Rencana Pembelajaran Kegiatan Mingguan (RPKPM). Pertemuan ke Capaian Pembelajaran Topik (pokok, subpokok bahasan, alokasi waktu) Teks Presentasi Media Ajar Gambar Audio/Video Soal-tugas Web Metode Evaluasi dan Penilaian Metode Ajar Aktivitas Mahasiswa Aktivitas Dosen/ Nama Pengajar Sumber Ajar (pustaka) 3. Mahasiswa dapat menjelaskan prinsip kerja motor diesel Prinsip Kerja Mesin Diesel Waktu: 1x pertemuan @100 menit Ѵ Ѵ Ѵ - Ѵ - Tugas kelas -Mahasiswa Menerima materi kuliah -Mahasiswa berkelompok dan berdiskusi. -Menerima materi kuliah -Mengerjakan tugas dengan diskusi -Berpartisifasi dalam diskusi kelas -Menyampai kan materi sesuai bahan ajar -Memandu berdiskusi di kelas Wiranto A M., 1979, Motor Diesel Putaran Tinggi, Ed. 3, Pradnya Paramita, Jakarta Pengajar: Harjono 1
Bab III. Prinsip kerja motor bakar Diskripsi singkat : Siklus pada motor bakar torak mengikuti proses-proses yaitu mengisi muatan segar, mengkompresi, menyalakan muatan, mengekspansi, dan membuang gas. Motor bakar yang menyelesaikan 1 siklus dalam 4 langkah toraknya disebut motor4 langkah, sedang yang menyelesaikan dalam 2 langkah torak disebut motor2 langkah. Proses proses baik pada mesin penyalaan api maupun pada mesin penyalaan kompresi adalah sama, hanya berbeda saat pemasukan bahan bakar dan pemicu terjadinya pembakaran. Pada mesin penyalaan api bahan bakar masuk keruang bakar bersama-sama dengan udara dan dinyalakan oleh api busur listrik pada celah electrode busi, sedang pada mesin penyalaan kompresi udara masuk terlebih dahulu baru setelah hampir selesai proses kompresi bahan bakar diinjeksikan kedalam ruang bakar yang temperaturnya tinggi akibat udara yang dikompresi dan terjadilah pembakaran. a. Manfaat : Mahasiswa dapat menjelaskan siklus motor bakar torak b. Learning Outcomes : Mahasiswa dapat menjelaskan siklus motor bakar 4 langkah dan 2 langkah. c. Relevansi Mahasiswa dapat mengidentifikasi jenis mesin diesel biasa dipakai kendaraan. PENYAJIAN URAIAN: a. Contoh : Memberikan contoh mesin 4 langkah dan 2 langkah di dalam kelas dan contoh yang lebih nyata pada mesin yang banyak dipergunakan. b. Ilustrasi : Memberikan penjelasan mesin 4 langkah dan 2 langkah disertai dengan gambar, ataupun animasi di dalam kelas. c. Aktivitas Berdiskusi dengan mahasiswa tentang materi prinsip kerja motor bakar 4 langkah dan 2 langkah dengan menggunakan gambar. 2
d. Tugas Mahasiswa mencari contoh mesin 4 langkah dan 2 langkah dengan internet dengan disertai sumber yang jelas dan mengumpulkan salah satu komponen mesin. e. Rangkuman Dengan penjelasan dari dosen waktu kuliah dan diskusi serta tugas yang harus dikumpulkan kemudian dapat dibuat rangkuman tentang materi prinsip kerja motor bakar. 3
BAB III PRINSIP KERJA MOTOR BAKAR Siklus pada motor bakar torak mengikuti proses proses : 1. Mengisi muatan segar kedalam silinder 2. Mengkompresi muatan tersebut 3. Membakar / menyalakan muatan, pada saat langkah kompresi hampir selesai 4. Mengekspansikan gas hasil pembakaran / memanfaatkan tenaga 5. Membuang gas yang sudah tidak dimanfaatkan Motor bakar yang menyelesaikan 1 siklus dalam 4 langkah toraknya disebut motor 4 langkah, sedang yang menyelesaikan dalam 2 langkah torak disebut motor2 langkah. Proses proses baik pada mesin penyalaan api maupun pada mesin penyalaan kompresi adalah sama, hanya berbeda saat pemasukan bahan bakar dan pemicu terjadinya pembakaran. Pada mesin penyalaan api bahan bakar masuk keruang bakar bersamasama dengan udara dan dinyalakan oleh api busur listrik pada celah electrode busi, sedang pada mesin penyalaan kompresi udara masuk terlebih dahulu baru setelah hampir selesai proses kompresi bahan bakar diinjeksikan kedalam ruang bakar yang temperaturnya tinggi akibat udara yang dikompresi dan terjadilah pembakaran. 3. 1 Motor Bakar 4 Langkah 3.1.1 Motor Penyalaan Api Empat Langkah 1. Langkah isap Katup isap dibuka, katup buang ditutup, torak bergerak dari TMA ke TMB Campuran bahan bakar dan udara dari karburator terisap masuk kedalam silinder. 2. Langkah Kompresi Katup isap dan katup buang ditutup Torak bergerakdari TMB ke TMA, maka campuran bahan bakar dan udara tertekan didalam silinder / ruang bakar, tekanan dan temperatur naik. 4
3. Langkah usaha / tenaga Katup isap dan katup buang ditutup, torak bergerak dari TMA ke TMB.Ketika torak hampir mencapai TMA busi dinyalakan maka terjadi proses pembakaran bahan bakar dan udara.akibatnya tekanan didalam silinder naik dengan tiba-tiba dan akan mendorong torak bergerak dari TMA ke TMB. Gerakan torak tersebut diteruskan oleh batang torak memutar poros engkol dengan demikian poros engkol mempunyai energy gerak putar yang sebagian besar digunakan untuk beban (yang digerakkan) dan sebagian disimpan oleh roda daya (fly wheel) yang kemudian digunakan untuk melakukan langkah-langkah yang lain ( langkah buang, isap dan kompresi ), sehingga proses dapat berlangsung terus. 4. Langkah buang Katup buang di buka dan katup isap di tutup Torak bergerak dari TMB ke TMA (akibat gaya kelembaman/inersia perputaran poros engkol dan roda daya) maka gas bekas ( pembakaran ) begitu katup buang terbuka akan segera keluar karena tekanan yang masih cukup tinggi dan kemudian sisanya terdorong torak, keluar dari silinder. Kemudian torak kembali ke langkah isap lagi dan seterusnya berulang-ulang. Jadi torak bergerak 4 kali langkah yaitu TMA ke TMB, TMB ke TMA, TMA ke TMB dan TMB ke TMA dan poros engkol berputar 2 kali dengan putaran pertama untuk langkah isap dan kompresi dan putaran ke dua untuk langkah tenaga dan langkah buang. 5
Gambar Proses motor penyalaan api empat langkah 3.1.2 Motor Penyalaan Kompresi ( Motor Diesel ) 4 Langkah Proses hampir sama dengan proses motor penyalaan api, perbedaannya : 1. Pada langkah isap yang diisap hanya udara saja 2. Pada langkah kompresi yang dikompresi hanya udara saja, tetapi dengan perbandingan kompresi yang lebih tinggi ( untuk membangkitkan tekanan dan temperature yang tinggi sehingga tidak memerlukan api dari busi ), kemudian pada akhir langkah kompresi oleh nosel diinjeksikan bahan bakar ke dalam ruang bakar. 3. Pembakaran terjadi pada udara yang temperaturnya tinggi dan sesaat setelah diinjeksikan bahan bakar. 6
Gambar Siklus mesin penyalaan kompresi empat langkah 3. 2 Motor Bakar 2 Langkah Motor bakar dua langkah adalah motor yang menyelesaikan satu siklusnya (lima proses) dalam dua langkah torak atau satu kali putaran poros engkol. Perbedaannya dengan motor 4 langkah ialah metode proses pengisian ruang bakar dengan muatan segar dan proses pembuangan gas buangnya. Pada motor 4 langkah dilakukan dalam masing-masing langkah torak, sedang dalam motor 2 langkah proses pengisian terjadi pada saat lubang masuk (inlet port) terbuka dan proses pembuangan terjadi pada saat lubang buang ( exhaust port) terbuka. Ditinjau proses pemasukan dan pembuangan motor 2 langkah dibedakan : 1. Motor dengan pembilasan menggunakan ruang engkol (crankcased scavengengined). 2. Motor dengan alat bantu untuk memasukan muatan segarnya (loop- scavenged engine ) dan alatnya disebut supercharger. 7
Motor Dengan Pembilasan Menggunakan Ruang Engkol Proses pengisian dilakukan dengan menghisap muatan segar kedalam ruang engkol yaitu pada saat piston bergerak dari TMB ke TMA ruangan bertambah besar sehingga tekanan turun maka katup masuk ( inlet valve yang juga biasa disebut reed valve atau katup harmonica) terbuka dan muatan terhisap masuk kedalam ruang engkol, setelah piston mencapai TMA maka segera bergerak ke TMB (karena didorong oleh gas hasil pembakaran) sehingga ruangan engkol mengecil maka tekanan gas didalam ruang engkol naiksehingga inlet valve menutup karena tekanan didalam lebih besar. Pada saat bibir piston mencapai bibir atas lubang buang maka gas bekas pembakaran akan mengalir keluar (proses pembuangan) sehingga tekanan didalam silinder akan turun dengan cepat, setelah itu akan disusul lubang pemasukan terbuka maka muatan segar yang tekanannya semakin naik tersebut mengalir dari ruang engkol melewati saluran masuk (transfer port), lubang masuk kedalam silinder, terjadilah proses pemasukan muatan segar sekaligus membilas gas buang yang masih tersisa. Proses berikutnya setelah piston sampai di TMB lalu bergerak menuju TMA lagi dan akan menutuplubang masuk dan lubang buangkemudian mengkompresi muatan atau gas segar dan terjadilah siklus berikutnya. Motor DenganPembilasan Menggunakan Alat Bantu Untuk mesin yang kapasitasnya besar maka pembilasan menggunakan ruang engkol tidak akan efektif sehingga perlu menggunakan alat bantu yang disebut super charger (untuk mengisap dan menekan masuk kedalam silinder), jadi tidak menggunakan ruangan dibawah torak.supercharger dapat berupa Roots-blower atau pompa piston dan kompresor sentrifugal. Udara / muatan segar yang bertekanan tersebut membilas gas sisa hasil pembakaran masuk kedalam silinder melalui intake port yang jumlahnya banyak dan membilas gas sisa pembakaran, dengan demikian hasilnya tekanan didalam silinder pada awal langkah kompresi akan lebih besar dari yang tidak menggunakan supercharger. Mesin Diesel modern dan kapasitas medium sampai besar baik motor 4 atau 2 langkah hampir pasti menggunakan Supercharger Turbo Intercooler, yaitu kompresor yang digerakan oleh turbin gas dari gas buang mesin itu sendiri dan udara bertekanan didinginkan dahulu oleh Intercooler sebelum masuk ke silinder. 8
3.2.1 Motor Penyalaan Api 2 Langkah Untuk motor 2 langkah yang menggunakan ruang engkol sebagai pembilas proses terjadi di ruangan diatas dan dibawah torak : 1. Proses kompresi ( torak bergerak dari TMB ke TMA ) Untuk mengetahui proses yang terjadi pada motor 2 langkah maka harus diperhatikan ruangan yang ada diatas torak dan yang ada dibawah torak. Pada saat torak bergerak dari TMB ke TMA. Didalam ruangan diatas torak :Torakmenekan campuran bahan bakar dan udara ( proses kompresi ) dan pada saat torak hampir mencapai TMA busi dinyalakan. Didalam ruangan dibawah torak : ruang engkol akan membesar sehingga tekanan turun maka campuran udara dan bahan bakar diisap masuk keruang tersebut melewati katup searah ( inlet valve ) yang biasa disebut katup harmonika. 2. Proses tenaga ( torak bergerak dari TMA ke TMB ) Pada saat torak bergerak dari TMA ke TMB. Didalam ruangan diatas torak : torak bergerak karena didorong oleh tekanan gas pembakaran maka connecting rod memutar poros engkol. Didalam ruangan dibawah piston volumenya mengecil maka tekanan naik. Ketika torak akan mencapai TMB saluran buang terbuka dan kemudian disusul saluran pemasukan terbuka. Gas sisa pembakaran akan keluar ( karena tekanan tinggi ) lewat saluran buang tersebut sehingga tekanannya akan segera turun. Sedangkan muatan segar yang ada di bawah piston oleh karena gerakan piston dari TMA ke TMB akan terkompresi sehingga tekanannya naik dan kemudian akan mengalir melalui saluran pemasukan yang kemudian juga terbuka menuju ruang di atas torak mendorong / membilas gas sisa pembakaran keluar. Sesaat kemudian torak bergerak menuju TMA saluran pemasukan dan saluran buang segera tertutup dan proses kompresi berlangsung lagi dan terus berulang-ulang siklusnya. 9
Gambar Siklus motor dua langkah pembilasan ruang engkol 10
Gambar Mesin 2 langkah dengan supercharger 3.2.2 Motor Penyalaan Kompresi 2 Langkah 1. Proses Kompresi Torak bergerak dari TMB ke TMA mengkompresi udara (saja), sedang ruang engkol dan ruang dibawah torak akan membesar sehingga tekanan akan turun sehingga udara masuk, ketika torak hampir mencapai TMA nosel menginjeksikan bahan bakar maka akan disusul pembakaran. 2..Proses Tenaga Proses torak bergerak dari TMA ke TMB, pembakaran masih berlangsung beberapa derajat sudut engkol sesudah TMA, pembakaran akan menaikkan tekanan gas didalam ruang bakar, energy potensial tekanan tersebut oleh piston dirubah menjadi energi mekanis dengan menekan dan memutar poros engkol. Energi mekanis tersebut sebagian besar dimanfaatkan dan sisanya disimpan oleh roda daya yang akan digunakan untuk proses proses selanjutnya. Ketika torak hampir mencapai TMB saluran buang terbuka dan kemudian disusul saluran pemasukan mulai terbuka, sehingga gas bekas keluar kemudian udara segar dihembuskan masuk, aliran masuk tersebut diusahakan agar dapat menghembus (membilas) gas bekas yang masih tersisa. 11
Perbandingan Motor 4 langkah Dengan 2 Langkah Motor 4 langkah Motor 2 langkah 1. Terjadi 1 kali langkah tenaga pada 4 langkah torak atau 2 1. Satu kali pada dua langkah torak atau satu kali putaran poros engkol putaran poros engkol. 2. Akibat dari 1.) gerakan putaran kurang uniform maka diperlukan 2. Lebih uniform maka roda daya cukup kecil roda daya yang lebih berat 3. Daya lebih kecil 3. Daya lebih besar, secara teoritis 2 kali lebih besar karena menghasilkan daya untuk setiap putaran, pada kenyataan besarnya kira-kira 1,3 1,4 kali 4. Pendinginan lebih ringan 4. Lebih berat 5. Terdapat katup-katup dan 5. Tidak terdapat, jadi lebih ringkas mekanismenya, sehingga besar, ringan, sederhana dan murah berat, mahal dan perawatan rumit. 6. Efisiensi volumetric besar karena 6. Kecil, pengisian berlangsung waktu lebih panjang, setiap (hanya) pada saat lubang proses dilakukan dalam satu pemasukan terbuka, sehingga lebih langkah torak singkat 7. Efisiensi thermal tinggi 7. Lebih rendah 8. Dibuat bila diutamakan untuk efisiensi tinggi missal pada mobil, pesawat terbang, traktor, dsb. 8. Untuk harga yang murah, bobot yang ringan dan ukuran kecil. Motor Diesel 2 langkah banyak digunakan dengan ukuran yang besar karena kompak, ringan dan perawatan jarang / ringan, banyak digunakan pada kapal. 12
Perbandingan Motor Bensin Dengan Motor Diesel Faktor / Variabel Motor Bensin Motor Diesel 1. Siklus thermodinamika OTTO cycle Diesel dan Duel cycle 2. Pembakaran Nyala api listrik perlu Kompresi udara, tidak perlu system pengapian 3. Kompresi ratio 6 11 (terbatas ) 12 25 ( tinggi ) 4. Tekanan operasi Kompresi : 7 15 Maksimum : 45 60 5. Kecepatan/rpm Tinggi 2000 15000 30 50 kgf/cm 2 60 120 kgf/cm 2 Rendah Low speed : 400 rpm Medium speed : 400 1200 High speed : 1200 3500 6. Piston speed High : 16 m/s 11 m/s 7. Distribusi bahan bakar Pada multi silinder kurang Baik, lebih balance baik, diatasi dengan sistim injeksi pada mesin modern 8. Supercharging Dibatasi oleh denotasi Sangat luas digunakan 9. Temperature gas buang Tinggi sehingga efisiensi thermis rendah Rendah sehingga efisiensi thermis tinggi 10. Starting Mudah Sulit 11. Berat/ratio Rendah ( 0,4 3,5 kgf/hp ) Besar ( 2,5 10 kgf/hp ) 12. Percepatan Kurang bagus, diperbaiki dengan pompa percepatan Bagus 13
13. Konsumsi bahan bakar spesifik Beban penuh : rendah bb. sebagian : boros Beban penuh : rendah bb. sebagian : rendah 14. Bahan bakar Mahal Mudah terbakar Lebih Murah Lebih aman 15. Investasi mula Rendah Tinggi 16. Biaya operasi Tinggi Rendah 17. Umur Pendek Lebih panjang 18. Biaya perawatan Lebih rendah Tinggi 19. Kebisingan Rendah Tinggi 20. Asap Berbahaya Kurang berbahaya 21. Mesin 2 langkah Kurang bagus banyak bahan bakar terbilas 22. Pembakaran Denotasi karena campuran akhir mendadak terbakar sendiri Mudah terjadi pranyala 23. Daya Terbatas, semakin besar silinder kecenderungan denotasi semakin besar 24. Pemakaian Mobil pribadi / kecil Sepeda motor Bagus /tidak ada bahan bakar terbilas Knock karena pembakaran terunda Tidak terjadi pranyala Dapat tinggi / besar Kendaraan umum dan barang, lokomotif, kapal laut, pusat tenaga listrik, kend. Tempur, alat berat 25. Metode pemasukan Karburator murah Injeksi mahal bahan bakar Injeksi, mahal 26. Getaran Lebih kecil Besar 27. Torsi Rendah Tinggi 14
Rangkuman Prinsip Kerja Motor Bakar Siklus pada motor bakar torak dengan prosesmengisi muatan segar,mengkompresi membakar muatan, mengekspansikan gas hasil pembakaran, dan membuang gas hasil pembakaran. Motor bakar yang menyelesaikan 1 siklus dalam 4 langkah toraknya disebut motor 4 langkah, sedang yang menyelesaikan dalam 2 langkah torak disebut motor 2 langkah. Pada mesin penyalaan api bahan bakar masuk keruang bakar bersama-sama dengan udara dan dinyalakan oleh api busur listrik pada celah electrode busi, sedang pada mesin penyalaan kompresi udara masuk terlebih dahulu baru setelah hampir selesai proses kompresi bahan bakar diinjeksikan kedalam ruang bakar yang temperaturnya tinggi akibat udara yang dikompresi dan terjadilah pembakaran. Motor 4 langkah dibagi menjadi dua yaitu motor penyalaan api ( mesin bensin) empat langkah dan motor kompresi (mesin diesel) empat langkah. Pada motor bensin ataupun motor diesel 4 langkah mempunyai 4 langkah piston dalam menyelesaikan 1 siklus pembakaran yaitu langkah isap, kompresi, usaha dan buang. Motor 2 langkah dibagi menjadi dua yaitu motor penyalaan api ( mesin bensin) dua langkah dan motor kompresi (mesin diesel) dua langkah. Pada motor bensin ataupun motor diesel 2 langkah motor yang menyelesaikan satu siklusnya dalam dua langkah torak atau satu kali putaran poros engkol. Dalam motor 2 langkah proses pengisian terjadi pada saat lubang masuk terbuka dan proses pembuangan terjadi pada saat lubang buang terbuka. Latihan soal : 1. Sebutkan satu proses siklus yang terjadi pada motor bakar torak. 2. Jelaskan tentang motor bakar empat langkah dan dua langkah. 3. Jelaskan langkah-langkah pada satu siklus pembakaran motor empat langkah pada motor diesel. 4. Jelaskan langkah-langkah pada satu siklus pembakaran motor diesel dua langkah. 5. Sebutkan perbedaan motor dua langkah dan empat langkah pada motor bakar torak. Jawaban soal akan didiskusikan di kelas 15
16