10

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Engine (Motor Bakar) Secara Umum

Motor bakar adalah motor penggerak mula yang pada prinsipnya adalah sebuah alat

yang mengubah energi kimia menjadi energi panas lalu dikonversi menjadi energi

mekanik. Engine / motor bakar biasa dipergunakan untuk menggerakan suatu objek yang

membutuhkan penggerak mula untuk pengoperasiannya, contoh dilapangan generator

digerakan Sementara untuk motor bakar berbahan bakar gas, tenaga mekaniknya diperoleh

dari hasil pembakaran campuran antara bahan bakar gas dan udara yang dikompresikan ke

dalam ruang bakar (Chombution Chamber). Kemudian dengan bantuan panas yang

diperoleh dari loncatan bunga api listrik (Spark ignition) maka akan terjadi ledakan yang

menimbulkan ekspansi gas.

Pada tahun 1860 Lenoir dari Perancis membuat mesin gas bersiklus dua langkah.

Bahan bakar dinyalakan dengan percikan atau loncatan bunga api listrik pada langkah

pengisian, oleh karena itu mesin ini bekerja dengan sistem tanpa kompresi, maka mesin

yang memiliki siklus dua langkah tidak dapat menghasilkan daya dan efisiensi yang tinggi.

Pada tahun 1862 Beau de Rochas dari perancis berusaha memperbaiki mesin uap

bersiklus dua langkah menjadi empat langkah dengan cara menambahkan tahap kompresi

sebelum gas dinyalakan sehingga mesin uap menghasilkan pembakaran yang lebih

sempurna sehingga dapat menghasikan daya dan efisiensi yang tinggi dibandingkan mesin

bersiklus dua langkah.

2.2 Jenis Motor Bakar

Di dalam motor bakar terdapat tenaga panas bahan bakar yang di ubah menjadi

tenaga mekanik, sehingga dalam hal ini merupakan proses pembakaran dalam mesin, jika

pembakaran berlangsung maka diperlukan :

Bahan bakar, udara, sumber panas.

Bahan bakar dan udara dimasukkan ke dalam ruang bakar.

Bahan bakar dipanaskan hingga suhu nyala.

Pembakaran ini menimbulkan panas yang menghasilkan tekanan yang kemudian

menghasilkan tenaga mekanik. Contoh aplikasi dari pembakaran dalam ini digunakan pada

11

power rendah, misalnya motor bensin dan motor diesel. Motor yang sistem pembakarannya

termasuk kedalm sistem pembakaran dalam yaitu misalnya; mesin bensin, mesin diesel dan

mesin gas.

2.2.1 Mesin Diesel

Mesin diesel adalah sejenis mesin pembakaran dalam. Lebih spesifik lagi,

sebuah mesin pemicu kompresi, dimana bahan bakar dinyalakan oleh suhu tinggi gas

yang dikompresi, dan bukan oleh alat berenergi lain (seperti busi).

Cara Kerja Mesin Diesel

Ketika udara dikompresi suhunya akan meningkat (seperti dinyatakan oleh

Hukum Charles), mesin diesel menggunakan sifat ini untuk proses pembakaran.

Udara disedot ke dalam ruang bakar mesin diesel dan dikompresi oleh piston yang

merapat, jauh lebih tinggi dari rasio kompresi dari mesin bensin. Beberapa saat

sebelum piston pada posisi Titik Mati Atas (TMA) atau BTDC (Before Top Dead

Center), bahan bakar diesel disuntikkan ke ruang bakar dalam tekanan tinggi melalui

nozzle supaya bercampur dengan udara panas yang bertekanan tinggi. Hasil

pencampuran ini menyala dan membakar dengan cepat. Penyemprotan bahan bakar

ke ruang bakar mulai dilakukan saat piston mendekati (sangat dekat) TMA untuk

menghindari detonasi. Penyemprotan bahan bakar yang langsung ke ruang bakar di

atas piston dinamakan injeksi langsung (direct injection) sedangkan penyemprotan

bahan bakar kedalam ruang khusus yang berhubungan langsung dengan ruang bakar

utama dimana piston berada dinamakan injeksi tidak langsung (indirect injection).

Ledakan tertutup ini menyebabkan gas dalam ruang pembakaran mengembang

dengan cepat, mendorong piston ke bawah dan menghasilkan tenaga linear. Batang

penghubung (connecting rod) menyalurkan gerakan ini ke crankshaft dan oleh

crankshaft tenaga linear tadi diubah menjadi tenaga putar. Tenaga putar pada ujung

poros crankshaft dimanfaatkan untuk berbagai keperluan.

Mesin diesel sulit untuk hidup pada saat mesin dalam kondisi dingin. Beberapa

mesin menggunakan pemanas elektronik kecil yang disebut busi menyala

(spark/glow plug) di dalam silinder untuk memanaskan ruang bakar sebelum

penyalaan mesin. Lainnya menggunakan pemanas "resistive grid" dalam "intake

manifold" untuk menghangatkan udara masuk sampai mesin mencapai suhu operasi.

12

Setelah mesin beroperasi pembakaran bahan bakar dalam silinder dengan efektif

memanaskan mesin.

Dalam cuaca yang sangat dingin, bahan bakar diesel mengental dan

meningkatkan viscositas dan membentuk kristal lilin atau gel. Ini dapat memengaruhi

sistem bahan bakar dari tanki sampai nozzle, membuat penyalaan mesin dalam cuaca

dingin menjadi sulit. Cara umum yang dipakai adalah untuk memanaskan penyaring

bahan bakar dan jalur bahan bakar secara elektronik. Untuk aplikasi generator listrik,

komponen penting dari mesin diesel adalah governor, yang mengontrol suplai bahan

bakar agar putaran mesin selalu pada putaran yang diinginkan. Apabila putaran

mesin turun, maka akan terlalu banyak kualitas listrik yang dikeluarkan akan

menurun sehingga peralatan listrik tidak dapat bekerja sebagaimana mestinya,

sedangkan apabila putaran mesin terlalu tinggi maka dapat mengakibatkan over

voltage yang bisa merusak peralatan listrik. Mesin diesel modern menggunakan

pengontrolan elektronik canggih untuk mencapai tujuan ini melalui modul kontrol

elektronik (ECM) atau unit kontrol elektronik (ECU) - yang merupakan "komputer"

dalam mesin. ECM/ECU menerima sinyal kecepatan mesin melalui sensor dan

menggunakan algoritma dan mencari tabel kalibrasi yang disimpan dalam

ECM/ECU, dia mengontrol jumlah bahan bakar dan waktu melalui aktuator

elektronik atau hidraulik untuk mengatur kecepatan mesin.

2.2.2 Mesin bensin

Mesin bensin atau mesin Otto dari Nikolaus Otto adalah sebuah tipe mesin

pembakaran dalam yang menggunakan nyala busi untuk proses pembakaran,

dirancang untuk menggunakan bahan bakar bensin atau yang sejenis.

Mesin bensin berbeda dengan mesin diesel dalam metode pencampuran bahan

bakar dengan udara, dan mesin bensin selalu menggunakan penyalaan busi untuk

proses pembakaran. Pada mesin diesel, hanya udara yang dikompresikan dalam

ruang bakar dan dengan sendirinya udara tersebut terpanaskan, bahan bakar

disuntikan ke dalam ruang bakar di akhir langkah kompresi untuk bercampur dengan

udara yang sangat panas, pada saat kombinasi antara jumlah udara, jumlah bahan

bakar, dan temperatur dalam kondisi tepat maka campuran udara dan bakar tersebut

akan terbakar dengan sendirinya. Pada mesin bensin, pada umumnya udara dan

13

bahan bakar dicampur sebelum masuk ke ruang bakar, sebagian kecil mesin bensin

modern mengaplikasikan injeksi bahan bakar langsung ke silinder ruang bakar

termasuk mesin bensin 2 tak untuk mendapatkan emisi gas buang yang ramah

lingkungan. Pencampuran udara dan bahan bakar dilakukan oleh karburator atau

sistem injeksi, keduanya mengalami perkembangan dari sistem manual sampai

dengan penambahan sensor-sensor elektronik. Sistem Injeksi Bahan bakar di motor

otto terjadi diluar silinder, tujuannya untuk mencampur udara dengan bahan bakar

seproporsional mungkin. Hal ini disebut EFI.

Tipe-tipe mesin bensin berdasarkan siklus proses pembakaran adalah :

Mesin satu tak, setiap langkah piston terjadi proses pembakaran.

Mesin dua tak, memerlukan dua langkah piston dalam satu siklus proses

pembakaran.

Mesin empat tak, memerlukan empat langkah piston dalam satu siklus proses

pembakaran.

Mesin wankel (rotary engine/wankel engine). memerlukan satu putaran penuh

rotor dalam satu siklus pembakaran.

Tiga syarat utama supaya mesin bensin dapat berkerja :

Kompresi ruang bakar yang cukup.

Komposisi campuran udara dan bahan bakar yang sesuai.

Pengapian yang tepat (besar percikan busi dan waktu penyalaan/timing

ignition).

Sistem-sistem dalam mesin bensin mencakup :

Sistem bahan bakar (fuel system).

Sistem pengapian (ignition system).

Sistem pemasukan udara dalam ruang bakar (intake system).

Sistem pembuangan udara hasil pembakaran (exhaust system).

Sistem katup (valve mechanism)

Sistem pelumasan (lubricating system)

Sistem pendinginan (cooling system).

Sistem penyalaan (starting system).

14

2.2.3 Mesin Gas

Untuk sistem atau proses pembakaran pada mesin gas sama dengan mesin

bensin yaitu sistem atau mesin empat langkah. Akan tetapi, terdapat perbedaan yaitu

didalam hal pencampuran bahan bakar. Didalam mesin bensin pencampuran bahan

bakar dengan udara terjadi pada langkah hisap sedangkan pada mesin gas

pencampuran bahan bakar (gas) dengan udara terjadi didalam karburatyang masuk

adalh udara dan bahan bakar (gas) yang telah tercampuror. Sehingga pada saat

langkah hisap udara dan bahan bakar (gas) sudah tercampur.

2.3 Tipe Mesin Berdasarkan Siklus Proses Pembakaran

2.3.1 Sistem Dua Langkah

Mesin dua tak atau dua langkah adalah mesin pembakaran dalam yang dalam

satu siklus pembakaran terjadi dua langkah piston yang terdiri dari langkah awal Isap

& Kompresi lalu langkah kedua Pembakaran & Buang.

Dibawah ini adalah gambar proses dari mesin dua langkah kerja:

Gambar 2.1 siklus dari mesin dua Langkah

Prinsip kerja

Dalam satu siklus kerja 2 tak hanya terdiri dari 1 kali gerakan naik dan 1

gerakan turun dari piston saja. Desain dari ruang bakar mesin 2 tak memungkinkan

terjadinya hal semacam itu. Ketika piston naik menuju TMA untuk melakukan

kompresi maka katup hisap terbuka dan masuklah campuran bahan bakar dan udara,

sehingga dalam satu gerakan piston dari TMB ke TMA menjalankan dua langkah

sekaligus yaitu kompresi dan isap. Pada saat sesaat sebelum piston mencapai TMA

15

maka busi menyala, gas campuran meledak dan memaksa piston kembali bergerak ke

bawah menuju TMB. Gerakan piston yang ini disebut langkah ekspansi. Namun

sembari piston melakukan langkah ekspansi atau usaha, sesungguhnya juga

melakukan langkah buang melalui katup buang (sisi kanan dinding silinder pada

gambar) . Hal ini bisa terjadi karena gas hasil pembakaran terdorong keluar akibat

campuran bahan bakar dan udara baru yang juga masuk dari sisi kiri dinding silinder.

Gambar penjelasan proses dari kinerja motor bakar 2 tak:

Gambar 2.2 Proses Intake

Langkah Masuk (Intake). Campuran bahan bakar dan udara dihisap masuk ke dalam

rumah engkol akibat tekanan vakum yang terjadi pada saat piston bergerak ke atas.

Gambar 2.3 Proses Transfer/Exhaust

Langkah Penyaluran (Transfer/Exhaust). Pada saat mendekati posisi titik mati

bawah, saluran masuk terbuka dan campuran bahan bakar dan udara masuk ke dalam

silinder. Pada saat yang sama masuknya campuran bahan bakar dan udara tersebut

mendorong sisa hasil pembakaran keluar melalui saluran pengeluaran pada sisi yang

berlawanan dari lubang pemasukan.

16

Gambar 2.4 Proses Compression

Langkah Tekan (Compression). Selanjutnya piston bergerak ke atas dan menekan

campuran bahan bakar dan udara. (pada saat yang sama terjadi langkah masuk yang

berikutnya di bagian bawah piston).

Gambar 2.5 Proses Power

Langkah Tenaga (Power). Pada saat pendekati posisi titik mati atas busi akan

menyala dan menyundut campuran bahan bakar dan udara sehingga terjadi ledakan

yang mendorong piston ke bawah.

2.3.2 Sistem Empat Langkah

Prinsip kerja motor bakar empat langkah adalah bila satu kali proses

pembakaran bahan bakar memerlukan empat langkah gerakan piston dan dua kali

putaran poros engkol. Siklus motor bakar empat langkah adalah sebagai berikut :

17

Gambar 2.6 Siklus empat langkah

a) Langkah Hisap

Proses yang terjadi pada langkah hisap adalah :

Torak bergerak dari TMA ke TMB

Katup masuk terbuka sedangkap katup buang tertutup

Campuran bahan bakar dengan udara yang telah bercampur di dalam

karburator, masuk ke dalam silinder melalui katup masuk

Saat torak berada di TMB katup masuk akan tertutup

Intake (induction) stroke. Campuran bahan bakar (gas) dan udara

dihisap masuk ke dalam rumah engkol karena akibat tekanan vakum yang

terjadi pada saat piston bergerak.

b) Langkah Kompresi

Proses yang terjadi pada langkah kompresi adalah :

Torak bergerak dari TMB ke TMA

Katup masuk dan katup buang keduanya tertutup sehingga gas yang

telah di hisap tidak keluar pada waktu di tekan oleh torak yang

mengakibatkan tekanan gas naik

Beberapa saat sebelum torak mencapai TMA, busi mengeluarkan

bunga api listrik

Gas bahan bakar yang telah mencapai tekanan tinggi kemudian akan

terbakar

Akibat pembakaran bahan bakar, tekanannya akan naik menjadi kira-

kira mencapai tiga kali lipat dari tekanan semula

18

Compression stroke piston bergerak ke atas dan menekan campuran

bahan bakar (gas) dan udara. Pada saat yang sama terjadi langkah masuk

berikutnya di bagian bawah piston.

c) Langkah Kerja atau Ekspansi

Proses yang terjadi pada langkah kerja (ekspansi) adalah :

Pada langkah ini katup buang dan katup masuk masih tertutup

Gas terbakar dengan tekanan yang tinggi akan mengembang (volume

gas bertambah) kemudian menekan torak turun ke bawah dari TMA

ke TMB

Kemudian tenaga ini akan di salurkan melalui batang penggerak yang

selanjutnya oleh poros engkol diubah menjadi gerka berputar

Langkah tenaga (power). Pada saat mendekati posisi titik mati atas

busi akan menyala dan menyudut campuran bahan bakar (gas) dan udara

sehingga terjadi ledakan yang mendorong piston ke bawah.

d) Langkah Buang

Proses yang terjadi pada langkah buang adalah :

Katup buang terbuka sedangkan katup masuk masih tertutup

Torak bergerak dari dari TMB ke TMA

Gas hasil sisa pembakaran akan terdorong oleh torak keluar melalui

katup buang.

Langkah penyaluran (transfer exhaust). Pada saat mendekati posisi

bawah saluran masih terbuka dan campuran bahan bakar (gas) dan udara

masuk ke dalam silinder. Pada saat yang sama masuknya campuran bahan

bakar (gas) dan udara tersebut mendorong sisa hasil pembakaran ke luar

melalui saluran pengeluaran pada sisi yang berlawanan dari lubang

pemasukan.

2.4 Komponen Engine

Berikut adalah bagian-bagian atau komponen utama yang terdapat di dalam motor

bakar gas.

19

Gambar 2.7 Komponen-komponen Engine

a) Engine Block (Blok Mesin)

Gambar 2.8 Blok Mesin

Fungsi :

Tempat pemikul beban bagian - bagian motor yang lainnya

Tempat kedudukan silinder

Tempat keduukan poros engkol dan poros nok

Tempat saluran minyak pelumas

Tempat saluran air pandingin

Tempat saluran bilas untuk motor 2 langkah

b) Cylinder head (Kepala silinder)

Gambar 2.9 Kepala Silinder

20

Fungsi :

Sebagai tutup silinder

Bersama sama silinder dan kepala torak membentuk ruang bakar

Tempat kedudukan katup

Tempat kedudukan poros nok

Tempat dudukan saluran masuk dan saluran buang

Tempat pemasangan busi pada motor Otto, dan injektor pada motor Diesel

Komponen yang terdapat di dalam kepala silinder :

Rocker Arm (pelatuk)

Fungsi : Untuk menggerakan katup buang dan katup isap

Valve (Katup)

Menutup dan membuka saluran udara masuk dan saluran gas buang

Starting valve

Fungsi : Membuka dan menutup saluran udara start mesin

c) Piston dan Connecting Rod

Gambar 2.10 Piston dan Connecting Rod

Fungsi untuk piston (torak) adalah :

Merapatkan ruang bakar

Menerima tekanan pembakaran

Menyerap panas hasil pembakaran

Meneruskan tekanan hasil pembakaran

Meneruskan panas pembakaran ke liner

Fungsi untuk connecting rod (batang torak) adalah :

21

Meneruskan tekanan torak ke poros engkol

Meneruskan putaran porors engkol ke torak

d) Crankshaft dan Camshaft

Gambar 2.11 Crankshaft

Fungsi dari crankshaft (poros engkol) adalah :

Merubah gerak lurus menjadi gerak bolak balik atau sebaliknya

Tempat bertumpunya batang torak

Gambar 2.12 CamShaft

Fungsi dari camshaft (poros hubungan) adalah :

Merubah gerak putar menjadi gerak lurus

Mengatur dan buka tutup katup

Penggerak pompa pengabutan bahan bakar