BAB VI I. Aliran udara dan gas buang Udara masuk kedalam silinder dapat dijelaskan sbb : a. Untuk musim - musim kecil dan jenis 4 takt, udara masuk kedalam silinder hanya oleh perantaraan toraknya sendiri saat langkah pemasukan, dimana toraknya bergerak kebawah. Udara yang dihisap oleh torak mempunyai tekanan lebih kecil dari pada tekanan udara luar ( tekanan udara luar = 1 atm ) b. Untuk motor motor kecil jenis 2 takt, udara masuk kedalam silinder dengan perantaraan alas torak dan bak engkol sebagai pompa pembilas yang akhir ini disebut pembilasan bak engkol ( carter spoeling ). c. Unutk motor motor ukuran sedang jenis 4 takt dengan medium speed atau high speed menggunakan perantaraan turbo charged untuk memasukkan udara dalam silinder. d. Untuk motor motor ukuran besar jenis 2 takt, selain menggunakan pompa bilas tersendiri, digabung juga dengan turbo akarging untuk memasukkan udara dalam silinder. II. Pembilasan Pembuangan gas bebas ( gas buang ) dari silinder setiap kali sesudah pembakaran, dan menggantikannya dengan udara baru adalah bagian yang penting dari proses 2 takt. Bagian ini desebut pembilasan, dan biasanya diselenggarakan selama 10 % terakhir dari langkah usaha dan 10 % pertama dari langkah kompresi. Yang dimaksud dengan pembilasan suatu proses pengeluaran gas buang dari dalam silinder oleh gesekan udara baru yang masuk kedalam silinder. Untuk mengeluarkan gas buang dari silinder dan mengisinya lagi dengan udara baru, mula mula dipakai klep klep yang ditempatkan pada kepala silinder ( cylinder head ).
Kerugian cara ini adalah saat langkah buang poros engkol naik, ternyata klep klep tadi tidak cukup memberi keluasan bagi gas gas buang untuk keluar dari dalam silinder. Karenanya kecepatan gas buang menjadi terlampau tinggi, hingga mengakibatkan gesekan gesekan atau hambatan hambatan besar yang berarti tenaga motor berkurang. Juga karena kecepatan udara baru yang masuk kedalam silinder akan tercampur dengan gas buang, mengakibatkan pengisian silinder tidak dapat dikatakan bersih. Pembuatan pintu pintu bilas pada dinding silinder adalah suatu upaya perbaikan, walaupun disana sini masih ada juga kerugiannya. Pada motor motor yang memakai pintu pintu pembilas pada dinding silinder, toraknya harus dibuat panjang, hingga pembukaan dan penutupan pintu pintu tersebut dapat diatur dengan baik oleh toraknya sendiri. Tinggi pintu pintu buang adalah 20 % dari langkah torak, sedang tinggi pintu bilas adalah 10 % dari langkah torak. Berhubung dengan ini, maka kompresinya baru mulai, sesudah 20 % dari permulaan langkah, hingga pada akhir langkah dalam silinder terdapat udara yang 20 % berkurang, jika dibandingkan dengan motor 4 takt dengan volume langkah yang sama. Hal ini disebabkan karena pada motor 4 takt tersedia satu langkah penuh untuk kompresinya, seperti telah diketahui bahwa banyaknya udara dalam ruang bakar akan menentukan banyaknya bahan bakar yang dapat dibakar, sedangkan pembakaran ini akhirnya akan berpengaruh terhadap tenaga motor yang diberikan pada tiap-tiap langkah usaha. Dengan demikian maka motor 4 takt memberikan tenaga 100 % - 20 % = 80 % atau 0, 8 lebih besar dari pada motor 4 takt pada ukuran ukuran yang sama atau karena pada putaran poros engkol yang sama, jumlah proses usaha motor 2 takt dua kali jumlah proses usaha motor 4 takt, maka sesungguhnya motor 2 takt dapat memberikan tenaga 2 x 0, 8 = 1, 6 sebesar tenaga motor 4 takt pada ukuran ukuran yang sama. Untuk memperoleh pembilasan yang sempurna umumnya dipakai pompa bilas torak atau berupa
rotasi yang digerakkan oleh poros engkol motornya atau digerakkan oleh motor listrik sendiri. Dengan menggunakan pompa ini udara pembilas dapat dimanfaatkan hingga 1,1 1, 4 atm. Pembilasan tersebut terjadi saat lubang buang dan lubang bilas sama sama terbuka. Lubang lubang tersebut diatur oleh gerakan toraknya sendiri. Saat kedua lubang lubang tersebut sama sama terbuka, disaat itulah terjadi pembilasan, dimana udara baru mendorong gas buang ke luar silinder. Setelah lubang bilas tertutup, terjadi proses kompresi udara dalam silinder hingga 40 atm, sedangkan suhu udara kompresi 600 0 C. Sesaat sebelum torak mencapai TMA, bahan bakar disemprotkan kedalam silinder dalam bentuk kabut melalui pengabut tekan, hal ini akan menimbulkan pembakaran dalam silinder. Pada motor 4 takt, terjadi juga pembilasan yaitu saat katub masuk dan katub buang terbuka bersama sama ( over lapping ), dimana udra baru mendorong gas buang keluar silinder. Pembilasan pada motor 4 takt terjadi cepat sekali (pembilasan 2 takt lebih lama ), karena ruang silinder motor 4 takt lebih bersih dari pada silinder 2 takt atau karena pembukaan dan penutupan katub katub masuk dan buang tidak diatur oleh torak, tetapi diatur oleh camshaft, sehingga motor 4 takt lebih bersih dibandingkan silinder motor 2 takt. Pembilasan pada motor 4 takt, diutamakan dengan tujuan untuk membersihkan ruang pembakaran dan untuk pendingin pembilasan dengan menggunakan pompa pembilas disebut SUPER CHARGING. Pada motor motor yang modern super charging ini disempurnakan dengan memakai senuah turbin gas buang yang dipergunakan menggerakkan blower untuk menghasilkan udara yang tersebut akhir ini disebut TURBO CHARGING. Pada motor motor 4 takt dan 2 takt dewasa ini selalu dilengkapi dengan SUPER CHARGING atau TURBO CHARGING yang menghasilkan udara yang diperlukan untuk pembakaran yang sempurna. Dengan demikian Rendemen volumentris motor motor tersebut menjadi lebih besar. Yang dimaksud dengan Rendemen volumentris ialah perbandingan volume udara yang hisap dengan volume langkah atau
V = S Sedangkan V S + V C = V S + V C V C Dimana : V S = volume langkah V E = volume akhir kompresi = perbandingan kompresi V = Rendemen volumetris Pengisian udara tanpa Supercharging disebut pengisian isap, sedang pengisian udara dengan Supercharging disebut pengisian tekan ( pressure charging) Pengisian tekan lebih menguntungkan dari pada pengisian isap, hal ini dapat dijelaskan sbb : 1 m 3 udara dari 15 0 C bertekanan 0, 9 atm, beratnya = 1, 07 kg. 1 m 3 udara dari 15 0 C bertekanan 1, 3 atm, beratnya = 1, 55 kg. Untuk motor yang volume silindernya 1 m 3, maka dengan pengisian isap, silinder ini dapat diisi dengan 1, 07 kg udara, sedangkan dengan pengisian tekan dapat diisi 1, 55 kg udara. Jadi dengan pengisian tekan silinder tadi dapat diisi udara 45 % lebih berat dari pada pengisian isap, yang mengakibatkan pada pengisian tekan bahan bakar dapat dibakar 45 % lebih banyak dan tenaga motor menjadi 45 % lebih besar dari pada pengisian isap. III. Waktu pembilasan Bila pembilasan berlangsung selama 0 lingkaran engkol dan putaran motor adalah n, maka waktu pembilasan adalah t, sehingga : t = 6n t = adalah waktu pembilasan dalam detik
= sudut pembilasan dalam derajat n = RPM Contoh soal : Putaran sebuah motor = 100 RPM, pintu bilas terbuka dan tertutup, bila poros engkol berputar 30 0 sebelum dan sesudah TMB. Hitunglah waktu pembilasannya. Penyelesaian = 30 0 + 30 0 = 60 0 t = = 60 = 60 = 1 detik 6n 6.100 600 10 IV. Jenis Jenis Pembilasan Jenis jenis pembilasan adalah tergantung dari arah jalannya udara yang mendesak gas buang dari dalam silinder. Jenis jenis pembilasan tersebut adalah : a. Pembilasan memanjang ( uniflow scavenging ) b. Pembilasan melintang ( cress scavenging ) c. Pembilasan membalik ( loop scavenging ) d. Pembilasan memutar / melingkar ( round scavenging ) a. Pembilasan memanjang Pembilasan memanjang adalah pembilasan dimana jalannya udara bilas memanjang silinder untuk mendorong gas. Pada gambar 27, diperlihatkan gambar pembilasan memanjang. Udara bilas masuk dalam silinder dapat melalui : 1) Lubang lubang bilas dipasang pada bagian bawah silinder, sedangkan gas buang dibuang melalui katub buang yang dipasang dibagian atas silinder. Contohnya : Werk spoor, Balnes, Fiat, Go to verkam dan Harland.
Gambar 27a 2) Katub masuk dipasang dibagian katub silinder, sedang gas buang melalui lubang lubang buang yang dipasang dibawah silinder. Contohnya : BRONS
Gambar 27b 3) Lubang bilas dipasang dibawah silinder, sedang lubang buang dipasang diatas silinder. Contohnya : B & W dan Dox Ford Gambar 27c Keuntungan pembilasan memanjang 1) Pembilasan lebih sempurna, karena tidak terjadi sudut sudut mati. ( sudut mati = bagian silinder yang tidak dialiri udara bilas) 2) Volume udara bilas lebih banyak, karena pembukaan dan penutupan katub bilas dan buang secara bersamaan 3) Rendemen pembilasan lebih baik 4) Kecepatan torak rata rata besar. Kerugiannya
1) Dibawah lubang bilas, pembilasan kurang sempurna. 2) Konstruksinya lebih berat, karena adanya katub buang dan penggerakny, jadi harganya mahal. 3) Katub buang akan bocor. b. Pembilasan melintang Pembilasan melintang ialah pembilasan dimana jalannya udara bilas melintang silinder untuk mendorong gas. Lubang lubang bilas dan buang dipasang saling berhadapan dibagian bawah silinder, bagian dasar lubang sama tinggi, sedang bagian atasnya tidak sama tinggi atau lubang buang lebih tinggi dari pada lubang bilas. Contohnya : Sulzer ( lihat gambar 28 ) Gambar 28 Keuntungannya - Konstruksi lebih sederhana, karena tidak ada katub buang Kerugiannya 1) Terjadi kerugian singkat, karena lubang bilas dan buang saling berhadapan. 2) Volume udara kompresi berkurang, karena lubang buang tertutup terlebih dahulu dari pada lubang bilas.
3) Pembilasan kurang sempurna, karena pada silinder terjadi sudut sudut mati. c. Pembilasan membalik Pembilasan membalik ialah pembilasan dimana jalannya udara bilas membalik kearah masuknya udara bilas untuk mendorong gas buang. Lubang lubang bilas dan buang dipasang pada satu sisi silinder, dimana letak posisi lubang bilas dibawah, sedang lubang buang setelah atasnya. Contohnya : MAN ( lihat gambar 29 ) Gambar 29 Keuntungan - Konstruksi sederhana, karena tidak ada katub buang. Kerugian 1) Volume udara kompresi berkurang. 2) Pembilasan kurang sempurna. d. Pembilasan memutar / melingkar
Pembilasan memutar ialah pembilasan dimana jalannya udara bilas memutar didalam silinder untuk mendorong gas buang. Lubang lubang bilas dan buang dipasang berhadapan disisi silinder dengan penuntun saluran udara bilas yang dibuat bersudut dengan maksud agar udara bilas memutar pada dinding silinder, sehingga menimbulkan arah gerakan memutar. Letak lubang buang lebih tinggi dari pada lubang masuk ( bilas ), sedang bagian bawahnya lubang lubang tersebut dibuat sama tingginya. Contoh : STORK ( lihat gambar 30 ) Gambar 30 Keuntungan 1) Pembilasan lebih sempurna, karena tidak ada sudut sudut mati. 2) Aliran udara merupakan garis ulir dalam silinder. Kerugian - Volume udra pembilasan berkurang, karena pintu buang tertutup lebih lama dari pada lubang bilas. V. Pompa pembilas
Sebagaimana telah diketahui, bahwa pompa pembilas dipergunakan untuk melaksanakan pembilasan silinder motor. Udara bilas yang diberikan oleh pompa tersebut sesungguhnya melaksanakan 3 macam tugas sekaligus yaitu : a. sebagai pendingin. b. Sebagai pembilasan. c. Mengisi silinder dengan udara baru. Pembilasan tersebut harus diselesaikan dalam waktu sesingkat singkatnya dan diusahakan sedapat mungkin supaya gas buang yang tercampur dengan udara baru dapat diatasi sekecil kecilnya. Pompa pembilas hanya dipakai pada motor motor 2 takt saja. Pompa pembilas dapat dibagi sebagai berikut : a. Pompa pembilas bertorak terdiri dari : - Pompa kerja tunggal - Pompa kerja ganda - Pompa tandem b. Pompa pembilas rotasi terdiri dari : - Ventileter centrifugal yang digerakkan secara mekanis. - Roots blower. - Turbo blower ( turbo compressor ) yang digerakkan dengan perantaraan turbin gas ( turbo charged ) Untuk dapat membedakan ventilator ventilator centrifugal dengan turbo blower dapat dijelaskan sbb : a. Ventilator centrifugal digerakkan secara mekanis dengan perantaraan rantai atau roda gigi. b. Turbo blower adalah juga ventilator centrifugal, tetapi satu poros dengan turbin gas buang, dimana sudut sudut turbinya digerakkan oleh gas buang motornya ( turbo charged ) Pada gambar 31 diperlihatkan pompa pembilas bertorak. Pompa tersebut digerakkan oleh batang penggerak dari motornya
Gambar 31 & 32
Gambar 33 Pada gambar 32 diperlihatkan pompa pembilas ( Roots blower ). Motor Dentz tekanan tinggi. Roots blower digerakkan secara mekanis dari motornya. Sedang pada gambar 33 diperlihatkan pompa tandem. Dalam tabung ganda terdapat dua buah torak yang dihubungkan menjadi satu dengan sebuah batang. Batang tersebut digerakkan dengan perantaraan engkol tambahan dari motor melaui sebuah batang penggerak. Ruang dalam dari rumah pompanya terdiri dari 2 bagian udara dihisap kedalam ruang sisi kanan dan ditekan melalui ruang sisi kiri. Klep hisap terletak disebelah kanan, sedangkan klep buang disebelah kiri. Ringkas sistem kerjanya sebagai berikut : Torak kebawah : - Ruang atas torak menghisap udara. - Ruang bawah torak menekan udara keluar. Torak keatas : - Ruang atas torak menekan udara keluar. - Ruang bawah torak menghisap udara. VI. Aliran udara bilas Pada motor motor 2 takt bertenaga besar, aliran udara bilas masuk kedalam silinder dibagi dalam beberapa sistem, yaitu : a. Sistem Serie, dimana udra dihisap melaui Turbo charged, ditekan ke sebuah pompa bilas, selanjutnya dari pompa bilas ditekan ke dalam silinder motor melaui air coobr ( pendingin udara ). Jadi aliran udaranya : turbo charged pompa bilas air coobr cylinder. Udara yang masuk kedalam silinder tekanannya diperbesar setelah melalui pompa bilas. Pompa bilas ini bisa dari bagian bawah torak kerja, atau dipasang
pompa bilas tersendiri yang digerakkan oleh motornya atau bagian kepala silang ( Croshead ) sebagai pompa bilas. b. Sistem paralel, dimana udara dihisap melalui turbo charged ditekan ke dalam air Receiver ( bejana udara ) sedangkan pompa bilas menghisap udara melalui tempat lain dan menekannya juga ke air Receiver. Selanjutnya udara yang sudah terkumpul di air Receiver, ditekan ke cylinder motor. Jelasnya aliran udara sbb : 1. Dari turbo charged - air Receiver. 2. Dari pompa bilas - air Receiver. 3. Dari air Receiver - cylinder motor. c. Sisitem Serie Paralel, adalah gabungan sistem serie dan paralel. d. Siatem Serie by pass. e. Siatem paralel by pass. f. Siatem Serie Paralel by pass. VII. Aliran gas buang Pada aliran gas buang, kita membedakan : a. Sistem tekanan rata ( coustant pressure ). b. Sistem denyutan ( impulse system ) a. Pada sistem tekanan rata ( sama ), gas buang dialirkan dari silinder silinder motor kedalam sebuah bejana ( Receiver ), dimana akan terjadi tekanan yang sama atau tetap. Pada receiver tersebut gas buang mempunyai energi potensial yang dialirkan kedalam turbin gas buang. Pada sistem ini turbin gas buang mendapat aliran gas tang tetap dengan tekanan yang hampir tetap. Jumlah turbin gas buang hanya 1 buah untuk melayani semua silinder motor.
b. Pada sistem denyutan, gas buang dialirkan langsung ke turbin gas buang melalui pipa pipa gas buang yang pendek. Dengan cara demikian energi kinetis dari denyutan gas yang keluar dari silinder dimanfaatkan didalam turbin gas buang. Tetapi pada sistem ini hanya jumlah silinder yang terbatas dapat menjalankan 1 turbin atau dengan lain perkataan tidak semua silinder dapat dihubungkan dengan 1 turbin, berarti memerlukan lebih dari satu turbin gas buang. Hal ini akan lebih baik bila gas buang dari 3 silinder dihubungkan pada 1 turbin. Berarti bila motor tersebut mempunyai jumlah silinder sebanyak 6 lt, diperlukan 2 buah turbin gas buang. Agar aliran gas buang tidak terputus putus masuk turbin gasbuang, maka pipa pipa gas buang yang dihubungkan ke turbin diambil berdasarkan urutan pembakaran dari motor tersebut. VIII. Pengisian udara tekan ( turbo charging ) Yang dimaksud dengan pengisian tekan ( turbo charging ) adlah pemasukkan udara kedalam silinder dengan menggunakan peralatan tembahan, sehingga tekanan udara masuk silinder lebih besar dari pada tekanan udara luar atau lebih besar dari pada 1 atm. Peralatan tambahan tersebut disebut turbo charging. Gas buang yang keluar dari silinder motor, dimanfaatkan untuk memutar sebuah turbin gas buang melalui sudu sudu turbin. Dinying rotor turbin dipasang blower atau kompressor. Dengan berputarnya rotor turbin, berarti blower juga turut berputar yang mengisap udara dari keluar mesin dan ditekan masuk kedalam silinder silinder motor. Sebelum udara tersebut masuk ke dalam silinder silinder motor, terlebih dahulu didinginkan dengan maksud agar udara menjadi lebih padat, berarti juga molekul molekul oksigen dari udara tersebut lebih banyak, sehingga saat dibutuhkan untuk proses pembakaran sempurna, dengan demikian tenaga motor akan lebih besar. Untuk memperbesar tenaga motor, tanpa merubah ukuran ukuran motor seperti diameter, jumlah silinder, langkah torak dan putaran, dapat ditempuh berbagai cara seperti :
a. Membuat motor bekerja 2 takt. b. Membuat motor bekerja ganda. c. Membuat motor dilengkapi turbo charging. Untuk point C, dapat dibuktikan seperti tersebut dibawah ini : Ne 1 = 0, 785 D 2 1. S 1. n 1. Z 1. Pe 1 60. 75 Ne 2 = 0785 D 2 2. S 2. n 2. Z 2. Pe 2 60. 75 karena : D 1 = D 2, S 1 = S 2, n 1 = n 2, dan Z 1 = Z 2 sedang pe 2 lebih besar dari pe 1 berarti : Ne 2 lebih besar dari Ne 1. Motor dilengkapi turbo charging mempunyai tenaga 1 ½ kali lebih besar dari pada motor tanpa turbo charging. Dalam tabel dibawah ini dapat dilihat : URAIAN TENAGA MOTOR Motor 4 takt tanpa turbo charged Motor 4 takt dengan turbo charged Motor 2 takt tanpa turbo charged Motor 2 takt dengan turbo charged Mesin uap 1 PK 1 x 1, 5 PK 2 PK 2 x 1½ PK = 3 PK 2 PK Keuntungan motor dilengkapi turbo charged ialah : a. Tenaga motor lebih besar pada ukuran ukuran yang sama. b. Rendemen mekanis lebih besar c. Rendemen theknis lebih besar d. Pemakaian bahan bakar kecil. e. Perbandingan kompresi kecil.
Kerugian a. Harga motor lebih mahal. b. Memerlukan perawatan tambahan terhadap turbo charged.