TUGAS AKHIR STUDI KASUS ASAP PUTIH PADA TOYOTA KIJANG Diajukan Sebagai Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Strata Satu (S1)
Oleh : EDI WINARKO 4130411 - 022
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN UNIVERSITAS MERCU BUANA 2008
LEMBAR PENGESAHAN Laporan Tugas Akhir
STUDI KASUS ASAP PUTIH PADA TOYOTA KIJANG Diajukan Sebagai Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Strata Satu (S1)
Laporan Tugas Akhir ini Telah Diteliti & Disetujui : Oleh :
Jakarta, Juli 2008 Mengetahui
Pembimbing
Ka Prodi Teknik Mesin
(Dr. A. Hamid M.Eng)
(Ir. Rully Nutranta M. Eng)
ii
Abstraksi
Teknologi otomotif merupakan kebutuhan yang tidak dapat dielakkan lagi, khususnya untuk kota-kota besar yang sedang berkembang, melihat hal tersebut maka penulis mencoba mempelajari cara kerja mesin pada motor bensin, agar diharapkan dapat memberi gambaran dengan jelas cara kerja mesin yang dapat menghasilkan tenaga. Bagian yang menghasilkan tenaga yang diperlukan untuk menggerakkan mobil adalah mesin. Sebagian besar mesin yang digunakan pada mobil adalah model piston dan model pembakaran dalam, mesin model pembakaran dalam yang mana pencampuran udara dan bensin dilakukan dalam karburator dan disalurkan kedalam silinder, campuran ini dimampatkan oleh piston dan dibakar untuk memperoleh tenaga yang diteruskan sampai ke roda. Mesin yang mengubah tenaga panas menjadi tenaga penggerak yang disebut motor bakar dalam kalori tenaga panas yang bergesekan pada piston dan dinding silinder menjadi aus. Oleh karena itu diperlukan desain mesin yang lebih tepat untuk dalam hal pemakaian dan penggunaannya. Dimana kecepatan piston sangat erat hubungannya dengan frekuensi putar, didalam praktek perhitungan didasarkan atas kecepatan rata-rata dari piston. Piston depan sekali putar poros engkol menjalani dua langkah (2 x S), untuk mengetahui lintasan yang ditempuh oleh piston tiap detik, maka hasil tadi masih dikalikan frekuensi putar (rpm). - Mesin 5K langkah piston = 73,0 mm
Vrata-rata = 12,1 m/s
- Mesin 7K langkah piston = 87,5 mm
Vrata-rata = 14 m/s
KATA PENGANTAR Puji
syukur
penulis
panjatkan
pada
Allah
SWT
atas
terselesaikannya penulisan Laporan Tugas Akhir ini. Hanya atas perkenankan-Nya saja dapat tersusun hingga selesai seperti yang telah tersaji dalam laporan yang padat dan sederhana ini. Dalam menyusun laporan Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima saran serta bimbingan dari berbagai pihak, maka pada kesempatan ini ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada yang terhormat : 1. Bapak
Ir.Rulli
Nurtanta,M.Eng
selaku
Ka.Prodi
Tehnik
Mesin
Univ.Mercubuana 2. Dr. A. Hamid M.Eng selaku dosen Pembimbing Laporan Tugas Akhir yang telah banyak membantu penulis. 3. DR.Abrar,selaku dosen Motor Bakar yang selalu mau menjawab petanyaan yang saya ajukan tentang Motor Bakar. 4. Bapak Ibu ku, tercinta yang segenap Kemampuan mengusahakan daya upaya serta doa beliau yang selalu penulis rasakan sebagai penumbuh semangat. 5. Ayangku, tercinta dengan do’a beliau penulis bisa selesaikan kuliah dan tugas akhir ini agar cepat menikah. 6. Teman-teman semua yang di MERCU angkatan V, bravo dan kompak untuk lulus bareng membuat geli dehhh.....
Selanjutnya sebagai manusia penulis mengakui bahwa laporan Tugas
Akhir
ini
masih
jauh
dari
sempurna
untuk
itu
penulis
mengaharapkan saran dan bukan kritik demi kebaikan penulis
Jakarta, Agustus 2008
Penulis
iii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ........................................................................
i
HALAMAN PENGESAHAN ..........................................................
ii
KATA PENGANTAR .....................................................................
iii
DAFTAR ISI ..................................................................................
iv
DAFTAR GAMBAR .......................................................................
vi
BAB I PENDAHULUAN ...............................................................
1
1.1 Latar Belakang .............................................................
1-2
1.2 Tujuan Penulisan ..........................................................
3
1.3 Batasan Masalah ..........................................................
3
1.4 Metode Penulisan .........................................................
3
1.5 Jadwal Pelaksanaan……………………………………..
4-6
1.6 Sistematika Penulisan……………………………………
7-8
BAB II TEORI DASAR .................................................................
9
2.1 Pengertian Dasar Motor Bakar ....................................
9
2.1.1 Prinsip Pengubahan Tenaga Pada Motor Penggerak Mula ......................................................
10
2.1.2 Prinsip Pengubahan Tenaga Pada Motor Bakar ....
11-12
2.1.3 Macam-Macam Motor Bakar Pembakaran Dalam .
13-17
2.2 Efisiensi, Daya dan Pemakaian Bahan Bakar .............
17
2.2.1 Proses Lingkaran……………………………. ...........
17
2.2.2 Efesiensi Teoritis Secara Siklus………... ...............
21
2.3 Cara Kerja Mesin Otto…………………………………...
23-26
2.3.1 Gerakan Lagkah Hisap……………………………….
27
2.3.2 Gerakan Langkah Kompresi…………………………
28
2.3.3 Gerakan Langkah Usaha……………….. ................
29
2.3.4 Gerakan Langkah Buang…………………. .............
30
2.4 Konstruksi Mesin…………………………………… .......
31
iv
2.4.1 Blok Silinder…………………………………………….
32
2.4.2 Silinder…………………………………………………..
32
2.4.3 Piston…………………………………………………….
33
2.4.4 Pegas Piston…………………………………………….
35
2.4.5 Pegas Kompresi…………………………………………
36
2.4.6 Pegas Pengontrol Oli……………………………………
37
2.4.7 Tipe Three Piece………………………………………… 37 2.4.8 Celah Ujung Pegas……………………………………… 37 BAB III ANALISA DAN PERHITUNGAN.....................................
39
3.1Persiapan Pengambilan Data .......................................
39
3.2 Pengukuran Komponen................................................
40
3.3 Tabel Hasil Pengukuran ...............................................
42
3.4 Perhitungan Spesifikasi ................................................
43
3.5 Analisa dan Perhitungan Mesin Kijang 5K dan 7K ......
52
BAB IV TROUBLE SHOOTING ...................................................
53
4.1 Asap Putih Pada Knalpot Toyota Kijang Mesin 7K .....
53
4.2 Cara Mengatasi............................................................
53
BAB V PENUTUP ........................................................................
57
5.1 Kesimpulan ...................................................................
57
5.2 Saran ............................................................................
58
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN ................................................
v
DAFTAR GAMBAR
2.1 Dasar Motor Bakar ..................................................................
9
2.1.1 Kerugian Gesekan .............................................................
11
2.1.2 Pengubah Tenaga Kimia Bahan Bakar ............................
12
2.1.3.1Motor Piston.......................................................................
13
2.1.3.2 Motor Wankel....................................................................
14
2.1.3.3 Turbin Gas ........................................................................
15
2.1.3.4 Motor Otto .........................................................................
15
2.1.3.5 Motor Diesel......................................................................
16
2.2.1.A Diagram Pv ......................................................................
17
2.2.1.B Diagram Tekanan P3 ......................................................
18
2.2.1.C Diagram Awal Langkah Pemampatan .............................
20
2.2.1.D Jalannya Tekanan Silinder...............................................
20
2.2.1.E Proses Dalam Satu Diagram............................................
21
2.2.2.A Proses Lingkaran........................................................ .....
22
2.2.2.B Kurva Panas Yang Dimasukkan..................................... .
23
2.3.1 Langkah Hisap........................................................ ............
27
2.3.2 Langkah Kompresi........................................................ ......
28
2.4 Konstruksi Mesin.....................................................................
31
2.4.3 Piston...................................................................................
33
2.4.3.A Celah Piston.....................................................................
34
2.4.4 Pegas Piston........................................................................
35
2.4.5 Pegas Kompresi...................................................................
36
2.4.7 Tipe Three Piece..................................................................
37
2.4.8 Celah Ujung Pegas...............................................................
38
3.2.1 Pengukuran Diameter...........................................................
40
3.2.2 Pengukuran Piston................................................................
40
3.2.3 Pengukuran Celah Ujung Ring Piston...................................
41
3.2.4 Pengukuran Celah Alur Ring Piston......................................
41
4.2.1 Pengukuran Celah Ring Piston.............................................
54
vi
4.2.2 Pengukuran Celah Got Ring Piston......................................
54
4.2.3 Pengukuran Kedalaman Got Ring Piston..............................
55
4.2.4 Pemotongan Ujung Ring Piston.............................................
55
vii
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Di era globalisasi seperti saat ini perkembangan ilmu pengetahuan
dan Tekhnologi sangatlah cepat, dan ditambah dengan majunya arus informasi membuat jarak yang sangat sempit bahkan tidak ada batasnya. Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi ini dapat kita lihat dengan semakin banyaknya alat transportasi darat (otomotif) yang efisien,hemat bahan bakar dan menerapkan sistem otomatis. Dengan adanya perkembangan ini menuntut tersedianya sumber daya manusia
yang
berpotensi tinggi. Karena dengan bermunculnya alat transportasi darat (otomotif) yang efisien,hemat bahan bakar dan menerapkan sistem otomatis maka dalam memerlukan sumber daya manusia yang tinggi (terampil,terlatih dan terdidik) untuk mengoperasikan, memelihara atau bahkan untuk merancang sistem automatis tersebut. Sebagai mahasiswa teknik terutama teknik mesin Universitas Mercu Buana kami harus peduli dan berusaha mengikuti setiap perkembangan ilmu pengetahuan dan tekhnologi saat ini. Karena perkembangan tersebut sangatlah penting untuk menambah ilmu pengetahuan kami sebagai mahasiswa teknik. Oleh karena itu sebagai mahasiswa teknik mesin Universitas Mercu Buana
kami mendapat
kesempatan menyelesaikan tugas akhir mengenai cara kerja mesin 4 tak (otomotif) dan studi kasus mengenai perbandingan mesin kijang seri 5k
1
dan 7k yang mana pada mesin seri 7K banyak mengalami kasus asap putih dari knalpot. Dimana dalam hal ini menjadi tantangan penulis untuk bagaimana kasus demikian bisa penulis angkat kedalam tugas akhir untuk dilakukan penelitian dan yang tidak kalah pentingnya penulis bisa mengatasi thouble shooting yang terjadi pada kijang seri 7K dengan kasus keluar asap putih dari knalpot. Agar hal tersebut bisa mengurangi pencemaran udara lebih serta penghematan bahan bakar. Salah satu cara untuk mengurangi keluar asap putih pada knalpot mesin kijang, baik pada saat awal mesin di hidupkan (pagi hari) sampai setelah berjalan lama. Biasanya vonis bengkel / refarasi yaitu meminta kepada konsumen / pemakai untuk over houl (turun mesin) akibat silinder haus dan oli terbakar. Ongkos turun mesin ditambah ganti spearpart yang harganya berkisar Rp. 4.000.000 s/d Rp. 5.000.000an bisa menjadi tinggal 1.500.000an, maka solusinya yaitu perlu mengetahui cara kerja mesin dan spesifikasi mesin otomotif yang telah dikeluarkan pabrik pembuat mesin kijang. Setelah
kita
mengetahui
cara
kerja
mesin
otomotif
dan
spesifikasinya barulah kita tahu penyebabnya. Dimana diameter piston berbanding langkah krukas yang long strake. Artinya jarak langkah piston melebihi diameter piston. Otomatis percepatan piston yang bergesekan dengan dinding selinder akan lebih cepat aus. Kalau aus solusinya over houl (turun mesin). Namun ketimbang harus over houl (turun mesin) berupa ganti piston hingga ring, penulis mencoba penggantian ring pistonnya saja.
2
1.2
Tujuan Penulisan Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah penelitian
perbedaan mesin kijang seri 5K dengan seri 7K yang mempunyai karakteristik mesin / gas buang keluar asap putih pada knalpot.
1.3
Batasan Masalah Permasalahan yang akan diketengahkan dan dibahas oleh penulis
yaitu cara kerja dasar mesin otomotif serta penelitian study kasus perbedaan mesin kijang seri 5K dan seri 7K yaitu asap putih pada hasil sisa pembakaran.
1.4
Metodologi Penulisan Metode penulisan yang dipakai dalam penyusunan tugas akhir ini
dilakukan dengan melalui beberapa tahapan diantaranya : a. Studi referensi dilakukan oleh penulis guna mendukung penulisan dan mencari referensi yang bersifat literatur yang telah ada pada bukubuku, artikel atau gambar dan pengembangan aspek teknologi. b. Metode observasi dilakukan dengan cara pengamatan langsung tentang suatu proses engine Toyota Kijang. c. Metode wawancara dilakukan dengan menanyakan secara langsung kepada pihak-pihak yang terkait (dalam hal ini kepada pemakai Toyota Kijang ).
3
1.5
Jadwal Pelaksanaan Berdasarkan metode penelitian yang telah dijelaskan pada bagian
sebelumnya,
penelitian
dalam
studi
kasus
ini dijadwalkan
untuk
dilaksanakan dalam kurun waktu lima bulan dan secara garis besar dibagi kedalam lima tahap yang meliputi :
Tahap 1. yaitu persiapan penelitian dalam studi kasus yang mencakup aktivitas penentuan tujuan dalam penelitian mencari landasan teori, identifikasi variabel, variabel penelitian serta identifikasi elemen-elemen dari setiap variabel penelitian studi kasus sistem engine Toyota Kijang.
Tahap 2. yaitu studi pendahuluan, studi dokumentasi observasi langsung pengamatan dalam hal ini cara kerja mesin Toyota Kijang serta pemilihan model rancangan studi pendahuluan.
Tahap 3. yaitu perancangan yang mencakup identifikasi data yang diperlukan, identifikasi cara pengumpulan data dan identifikasi sampel penelitian pada tahap ini akan dilakukan modifikasi terhadap komponen yang sudah ada dan kemudian dipasang pada cut way engine untuk dibuat simulasi.
Tahap 4. yaitu aplikasi modifikasi dimana hasil dari rancangan modifikasi tersebut kemudian di realisasikan dalam wujud benda dan sekaligus perakitannya.
4
PERSIAPAN PENELITIAN Tujuan penelitian: Study kasus perbedaan mesin kijang 5K dan 7k
Indentifikasi Variabelvariabel penelitian : ‐ piston ‐ ring piston ‐ dingding cilynder
Landasan teori
Identifikasi Perbaikan terjadinya asap putih pada mesin kijang 7K
PENELITIAN MESIN 5K DAN 7K Survay Lokasi Pabrikasi & penempatan lokasi
STUDI PENDAHULUAN
Studi Dokumentasi,obyek penelitian :pustaka,website/inte rnet.
Observasi obyek penelitaian
Penelitian asap putih pada knalpot dimesin kijang 7K
Pemilhan rancangan untuk simulasi Indentifikasi komponen penelitian
KESIMPULAN Hasil Penelitian dan trouble shooting
Verifikasi obyek penelitian
Pabrikasi cut-way
Perakitan komponen cut-way
PENGUJIAN AWAL
Kondisi Setelah Awal Pengujian
Running Test
Saran Dan Perbaikan dari study kasus
Perbaikan dan modifikasi
5
Kreteria keberhasilan proses multipleignition
Perhitungan tingkat keberhasilan
Tahap 5. yaitu pendahuluan data perancangan dan pengkajian awal yang mencakup aktivitas persiapan data karakteristik obyek penelitian dan proses transfer teknologi beserta faktor-faktor yang mempengaruhi, hal ini dimaksudkan untuk mendapatkan desain rancangan data awal dalam pengujian suatu engine Toyota Kijang.
Tahap 6. yaitu penyusunan laporan akhir yang mencakup aktivitas analisa dan penarikan. Kesimpulan dari pada desain akhir dan running test komponen yang telah didapat pada tahapan ini akan disusun hasil yang telah didapat dari penelitian sehingga bisa menghasilkan suatu laporan penelitian yang komprehensip. Barchart / tabel dari jadwal penelitian dapat dilihat dibawah ini : Tabel 1.1 Jadwal penelitian KEGIATAN Minggu ke-
feb 2008 1 2 3 4
mar2008 1 2 3 4
Apr 2008 1 2 3 4
1.Persiapan penelitian
2.Studi pendahuluan
3.Penelitian
4.Pabrikasi pembuatan cut-way 5.Penyusunan laporan
6
Mei 2008 1 2 3 4
Juni 2008 1 2 3 4
Juli 2008 1 2 3 4
1.6
Sistematika Penulisan Untuk memudahkan proses penulisan dan pembahasan penelitian
ini penulis membuat sistematika penulisan berdasarkan data yang di dapat sebagai berikut :
BAB I
PENDAHULUAN
Pada bab ini menjelaskan latar belakang penulisan, tujuan penulisan, pembatasan masalah dan metodologi penulisan.
BAB II
TEORI DASAR
Berisi tentang teori dasar cara kerja mesin otto dan komponen-komponen mesin otomotif yang di gunakan untuk menunjang dalam modifikasi sistem engine Toyota Kijang pada cut-way engine sebagai media untuk simulasi, dengan menggunakan hipotesa dan pendekatan rumus bantuan dalam penentuan komponen bagian mesin Toyota Kijang 5K dan 7K.
BAB III
PENELITIAN DAN PERHITUNGAN
Pada bab ini berisi tentang penelitian dan perhitungan data spesifikasi mesin Toyota Kijang 5K dan 7K agar bisa membedakan data spesikasi dari kedua mesin yang mengakibatkan terjadinya asap putih pada Toyota Kijang seri 7K.
7
BAB IV
THROUBLE SHOOTING
Pada bab ini berisi tentang analisa dan permasalahan yang terjadi pada mesin kijang seri 5K dan 7K, serta bagaimana cara mengatasi kasus yang sering terjadi,asap putih pada sisi hasil pembakaran.
BAB V
PENUTUP
Pada bab ini berisi tentang kesimpulan dari hasil pembahasan tugas akhir ini dan di sertai saran-saran pengembangan.
8
BAB II TEORI DASAR
2.1
Pengertian Dasar Motor Bakar Motor penggerak mula adalah suatu motor yang merubah tenaga
primer yang tidak diwujudkan dalam bentuk aslinya, tetapi diwujudkan dalam bentuk tenaga mekanis.
Gbr. 2.1 Dasar Motor Bakar
Motor penggerak mula Contoh-contoh : Motor penggerak mula
Jenis tenaga primer
•
Turbin air
•
aliran air
•
Mesin uap
•
aliran uap akibat pembakaran
•
Motor bakar
•
Kimia bahan bakar
•
Kincir angin
•
aliran angin
9
2.1.1 Prinsip Pengubahan Tenaga Pada Motor Penggerak Mula
Output :
Input :
• Tenaga mekanik
• Tenaga primer
• Tenaga bentuk lain misal : panas
•
Tenaga Primer tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.
•
Jumlah tenaga primer yang dimasukkan pada suatu motor selalu sama besar dengan jumlah tenaga yang dihasilkan ( out - put )
•
Tenaga primer yang tidak akan pernah dapat diubah 100% menjadi tenaga mekanis. Sebagaian tenaga primer akan dikeluarkan dalam bentuk lain seperti panas. Gas buang, pendinginan, gesekan & Radiasi bagian tenaga yang tidak dapat diubah menjadi tenaga mekanis dinilai sebagai kerugian pada proses pengubahan tenaga.
Rendemen suatu motor penggerak (η) mula =
Jarak tenaga mekanis yang dihasilkan x 100% Jumlah tenaga primer yang dimasukkan
η selalu lebih kecil dari 100%
10
Contoh : Pada Motor Bensin, Tenaga Primer 100% C. panas/kalori hasil pembakaran hanya akan menghasilkan rendemen/effisiensi sebesar kurang lebih 27%. Sedang yang lain hilang. Karena terbawa gas buang 34%, diserap oleh sistem pendingin 32%, akibat gesekan dan radiasi 7%.
Gbr. 2.1.1 Kerugian Gesekan
2.1.2 Prinsip Pengubahan Tenaga Pada Motor Bakar Motor bakar adalah pesawat penggerak mula yang mengubah tenaga kimia bahan bakar menjadi tenaga panas ( kalor ) dengan jalan pembakaran, panas tersebut selanjutnya di rubah menjadi tenaga mekanik
11
Proses pengubahan tenaga kimia bahan bakar menjadi tenaga mekanik pada motor bakar
Udara
Bahan bakar
Pembakaran
Tekanan naik akibat pembakaran
Tekanan mendorong
piston bergerak lurus
Gbr. 2.1.2 Pengubahan Tenaga Kimia Bahan Bakar Menjadi Tenaga Mekanik
Mekanisme Engkol : Berfungsi merubah gerak translasi piston ( gerak bolak-balik piston) menjadi gerak putar pada poros engkol.
12
2.1.3 Macam-Macam Motor Bakar Pembakaran Dalam
1. Motor Piston
Gbr. 2.1.3.1 Motor Piston
Sifat – sifat yang menonjol •
Gerak Translasi / gerak bolak-balik piston dirubah menjadi gerak putar poros engkol.
•
Untuk mengurangi getaran, jumlah silinder dapat dibuat lebih dari Satu.
•
Digunakan pada motor 2 tak dan 4 tak baik motor Bensin maupun Diesel
13
2. Motor Wankel
Isap
Buang
Gbr. 2.1.3.2 Motor Wankel
Sifat-sifat yang menonjol • Gerakan piston berotasi ( berputar ) • Pengisian, kompresi dan pembuangan diatur oleh piston • Lebih ringan • Getaran kecil • Jarang digunakan dan tidak diproduksi secara massal
Contoh : Mazda RX-7 dan Mercedez Benz
14
3. Turbin Gas
Ruang bakar
Pompa ( Impeler )
Turbin
Gbr. 2.1.3.3 Turbin Gas
4 Motor Otto ( Bensin 4 Tak )
Gbr. 2.1.3.4 Motor Otto (Bensin 4 Tak)
15
Sifat-sifat yang menonjol • Pendinginan dengan air pendingin • Pelumasan silinder dengan semprotan oli atau percik ( dengan sistem panci, sirkulasi tekan oleh pompa oli ) • Pengisian, kompresi, pembuangan diatur oleh mekanisme katup • Pembentukan campuran bahan bakar dan udara terjadi diluar silinder • Pembakaran dengan sistem pengapian
5 Motor Diesel ( 4Tak )
Gbr. 2.1.3.5 Motor Diesel (4 Tak)
16
Sifat-sifat yang menonjol • Pendinginan dengan air pendingin • Pelumasan silinder dengan semprotan oli atau percikan • Pengisian, kompresi, pembuangan diatur oleh mekanisme katup • Pembentukan campuran bahan bakar dan udara didalam silinder • Pembakaran terjadi dengan sendirinya
2.2 Efisiensi, Daya dan Pemakaian Bahan Bakar 2.2.1 Proses Lingkaran Perubahan tekanan gas dalam silinder merupakan proses secara keseluruhan. Sebuah grafik yang memperlihatkan hubungan antara tekanan dan volume disebut diagram pV.
Gbr 2.2.1.A Diagram pV dimana garis pemampatan dan ekspansi saling berimpit.
17
Disini tampaklah bahwa garis pemampatan dan garis ekspansi saling berimpit yang berarti bahwa secara teoritis kerja dan pemampatan didapatkan kembali pada saat ekspansi. Dalam hal ini kita beranggapan bahwa tidak terjadi kerugian kalor melalui dinding silinder. Dalam kenyataannya
memang
terjadi
kerugian
kalor,
sehingga
kerja
pemampatannya tidak dapat diterima kembali seluruhnya, tetapi hanya sebahagian saja. Kejadian ini disebut kerja negatif
Gbr 2.2.1.B Tekanan P3 setelah ekspansi adalah lebih rendah dari tekanan P1 pada awal penempatan disebabkan oleh kerugian kalor.
Pada motor bakar tiap-tiap akhir langkah pemampatan terjadi pembakaran sehingga suhu beserta tekanannya meningkat.Kejadian ini mengakibatkan garis ekspansinya tidak lagi berada dibawah garis pemampatan, tetapi berada di atasnya.
18
Bidang yang diarsir pada gambar 3, disebut kerja positif Motor Empat langkah, tidak saja memiliki langkah pemampatan dan langkah kerja tetapi juga memiliki langkah isap dan buang. Kerja yang diperlukan untuk kedua langkah yang disebut terakhir ini harus diabaikan dari kerja positifnya. Pada gambar 4 diproyeksikan keempat langkah sebuah motor empat langkah secara berurutan. Selama langkah isap tekanannya sedikit dibawah nal Mpa efektif. Selama langkah pemampatan tekanan meningkat hingga menjadi kira-kira 0,9 Mpa, selanjutnya disebabkan oleh nyala kisi terjadi pembakaran dan tekanan naik lagi sampai kira-kira 2,7 Mpa. Kemudian tekanan sebesar 2,7 Mpa ini akan menurun selama langkah kerja sampai kira-kira 0,2 Mpa, selama langkah buangnya, tekanan efektif sebesar 0,2 Mpa ini akan menurun lagi, tetapi tidak akan mencapai tekanan dibawah nol Mpa. Penyajian gambar 5 sudah sama dengan gambar 4, hanya sekarang digambar menurut panjang langkahnya. Pada gambar ini ternyatalah bahwa kerja positifnya diarsir berlawanan dengan kerja yang diperlukan untuk melakukan langkah-langkah isap dan buangnya. Bila dari diagram 5 tadi langkah pemampatan kompresi dan langkah kerja digambar sendiri-sendiri terjadilah apa yang disebut siklus.
19
Gbr 2.2.1.C Disebabkan oleh pembakaran, maka tekanan P3 sesudah ekspansi lebih tinggi dari P1 pada awal langkah pemampatan
Gbr 2.2.1.D Jalannya tekanan dalam silinder motor empat-langkah.
20
Gbr 2.2.1.E Proses lengkap dalam satu diagram
2.2.2 Effesiensi Teoretis Secara Siklus Bahan bakar yang disalurkan bersama udara mengandung energi yang berubah menjadi bentuk kalor. Diketahui bahwa udara (gas) sebagai akibat pembakaran, akan mengembang dan tekanannya akan naik. Jumlah kalor yang dimasukkan ke dalam silinder dinyatakan dengan Q1. Bila piston dari TMA menuju TMB (selama langkah kerja), maka tekanan dan suhunya akan menurun. Selama langkah ini sejumlah kalor akan disalurkan melalui dinding silinder dan gas-gas buang (Q2). Tidak semua kalor yang disuplai dapat dikonversi menjadi kerja. Lambang untuk ini adalah ηth.
21
Selisih antara jumlah kalor Q1 dan Q2 merupakan dasar untuk menentukan efisiensi termal secara teoritis.
Jumlah kalor yang dikonversi menjadi kerja ηth =
, atau Jumlah kalor yang disuplai
ηth =
Q1 – Q2 x 100 % Q1
Gbr 2.2.2.A Proses lingkaran dengan kerja positif yang diarsir
22
Gbr 2.2.2.B Q1 adalah panas yang dimasukkan, Q2 adalah panas yang tersalurkan
2.3
Cara Kerja Mesin Otto Motor yang dapat hidup disebabkan karena ada ledakan, ia
membutuhkan Cylinder dengan piston didalamnya. Pengisap dapat bergerak kebawah dan ke atas di dalam cylinder. Piston itu diberi Ring Piston. Ring piston terdiri dari ring compresi dan oil compresi. Bila mereka dijadikan satu disebut ring piston. Cylinder itu dijadikan satu dengan cylinder blok. Didalam cylinder blok ada krukasnya yang dapat berputar pada blok metal. Krukas berhubungan dengan batang piston, yang mana batang piston tadi diberi tutup batang piston diikat keras dengan krukas
23
dengan perantaraan dua buah baut atau mur. Dibagian atas dari batang piston ia berhubungan dengan piston dijadikan satu diberi pen piston, yang mana pen piston itu agar ia tidak terlepas diikat dengan baut atau disamping kanan kiri dari pen piston tadi diberi ring penjamin. Krukas dapat berputar pada bantalannya bila ia nanti digerakkan oleh piston. Dapatnya bergerak sehingga ia dapat memutar krukas setelah ia menerima ledakan dari gas yang terbakar didalam ruang bakar. Apabila motor itu hidup, nok-nok yang berada pada nokken as menyentuh penumbuk katup, penumbuk katup menyentuh tangkai katup sehingga katupnya membuka lubang katup dan cara menutupnya katup itu tertekan oleh kekuatan pegasnya sendiri. Gas yang terbakar didalam ruang bakar dikeluarkan oleh karburator. Api yang dipergunakan untuk membakar campuran gas didalam ruang bakar itu dikeluarkan oleh accu atau magnet. Bahan bakarnya ialah bensin yang mana asalnya tersimpan didalam tangki / tempat persediaan bensin, dipompakan, lalu mengalir melalui pipa tembaga menuju ke karburator, dan bercampur dengan hawa yang masuknya melalui saringan hawa ke karburator dan diisap terus masuk kedalam cylinder oleh piston, waktu turun mengisap campuran gas dari dalam karburator, katup masuknya terbuka dan katup buangnya menutup. Setelah campuran gas tadi masuk kedalam cylinder dan dimampetkan didalam ruang bakar dengan kedua duanya katup tertutup, lalu dipasang atau dibakar. Yang membakar campuran gas tadi ialah api
24
yang meloncat diantara ujung electrode busi. Pada saat gas tadi terbakar kedua-kedua katupnya masih didalam keadaan menutup. Gas yang terbakar itu memuai dan menekan piston dengan kuat kebawah, agar gas yang telah terbakar itu keluar, terbukalah katup buangnya sedangkan katup masuknya masih didalam keadaan menutup. Gas yang telah terbakar itupun keluar melalui lubang buang, pipa buang dan knalpot. Strum yang asalnya dari baterai, setelah kunci kontaknya kita hubungkan ia mengalir dari accu menuju kunci kontak terus mengalir ke coil, dan di coil strum tadi dipertinggikan tegangannya, terus menuju ke busi dan meloncat diantara electrode busi sehingga ia dapat membakar campuran gas didalam ruang bakar. Dengan adanya terus menerus pembakaran didalam cylinder, maka cylinder menjadi panas, panas itu tidak boleh dibiarkan, maka motor itu lalu diberi alat pendingin yaitu air yang mengalir didalamnya watermantel didalam cylinder blok. Air yang mengalir didalam watermantel asalnya dari radiator, dipompakan masuk kedalam watermantel lalu kembali lagi masuk kedalam radiator. Didalam radiator air tadi didinginkan oleh hembusan kipas yang berputar di mukanya motor, selain motor tadi didinginkan dengan air, ia juga didinginkan dengan oli, yang mana oli tadi diedarkan didalam cylinder blok dengan perantaraan pompa oli. Alat-alat yang terdapat pada motor dapat kita lihat gambarnya dibawah ini, dan dapat pula kita ketahui apa gunanya alat-alat itu masing-masing. Pada setiap kepala cylinder dari motor 4 gerakan diberi 2 buah lubang, yang mana lubang -lubang itu dibuka dan ditutup oleh pesawat
25
katup. Lubang A yaitu lubang masuk, ia dibuka dan ditutup oleh katup masuk. Lubang B, yaitu lubang buang, ia dibuka dan ditutup oleh katup buang. Apabila katup masuknya terbuka, ruangan cylinder diatasnya pengisap berhubungan dengan saluran pendek, saluran masuk namanya. Diujung yang lain dari pada pipa masuk ini, diberi karburator. Karburator
1º Gerakan
2º Gerakan
3º Gerakan
4° Gerakan
Langkah
Langkah
Langkah
Lankah
hisap
kompresi
usaha
buang
inilah
yang
menghasilkan
campuran
bensin
dan
Os 4 Gerakan
udara
dalam
perbandingan yang sebanding.
Karburator menghasilkan Gas dan gas itu berupa campuran uap bensin dan udara yang sangat mudah sekali terbakar. Saluran buang yang terbuka dan ditutup oleh katup buang, gunanya untuk jalan keluar dari gas yang telah terbakar dari dalam cylinder. Apabila katup buang ini dibuka, ruangan cylinder akan berhubungan dengan saluran pembuang. Pada saluran pembuang ini, diberi sambungan lagi, yaitu sebuah pipa yang mengalirkan gas yang telah terbakar kebelakang kendaraan.
26
2.3.1 Gerakan Langkah Hisap Piston bergerak kebawah, katup masuknya terbuka, ruangan diatasnya pengisap menjadi besar timbulah tekanan kerendahan didalam cylinder diatasnya pengisap, dan terisaplah campuran gas dari dalam karburator mengisi cylinder. Gerakan mengisap ini berlangsung sehingga pengisap sampai kesikap yang terendah, setelah itu katup masuknya tertutup. Pada gerakan yang pertama ini piston bergerak dari titik mati atas kebawah dengan katup masuknya terbuka dan katup buangnya menutup, sedangkan krukasnya berputar ½ putaran atau 180 derajat.
Gambar 2.3.1 Langkah Hisap
27
2.3.2 Gerakan Langkah Kompresi Apabila krukasnya berputar terus, dengan sendirinya piston akan bergerak keatas, sedangkan pada saat itu, kedua-dua katupnya menutup. Campuran gas yang telah terisap tadi tidak dapat keluar, lalu dimampatkan oleh piston yang pada saat itu bergerak keatas, sehingga gas tadi terkumpul di dalam ruang bakar. Piston bergerak keatas, sehingga sampai di T.M.A. Gas yang dimampatkan tadi menjadi panas, dan tekanan di dalam silinder bertambah. Tetapi panasnya gas yang dimampatkan itu tidak melebihi titik bakar dari campuran gasnya sendiri. Bentuk dari ruang bakar di dalam kepala cylinder dibuat istimewa, agar bagian bensin diaduk benar-benar dengan hawa ketika ia dimampatkan. Pada gerakan yang kedua ini piston bergerak dari titik mati bawah
keatas
dengan
kedua-dua
katupnya
tertutup,
krukasnya berputar ½ putaran atau 180 derajat.
Gambar 2.3.2 Langkah Kompresi
28
sedangkan
Perbandingan pemampatan (dinyatakan dengan symbol ∈) ini dalam bentuk rumus menjadi : ∈=
Vs + Vc
Vs Atau ∈= 1 +
Vc
Vs atau ∈-1 =
Vc
Peninggian
Vc
perbandingan
pemampatan
tidak
selamanya
mengakibatkan tekanan akhir pemampatan menjadi lebih tinggi. Pada motor-motor dengan frekuensi putar yang tinggi, melambatkan putaran dari katup isapnya akan sangat menguragi besar langkah pemampatan efektifnya. Dalam hal ini untuk mendapatakan tekanan akhir kompresi yang tinggi dan tanpa mengurangi ekspansinya kita harus mempertinggi perbandingan
pemampatan.
Biasanya
dengan
menggunakan
perbandingan pemampatan yang tinggi akan dihasilkan tekanan akhir pemampatan yang lebih tinggi, sehingga mengakibatkan peningkatan suhu akhir pemampatan.
2.3.3 Gerakan Langkah Usaha Setelah piston sampai ke akhir gerakan pemampatan, sedangkan kedua-dua klep masih didalam keadaan menutup, meloncatlah bunga api dari ujung electrode busi yang berada di dalam ruang bakar. Akibatnya campuran gas yang dimampatkan dan panas tadi sebentar saja terbakar habis. Karena terbakarnya gas itu, temperaturnya naik + 25 Angkasa, pengisap didorong dengan kuat kebawah setelah ia melewati T.M.A.
29
Oleh karena pengisapnya turun, tekanan diatasnya berkurang, gas yang terbakar memuai. Setelah pengisap sampai ke Titik Mati Bawah tekanan di dalam cylinder tinggal 2 hingga 2,5 angkasa (Atmosfer). Dalam gerakan ini motor mengadakan kerja. Pada gerakan yang ketiga ini piston bergerak dari Titik Mati Atas ke Titik Mati Bawah dengan kedua-dua katup tertutup, sedangkan krukasnya berputar ½ putaran atau 180 derajat. 2.3.4 Gerakan Langkah Buang Pada akhir gerakan kerja, katup buangnya terbuka, pada saat itu tekanan didalam cylinder masih + 2 angkasa, sehingga gas sisa pembakaran cepat mengalir keluar melalui lubang buang dan pipa buang langsung ke knalpot. Ketika pengisap kembali bergerak keatas, ia mendesak gas buang yang masih ketinggalan di dalam cylinder. Setelah piston sampai di T.M.A, katup buangnya menutup kembali. Gerakan motor dimulai lagi seperti semula. Pada gerakan yang ke empat ini piston bergerak dari titik mati bawah ke titik mati atas dengan katup buangnya membuka dan katup masuknya tertutup, sedangkan krukasnya berputar ½ putaran atau 180 derajat.
Bila kita lihat bahwa proses pembakaran di dalam motor ini diselesaikan dalam 4 x gerakan pengisap atau dalam 4 x ½ putaran krukas. Motor yang semacam ini disebut “Motor Empat Gerakan”. Pada motor empat gerakan, kita hanya mendapatkan satu gerakan kerja setiap 2 x krukas berputar. Jelaslah bahwa pada motor empat gerakan yang bercylinder satu gerakan ini harus menimbulkan tenaga gerak yang cukup untuk memutar krukas selama tiga gerakannya yang tidak menghasilkan
30
kerja sedangkan kecepatannya tidak boleh berkurang. Artinya motor empat gerakan ialah motor yang kerjanya diselesaikan dalam 2 x putaran krukas, 4 x piston bergerak, 2 x keatas, 2 x kebawah, 1 x pembakaran, 1 x in dan 1x uitlaatklepnya terbuka. Motor empat gerakan lebih sempurna, dikarenakan gas yang diisap dan dimampatkan adalah gas yang murni dan bersih, dan setelah gas tadi terbakar, gas sisanya didesak keluar sehingga habis tidak ada sisanya sama sekali, berlainan dengan motor 2 gerakan.
2.4
Konstruksi mesin
Gbr. 2.4 Konstruksi Mesin
31
2.4.1 Blok Silinder Blok silinder merupakan inti daripada mesin, yang terbuat dari besi tuang. Belakangan ada beberapa blok silinder yang dibuat dari paduan alumunium,
seperti
kita
ketahui
bahwa
alumunium
ringan
dan
meradiasikan panas yang lebih efisiensi dibandingkan dengan besi tuang. Blok silinder dilengkapi rangka pada bagian dinding luar untuk memberikan kekuatan pada mesin dan membantu meradiasikan panas. Blok silinder terdiri dari beberapa lubang tabung silinder yang didalamnya terdapat piston yang bergerak turun naik, silinder-silinder ditutup bagian atasnya oleh kepala silinder yang dijamin oleh gasket kepala silinder yang letaknya antara blok silinder dan kepala silinder. Crankcase terpasang dibagian bawah blok silinder dan poros engkol dan bak oli ternasuk dalam crankcase. Poros nok juga diletakkan dalam blok silinder, hanya pada type OHV (Over Head Valve). Pada mesin yang modern poros nok berada di dalam kepala silinder. Silinder-silinder dikelilingi oleh mantel pendingin (water jacket) untuk membantu pendinginan perlengkapan lainnya seperti stater, alternator, pompa bensin, distributor dipasangkan
pada bagian samping blok
silinder.
2.4.2 Silinder Tenaga panas (thermal energy) yang dihasilkan oleh pembakaran bensin dirubah ke dalam tenaga mekanik dengan adanya gerak naik-turun piston dalam tiap-tiap silinder. Mesin harus memenuhi kedua kebutuhan, dengan tujuan untuk merubah tenaga panas menjadi energi mekanik
32
seefisien mungkin. Tidak boleh terdapat kebocoran campuran bahan bakar dan udara saat berlangsungnya kompresi atau kebocoran gas pembakaran antara silinder dan piston. Tahanan gesek antara piston dan silinder harus sekecil mungkin. Oleh sebab itu pembuatan silinder diperlukan ketelitian yang tinggi.
2.4.3 Piston Piston bergerak turun naik di dalam silinder untuk melakukan langkah hisap, kompresi, pembakaran dan pembuangan. Fungsi utama piston untuk menerima tekanan pembakaran dan meneruskan tekanan untuk memutar poros engkol melalui batang piston (connection rod). Piston terus menerus menerima temperatur dan tekanan yang tinggi sehingga harus dapat tahan saat mesin beroperasi pada kecepatan tinggi untuk periode waktu yang lama. Pada umumnya piston dibuat dari paduan alumunium, selain lebih ringan, radiasi panasnya juga lebih efisien dibandingkan dengan material lainnya. Nama bagian-bagian pada piston, seperti digambarkan di bawah ini.
Gbr. 2.4.3 Piston
33
A
Celah Piston (Celah Antara Piston Dengan Silinder) Pada saat piston menjadi panas akan terjadi sedikit pemuaian dan
mengakibatkan diameternya akan bertambah. Untuk mencegah hal ini pada mesin harus ada semacam celah yaitu jarak yang disediakan untuk temperatur ruang lebih kurang 25o C antara piston dan silinder. Jarak ini disebut celah piston (piston clearance). Celah piston bervariasi dan ini tergantung dari model mesinnya, dan umumnya antara 0,02 – 0,12 mm. Bentuk piston agak sedikit tirus. Diameter bagian atasnya lebih kecil dibandingkan dengan diameter bagian bawahnya. Selain itu celah piston bagian atasnya lebih besar dan bagian bawahnya lebih kecil.
Gbr. 2.4.3.A Celah Piston
Celah piston penting sekali untuk memperbaiki fungsi mesin dan mendapatkan kemampuan mesin yang lebih baik, bila celah terlalu kecil, maka akan tidak ada celah antara piston dan silinder ketika piston panas, hal ini akan menyebabkan piston menekan dinding silinder. Hal ini akan merusak mesin, bila celah piston berlebihan, tekanan kompresi dan
34
tekanan gas pembakarannya akan menjadi rendah dan akan menurunkan kemampuan mesin.
2.4.4 Pegas Piston Pegas piston (piston ring) dipasang dalam alur ring (ring groove) pada piston. Diameter luar
ring piston sedikit lebih besar dibanding
dengan piston itu sendiri. Ketika terpasang pada piston, karena pegas piston sifatnya elastis menyebabkan mengembang, sehingga menutup dengan rapat pada dinding silinder. Pegas piston terbuat dari bahan yang dapat bertahan lama. Umumnya terbuat dari baja tuang spesial, yang tidak akan merusak dinding silinder. Jumlah pegas piston bermacammacam tergantung jenis mesin dan umumnya 3 sampai 4 pegas piston untuk setiap pistonnya. Pegas piston mempunyai 3 peranan penting yaitu diantaranya
Gbr. 2.4.4 Pegas Piston
35
pertama mencegah kebocoran campuran udara dan bensin gas pembakaran yang melalui celah antara piston dengan dinding silinder ke dalam bak engkol selama langkah kompresi dan langkah usaha, kedua mencegah oli yang melumasi piston dan silinder masuk ke ruang bakar, dan ketiga memindahkan panas dari piston ke dinding silinder untuk membantu mendinginkan piston. 2.4.5 Pegas Kompresi Pegas kompresi (compression ring) berfungsi untuk mencegah kebocoran campuran udara dan bensin dan gas pembakaran dari ruang bakar ke bak engkol selama langkah kompresi dan usaha. Jumlah pegas kompresi ini ada beberapa macam, umumnya ada 2 pegas kompresi terpasang pada masing-masing piston, pegas kompresi ini disebut “top compression ring” dan “second compression ring”. Tepi bagian atas pegas kompresi agak runcing dan bersentuhan dengan dinding silinder. Ini dirancang untuk menjamin agar dapat menutup hubungan antara pegas dan silinder. Selain itu juga untuk mengikis oli mesin dari dinding silinder secara efektif.
Gbr. 2.4.5 Pegas Kompresi
36
2.4.6 Pegas Pengontrol Oli Pegas pengontrol oli (oil control ring) diperlukan untuk membentuk lapisan oli (oil film) antara piston dan dinding silinder, selain itu juga untuk mengikis kelebihan oli untuk mencegah masuknya oli ke dalam ruang bakar. Pegas oli ini disebut pegas ketiga (third ring). Ada dua tipe pegas pengontrol oli, tipe integral dan tipe three piece yang sering digunakan.
2.4.7 Tipe Three Piece Pegas pengontrol oli tipe three piece ini terdiri dari side rail yang fungsinya untuk mengikis kelebihan oli, dan expander yang mendorong side rail dan menekan pada dinding silinder dan ring groove, tipe three piece ini fungsinya sama dengan tipe integral.
Gbr. 2.4.7 Tipe Three Piece
2.4.8 Celah Ujung Pegas Pegas piston akan mengembang bila dipanaskan sama halnya dengan piston. Dengan alasan ini pegas piston dipotong pada satu tempat dan celahnya diposisikan sebelah kiri ketika terpasang didalam silinder.
37
Celah ini disebut celah ujung pegas (ring end gap). Besarnya celah ini bermacam-macam tergantung pada jenis mesin dan umumnya antara 0,2 – 0,5 mm pada temperatur ruangan.
Gbr. 2.4.8 Celah Ujung Pegas
38
BAB III ANALISA DAN PERHITUNGAN
3.1
Persiapan Pengambilan Data Dalam melakukan pengambilan data penelitian penulis melakukan
tahapan-tahapan persiapan yang diantaranya adalah :
3.1.1 Tahapan persiapan pengambilan data pengukuran pada Komponen yang pertama kali akan di lakukan adalah sebagai berikut : 1. Alat yang di gunakan : a) Kunci shock 1set b) Tracker Bantalan c) Caliper d) 1 set kikir besar dan kikir kecil e) amplas kasar dan amplas halus f) Thickness gauge g) cilynder bor gauge h) micrometer 2 material/komponen yang dilakukan pengukuran data : a) dingding selinder b) piston c) ring piston
39
3.2
Pengukuran Komponen:
3.2.1 Pengukuran Diameter Dinding Slinder Dalam pengukuran ini menggunakan cylinder gauge dilakukan dua tahap yaitu :
Gbr. 3.2.1 Pengukuran Diameter Dinding Silinder
3.2.2 Pengukuran Piston Dalam pengukuran ini menggunakan micrometer
Gbr. 3.2.2 Pengukuran Piston
40
3.2.3 Pengukuran Celah Ujung Ring Piston
Gbr. 3.2.3 Pengukuran Celah Ujung Ring Piston
3.2.4 Pengukuran Celah Alur Ring Piston
Gbr. 3.2.4 Pengukuran Celah Alur Ring Piston
41
3.3
Tabel Hasil Pengukuran B
3.3.1 Hasil Pengukuran Diameter Linear A
Standar : 80,50 mm – 80,53 mm Silinder No 1 2 3 4
A-A 80,55 80,57 80,50 80,51
Posisi Pengukuran B-B C-C D-D 80,57 80,58 80,55 80,57 80,60 80,53 80,50 80,51 80,52 80,51 80,52 80,51
A
B
E-E 80,58 80,55 80,52 80,52
C
C
D
D
E
E B
2.3.2 Hasil Pengukuran Piston A
Standar 80,45 – 80,48 mm Silinder No 1 2 3 4
A-A 80,46 80,46 80,47 80,46
Posisi Pengukuran B-B C-C D-D 80,46 80,46 80,45 80,46 80,46 80,45 80,47 80,47 80,45 80,46 80,46 80,45
E-E 80,45 80,45 80,45 80,45
3.3.3 Hasil Tabel Pengukuran Celah Piston Standar
No.1 = 0,23 – 0,52 mm No.2 = 0,20 – 0,44 mm Oli
Ring Piston No 1 2 3 4
= 0,10 – 0,79 mm Nomor Ring Piston No.1 No.2 Oli 0,36 0,36 0,60 0,35 0,35 0,60 0,40 0,40 0,51 0,37 0,37 0,58
42
A
B C
C
D
D
E
E
3.3.4 Hasil Tabel Pengukuran Celah Got Ring Piston Standar
No.1 = 0,03 – 0,07 mm No. 2 = 0,02 – 0,06 mm
Celah Got Piston No 1 2 3 4
3.4
Nomor Got Piston No.1 No.2 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4
Perhitungan Spesifikasi
3.4.1 Spesifikasi Mesin Kijang 5k Diameter Piston
=D
= 80,5 mm
= 8,05 cm
= 0,0805 m
Langkah Piston
=L
= 73,0 mm
= 7,3 cm
= 0,073 m
Volume Kepala Silinder
= Vc
= 45 cm3
Daya Diteruskan
= WB = 51,4 kw
Daya Mesin
= WI
Laju Bahan Bakar
= MFuel= 24 kg/jam
Putaran Mesin
=N
= 5000 Rpm
Jumlah Silinder
=C
=4
Untuk Empat Langkah
=n
=2
Untuk Dua Langkah
=n
=1
Koefisien Ukuran (α)
= 1,2
= 80 kw
Komposisi Bahan Bakar Karbon (C)
= 0,855
Hidrogen (H)
= 0,145
Nitrogen (N)
= 0,79
Berat Molekul (Mr)
= 144
Nilai Karbon (H2)
= 44000 kj / kg
43
1. Luas silinder A = π x D2 4 = π x 8.052 cm 4 = 50,8 cm2 = 0,050 m2
2. Isi silinder π D2 x L x C
V= 4
= 0,7854 x D2 x L x C = 0,7854 x 8,052 cm x 7,3 cm x 4 = 1486 cm3 3. Perbandingan kompresi Vc + Vs RV = Vc D2 x π x L Vs = 4 8,052 cm x 3,14 x 7,3 cm = 4 = 371,5 cm3
Vc + Vs Rv =
45 + 371,5 =
Vc
45
= 9,3
44
= 9,3 : 1 4. BMEP (Brake Mean Effective Pressure) WB x 1000 x 60 x n = LxAxNxC 51,4 x 1000 x 60 x 2 = 0,073 x 0,050 x 5000 x 4 = 0,844 x 105 N/m2 = 84,4 Kpa 5. BSFC (Brake Specific Fuel Consumption) MFuel
24 kg / jam =
WB
51,4 = 0,0001 kg/s/kw
6. IMEP (Indicated Mean Effective Pressure) IMEP
80
WI
=
= BMEP
= WB
x (84,4) = 131,3 Kpa 51.4
7. ISFC (Indicated Specific Fuel Consumption) MFuel
24 kg/jam
=
= WI
= 0.0008 kg/s/kw 80
8. Efficiency Volumetric WB
µV
51,4 =
WI
= 0,64 = 64 % 80
9. Friction power WI – WB = 80 – 51,4 = 28.6 kw
45
10. Kecepatan rata-rata piston V rata rata
=2xLxN = 2 x 0,073 x 5000 = 730 rpm = 12,1 m/s
11. Harga massa udara teoritis yang dibutuhkan untuk membakar 1 kg bahan bakar. 1,2
ath
8 C + 8H
=
kg 0.23
3
1,2
8
=
x 0.853 + 8 x 0.145 0,23
kg
3
= 15.5528 kg Apabila dihitung dalam mole massa udara teoritis yang dibutuhkan (Ath) 1.2
Ath =
C x
0.21
+ 4
0.855 x
0.21
O
+ 12
1.2 =
H
12 0.145
+ 12
4
= 0.6142 k.mole 12. Kebutuhan udara actual untuk membakar 1 kg Bahan Bakar dalam kg cal atau dalam mole (A) karena α = 1,2 Maka
a = α x ath = 1,2 x 15,5538 = 18,66456 kg
Atau
A = α x Ath = 1,2 x 0.6142
46
= 0.73 704 k.mole Banyak campuran udara Bahan Bakar Ch = (1 + a) = 1 + 18,66456 = 19,66456 kg Atau M1 = A + 1,2 Mr = 0,73704 + 1,2 144 = 0,745 k.mole 13. Pemakaian bensin sebanyak 1 dm3 tiap 100 km untuk massa kendaraan 100 kg. Jadi kendaraan dengan massa seberat 900 kg memakai 9 dm3 pada 100 km atau cara lainnya adalah dengan pemberitahuan berapa banyak penggunaan bensin dalam dm3 untuk jarak sejauh 100 km. Untuk motor dengan pemakaian 1 pada 12 dapat ditulis pemakaiannya adalah :
100
1 x 1 dm3 = 8
12
tiap 100 km. 3
Jika kendaraan kijang 5K seberat 1200 kg Maka : 1200 kg = 12 dm3/100 km 1 dm
3
= 0,12 dm3 / km
47
3.4.2 Spesifikasi Mesin Kijang 7k Diameter Piston
=D
= 80,5 mm
= 8,05 cm
= 0,0805 m
Langkah Piston
=L
= 87,5 mm
= 8,75 cm
= 0,0875 m
Volume Kepala Silinder
= Vc
= 55 cm3
Daya Diteruskan
= WB = 58,8 kw
Daya Mesin
= WI
Laju Bahan Bakar
= MFuel= 24 kg/jam
Putaran Mesin
=N
= 4800 Rpm
Jumlah Silinder
=C
=4
Untuk Empat Langkah
=n
=2
Untuk Dua Langkah
=n
=1
= 87,4 kw
Komposisi Bahan Bakar Karbon (C)
= 0,855
Hidrogen (H)
= 0,145
Nitrogen (N)
= 0,79
Berat Molekul (Mr)
= 144
Nilai Karbon (H2)
= 44000 kj / kg
1. Luas silinder A = π x D2 4 = π x 8.052 cm 4 = 50,8 cm2 = 0,050 m2
2. Isi silinder π D2 x L x C
V= 4
48
= 0,7854 x D2 x L x C = 0,7854 x 8,052 cm x 8,75 cm x 4 = 1781 cm3 3. Perbandingan kompresi Vc + Vs RV = Vc D2 x π x L Vs = 4 8,052 cm x 3,14 x 8,75 cm = 4 = 445 cm3
Vc + Vs Rv =
55 + 445 =
Vc
55
= 9,0 = 9,0 : 1 4. BMEP (Brake Mean Effective Pressure) WB x 1000 x 60 x n = LxAxNxC 58,8 x 1000 x 60 x 2 = 0,0875 x 0,050 x 4800 x 4 = 0,84 x 105 N/m2 = 84 Kpa
49
5. BSFC (Brake Specific Fuel Consumption) 24 kg / jam
MFuel = WB
58,8 = 0,0001 kg/s/kw
6. IMEP (Indicated Mean Effective Pressure) IMEP
WI
=
=
87,4 =
BMEP
WB
x (84) = 124,8 Kpa 58.8
7. ISFC (Indicated Specific Fuel Consumption) 24 kg/jam
MFuel =
=
= 0.00007 kg/s/kw
WI
87,4
8. Efficiency Volumetric WB
µV
58,8 =
WI
= 0,67 = 67 % 87,4
9. Friction power WI – WB = 87,4 – 58,8 = 28.6 kw 10. Kecepatan rata-rata piston V Rata rata
=2xLxN = 2 x 0,0875 x 4800 = 840 rpm = 14 m/s
11. Harga massa udara teoritis yang dibutuhkan untuk membakar 1 kg bahan bakar. 1,2
8 C + 8H
ath =
kg 0,23
3
50
1,2
8
=
x 0.853 + 8 x 0.145 0,23
kg
3
= 15.5528 kg Apabila dihitung dalam mole massa udara teoritis yang dibutuhkan (Ath) 1.2
Ath =
C x
0.21
+ 4
0.855 x
0.21
O
+ 12
1.2 =
H
12 0.145
+ 12
4
= 0.6142 k.mole 12. Kebutuhan udara actual untuk membakar 1 kg Bahan Bakar dalam kg cal atau dalam mole (A) karena α = 1,2 Maka
a = α x ath = 1,2 x 15,5538 = 18,66456 kg
Atau
A = α x Ath = 1,2 x 0.6142 = 0.73 704 k.mole
Banyak campuran udara Bahan Bakar Ch = (1 + a) = 1 + 18,66456 = 19,66456 kg Atau M1 = A + 1,2 Mr
51
= 0,73704 + 1,2 144 = 0,745 k.mole 13. Pemakaian bensin sebanyak 1 dm3 tiap 100 km untuk massa kendaraan 100 kg. Jika kendaraan kijang 7K seberat 1200 kg Maka : 1200 kg = 12 dm3/100 km 1 dm
3
= 0,12 dm3 / km
3.5 Analisa Dan Perhitungan Mesin Kijang 5k Dan 7k a.
Isi silinder mesin 7K yang lebih besar menyebabkan daya mesin 7K semakin besar dari mesin 5K. - Mesin 5K = 1500 cc Daya = 51,4 kw - Mesin 7K = 1800 cc Daya = 58,8 kw
b.
Perbandingan kompresi yang tinggi menyebabkan tekanan mesin kijang 5K lebih tinggi.
c.
- Mesin 5K perbandingan kompresinya = 9,3
BMEP = 84,4 kpa
- Mesin 7K perbandingan kompresinya = 9,0
BMEP = 84
kpa
Perbedaan langkah piston antara mesin 5K dan 7K menyebabkan tingkat keausan ring piston mesin 7K lebih cepat mengalami gesekan lebih tinggi (cepat aus). - Mesin 5K langkah piston = 73,0 mm
Vrata-rata = 12,1 m/s
- Mesin 7K langkah piston = 87,5 mm
Vrata-rata = 14
52
m/s
BAB IV TROUBLE SHOOTING
4.1
Asap Putih Pada Knalpot Toyota Kijang Mesin 7K Permasalahan yang terjadi pada mesin 7K dari hasil penelitian dan
perhitungan, penulis mendapatkan suatu analisa trouble shooting, blok mesin kijang 7K mengalami kehausan lebih cepat dibanding mesin 5K, karena mempunyai diameter piston berbanding krukas. Artinya jarak langkah piston melebihi diameter, otomatis percepatan piston yang bergesekan dengan dinding silinder akan lebih cepat aus dimana : Mesin 5K langkah piston (73,0 mm) untuk Vrata-rata (12,1 m/s) Mesin 7K langkah piston (87,5 mm) untuk Vrata-rata (14 m/s)
4.2
Cara Mengatasi Dengan kehausan silinder menyebabkan oli terbakar yang
mengakibatkan keluar asap putih pada knalpot toyota kijang mesin 7K, disini penulis memberikan solusi berupa penggantian ring piston, dimana ada beberapa tahap untuk mengatasinya yang harus diperhatikan : 1. Melakukan pengecekan celah ring piston yang lama terhadap dinding silinder, ukur secara horizontal dan diratakan dengan benturan kepala piston, letakkan ring piston sekitar 3 cm di bawah permukaan blok celah ring kompresi pertama dan kedua tidak boleh lebih dari 0,8 mm dan 2 ring tipis pada bagian ring oli tidak boleh melebihi 0,7 mm. Apabila celah tidak melebihi batas maksimal, berarti ring piston masih
53
dapat diganti.
Gbr. 4.2.1 Pengukuran Celah Ring Piston
2. Ukur celah got ring pada piston, celah pada gas tidak lebih dari 0,07 mm, karena terlalu besar celah akan mematahkan atau merusak ring pada saat rpm mesin tinggi.
Gbr. 4.2.2 Pengukuran Celah Got Ring Piston
54
3. Setelah itu perlu dicermati celah belakang ring terhadap dalam got ring di piston, celah kedalaman tidak kurang dari 0,2 mm.
Gbr. 4.2.3 Pengukuran Kedalaman Got Ring Piston
4. Pemasangan ring yang lebih besar diameternya pasti memerlukan perubahan atau modifikasi, caranya mengukur ujung ring piston sedikit demi sedikit dalam pemotongannya.
Gbr. 4.2.4 Pemotongan Ujung Ring Piston
Penyetelan celah pada ring kompresi pertama dan kedua sebaiknya antara 0,25 mm sampai 9,35 mm, pada ring penyekat oli terdiri dari dua buah berkisar antara 9,2 mm hingga 0,3 mm, setelah dipotong
55
ujung bekas potongan di amplas halus agar tidak menonjol, khusus ring oli yang besar berbentuk seperti bentuk cacing tidak diganti, bisa menggunakan bahan yang lama dengan mencucinya sampai bersih.
56
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan -
Pada motor langkah pendek kecepatan piston rata-rata berkurang pada rpm yang sama atau pada kecepatan piston yang sama dapat mencapai pada rpm putar yang lebih tinggi.
-
Dengan memperbesar diameter silinder katup-katup lebih besar, sehingga pada rpm piston tinggi dapat mempertahankan pengisian silinder yang baik.
-
Bila dibandingkan dengan motor langkah panjang, maka motor langkah pendek memiliki ruang bahan bakar dengan luas penyalaan kalor yang besar.
-
Langkah piston pendek sering dipakai pada motor balap karena memerlukan rpm yang tinggi.
-
Disebabkan oleh kemungkinan rendahnya kecepatan piston langkah pendek, walaupun piston mempunyai massa besar adalah lebih kecil sehingga bantalan mendapat pembebanan ringan.
-
Pada motor langkah panjang selama langkah isap terjadi, pennacle yang lebih lama untuk mencampur bensin dengan udara. Hal ini sangat mempengaruhi kesempurnaan pembakaran, dengan alasan inilah motor langkah panjang lebih unggul karena mempunyai daya yang sangat besar.
57
5.2 Saran Selama kegiatan study kasus serta pengambilan data dan uji coba hasil modifikasi ring piston Toyota Kijang, penulis mempunyai saran sebagai berikut : b)
Dalam menentukan study kasus,trouble shooting mesin Toyota Kijang harus dipersiapkan referensi dari berbagai sumber.
c)
Dalam aplikasi di kendaraan penulis menyarankan agar sebelum menentukan kendaraan sebaiknya disesuaikan dengan kebutuhan yang anda inginkan, lihat spesifikasi konsumen.
d)
Dalam menentukan study kasus asap putih pada knalpot Kijang, penulis harus tanya jawab kepada pengguna Kijang.
e)
Dalam menentukan study kasus asap putih pada knalpot Kijang penulis harus dapat mengembangkannya lebih detail dari hasil perhitungan.
58
DAFTAR PUSTAKA
BPM.Arends dan H.Berenshcot di terjemahkan oleh Umar Sukrisno,Motor Bensin,Jakarta : PT.Erlangga,1997. VEDC, Bahan Ajar Dan Training texs,panduan ajar SMK oleh VEDC Malang 2007-2008 serial Korek : Mari Menghitung LSA, Jakarta : Tabloid Motor Plus, No.209/ IV. Sabtu, 1 Maret 2003 http/www.trustmechanic.com/rotor, 3 juli 2008 New Step I 1996 PT. Toyota Astra Motor Dasar-Dasar Otomotif 1998 PT. Toyota Astra Motor Teknik Mobil JD. Hadisumarto 1980, Surabaya
59
