebihnya 1 berbanding 15 agar bensin dapat terbakar dengan sempurna, akan tetapi jumlah massa udara yang dapat dimasukkan ke dalam This document was created by the trial version of Print2PDF. Once Print2PDF is registered, this message will disappear. Purchase Print2PDF at http://www.software602.com

6

silinder terbatas oleh volume silinder. Perbandingan kompresi motor dapat ditentukan dengan perbandingan berikut: E = Vs + Vc …………..…(Mukasawan,Drs,Teknik Mesin Mobil:hal. 44). Vc Di mana: E = Perbandingan Kompresi Vs = Volume langkah Piston Vc = Volume ruang bakar Campuran udara dan bahan bakar dikompresikan dalam silinder dengan tekanan kompresi rendah ~ 8 – 13 bar ( 0,8 – 13 Mpa ), temperatur naik 400 – 6000C. Busi meloncatkan bunga api maka terjadi penyalaan / pembakaran. Pembakaran campuran bahan bakar ini menyebabkan mesin menghasilkan daya. Semakin banyak campuran udara dan bahan bakar yang terbakar maka akan semakin besar pula daya mekanik yang dihasilkan. Di dalam siklus Otto (ideal) pembakaran tersebut dimisalkan sebagai pemasukan panas pada volume konstan. 2.1.1. Prinsip kerja Motor Bakar Torak Motor bakar torak terbagi menjadi dua jenis berdasarkan dengan proses pembakarannya, yaitu : 1. Motor Bakar 2 langkah 2. Motor Bakar 4 Langkah Motor bakar 4 langkah adalah motor bakar yang mengaplikasikan 4 langkah kerja di dalam satu siklusnya yaitu langkah hisap, langkah kompresi, langkah ekspansi/kerja, dan langkah buang, Sedangkan motor bakar 2 langkah adalah motor bakar yang mengaplikasikan Cuma 2 langkah kerja di dalam satu siklusnya yaitu langkah isap dan langkah buang. Dari kedua prinsip motor bakar diatas tiap langkah yang dihasilkan dapat menyebabkan daya yang akhirnya dapat memutar poros engkol. Berikut ini akan dijelaskan langkah kerja pada motor bakar torak 4 langkah, yaitu :

This document was created by the trial version of Print2PDF. Once Print2PDF is registered, this message will disappear. Purchase Print2PDF at http://www.software602.com

7

Sumber: www. Wikipedia.com, combustion engine

Gambar : 2.1 1. Langkah Hisap Ketika posisi katup masuk terbuka dan katup buang tertutup torak bergerak dari titik mati atas (TMA) menuju titik mati bawah (TMB), melalui katup hisap yang terbuka maka campuran udara bahan bakar terhisap masuk ke dalam silinder. 2. Langkah Kompresi Setelah mencapai TMB, torak kembali menuju TMA. Posisi kedua katup tertutup. Campuran udara-bahan bakar terkurung dalam ruang silinder yang dimampatkan oleh torak yang menekan menuju TMA. Volume campuran udara bahan bakar menjadi kecil oleh karena itu tekanan dan temperaturnya naik sehingga campuran tadi mudah sekali terbakar. 3. Langkah Ekspansi / Kerja Pada saat torak hampir mencapai TMA campuran udara bahan bakar dinyalakan oleh percikan api dari busi, maka terjadilah proses pembakaran sehingga tekanan dan temperaturnya naik. Akhirnya torak mencapai TMA dan gas pembakaran mampu mendorong torak bergerak kembali ke TMB. Posisi kedua katup masih dalam keradaan tertutup. This document was created by the trial version of Print2PDF. Once Print2PDF is registered, this message will disappear. Purchase Print2PDF at http://www.software602.com

8

4. Langkah Buang Pada saat langkah buang posisi katup masuk tertutup rapat dan posisi katup buang terbuka. Gas sisa hasil pembakaran ditekan keluar oleh torak yang bergerak menuju TMA dan gas sisa dari hasil pembakaran keluar melalui katup buang. Setelah langkah buang selesai siklus dimulai lagi dari langkah hisap dan seterusnya. 2.1.2. Siklus motor bensin (Otto) Siklus Otto udara standar adalah siklus yang direalisasikan, yang ditiru secara mendekati oleh mesin motor bakar dengan penyalaan bunga api. Mesin dalam gambar 2.2

Sumber: Cengel, Yunus A., dan Boles, Michael A., 1994, Thermodynamic: An Engineering Approach, Mc. Graw-Hill Inc., United State of America. Hal 10

Gambar 2.2 bekerja menurut urutan berikut, dimulai dengan kedudukan torak pada TMA. a. Campuran udara dan bahan bakar yang diuapkan ke dalam silinder pada langkah isap dari torak penghisap, T0-T1 b. Campuran ditekan pada langkah ke atas (kembali) dari torak T1-T2 c. Campuran dinyalakan dengan bunga api, dan pembakaran dilakukan


9

pada volume konstan, T2-T3 d. Gas panas berekspansi, yang menimbulkan langkah tenaga, T3-T4 e. Katup buang dibuka, dan hasil-hasil pembakaran mengalir ke luar, pada volume konstan T1-T4 f. Gas-gas pembakaran di dalam silinder, sewaktu dicapai kesetimbangan tekanan dengan udara luar, didorong ke luar lebih lanjut akibat langkah buang yang mengembalikan torak peghisap ke posisi TMA, akan tetapi sejumlah produk pembakaran ,asih tertinggal di dalam ruang bebas (clearance spare) Perlu diperhatikan bahwa urutan proses lengkap di atas memerlukan empat langkah dari torak atau dua putaran posos engkol. Suatu mesin bekerja secara itu disebut mesin 4 langkah dikenal juga dengan mesin 4 tak, Efisiensi termik suatu mesin pada penyalaan bunga api dinyatakan oleh : η thermal (%) = 100 [1 -

1

]...........................................................

( V1/V2)γ-1 ................................................(Zears.Zemansky,Fisika untuk Universitas,hal:450). di mana: V1/V2 = Perbandingan Kompresi γ

= Perbandingan kapasitas kalor jenis pada tekanan konstan terhadap kalor jenis pada volume konstan (Cp/Cv).

Berikut

ini

adalah

penggolongan

bensin

berdasarkan

angka

oktannya

(Mukasawan,Teknik Mesin Bensin Mobil,hal:44) : Tabel 2.1 Nilai oktan

Bahan Bakar

Angka Oktan

Penggunaan pada perbandingan Kompresi

Bensol Super 98 Premium Bensin biasa

100-200 98 82-92 72-82

Lebih dari 12 : 1 9 : 1 s/d 11 : 1 7 : 1 s/d 9 : 1 6 : 1 s/d 7 : 1


10

Perlu diperhatikan bahwa efisiensi Siklus Otto udara standar hanya merupakan angka kompresi. Itulah sebabnya mengapa ada kecenderungan untuk mempetinggi angka kompresi. Efisiensi termik suatau siklus otto yang menggunakan gas ideal dengan panas jenis konstan ditunjukkan pada gbr 2.2.untuk berbagai jenis harga kompresi dan perbandingan panas jenis. Grafik Hubungan antara Efisiensi Thermal dengan perbandingan kompresi

ηt

Ratio Compresi (Rc) Gambar 2.3 2.2. Proses Pembakaran 2.2.1. Air Fuel Ratio Suatu reaksi pembakaran dari sebuah bahan bakar hanya bisa dilakukan bila perbandingan antara senyawa hydrocarbon dengan udara atau oksigen berada dalam batas interval tertentu. Interval ini disebut Flammability Limit. Reaksi pembakaran ini tidak bisa terjadi bila campuran gas tersebut terlalu banyak bahan bakarnya ( ultra rich mixture ), ataupun bila terlalu sedikit bahan bakar ( ultra lean mixture ). Indikator Air Fuel Ratio atau AFR adalah perbandingan jumlah udara terhadap jumlah bahan bakar yang mengikuti reaksi pembakaran tsb. Untuk bahan bakar dengan spesifikasi standard, theoretical AFR-nya : (pendekatan)


11

Bahan bakar bensin [C8H18] = 11.44 Nm3/kg. Bahan bakar solar [C16H30] = 11.10 Nm3/kg. Untuk sistem mobil bensin dengan pembakaran premixed ( MPI ), AFR yang bekerja biasanya antara 12 dan 18. Sedangkan untuk mesin diesel dengan bahan bakar solar berkisar antara 18 dan 70. Dari perbandingan ini terlihat mesin diesel memiliki fleksibilitas lebih dari pada sistem mesin bensin. Namun dengan kemajuan teknologi baik dalam analisa pembakaran maupun teknologi pendukung seperti control, dan mutu bahan bakar injektor, mesin bensin juga bisa dioperasikan dalam kondisi AFR yang cukup tinggi, artinya sedikit bahan bakar dan banyak udara atau lean combustion. Ini misalnya dengan mengaplikasikan sistem Direct Injection Stratified Charge Combustion atau Gasoline Direct Injection, yang mana bahan bakar diusahakan tetap berada dalam toleransi AFR yang mungkin terbakar di sekitar busi, dan membiarkan lokasi lain berada dalam kondisi ultra lean mixture. Sehingga secara total siklus, AFR rata-rata nya berada dalam kondisi yang cukup besar, namun karena AFR lokal di sekitar busi berada antara 12 dan 18 maka pembakaran bisa terjadi. Untuk mengontrol jumlah bahan bakar yang masuk kedalam silinder dari setiap siklus, biasanya dipasang sebuah sensor yang mengeluarkan aliran listrik dengan tegangan tertentu yang tergantung dari konsentrasi oksigen di exhaust gas siklus tsb. Sensor ini sering disebut oksigen sensor atau lambda sensor untuk mesin diesel. Dengan adanya informasi feed back ini, pembakaran dengan kondisi AFR tertentu bisa dikontrol. Hal ini sangat berpengaruh sekali dalam usaha penekanan kandungan emissi atau pollutant dari sebuah mesin, karena sistem catalist pembersih bekerja dengan optimum ketika reaksi pembakaran berada dalam kondisi yang sempurna atau stoichiometric. Catalist ini berfungsi untuk mereduksi hydrocarbon yang tidak terbakar, CO, maupun NOx biasa dikenal dengan Three Way Catalyst System, alatnya disebut Catalytic Converter dan tiga tahap dalam proses tersebut yaitu:: 1.

Reduksi Nitrogen Oksida menjadi nitrogen dan Oksigen : 2NOx → xO2+N2


12

2.

Oksidasi Carbon Monoksida menjadi Karbon Dioksida : 2CO + O2 → 2CO2

3. Oksidasi senyawa Hidrokarbon yang tak terbakar (HC) menjadi Karbon Dioksida dan air : 2CxHy + (2x+y/2)O2 → 2xCO2 + yH2O Perbandingan campuran pada mesin otomotif bervariasi dan dapat diatur sesuai kebutuhan. Daya yang besar memerlukan campuran yang sedikit kaya (λ sekitar 0,85 s/d 0,95), tetapi untuk keperluan hemat bahan bakar campuran bisa sedikit miskin (λ sekitar 1 s/d 1,05). Apabila campuran terlalu kaya pemakaian bensin jadi boros dan dayanya juga turun, sementara bila campuran terlalu miskin daya mesin berkurang dan pemakaian bahan bakar juga menjadi lebih boros. Sehingga nilai λ = 1 merupakan pilihan paling baik untuk emisi gas buang, daya yang dihasilkan, dan konsumsi bahan bakar. Campuran ideal untuk pembakaran antara udara dan masing-masing senyawa penyusun bensin dapat dihitung dari massa relatif masing-masing atom dan kesetimbangan reaksi kimia. Massa relatif atom-atom penyusun bensin dan oksigen adalah : Carbon, C : 12 Hidrogen, H : 1 Oxygen, O : 16 Persamaan reaksi kesetimbangan untuk proses pembakaran sempurna dari Octana adalah: 2C8H18 + 25 O2 16 CO2 + 18 H2O (2.1) massa molekul relatif dari 2 C8H18 adalah : 2 ((12 x 8) + (1 x 18)) = 228 massa molekul relatif dari 25 O2 adalah : 25 (16 x 2) = 800 Sehingga perbandingan antara Oksigen dan Oktana untuk pembakaran sempurna adalah 800 : 228 =


13

3,5 : 1 dengan kata lain untuk membakar 1 Kg Oktana dibutuhkan 3,5 Kg Oksigen. Kandungan Oksigen dalam udara bebas adalah 23% per satuan massa udara atau 21% per satuan volume, berarti setiap 1 Kg udara bebas mengandung 0,23 Kg Oksigen. Sehingga untuk mendapatkan 1 Kg Oksigen diperlukan 4,35 Kg Udara. Campuran ideal antara udara dan bensin untuk proses pembakaran Oktana secara keseluruhan adalah (3,5 x 4,35) : 1 = 15,2 : 1. Dengan perhitungan yang sama untuk Cyclohexane dan Benzena didapatkan : Cyclohexane : C6H12 + 9 O2 6 CO2 + 6 H2O (2.2) Air – fuel ratio : 14,7 : 1 Benzena: 2C6H6 + 15 O2 12 CO2 + 3 H2O (2.3) Air – fuel ratio : 13,2 : 1 Perhitungan perbandingan di atas disebut perhitungan perbandingan ideal atau perbandingan Stoichiometric. Nilai λ mengindikasikan seberapa besar penyimpangan jumlah udara dalam campuran dibandingkan dengan kebutuhan secara teori. Nilai λ

Tabel 2.2 Arti Nilai λ Keterangan

λ << 1

1 udara yang dimasukkan sangat kurang dari kebutuhan teori.

λ<1

1 udara yang dimasukkan kurang dari kebutuhan teori.

λ=1

1 udara yang dimasukkan sesuai dengan kebutuhan teori.

λ>1

udara yang dimasukkan lebih banyak dari kebutuhan teori.

λ >> 1

udara yang dimasukkan jauh lebih banyak dari kebutuhan teori

2.2.2. Specific Fuel Consumption (SFC) Pada pengujian motor, bahan bakar konsumsi diukur sebagai laju aliran atau aliran massa (mf) setiap satu satuan waktu. Parameter mesin yang berguna untuk perbandingan mesin/motor adalah pemakaian bahan bakar yang spesifik (SFC)


14

yang mana merupakan perbandingan laju aliran bahan bakar terhadap unit daya ( P) output. SFC = mf / P…………………………..(ULPower,Engine Resource,hal:5). Untuk menentukan laju aliran masa,pertama kali kita harus tahu massa dari bahan bakar. Nilai rata-rata sfc yang umum untuk motor piston pengapian percikan busi adalah : 305 g/kW/h = 227 g/hp/h = 0.5 lb/hp/h.=0,306 L/hp/h. 2.3 Sistem Pengapian dan Penyalaan 2.3.1 Pengapian Busi Pada saat penulisan Tugas Akhir ini sistem pengapian yang dugunakan adalah sistem pengapian dengan busi (Spark Plug) dengan pengaturan multiple spark. Salah satu faktor penunjang dalam sebuah system motor bakar adalah pada saat pengapian. Karena campuran udara bahan bakar harus dinyalakan pada saat kedudukan torak paling menguntungkan yaitu pada saat torak ± sebelum mencapai TMA. Percikan api dari busi dapat menyalakan campuran udara bahan baker yang ada di sekitar ruang bakar dan kemudian bergerak meluas ke seluruh massa campuran udara bahan-bakar di dalam ruang baker. Kecepatan pembakaran dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya yaitu: Tipe Bahan Bakar, Tekanan kompresi, Beban dan kecepatan Motor, serta Temperatur Ruang silinder. Penyalaan pada busi terjadi karena adanya selisih tegangan tinggi diantara kedua elektroda. Tegangan itu dapat mengalahkan tahanan udara pada celah. Tegangan listrik berasal dari arus listrik dari coil bertemu dengan arus listrik dari massa pada busi kemudian terjadi loncatan api atau percikan bunga api yang memicu pembakaran campuran udara-bahan bakar yang telah memenuhi syaratsyarat pembakaran. Pembakaran tersebut tidak terjadi secara serentak, melainkan bergerak secara progresif melintasi campuran yang belum terbakar. Banyaknya percikan bunga api yang dihasilkan dalam setiap menitnya pada mesin 4 tak tergantung dari jumlah silinder yang digunakan dan kecepatan mesin dalam rpm yang dapat diformulasikan sebagai berikut:


15

∑

loncatan

api/menit

=

∑

silinder

X

1,5

kecepatan

mesin

(rpm)………………………….……(Daryanto,Drs,Sistem Pengapian Mobil,hal:2) Pembentukan loncatan listrik pada celah diantara kedua elektroda busi dipengaruhi oleh : 1. Lebar Celah Udara. Makin besar celah, maka makin besar tegangan yang dibutuhkan. 2. Perletakkan Celah Udara Makin kecil atau makin runcing ujung elektroda, maka semakin dibutuhkan tegangan yang rendah. 3. TemperaturElektroda dan campuran Udara bahan bakar. Makin tinggi temperaturnya maka akan semakin rendah tegangan yang dibutuhkan. 4. Kerapatan Campuran Makin tinggi kerapatannya (katup gas terbuka penuh) maka makin besar teganganyang dibutuhkan. 5. Kenaikan Tegangan pada celah Udara Makin tinggi frekuensi tegangan listrik, maka makin besar tegangan yang terpakai untuk membentuk nyala api. 6. Perbandingan Campuran Udara Bahan bakar Campuran miskin membutuhkan tegangan yang lebih tinggi daripada campuran yang kaya. 7. Ketahan Bocor Penyekat Oksida karbon dan metalik dapat membentuk lapisan konduktiovitas listrik pada penyekat, sehingga arus listrik dapat langsung keluar melalui celah udara (mengalami kebocoran) 8. Bahan Elektroda


16

Sumber: Daryanto,Drs,2001,Sistem Pengapian Mobil, Penerbit Bumi Aksara Jakarta, hal 15

Gambar 2.4 Penyalaan loncatan listrik normal belum tentu menghasilkan penyalaan campuran yang baik. Baik buruknya penyalaan dapat dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut ini: 1.

Keadaan campuran udara bahan bakar yang terdapat diantara celah, campuran harus mudah terbakar. Untuk dapat memenuhi keadaan ini , busi seharusnya ditempatkan pada atau dekat katup masuk. Tujuan penempatan busi pada katup buang yang dilakukan oleh para perancang mesin adalah agar meminimalkan terjadinya detonasi pada saat pembakaran.

2.

Kerapatan campuran, makin tinggi kerapatan maka makin besar pembebasan tenaga, kemungkinan pengapian akan bertambah baik.

3.

Makin kaya campuran maka makin baik penyalaan, karena tenaga yang dilepaskan akan semakin besar.

4.

Makin besar lebar celah busi maka makin besar kemungkinan penyalaan yang teratur.


17

2.3.2. Derajat Kalor Busi Para produsen busi mengklarifikasikan tipe busi berdasarkan dengan material dan derajat kalornya. Kendati kebanyakan produsen busi menggunakan bahan tembaga sebagai bodi elektroda, namun ujung busi (Plug) bias diaplikasikan dengan material dari Platinum, Gold maupun iridium. Tujuan adalah untuk memastikan kemampuan Plug dapat bekerja dengan memastikan titik lebur temperature panas yang dihadapinya. Seperti material standar Silver dan Gold mampu mentolerir panas hingga 1000 °C, sementara material nickel dapat meleleh pada suhu 1500 °C. bahan material platinum mampu mencapai suhu 2000 °C, material terkuat untuk saat ini adalah Iridium yaitu dapat mencapai sampai 2500 °C. Pada busi-busi dengan nilai kalor yang tinggi, penguraian kalor dari elektroda-elektroda lebih besar daripada busi-busi dengan nilai kalor yang rendah. Berdasarkan dengan derajat kalornya maka busi dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu : 1. Busi Dingin Batas temperatur kerja busi yaitu Self Cleaning Temperature dan Glow Ignition.Jika temperatur terlalu rendah minyak dan karbon dapat membentuk lapisan penghantar listrik mulut isolator,yang sebelah kiri mempunyai permukaan penahan panas yang lebih kecil sehingga panas akan lebih cepat dipindahkan dan temperatur kerja akan menjadi lebih rendah. 2. Busi Panas Jika bagian sebelah kanan mempunyai permukaan penahan panas yang lebih panjang sehingga pemindahan panas terjadi lambat 2.3.3 System pengapian Multiple Spark CDI Hampir semua sistem pengapian standar mobil menggunakan sistem induksi ke koil (inductive system). Sistem induksi ini banyak digunakan oleh pabrikan mobil karena sederhana dan murah biaya produksinya.


18

Kelemahan utama sistem pengapian induksi mobil standar adalah terletak pada dua fungsi yang dilakukan secara sekaligus oleh koil. Pertama koil bertugas seperti 'trafo step up' untuk meningkatkan tegangan masuk dari aki. Sedang tugas yang kedua adalah menyimpan 'energi listrik' ini untuk beberapa saat (charging) sebelum dilepaskan sesuai dengan perintah sulut (trigger) yang didapat dari Ignitor atau platina. Tetapi sebanding dengan meningkatnya RPM mesin, di sisi lain ternyata tidaklah cukup waktu untuk 'menjalankan fungsi meningkatkan tegangan' (step up), sehingga energi spark (spark energy) atau energi percikan api yang terjadi di busi setelah koil disulut (ditrigger) menjadi lemah. Lemahnya energi spark ini menyebabkan kegagalan proses pembakaran campuran BBM dan bisa mengakibat terjadinya 'misfire' (kegagalan pengapian) sehingga mesin kehilangan sebagian tenaganya karena BBM tidak bisa terbakar sempurna. CDI atau Capacitive Discharge Ignition (Pengapian pelepasan arus Kapasitor) secara umum adalah sebuah alat yang mampu menghasilkan energi spark yang sangat kuat di seluruh rentang RPM, mulai dari RPM rendah pada saat start sampai sangat tinggi pada saat mobil berakselerasi kencang. Alat ini menghasilkan output energi spark yang besar langsung dari aki mobil dengan melalui 'trafo penaik tegangan' yang dibuat secara khusus di dalamnya, sehingga mampu menghasilkan tegangan secara konstan dan stabil sebesar 400 volt atau lebih, dari hasil melipatgandakan tegangan aki. Selanjutnya energi tegangan listrik ini disimpan dalam sebuah kapasitor (charging process) yang kemudian dilepaskan (discharge process) saat mendapat trigger. Pada peristiwa ini, tegangan listrik sebesar itu disalurkan ke koil sehingga berlipat ganda menjadi sekitar 30 - 50 ribu volt bahkan lebih, tergantung dari tipe koil yang dipakai. Kemudian dialirkan ke distributor dan berakhir di busi menjadi energi spark yang besar. Sistem pengapian tanpa platina bukan berarti selalu adalah CDI. Tetapi sistem kontak poin dengan menggunakan platina ini bisa disandingkan bersama dengan sistem CDI seperti halnya sistem pengapian yang memakai ignitor. Karena platina atau ignitor hanya dipakai sebagai trigger yang berguna untuk


19

menyulut rangkaian CDI agar bekerja menghantar energi spark ke koil dan seterusnya sampai ke busi. Prinsip penggandaan spark (multiple spark) yang mampu

menghasilkan

spark lebih besar dan lebih banyak, serta waktu pengapian yang jauh lebih

lama

(20 degree crankshaft duration) sehingga mampu membakar sempurna BBM yang masuk ke ruang bakar. Sistem ini kemudian dikenal dengan sebutan MULTIPLE SPARK CDI atau biasa disingkat MULTIPLE CDI. Kelebihan dari sistem pengapian ini antara lain: 1. Meningkatkan volumetrik efisiensi dengan cara porting and polish. 2. Memperkaya campuran udara dan BBM (air fuel ratio). 3. Menambah turbocharger, supercharger atau sistem NOS (Nitrous Oxide). 4. Menaikkan perbandingan rasio kompresi. 5. Penerapan pada RPM tinggi, untuk racing maupun street performance. 6. Proses pengapian sempurna yang mampu membakar habis campuran bahan bakar

dan

udara

sehingga

menghasilkan

tenaga

yang

besar.

7. Dapat mengurangi emisi gas buang.


20

Sumber: www.SpeedSpark.com /manual 9r

Gambar 2.5 2.3.4 Koil Pengapian ( Ignition Coil ) Koil penyalaan mempunyai lilitan tegangan rendah (primer) yang terdiri dari 100-300 dan lilitan tegangan tinggi (sekunder) dengan lilitan 15.000-25.000 dari kawat tembaga yang halus.Lilitan-lilitan tersebut diisolasi satu sama lain dan terhadap inti besi dan rumahnya.Perbandingan lilitan antara penyekat primer dan penyekat sekunder adalah 60 sampai dengan 150. Voltase pada lilitan tinggi dapat dibangkitkan sampai sekitar 25.000 volt. Berapa besar tegangan yang dapat dibangkitkan pada lilitan tegangan tinggi tergantung antara lain pada jarak elektroda busi,tekanan di dalam silinder This document was created by the trial version of Print2PDF. Once Print2PDF is registered, this message will disappear. Purchase Print2PDF at http://www.software602.com

21

dan temperatur campuran bahan bakar dan udara,biasanya tegangan antara 5000 – 15.000 volt. Skema kerja Ignition Coil

Sumber: BPM.Arends, H Berenschot, Motorbensin, Erlangga, Jakarta hal 25

Gambar :2.6 Contact Breaker (Platina) dibuka dan ditutup oleh Breaker Cam pada sumbu distributor.Ketika Contact ditutup arus mengalir melalui rangkaian rendah (low tension) yaitu yang bergaris tebal dalam gambar,kemagnetan timbul di Ignition Coil.Breaker Cam selanjutnya berputar sehingga Contact Breaker terbuka.Arus tegangan tinggi diteruskan oleh Rotor arm (lengan rotor) kepada salah satu tutup distributor dan diteruskan ke Busi di mana bunga api diproduksi.Segera setelah itu Breaker Cam berputar sehingga breaker tertutup lagi dan

demikianlah

berulang-ulang

dan

arus

tegangan

tinggi

ke

Busi

berikutnya.Setelah Breaker arm berputar satu putaran,enam kali arus tegangan tinggi diinduksi dan disampaikan ke Busi dalam suatu urutan (Firing order) atau urutan pengapian. This document was created by the trial version of Print2PDF. Once Print2PDF is registered, this message will disappear. Purchase Print2PDF at http://www.software602.com

22

Kondensator yang dihubungkan paralel dengan Contact Breaker berfungsi mengurangi loncatan bunga api pada contact breaker dan membantu suatu high Ignition output. Ketika Contact Breaker mulai terbuka Kondensator diisi dan ketika Kondensator terisi penuh, kontak-kontak telah terpisah jauh karenanya tidak ada bunga api di kontak itu. Kondensator kemudian mengeluarkan isinya melalui rangkaian tegangan rendah. Kondensator akan membantu induksi arus tegangan tinggi dengan mengeluarkan isinya melalui lilitan low tension 2.4.

Dampak Zat-zat Pencemar Udara 1. Emisi Karbon Monoksida (CO) Formasi CO merupakan fungsi dari rasio kebutuhan udara dan bahan bakar dalam proses pembakaran di dalam ruang bakar mesin diesel.Percampuran yang baik antara udara dan bahan bakar terutama yang terjadi pada mesin-mesin yang menggunakan Turbocharge merupakan salah satu strategi untuk meminimalkan emisi CO. Karbon monoksida yang meningkat di berbagai perkotaan dapat mengakibatkan turunnya berat janin dan meningkatkan jumlah kematian bayi serta kerusakan otak. Karena itu strategi penurunan kadar karbon monoksida akan tergantung pada pengendalian emisi seperti pengggunaan bahan katalis yang mengubah bahan karbon monoksida menjadi karbon dioksida dan penggunaan bahan bakar terbarukan yang rendah polusi bagi kendaraan bermotor. 2. Nitrogen.Oksida.(NOx) NOx terbentuk atas tiga fungsi yaitu Suhu (T), Waktu Reaksi (t), dan konsentrasi Oksigen (O2), NOx = f (T, t, O2). Secara teoritis ada 3 teori yang mengemukakan terbentuknya NOx, yaitu: 1. Thermal

NOx

(Extended

Zeldovich

Mechanism)

Proses ini disebabkan gas nitrogen yang beroksidasi pada suhu tinggi pada ruang bakar (>1800 K). Thermal NOx ini didominasi oleh emisi NO (NOx = NO + NO2).


23

2. Prompt-NOx Formasi NOx ini akan terbentuk cepat pada zona pembakaran. 3. Fuel-NOx NOx formasi ini terbentuk karena kandungan N dalam bahan bakar. Kira-kira 90% dari emisi NOx adalah disebabkan proses thermal NOx, dan tercatat bahwa dengan penggunaan HFO (Heavy Fuel Oil), bahan bakar yang biasa digunakan di kapal, menyumbangkan emisi NOx sebesar 20-30%. Nitrogen oksida yang ada di udara yang dihirup oleh manusia dapat menyebabkan kerusakan paruparu. Setelah bereaksi dengan atmosfir zat ini membentuk partikelpartikel nitrat yang amat halus yang dapat menembus bagian terdalam paru-paru. Selain itu zat oksida ini jika bereaksi dengan asap bensin yang tidak terbakar dengan sempurna dan zat hidrokarbon lain akan membentuk ozon rendah atau smog kabut berawan coklat kemerahan yang menyelimuti sebagian besar kota di dunia. 3. Sox.(SulfurOxide:SO2,SO3) Emisi SOx terbentuk dari fungsi kandungan sulfur dalam bahan bakar, selain itu kandungan sulfur dalam pelumas, juga menjadi penyebab terbentuknya SOx emisi. Struktur sulfur terbentuk pada ikatan aromatic dan alkyl. Dalam proses pembakaran sulfur dioxide dan sulfur trioxide terbentukdarireaksi: S

+

O2

=

SO2

SO2

+

1/2O2 =

SO3

Kandungan SO3 dalam SOx sangat kecil sekali yaitu sekitar 1-5%. Gas yang berbau tajam tapi tidak berwarna ini dapat menimbulkan serangan asma, gas ini pun jika bereaksi di atmosfir akan membentuk zat asam. 4. Emisi.Hydro.Carbon.(HC) Pada mesin, emisi Hidrokarbon (HC) terbentuk dari bermacam-macam


24

sumber. Tidak terbakarnya bahan bakar secara sempurna, tidak terbakarnya minyak pelumas silinder adalah salah satu penyebab munculnya emisi HC. Emisi HC pada bahan bakar HFO yang biasa digunakan pada mesin-mesin diesel besar akan lebih sedikit jika dibandingkan dengan mesin diesel yang berbahan bakar Diesel Oil (DO). Emisi HC ini berbentuk gas methan (CH4). Jenis emisi ini dapat menyebabkan leukemia dan kanker. 5. Partikulat.Matter.(PM) Partikel debu dalam emisi gas buang terdiri dari bermacam-macam komponen. Bukan hanya berbentuk padatan tapi juga berbentuk cairan yang mengendap dalam partikel debu. Pada proses pembakaran debu terbentuk dari pemecahan unsur hidrokarbon dan proses oksidasi setelahnya. Dalam debu tersebut terkandung debu sendiri dan beberapa kandungan metal oksida. Dalam proses ekspansi selanjutnya di atmosfir, kandungan metal dan debu tersebut membentuk partikulat. Beberapa unsur kandungan partikulat adalah karbon, SOF (Soluble Organic Fraction), debu, SO4, dan H2O. 2.5 Pengaruh Pengapian Terhadap gas buang Mengurangi emisi dapat dilakukan dengan mengatur campuran udara dan bahan bakar saat idle. Untuk kendaraan yang sudah dilengkapi dengan catalytic tidak diperlukan penyetelan karena sudah secara otomatis diatur oleh komputer berdasarkan oksigen sensor. Saat pengapian, dapat dilakukan dengan mengatur posisi rumah distributor (untuk kendaraan yang masih menggunakan distributor) dan untuk kendaraan yang tidak dilengkapi dengan distributor, atau kendaraan yang satu coil-satu silinder atau satu coil untuk dua busi, secara otomatis sudah diatur oleh komputer. Selain itu celah katup yang tidak sesuai juga dapat menyebabkan jumlah bahan bakar yang masuk ke mesin berlebihan atau berkurang. Akibatnya, ada sebagian bahan bakar yang terbuang ke udara luar. This document was created by the trial version of Print2PDF. Once Print2PDF is registered, this message will disappear. Purchase Print2PDF at http://www.software602.com

25

Bahan bakar kadar oktan penting diperhatikan, gunakan bahan bakar dengan nilai oktan yang sesuai. Pemakaian nilai oktan yang tidak sesuai akan menimbulkan knocking atau keterlambatan pembakaran yang akan mengakibatkan polusi udara. Kondisi

komponen-komponen

yang

aus

atau

kotor

juga

berpengaruh terhadap kandungan emisi gas buang. Komponen yang aus akan berakibat kerja komponen tersebut tidak maksimal. Contoh, busi yang aus akan menghasilkan bunga api yang kecil, sehingga bahan bakar tidak akan terbakar semua. Akibatnya sisa bahan bakar yang tidak terbakar terbuang ke udara luar dan jadilah polusi. Sedangkan komponen yang kotor akan menghambat aliran udara, aliran bensin.


26

BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents