BAB II LANDASAN TEORI 2.1. 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 di dalam ruang bakar yang sempit dan tertutup/tidak bocor dimana bagian atas dan samping kiri kanan dari ruang bakar adalah statis/tidak bisa bergerak, sedangkan yang dinamis/bisa bergerak hanyalah bagian bawah, yakni piston sehingga dengan sendirinya piston akan terdorong ke bawah dengan kuatnya oleh gas yang terbakar dan mengembang tadi. Pada saat 7
piston terdorong ke bawah ini, membawa tenaga yang sangat dahsyat, dan tenaga inilah yang dimaksud dengan tenaga motor. 2.2. Motor Bensin Sebelum Dimodifikasi 1 2 3 4 6 7 5 8 Gambar 1. Motor bensin sebelum dimodifikasi 9 Keterangan : 1. Jok : 65 cm 2. Tangki : 30 cm 3. Rangka atas belakang : 55 cm 4. Rangka atas belakang : 35 cm 5. Rangka depan : 46 cm 6. Shock belakang : 35 cm 7. Shock depan : 65 cm 8. Jarak terendah : 35 cm 9. Jark antara poros : 115 cm 8
2.3. Motor Bensin Sesudah Dimodifikasi 1 2 4 3 5 6 Gambar 2. Motor bensin sesudah dimodifikasi Keterangan : 1. Rangka atas belakang : 50 cm 2. Rangka atas belakang : 35 cm 3. Shock belakang : 35 cm 4. Shock depan : 70 cm 5. Jarak terendah : 40 cm 6. Jarak antara poros : 125 cm 2.4. Klasifikasi Motor Bensin Ditinjau dari segi cara memperoleh energi termal ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu : Mesin dengan pembakar luar (eksternal). Mesin dengan pembakar dalam (internal). 9
Mesin dengan sistem pembakaran didalam atau yang lebih dikenal dengan motor bakar itu sendiri dibagi menjadi dua macam menurut bahan bakar yang digunakan antara lain : Motor bensin Motor diesel Klasifikasi Motor Bensin Berdasarkan prinsip kerjanya, motor bensin diklasifikasikan menjadi dua jenis antara lain : A. Motor Bensin Dua Tak (2 langkah) Pada motor jenis ini dalam melakukan satu kali langkah usaha memerlukan satu kali putaran proses engkol. Pada motor ini langkah yang terjadi hanya dua kali atau poros engkol hanya berputar satu kali untuk melakukan siklus. B. Motor Bensin Empat Tak (4 langkah) Motor jenis ini adalah yang paling banyak digunakan pada kendaraan roda empat atau lebih. Mesin ini dalam melakukan satu kali langkah usaha diperlukan dua kali putaran poros engkol. Pada motor ini terjadi 4 langkah, yaitu langkah isap, langkah kompresi, langkah ekspansi / usaha, dan langkah buang. Pada penyusunan laporan Tugas Akhir ini penulis menggunakan obyek Motor Bensin 2 tak 1 silinder. 10
2.5. Prinsip Kerja Motor Bensin Motor bensin sebagai salah satu jenis motor pembakaran dalam banyak digunakan untuk menggerakkan 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. 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 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 ke dalam 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 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 o ). Dan pada langkah ini klep/katup masuk membuka pintu saluran masuk yang berhubungan dengan 11
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 ke dalam silinder dan ruang bakar. 2) Langkah kompresi Pada langkah ini piston bergerak dari TMB ke TMA, engkol berputar (360 o atau 1 putaran). Dan pada langkah ini katup masuk dan katub buang menutup pintu salurannya masingmasing. 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 mencapai (360 o ) pada akhir langkah kompresi, busi meloncatkan bunga api listrik tegangan tinggi didalam ruang bakar tepat saat engkol berputar 360 o 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 12
didalam ruang bakar. Pengembangan gas ini menimbulkan tekanan/tenaga yang dahsyat sekali ke segala 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 270 o, maka pada langkah ini katub buang terbuka dan gas hasil sisa pembakaran didalam ruang terdorong keluar oleh piston melalui saluran buang. Gambar 3. Proses kerja motor bensin 4 langkah Keterangan gambar : 1. Langkah hisab 3. Langkah usaha 2. Langkah kompresi 4. Langkah buang 13
2. Motor Bensin 2 Tak Motor bensin 2 tak adalah motor yang setiap kali pembakarannya membutuhkan hanya 2 kali langkah torak atau satu kali putaran engkol, dengan kata lain motor bensin 2 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 kompresi terjadi dalam satu langkah torak. Sedangkan proses 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 ke arah TMA ini bagian bawah piston menghisap gas baru dari karburator ke dalam ruang carter dan melalui saluran bilas manuju 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 disebut langkah kompresi. 14
2) Langkah usaha dan buang Beberapa saat sebelum mengakhiri langkah kompresi (pada akhir langkah 1), 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 ke arah 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 ke arah 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 mulai masuk lagi ke dalam 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 ke atas mendapat tekanan dari piston, sewaktu piston bergerak ke bawah dan proses ini disebut kompresi carter. 15
Gambar 4. Proses kerja motor bensin 2 langkah 2.6. Kelebihan dan Kekurangan Motor Bensin 4 Tak dan 2 Tak a. Kelebihan dan kekurangan motor bensin 4 tak Kelebihan 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 Kekurangan motor bensin 4 tak Perawatan lebih sulit dibandingkan dengan motor bensin 2 tak karena menggunakan katup masuk dan katup buang beserta sistem penggeraknya Relatif lebih sulit dalam meripair buang lebih bersih Tenaga yang dihasilkan lebih besar karena pembakaran lebih sempurna 16
b. Kelebihan dan kekurangan motor bensin 4 tak Kelebihan motor bensin 2 tak Mudah dihidupkan Perawatannya lebih mudah karena tanpa katup Kekurangan motor bensin 2 tak Polusi yang ditimbulkan lebih banyak karena oli ikut terbakar bersama bensin dan pembakarannya kurang sempurna Pemakaian bahan bakar (bensin) lebih banyak atau boros karena pembakarannya kurang sempurna. 2.7. Thermodinamika Dalam perhitungan thermodinamika, maka kita harus mengetahui diagram proses pembakaran. Gambar 5. Diagram P-V 17
Diketahui : = 6,7 T 1 = 30 0 C = 303 0 K K = 1,34 P 1 = 1 atm = 1,033 hgf/cm 2 R = 29,9 kg F/kg 0 F/cm 2 Qm = 10,9 kol/kg V 1 = VL+Vc =96,5 + 16,687 = 113,187 = 7 = V 2 = V V 1 2 113,187 V 2 113,187 7 = 16,169 V V 1 2 = 113,187 16,169 = 7 1. Proses 2 3 (Politropik) Qm = CV (T 2 T 3 ) Volume pada titik dua dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut : V 1 = 7 V 2 Tekanan pada titik 2 P 1.V 1 k = P 2.V 2 k 18
P2 = V P. 1 V2 = 1,033. (7) 1,34 = 1,033. (13,56) = 14 atm Temperatur pada titik 2 T2 = T1. V V 1 2 k1 = 303 (7) 1,34 1 = 303 (7) 0,3 1 = 58,7 0 K 2. Proses 3 4 V 2 = V 3 = 1 Cm 3 Temperatur pada titik 3 T 3 = Qm T2 CV = 10,9 587, 1 0,171 = 650,8 0 K Tekanan pada titik 3 P 3.V 3 = R. T 3 P 3 = = T. 3 P T 2 2 650,8.14 587,1 = 15,5 kg f/cm 2 19
3. Proses 4 1 V 1 = V 4 V 2 = V 3 Temperatur pada titik 4 T T 4 3 V V 3 4 K 1 T 4 = T 3 V V 3 4 K 1 = 650,8 1 2 0,34 = 335,8 0 K Tekanan pada titik 4 P 4 = P 3. (V 3 /V 4 ) k = 15,5 1 2 1,34 = 1,14 kg F/Cm 2 Jadi panas yang keluar (QK) adalah QK = m. Cv (T4 T 1 ) = 0,171 (335,8 303) = 5,60 kkal Maka efisiensinya : η = Qm Qk Qm = 10,9 5,60 10,9 = 0,48 atau 48 20
2.8. Kinerja Mesin Faktor seperti kecepatan, beban, bahan bakar yang dikonsumsi, kuantitas air pendingin, pendingin air dan suhu inlet outlet, dan temperatur serta analisis dari gas buang. Kemudian, harus dianggap hanya sebagai perwakilan diagram. Alasan mengapa keseimbangan panas diagram menunjukkan pada gambar 6, telah diplot terhadap beban, bukan rpm, adalah bahwa sebagian besar mesin dioperasikan pada rpm sekitar tetap dan beban yang bervariasi. Ditunjukkan pada gambar diagram keseimbangan. 100% panas yang dimasukkan Kerugian Panas: 34% gas buang 32% pendingin 3% pemompaan torak 6% gesekan mekanis 25% kerja mekanis efektif Sumber : Drs. Bagyo sucahyo, Drs. Darmanto dan Soemarsono, B. Sc, 1999. Otomotif Mesin Tenaga. Jakarta :departemen pendidikan dan kebudayaan. Gambar 6. Panas khas diagram keseimbangan 21