MOTOR BAKAR

Pada postingan kali ini saya akan membahas secara umum tentang motor bakar. Seperti kita ketahui bahwa mesin yang digunakan pada kendaraan baik di darat, laut dan di udara menggunakan mesin dengan proses pembakaran. Mesin yang digunakan pada kendaraan baik sepeda motor, mobil, kereta api dll. menggunakan motor bakar. Untuk lebih jelasnya silakan baca penjelasanya di bawah ini.

Apa itu motor bakar...?

Definisi motor bakar adalah suatu mekanisme / konstruksi mesin yang bekerja  merubah energi panas menjadi energi mekanis     .

Bagaimana dapat terjadinya energi panas !

Energi panas terjadi karena adanya proses pembakaran, dimana terjadinya pembakaran ini disebabkan adanya tiga unsure yaitu adanya bahan bakar, udara dan adanya pengapian.

Bagaimana dapat terjadinya perubahan energi panas menjadi energi mekanik !

Dengan adanya suatu konstruksi mesin sehingga   memungkinkan  terjadinya  siklus kerja mesin  untuk usahadan  tenaga  dorong dari hasil ledakan pembakaran diubah oleh konstruksi mesin menjadi energi mekanik atau tenaga penggerak.

Dilihat dari jenisnya Motor Bakar terdapat dua macam yaitu :

1.   Motor pembakaran luar (External combustion chamber) 

   Motor pembakaran luar adalah suatu motor bakar dimana proses pembakaran atau perubahan energi panas dilakukan diluardari mekanisme / kontruksi mesin. Dari ruang pembakaran energi panas tersebut dialirkanke kontruksi mesin melalui media penghubung.

      Contohnya  :

      -  Mesin uap / turbin uap

      -  Mesin nuklir / turbin nuklir.

2.   Motor pembakaran dalam (Internal combustion chamber)

      Motor pembakaran dalam suatu motor bakar dimana proses pembakaran atau perubahan energi panas di mana  dilakukan  di dalam  kontruksi  mesin  itu sendiri dan tempat terjadinya proses pembakaran itu disebut ruang bakar           ( combustion chamber ).

      Contohnya  :

      -  Motor bensin

      -  Motor diesel

      -  Mesin Jet

Prinsip kerja, motor bakar dalam melakukan siklus kerjanya dibagi menjadi  :

A.  Prinsip kerja motor 4 tak

B.  Prinsip kerja motor 2 tak 

A.  Prinsip kerja motor 4 tak

     Dimana setiap dua kali putaran poros engkol atau empat kali gerakan turun  dan naik piston menghasilkan satu kali langkah usaha.

B.  Prinsip kerja motor 2 tak

Dimana setiap satu kali putaran poros engkol atau dua kali gerakan turun dan    naik piston menghasilkan satu kali langkah.

MOTOR BAKAR BENSIN (MOTOR BENSIN)

Langkah kerja motor bakar bensin 4 tak

1. Langkah Hisap

a.    Piston bergerak dari TMA ke TMB                                   

b.    Katup hisap membuka                                          

c.    Karena piston bergerak ke bawah maka  di dalam­­ ruang silinder timbul kevacuman sehingga campuran antara  udara dan bensin terhisap masuk ke dalam  silinder.                                                                                     

2. Langkah Kompresi

a.    Akhir dari langkah hisap                                       

b.    Piston bergerak dari  TMB ke TMA                      

c.    Kedua katup menutup

d.    Karena piston bergerak ke atas maka   campuran udara dan bahan bakar yang berada di dalam silinder tertekan ke atas  dan  ditempatkan di dalam ruang bakar     

                                                     

3. Langkah Usaha

a.    Akhir dari langkah kompresi

b.   Sesaat piston belum mencapai TMA  busi memercikan bunga apilistrik ke dalam ruang bakar, sehingga campuran  udara dan bensin yang sudah dipampat-kan akan terbakar dan akan menimbulkan tenaga gerak atau mekanik.                    

4.   Langkah buang

a.     Akhir dari langkah usaha

b.    Piston bergerak dari TMB ke TMA                       

c.    Karena  piston  bergerak  keatas  maka  gas hasil pembakaran di dalam silinder    akan terdorong ke luar melalui katup buang.         

Catatan  :

Pada saat akhir langkah buang dan awal langkah hisap kedua katup akan membuka sedikit (valve over lap) yang berfungsi sebagai langkah pembilasan (campuran udara bahan bakar baru mendorong gas sisa hasil pembakaran)

Langkah kerja motor bakar bensin  2 tak.

1.   Langkah kompresi dan langkah hisap.

a.    Torak bergerak dari TMB ke TMA

b.    Pada saat saluran pembiasan tertutup mulai dilakukan Langkah kompresi           

c.    Pada saat saluran  hisap  membuka  maka  campuran udara dan bensin akan masuk  ke dalam ruang poros engkol   
                                                         

2.   Langkah usaha dan buang

Sebelum piston mencapai TMA,busi akan    memercikan bunga api listrik sehingga campuran udara dan bahan bakar akan terbakardan menyebabkan timbulnya daya dorong, sehingga piston akan bergerak dari TMA ke TMB.

  

Sesaat saluran hisap tertutup dan saluran bilas dan saluran buang membuka. maka campuran udara dan bahan bakar yang berada di ruang engkol akan mendorong gas sisa hasil pembakaran melalui saluran bilas ke saluran buang                

MOTOR BAKAR DIESEL ( MOTOR DIESEL )

A.  Langkah kerja motor diesel 4 tak

1. Langkah hisap

1. Piston bergerak dari TMA ke TMB                                               
2. Katup masuk membuka                                                    
3. Karena piston bergerak ke bawah maka di dalam silinder terjadi kevacuman sehingga udara bersih akan mengalir masuk ke dalam melalui katup masuk.                                                                                                                                

2.  Langkah kompresi

Piston akan bergerak dari TMB ke TMA  kedua katup menutup karena piston bergerak ke atas maka udara bersih di dalam silinder akan terdorong dan dipampatkan di ruang bakar, akibatnya  tekanan dan temperature udara menjadi tinggi.                       

                                                                                                                                               

3.  Langkah Usaha

Pada langkah ini terjadi dua proses pembakaran :                   

a.  Pembakaran awal :                                                       

Sebelum piston mencapai TMA, injector akan mengabutkan bahan bakar dan akan bercampur dengan udara yang bertekanan dan bertemperatur tinggi ( 700⁰ - 900⁰ C, 70 - 90 kg/cm² ).

b.  Pembakaran Sempurna                                                           

Karena tekanan dan temperatur yang tinggi maka bahan bakar akan terbakar dengan sendirinya. Hal ini akan menimbulkan daya dorong sehingga piston akan bergerak dari TMA ke TMB                                                                                             

4.   Langkah buang

Piston bergerak dari TMB  ke TMA  katup buang membuka karena piston bergerak ke atas maka gas sisa hasil pembakaran akan terdorong ke luar melalui katup buang.                                                                                                                                  

B.   Langkah motor bakar diesel 2 (dua) tak.

Keterangan  :

A.  Udara masuk                    C.  Bahan bakar diinjeksikan ke dalam ruang gas.

B.  Udara dikompresikan      D.  Gas bekas keluar

1.  Langkah kompresi dan hisap

Piston bergerak dari TMB  ke TMA,  saluran masuk membuka  sehingga udara bersih masuk  ke dalam, sesaat setelah saluran hisap menutup dan saluran buang menutup maka mulai dilakukan langkah kompresi hingga tekanan udara mencapai 70 - 90 kg/cm².

2.  Langkah usaha dan buang      

Sebelum piston mencapai TMA injector akan mengabutkan bahan bakar dan ini sebagai proses pembakaran awal, karena bahan bakar bercampur dengan udara bersuhu dan bertekanan tinggi maka akan terjadi proses pembakaran sempurna.  Akibatnya akan mendorong piston bergerak dari TMA ke TMB.  Sesaat piston belum mencapai TMB katup buang sudah mulai membuka.  Dan bila saluran hisap membuka maka udara bersih  akan membantu mendorong  gas sisa hasil pembakaran keluar.

Perbandingan antara  motor 4 tak dan 2 tak

	Motor 4 Tak	Motor 2 Tak
Prinsip kerja	2 kali putaran poros engkol 1 kali usaha	1 kali putaran poros engkol menghasilkan       1 kali usaha
Mekanisme Katup	Lebih rumit	Tidak mengunakan mekanisme katup
Putaran rpm yang dihasilkan	Lebih lambat	Lebih cepat
Sistem pelumasan mesin	Tidak mengunakan oli samping	Mengunakan oli samping untuk melumasi ruang engkol
Suara yang dihasilkan karena hasil pembakaran	Lebih halus	Lebih kasar
Tingkat polusi yang ditimbulkan	Lebih kecil	Lebih besar
Pengunaan mesin untuk jenis kendaraan	Mobil	Motor

Perbandingan antara Motor Diesel dengan Motor Bensin

	Motor Bensin	Motor Diesel
Bahan bakar yang di-gunakan	Bensin	Solar
Jenis yang dikompresikan	Campuran udara dan bensin	Udara bensin
Sistem pembakaran	Mengunakan busi	Pembakaran sendiri
Tingkat perbandingan kompresi	Lebih rendah	Lebih tinggi
Momen / torsi yang di-hasilkan	Lebih kecil	Lebih besar
Getaran dan suara yang timbul karena proses pembakaran	Lebih halus	Lebih kasar
Harga bahan bakar yang dipakai	Lebih mahal	Lebih murah
Tingkat harga perawatan mesin	Lebih murah	Lebih mahal

MEKANISME KATUP

Pada sistem motor bakar 4 tak untuk memasukkan campuran bahan bakar dan membuang gas sisa hasil pembakaran maka di dalam silinder diperlukan adanya katup masuk dan katup buang. Untuk mengontrol kapan katup masuk dan kapan katup buang menutup atau membuka disebut mekanisme katup

Jenis-jenis mekanisme katup

1.    Tipe Over Head Valve

Mekanisme katup ini sederhana dan dapat diandalkan.

Penempatan camshaftnya pada blok silinder, dibantu oleh :

a.    Valve lifter

b.    Push rod

c.    Rocker arm

2.    Tipe Over Head Camshaft

Camshaft ditempatkan pada kepala si-linder, dan camshaft langsung meng gerakkan rocker arm tanpa melalui lifter dan push rod

a.    Keuntungan OHC :

-      Berat bagian yang bergerak menjadi berkurang

-   Kemampuan pada kecepatan tinggi cukup baik, karena katup-katup membuka dan menutup lebih tetap (stabil)

b.  Kerugian OHC :

-    Lebih rumit dibandingkan dengan OHV

3.  Tipe Double Over Head Camshaft

Pada kepala silinder terdapat dua camshaft, yang satu untuk menggerak-kan katup masuk, dan yang lainnya menggerakkan katup buang, Camshaft membuka dan menutup katup secara langsung, dan tidak memerlukan rocker arm

Keuntungan DOHC :

-     Berat bagian yang bergerak menjadi berkurang

-  Kemampuan pada kecepatan tinggi cukup baik, karena katup-katup membuka dan menutup lebih presisi

Kerugian DOHC :
-   Konstruksi sangat rumit
-   Harganya mahal atau biaya produksi mahal

Untuk tipe DOHC biasanya menggunakan multi valve, dimana setiap satu silinder menggunakan 2 buah katup masuk dan 2 buah katup buang

Keuntungan penggunaan multi valve dibandingkan dengan single valve :

a.   Beban katup lebih kecil
Karena kepala katup cenderung lebih kecil sehingga mengurangi beban katup dan umur katup cenderung lebih lama

b.   Ruang buka lebih besar
Dengan menggunakan dua buah katup masuk atau katup buang secara bersamaan, otomatis jumlah campuran udara dan bahan bakar lebih banyak dan pada saat langkah buang gas sisa hasil pembakaran lebih mudah terbuang

c.    Efisiensi lebih tinggi
Tenaga yang dihasilkan cenderung lebih besar karena dengan banyak-nya campuran udara dan bahan bakar yang masuk menyebabkan tinggi-nya tekanan kompresi, sehingga pembakaran menjadi lebih sempurna

Kerugian penggunaan multi valve dibandingkan single valve :
a.    Konstruksi lebih rumit
b.    Membutuhkan dua buah camshaft
c.    Suara mesin cenderung lebih kasar
d.    Untuk yang non hidrolis penyetelan katup lebih lama

METODE MENGGERAKKAN KATUP

Camshaft digerakkan oleh crankshaft dengan beberapa metode. Berikut ini metode-metode menggerakkan katup :

1.  Timing Gear

Metode ini digunakan pada mekanisme katup jenis OHV (Over Head Valve).

           Keuntungan :

-    Lebih kuat dan tahan lama.

           Kerugian :

-    Menimbulkan bunyi yang besar.

2.    Timing Chain

Metode ini digunakan pada mekanisme katup jenis OHV (Over Head Valve) dan OHC (Over Head camshaft).

    Keuntungan :

-    Menimbulkan bunyi yang lebih kecil dibanding tipe timing gear.

    Kerugian :

-    Umur lebih pendek dibanding tipe timing gear.

3.    Timing Belt

Metode ini digunakan pada mekanisme katup jenis OHC (Over Head camshaft) dan DOHC (Double Over Head Camshaft).

Timing belt terbuat dari fiberglass yang diperkuat dengan karet sehingga mem-punyai daya renggang yang baik dan hanya mempunyai penguluran yang ke-cil karena panas.

    Keuntungan :

-    Tidak menimbulkan bunyi.

-    Tidak memerlukan pelumasan.

    Kerugian :

-    Umur lebih pendek dibanding tipe  timing chain.

KOMPONEN-KOMPONEN MEKANISME KATUP

1.    Poros Nok

Poros nok berfungsi untuk menggerak-kan mekanisme katup, pompa oli, pom-pa bahan bakar dan distributor.

2.    Pengangkat Katup

Pengangkat katup (valve lifter) berfungsi untuk meneruskan gerakan camshaft ke push rod.

Pada mesin yang menggunakan lifter konvensional celah katupnya harus di-stel, tetapi ada mesin yang mengguna-kan hydraulic lifter tidak perlu melaku-kan penyetelan celah katup karena ce-lahnya selalu 0 mm.

3.    Batang Penekan

Batang penekan (push rod) berfungsi untuk meneruskan gerakan lifter ke rocker arm.

4.    Rocker Arm dan Shaft

Rocker arm berfungsi untuk menekan katup saat tertekan ke atas oleh push rod. Rocker arm dilengkapi skrup dan mur pengunci untuk penyetelan celah katup.Pada mesin yang menggunakan lifter hidraulis tidak dilengkapi skrup dan mur pengunci

5.    Katup

Katup terbuat dari baja khusus (special steel). karena katup berhubungan deng-an tekanan dan temperatur tinggi

Pada umumnya katup masuk lebih besar dari katup buang. Agar katup menutup rapat pada dudukannya, maka permukaan sudut katup (valve face angle) dibuat pada 44,5° atau 45,5°

6.    Pegas Katup

Pegas katup (valve spring) digunakan untuk menutup katup. Pada umumnya mesin menggunakan 1 pegas untuk tiap katupnya, tetapi ada juga yang menggunakan 2 pegas. Penggunaan pegas yang jarak pitchnya berbeda (uneven pitch spring) / pegas ganda (double spring) adalah untuk mencegah katup melayang. Katup melayang adalah gerakan katup yang tidak seirama dengan gerakan cam saat putaran tinggi. Pegas dengan jarak pitch berbeda tipe asymetrical dipasang dengan bagian yang lebih renggang pada posisi atas

7.    Dudukan Katup

Dudukan katup (valve seat) dipasang dengan jalan dipres pada kepala silin-der. Valve seat berfungsi untuk dudukan katup sekaligus memindahkan panas dari katup ke kepala silinder.

Dudukan katup terbuat dari baja khusus tahan panas dan aus. Lebar persinggungan katup adalah 1,2 – 1,8 mm.

8.    Bushing Pengantar Katup dan Oil Seal

Bushing penghantar katup terbuat dari besi tuangdan berfungsi untuk meng-arahkan katup agar duduk tepat pada valve seat. Gerakan katup yang tidak lembut atau batang katup yang macet pada bushing penghantar katup disebut katup macet (valve stinking).

Oil seal berfungsi untuk mencegah oli mesin masuk ke ruang bakar melalui bushing katup, bila oil seal rusak akan menyebabkan oli masuk ke dalam ruang bakar,akibatnya oli menjadi boros. Biasanya lebih mudah masuk ke ruang bakar melalui katup masuk 

VALVE TIMING DIAGRAM

Valve timing diagram adalah diagram waktu kerja katup. Valve timing diagram dipengaruhi oleh bentuk cam dan celah katup. Valve overlap adalah saat dimana katup hisap (intake valve) dan katup buang (exhaust valve) sama-sama membuka. Valve overlap berfungsi sebagai langkah pembilasan (campuran udara bahan bakar baru mendorong gas sisa hasil pembakaran). Valve overlap terjadi saat akhir langkah buang dan awal langkah hisap. Overlap yang besar menghasilkan kemampuan kecepatan tinggi yang lebih baik, tetapi idling menjadi kurang stabil.  

Lamanya katup hisap (intake valve) membuka = 6° + 180° + 40° = 226° Lamanya katup buang (exhaust valve) membuka = 31° + 180° + 9° = 220° Lamanya valve overlap = 6° + 9° = 15°

CELAH KATUP

Celah katup adalah celah yang terdapat pada mekanisme katup (dari camshaft sampai katup). Apabila tidak terdapat celah katup akan menyebabkan katup tidak menutup rapat saat mesin panas, karena pada komponen-komponen mekanisme katup terjadi pemuaian 

Pada mekanisme katup DOHC (Double Over Head Camshaft) katup distel dengan menggunakan adjusting shim (shim penyetel) pada saat mesin dingin.

HYDRAULIC VALVE LIFTER

Penggunaan pengangkat katup hidraulis (hydraulic valve lifter) mempunyai keun-tungan tidak memerlukan penyetelan katup dan mengurangi suara berisik.

Cara Kerja

Oli yang bertekanan dari pompa memasuki plunger dalam lifter melalui saluran oli (oil passage).

1.    Katup Menutup

Plunger spring selalu menekan plunger ke atas, maka celah katup selalu nol.Oli yang bertekanan juga mendorong check ball melawan check ball spring dan mengalir ke working chamber.

2.    Katup Membuka

Cam mendorong lifter body, maka teka-nan oli di dalam working chamber naik sehingga check ball menutup saluran oli, dan lifter body terdorong ke atas dengan plunger, menyebabkan katup membuka dengan adanya gerakan rocker arm melalui push rod. 

Rotary Engine ( Motor Rotary)

Rotary engine adalah suatu konstruksi mesin dimana untuk melakukan sebuah langkah usaha dengan mengunakan  rotor.  Setiap sisi luar rotor berfungsi sebagai piston.  Sedangkan rotor berbentuk segitiga dan berarti bahwa pada rotor terdapat tiga buah piston. Rumah rotor dibuat sedemikian rupa sehingga apabila rotor berputar akan dapat melakukan langkah usaha. Langkah usaha yang timbul akibat proses pembakaran pada rotor akan diteruskan ke crankshaft melalui roda gigi.

                                          ROTARY ENGINE

Prinsip dasar rotary engine

-     Prinsip kerja rotary engine menggunakan prinsip dasar motor bakar 4 tak untuk setiap sisi rotor ( piston )

-    Setiap sisi rotor ( piston ) bekerjanya saling berkaitan / berhubungan, jika sisi rotor yang satu melakukan langkah usahamaka sisi rotor yang lain melakukan langkah hisap dan buang.

1. Langkah Hisap

Rotor berputar searah jarum jam. Sisi rotor A akan bergerak dan pada saat saluran hisap terbuka maka campuran udara dan bahan bakar akan terhisap masuk ke ruang hisap

2. Langkah Kompresi

Perputaran rotor akan menyebabkan sisi rotor A akan memperkecil volume ruang hisap sehingga campuran udara dan bahan bakar tekanannya menjadi tinggi

3. Langkah Usaha

Setelah mencapai top kompresi volume ruang kerja menjadi lebih kecil dan pada saat itu busi memercikkan bunga api, akibatnya campuran udara dan bahan bakar yang yang sudah dikompresikan akan terbakar dan menimbulkan daya atau tenaga untuk memutar motor

            4. Langkah Buang
             

Rotor berputar, menyebabkan sisi rotor A akan membawa gas sisa hasil pembakaran ke saluran pembuangan

Sisi kerja rotor yang saling berkaitan 

Demikian penjelasan tentang motor bakar secara umum, semoga dapat bermanfaat buat para pembaca.