3.
Mahasiswa dapat menjelaskan prinsip kerja motor diesel
Prinsip Kerja Mesin Diesel
Waktu: 1x pertemuan @100 menit
Ѵ
Ѵ
Ѵ
-
Ѵ
Metode Evaluasi dan Penilaian
Metode Ajar
Aktivitas Mahasiswa
Web
Soal-tugas
Gambar
(pokok, subpokok bahasan, alokasi waktu)
Media Ajar
Audio/Video
Topik
Presentasi
Capaian Pembelajaran
Teks
Pertemuan ke
Rencana Pembelajaran Kegiatan Mingguan (RPKPM).
-
Tugas kelas
-Mahasiswa Menerima materi kuliah -Mahasiswa berkelompok dan berdiskusi .
-Menerima materi kuliah
Aktivitas Dosen/ Nama Pengajar
Sumber Ajar (pustaka)
-Menyampai
Wiranto A M., 1979, Motor Diesel Putaran Tinggi, Ed. 3, Pradnya Paramita, Jakarta
kan materi -Mengerjakan tugas dengan diskusi -Berpartisifasi dalam diskusi kelas
sesuai bahan ajar -Memandu berdiskusi di kelas
Pengajar: Harjono
1
Bab III. Prinsip kerja motor bakar Diskripsi singkat : Siklus pada motor bakar torak mengikuti proses-proses yaitu mengisi muatan segar,
mengkompresi, menyalakan muatan, mengekspansi, dan membuang gas. Motor bakar yang
menyelesaikan 1 siklus dalam 4 langkah toraknya disebut motor4 langkah, sedang yang
menyelesaikan dalam 2 langkah torak disebut motor2 langkah. Proses – proses baik pada mesin penyalaan api maupun pada mesin penyalaan kompresi adalah sama, hanya berbeda
saat pemasukan bahan bakar dan pemicu terjadinya pembakaran. Pada mesin penyalaan api bahan bakar masuk keruang bakar bersama-sama dengan udara dan dinyalakan oleh api
busur listrik pada celah electrode busi, sedang pada mesin penyalaan kompresi udara masuk terlebih dahulu baru setelah hampir selesai proses kompresi bahan bakar diinjeksikan kedalam ruang bakar yang temperaturnya tinggi akibat udara yang dikompresi dan terjadilah pembakaran.
a. Manfaat :
Mahasiswa dapat menjelaskan siklus motor bakar torak
b. Learning Outcomes :
Mahasiswa dapat menjelaskan siklus motor bakar 4 langkah dan 2 langkah.
c. Relevansi
Mahasiswa dapat mengidentifikasi jenis mesin diesel biasa dipakai kendaraan.
PENYAJIAN URAIAN: a. Contoh : Memberikan contoh mesin 4 langkah dan 2 langkah di dalam kelas dan contoh yang lebih nyata pada mesin yang banyak dipergunakan. b. Ilustrasi : Memberikan penjelasan mesin 4 langkah dan 2 langkah disertai dengan gambar, ataupun animasi di dalam kelas. c. Aktivitas Berdiskusi dengan mahasiswa tentang materi prinsip kerja motor bakar 4 langkah dan 2 langkah dengan menggunakan gambar.
2
d. Tugas Mahasiswa mencari contoh mesin 4 langkah dan 2 langkah dengan internet dengan disertai sumber yang jelas dan mengumpulkan salah satu komponen mesin. e. Rangkuman Dengan penjelasan dari dosen waktu kuliah dan diskusi serta tugas yang harus dikumpulkan kemudian dapat dibuat rangkuman tentang materi prinsip kerja motor bakar.
3
BAB III PRINSIP KERJA MOTOR BAKAR Siklus pada motor bakar torak mengikuti proses – proses : 1. Mengisi muatan segar kedalam silinder 2. Mengkompresi muatan tersebut 3. Membakar / menyalakan muatan , pada saat langkah kompresi hampir selesai 4. Mengekspansikan gas hasil pembakaran / memanfaatkan tenaga 5. Membuang gas yang sudah tidak dimanfaatkan Motor bakar yang menyelesaikan 1 siklus dalam 4 langkah toraknya disebut motor 4 langkah, sedang yang menyelesaikan dalam 2 langkah torak disebut motor2 langkah. Proses – proses baik pada mesin penyalaan api maupun pada mesin penyalaan kompresi adalah sama, hanya berbeda saat pemasukan bahan bakar dan pemicu terjadinya pembakaran. Pada mesin penyalaan api bahan bakar masuk keruang bakar bersamasama dengan udara dan dinyalakan oleh api busur listrik pada celah electrode busi, sedang pada mesin penyalaan kompresi udara masuk terlebih dahulu baru setelah hampir selesai proses kompresi bahan bakar diinjeksikan kedalam ruang bakar yang temperaturnya tinggi akibat udara yang dikompresi dan terjadilah pembakaran.
3. 1 Motor Bakar 4 Langkah 3.1.1 Motor Penyalaan Api Empat Langkah 1. Langkah isap Katup isap dibuka, katup buang ditutup, torak bergerak dari TMA ke TMB Campuran
bahan bakar dan udara dari karburator terisap masuk kedalam silinder.
2. Langkah Kompresi Katup isap dan katup buang ditutup Torak bergerakdari TMB ke campuran
TMA, maka
bahan bakar dan udara tertekan didalam silinder / ruang bakar, tekanan
dan temperatur naik.
4
3. Langkah usaha / tenaga Katup isap dan katup buang ditutup, torak bergerak dari TMA ke TMB.Ketika torak hampir mencapai TMA busi dinyalakan maka terjadi proses pembakaran bahan bakar dan udara.Akibatnya tekanan didalam silinder naik dengan tiba-tiba dan akan mendorong torak bergerak dari TMA ke TMB. Gerakan torak tersebut diteruskan oleh batang torak memutar poros engkol dengan demikian poros engkol mempunyai energy gerak putar yang sebagian besar digunakan untuk beban (yang digerakkan) dan sebagian disimpan oleh roda daya (fly wheel) yang kemudian digunakan untuk melakukan langkah-langkah yang lain ( langkah buang, isap dan kompresi ), sehingga proses dapat berlangsung terus.
4. Langkah buang Katup buang di buka dan katup isap di tutup Torak bergerak dari TMB ke TMA (akibat gaya kelembaman/inersia perputaran poros engkol dan roda daya) maka gas bekas ( pembakaran ) begitu katup buang terbuka akan segera keluar karena tekanan yang masih cukup tinggi dan kemudian sisanya terdorong torak, keluar dari silinder. Kemudian torak kembali ke langkah isap lagi dan seterusnya berulang-ulang. Jadi torak bergerak 4 kali langkah yaitu TMA ke TMB, TMB ke TMA, TMA ke TMB dan TMB ke TMA dan poros engkol berputar 2 kali dengan putaran pertama untuk langkah isap dan kompresi dan putaran ke dua untuk langkah tenaga dan langkah buang.
5
Gambar Proses motor penyalaan api empat langkah 3.1.2 Motor Penyalaan Kompresi ( Motor Diesel ) 4 Langkah Proses hampir sama dengan proses motor penyalaan api, perbedaannya :
1. Pada langkah isap yang diisap hanya udara saja 2. Pada langkah kompresi yang dikompresi hanya udara saja, tetapi dengan perbandingan kompresi yang lebih tinggi ( untuk membangkitkan tekanan dan temperature yang tinggi sehingga tidak memerlukan api dari busi ), kemudian pada akhir langkah kompresi oleh nosel diinjeksikan bahan bakar ke dalam ruang bakar. 3. Pembakaran terjadi pada udara yang
temperaturnya tinggi dan sesaat setelah
diinjeksikan bahan bakar.
6
Gambar Siklus mesin penyalaan kompresi empat langkah
3. 2 Motor Bakar 2 Langkah Motor bakar dua langkah adalah motor yang menyelesaikan satu siklusnya (lima proses) dalam dua langkah torak atau satu kali putaran poros engkol. Perbedaannya dengan motor 4 langkah ialah metode proses pengisian ruang bakar dengan muatan segar dan proses pembuangan gas buangnya. Pada motor 4 langkah dilakukan dalam masing-masing langkah torak, sedang dalam motor 2 langkah proses pengisian terjadi pada saat lubang masuk (inlet port) terbuka dan proses pembuangan terjadi pada saat lubang buang ( exhaust port) terbuka. Ditinjau proses pemasukan dan pembuangan motor 2 langkah dibedakan : 1. Motor
dengan
pembilasan
menggunakan
ruang
engkol
(crankcased
scavengengined). 2. Motor dengan alat bantu untuk memasukan muatan segarnya (loop- scavenged engine ) dan alatnya disebut supercharger.
7
Motor Dengan Pembilasan Menggunakan Ruang Engkol Proses pengisian dilakukan dengan menghisap muatan segar kedalam ruang engkol yaitu pada saat piston bergerak dari TMB ke TMA ruangan bertambah besar sehingga tekanan turun maka katup masuk ( inlet valve yang juga biasa disebut reed valve atau katup harmonica) terbuka dan muatan terhisap masuk kedalam ruang engkol, setelah piston mencapai TMA maka segera bergerak ke TMB (karena didorong oleh gas hasil pembakaran) sehingga ruangan engkol mengecil maka tekanan gas didalam ruang engkol naiksehingga inlet valve menutup karena tekanan didalam lebih besar. Pada saat bibir piston mencapai bibir atas lubang buang maka gas bekas pembakaran akan mengalir keluar (proses pembuangan) sehingga tekanan didalam silinder akan turun dengan cepat, setelah itu akan disusul lubang pemasukan terbuka maka muatan segar yang tekanannya semakin naik tersebut mengalir dari ruang engkol melewati saluran masuk (transfer port) , lubang masuk
kedalam silinder, terjadilah proses pemasukan muatan segar sekaligus
membilas gas buang yang masih tersisa. Proses berikutnya setelah piston sampai di TMB lalu bergerak menuju TMA lagi dan akan menutuplubang masuk dan lubang buangkemudian mengkompresi muatan atau gas segar dan terjadilah siklus berikutnya.
Motor DenganPembilasan Menggunakan Alat Bantu Untuk mesin yang kapasitasnya besar maka pembilasan menggunakan ruang engkol tidak akan efektif sehingga perlu menggunakan alat bantu yang disebut super charger (untuk mengisap dan menekan masuk kedalam silinder),
jadi tidak menggunakan ruangan
dibawah torak.Supercharger dapat berupa Roots-blower atau pompa piston dan kompresor sentrifugal. Udara / muatan segar yang bertekanan tersebut membilas gas sisa hasil pembakaran masuk kedalam silinder melalui intake port yang jumlahnya banyak dan membilas gas sisa pembakaran, dengan demikian hasilnya tekanan didalam silinder pada awal langkah kompresi akan lebih besar dari yang tidak menggunakan supercharger. Mesin Diesel modern dan kapasitas medium sampai besar baik motor 4 atau 2 langkah hampir pasti menggunakan Supercharger Turbo Intercooler, yaitu kompresor yang digerakan oleh turbin gas dari gas buang mesin itu sendiri dan udara bertekanan didinginkan dahulu oleh Intercooler sebelum masuk ke silinder.
8
3.2.1 Motor Penyalaan Api 2 Langkah Untuk motor 2 langkah yang menggunakan ruang engkol sebagai pembilas proses terjadi di ruangan diatas dan dibawah torak : 1.
Proses kompresi ( torak bergerak dari TMB ke TMA ) Untuk mengetahui proses yang terjadi pada motor 2 langkah maka harus diperhatikan ruangan yang ada diatas torak dan yang ada dibawah torak. Pada saat torak bergerak dari TMB ke TMA. Didalam ruangan diatas torak :Torakmenekan campuran bahan bakar dan udara ( proses kompresi ) dan pada saat torak hampir mencapai TMA busi dinyalakan. Didalam ruangan dibawah torak : ruang engkol akan membesar sehingga tekanan turun maka campuran udara dan bahan bakar diisap masuk keruang tersebut melewati katup searah ( inlet valve ) yang biasa disebut katup harmonika.
2. Proses tenaga ( torak bergerak dari TMA ke TMB ) Pada saat torak bergerak dari TMA ke TMB. Didalam ruangan diatas torak : torak bergerak karena didorong oleh tekanan gas pembakaran maka connecting rod memutar poros engkol. Didalam ruangan dibawah piston volumenya mengecil maka tekanan naik. Ketika torak akan mencapai TMB saluran buang terbuka dan kemudian disusul saluran pemasukan terbuka. Gas sisa pembakaran akan keluar ( karena tekanan tinggi ) lewat saluran buang tersebut sehingga tekanannya akan segera turun. Sedangkan muatan segar yang ada di bawah piston oleh karena gerakan piston dari TMA ke TMB akan terkompresi sehingga tekanannya naik dan kemudian akan mengalir melalui saluran pemasukan yang kemudian juga terbuka menuju ruang di atas torak mendorong / membilas gas sisa pembakaran keluar. Sesaat kemudian torak bergerak menuju TMA saluran pemasukan dan saluran buang segera tertutup dan proses kompresi berlangsung lagi dan terus berulang-ulang siklusnya.
9
Gambar Siklus motor dua langkah pembilasan ruang engkol
10
Gambar Mesin 2 langkah dengan supercharger
3.2.2 Motor Penyalaan Kompresi 2 Langkah 1. Proses Kompresi Torak bergerak dari TMB ke TMA mengkompresi udara (saja) , sedang ruang engkol dan ruang dibawah torak akan membesar sehingga tekanan akan turun sehingga udara masuk, ketika torak hampir mencapai TMA nosel menginjeksikan bahan bakar maka akan disusul pembakaran. 2..Proses Tenaga Proses torak bergerak dari TMA ke TMB , pembakaran masih berlangsung beberapa derajat sudut engkol sesudah TMA, pembakaran akan menaikkan tekanan gas didalam ruang bakar, energy potensial tekanan tersebut oleh piston dirubah menjadi energi mekanis dengan menekan dan memutar poros engkol. Energi mekanis tersebut sebagian besar dimanfaatkan dan sisanya disimpan oleh roda daya yang akan digunakan untuk proses – proses selanjutnya. Ketika torak hampir mencapai TMB saluran buang terbuka dan kemudian disusul saluran pemasukan mulai terbuka, sehingga gas bekas keluar kemudian udara segar
dihembuskan masuk, aliran masuk tersebut diusahakan agar dapat
menghembus (membilas) gas bekas yang masih tersisa.
11
Perbandingan Motor 4 langkah Dengan 2 Langkah
Motor 2 langkah
Motor 4 langkah
1. Terjadi 1 kali langkah tenaga pada 4 langkah torak atau 2
1. Satu kali pada dua langkah torak atau satu kali putaran poros engkol
putaran poros engkol. 2. Akibat dari 1.) gerakan putaran kurang uniform maka diperlukan
2. Lebih uniform maka roda daya cukup kecil
roda daya yang lebih berat 3. Daya lebih kecil
3. Daya lebih besar, secara teoritis 2 kali
lebih
besar
karena
menghasilkan daya untuk setiap putaran, pada kenyataan besarnya kira-kira 1,3 – 1,4 kali 4. Pendinginan lebih ringan 5. Terdapat
4. Lebih berat
katup-katup
dan
mekanismenya, sehingga besar, berat,
5. Tidak terdapat, jadi lebih ringkas ringan, sederhana dan murah
mahal dan perawatan
rumit. 6. Efisiensi volumetric besar karena waktu
lebih
panjang,
proses
dilakukan
setiap
dalam
satu
langkah torak
6. Kecil, (hanya)
pengisian pada
berlangsung saat
lubang
pemasukan terbuka, sehingga lebih singkat
7. Efisiensi thermal tinggi
7. Lebih rendah
8. Dibuat bila diutamakan untuk
8. Untuk harga yang murah, bobot
efisiensi tinggi missal pada mobil,
yang ringan dan ukuran kecil.
pesawat terbang, traktor, dsb.
Motor Diesel 2 langkah banyak digunakan dengan ukuran yang besar karena kompak, ringan dan perawatan jarang / ringan, banyak digunakan pada kapal.
12
Perbandingan Motor Bensin Dengan Motor Diesel
Faktor / Variabel
1. Siklus
Motor Bensin
Motor Diesel
OTTO cycle
Diesel dan Duel cycle
thermodinamika 2. Pembakaran
Nyala
api
listrik
perlu Kompresi udara, tidak perlu
system pengapian 3. Kompresi ratio
6 11 (terbatas )
4. Tekanan operasi
Kompresi
5. Kecepatan/rpm
: 7 15
12 25 ( tinggi ) 30 50 kgf/cm2
Maksimum : 45 60
60 120 kgf/cm2
Tinggi
Rendah
2000 15000
Low speed : 400 rpm Medium speed : 4001200 High speed : 1200 3500 11 m/s
6. Piston speed
High : 16 m/s
7. Distribusi bahan bakar
Pada multi silinder kurang Baik, lebih balance baik, diatasi dengan sistim injeksi pada mesin modern
8. Supercharging 9. Temperature
Dibatasi oleh denotasi
Sangat luas digunakan
gas Tinggi sehingga efisiensi Rendah sehingga efisiensi thermis rendah
thermis tinggi
10. Starting
Mudah
Sulit
11. Berat/ratio
Rendah ( 0,4 3,5 kgf/hp )
Besar ( 2,5 10 kgf/hp )
12. Percepatan
Kurang bagus, diperbaiki Bagus
buang
dengan pompa percepatan 13
13. Konsumsi
bahan Beban penuh : rendah
Beban penuh : rendah
bb. sebagian : boros
bb. sebagian : rendah
Mahal
Lebih Murah
Mudah terbakar
Lebih aman
15. Investasi mula
Rendah
Tinggi
16. Biaya operasi
Tinggi
Rendah
17. Umur
Pendek
Lebih panjang
18. Biaya perawatan
Lebih rendah
Tinggi
19. Kebisingan
Rendah
Tinggi
20. Asap
Berbahaya
Kurang berbahaya
21. Mesin 2 langkah
Kurang bagus banyak bahan Bagus /tidak ada bahan
bakar spesifik 14. Bahan bakar
bakar terbilas
bakar terbilas 22. Pembakaran
Denotasi karena campuran Knock karena pembakaran akhir
mendadak
terbakar terunda Tidak terjadi pranyala
sendiri Mudah terjadi pranyala 23. Daya
Terbatas, silinder
semakin
besar Dapat tinggi / besar
kecenderungan
denotasi semakin besar 24. Pemakaian
Mobil pribadi / kecil
Kendaraan
umum
dan
Sepeda motor
barang, lokomotif, kapal laut, pusat tenaga listrik, kend. Tempur, alat berat
25. Metode
pemasukan Karburator murah
bahan bakar
Injeksi – mahal
Injeksi, mahal
26. Getaran
Lebih kecil
Besar
27. Torsi
Rendah
Tinggi
14
Rangkuman Prinsip Kerja Motor Bakar Siklus pada motor bakar torak dengan prosesMengisi muatan segar ,mengkompresi membakar muatan, mengekspansikan gas hasil pembakaran, dan membuang gas hasil pembakaran. Motor bakar yang menyelesaikan 1 siklus dalam 4 langkah toraknya disebut motor 4 langkah, sedang yang menyelesaikan dalam 2 langkah torak disebut motor 2 langkah. Pada mesin penyalaan api bahan bakar masuk keruang bakar bersama-sama dengan udara dan dinyalakan oleh api busur listrik pada celah electrode busi, sedang pada mesin penyalaan kompresi udara masuk terlebih dahulu baru setelah hampir selesai proses kompresi bahan bakar diinjeksikan kedalam ruang bakar yang temperaturnya tinggi akibat udara yang dikompresi dan terjadilah pembakaran. Motor 4 langkah dibagi menjadi dua yaitu motor penyalaan api ( mesin bensin) empat langkah dan motor kompresi (mesin diesel) empat langkah. Pada motor bensin ataupun motor diesel 4 langkah mempunyai 4 langkah piston dalam menyelesaikan 1 siklus pembakaran yaitu langkah isap, kompresi, usaha dan buang. Motor 2 langkah dibagi menjadi dua yaitu motor penyalaan api ( mesin bensin) dua langkah dan motor kompresi (mesin diesel) dua langkah. Pada motor bensin ataupun motor diesel 2 langkah motor yang menyelesaikan satu siklusnya dalam dua langkah torak atau satu kali putaran poros engkol. Dalam motor 2 langkah proses pengisian terjadi pada saat lubang masuk terbuka dan proses pembuangan terjadi pada saat lubang buang terbuka. Latihan soal :
1. Sebutkan satu proses siklus yang terjadi pada motor bakar torak. 2. Jelaskan tentang motor bakar empat langkah dan dua langkah.
3. Jelaskan langkah-langkah pada satu siklus pembakaran motor empat langkah pada motor diesel.
4. Jelaskan langkah-langkah pada satu siklus pembakaran motor diesel dua langkah.
5. Sebutkan perbedaan motor dua langkah dan empat langkah pada motor bakar torak.
Jawaban soal akan didiskusikan di kelas 15
16
