BAB II LANDASAN TEORI

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

BAB II LANDASAN TEORI

2.1

Teori Dasar Pengapian Perkembangan sistem pengapian yang ditawarkan setiap keluaran mobil baru patut dibanggakan. Salah satu keunggulan sistem pengapian eletronik atau CDI adalah tingkat persinggungan mekanisnya. Pada sistem ini, peranan platina yang bekerja secara mekanis telah digantikan oleh “pick up coil” yang akan memutuskan arus primer melalui basis transistor yang terintregasi dalam CDI. Dengan cara ini CDI mampu mengungguli platina dalam hal keluaran tegangan tinggi pengapiannya. Keluaran tegangan tinggi pengapian pada sistem CDI harus didukung pendristribusian yang andal. Tutup distributor, rotor, dan kabel busi yang digunakan

UNIVERSITAS MERCU BUANA

7

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

pada sistem pengapian harus mampu menghantarkan arus listrik tegangan tinggi tanpa kebocoran sedikit pun. Jika dalam perjalanan distributornya bocor, sistem pengapiannya akan gagal memberikan bunga api busi dalam ruang bakar sebagai mana mestinya. Teori inilah yang melatarbelakangi pemunculan kabel busi kompetensi yang banyak yang banyak dijumpai pasaran. Kabel busi kompetensi semacam ini dipasangkan pada sistem pengapian konvensional tetapi sebenarnya lebih cocok menggunakan kabel busi standar. Kerusakan kabel busi selalu akan berpengaruh langsung pada proses kerja mesin. Pengaruhnya bisa secara terus-menerus atau dalam kondisi-kondisi tertentu saja, misalnya pada putaran rendah saja, saat diakselerasi/dipercepat, atau pada setiap kondisi pengendara. Namun kondisi kabel busi ini jarang sekali mendapat porsi perhatian yang cukup sewaktu mencari sumber kerusakan mesin. Padahal, bagian ini termasuk bagian yang sering rusak sehingga mengganggu kerja mesin. Basah adalah gangguan sepele pada sistem pengapaian yang kadang memusingkan kepala. Kabel busi yang basah di sekitar soket businya akan menyebabkan mesin brebet, pincang, atau bahkan tak hidup sama sekali. Gangguan ini biasanya selalu akan terjadi sehabis mobil dicuci mesinnya, terlebih lagi jika menggunakan semprotan air bertekanan tinggi. Biasanya percikan airnya akan masuk ke dalam tutup distributor, terminal tegangan tinggi koil, dan sekitar soket busi. Percikan air akan menyebabkan hubungan singkat aliran listrik tegangan tinggi sehingga arus listrik tidak akan sampai dan dapat menghabiskan percikan api pada busi.


8

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

Bisa terjadi, bagian dalam kabel busi akan putus sehinnga tidak mampu lagi menghantarkan arus listrik tegangan tinggi pengapian. Kerusakan ini mengakibatkan mesin bekerja secara pincang. Kerusakan semacam ini biasanya akan terjadi pada kabel busi bertahanan tinggi yang telah dugunakan untuk jangka waktu tertentu. Tingkat kerusakan biasanya ditunjukan oleh kenaikan nilai tahanan kabel yang melebihi harga spesifikasinya. Kabeln busi yang baik akan memiliki nilai tahanan listrik sampai 25 kilo ohm. Bocor adalah kerusakan kabel busi yang kadang sulit diidentisifikasikan. Kerusakan ini terlalu sulit dilihat oleh mata, alat ukur, atau “engine analizer” sekalipun. Jika mobil menggunakan kabel busi biasa, mungkin tidak terlalu sulit untuk berspekulasi mengganti kabelnya karena harganya tak mahal. Untuk mobil yang tidak menggunakan sistem pengapaian konvensional, penggantian harus dipikirkan secara matang karena harga kabel busi semacam itu bisa mencapai ratusan ribu rupiah. Mobil yang menggunakan mesin DOHC ( Double Over Head Camshaft ) biasanya memasang businya di bagian tengah kepala silindernya. Oleh sebab itu, soket kabel busi yang dipakai biasanya berbentuk panjang. Kabel busi semacam ini sering bocor pada bagian tengah soketnya. Kebocorannya sulit diamati dengan mata tetapi kadang mampu ditembus oleh tegangan tinggi pengapian. Jika hal ini terjadi, mesin akan brebet saat akselerasi tetapi sewaktu putaran rendah dan putaran tinggi hampir tidak dirasakan gejalanya.


9

TUGAS AKHIR 2.2

TEKNIK MESIN

Komponen Sistem Pengapian Dan Fungsinya

Gambar 2.1 : Komponen-komponen Sistem Pengapaian ( Sumber : http://2.bp.blogspot.com/-3Hy_mkZVuPc/TZFK2lhc1KI/AAAAAAAAABY/otkBi77LMs/s1600/sistem+pengapian.png )

1. Batrei Berfungsi sebagai penyedia arus listrik tegangan rendah ( 12 V ) untuk coil. 2. Kunci Kontak Berfungsi menghubungkan dan memutuskan aliran listrik dari batrei ke ignition coil. 3. Ignition Coil Berfungsi menaikan tegangan listrik yang diterima dari batrai menjadi tegangan tinggi ( 10.000 – 20.000 Volt ) yang diperlukan untuk pengapian. Untuk mempertinggi tegangan listrik tersebut, pada ignition coil terdapat pada kumparan yaitu :


10

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

a) Kumparan Primer ( Primary Coil ) Kumparan primer berfungsi menimbulkan medan magnet pada ignition coil, sehingga menghasilkan induksi pada kumparan-kumparannya. Ciri dari kumparan primer ini adalah yang penampangnya besar tetapi gulungannya sedikit ( 150 – 300 lilitan ) dan berada disebelah luar kumparan sekunder. b) Kumparan Sekunder ( Secundary Coil ) Kumparan sekunder berfungsi mengiduksi tegangan menjadi lebih tinggi selanjutnya dialirkan ke busi untuk menimbulkan percikan api. Ciri dari kumparan ini mempunyai penampang kecil dengan lilitan yang sangat banyak ( 15.000 – 30.000 lilitan ) dan berada disebelah dalam lilitan primer. Kedua kumparan tersebut melilit pada inti besi ( core ) yang terbuat dari baja silikon tipis yang digulung ketat. Untuk mencegah terjadinya hubungan singkat ( short circuit ) antara lapisan kumparan yang berdekatan disekat dengan kertas yang mempunyai tahanan sekat yang tinggi. Salah satu ujung kumparan primer dihubungkan dengan terminal negatif primer, sedangkan ujung yang lainnya dihubungkan dengan terminal positif primer. Kumparan sekunder dihubungkan serupa, dimana salah satunya dihubungkan dengan kumparan primer lewat terminal positif primer, sedangkan ujung yang lain dihubungkan dengan terminal tegangan tinggi melalui sebuah pegas.


11

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

Gambar 2.2 : Penampang dan Hubungan Ignition Coil ( Sumber : http://1.bp.blogspot.com/_QzZXrFiOgSM/SjkSwxJ6QcI/AAAAAAAAAPc/KJIHEn402GE/s320/gambar+pena mpang+ignition+coil.jpg dan http://2.bp.blogspot.com/_QzZXrFiOgSM/SjkS8sGE8KI/AAAAAAAAAPk/rWMEq6lspxk/s320/hubungan+ig nition+coil.jpg )

4. Distributor Berfungsi membagi-bagikan arus yang bertekanan tinggi dari ignition coil ke busibusi yang terdapat pada setiap silinder. Secara khusus fungsi distributor dapat dibagi menjadi 4 bagian, yaitu bagian pemutus arus, bagian distributor, governor advancer, dan vacum advancer. a) Bagian Pemutus Arus Terdiri atas breaker point ( contact point ) nok ( camlobe ) dan kondensor.


12

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

 Breaker

Point,

berfungsi

memutuskan

arus

listrik

dan

menghubungkannya dari kumparan primer coil ke massa agar terjadi induksi pada kumparan sekunder coil.  Nok ( comlobe ), berfungsi mengungkit breaker point agar dapat memutus dan menghubungkan arus listrik pada kumparan primer coil. Kontruksi breaker point dan nok ( camlobe ) ditunjukkan pada gambar 2.3.  Kondensor ( gambar 2.4 ), berfungsi menghilangkan atau mencegah terjadinya loncatan bunga api listrik pada breaker point. Terbakarnya kondensor sering juga terjadi karena kondensor yang dipakai tidak sesuai dengan kapasitasnya atau kapasitasnya tidak normal. Kapasitas kondensor diukur dalam Mikro Farad.

Gambar 2.3 : Kontruksi Breaker Point dan Nok ( Camlobe ) ( Sumber : http://otomotif.web.id/image/4.15.jpg )


13

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

Gambar 2.4 : Kontruksi Kondensor ( Sumber : http://otomotif.web.id/image/4.16.jpg )

b) Bagian Distributor Bagian distributor berfungsi membagi-bagikan arus tegangan tinggi yang dihasilkan oleh kumparan sekunder pada ignition coil ke busi pada tiaptiap silinder. Bagian ini terdiri atas tutup distributor dan rotor.

Gambar 2.5 : Kontruksi Bagian Distributor ( Sumber : http://2.bp.blogspot.com-Aji1mo8kyo/UA4hz179MvI/AAAAAAAAACg/vo5-oB-EtYw/s1600/distributor.jpg )


14

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

c) Bagian Governor Advancer Bagian ini berfungsi memajukan saat pengapian sesuai dengan pertambahan putaran mesin. Gambar 2.6 memperlihatkan keadaan ( a ) governor advancer sebelum bekerja dan ( b ) saat bekerja.

Gambar 2.6 : Kontruksi Governor Advancer ( Sumber : http://otomotif.web.id/image/4.18.jpg )

d) Bagian Vacum Advancer Bagian ini berfungsi memundurkan atau memajukan saat pengapian ketika beban mesin bertambah atau berkurang. Vacum advancer terdiri atas breaker plate dan vacum advancer, yang bekerja atas dasar kevakuman yang terjadi dalam intake manifold. Perhatikan keadaan vacum advancer sebelum bekerja dan saat bekerja pada gambar 2.7.


15

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

Gambar 2.7 : Kontruksi Vacum Advancer ( Sumber : http://otomotif.web.id/image/4.19.jpg )

5. Busi ( Spark Plug ) Berfungsi menghasilkan bunga api listrik antara kedua elektrodanya untuk membakar campuran gas pada ruang bakar. Percikan bunga api ini diperoleh dari tegangan tinggi yang dihasilkan ignition coil. Antara elektroda tengah dan sisi diberi renggang ( gap ) sebesar 0,6-0,8 mm. Pada celah inilah terjadinya loncatan api listrik pada busi. Bagian elektroda-elektroda busi ini akan segera menjadi kotor oleh gas-gas sisa pembakaran, oleh karena itu, bagian ini harus dibersihkan pada selang waktu tertentu. Bagian-bagian busi selengkapnya ditunjukkan pada gambar 2.8.


16

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

Gambar 2.8 : Bagian-bagian Busi ( Sumber : http://otomotif.web.id/image/4.20.jpg )

2.3

Siklus Mesin Empat Langkah Mesin bensin empat langkah menjalani satu siklus tersusun atas empat tahapan atau langkah. Langkah-langkah tersebut dapat dilihat pada gambar berikut ini.

Gambar 2.9 : Cara Kerja Motor Bensin ( Sumber : http://2.bp.blogspot.com/pv_BbmAs6TM/TbJLzLtC6cI/AAAAAAAAAA4/yNK6122wSEM/s1600/Prisip+Kerja+Mesin+2.jpg )


17

TUGAS AKHIR 0-1 :

TEKNIK MESIN

Langkah Isap Campuran udara bahan bakar dihisap kedalam silinder atau ruang bakar. Piston bergerak dari titik mati atas ( TMA ) menuju titik mati bawah ( TMB ). Katup isap terbuka dan katup buang tertutup.

1-2 :

Langkah Kompresi Kedua katup tertutup. Piston bergerak menuju titik mati atas ( TMA ) dari titik mati bawah ( TMB ). Sesaat sebelum piston mencapai titik mati atas ( TMA ), bunga api dari busi diprcikan dan bahan bakar mulai terbakar sehingga terjadi proses pemasukan panas pada 2-3 dengan volume tetap.

3-4 :

Langkah Usaha Selama pembakaran, sejumlah energi dibebaskan, sehingga suhu dan tekanan dalam silinder naik dengan cepat. Setelah mencapai titik mati atas ( TMA ), piston akan didorong oleh gas bertekanan tinggi ini menuju titik mati bawah ( TMB ). Tenaga mekanis ini diteruskan ke poros engkol. Saat sebelum mencapai titik mati bawah ( TMB ), katup buang terbuka gas hasil pembakaran mengalir keluar dari tekanan dalam silinder, turun dengan cepat dan terjadi proses pembuangan kalor pada 4-1 dengan volume tetap.

1-0 :

Langkah Buang Piston bergerak menuju titik mati atas ( TMA ) dan mendorong gas didalam silinder ke saluran buang. Pada motor bakar torak, daya yang berguna adalah daya poros, karena poros

itulah yang menggerakan beban. Daya poros itu sendiri dibangkitkan oleh daya


18

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

indikator yang merupakan daya gas pembakaran yang menggerakan torak. Sebagian daya indikator dibutuhkan untuk mengatasi gesekan mekanik, misalnya gesekan antara torak dan dinding silinder, dan gesekan antara poros dan bantalannya. Disamping itu, daya indikator harus pula menggerakan beberapa aksesoris, seperti : pompa pelumas, pompa air pendingin atau pompa udara pendingin, dan lain-lain.

2.4

Busi dan Bagian-Bagiannya Busi dalam bahasa Belanda disebut ( bougie ) adalah suatu suku cadang yang dipasang pada mesin pembakaran dalam dengan ujung elektroda pada ruang bakar. Busi dipasang untuk membakar bensin yang telah dikompres oleh piston. Busi menerima tegangan listrik sekitar 10.000 volt sampai dengan 14.000 volt, pada saat terjadi pembakaran didalam mesin, dan temperatur elektroda busi mencapai kira-kira 2000ºc ( 3632ºf ) selama langkah pembakaran bekerja. Oleh sebab itu busi harus dibuat akan tahan suhu tinggi, mempunyai daya tahan listrik yang baik dan daya tahan terhadap reaksi kimia akibat terjadi pembakaran bahan bakar. Percikan busi berupa percikan elektrik dan pada bagian tengah busi terdapat elektroda yang dihubungkan dengan kabel koil. Bagian tengah busi disebut elektroda tengah dan elektroda inti yang dibuat dari bahan nikel campuran agar tahan terhadap suhu dan karat, bagian elektroda tengah dan sebagai elektroda inti dibungkus oleh bahan insulator berupa keramik. Antara elektroda inti dengan elektroda massa diberi kerenggangan elektroda tersebut, besarnya kerenggangan yang tepat adalah sekitar 0,60 mm sampai dengan 0,70 mm. Pada kerenggangan tersebut diatas dapat


19

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

dihasilkan loncatan listrik yang paling panas. Tingkat panas disini adalah menunjukkan busi dapat bekerja dengan efektif sampai tingkat panas tertentu, yang mana bila busi tersebut mencapai tingkat panas maksimal atau lebih dari itu, maka kerja tersebut akan buruk ( daya hantar arus tegangan tinggi menjadi buruk ). Pada umumnya arus tegangan tinggi dari ignition coil pembangkit bunga api dengan temperatur tinggi antara elektroda tengah dengan elektroda massa dari busi untuk menyalakan campuran udara bahan bakar yang telah dikompresikan. Tetapi kemudian akan langsung turun drastis pada langkah hisap karena di dinginkan oleh campuran udara dan bahan bakar. Perubahan dari panas ke dingin tersebut terjadi berulang-ulang kali pada setiap dua putaran poros engkol. 2.4.1 Kontruksi Busi Bagian-bagian utama pada busi : 1. Terminal

8.

Isolator

2. Rumah Busi 3. Elektroda ( Paduan Nikel ) 4. Celah Elektroda 5. Elektroda Massa 6. Penghantar 7. Cincin Perapat


20

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

Gambar 2.10 : Kontruksi Busi ( Sumber : http://www.smkm1moyudan.sch.id/picture/plug.gif )

2.4.2 Syarat-Syarat Yang Harus Dimiliki Oleh Busi 1. Mempunyai konduktivitas panas yang tinggi 2. Tahan terhadap temperatur tinggi 3. Tahan terhadap korosi dan erosi gas 4. Mampu melontarkan nyala api listrik pada temperatur tinggi maupun temperatur rendah 2.4.3 Nilai Panas Nilai panas busi adalah suatu indeks yang menunjukkan jumlah panas yang dapat dipindahkan oleh busi, kemampuan busi menyerap dan memindahkan panas tergantung pada bentuk kaki isolator atau luas permukaan isolator dan nilai panas harus sesuai dengan kondisi operasi mesin. Semakin tinggi angkanya, semakin dingin tipe busi itu. Apabila kita berada didaerah pegunungan yang suhunya dingin, lebih baik menggunakan busi yang lebih panas dari busi standar pabrik. Apabila memaksakan memakai busi dingin,


21

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

maka akan terjadi Carbon Fouling atau pembakaran tidak sempurna dan akan menyebabkan Detonasi atau Knocking. Rentang jangkauan busi panas dan busi dingin :

Gambar 2.11 : Rentang Busi Panas dan Dingin ( Sumber : http://1.bp.blogspot.com/_JZfDnIprD1w/S3VCVSwdPI/AAAAAAAALY/P6wuBQNBo0o/s320/busi+dingin%26+panas.jpg )

Ciri-ciri busi panas : 

Luas permukaan kaki isolator besar



Banyak menyerap panas



Lintasan pemindahan panas panjang, sehingga lebih lambat dalam menyalurkan panas yang di terima

Ciri-ciri busi dingin : 

Luas permukaan kaki isolator kecil



Sedikit menyerap panas



Lintasan pemindahan panas pendek, sehingga lebih cepat menyalurkan panas


22

TUGAS AKHIR 2.5

TEKNIK MESIN

Busi Iridium ( Racing ) Bagian-bagian utama pada busi iridium ( racing ) : 1. Isolator

7.

Packing

2. Terminal

8.

Elektroda Dengan Tembaga

3. Ring Packing

9.

Ring Packing

4. Pusat Poros ( batang )

10. Pusat Elektroda

5. Casing

11.

Alur Elektroda Tipe-U

6. Seal Kaca

12.

Elektroda Massa Bentuk Tirus

Gambar 2.12 : Kontruksi Busi Iridium ( Sumber : http://1.bp.blogspot.com/rNja2Iju7m0/T0SWdI5mQEI/AAAAAAAAAYg/V90QwX2UxPM/s320/spark_plug.gif )


23

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

2.5.1 Bagian Utama Busi Iridium ( Racing ) 1. Isolator

Gambar 2.13 : Isolator ( Sumber : http://www.google.com ) Isolator berfungsi untuk mencegah arus bertegangan tinggi keluar dari elektroda, isolator harus memiliki isolasi yang baik dan konduktifitas panas pada suhu tinggi. 2. Terminal

Gambar 2.14 : Terminal ( Sumber : http://www.google.com ) Bagian terminal terhubung ke kabel tegangan tinggi dari sistem pengapian.


24

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

3. Ring Packing

Gambar 2.15 : Ring Packing ( Sumber : http://www.google.com ) Membuat isolator dan casing menempel satu sama lain sehingga menjadi kedap udara. 4. Pusat Poros ( Batang )

Gambar 2.16 : Pusat Poros ( Batang ) ( Sumber : http://www.google.com ) Pusat poros terhubung dengan terminal dan pusat elektroda. Poros ini terbuat dari baja dan memiliki peran yang memungkinkan arus tegangan tinggi mengalir dari terminal pusat elektroda.


25

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

5. Casing

Gambar 2.17 : Casing ( Sumber : http://www.google.com ) Casing merupakan kulit terluar yang mengelilingi isolator, dan juga sebagai mounting busi menempel pada mesin. 6. Seal Kaca

Gambar 2.18 : Seal Kaca ( Sumber : http://www.google.com ) Dipasang antara poros pusat dan isolator untuk membuatnya kedap udara.


26

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

7. Packing

Gambar 2.19 : Packing ( Sumber : http://www.google.com ) Membuat busi dapat terpasang pada mesin dan menjaga tetap kedap udara dari ruang pembakaran. 8. Elektroda Dengan Tembaga

Gambar 2.20 : Elektroda Dengan Tembaga ( Sumber : http://www.google.com ) Tembaga dipasang ke bagian pusat untuk meningkatkan konduktivitas termal.


27

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

9. Ring Packing

Gambar 2.21 : Ring Packing ( Sumber : http://www.google.com ) Membuat isolator dan casing cocok erat satu sama lain dan mempertahankan agar kedap udara. 10. Pusat Elektroda

Gambar 2.22 : Pusat Elektroda ( Sumber : http://www.google.com ) Pada busi iridium ( racing ) menggunakan diameter 0,4 mm yang dilas laser ke ujung pusat elektroda. Hal ini akan menurunkan percikan tegangan, mengurangi efek pendinginan, dan meningkatkan kinerja mesin. Bahan busi iridium ( racing ) merupakan logam mulia dan memiliki sifat sangat ungguluntuk elektroda busi, karena tahan terhadap suhu tinggi, daya tahan tinggi, dan resistensi yang rendah.


28

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

11. Alur Elektroda Tipe-U

Gambar 2.23 : Alur Elektroda Tipe-U ( Sumber : http://www.google.com ) Keuntungan dari alur elektroda tipe u-groove yaitu :  Permukaan yang berhubungan dengan pusat elektroda besar  Ada banyak bagian tepi, sehingga lebih mudah terjadinya bunga api  Inti api ( ukuran api ) dapat melebar dengan mudah 12. Elektroda Massa Bentuk Tirus

Gambar 2.24 : Elektroda Massa Bentuk Tirus ( Sumber : http://www.google.com ) Elektroda pada jenis ini memiliki bentuk ujung elektroda yang dipotong ke bentuk runcing halus. Hal ini mengurangi efek pendinginan, sehingga meningkatkan kinerja mesin.


29

TUGAS AKHIR 2.6

TEKNIK MESIN

Proses Terjadinya Daya dan Torsi 2.6.1 Daya Daya yang dihasilkan pada motor bakar besarnya selalu tidak konstan. Besarnya daya yang dihasilkan salah satunya tergantung pada tinggi rendahnya putaran mesin. Semakin tinggi putaran mesin maka daya yang dihasilkan akan bertambah besar, namun putaran tertentu ( putaran maksimum ) daya yang akan mencapai maksimum, dan setelah itu besarnya daya yang dihasilkan akan menurun. Sedangkan power yang dihitung dengan satuan Kw ( Killo Watt ) Horse Power ( HP ) mempunyai hubungan erat dengan torsi. Power dirumuskan sebagai berikut : Power = Torsi x Kecepatan Sudut Rumus diatas adalah rumus dasarnya, pada engine maka rumusnya menjadi : Power = Torsi x 2π x Putaran Mesin ( Rpm ) Untuk mengukur power ( Kw ) adalah sebagai berikut : Power ( Kw ) =

(

)

(

)

6000 dapat diartikan adalah 1 menit = 60 detik dan untuk mendapatkan Kw 1000 watt. Sedangkan untuk mengukur horse power ( HP ) adalah sebagai berikut : Horse Power ( HP ) =

(

)

(

)

5252 adalah nilai konstanta


30

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

2.6.2 Torsi Torsi atau momen puntir adalah gaya dikalikan dengan panjang lengan ( Arends & Berenschot 1980 : 21 ), pada motor bakar. Gaya adalah daya motor sedangkan panjang lengan adalah panjang lengan torak. Bila panjang lengan diperpanjang untuk menghasilkan momen yang sama, maka dibutuhkan gaya yang lebih kecil. Juga sebaliknya bila jaraknya sama tapi jarang diperbesar maka momen yang dihasilkan akan lebih besar pula. Ini berarti semakin besar tekanan hasil pembakaran didalam silinder maka akan semakin pula besar momen yang dihasilkan. Torsi dapat diperoleh dari hasil kali gaya dengan jarak ( T = F x r ). Torsi maksimum tidak harus dihasilkan pada saat daya maksimum dengan waktu yang bersamaan. Torsi ( momen ) sangat erat hubungannya efisiensi volumetric dari motor tersebut. Artinya momen sangat bergantung pada jumlah bahan bakar yang dapat dihisap masuk kedalam silinder dan kemudian dibakar. Karena semakin banyak bahan bakar yang dibakar, maka akan semakin tinggi pula gaya yang dihasilkan untuk mendorong torak. Torsi akan maksimum jika efisiennya juga maksimum. Jika daya motor dan angka putarannya diketahui, maka besarnya momen putar untuk motor 4 langkah dapat dihitung dengan rumus : T = 9550 x ( Nm ) Dimana : T = Torsi P = Daya Motor ( Kw ) N = Putaran Mesin ( Rpm ) 9550 = Konstanta ( Jumlah harga yang tidak bisa diubah )


31

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

Torsi juga dapat diketahui dengan melakukan pengujian dengan alat Dyno Test yang dapat dirumuskan seperti : T=F.1 = m.g.1 Dimana : T = Momen Torsi ( Nm ) m = Massa yang terukur dalam dynamometer ( kg ) g = Percepatan Gravitasi ( m/s² ) 1 = Panjang lengan pada dynamometer ( m )

2.7

Emisi Gas Buang Proses terjadinya atau timbulnya emisi gas buang terhadap kendaraan bermotor : C8H18 + N2 + O2 + Zat Lain → Co x + NOx + HC + H2O + Emisi 78 % N2, 1 % Zat Lain dan 21 % O2. Para pakar telah mengidentifikasikan bahwa udara terdiri dari, Oksigen ( O2 ) sebanyak 21%, Nitrogen ( N2 ) sebanyak 78% dan 1% sisanya adalah gas-gas lainnya. Ikatan Hidrokarbon ( HC ) pada bahan bakar hanya akan bereaksi dengan oksigen pada saat proses pembakaran sempurna, dan menghasilkan air ( H 2O ) serta Karbon Dioksida ( CO2 ) sedangkan Nitrogen akan keluar sebagai ( N2 ). Sayangnya pada kondisi-kondisi tertentu pembakaran menjadi tidak sempurna dan hal ini menghasilkan gas-gas buang yang berbahaya bagi kehidupan, seperti terbentuknya CO ( Karbon Monoksida ), HC ( Hidrokarbon ), dan juga NOx ( Nitrogen Oksida ). Emisi gas yang dihasilkan oleh pembakaran kendaraan bermotor pada umumnya berdampak negatif terhadap lingkungan. Sehingga perlu diambil beberapa


32

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

langkah untuk dapat mengendalikan gas buang yang dihasilkan tersebut. Salah satu caranya adalah dengan pemeriksaan atau uji emisi berkala untuk mengetahui kandungan gas buang kendaraan yang berpotensi mencemari lingkungan. Pada negaranegara yang memiliki standar emisi gas buang kendaraan yang ketat, ada 5 unsur dalam gas buang kendaraan yang akan diukur yaitu senyawa HC, CO, CO2, O2, dan senyawa NOx. Sedangkan pada negara-negara yang standar emisinya tidak terlalu ketat, hanya mengukur 4 unsur dalam gas buang yaitu senyawa HC, CO, CO2, dan O2.  Hidrokarbon ( HC ) Bensin adalah senyawa hidrokarbon, jadi setiap HC yang didapat di gas buang kendaraan menunjukkan adanya bensin yang tidak terbakar dan terbuang bersama sisa pembakaran. Apabila suatu senyawa hidrokarbon terbakar sempurna, maka hasil reaksi pembakaran tersebut adalah karbondioksida ( CO 2 ) dan air ( H-2O ). Walaupun rasio perbandingan antara udara dan bensin ( AFR = Air-Fuel-Rasio ) sudah tepat dan didukung oleh desain ruang bakar. Mesin saat ini yang sudah mendekati ideal, tetapi tetap saja sebagian dari partikel bensin masih tetap ada yang tidak terbakar saat terjadi proses pembakaran dan menyebabkan emisi HC pada ujung knalpot cukup tinggi. Apabila mesin HC tinggi, menunjukkan ada 2 kemungkinan penyebab yaitu, AFR yang tidak tepat ( terlalu kaya ) atau bensin tidak terbakar dengan sempurna di ruang bakar.

 Karbon Monoksida ( CO ) Karbon monoksida dihasilkan dari pembakaran tidak sempurna, sering terjadi pada mesin pembakaran dalam. Karbon monoksida terbentuk apabila terdapat kekurangan oksigen dalam proses pembakaran. Tingginya angka CO


33

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

menunjukkan bahwa AFR terlalu kaya dan ini bisa disebabkan oleh karburator yang kotor atau setelannya tidak tepat. Karbon monoksida sangatlah beracun dan tidak berbau maupun berwarna, gejala dari keracunan ringan meliputi : sakit kepala dan mual-mual. Pada oksidasi selanjutnya CO berubah menjadi CO2 ( 2CO + O2 → 2CO2 ) akan tetapi reaksi ini lambat dan tidak dapat merubah seluruh sisa CO menjadi CO 2. Karena itu pada campuran yang kurus sekalipun masih menghasilkan CO.  Oksigen ( O2 ) Konsentrasi dari oksigen di gas buang kendaraan berbanding terbalik dengan konsentrasi CO2. Untuk mendapatkan proses pembakaran yang sempurna, maka kadar oksigen yang masuk ke ruang bakar harus mencukupi untuk setiap molekul hidro karbon. Dalam ruang bakar, campuran udara dan bensin dapat terbakar dengan sempurna apabila bentuk dari ruang bakar tersebut melengkung secara sempurna. Kondisi ini memungkinkan molekul bensin dan molekul udara dapat dengan mudah bertemu untuk bereaksi dengan sempurna pada proses pembakaran. Tapi sayangnya, ruang bakar tidak dapat sempurna melengkung dan halus sehingga memungkinkan molekul bensin seolah-olah bersembunyi dari molekul oksigen dan menyebabkan proses pembakaran tidak terjadi dengan sempurna. Untuk mengurangi emisi HC, maka dibutuhkan sedikit tambahan udara atau oksigen untuk memastikan bahwa semua molekul bensin dapat homogen dengan molekul oksigen untuk bereaksi dengan sempurna, ini berarti AFR 14,7 : 1. Mesin tetap dapat bekerja dengan baik walaupun AFR terlalu kurus bahkan hingga AFR mencapai 16 : 1. Tapi dalam kondisi seperti ini, akan timbul efek


34

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

lain seperti mesin cenderung knocking, suhu mesin bertambah dan emisi senyawa NOx juga akan meningkat drastis.

 Karbon Dioksida ( CO2 ) Konsentrasi CO2 menunjukkan secara langsung status proses pembakaran di ruang bakar. Semakin tinggi maka semakin baik. Saat AFR berada di angka ideal, emisi CO2 berkisar antara 12% hingga sampai 15%. Apabila AFR terlalu kurus atau terlalu kaya, maka emisi CO2 akan turun secara drastis. Apabila CO2 berada dibawah 12%, maka kita harus melihat emisi lainnya yang menunjukkan apakah AFR terlalu kaya atau terlalu kurus. Perlu diingat bahwa sumber dari CO2 ini hanya ruang bakar. Konsentrasi CO2 tinggi, kondisi ini menunjukkan bahwa AFR berada dekat atau pun tepat pada kondisi ideal. Knsentrasi CO2 rendah, kondisi ini menunjukkan bahwa AFR terlalu kurus atau terlalu kaya dan terjadi kebocoran pada exhaust system.

 Nitro Oksida ( NOx ) NOx dihasilkan oleh nitrogen dan oksigen pada udara dalam campuran udara bahan bakar. Ini terjadi ketika suhu ruang pembakaran naik melewati nilai 1800ºC ( 3,272ºF ). Semakin tinggi kenaikan suhu pembakaran dan sedikitnya campuran udara bahan bakar akan menyebabkan semakin banyaknya NOx yang dihasilkan karena rasio oksigen didalam campuran udara bahan bakar terlalu tinggi. Apabila AFR terlalu kurus, timing pengapaian yang terlalu tinggi atau sebab lainnya yang menyebabkan suhu ruang bakar meningkat. Tumpukan kerak karbon yang berada di ruang bakar juga akan meningkatkan kompresi


35

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

mesin dan dapat menyebabkan timbulnya titik panas yang dapat meningkatkan kadar NOx. Mesin yang sering detonasi juga akan menyebabkan tingginya konsentrasi NOx.

2.8

Air Fuel Rasio ( AFR ) Teoritis pembakaran sempurna didapat dengan perbandingan udara / BB ( Air to Fuel Rasio ) adalah 14,7 dan sering disebut sebagai Stoichiometry dan sering disebut juga sebagai perbandingan Lambda = 1. Air to Fuel Rasio ( sering disebut AFR ) > 14,7 disebut sebagai Lean Combustion sedangkan sebaliknya disebut sebagai Rich Combustion. Perhatikan diagram dibawah ini :

Gambar 2.25 : Diagram Air Fuel Rasio ( Sumber : http://i63.photobucket.com/albums/h139/letxen3/afr_chart.jpg )

Pada pembakaran ideal sudah disebutkan diatas akan menghasilkan H2O, CO 2 serta N2. Namun secara praktis pembakaran pada mesin tidaklah sempurna walau pada mesin dengan teknologi tinggi sekalipun. Pada diagram diatas bisa dilihat, garis hitam


36

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

adalah garis Stoichiometry dimana pada pembakaran ini akan didapat nilai kurang lebihnya dan menjadi baku mutu emisi. Campuran yang terlalu sedikit, bisa ditandai dengan kondisi sebagai berikut : 

Elektrode pada busi berwarna putih



Stasioner atau langsam tidak stabil



Mesin terasa cepat panas



Mesin sulit distarter atau dihidupkan



Mesin ngelitik atau detonasi

Campuran yang terlalu banyak, bisa ditandai dengan kondisi sebagai berikut :

2.9



Elektrode busi berwarna hitam dan basah



Bahan bakar sangat boros



Putaran mesin tidak stabil



Banyak deposit karbon di dalam ruang bakar



Mesin sulit distrater atau dihidupkan

Ambang Batas Emisi Gas Buang Untuk Kendaraan Bermotor Menurut Badan Pengelola Lingkungan Hidup Daerah ( BPLHD ) Provinsi DKI Jakarta, ambang batas emisi gas buang untuk kendaraan bermotor dapat dilihat pada tabel dibawah ini.


37

TUGAS AKHIR No

1

2

Jenis Kendaraan Bermotor

Mobil Penumpang

Sepeda Motor


TEKNIK MESIN Jenis Bahan Bakar

Mutu Udara Emisi CO (%)

HC (ppm)

Bensin

4,50

1200

Solar

-

1200

Gas

4,50

1200

BBM 2 langkah

3,00

-

Bensin

4,50

2400

-

BBM 2 Langkah

4,50

3000

-

38

Asap (%)

BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents