Motor Bakar !!!???????

PRINSIP KERJA MOTOR BAKAR

1.     Pengertian Motor Bakar

Motor bakar (engine) adalah suatu media untuk merubah tenaga panas menjadi tenaga gerak atau mekanis. Tenaga panas pada motor bakar diperoleh dari pembakaran  campuran bahan bakar dan udara di dalam suatu ruang bakar atau combustion chamber.

2.     Prinsip Kerja Motor Bakar

Tenaga mekanis pada motor bakar berasal dari energi kimia pada bahan bakar yang kemudian dirubah menjadi energi panas melalui proses pembakaran. Energi panas ini kemudian dikonversikan menjadi energi gerak (mekanis).

3.     Klasifikasi Motor Bakar

Motor bakar dapat diklasifikasikan menjadi berbagai jenis, apabila dilihat dari segi:

a.      Tempat Terjadinya Pembakaran

Berdasarkan tempat terjadinya pembakaran, motor bakar dapat diklasifikasikan menjadi:

1.  Internal Combustion Engine (motor pembakaran dalam). MotorPembakaran Dalam  adalah mesin yang memanfaatkan fluida kerja/gas panas hasil pembakaran dimana antara medium yang memanfaatkan fluida kerja/gas dengan fluida kerjanya tidak dipisahkan dinding pemisah.

Contoh : Spark Ignition Engine (otto/bensin), Compression Ignition Engine (diesel)

2.         External Combustion Engine (motor pembakaran luar). Motor Pembakaran Luar adalah mesin dimana media atau fluida kerja yang memanfaatkan panas dipisahkan oleh dinding pemisah dengan gas panas hasil pembakaran.

Contoh : turbin uap, boiler.

b.     Proses Pembakaran Bahan Bakar

Berdasarkan proses pembakaranya, motor bakar dibagi menjadi:

1.  Spark Ignition Engine (mesin otto/bensin), dimana proses pembakarannya diawali dengan percikan bunga api dalam ruang bakar.

       Contoh : mesin motor dan mesin mobil yang berbahan bakar bensin.

2.         Compression Ignition Engine (mesin diesel), dimana proses pembakarannya melalui penyalaan kompresi udara pada tekanan tinggi dalam ruang bakar.

Contoh : mesin mobil, truk, dan mesin yang menghasilkan daya yang sangat besar, berbahan bakar solar.

c.      Prinsip Kerja

Berdasarkan prinsip kerjanya, motor bakar dibagi menjadi:

1.    Two Strokes Engine (engine dua langkah), dimana untuk menghasilkan satu kali kerja hanya dibutuhkan satu kali putaran penuh poros engkol satu kali langkah.

2.    Four Strokes Engines (mesin empat langkah), dimana untuk menghasilkan satu kali kerja hanya dibutuhkan satu kali putaran penuh poros engkol dua kali langkah.

Diagram Klasifikasi Motor Bakar

 

4.     Dasar Kerja pada Spark Ignition Engine (motor otto/bensin)

Supaya dapat berjalan dengan sempurna maka engine melakukan hal sebagai berikut:

a)   Menghisap bahan bakar dan udara masuk kedalam ruang bakar (combustion chamber)

b)  Menaikkan tekanan campuran bahan bakar dan udara agar diperoleh tekanan hasil pembakaran yang cukup tinggi

c)   Pembakaran campuran bahan bakar dan udara sehingga menghasilkan tenaga panas dan meneruskannya sebagai tenaga gerak

d)  Membuang gas hasil pembakaran keluar dari ruang bakar

Keempat hal tersebut terjadi dengan cepat dalam 1 proses motor bakar yang disebut juga dengan 1 siklus.

Selain itu pada mesin bensin ada beberapa syarat yang harus dipenuhi, yaitu:

1)  Adanya campuran bahan bakar dan udara

2)  Adanya percikan api yang stabil dan cukup untuk menyalakan campuran bahan bakar dan udara yang berasal dari busi

3)  Adanya kompresi atau tekanan yang cukup di dalam combustion chamber

Seperti yang ditunjukkan pada klasifikasi Engine, Spark Ignition Engine terbagi menjadi dua macam yaitu Displacement Engine dan Rotary Engine. Suatu engine dikatakan sebagai Displacement Engine apabila terjadi perpindahan piston dari TMA ke TMB dan sebaliknya didalam sebuah tabung yang disebut dengan silinder. Displacement Engine adalah mesin yang lazim ditemui pada mesin-mesin motor dan mobil produksi Jepang. Sedangkan  Rotary Engine adalah mesin dengan piston yang berputar didalam combustion chambernya.

 

           

              

Menurut siklusnya Displacement Engine dibagi lagi  menjadi 2 macam, yaitu Two Strokes Engine (mesin 2 langkah/2 tak) dan Four Strokes Engine(mesin 4 langkah/4tak).

4.1   Prinsip kerja Two Strokes Engine

Pada mesin dua langkah, siklus kerjanya berlangsung dengan satu kali gerakan piston turun naik (TMA-TMB-TMA) atau satu kali putaran poros engkol. Pada mesin jenis ini tidak terdapat katup masuk maupun katup buang. Pemasukan bahan bakar dan pembuangan gas diatur melalui saluran-saluran yang terdapat di sekeliling dinding silinder. Lubang-lubang saluran ini dapat menutup dan membuka karena gerakan piston di dalam ruang silinder.

Pelumasan pada mesin dua langkah berlangsung dari atas, yaitu bersamaan dengan campuran bahan bakar dan udara.

Berikut ini adalah prinsip kerja mesin dua langkah

a.       Langkah pertama

Piston bergerak naik, pintu transfer port (saluran bilas) dan exhaust port (saluran pembuangan) tertutup oleh piston dan terjadi compression atau pemampatan campuran bahan bakar dan udara (air fuel mixture) di dalam combustion chamber. Sementara itu di dalam crankcase atau ruang engkol menjadi bertekanan rendah (lebih rendah dari pada tekanan udara di luar crankcase) sehingga ketika saluran masuk terbuka air fuel mixture terhisap masuk ke dalam crankcase melalui intake port (saluran masuk). Pada akhir pemampatan terjadi pembakaran oleh percikan api dari busi di dalam combustion chamber. Langkah ini dijelaskan oleh gambar 1a dan 1b.

 

b.    Langkah kedua

Ledakan di dalam combustion chamber menyebabkan piston bergerak turun (expansion). Pertama pintu exhaust port terbuka sehingga tekanan udara pada combustion chamber sama dengan tekanan udara di luar. Bersamaan dengan itu, pintu intake port tertutup sehingga terjadi pemampatan air fuel mixture di dalam  crankcase oleh crankshaft atau poros engkol. Kemudian disusul dengan terbukanya pintu transfer port. Karena tekanan udara di dalam crankcase lebih tinggi dari pada tekanan udara di dalam combustion chamber maka air fuel mixture mengalir menuju combustion chamber (ingat prinsip aliran udara!) dan mendesak gas buang sisa pembakaran keluar dari combustion chamber. Dalam waktu yang singkat combustion chamber telah dipenuhi dengan air fuel mixture baru yang siap untuk dimampatkan. Lihat gambar 2a dan 2b.

Selanjutnya apabila piston mulai bergerak lagi ke atas menuju TMA, maka mulai pula langkah pertama pada siklus berikutnya.

 

4.2  Prinsip kerja Four Strokes Engine

Disebut Four Strokes Engine atau mesin empat langkah karena dalam satu siklusnya terjadi dua kali putaran poros engkol atau terdapat empat  langkah piston, yaitu langkah hisap, langkah kompresi, langkah ekspansi, dan langkah pembuangan.

Berikut ini adalah prinsip kerja mesin empat langkah.

a.   Langkah hisap

Piston bergerak turun dari TMA menuju TMB. Katup masuk membuka  dan katup buang tertutup. Akibat gerakan turun piston menyebabkan tekanan udara di dalam combustion chamber lebih rendah dari pada tekanan udara di luar sehingga  sejumlah air fuel mixture terhisap masuk melalui intake port.

b.   Langkah kompresi

Piston bergerak naik dari TMB menuju ke TMA. Katub masuk dan katup buang keduanya sama-sama tertutup. Akibat gerakan naik piston maka air fuel mixture dimampatkan bertemperatur tinggi. Sesaat  sebelum piston mencapai TMA, busi akan memercikkan bunga api listrik sehingga air fuel mixture yang mencapai tekanan dan temperatur tinggi tadi terbakar

c.    Langkah ekspansi

Tenaga yang dihasilkan dari proses pembakaran air fuel mixture mendorong piston bergerak lagi dari TMA ke TMB.

d.  

Langkah pembuangan

Piston bergerak naik lagi dari TMB ke TMA. Katup buang sekarang membuka dan katup masuk tertutup. Akibat gerakan naik piston maka gas sisa pembakaran terdorong keluar melalui exhaust port.

4.3 Perbandingan Mesin 4 Langkah dengan Mesin 2 Langkah

No.	Two-Stroke	Four-Stroke
1	1 siklus merupakan 2 langkah piston atau 1 kali putaran crankshaft (360°)	1 siklus merupakan 4 langkah piston atau 2 kali putaran crankshaft (720°)
2	Untuk ukuran volume silinder sama, tenaga yang dihasilkan lebih besar  karena untuk satu langkah tenaga dibutuhkan 1 kali putaran crankshaft.	Untuk ukuran volume silinder sama, tenaga yang dihasilkan lebih kecil karena untuk satu langkah tenaga dibutuhkan 2 kali putaran crankshaft.
3	Untuk  ukuran power output yang sama , dibutuhkan mesin yang lebih kecil dan ringan.	Untuk  ukuran power output yang sama , dibutuhkan mesin yang lebih besar dan berat
4	Tidak terdapat tetapi untuk motor tertentu pada pemasukan terdapat reed valve.	Terdapat  valve dan mekanisme penggeraknya.
5	Thermal efisiensi lebih rendah.	Thermal efisiensi lebih tinggi
6	Membutuhkan pendinginan dan pelumasan yang lebih besar.	Membutuhkan pendinginan dan pelumasan yang lebih kecil, karena satu output tenaga merupakan 2 kali putaran crankshaft.
7	Relatif lebih cepat aus.	Karena sistem pelumasan yang sempurna, umur pakai relatif lebih lama.

4.4             Pembakaran pada Spark Ignition Engine

Pembakaran dapat diartikan sebagai kombinasi kimia hidrogen dan karbon dibahan bakar dengan oksigen dari udara yang menghasilkan pembebasan energi dalam bentuk panas.

Kondisi yang seharusnya ada untuk dapatnya terjadi pembakaran :

(i)            Adanya campuran yang dapat terbakar.

(ii)          Adanya sesuatu yang menyulut pembakaran.

(iii)        Stabilisasi dan propagasi dari api dalam ruang bakar.

	Bahan Bakar		Udara				Pembakaran
					Spark

 

                                     +

Sebuah persamaan kimia Bahan Bakar untuk Spark Ignition Engine (iso-oktana /C₈H₁₈) pada pembakaran yang terjadi adalah :

C₈H₁₈  + 12.5 O₂ = 8 CO₂  + 9 H₂O

4.5             Tahap – Tahap Pembakaran

Pada Spark Ignition Engine (SIE), pembakaran dapat dibagi dalam tiga tahap,

1.      Ignition Lag

Pertumbuhan dan perkembangan dari inti api yang berkembang sendiri,disebut fase persiapan

2.      Proportion of flame

Tahap utama dalam pembakaran, dimana tekanan maksium tercapai.

3.      Afterburning

Laju pembakaran yang berkurang akibat adanya pengurangan tekanan akibat ekspansi dan perpindahan panas ke dinding ruang bakar.

 

Gambar Diagram teoritis P-derajat engkol (q) pada Spark Ignition Engine

 

Gambar Tahap Pembakaran pada SIE