BAB III LANDASAN TEORI

BAB III LANDASAN TEORI A. SEJARAH MOTOR DIESEL Pada tahun 1893 Dr. Rudolf Diesel memulai karier mengadakan eksperimen sebuah motor percobaan. Setelah banyak mengalami kegagalan dan kesukaran, mak akhirnya pada tahun 1897 berhasil menemukan sebuh motor yang bekerja berdasarkan bahan bakar yang disemprotkan atau dihamburkan ke dalam ruang bakar dari motor dengan memakai tekanan udara. Tekanan udara itu didapati dari sebuah kompresor udara yang terdapat pada sisi motor tersebut. Motor tersebut sudah dapat menghasilkan putaran tetapi masih belum sempurna. Pada tahun 1902 Dr. Rudolf Diesel bekerja sama dengan pabrik mesin Augsburg Nurnberg Jerman. Dari sini mereka terus mengadakan percobaan dan penyempurnaan terhadap motor tersebut, sehingga terbentuklah sebuah motor yang dianggap sempurna dan mempunyai jaminan yang cukup untuk digunakan dalam dunia usaha. Atas jasanya maka motor itu dikenal dengan nama Motor Diesel. LAPORAN KERJA PRAKTEK 16

Motor diesel banyak mempunyai persamaan dengan Motor Bensin terutama mengenai susunan konstruksi dari Blok Motor, Silinder, Piston, Kepala Silinder, Karter, Poros Engkol, Bantalan dari poros engkol, Batang Pemutar, Kelengkapan dari katup-katup, Susunan Poros Bubungan, bentuk dari Manifold Masuk dan Manifold Buang, Sistem Pendinginan dan Sistem Pelumasan. Perbedaannya adalah bahwa motor diesel tidak terdapat karburator, maka dengan demikian bahan bakar yang digunakan bukan bensin melainkan minyak solar. Tidak terdapat kelengkapan listrik untuk pengapian antara lain, Busi Platina Alat Pembagi Coil dan Accu. Dan sebagai gantinya kelengkapan itu adalah sebuah pompa bahan bakar yang dilengkapi dengan pengabut (Injection Nozzle). Seperti halnya pada Motor Bensin, pada Motor Diesel juga terdapat jenis Motor 4 Tak dan 2 Tak dimana motor 4 Tak yang paling banyak digunakan. Untuk lebih jelasnya marilah kita lihat perbedaan-perbedaan antara motor Diesel dan motor Bensin. B. DASAR KERJA MESIN Agar roda-roda suatu kendaraan dapat bergerak memerlukan tenaga dari luar. Dengan adanya tenaga dari luar ini akan memungkinkan kendaraan bergerak dan dapat mengatasi hambatan dari permukaan jalan, udara dan lain sebagainya. Pada kendaraan bermotor tenaga penggerak ini disebut sebagai mesin atau motor. Pengertian dari mesin adalah suatu mekanisme atau alat yang dapat merubah sumber tenaga seperti panas, angina, air, listrik, tenaga atom atau sumber tenaga lainnya menjadi tenaga mekanik. Mesin yang merubah energi panas menjadi energi mekanik disebut motor bakar (thermal engine). Menurut cara memperoleh panasnya, motor bakar dapat LAPORAN KERJA PRAKTEK 17

dibagi menjadi 2 yaitu motor pembakaran dalam (internal combustion engine) dan motor pembakaran luar (external combustion engine). Internal combustion engine adalah suatu mesin yang untuk memperoleh panas, proses pembakaran bahan bakar berlangsung di dalam mesin itu sendiri, contohnya mesin bensin, mesin diesel, mesin turbin dan lain-lain. Sedangkan external combustion engine adalah suatu mesin yang untuk memperoleh panas, proses pembakaran bahan bakar berlangsung di luar mesin itu dan sebagai contoh adalah mesin uap, mesin turbin uap dan lain-lain. Mesin Uap Motor Pembakaran Luar (External Combustion Engine) Mesin Nuklir Mesin Turbin Motor Bakar Mesin Bensin Motor Pembakaran Dalam (Internal Combustion Engine) Mesin Diesel Mesin Gas Turbin Mesin Roket Mesin Jet Mesin yang digunakan pada kendaraan dipersyaratkan harus kompak, ringan, bertenaga besar, tidak memakan tempat, dapat menghasilkan kecepatan yang tinggi, menghasilkan tenaga yang besar, mudah dioperasikan dan sedikit menimbulkan suara. Dengan melihat karakteristiknya maka kemudian hampir semua kendaraan bermotor menggunakan motor bensin dan motor diesel sebagai penggeraknya. LAPORAN KERJA PRAKTEK 18

Adapun karakteristiknya dari mesin bensin dan mesin diesel tersebut adalah sebagai berikut : Karakteristik Motor Bensin : - Putaran mesin lebih tinggi dan tenaga besar - Mudah dioperasikan - Pembakaran lebih sempurna - Ukuran dapat dibuat kecil dan ringan - Suara mesin lebih halus Karakteristik Motor Diesel : - Efisiensi panasnya tinggi - Torsi besar pada putaran mesin yang rendah - Mudah dioperasikan - Kecepatan mesin lebih rendah dari pada motor bensin - Getaran besar dan berisik - Membutuhkan kontruksi yang kuat - Hemat bahan bakar C. PRINSIP KERJA MESIN Mesin yang digunakan pada motor bensin dan motor diesel adalah mesin jenis gerak bolak-balik (reciprocating engine). Komponen dasar dari mesin ini terdiri dari mekanisme engkol dan piston yang komponen utamanya meliputi : silinder, piston, batang piston dan poros engkol. Dari mekanisme tersebut terbentuklah suatu ruangan di atas piston yang biasa disebut sebagai ruang bakar. LAPORAN KERJA PRAKTEK 19

Prinsip Kerja mesin Prinsip kerja dari mesin di atas adalah merubah energi panas menjadi energi gerak. Panas pada motor diperoleh dari proses pembakaran di dalam mesin. Karena itu agar mesin dapat bekerja, maka udara dan bahan bakar harus masuk ke dalam ruang bakar, udara dan bahan bakar tersebut kemudian harus bercampur secara homogen. Setelah udara dan bahan bakar bercampur secara homogen, maka dengan adanya panas yang masuk maka campuran udara dan bahan bakar tersebut akan terbakar. Dengan terbakarnya campuran udara dan bahan bakar di dalam ruang bakar, maka panas di dalam ruang bakar akan meningkat beberapa kali lipat dan hal ini akan menyebabkan piston terdorong ke bawah di dalam silinder. Gerakan piston ini kemudian diteruskan oleh batang piston untuk memutarkan poros engkol. Gerakan inilah yang menghasilkan tenaga pada mesin. Campuran udara dan bahan bakar yang telah terbakar kemudian dibuang. Posisi tertinggi dari piston disebut Titik Mati Atas (TMA). Sedangkan posisi paling bawah yang dicapai piston disebut Titik Mati Bawah (TMB). Jarak TMA TMB disebut langkah piston. LAPORAN KERJA PRAKTEK 20

Dari prinsip kerja mesin di atas dapat disimpulkan bahwa agar mesin dapat bekerja ada 4 proses yang harus dilakukan, yaitu : 1. Mesin harus memasukkan udara dan bahan bakar. Proses ini disebut Proses Hisap. 2. Agar udara dan bahan bakar dapat dibakar maka udara dan bahan bakar tersebut harus dicampur secara homogen dan berbentuk gas. Untuk mencapai hal ini maka mesin harus melakukan proses yang disebut Proses Kompresi 3. Setelah campuran udara dan bahan bakar bercampur secara homogen maka untuk memperoleh panas, maka campuran tersebut harus dibakar, kemudian panas hasil pembakaran tersebut dirubah menjadi tenaga gerak oleh mekanisme piston. Proses ini disebut Proses Usaha. 4. Agar mesin dapat bekerja kembali, maka campuran udara dan bahn bakar yang telah terbakar harus dikeluarkan dari dalam silinder. Prose ini disebut Proses Buang. Keempat proses tersebut harus berlangsung secara urut dan tetap, dan berlangsung secara terus-menerus. Proses hisap, kompresi, usaha dan buang ini disebut Satu Siklus. LAPORAN KERJA PRAKTEK 21

HISAP (SUCTION) BUANG (EXHAUST) KOMPRESI (COMPRESSION) USAHA (WORK) Dilihat dari cara menyelesaikan siklus tersebut mesin dapat dibagi menjadi 2 yaitu : mesin 4 langkah dan mesin 2 langkah. Mesin 4 langkah (juga biasa disebut mesin 4 tak) adalah mesin yang untuk menyelesaikan siklus kerja tersebut diperlukan 4 kali gerakan piston atau 2 kali putaran proses engkol. Mesin 2 langkah adalah mesin yang untuk menyelesaikan satu siklus kerja hanya memerlukan 2 kali gerakan piston atau 1 putaran poros engkol. Seluruh kendaraan HINO menggunakan mesin 4 langkah ini. LAPORAN KERJA PRAKTEK 22

D. PERBANDINGAN ANTARA MESIN BENSIN DAN MESIN DIESEL Mesin Item Mesin Diesel Mesin Bensin Langkah Isap Hanya udara yang dihisap. Campuran udara dan bahan bakar dihisap ke dalam silinder. Langkah Kompresi Piston hanya mengkompresikan udara murni. Langkah Usaha Udara yang disemprotkan ke dalam udara panas terbakar dengan sendirinya dan kemudian mendorong piston. Langkah Piston membuang gas sisa Buang pembakaran. Ciri ciri Beberapa ciri-ciri khusus dari mesin diesel adalah: Mesin diesel memerlukan setengah jumlah bahan bakar yang diperlukan oleh mesin bensin karena mesin diesel membakar minyak gas dan mempunyai rasio kompresi yang tinggi ; mesin diesel mempunyai gangguan lebih sedikit ; dan torsi mesin pada putaran rendah besar. Itulah mengapa mesin disel merupakan mesin yang ideal untuk truk dan bus kelas menengah maupun berat. Piston mengkompresikan campuran udara dan bahan bakar. Campuran udara dan bahan bakar yang dikompresikan dinyalakan oleh busi dan kemudian mendorong piston. Piston mendorong gas sisa pembakaran. Mesin bensin menguapkan bahan bakar dan mencampurnya dengan udara, menghisap campuran bahan bakar-udara ke dalam silinder. Campuran tersebut dikompresikan oleh piston dan dinyalakan oleh busi. Dibandingkan dengan mesin diesel; mesin bensin lebih ringan volume silinder dapat dibuat lebih kecil, getaran dan suara lebih halus. Karena itu mesin ini cocok dipakai untuk kendaraan penumpang, kendaraan komersil ringan dan sepeda motor. Bahan Bakar Diesel / Solar Bensin Pembakaran Penyalaan kompresi Loncatan bunga api dari busi Perb. Kompresi 15 22 6 22 Pemasukan bahan bakar Pembakaran dalam tiap silinder/urutan penyalaan Injeksi bahan bakar Udara dan bahan bakar dicampur dalam karburator/intake manifold. Bahan bakar disemprotkan ke Bahan bakar dinyalakan dalam dalam masing-masing silinder setiap silinder sesuai dengan sesuai dengan urutan penyalaan, urutan penyalaan yang diatur menurut putaran poros cam pompa oleh distributor. injeksi. LAPORAN KERJA PRAKTEK 23

E. KONTRUKSI MESIN DIESEL Agar mesin diesel dapat berfungsi dengan baik, kontruksi mesin terdiri dari komponen utama mesin dan komponen kelengkapan mesin. Komponen utama mesin adalah bagian dari mesin yng memungkinkan agar mesin dapat bekerja. Komponen utama ini terdiri dari blok silinder, kepala silinder, silinder liner, piston, barang piston ( connecting rod ), poros engkol, fly wheel, dan mekanisme katup. Gambar Mesin Komponen Utama Mesin Silinder liner merupakan suatu bagian yang menghasilkan tenaga gerak berbentuk silinder dan dilengkapi dengan piston. Batang piston berfungsi untuk menghubungkan piston dengan poros engkol dimana suatu ujungnya dihubungkan dengan pin piston dan ujung lainnya dihubungkan dengan poros engkol melalui sebuah bantalan. Poros engkol berfungsi untuk merubah gerak naik turun piston di dalam silinder menjadi gerak putar. Kepala silinder dipasang pada bagian atas silinder dan dilengkapi dengan katup, intake manifold dan exhaust manifold yang berfungsi untuk menghisap udara dan membuang gas sisa pembakaran. Oil plan dan carter yang terletak di LAPORAN KERJA PRAKTEK 24

bagian bawah blok silinder berfungsi sebagai penutup bawah mesin sekaligus sebagai tempat minyak mesin. Sedangkan kelengkapan mesin adalah bagian tambahan dari mesin yang berfungsi untuk menjamin agar mesin dapat bekerja dengan baik. Bila tidak ada kelengkapan ini maka mesin tidak dapat bekerja terus menerus. Kelengkapan mesin ini terdiri dari sistem pelumas, sistem pendingin, sistem pemasukan dan pembuangan, sistem bahan bakar dan sistem kelistrikan. Blok Silinder Kepala Silinder Piston dan Batang Piston Komponen Utama Poros Engkol Fly Wheel Mekanisme Katup Mesin Oil Plan ( Carter ) Sistem Pelumasan Sistem Pendinginan Kelengkapan Mesin Sistem Pemasukan dan Pembuangan (Intake and Exhaust) Sistem Bahan Bakar Sistem Kelistrikan LAPORAN KERJA PRAKTEK 25

F. MEKANISME PENGGERAK KATUP Ada dua model mekanisme penggerak katup yang berfungsi untuk mengatur pemasukan udara atau campuran udara dan bahan bakar ke dalam silinder dan pembuangan gas sisa pembakaran ke luar silinder pada waktu yang tepat. Kedua model tersebut adalah model Over Head Valve (OHV) dimana poros cam dipasang di blok silinder sedangkan katup-katup diletakkan di kepala silinder. Dewasa ini, sistem OHV banyak digunakan pada sebagian besar bus dan truk. 1. OHV ( Over Head Valve ) Pada model OHV ( katup di kepala silinder ), poros cam dipasang pada blok silinder bagian samping bawah. Gerakannya dipindahkan ke katup pada kepala silinder dengan long push rod dan rocker arm. Kelemahan model ini adalah pada putaran tinggi berat push rod dapat menyebabkan fungsi katup tidak stabil ( bergetar ). 2. OHC ( Over Head Cam ) Pada model OHC ( poros cam di kepala silinder ), poros cam dipasang pada bagian atas kepala silinder dan menggerakkan katup secara langsung. Untuk memindahkan putaran poros engkol ke poros cam, antara poros cam dan poros engkol dihubungkan dengan menggunakan roda gigi ( idle gear ), rantai mesin ( timing chain ) atau sabuk ( timing belt ). Model ini sangat popular karena katup tetap mengikuti gerakan poros cam pada saat putaran tinggi. LAPORAN KERJA PRAKTEK 26

1) OHV (Over Head Valve) 2) OHC (Over Head Camshaft) Push Rod Chamshaft Macam-macam susunan mekanisme katup 3. Sistem Multi Katup Pada mesin-mesin lama umumnya menggunakan dua katup ( satu katup masuk dan satu katup buang ) untuk tiap-tiap silinder. Tetapi saat ini banyak mesin yang telah menggunakan empat katup (dua katup masuk dan dua katup buang) untuk tiap-tiap silinder. Dengan menggunakna empat katup pada tiap silinder dapat mengurangi tahanan pemasukan/pembuangan dan menjamin kecukupan udara sehingga dapat menghasilkan mesin dengan kemampuan tinggi. Sistem katup ini memungkinkan respon tenaga yang baik dan nyaman pada putaran rendah sampai putaran tinggi dan khusus lagi dapat memperbaiki konsumsi bahan bakar pada kecepatan tinggi. Silinder dengan Multi Katup LAPORAN KERJA PRAKTEK 27

4. Roller Tappet Pada mesin model OHV, bagian yang menghubungkan push rod dengan camshaft dinamakan tappet. Pada mesin model lama, bentuk tappet dibuat untuk dapat berputar pada permukaan cam. Pada mesin Hino baru, digunakan roller tappet, yaitu tappet yang pada ujungnya dipasang sebuah roller. Penggunaan tappet jenis ini dapat mengurangi kehilangan tenaga akibat gesekan sampai setengah. Mekanisme Katup dengan Roller Tappet G. FIRING ORDER DAN DIAGRAM KERJA MOTOR Biasanya, mesin untuk kendaraan berat mempunyai 6 atau 8 silinder, untuk kendaraan menengah berat 6 silinder dan untuk kendaraan ringan 4 silinder. Agar mesin dapat bekerja, pada dasarnya prinsip kerja dari tiap-tiap silinder adalah sama, yaitu tiap silinder harus melakukan langkah isap kompresi usaha buang secara urut dan tetap. Telah disebutkan di depan bahwa semakin banyak jumlah silinder suatu motor maka akan semakin besar tenaga dan semakin halus getaran dari mesin tersebut. Untuk mencapai hal tersebut proses kerja / pembakaran pada tiap-tiap silinder, LAPORAN KERJA PRAKTEK 28

tidak dibuat serentak melainkan dibuat bergantian. Urutan dan proses kerja tiap silinder ini disebut dengan Firing Order. Firing Order ini akan mempengaruhi bentuk poros engkol, poros cam dan pompa injeksi. Misalnya diketahui suatu kendaraan mempunyai FO = 1 3 4 2, pengertiannya adalah setelah silinder 1 melakukan langkah kompresi, maka selanjutnya akan disusul langkah kompresi pada silinder 3, kemudian silinder 4 dan silinder 2. Firing order biasanya ditentukan dengan mempertimbangkan jumlah silinder dan getaran yang biasanya ditentukan dengan mempertimbangkan jumlah silinder dan getaran yang mungkin timbul. Firing order tiap-tiap mesin berbeda tergantung dari masing-masing produsen mesin. Firing order ini tidak perlu dirubah-rubah. Firing order yang umum digunakan adalah sebagai berikut : Jumlah Silinder Firing Order 3 1 3 2 atau 1 2 3 4 1 3 4 2 atau 1 4 3 2 6 1 4 2 6-3 5 6 atau 1 5 3 6 2 4 8 1 8 4 3 6 5 7 2 Kendaraan produksi HINO untuk mesin 4 silinder FO yang digunakan adalah 1 3 4 2, sedangkan untuk mesin 6 silinder adalah 1 4 2 6 3 5 6.s Diagram kerja motor adalah penggambaran kerja langkah-langkah motor secara keseluruhan yang ditampilan dalam satu diagram. Semua kerja motor digambarkan dalam satu garis lurus. Sumbu mendatar menggambarkan kerja dari silinder sedang sumbu tegak menggambarkan masing-masing silindernya. Karena dalam satu proses kerja pada motor 4 tak memerlukan 2 kali putaran poros engkol atau 720 derajat poros engkol, maka panjang diagram adalah 720, sedangkan tinggi diagram tergantung dari jumlah silindernya. Faktor lain yang mempengaruhi diagram kerja adalah firing order. Karena itu motor yang jumlah LAPORAN KERJA PRAKTEK 29

silindernya sama tetapi FO nya lain maka diagram kerjanya pun akan lain. Di bawah ini ditunjukkan contoh gambar diagaram kerja motor 4 tak 4 silinder dengan FO 1 3 4 2. H. PISTON Bergerak maju dan mundur ( naik turun ) di dalam silinder karena itu piston harus tahan terhadap suhu yang tinggi dan ledakan yang terus-menerus. Disamping itu piston juga harus kedap udara, stabil dan awet. Saluran pendingin ( cooling channel ) Saluran ini terdapat pada kepala piston, dimana bagian tersebut mendapatkan panas yang paling tinggi. Dan sebagai pendingin, oli disemprotkan melalui oil jet. Oil ini dapat menyerap panas dan meningkatkan stabilitas maupun keawetan piston. Piston HFCD (Hino Fuel Economy Clean High Durability) / Piston yang hemat bahan bakar, bersih dan daya tahan tinggi. Meskipun alumunium alloy secara umum banyak digunakan sebagai bahan piston, saat ini besi tuang fleksibel banyak digunakan. Karena bahan ini dapat mengisolasi panas, mengurangi radiasi panas yang terbuang dari piston dan dapat menurunkan konsumsi bahan bakar. Di samping itu kualitas kekuatan bahan memungkinkan untuk membuat piston yang padat, tipis dan ringan. Konstruksi Piston LAPORAN KERJA PRAKTEK 30