BAB II LANDASAN TEORI

BAB II LANDASAN TEORI 1.1 Pengertian Umum Motor Bensin Motor adalah gabungan dari alat-alat yang bergerak (dinamis) yang bila bekerja dapat menimbulkan tenaga / energi. Sedangkan pengertian motor bakar adalah motor yang sumber tenaganya diperoleh dari hasil pembakaran gas didalam ruang bakar. Motor bensin sendiri mempunyai pengertian motor dimana gas pembakarnya berasal dari hasil campuran antara bensin dengan udara dalam suatu perbandingan tertentu, sehingga gas tersebut terbakar dengan mudah sekali didalam ruang bakar, apabila timbul loncatan bunga api listrik tegangan tinggi pada elektroda busi. Dan alat yang mencampur bensin dan udara supaya menjadi gas pada motor bensin ini adalah karburator. Tenaga yang dihasilkan oleh motor adalah berasal dari adanya pembakaran gas didalam ruang bakar, oleh karena adanya pembakaran gas tersebut, maka timbullah panas. Dan panas ini mengakibatkan gas yang telah terbakar mengembang / ekspansi. Pembakaran dan pengembangan gas ini terjadi didalam ruang bakar yang sempit dan tertutup (tidak bocor) dimana bagian atas dan samping kiri kanan dari ruang bakar adalah statis / tidak bias bergerak, sedangkan yang dinamis / bisa bergerak hanyalah bagian bawah, yakni piston sehingga dengan sendirinya piston akan terdorong kebawah dengan kuatnya oleh gas yang terbakar dan mengembang tadi. Pada saat piston terdorong ke bawah ini, membawa tenaga yang sangat dahsyat, dan tenaga inilah yang dimaksud dengan tenaga motor. 1.2 Prinsip Kinerja Motor Bensin Motor Bensin sebagai salah satu jenis motor pembakaran dalam banyak. Digunakan untuk mengerakkan atau sebagai sumber tenaga dari

suatu kendaraan. Pada pembahasan ini, motor bensin sebagai sumber tenaga menurut prinsip kerjanya dibedakan menjadi 2 yaitu motor bensin 4 tak dan motor bensin 2 tak. 2.2.1 Motor Bensin 4 Tak Motor bensin 4 tak adalah motor yang setiap satu kali pembakaran bahan bakarnya memerlukan 4 langkah piston atau dua kali putaran poros engkol. Secara kasar atau secara garis besarnya, cara kerja motor bensin 4 tak adalah sebagai berikut : Mula-mula gas yang merupakan campuran bahan bakar dengan udara yang dihasilkan dari karburator dihisap masuk kedalam silinder kemudian dimampatkan dan dibakar. Karena panas, gas tersebut mengembang dan karena ruang terbatas maka tekanan didalam silinder atau ruang bakar naik dan tekanan ini mendorong piston kebawah dan menghasilkan langkah usaha yang oleh batang piston diteruskan ke poros engkol akan berputar. Secara terperinci dibawah ini diuraikan masing-masing langkah atau proses sebagai berikut : 1) Langkah hisap Pada langkah ini piston bergerak dari TMA ke TMB serta engkol berputar ½ putaran ( 180 0 ). Dan pada langkah ini klep / katup masuk membuka pintu saluran masuk yang berhubungan dengan karburator, sedangkan katup buang menutup pintu saluran pembuangan. Oleh karena bergeraknya piston dari TMA ke TMB ini mempunyai daya hisap yang sangat kuat, sehingga dengan sendirinya gas baru yang berada dalam karburator terhisap masuk kedalam silinder dan ruang bakar. 2) Langkah kompresi Pada langkah ini piston bergerak dari TMB ke TMA, engkol berputar (360 0 atau 1 putaran ). Dan pada langkah ini katup masuk dan katup buang menutup pintu salurannya masing-masing. Bergeraknya piston ini, makin naik, makin membuat ruangan diatas piston semakin sempit, sehingga daya kompresi didalam ruangan yang sempit ini menjadi tinggi. Dan oleh karena disekeliling

ruangan ini tertutup rapat, maka gas baru yang telah dihisap masuk menjadi termampat oleh piston. 3) Langkah usaha Beberapa saat sebelum piston mencapai TMA, engkol berputar mulai mencapai ( 360 0 ) pada akhir langkah kompresi, busi meloncatkan bunga api listrik tegangan tinggi didalam ruang bakar tepat saat engkol berputar 360 0 atau torak tepat mencapai TMA sehingga gas baru yang telah termampat didalam ruang bakar menjadi terbakar. Pembakaran ini berlangsung sampai piston mencapai TMA, setelah itu hasil pembakaran gas tersebut dapat menimbulkan panas yang menyebabkan pengembangan gas didalam ruang bakar. Pengembangan gas ini menimbulkan tekanan / tenaga yang dahsyat sekali kesegala arah, yakni bagian atas bawah dan samping kiri kanan didalam ruang bakar adalah statis, sedangkan yang dinamis didalam ruang bakar hanyalah bagian bawah, yaitu piston maka dengan sendirinya piston terdorong dengan kuatnya dari TMA ke TMB.Meluncurnya piston dari TMA ke TMB ini sudah tentu menimbulkan tenaga yang sangat besar pula. 4) Langkah buang Piston bergerak dari TMB ke TMA, engkol berputar 720 0,maka pada langkah ini katup buang terbuka pintu salurannya sehingga gas hasil sisa pembakaran didalam ruang terdorong keluar oleh piston,melalui saluran buang menuju exhouse. 1. Langkah hisap 3. Langkah usaha 2. Langkah kompresi 4. Langkah buang 2.2.2 Motor Bensin 2 Tak Motor bensin dua tak adalah motor yang setiap kali pembakarannya membutuhkan hanya 2 kali langkah torak atau satu kali putaran engkol, dengan kata lain motor bensin dua tak tak berbeda jauh dengan motor 4 tak, yaitu pada motor bensin 2 tak tidak bekerja dengan poros yang tunggal pada masing masing

langkahnya melainkan antara proses dan kompresinya terjadi dalam satu langkah torak.sedang proses atau cara kerja atau cara kerja motor 2 tak sebagai berikut. 1. Langkah Hisap dan Kompresi Pada langkah ini piston dari TMA ke TMB, sehingga saluran masuk terbuka oleh piston,reed valve, rotary valve,atau crank shaft valvenya. Pada saat piston semakin bergerak keatas, maka akan mengakibatkan ruang bagian bawah piston yakni ruang carter menjadi semakin luas, dan bergeraknya piston kearah TMA ini bagian bawah piston menghisap gas baru dari karburator ke dalam ruang carter dan melalui saluran bilas menuju ke ruang bakar. Proses merupakan langkah isap. Selanjutnya piston terus bergerak menuju TMA, sampai saluran buang dan saluran bilas tertutup oleh piston bagian atas sehingga terjadilah pemampatan gas yang masuk kedalam ruang bakar dan silinder sebelumnya, maka terjadilah kompresi dan kejadian ini yang di sebut langkah kompresi. 2. Langkah Usaha dan buang. Beberapa saat sebelum mengakhiri langkah kompresi ( pada akhir langkah I ), busi meloncatkan bunga api listrik tegangan tinggi didalam ruang bakar. sehingga gas baru dikompresikan menjadi terbakar. pembakaran ini terjadi berlangsung terus menerus sampai piston mencapai TMA. Oleh karena pembakaran tersebut, maka timbullah panas yang menyebabkan gas mengembang. Gas ini terjadi pada saat setelah piston berada di TMA, karena hanya piston yang dinamis (bias bergerak) maka piston terdorong kearah TMB dengan kuatnya oleh ledakan gas dan tenaga tadi diteruskan ke poros engkol. Peristiwa ini merupakan langkah usaha / kerja pada motor bensin 2 tak. Selanjutnya gerakan piston kearah TMB ini membuat saluran buang dan saluran bilas menjadi terbuka, sehingga gas bekas keluar melalui saluran buang tadi, oleh karena adanya bantuan desakan dari gas baru yang muali masuk lagi kedalam ruang bakar dan silinder melalui saluran bilas. Proses ini disebut langkah buang.

Masuknya gas baru dari ruang carter ke dalam ruang bakar dan silinder karena gas baru yang berada didalam ruang keatas mendapat tekanan dari piston, sewaktu piston bergerak kebawah dan proses ini disebut kompresi carter. 1.3 Kelebihan dan Kekurangan Motor Bensin 4 Tak dan 2Tak A. Kelebihan dan kekurangan motor bensin 4 tak Pemakaian bensin lebih hemat karena pembakaran lebih sempurna. Polusi yang ditimbulkan rendah karena pembakaran lebih sempurna dan oli tidak terbakar sehingga gas buang lebih bersih. Tenaga yang dihasilkan lebih besar karena pembakaran lebih sempurna. Perawatannya lebih sulit dibandingkan dengan motor bensin 2 tak karena menggunakan katup masuk dan katup buang beserta system penggeraknya. Relatif lebih sulit dioperasikan. B. Kelebihan dan kekurangan motor bensin 2 tak Mudah dihidupkan. Perawatannya lebih mudah karena tanpa katup. Suaranya lebih halus karena tidak menggunakan ring piston oli dan katup serta mekanisme penggeraknya. Polusi yang ditimbulkan lebih banyak karena oli ikut terbakar bersama bansin dan pembakarannya kurang sempurna. Pemakaian bahan bakar (bensin) lebih banyak / boros karena pembakarannya yang kurang sempurna. 1.4 Proses Keliling Motor Bensin 4 Langkah Yang dimaksud dengan proses keliling pada motor bensin 4 tak berdasarkan proses kerja motor adalah suatu keadaan gas didalam silinder motor dimulai dari pengisian gas didalam silinder dan diakhiri dengan pembuangan gas bakar hasil pembakaran. Sedangkan jika kita tinjau apa yang terjadi didalam silinder, kita akan mengetahui bahwa hasil pembakaran yang berupa panas itu diubah menjadi usaha desak diatas penghisap. Oleh karena volume dan tekanan didalam silinder besarnya tidak tetap sama, maka keadaan didalam silinder itu dapat dilakukan dalam bentuk diagram P V. Diagram P

V yaitu garis-garis yang melakukan hubungan antara tekanan dan volume gas dengan segala perubahannya. 1.4.1 Diagram P V Teoritis Motor Bensin 4 Langkah Diagram P V teoritis pada proses pembakaran bahan bakar motor bensin 4 tak adalah sebagai berikut : 0-1 : Garis hisap Torak bergerak kekanan untuk langkah hisap. Pada kecepatan penghisap tertentu, garis akan berada di bawah garis atm, jadi ada tekanan bawah atau vakum 1 2 : Garis kompresi Volume gas dimampatkan waktu penghisap bergerak ke sisi tutup. Tekanan naik hingga mencapai 7 atm sebelum titik mati atas (TMA) dan busi dinyalakan. 2 3 : Garis pembakaran. Pembakaran terjadi dengan cepat sekali, suhu gas naik, sedangkan dalam waktu yang sangat cepat volume gas hanya sedikit. Tekanan meningkat maksimum ± 28 atm. 3 4 : Garis usaha atau garis ekspansi Selama ini gas pembakaran mendesak penghisap dan volume gas tersebut membesar sehingga tekanan menjadi turun. 4 1 : Pembuangan pendahuluan Tekanan turun sesuai dengan tekanan atmosfer, sebagian besar (70 %) gas pembakaran telah dikeluarkan. 1 0 : Garis pembuangan Sisa gas didesak keluar oleh penghisap. Karena kecepatan gerak penghisap, maka terjadilah kenaikan tekanan sedikit diatas 1 atm. 1.4.2 Diagram P V Sebenarnya Motor Bensin 4 Langkah

Proses ini sering disebut prose otto yaitu proses terdapat pada motor bensin 4 langkah, dimana pembakarannya menggunakan busi dan proses pembakaran terjadi dengan volume tetap. Gambar. 5.2.1 Diagram P V Sebenarnya Motor Bensin 4 Langkah Keterangan : 0 1 : Langkah Hisap Pada waktu torak bergerak tekanan, campuran bahan bakar dan udara masuk ke dalam silinder. Karena torak dalam keadaan bergerak, maka tekanannya turun sehingga lebih kecil daripada tekanan udara luar, begitu juga suhunya. Garis langkah hisap dapat dilihat pada diagram diatas. Penurunan tekanan ini bergantung pada kecepatan aliran. Pada motor yang tidak menggunakan supercharge, tekanan terletak antara 0,85 0,9 atm terhadap tekanan udara luar. 1 2 : Langkah Kompresi Dalam proses ini kompresi teoritis berjalan adiabatic. 2 3 : Langkah Pembakaran Pembakarannya terjadi pada volume tetap, sehingga suhu naik. 3 4 : Langkah Pemuaian atau Langkah Kerja Pada langkah ini terjadi proses adiabatic karena cepatnya gerak torak sehingga dianggap tak ada panas yang keluar maupun masuk. 4 1 : Langkah Pembuangan Pendahuluan

Terjadi proses isochoric yaitu keluar dari katup pembuangan. 1 0 : Langkah pembuangan Sisa gas pembakaran di desak keluar oleh torak. Karena kecepatan gerak torak, terjadilah kenaikan tekanan sedikit diatas 1 atm. 1.5 Thermodinamika Dalam perhitungan thermodinamika, maka kita harus mengetahui diagram proses pembakaran. Gambar. 5.2.1 Diagram P v Teoritis Motor Bensin 4 Langkah a. Keadaan Titik a Keadaan awal proses kompresi, dimana torak bergerak dari TMA ke TMB dan mendorong udara pembakaran Temperatur Awal Kompresi Adalah temperature campuran bahan bakar yang berada didalam silinder saat piston mulai melakukan langkah kompresi. To+ tw+ γr. Tr Ta = 1+ γ r. (1) Ta = Temperatur awal kompresi ( o K ) To = Temperatur udara luar ( o K ) Tr = Temperatur gas bekas ( o K ) γ = Koefisien gas bekas tw = Kenaikan suhu udara karena menerima suhu dari dinding ( o C )

Effisiensi Pemasukan ( Charge Effisiency ) Adalah perbandingan jumlah pemasukan udara segar sebenarnya yang dikompesikan di dalam silinder mesin yang sedang bekerja dan jumlah volume lengkah pada tekanan dan temperature udara luar ( Po dan To ). η ch ε. Pa. To ( ) ( To + tw + γ rtr )...( 2 ) ------------------------------- ε 1.Po 1) N. Petrovsky, Marine Combustion Engine, Mir Publisher, Moskow, hal. 29 Dim2) an an. : Petrovsky, Marine Combustion Engine, Mir Publisher, Moskow, hal. 31 ε = Perbandingan kompresi Po = Tekanan udara luar ( Kg/cm 2 ) Pa = Tekanan awal kompresi ( Kg/cm 2 ) b. Keadaan titik b Adalah akhir langkah kompresi, dimana tekanan dan temperature udara pembakaran sangat tinggi dan merupakan awal proses pembakaran bahan bakar. 1. Tekanan akhir kompresi Adalah tekanan campuran bahan bakar silinderpada akhir langkah kompresi. Pc = Pa. ε ( 3 ) Pc = Tekanan akhir kompresi ( Kg/cm 2 ) Nl = Koefisien Polytropic 2. Temperatur akhir kompresi Tc = Ta. ε ( nl 1 ) ( o K ) ( 4 ) c. Keadaan titik puncak c Pada keadaan ini proses pembakaran terus berlangsung pada volume tetap. 1. Nilai Kalor Pembakaran Bahan Bakar ( Q1 ) Adalah jumlah panas yang mampu dihasilkan dalam pembakaran 1 Kg bahan bakar. Q1 = 9530 kkl/kg ( 5 ) Keterangan : Q1 = 9530 kkl/kg adalah nilai kalor pembakaran untuk bahan bakar bensin (gasoline). 2. Kebutuhan Udara Teoritis ------------------------------- 3) Ibid, hal. 32 4) Ibid, hal. 32 5) N. Petrovsky, Marine Combustion Engine, Mir Publisher, Moskow, hal. 42

Adalah kebutuhan udara yang diperlukan untuk membakar bahan bakar jika jumlah oksigen diudara sebesar 21 %, sesuai perhitungan. 1 C H O Lo = + +. ( 6 ) 0.21 12 4 32 Lo = Kebutuhan udara teoritis ( mole / Kg ) C = Kandungan karbon ( % ) H = Kandungan Hidrogen ( % ) O = Kandungan oksigen ( % ) 3. Koefisien Pembakaran Adalah Koefisien yang menunjukkan perubahan molekul yang terjadi selama proses pembakaran bahan bakar. µo = Mg L' mg = ( 7 ) α. Lo' µo = koefisien Pembakaran Mg = jumlah molekul yang terbakar Lo = jumlah udara sebenarnya untuk pembakaran bahan baker mol/kg α = Koefisien kelebihan udara 4. Koefisien Pembakarn molekul Adalah menunjukkan perubahan molekul yang terjadi sebelum dan sesudah pembakaran. µ µ + γ o r = ( 8 ) 1 + γ r 5. Temperatur pembakaran pada Volume tetap. Adalah temperature gas hasil pembakaran campuran bahan bakar untuk motor bensin yang memiliki siklu, volume tetap Tz yang dapat dicari dengan rumus: ς zq1 + [( Mcv) mix + 1.985λ] Tc = µ.( Mcp) g. Tz ( 9 ) ------------------------------- α. Lo' ( 1+ γ. r) 6) lbid, hal. 37 7) lbid, hal. 40 8) N. Petrovsky, Marine Combustion Engine, Mir Publisher, Moskow, hal. 40

Tz = Temperatur pembakaran pada volume tetap atau temperature akhir pembakaran ( o K ) Σz = Heat Utilization Coefficient ( Koefisien perbandingan panas ) Q1 = Nilai pembakaran bahan bakar ( Kkal / Mole per o C ) (Mcv) mix = Kapasitas udara panas pada Volume tetap (Kkal / Mole per o C ) (Mcp) g = Kapasitas panas dari gas pada tekanan tetap ( Kkal / Mole per o C ) 6. Tekanan Akhir pembakaran Pz = pz. µ. (10) Pz = Teklanan akhir pembakaran ( Kg / cm 2 ) 7. Perbandingan tekanan dalam silinder selama pembakaran ( λ ) Adalah ratio yang menunjukan dan perbandingan tekanan akhir pembakaran dengan tekanan awal pembakaran. = P z λ.. (11) P c d. Keadaan titik d Keadaan ini merupakan akhir langkah Ekspansi. 1). Perbandingan ekspansi Perbandingan ekspansi pendahuluan Adalah rasio yang menunjukkan perubahan yang terjadi pada gas hasil ------------------------------- pembakaran campuran bahan bakar pada awal langkah ekspansi.perbandingan 9) Ibid, Hal 45 10) Ibid,Hal ekspansi 50 pendahuluan ; 11) Ibid,Hal 14 7 Hal 45 µ. ΤΖ ρ = (12) λ. Τc 2). Perbandingan ekspansi selanjutnya Adalah Rasio yang menunjukkan perubahan pada hasil pembakaran selama langkah ekspansi.

ε δ = (13) ρ 3). Tekanan Gas pada Ahkir Kompresi. Ρ Ζ Ρ b = n δ 2. (14) 4). Temperatur Akhir kompresi Τ Τb =..(15) δ z n2 1 5). Tekanan Rata Rata Indikator Teoritis Pit Pc ε λ λρ 1 1 1 ( ρ 1) + 1 1 = n 2 1 n1 1 1 n2 1 δ n1 1 ε (16) 6). Tekanan rata-rata indicator sebenarnya adalah besar tekanan rata-rata yang dihasilkan dari pembakaran campuran bahan bakar. Pi = Pit.φ. (17) Φ = Faktor koreksi (0,92 0,98) 7) Tekanan efektif rata-rata Adalah besarnya tekanan rata-rata efektif yang bekerja pada permukaan piston. Pe = η.p m 1 (18) ------------------------------- 12) N. Petrovsky, Dimana Marine : Combustion Engine, hal. 50 13) lbid, hal. 14 14) lbid, hal. η = Randemen mekanik m 15 & 52 15) lbid, hal. 54 16) N. Petrovsky, Marine Combustion Engine, Mir Publisher, Moskow, hal. 55 17) lbid, hal. 55 1.6 Faktor-faktor Kemampuan Motor Faktor faktor yang menentukan motor dalam beroperasi adalah sebagai berikut 1. Volume Silinder Volume silinder ditentukan ketika piston berada pada TMB (Titik Mati Bawah). Volume silinder pada motor adalah volume dari jumlah silinder pada motor tersebut. Volume silinder dapat dihitung dengan rumus :

d 2 1 D V d = π.. L. (19) 4 100 3 V = Volume yang ditempuh oleh piston selama melakukan langkah kerja ( m ) D L = Diameter silinder (cm) = Langkah piston (cm) 2. Daya Indikator Daya indikator adalah panas pembakaran bahan bakar diatas piston yang dikurangi kerugian-kerugian panas karena gas buang. Daya indikator dapat ditentukan dari rumus : N N i D L i 10 4. Pi. Vd. ni = HP... (20) 60x75xa = Daya indicator (HP) = Diameter silinder (cm) = Langkah piston (cm) P i = Tekanan rata-rata indicator Kg 2 cm ------------------------------- n = Putaran tiap menit 18) N. Petrovsky, Marine Combustion Engine, Hal.61 19) a lbid, = hal. Langkah 22 kerja tiap putaran poros engkol. Untuk motor empat langkah adalah 20) lbid, ½. hal. 58 3. Daya Efektif Daya efektif atau daya usaha adalah daya yang berguna sebagai penggerak atau daya poros. Daya efektif (Ne) dihasilkan dari daya indicator (Ni) dikurangi dengan kerugian karena gesekan-gesekan, dimana besar kecilnya kerugian akan mempengaruhi randemen mekanik ( η ). Daya efektif ini merupakan tenaga yang akan m menggerakkan poros engkol. N e = N η.(21) i m

4. Pemakaian bahan bakar a. Pemakaian bahan bakar indicator Adalah jumlah bahan bakar yang diperlukan untuk menghasilkan tekanan indicator. ηch. Ρo Fi = 318,4 Ρ. α. L. T b. Pemakaian bahan bakar efektif e o o kg (22) hp hr Adalah jumlah konsumsi bahan bakar yang dibutuhkan untuk menghasilkan kerja efektif. F e η. P = 318,4 ch o kg (23) hp hr P. α. L. T e o o c. Pemakaian bahan bakar tiap jam F = F. N kg (24) h e e jam ------------------------------- 1.721) lbid, Perhitungan hal. 24 Neraca Panas 22) N. Petrovsky, Marine Combustion Engine,, hal. 64 Persamaan keseimbangan panas pada mesin adalah : Q = Q + Q + Q + Q. (25) r e cool eg rest 1. Panas yang didapat dari pembakaran Q = F. Q1 Kkal (26) f h jam Q1 = Nilai pembakaran terendah bahan bakar Kkal kg F h = Kebutuhan bahan bakar tiap jam 2. Panas yang berguna pada kerja efektif mesin Q = 632. N Kkal. (27) e e jam 3. Panas yang terbawa oleh media pendingin (Air dan Oli pelumas) Q = 0,31. cool Q f (28)

Panas yang diserap media pendingin melalui dinding silinder liner, kepala silinder, katup, dan piston kira-kira 31 % dari panas yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar ( Q f ) ketika mesin berjalan pada beban penuh. 4. Panas yang terbawa gas bekas Q = W. C. T W. C. T eg eg p r mix p o.(29) W = Banyaknya gas bekas (kg/jam) eg W = Pemakaian uadara (kg/jam) mix C p = Panas spesifik gas bekas (Kkal/kg C) C = Panas spesifik udara bersih (Kkal/kg C) p ------------------------------- T = Temperatur gas buang ( K) r23) lbid, hal. 64 24) lbid, hal. 63 T 25) N. = Petrovsky, Temperatur Marine udara Combustion masuk ( K) Engine, Marine Combustion Engine, Hal.65 o26) N. Petrovsky, Marine Combustion Engine, Marine Combustion Engine, Hal.65 27) N. Petrovsky, Prof. D Sc.Marine Combustion Engine, Hal.65 5. Panas 28) lbid, sisa hal. 67 Adalah panas yang terbawa oleh karena gesekan dan pancaran dengan perhitungan. Q rest = Q Q Q Q.. (30) f e cool eg