4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Motor Bensin 2.1.1 Penjelasan Umum Motor bensin merupakan suatu motor yang menghasilkan tenaga termis dari proses pembakaran bahan bakar ( tenaga kimia ) dalam silinder. Oleh karena pembakaran berlangsung dalam silinder maka motor ini dinamakan pesawat kalor dengan pembakaran dalam ( internal combustion engine ). Motor bensin di lengkapai dengan busi dan karburator. Busi menghasilkan loncatan bunga api listrik yang menyalakan campuran bahan bakar dengan udara, karena itu motor bensin disebut juga dengan Spark Ignition Engine. Karburator dalam motor bensin merupakan suatu tempat pencampuran bahan bahan bakar dengan udara. Pencampuran ini terjadi karena bahan bakar terhisap masuk atau disemprotkan ke dalam arus udara yang masuk ke dalam karburator. Campuran bahan bakar dan udara sangat mudah terbakar ini kemudian masuk kedalam silinder dan dinyalakan oleh loncatan bunga api listrik dari busi menjelang akhir langkah kompresi, sehingga akan menghasilkan daya motor. Motor bensin dibedakan menjadi dua jenis yaitu : motor bensin 2 langkah dan motor bensin 4 langkah. Motor bensin 2 langkah adalah motor yang memerlukan dua langkah torak atau sekali putaran poros engkol untuk menghasilkan satu kali pembakaran atau menghasilkan satu kali langkah kerja/usaha. Sedangkan motor bensin 4 langkah adalah motor yang memerlukan empat kali langkah torak atau dua kali putaran poros engkol untuk menghasilkan satu kali pembakaran atau satu kali langkah kerja/usaha. Siklus kerja 4 langkah ini pertama kali diperkenalkan oleh ilmuan jerman Nicholas August Otto pada tahun 1876.
5 2.2.2 Prinsip Kerja Motor 4 Langkah Motor 4 langkah adalah dimana motor yang siklus kerjanya diselesaikan dalam empat langkah piston atau diselesaikan dalam dua kali putaran poros engkol. Empat langkah tersebut adalah: 1 Langkah hisap 2 Langkah kompresi 3 Langkah usaha 4 Langkah buang Siklus motor 4 langkah pertama kali di temukan oleh seorang insiyur jerman yang bernama Nikolaus A.Otto pada tahun 1876. Untuk mengenang jasanya motor 4 langkah sering juga disebut motor otto. Prinsip kerja langkah hisap Pada saat piston bergerak dari TMA ke TMB (30 0 sebelum titik mati atas (TMA)) akibatnya terjadi pertambahan volume dan penurunan tekanan pada piston. Pada langkah ini katup hisap terbuka sedangkan katup buang tertutup. Karena terjadi perbedaan tekanan maka campuran udara dan bahan bakar masuk ke dalam ruang pembakaran. Gambar 2.1 Proses kerja langkah isap (sumber : Wikipedia ensiklopedia) Dikutip pada tanggal 1 maret 2011
6 Prinsip kerja langkah kompresi Pada saat campuran udara bensin yang di dalam silinder di mampatkan oleh torak yang bergerak ke atas dari TMB ke TMA, kedua katup hisap dan katup buang akan menutup selama gerakan tekanan dan suhu campuran udara bensin menjadi naik, bila tekanan campuran udara bensin ini di tambah lagi, tekanan serta ledakan yang lebih besar lagi dari tenaga yang kuat ini akan mendorong torak ke TMB. Gambar 2.2 Proses kerja langkah kompresi (sumber : Wikipedia ensiklopedia) Dikutip pada tanggal 1 maret 2011 Prinsip kerja langkah usaha Pada langkah ini campuran udara dan bensin yang telah dibakar atau dimampatkan dalam proses kompresi menghasilkan tenaga yang mendorong torak dari TMA ke TMB. Melalui batang piston gaya dorong piston diteruskan ke poros engkol, dimana gerak translasi piston diubah menjadi gerak putar, yang kemudian di manfaatkan untuk memutar beban
7 Prinsip kerja langkah buang Gambar 2.3 Langkah kerja usaha (sumber : Wikipedia ensiklopedia) Dikutip pada tanggal 1 maret 2011 Pada langkah ini torak yang terdorong ke bawah TMB naik menuju TMA pada saat proses ini katup isap tertutup dan katup buang terbuka,torak bergerak naik dari TMB ke TMA sehingga gas gas sisa hasil pembakaran di dalam silinder terdorong keluar melalui katup buang. Bila torak mencapai TMA maka proses langkah hisap kembali terulang. Gambar 2.4 Langkah buang (sumber : Wikipedia ensiklopedia) Dikutip pada tanggal 1 maret 2011
8 Maka siklus kerja motor empat langkah di gambarkan sebagai berikut: Hisap Buang Kompresi Usaha Gambar 2.5 siklus motor 4 langkah 2.3 Efisiensi Volumetris Pengaruh efisiensi volumetric berkaitan dengan durasi camshaft karena pada intinya pengaruh camshaft racing terdapat pada katup yang di tekan lebih lama dan lebih dalam sehingga bahaan bakar yang masuk ke ruang bakar lebih banyak Secara jelas efisiensi volumetric adalah ukuran yang paling dasar dan paling penting untuk mengetahui karakteristik suatu tenaga, yang digunakan sebagai acuan seberapa besar sebuah tenaga mesin yang dihasilkan. Secara lebih jauh moc solikhin (1996) menjelaskan bahwa efisiensi volumetric adalah perbandingan antara jumlah campuran yag masuk dalam suatu siklus dalam silinder. Volume di dalam silinder saat piston berada dalam posisi TMB. Dengan demikian hal tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut : Efisiensi volumetric = Volume campuran yang masuk volume langkah+volume kompresi x 100%. (2.1) Dijelaskan pula upaya untuk menigkatkan efisiensi yaitu dengan cara : 1. Memperpendek intake manifold 2. Memperluas saluran katup dengan cara memperbesar katup.
9 3. Dengan cara merubah durasi camsahaft sehingga katup masuk terbuka lebih lama dan campuran udara dan bahan bakar semakin kaya Dengan demikian dapat kita ketahui bahwa usaha yang dapat dilakukan untuk meningkatkan daya dan torsi pada kendaraan selain memperpendek intake manifold dan memperluas saluran katup adalah dengan cara merubah durasi camshaft karena besarnya campuran udara dan bahan bakar yang masuk dan campuran udara dan bahan yang keluar sangat dipengaruhi oleh buka tutup katup masuk dan buang. Sehingga dalam hal ini durasi camshaft buka pada mesin motor 4 tak sangat berpengaruh. Sehingga selancar apapun saluran masuk dan buang atau sependek apapun saluran intake manifold hasil akhirnya sangat jelas dipengaruhi oleh durasi camshaft. 2.4 Camshaft Camshaft dapat diibaratkan seperti jantung pada manusia yaitu sebagai pengatur sirkulasi darah dan suplai makanan yang di butuhkan bagi tubuh manusia. Pada camshaft yang diatur adalah sirkulasi bahan bakar dan udara (O2) yang diperlukan unutk pembakaran yang menghasilkan tenaga. Camshaft adalah suatu komponen yang berfungsi sebagai penggerak dan pengontrol bukaan katup di ruang bakar pada mesin empat langkah. Di dalam camshaft juga terdapat istilah istilah seperti : duration, phasing,valve lift,lobe lift,overlap, lift rate,valve clereance, full lift, piston to valve clereance, dan camshaft profile (sumber : A.GRAHAM BELL, four stroke performance tuning)
10 Gambar 2.6: Bagian - bagian dari camshaft (sumber Wikipedia ensiklopedia) Dikutip pada tanggal 10 maret 2011 2.4.1 Duration Pengertian dari durasi adalah angka derajad dimana pada saat katup itu membuka dan pada saat dimana katup itu menutup. Perbedaan camshaft itu sendiri terdapat pada profil camshaftnya yang mempengaruhi tinggi bukaan dan waktu bukaan dalam durasi camshaft tersebut. 2.4.2 Phasing Pengertian dari phasing adalah hubungan dimana antara membuka dan menutup masuk dengan saat membuka dan menutup saluran buang. Dalam hal ini phasing juga sering disebut Lobe Centre Angle 2.4.3 Valve Lift Yang dimaksud dengan valve lift adalah tinggi maksimum angkatan katup dalam hal ini yang jarak maximum antara katup dan dudukan katup. Hal ini sangat bervariasi antara profil camshaft satu dengam lainnya menurut dari mesin masing masing kendaraan.
11 2.4.4 Overlap Overlap adalah jumlah derajat durasi pada saat katup masuk dan katup buang bergerak bersama klep masuk dan buang terbuka bersamaan.overlap ini terjadi di akhir langkah buang dimana klep buang menutup dan diawal langkah hisap dimana klep masuk mulai membuka.ketika overlap yang terjadi adalah sebagian gas buang akan mendorong bukaan katup masuk dan campuran bahan bakar segar kembali ke system pemasukan. Gas buang tadi akan masuk kembali menuju silinder bersama campuran udara dan bahan bakar segar yang hal ini akan memperkecil efisiensi volumetrisnya. Jumlah derajad overlap mempengaruhi saat idle maupun kecepatan rendah. Gambar 2.7:Diagram overlap camshaft (sumber Wikipedia ensiklopedia) Dikutip pada tanggal 14 maret 2011 2.4.5 Life rate Life rate ini berhubungan dengan kecepatan katup pada saat katup terangkat dari dudukannya per derajad rotasi camshaft dan selanjutnya kecepatan kembalinya katup pada dudukannya.untuk keperluan meningkatkan tenaga, katup di desain agar membuka secepatnya dan bertahan beberapa saat pada posisi maksimal atau tinggi angkat penuh dan selanjutnya menutup secepatnya. Sehingga durasi katup masuk lebih lama membuka
12 dari pada katup buang dan campuran udara dan bahan bakar dalam ruang pembakaran menjadi lebih kaya. 2.4.6 Valve Clearance Valve clearance adalah jarak dimana antara camshaft lobe dan rocker arm, jarak ini sangatlah berpengaruh pada durasi katup.karena apabila semakin rapat gap yang ada maka durasinya akan semakin besar,begitu juga sebaliknya semakin rengang gap atau jaraknya maka semakin kecil pula durasinya. 2.4.7 Full Lift Full lift adalah posisi tinggi angkat penuh katup dimana pada saat posisi terjauh dari dudukannya.jika dilihat dari profil camshaft dapat dilihat dari titik tengah nose.atau bisa dikatakan titik tertinggi pada lift lobe. 2.4.8 Camshaft profil Secara umum profil camshaft motor satu dengan motor lainnya berbeda,disamping profil camshaft itu memiliki peranan yang sangat penting terhadap unjuk kerja sepeda motor, hal ini dikarenakan profil camshaft ini merupakan semacam rel tempat rocker arm berjalan. 2.4.9 Lobe separation Angle Lobe separation angle atau sering disingkat LSA adalah sudut geometris antara centerline intake dan exhaust. Setelah sudut ini ditentukan secara langsung mempengaruhi jumlah katup yang overlap
13 Gambar 2.8:Lobe separation angle (sumber Wikipedia ensiklopedia) Dikutip pada tanggal 15 maret 2011 2.4.10 Base circle BASE CIRCLE (Lingkar Dasar) adalah istilah untuk sisi berlawanan dari bubungan noken as. Ketika rocker arm menempel pada base circle camshaft, klep seharusnya tetap tertutup. Ukuran dari Base circle mempengaruhi lift camshaft. Semakin kecil base circle memungkinkan lift camshaft lebih tinggi. 2.4.11 Nose Area dimana klep terbuka secara penuh. Titik tertinggi lift disebut Lobe Centerline (Garis tengah lobe). Intake centerline diukur pada derajat kruk As setelah Titik Mati Atas (TMA) piston. Exhaust centerline ditunjukan oleh angka derajat posisi kruk As sebelum TMA. Kebetulan, posisi noken as selalu diukur dengan durasi relativitas derajat Kruk As karena ini semua menggambarkan dimana posisi piston serta siklus apa piston sedang bekerja (Hisap, Kompresi, Tenaga, atau Buang) inilah patokan awal desain camshaft.
14 Gambar 2.9: Letak Nose pada camshaft (Sumber Wikipedia ensiklopedia) Dikutip pada tanggal 15 maret 2011 ` 2.4.12 Ramp RAMPS adalah bagian dari lobe dimana lifter bergerak naik atau berakhir menutup. Setiap lobe memiliki dua area Ramp, opening dan closing. Fungsi ramp untuk menghantarkan kem mengangkat atau menutup klep secara mulus 2.5 Unjuk Kerja Motor Bensin 2.5.1. Daya Motor. Menurut ( arends dan berenschot, 1980) yang dimaksud dengan daya motor adalah besarnya kerja motor tadi selama waktu tertentu. Sebagai satuan daya dipilih Watt. Biasanya satuan daya tadi ditetapkan dalam kilowatt. Untuk menghitung besarnya daya, kita harus mengetahui tekanan rata rata dalam silinder selama langkah kerja. Besarnya tekanan rata rata motor bensin empat langkah adalah 6-9 Mpa. Tekanan rata rata ini dinyatakan dengan lambang P. Untuk menghitung gaya yang bekerja pada piston tekanan rata rata tadi harus dikalikan dengan luas piston (Pi x A) gaya tersebut dinyatakan dalam satuan newton, bila tekanan dinyatakan dengan satuan pascal dan luasnya dinyatakan dalam m 2. Mengingat bahwa dayanya ditentukan dalam N.m/s (J/s = Watt) maka gaya tadi masih harus dikalikan dengan panjang langkah piston dalam meter dan prekuensi putarnya. Dengan demikian rumus daya
15 Pi = pi x A x s x n (2.2) Pada motor empat langkah, tiap dua kali putaran poros engkol terjadi sekali langkah kerja. Maka rumus untuk motor empat langkah adalah : Pi = pi x A x s x n 2 Dimana Pi = daya indikatif (watt)..(2.3) pi = tekanan rata rata indikator dalam pascal ( Pa ) A = luas piston (m 2 ) s = langkah piston (m) n = frekuensi putar dalam hertz (Hz) Daya yang dihitung dengan cara demikian adalah daya indikator karena didasarkan atas tekanan rata rata didalam silinder. Daya efektif adalah daya untuk roda penerus, untuk mendapat daya efektif maka tenaga indikator harus dikalikan dengan efisiensi mekanisnya. Pe = ηm. Pi..(2.4) Dimana Pe = daya efektif ηm = efisiensi mekanis Hubungan Daya dengan transmisi yaitu dimana pada saat putaran mesin itu rendah sedangkan diberikan pembebanan yang tinggi maka daya yang dihasilkan menjadi rendah hal ini sebabkan oleh perbandingan transmisi yang terlalu berat pada putaran rendah,namun apabila pada saat putan mesin yang tinggi semakin besar pembebanan yang diberikan maka semakin besar power yang dihasilkan. 2.5.2. Torsi Momen putir atau torsi adalah ukuran kemampuan motor dalam menghasilkan kerja. Didalam prakteknya torsi motor berguna pada waktu kendaraan akan bergerak (start) atau sewaktu mempercepat laju kendaraan, dan tenaga berguna untuk memperoleh kecepatan tertinggi.
16 Bila gaya F sekali berputar mengelilingi lingkaran, maka ini berarti bahwa telah dilakukan kerja sebesar 2.π. r, sehingga besar kerjanya menjadi F. 2. π. r (N.m). Dimana F = gaya dalam newton (N) r = jari jari (m) maka kerja yang terjadi tiap detik adalah F. 2. π. n ( N.m). mengingat bahwa kerja tiap detik disebut daya, maka dapat dikatakan sebagai berikut : P = F. 2. π. r. N (N.m/s atau Watt). Karena F.r membentuk momen putar M dalam N.m rumusnya menjadi P = 2. π. n. M. Dimana P = daya (watt) n = frekuensi putar (Hz) M = momen putar (N.m) P Maka M = (2.5) 2.π.n Hubungan antara torsi dengan transmisi yaitu dimana pada saat putaran mesin itu rendah sedangkan diberikan pembebanan yang tinggi maka torsi yang dihasilkan menjadi rendah hal ini sebabkan oleh perbandingan transmisi yang terlalu berat pada putaran rendah,namun apabila pada saat putan mesin yang tinggi semakin besar pembebanan yang diberikan maka semakin besar torsi yang dihasilkan. 2.6 Kepala silinder dan camshaft mesin type 5TP/T 110 SE Gambar di bawah ini menampilkan letak dan bentuk secara visual dari camshaft dan silinder head, agar mempermudah dalam pemahaman tentang camshaft
17 Gambar 2.10 : silinder head dan bagian bagiannya (sumber: buku pedoman Yamaha) Seperti yang kita ketahui bersama bahwa camshaft sangat berperan penting dalam system pengaturan buka tutup katup masuk dan buang dalam silinder. Dengan demikian jumlah bahan bakar yang masuk maupun jumlah gas sisa pembakaran yang keluar dari kepala silinder sangat tergantung pada saat buka tutup katup yang di atur oleh durasi dan tinggi angkatan camshaft. Maka secara terperinci akan di tampilkan bentuk dari camshaft standard yang berdurasi 214 0, agar lebih mempermudah untuk dipahami. Gambar 2.11 : camshaft (sumber: www.intisari.com)
Gambar 2.12 : Gambar dimensi dari camshaft standard 18