i

Motor Bensin 4 Langkah 100cc Dengan Modifikasi Sistem Pengapian

TUGAS AKHIRUntuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat sarjana S-1

Program Studi Teknik MesinJurusan Teknik Mesin

Diajukan oleh :

Emmanuel Ratna Krisnadi015214074

Kepada

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

JURUSAN TEKNIK MESIN

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2008

ii

100cc Four Stroke Gasoline Enginewith Ignition Modification

Final ProjectPresented as particial fulfillment of the requirement

As to the Sarjana Teknik DegreeIn Mechanical Engineering

ByEmmanuel Ratna Krisnadi

Student Number : 015214074

To :

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENTSAINS AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITYYOGYAKARTA

2008

iii

iv

v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya

yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan disuatu perguruan tinggi,

dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah

ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah

ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 26 Januari 2008

(Emmanuel Ratna Krisnadi)

vi

HALAMAN MOTTO

“Kesuksesan Anda hanya dibatasi oleh imajinasi dan kerja keras Anda.”

- Mark Hughes

“Imajinasi jauh lebih penting daripada pengetahuan.”

- Albert Einstein

“Tantangan dari kepemimpinan adalah menjadi kuat, bukan menjadi kasar;menjadi baik, bukan lemah; menjadi berani, bukan penggertak; menjadi berpikir, tapi bukan malas; menjadi rendah hati, tapi bukan takut; menjadi bangga, tapi bukan sombong; mempunyai humor, tapi tanpa kebodohan.”

- Jim Rohn

“Meminta bantuan kepada orang lain bukan tanda kelamahan, melainkan kecerdikan.”

- Anonim

vii

I dedicate my Final Project

simply to:

Tuhan Yesus Kristus dan Bunda Maria yang selalu memberi kasih, kekuatan, dan membentuk hidupku menjadi lebih indah. Ajarilah aku untuk selalu bersyukur atas semua itu.

Bapak dan ibu, terima kasih untuk doa, dukungan dan kasih sayang serta perhatian Bapak dan Ibu.

Kakakku dan adikku terima kasih atas semua sayang yang telah mewarnai hari-hari di rumah.

Yang paling spesial di Ati sudah lama kita bersama walau kita nggak akan pernah tahu akan dibawa kemana “kita” nanti, tapi Tuhan akan memberikan yang terbaik bagi kita berdua.LUVU…

Almamaterku Teknik Mesin Sanata Dharma, disinilah aku menemukan jati diriku.

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhanku Yesus Kristus atas berkat rahmat dan kasih

karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “Motor Bensin

100cc dengan Modifikasi Sistem Pengapian”

Penulisan Tugas Akhir ini tidak akan berhasil tanpa bantuan dan dukungan dari

berbagai pihak, baik yang terlihat secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena

itu, penulis menyampaikan banyak terima kasih secara khusus kepada:

1. Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Ir. Greg.

Heliarko, SJ., SS., B.ST., MA., M.SC yang telah mendukung pembuatan tugas

akhir ini dan membimbing saya hingga dapat menyelesaikan studi.

2. Budi Setyahandana S.T., M.T., yang telah bersedia menjadi pembimbing

akademik saya selama ini.

3. Dosen pembimbing pertama tugas akhir, Yosef Agung Cahyanta S.T., M.T.

yang telah memberikan bimbingan dan arahan sehingga Tugas Akhir ini dapat

terselesaikan.

4. Dosen Pembimbing Tugas Akhir, Ir. FX. Agus Unggul Santoso yang telah

memberikan bimbingan, arahan, masukan dan perbaikan sehingga Tugas Akhir

ini dapat terselesaikan.

ix

5. Seluruh dosen Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma yang

tidak dapat saya sebutkan satu persatu, tetapi telah banyak membantu dan

mengajarkan banyak hal kepada saya.

6. Sekretariat Program Studi Teknik Mesin yang telah membantu selama saya

menjadi mahasiswa.

7. Paulus Ngadiyono dan Veronica Sri Yuliati, tanpa bapak dan ibu saya tidak bisa

menyelesaikan tugas akhir ini, doa dan dukungan bapak dan ibu sudah

membuahkan hasil.

8. Teman- Semua teman-temanku yang lain yang tidak dapat kusebut namanya dan

juga seluruh teman-teman Teknik Mesin angkatan’01.

Penulis merasa penelitian ini jauh dari sempurna. Karena itu penulis menerima

kritik dan saran yang membangun demi peningkatan dalam penelitian selanjutnya.

Akhir kata saya mengucapkan terima kasih.

Penulis

x

INTISARIPada penelitian ini digunakan sistem pengapian CDI sebagai sumber tegangan

yang digunakan sebagai sarana pembakaran bahan bakar pada mesin bensin 100cc.Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perbedaan yang terjadi jika penggantian sistem pengapian dilakukan. Yang meliputi : perbandingan unjuk kerja mesin dari motor sandar dan motor modifikasi, konsumsi bahan bakar tiap mesin.

Pengujian konsumsi bahan bakar dilakukan dengan cara menjalankan motor bensin pada beberapa variasi kecepatan, dengan ukuran bahan bakar tertentu. Pengujian Akselerasi dilakukan dengan melakukan pencatatan waktu tempuh pada jarak 201 m.

Dari hasil penelitian ini didapatkan bahwa dengan menggunakan sistem pengapian CDI kecepatan akselerasi dan konsumsi bahan bakar menjadi lebih baik daripada sistem pengapian platina. Pada kecepatan 20 Km/jam sistem pengapian CDI lebih efisien 17.46%, pada kecepatan 30 Km/jam lebih efisian 12,86%, dan pada kecepatan 40 Km/jam lebih efisien 1,85%.Pada pengujian akselerasi sistem pengapian CDI mempunyai catatan waktu 11,40% lebih baik daripada sistem pengapian platina.

.

xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ……………………………………………………. i

TITLE PAGE ……....................…………….…………………………... ii

HALAMAN PENGESAHAN ………………………………………….. iii

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA………………………………... v

HALAMAN MOTTO…………………………………………….......... vi

HALAMAN PERSEMBAHAN……………………………………….. vii

KATA PENGANTAR…………………………………………………. viii

INTISARI……………………………………………………………….. x

DAFTAR ISI……………………………………………………………. xi

DAFTAR GAMBAR…………………………………………………… xiv

DAFTAR TABEL………………………………………………………. xvi

DAFTAR GRAFIK ................................................................................... xvii

DAFTAR NOTASI ...................................................................................... xviii

BAB I PENDAHULUAN…………………………………….... 1

1.1 Latar Belakang Masalah………………………….... 1

1.2 Permasalahan………………………………………. 3

1.3 Batasan masalah……………………………………. 3

1.4 Tujuan penelitian………………………………... 3

BAB II DASAR TEORI………………………………………... 4

2.1 Landasan teori………………………………........... 4

2.2 Klasifikasi mesin bensin…………………………... 4

xii

2.2.1 Susunan dan jumlah silinder..……….......... 5

2.2.2 Sistem pendinginan...................................... 7

2.2.3 Sistem penyalaan......................................... 8

2.2.4 Letak katup.................................................. 9

2.2.5 Letak poros nok........................................... 10

2.2.6 Jumlah langkah tiap proses......................... 11

2.3 Motor otto empat langkah...……………………….. 12

2.3.1 Siklus ideal motor otto 4 langkah................ 12

2.3.2 Prinsip kerja motor 4 langkah.................... 14

2.3.2.1 Langkah isap ................................ 16

2.3.2.2 Langkah kompresi ........................ 21

2.3.2.3 Langkah usaha .............................. 24

2.3.2.4 Langkah buang ............................. 25

2.3.2.5 Langkah ekspansi.......................... 26

2.3.3 Siklus sebenarnya motor 4 langkah............. 27

2.3.3.1 Siklus kerja mesin bensin............. 29

2.4 Komponen mesin bensin…………………………... 31

2.4.1 Silinder dan blok silinder............................. 31

2.4.2 Piston dan perlengkapannya........................ 33

2.4.2.1 Pegas piston.................................. 33

2.4.2.2 Pena piston.................................... 34

2.4.3 Batang piston............................................... 35

2.5 Sistem pengapian.......................................………... 35

2.5.1 Sistem pengapian platina............................... 36

2.5.2 Sistem pengapian CDI................................... 37

2.5.3 Koil penyalaan ( Ignition coil )...................... 39

2.5.4 Pengontrol waktu (Timing kontrol)............... 40

2.5.5 Vakum Advancer ………………………….. 41

2.5.6 Busi ............................................................... 42

xiii

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

DAN PERHITUNGAN................................................... 43

3.1 Diagram Alur Penelitian……………………………... 43

3.2 Lokasi Penelitian…………………………………….. 44

3.3 Alat pengujian.........…………………………………. 44

3.4 Jalannya Penelitian………………………………….. 45

3.4.1 Keterangan perancangan .................................. 45

3.4.2 Penyetelan mesin …………………………….. 49

3.4.3 Persiapan jalannya pengambilan data ............... 49

3.4.3.1 Akselerasi .............................................. 49

3.4.3.2 Konsumsi bensin ................................... 50

3.5 Kesulitan selama Penelitian.………………………… 50

3.6 Data kendaraan……………………………………… 51

3.7 Perhitungan.................................................................. 51

BAB IV PEMBAHASAN..............................................…………. 67

4.1 Hasil Perhitungan Siklus .............................................. 67

4.2 Pembahasan .......…………………………………..... 68

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN…………………………. 73

5.1 Kesimpulan....………………………………………… 73

5.2 Saran ............................................................................. 73

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Susunan silinder.............................……………………….. 6

Gambar2.2 Pendinginan motor................……………………………… 7

Gambar 2.3 Macam-macam susunan katup.................………………… 10

Gambar 2.4 Letak poros nok pada blok silinder..............……………… 11

Gambar 2.5 Letak poros nok pada overhead cam.................................... 11

Gambar 2.6 Diagram P vs V Siklus volume konstan............................... 13

Gambar 2.7 Prinsip kerja mesin empat langkah........................................ 15

Gambar 2.8 Volume torak pada saat TMB dan TMA.............................. 23

Gambar 2.9 Hubungan antara diagram pengatur katup dengan grafik

Tekanan vs volume untuk motor 4 langkah.......................... 29

Gambar 2.10 Blok silinder dengan pendinginan radiator........................... 32

Gambar 2.11 Blok silinder dengan pendinginan sirip................................ 32

Gambar 2.12 Konstruksi Piston................................................................. 33

Gambar 2.13 Pegas piston......................................................................... 33

Gambar 2.14 Pena piston........................................................................... 34

Gambar 2.15 Batang piston...................................................................... 35

Gambar 2.16 Skema sistem platina AC................................................... 36

Gambar 2.17 Skema sistem platina DC..................................................... 37

Gambar 2.18 Skema sistem Rangkaian CDI AC..................................... 38

Gambar 2.19 Skema sistem Rangkaian CDI DC..................................... 38

Gambar 2.20 Koil penyalaan.................................................................... 39

Gambar 2.21 Diagram tekanan pembakaran............................................. 40

Gambar 2.22 Sistem pengapian platina.................................................... 41

Gambar 2.23 Busi dan bagian-bagiannya................................................ 42

xv

Gambar 3.1 Mesin Bor dan Mata Tuner................................................... 44

Gambar 3.2 CDI ...................................................................................... 45

Gambar 3.3 Pembuatan dudukan Fulser dengan Mata Tuner ................. 46

Gambar 3.4 Kalter setelah di tuner .......................................................... 46

Gambar 3.5 Pemasangan Fulser .............................................................. 47

Gambar 3.6 Pembuatan Pematik .............................................................. 47

Gambar 3.7 Rangkaian Mesin .................................................................. 48

Gambar 3.8 Koil Honda GL Pro ............................................................. 48

Gambar 3.9 Rangkaian Mesin ……………………………….………… 49

xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Sifat-sifat udara pada tekanan atmosfir............................... 53

Tabel 3.2 Komposisi elementari dan karakteristik dari bensin dan

solar..................................................................................... 56

Tabel 3.3 Kapasitas panas jenis molar dan gas................................... 58

Tabel 3.4 Energi internal hasil pembakaran........................................ 60

Tabel 3.5 Faktor rugi-rugi mekanis...................................................... 64

Tabel 4.1 Hasil perhitungan siklus....................................................... 67

Tabel 4.2 Pengujian konsumsi bahan bakar dengan sistem pengapian

CDI..................................................................................... 68

Tabel 4.3 Pengujian konsumsi bahan bakar dengan sistem pengapian

platina................................................................................. 69

Tabel 4.4 Pengujian Akselerasi Dengan Sistem Pengapian

Platina ………………………………………………….… 70

Tabel 4.5 Pengujian Akselerasi Dengan Sistem Pengapian CDI …… 70

Tabel 4.6 Rata-rata Kecepatan Akselerasi ………………………….. 70

xvii

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1 Konsumsi bahan bakar........................................................ 69

Grafik 4.2 Kecepatan akselerasi pada jarak 201m .............................. 71

xviii

DAFTAR NOTASI

ain ρdan ρ : kerapatan muatan pada saluran isap dan di dalam silinder.

Vin : kecepatan udara pada saluran masuk (m/s)

Vis : kecepatan rata – rata udara selama proses isap pada katup isap (m/s)

Hin dan Ha : permukaan referensi ( nol ) dari sumbu saluran isap dan sumbu katup isap

Β : Vis

Vcyl Vcyl adalah kecepatan udara didalam silinder pada potongan

melintang berdasar pertimbangan.

ζis : koefisien tahanan saluran isap berdasarkan pada potongan kecil.

Ais : luasan lewat katup (m2)

Vp max : kecepatan piston maksimum (m/s)

Ap : luasan piston (m2)

d : diameter throat katup isap (m)

r : jari-jari piston (m)

maxh : tinggi angkat katup maksimum (m)

h : tinggi angkat katup motor standar

: sudut dudukan katup

S : panjang langkah (m)

N : putaran mesin (rpm)

xix

Tin : temperatur saluran isap

ΔT : penambahan suhu campuran segar karena melewati saluran isap

: koefisien kapasitas gas panas residu

: perbandingan kompresi

Tres : koefisien kapasitas residu

res : Koefisien gas buang

thA : Kebutuhan udara untuk membakar 1 kg bahan bakar dalam mol

"ZU : Energi yang dikandung 1 kmol hasil pembakaran pada temperatur

maksimum

Z : Koefisien pemakaian panas

: Rasio penambahan tekanan

Pz’ : Tekanan maksimum pada akhir langkah pembakaran

Tb : Temperatur akhir langkah ekspansi

Pi : Tekanan indikasi rata-rata actual

Wt : Tenaga yang dihasilkan

Ni : daya yang dihasilkan

hV : volume kerja silinder (Liter)

PV : kecepatan piston rata-rata (m/s)

mech : Efesiensi mekanis

gi : Pemakaian bahan bakar spesifik

gb : Konsumsi bahan bakar efektif pengereman

xx

i : Efisiensi indikator

b : Efesiensi thermal efektif

gf : Konsumsi bahan bakar perjam

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pemakaian kendaraan bermotor di Indonesia pada masa sekarang merupakan suatu

kebutuhan yang sangat mempengaruhi kehidupan masyarakatnya. Ketergantungan yang

timbul itu dikarenakan perannya yang penting di dalam berbagai aktivitas. Kendaraan

yang paling banyak digunakan adalah transportasi darat, khususnya kendaraan

bermotor. Sepeda motor adalah salah satu jenis kendaraan bermotor darat yang umum

digunakan.

Motor bensin adalah salah satu jenis motor pembakaran dalam, yang banyak

digunakan sebagai sumber tenaga dari kendaraan. Motor bensin menghasilkan tenaga

dari pembakaran bahan bakar di dalam silinder, yaitu dari pembakaran campuran udara

dan bahan bakar. Dari keadaan tersebut akan timbul panas yang sekaligus akan

mempengaruhi gas yang ada di dalam silinder untuk mengembang. Karena gas tersebut

dibatasi oleh dinding silinder dan kepala silinder maka tekanan di dalam silinder akan

naik. Tekanan inilah yang kemudian dimanfaatkan untuk menghasilkan tenaga.

Teknologi efisiensi dari sepeda motor merupakan salah satu pilihan inovasi yang

berkembang. Kebutuhan bahan bakar minyak bumi yang semakin menipis dimuka

bumi, merupakan alasan yang tepat mengapa efisiensi bahan bakar begitu diutamakan di

berbagai pabrik pembuat sepeda motor. Salah satu cara meningkatkan efesiensi

kebutuhan bahan bakar motor bakar adalah dengan memaksimalkan pembakaran dalam

2

ruang bakar. Dengan pengaturan waktu pembakaran yang tepat maka motor bakar dapat

lebih efisien.

Pada mesin bensin agar tenaga yang dihasilkan dapat optimal, ada syarat yang

harus dipenuhi :

1. Kompresi yang tinggi.

2. Waktu pengapian yang tepat dan percikan bunga api dari busi yang kuat.

3. Campuran bahan bakar dan udara yang sesuai.

Dengan berkembangannya ilmu dan teknologi banyak penelitian dan

pengembangan motor bensin yang telah dilakukan untuk mendapatkan mesin dengan

efisiensi yang tinggi. Contoh-contoh modifikasi yang dapat dilakukan untuk

mendapatkan suatu mesin dengan tingkat efisiensi yang tinggi :

1. Penghalusan pada lubang-lubang saluran bahan bakar, seperti pada dinding

manifol pada mesin 4 tak dan pada lubang transfer pada mesin 2 tak.

2. Pemanasan bahan bakar sebelum masuk ke dalam karburator.

3. Memaksimalkan pembakaran, misal dengan penggantian sistem pengapian

platina dengan sistem CDI.

Fungsi sistem pengapian adalah untuk menghasilkan tegangan tinggi yang

diperlukan untuk membuat percikan api diantara elektroda busi, sehingga campuran

bahan bakar dan udara dapat terbakar walaupun dengan kecepatan yang berubah-ubah.

Dengan pengapian yang tepat, maka semua campuran bahan bakar dan udara dapat

terbakar dengan sempurna. Pembakaran yang sempurna dapat meningkatakan akselerasi

dan efisiensi yang dihasilkan mesin. Dari latar belakang diatas, maka dalam penelitian

3

ini penulis ingin membandingkan antara sistem pengapian platina dan sistem pengapian

CDI.

1.2. Permasalahan

Dari latar belakang diatas maka penulis mencoba untuk memodifikasi komponen

motor bensin (Honda CB 100), dengan cara mengganti sistem pengapian standar yaitu

platina dengan mengganti sistem pengapian modifikasi yaitu CDI, karena penulis ingin

mengetahui seberapa besar pangaruh penggantian tersebut terhadap mesin standar.

1.3. Batasan Masalah

Penulis membatasi permasalahan yang dibahas pada konsumsi bahan bakar dan

unjuk kerja mesin akibat perubahan sistem pengapian platina menjadi sistem

pengapian CDI.

1.4. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penulisan / penelitian ini adalah untuk membandingkan :

1) Konsumsi bahan bakar dari mesin yang menggunakan pengapian platina dan

mesin yang menggunakan sistem pengapian CDI.

2) Akselerasi sistem pengapian platina dan CDI terhadap mesin.

4

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Landasan teori

Motor bensin bekerja karena adanya energi panas yang diperoleh dari pembakaran

campuran bahan bakar dan udara. Pada saat torak bergerak dari titik mati atas (TMA)

ke titik mati bawah (TMB), terjadi proses penghisapan bahan bakar dan udara ke dalam

silinder. Pada saat torak bergerak ke atas, campuran tersebut dikompresikan akibatnya

tekanan dan temperatur menjadi tinggi. Selanjutnya dipercikanlah bunga api dari

elektroda busi yang mengakibatkan terjadinya proses pembakaran, sehingga

terdoronglah torak ke bawah menekan batang torak dan menggerakkan poros engkol.

Gerakkan turun naik (bolak-balik) dari torak dirubah menjadi gerak putar oleh poros

engkol. Poros engkol dihubungkan dengan roda-roda melalui sistem pemindah daya,

sehingga pada saat poros engkol berputar, roda-roda juga berputar dan kendaraan

bergerak.

2.2. Klasifikasi Motor Bensin

Motor bakar diklasifikasikan berdasarkan : susunan dan jumlah silinder, sistem

pendinginan, sistem penyalaan, letak katup, letak poros nok dan jumlah langkah per

proses.

5

2.2.1 Susunan dan Jumlah Silinder

Pada umumnya motor penggerak yang digunakan pada kendaraan (mobil)

mempunyai silinder lebih dari satu, misalnya 2, 3, 4, 6 dan 8. Semakin banyak silinder

yang dipakai maka getaran yang ditimbulkan motor akan lebih kecil dibandingkan

dengan yang bersilinder sedikit. Hal ini disebabkan karena motor yang bersilinder

banyak pembagian tenaganya lebih merata dibanding yang bersilinder sedikit.

Kita dapat menentukan kecepatan piston maksimum dengan menggunakan persamaan

(Kovakh,1979, hal 89)

Vp = 30

.nS..................................................................................................................(2.1)

Setelah itu kita dapat menentukan efisiensi indikator dengan persamaan (Kovakh,1979,

hal 59 )

lii Hg

3600 ...................................................................................................................(2.2)

Efesiensi thermal efektif dapat kita tentukan dengan persamaan (Kovakh,1979,hal 599 )

mechib ..............................................................................................................(2.3)

Silinder-silinder dari motor tersebut diatur dengan bermacam posisi atau bentuk,

yang pada umumnya terdiri dari empat susunan, yaitu :

1. Motor dengan susunan silinder segaris atau sering disebut dengan inline

engine.

2. Motor dengan susunan silinder berbentuk V.

3. Motor dengan susunan silinder miring (slant engine).

6

4. Motor dengan susunan silinder berlawanan/horisontal yang sering disebut

pancake engine.

5. Motor dengan susunan silinder radial.

Susunan silinder motor segaris membentuk garis lurus satu arah dan sejajar

dengan poros engkol.

Motor dengan susunan silinder V, susunan silindernya membentuk huruf V yang

merupakan dua barisan silinder di sisi kiri dan kanan, dari poros engkol membentuk

sudut dari 60 derajat sampai 90 derajat. Jenis yang ketiga adalah motor dengan susunan

silinder miring (slant engine). Sesuai dengan namanya maka susunan silinder motor ini

miring, baik kekiri maupun kekanan. Jenis yang keempat adalah motor dengan susunan

silinder berlawanan arah (pancake) adalah motor dimana susunan silindernya saling

belawanan arah satu sama lain. Motor jenis ini dibuat apabila ruangan vertikal yang ada

sempit. Pada motor dengan susunan silinder radial, sumbu silindernya terletak radial

terhadap sumbu poros engkol.

Gambar 2.1 Susunan silinder(Sumber : Arismunandar, W, 2002, Hal: 6)

7

2.2.2 Sistem Pendinginan

Ada dua macam motor dengan klasifikasi sistem pendinginan ini yaitu

pendinginan dengan cairan (Gambar 2.2A) dan pendinginan dengan udara (Gambar

2.3B). Sistem pendinginan dengan cairan terutama air pendinginannya lebih baik

daripada pendinginan dengan udara.

Pendinginan dengan cairan, bagian-bagian yang didinginkan dikelilingi cairan

pendingin. Cairan pendingin ini kemudian menyerap sebagian panas akibat

pembakaran. Untuk motor berpendingin udara, bagian-bagian yang didinginkan hanya

dilewati udara dan udara ini akan akan mengambil sebagian panas. Bagian-bagian yang

didinginkan biasa dilengkapi dengan sirip-sirip untuk memperluas penampang yang

bersinggungan dengan udara sehingga memperbaiki proses pendinginan.

Gambar 2.2 Pendinginan motor(Sumber : Suyanto,W, 1989, Hal: 12)

8

2.2.3 Sistem Penyalaan

Ada dua sistem penyalaan yang digunakan untuk menyalakan bahan bakar

didalam silinder (ruang bakar) yaitu dengan bunga api dan dengan udara panas (udara

yang dikompresikan). Motor dengan penyalaan bunga api menggunakan loncatan

bunga api yang dihasilkan oleh busi untuk membakar bahan bakar yang ada dalam

ruang bakar. Motor dengan penyalaan udara panas memanfaatkan panas udara yang

dimampatkan oleh piston pada saat kompresi. Udara yang dimampatkan didalam

silinder cukup panas untuk memulai pembakaran bahan bakar sehingga tidak perlu lagi

peralatan pembantu untuk menyalakan bahan bakar. Jumlah udara aktual didalam

pembakaran dari 1 kg bahan bakar untuk ( 3.11 ) dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan (Kovakh, 1979, hal 52 )

tha

a ………………………………………..…………………………...……..….(2.4)

thA

A

sedangkan untuk menghitung Koefisien teoritis dari perubahan molekul dapat kita

hitung dengan menggunakan persamaan (Kovakh,1979, hal 595 )

2

1

M

Mth …...…………………………………………………………………….….(2.5)

Efesiensi mekanis dapat kita hitung dengan menggunakan persamaan (Kovakh,1979, hal

598 )

i

bemech P

P ...................................................................................................................(2.6)

9

sedangkan untuk menghitung pemakaian bahan bakar spesifik dapat kita hitung dengan

menggunakan persamaan (Kovakh,1979, hal 599 ):

thi

oVi aP

g

3600 .....................................................................................................(2.7)

2.2.4 Letak Katup

Ada beberapa jenis letak katup atau susunan katup yang dipakai untuk

mengklasifikasikan motor bakar, yaitu : jenis F, I, L ,T dan Over Head Cam. Jenis F

adalah susunan katup mirip dengan bentuk huruf F, dimana satu katup terletak dibawah

dan satu katup yang lain terletak diatas. Jenis I kedua katupnya berada diatas silinder.

Jenis ini biasa dipakai untuk motor dengan kompresi yang tinggi dan digerakkan dengan

satu poros nok. Jenis L gerak katub searah dengan gerak piston, sehingga laju bahan

bakar menuju ruang bakar tegak lurus membentuk huruf L. Konstruksi jenis L sangat

sederhana namun tidak bisa dipakai pada motor dengan kompresi yang tinggi. Jenis T

adalah mirip dengan jenis L, tetapi katupnya berada di dua sisi silinder.

Jenis yang paling banyak digunakan adalah jenis overhead cam dimana

mekanisme penggerak katupnya lebih ringkas dan ketepatan pembukaan dan

penutupannya menjadi relatif lebih tepat karena antara poros nok langsung

menyinggung katup. Poros nok pada overhead cam berada pada kepala silinder.

Konsumsi bahan bakar efektif pengereman dengan menggunakan persamaan

(Kovakh,1979, hal 599 )

mech

ib

gg

...................................................................................................................(2.8)

10

Gambar 2.3 Macam-macam susunan katup(Sumber : Suyanto,W, 1989, Hal:16)

2.2.5 Letak Poros Nok

Klasifikasi motor berdasarkan susunan atau letak poros nok (poros cam) sangat

erat hubungannya dengan letak katup. Klasifikasi motor bakar dengan letak poros nok

ini ada dua macam yakni poros nok berada pada blok silinder dan poros nok yang

berada pada kepala silinder (overhead cam). Jenis yang pertama, antara poros nok dan

katup diperlukan alat bantu yang berupa tapet, batang penumbuk, dan pelatuk (disebut

overhead valve). Dengan adanya pengantar ini maka akan dapat mempengaruhi

ketepatan pembukaan dan penutupan katup terutama pada putaran tinggi. Sedangkan

pada jenis yang kedua antara poros nok dan katup-katupnya berhubungan langsung

tidak perlu batang penumbuk (disebut overhead cam), sehingga dapat mengatasi

kelemahan pada jenis pertama. Overhead cam biasa disingkat OHC, ada dua macam

motor dengan susunan overhead cam yang digunakan yaitu Single Overhead Cam

(SOHC) dan Double Overhead Cam (DOHC).

11

Gambar 2.4 Letak poros nok pada blok silinder(Sumber : Suyanto,W, 1989, Hal:18)

Gambar 2.5 Letak poros nok overhead cam(Sumber : Suyanto,W, 1989, Hal:16)

2.2.6 Jumlah Langkah Tiap Proses

Jumlah langkah tiap proses motor bakar diklasifikasikan menjadi dua yaitu motor

dua langkah (motor dua tak) dan motor empat langkah (motor empat tak). Pada motor

dua langkah untuk menghasilkan satu kali tenaga atau langkah tenaga diperlukan dua

langkah kerja atau dengan kata lain setiap dua langkah dari torak motor ini

menghasilkan satu kali tenaga. Sedangkan pada motor empat langkah diperlukan empat

langkah torak untuk menghasilkan satu tenaga. Secara keseluruhan motor empat

12

langkah lebih ekonomis dalam penggunaan bahan bakar dibanding motor dua langkah,

sehingga motor empat langkah lebih banyak digunakan.

2.3 Motor Otto Empat Langkah

2.3.1 Siklus Ideal Motor Otto Empat Langkah

Proses termodinamika yang terjadi di dalam motor bakar sangat kompleks untuk

di analisis menurut teori. Untuk memudahkan teori tersebut di asumsikan suatu keadaan

yang ideal. Tetapi makin ideal suatu keadaan maka akan semakin jauh menyimpang dari

keadaan sebenarnya. Pada umumnya untuk menganalisis motor bakar digunakan siklus

udara sebagai siklus yang ideal. Siklus udara menggunakan beberapa keadaan yang

sama dengan siklus sebenarnya, misalnya mengenai :

Urutan proses

Perbandingan kompresi

Pemilihan temperatur dan tekanan pada suatu keadaan

Penambahan kalor yang sama per satuan berat udara

Pada mesin yang ideal proses pembakaran yang dapat menghasilkan gas bertekanan dan

bertemperatur tinggi itu dimisalkan sebagai proses pemasukan panas ke dalam fluida

kerja di dalam silinder.

Siklus udara volume konstan (siklus Otto) dapat digambarkan dengan grafik PV

seperti yang terlihat pada Gambar 2.6.

13

Gambar 2.6. Diagram P vs. V siklus volume konstan(Sumber : Arismunandar, W, 2002, Hal: 15)

Keterangan :

P = Tekanan fluida kerja ( 2kg/cm ) LV = Volume langkah torak ( 33 cmatau m )

v = volume spesifik ( /kgm3 ) sV = Volume sisa ( 33 cmatau m )

mq = Jumlah kalor masuk (kcal/kg) TMA = Titik mati atas

kq = Jumlah kalor keluar (kcal/kg) TMB = Titik mati bawah

Sifat ideal yang digunakan serta keterangan mengenai proses siklusnya adalah

sebagai berikut :

1. Fluida kerja dianggap sebagai gas ideal dengan kalor spesifik yang konstan.

2. Langkah isap (0-1) merupakan proses tekanan konstan

3. Langkah kompresi (1-2) ialah proses isentropik

4. Proses pembakaran pada volume konstan (2-3) dianggap sebagai proses

pemasukan kalor pada volume konstan.

14

5. Langkah kerja (3-4) ialah proses isentropik.

6. Proses pembuangan (4-1) dianggap sebagai proses pengeluaran kalor pada

volume konstan.

7. Langkah buang (1-0) ialah proses tekanan konstan.

8. Siklus dianggap tertutup, artinya siklus ini berlangsung dengan fluida kerja

yang sama.

2.3.2 Prinsip Kerja Motor Empat Langkah

Motor Otto empat langkah atau motor bensin menghisap campuran udara dan

bensin sebagai bahan bakar pada saat terjadi langkah isap. Terjadi perubahan tekanan

pada proses kerja di dalam ruang di atas piston. Bila piston berada di TMB, volume

ruang ini adalah yang terbesar yaitu sL VV dengan :

LV = Volume langkah

sV = Volume ruang sisa

Bila piston berada di TMA, volume ruang di atas piston adalah yang terkecil yaitu

sV . Mesin bensin empat langkah menjalani satu siklus yang tersusun atas empat tahap

atau langkah seperti Gambar 2.7.

15

Gambar 2.7 Prinsip kerja mesin 4 langkah(Sumber : Arismunandar, W, 2002, Hal: 8)

Keterangan :

KI = Katup isap TMA = Titik mati atas

KB = Katup buang TMB = Titik mati bawah

Kecepatan rata – rata udara selama proses isap pada katup isap dapat kita tentukan

dengan menggunakan persamaan (Kovakh,1979, hal 89)

is

ppis A

AVV ..............................................................................................................(2.9)

Sedangkan untuk menghitung tekanan akhir proses pengisapan dapat kita hitung dengan

persamaan (Kovakh,1979, hal 589)

Untuk mesin 4-langkah tanpa supercharging, oin PP dan oin .

1. MpaPP oin 1013,0

2. oin udara pada To = 32 oC = 305 K

3159,1 mkgo (Hollman,1993, hal 589)

16

3. 45,22 is 622

102

oisis

oa

VPP

4. Drop pressure yang terjadi ( aP ):

aina PPP ............................................................................................................(2.10)

2.3.2.1 Langkah isap

Campuran udara dan bahan bakar dihisap ke dalam ruang bakar. Piston bergerak

dari titik mati atas (TMA) menuju titik mati bawah (TMB). Katup isap terbuka dan

katup buang tertutup. Akibat gerakan piston menuju TMB terjadi kehampaan dalam

ruang bakar. Adanya tahanan aliran saat akhir langkah hisap mengakibatkan pengisian

bahan bakar tidak pernah mencapai 100%.

Sejumlah muatan udara segar dialirkan saat langkah hisap. Hal ini terjadi karena

adanya perbedaan tekanan antara udara luar ( tekanan atmosfer ) dengan tekanan dalam

silinder karena adanya penambahan volume silinder yang disebabkan gerak langkah

piston dari tititk mati atas (TMA) menuju titik mati bawah (TMB).

Efisiensi pengisian silinder adalah perbandingan antara jumlah muatan aktual We

yang dikompresi di dalam silinder dengan jumlah muatan segar Wo yang akan diisikan

di dalam volume kerja silinder Vd pada tekanan dan suhu udara luar (P0 dan T0).

Pada mesin tanpa supercarger, P0 dan T0 menyatakan tekanan dan suhu udara luar.

Efisiensi pengisian untuk langkah hisap dapat dihitung dengan menggunakan persamaan

(Kovakh,1979, hal 96)

17

)γ(1T

T.

P

P.

1ε

εη

resa

in

in

a1v

....................................................................................(2.11)

Temperatur campuran muatan segar dan gas-gas residu (Ta) pada akhir proses

isap, lebih tinggi dibanding temperatur pada saluran isap (Tin), tetapi lebih rendah

dibanding temperatur gas-gas residu Temperatur akhir proses penghisapan dapat

dihitung dengan persamaan (Kovakh,1979, hal 93)

Ta =res

resresin

γ1

TΔTT

(K).....................................................................................(2.12)

resa

res

res

ores PP

P

T

TT

............................................................(Kovakh,1979, hal 97)

ores PP 25,11,1 .........................................................................(Kovakh,1979, hal 93)

Dengan

Tin : temperatur saluran isap

ΔT : penambahan suhu campuran segar karena melewati saluran isap 15 oC

: 15 oC = 288 K

: koefisien kapasitas gas panas residu = 1

: perbandingan kompresi = 9,5:1

Tres : koefisien kapasitas residu = (750 1000) K.................................(Kovakh hal 92)

res : Koefisien gas buang ( 0,100,06 )......................,.........................(Kovakh hal 91)

Ta : (310 350) K................................................................................(Kovakh hal 94)

18

Pengaliran muatan segar ini melalui saluran hisap dan akan melewati katup hisap

saat terbuka. Katup hisap terbuka beberapa derajat sebelum TMA saat langkah buang.

Saat torak menuju TMB, campuran segar mengalir ke dalam silinder. Faktor yang

mempengaruhi besarnya muatan yang masuk ke dalam silinder:

1. Adanya sisa hasil pembakaran didalam silinder yang mendiami sebagian

volume silinder.

2. Pemanasan campuran udara- bahan bakar oleh permukaan dinding saluran

hisap dan ruang diluar silinder sebesar T yang akan mengurangi kerapatan

campuran.

Adanya tahanan atau gesekan di dalam saluran isap akan mengurangi jumlah

muatan segar yang terhisap ke dalam silinder karena kerapatan muatan berkurang.

Pengaruh tahanan hidraulik muatan dapat dicari bila diketahui rugi–rugi tekanan ΔPa

dalam sistem hisap atau tekanan Pa pada saat proses penghisapan berakhir. Tekanan di

dalam silinder selama proses pengisian dapat dicari secara tepat bila prosesnya stabil.

Pada mesin 4 langkah saat mencapai kecepatan dan daya rata-rata Pa. Tekanan

akhir langkah hisap dihitung dengan persamaan (Kovakh,1979, hal 88)

a

2is

is

2is2

a

ain

2in

in

ing.H

2

)(Vξ

2

)(Vβ

ρ

P g.H

2

)(V

ρ

P

Dengan

ain ρdan ρ : kerapatan muatan pada saluran isap dan di dalam silinder.

Vin : kecepatan udara pada saluran masuk (m/s)

Vis : kecepatan rata – rata udara selama proses isap pada katup isap (m/s)

19

Hin dan Ha : permukaan referensi ( nol ) dari sumbu saluran isap dan sumbu katup isap

β : Vis

Vcyl Vcyl adalah kecepatan udara didalam silinder pada potongan

melintang berdasar pertimbangan.

ζis : koefisien tahanan saluran isap berdasarkan pada potongan kecil.

Diasumsikan Vin = 0, ketinggian Hin = Ha, dan rapat muatan segar ketika melewati

saluran hisap diabaikan ain , maka persamaan diatas menjadi:

2

V2

a

a

in

in 2is

ρ

P

ρ

Pis

Persamaan kontinuitas untuk potongan melintang dari saluran isap dan bagian

silinder dapat dihitung dengan persamaan (Kovakh,1979, hal 89)

Vis . Ais = Vp max . Ap

Dengan

Ais : luasan lewat katup (m2)

Vp max : kecepatan piston maksimum (m/s)

Ap : luasan piston (m2)

Untuk mesin 4-langkah tanpa supercharging, oin PP dan oin .

MpaPP oin 1013,0

CoshdAis max ....................................................................................................(2.13)

CoshdAis

Ais : luasan lewat katup (m2)

20

d : diameter throat katup isap (m)

r : jari-jari piston (m)

maxh : tinggi angkat katup maksimum (m)

h : tinggi angkat katup motor standar = 5,4.10 3 m

: sudut dudukan katup = 32o

S : panjang langkah (m)

n : putaran mesin (rpm)

Luasan piston dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (Kovakh,1979, hal 165)

2rAp ……………………………………………………..……………….….(2.14)

Untuk menghitung tenaga yang dihasilkan dapat ditentukan dengan menggunakan

persamaan (Kovakh,1979, hal 165)

hit VPW ……………………………………………………..……………….….(2.15)

Dengan:

iP tekanan indikasi rata-rata (Pa)

hV volume kerja silinder (m3)

Tekanan akhir proses pengisapan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan

(Kovakh,1979, hal 596)

622

102

oisis

oa

VPP

.....................................................................(2.16)

21

2.3.2.2 Langkah kompresi

Kedua katup tertutup, piston bergerak menuju TMA. Sesaat sebelum piston

mencapai TMA, bunga api dipercikan dan bahan bakar mulai terbakar. Pembakaran

terjadi pada volume hampir tetap (dianggap tetap) sampai tekanan maksimum. Mesin

bensin memerlukan percikan bunga api (spark) untuk mengawali pembakaran didalam

silinder maka sering disebut spark ignition engine. Bunga api dipercikan dalam ruang

bakar sebelum torak mencapai titik mati atas (TMA), sehingga terjadi pembakaran yang

diikuti oleh naiknya energi kalor gas dalam ruang bakar. Kebutuhan udara untuk

membakar 1 kg bahan bakar dalam massa secara teoritis dapat kita hitung dengan

persamaan (Kovakh,1979, hal 51)

foth OHCa 8

3

8

23,0

1………………………………………...………...….(2.17)

Kebutuhan udara untuk membakar 1 kg bahan bakar dalam mol secara teoritis dapat kita

hitung dengan persamaan (Kovakh,1979, hal 51)

32412209,0

1 fth

OHCA …………..………………………………...…………(2.18)

Makin kecil ruang sV terhadap ruang LV akan semakin besar pemampatannya.

Hal ini sangat tergantung pada perbandingan pemampatan ( perbandingan kompresi).

Energi internal dari 1 mol hasil pembakaran pada akhir langkah kompresi dapat kita

hitung dengan persamaan (Kovakh,1979, hal 597)

comcomVcom tcU "" ................................................................................................(2.19)

22

Dengan:

"Vc = panas jenis dari hasil pembakaran pada ahkir langkah kompresi.

Panas jenis campuran adalah jumlah dari hasil pembakaran komponen individual dibagi

dengan jumlah total hasil pembakaran. Untuk komposisi elementary dari bahan bakar

diasumsikan 1 maka 2M

Mr i

i dapat kita hitung dengan persamaan (Kovakh,1979,

hal 596)

2M

Mr i

i ………………...……………………………………………………….….(2.20)

1. 0COr

2. 129,02 COr

3. 131,02OHr

4. 74,02Nr

5. 02Hr

Energi yang dikandung 1 kmol hasil pembakaran pada temperatur maksimum yang

tercapai ( zU " ) dapat kita hitung dengan persamaan (Kovakh,1979, hal 51)

Z

ZVZ

U

TcU

"

"

……………………………...………………….…………………..(2.21)

Temperatur dan tekanan pada akhir langkah kompresi menggunakan eksponen

polytropik (n1), ekponen ini konstan selama proses berlangsung.

n1 = ( 1,3 – 1,37 )

23

tekanan akhir langkah kompresi dapat kita hitung dengan persamaan (Kovakh,1979, hal

111)

1nacom PP (Mpa).................................................................................................(2.22)

sedangkan temperatur akhir langkah kompresi dapat kita hitung dengan persamaan

(Kovakh,1979, hal 111)

11 nacom TT ..........................................................................................................(2.23)

Tekanan akhir pada akhir langkah pembakaran dapat kita hitung dengan persamaan

(Kovakh,1979, hal 598)

comcom

ZZ P

T

TP …………………………………………………….....……………(2.24)

Tekanan efektif rata-rata dapat kita hitung dengan persamaan (Kovakh,1979, hal 589)

mechibe PPP ………………...…………………………………………………....(2.25)

Pebandingan pemampatan adalah perbandingan antara dua macam volume, yaitu :

Volume di atas piston pada kedudukan TMB

Volume di atas piston pada kedudukan TMA (Gambar 2.8)

Gambar 2.8 Volume torak pada saat TMB dan TMA(Sumber : BPM. Arends, H. Berenschot. Motor Bensin. Hal: 8)

24

Untuk menghitung rugi-rugi mekanis relatif digunakanlah efisiensi mekanis. Efisiensi

mekanis menyatakan perbandingan daya kuda rem dan daya indikasi. Efisiensi mekanis

dihitung dengan menggunakan persamaan (Kovakh,1979, hal 598)

Pmech VBAP ……………………………………………………….……....….(2.26)

Dengan:

BdanA diperolah dari tabel 3.5 (faktor rugi-rugi mekanis)

PV kecepatan piston rata-rata (m/s)

Efisiensi indikator dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (Kovakh,1979, hal

599)

lii Hg

3600 .................................................................................................................(2.27)

Rasio penambahan tekanan dapat kita tentukan dengan menggunakan persamaan

(Kovakh,1979, hal 598)

com

Z

P

P ……...…………………………………………………………..…………(2.28)

2.3.2.3 Langkah usaha

Setelah mencapai TMA, piston akan didorong oleh gas bertekanan tinggi menuju

TMB. Tekanan mekanis ini diteruskan ke poros engkol. Penghentian pembakaran gas

terjadi pada TMA atau sedikit sesudahnya. Ini disebabkan oleh pengembangan gas

terbesar akibat suhu tertinggi terjadi pada volume terkecil ( cV ) sehingga piston

25

mendapatkan tekanan terbesar. Sesaat sebelum mencapai TMB, katup terbuka, gas hasil

pembakaran mengalir keluar dan tekanan dalam ruang bakar turun dengan cepat.

Untuk mesin 4-langkah, daya yang dihasilkan dapat kita tentukan dengan menggunakan

persamaan (Kovakh,1979, hal 166)

120

nViPN hi

i .............................................................................................................(2.29)

Dengan:

iP tekanan indikasi rata-rata (MPa)

hV volume kerja silinder (Liter)

Tekanan maksimum pada akhir langkah pembakaran dapat kita tentukan dengan

menggunakan persamaan (Kovakh,1979, hal 598)

ZZ PP 85,0' …………………………………………………………….……..….(2.30)

Untuk menentukan koefisien molar aktual dapat kita tentukan dengan menggunakan

persamaan (Sumber : Kovakh hal 596)

res

resth

1

……………………………………………….…...…………………(2.31)

2.3.2.4 Langkah buang

Piston bergerak dari TMB menuju TMA serta mendorong gas di dalam silinder ke

saluran buang lewat katup buang. Tidak semua gas bekas dapat dikeluarkan. Ruang

bakar yang kecil ( cV ) atau perbandingan pemampatan yang besar akan memperbaiki

keadaan tersebut. Di samping itu periode overlapping mempunyai peranan penting.

26

Periode overlapping adalah periode dimana katup isap dan katup buang terbuka secara

bersamaan yang dikarenakan perpanjangan pembukaan katup selama proses pengisapan

dan pembuangan.

2.3.2.5 Langkah Ekspansi

Setelah terjadi proses pembakaran bahan bakar dengan udara karena tekanan yang

sangat kuat, maka dihasilkan tenaga yang mampu mendorong piston dari TMA ke

TMB. Langkah ini adalah proses perubahan energi panas menjadi energi mekanik.

Karena gerakan piston dari TMA ke TMB, maka volume silinder akan menjadi besar

dan tekanan udara dalam silinder akan menurun. Proses ekspansi merupakan proses

politropik dengan eksponen politropik (n2). Setelah langkah ekspansi dilanjutkan

dengan proses pembuangan, yang diawali saat katup buang mulai terbuka, eksponen

politropik untuk langkah ekspansi yaitu, n2 = 1,23 – 1,30 (Kovakh,1979, hal 155).

Untuk menentukan tekanan akhir langkah ekspansi dapat kita tentukan dengan

menggunakan persamaan (Kovakh,1979, hal 598)

2nZ

b

PP

……...…………………………………………………………….…...… (2.32)

Temperatur akhir langkah ekspansi dapat kita tentukan dengan menggunakan

persamaan (Kovakh,1979, hal 598)

12

nZ

b

TT

………...………………………………………………….……………..(2.33)

Konsumsi bahan bakar perjam dapat dihitung dengan menggunakan persamaan

(Kovakh,1979, hal 598)

iif Ngg ..............................................................................................................(2.34)

27

Tekanan rata-rata untuk 1 dapat kita tentukan dengan menggunakan persamaan

(Kovakh,1979, hal 598)

1

11

212

1 11

1

111

11 nn

n

aidi nnPP

………………………….... (2.35)

Tekanan indikasi rata-rata aktual dapat kita tentukan dengan menggunakan persamaan

(Sumber : Kovakh hal 598)

untuk 97,092,0 i (Kovakh hal 164)

idii PP …………………………………………………………..………..……(2.36)

2.3.3 Siklus Sebenarnya Motor Otto Empat Langkah

Dalam kenyataannya terjadi penyimpangan dari siklus udara (ideal) karena terjadi

kerugian antara lain disebabkan oleh hal berikut :

1. Kebocoran fluida kerja karena penyekatan oleh cincin torak dan katup tidak

sempurna.

2. Pembukaan dan penutupan katup tidak tepat di TMA dan TMB karena

pertimbangan dinamika mekanisme katup dan kelembaman fluida kerja. Kerugian

tersebut dapat diperkecil bila saat pembukaan dan penutupan katup disesuaikan

dengan besarnya beban dan kecepatan torak.

3. Fluida kerja bukanlah udara yang dianggap sebagai gas ideal dengan kalor spesifik

yang konstan selama proses siklus berlangsung.

4. Pada motor bakar torak yang sebenarnya, pada waktu torak berada di TMA, tidak

terdapat proses pemasukan kalor seperti pada siklus udara, kenaikan tekanan dan

28

temperatur fluida kerja disebabkan oleh proses pembakaran bahan bakar dan udara

di dalam silinder.

5. Proses pembakaran memerlukan waktu (tidak berlangsung sekaligus). Hal ini

mengakibatkan proses pembakaran berlangsung pada volume ruang bakar yang

berubah-ubah karena gerakan torak. Dengan demikian proses pembakaran harus

sudah dimulai beberapa derajat sudut engkol sebelum torak mencapai TMA dan

berakhir beberapa derajat sudut engkol sesudah torak bergerak kembali dari TMA

ke TMB. Jadi proses pembakaran tidak berlangsung pada volume konstan.

Disamping itu pada kenyataannya tidak pernah terjadi pembakaran sempurna,

sehingga daya dan efisiensinya sangat tergantung pada perbandingan campuran

bahan bakar dan udara, kesempurnaan bahan bakar dan udara tersebut bercampur

dan timing penyalaan.

6. Terdapat kerugian kalor yang disebabkan oleh perpindahan kalor dari fluida kerja ke

fluida pendingin, terutama pada langkah kompresi, ekspansi dan pada waktu gas

buang meninggalkan silinder, perpindahan kalor tersebut karena terdapat perbedaan

temperatur antara fluida kerja dengan fluida pendingin. Fluida pendingin diperlukan

untuk mendinginkan bagian-bagian mesin yang menjadi panas akibat proses

pembakaran, untuk mencegah kerusakan pada bagian-bagian mesin tersebut.

7. Terdapat kerugian energi kalor yang dibawa oleh gas buang dari dalam silinder ke

udara luar. Energi tersebut tidak dapat dimanfaatkan untuk melakukan kerja

mekanik.

29

8. Terdapat kerugian karena gesekan antara fluida kerja dengan dinding salurannya.

Berdasarkan hal-hal diatas, bentuk diagram PV dari siklus sebenarnya tidak sama

dengan bentuk diagram siklus ideal. Siklus yang sebenarnya tidak pernah

merupakan siklus volume konstan (untuk motor bensin). Gambar 2.10 Menunjukkan

bentuk diagram PV dari sebuah motor torak 4 langkah yang sebenarnya.

Gambar 2.9 Hubungan antara diagram pengatur katup dengan grafik tekanan vs

volume untuk motor empat langkah.

(Sumber : Arismunandar, W, 2002, Hal: 31)

2.3.3.1. Siklus Kerja Motor Bensin

Pada umumnya, pada siklus ideal untuk menganalisis motor bakar dipergunakan

siklus udara sebagai siklus ideal.

Dalam analisis siklus udara, khususnya pada motor bakar torak ada tiga macam analisis,

yaitu:

30

1. Siklus udara volume-konstan (siklus Otto)

2. Siklus udara tekanan-konstan (siklus Diesel)

3. Siklus udara tekanan-terbatas (siklus gabungan)

Dalam pembahasan ini penulis menggunakan siklus otto volume-konstan untuk

melakukan perhitungan pada motor bensin.

Untuk menjelaskan makna dari diagram p-v pada motor torak terlebih dahulu

perlu kita pakai beberapa idealisasi, sehingga prosesnya dapat dipahami secara lebih

mudah. Proses yang sebenarnya (aktual) berbeda dengan proses yang ideal tersebut,

dimana perbedaan tersebut menjadi semakin besar jika idealisasi yang digunakan itu

terlalu jauh menyimpang dari keadaan yang sebenarnya, proses siklus yang ideal itu

biasa disebut dengan siklus udara, dengan beberapa idealisasi sebagai berikut:

1. Fluida kerja dalam silinder adalah udara, dimana udara dianggap sebagai gas ideal

dengan konstanta kalor yang konstan.

2. Proses ekspansi dan kompresi berlangsung secara isentropik.

3. Proses pembakaran dianggap proses pemanasan fluida kerja.

4. Pada akhir proses ekspansi, yaitu saat piston mencapai TMB, fluida kerja

didinginkan sehingga tekanan dan suhunya turun mencapai tekanan dan suhu udara

luar (atmosfer).

5. Tekanan fluida kerja di dalam silinder selama langkah buang dan langkah hisap

adalah konstan dan sama dengan tekanan dan suhu udara luar.

Pada gambar (2.9) menunjukkan siklus udara volume konstan (siklus otto):

1. Fluida kerja dianggap sebagai gas ideal dengan kalor spesifik yang konstan

31

2. Langkah hisap (0-1) merupakan proses tekanan konstan

3. Langkah kompresi (1-2) ialah proses isentropic

4. Proses pembakaran volume konstan (2-3) dianggap sebagai proses pemasukan

kalor pada volume konstan.

5. Langkah kerja (3-4) ialah proses isentropic

6. Proses pembuangan (4-1) dianggap sebagai proses pengeluaran kalor pada

volume konstan

7. Langkah buang (1-0) ialah proses tekanan konstan

8. Siklus dianggap tertutup, artinya siklus ini berlangsung dengan fluida kerja yang

sama, atau gas yang berada di dalam silinder pada titik 1 dapat dikeluarkan dari

dalam silinder pada waktu langkah buang, tetapi pada langkah isap berikutnya

akan masuk sejumlah fluida kerja yang sama.

2.4. Komponen Mesin Bensin

2.4.1 Silinder dan Blok Silinder

Blok silinder merupakan bentuk dasar dari mesin, yang berfungsi sebagai tempat

untuk membuat energi panas yang dihasilkan dari proses pembakaran. Blok silinder

terbuat dari besi tuang dan paduan alumunium. Blok silinder dilengkapi rangka pada

bagian dinding luar untuk memberikan kekuatan pada mesin dan membantu

meradiasikan panas. Pada bagian luar blok silinder terdapat dudukan-dudukan untuk

menempatkan kelengkapan mesin, seperti starter, alternator, pompa bensin dan

distributor.

32

Blok silinder terdiri dari beberapa lubang tabung silinder, yang didalamnya

terdapat torak yang bergerak naik-turun. Silinder-silinder ditutup bagian atasnya oleh

kepala silinder yang dijamin oleh gasket kepala silinder yang letaknya antara blok

silinder dan kepala silinder. Silinder berfungsi sebagai tempat untuk menghasilkan

energi panas dari proses pembakaran. Untuk menghindari keausan dan mencegah

kebocoran gas kompresi dan kehilangan panas antara silinder dan torak, maka

permukaaan silinder dilapisi krom.

Gambar 2.10 Blok Silinder Dengan Sistem Pendingin Radiator ( Sumber: Toyota manual handbook, hal: 2-4 )

Gambar 2.11 Blok Silinder Dengan Sistem Pendingin Sirip( sumber: Buku Pedoman Reparasi Honda CB 100, hal: 7-2 )

33

2.4.2 Piston dan Perlengkapannya

Piston berfungsi untuk memindahkan tenaga yang diperoleh dari pembakaran

campuran bahan bakar dan udara ke poros engkol melalui batang torak

Gambar 2.12 Konstruksi Piston.(Sumber: Astra Izusu Training Center, Informasi Umum Automotif)

2.4.2.1 Pegas piston

Pegas piston (piston ring) dipasang dalam ring groove. Ring piston terbuat dari

baja khusus, pada piston terdapat 3 buah ring piston.

Gambar 2.13 Pegas Piston.(Sumber: Astra Izusu Training Center, Informasi Umum Automotif)

34

Ring piston berfungsi untuk:

1. Mencegah kebocoran selama langkah kompresi dan usaha.

2. Mencegah oli yang melumasi piston dan silinder masuk ke ruang bakar.

3. Memindahkan panas dari piston ke dinding silinder

2.4.2.2 Pena Piston

Pena piston (piston pin) menghubungkan dengan bagian ujung yang kecil dari

connecting rod. Dan meneruskan tekanan pembakaran yang berlaku pada torak ke

connecting rod. Pena piston berlubang di dalamnya untuk mengurangi berat yang

berlebihan dan kedua ujung ditahan oleh bushing pena torak (Piston pin boss).

Gambar 2.14 Pena Piston.(Sumber: Astra Izusu Training Center, Informasi Umum Automotif)

Piston dan connecting rod dapat dihubungkan dengan 4 cara:

1. Tipe fixed

2. Tipe full-floating

35

3. Tipe bolted

4. Tipe press-fit

2.4.3 Batang piston

Batang piston (connecting rod) berfungsi untuk meneruskan tenaga yang

dihasilkan oleh piston ke crankshaft. Bagian ujung connecting rod yang berhubungan

dengan piston pin disebut small end, dan bagian yang berhubungan dengan poros

engkol disebut big end. Pada connecting rod terdapat oil hole yang berfungsi untuk

memercikkan oli untuk melumasi piston.

Gambar 2.15 Batang Piston(Sumber: Astra Izusu Training Center, Informasi Umum Automotif)

2.5. Sistem Pengapian

Fungsi sistem pengapian adalah untuk menghasilkan tegangan tinggi yang

diperlukan untuk mengadakan percikan api diantara elektoda busi, sehingga campuran

bahan bakar dan udara dapat terbakar walaupun dengan kecepatan yang berubah-ubah.

Sistem pengapian ada dua macam yaitu pengapian platina dan sistem pengapian CDI.

36

2.5.1 Sistem Pengapian Platina

Platina atau contact breaker dibuka dan ditutup oleh kam platina (breaker cam)

pada sumbu distributor. Ketika kontak ditutup arus mengalir melalui rangkaian rendah

(low tension), kemagnetan timbul di koil pengapian, dari koil langsung disalurkan ke

busi. Breaker cam selanjutnya berputar kembali sehingga platina dalam keadaan terbuka

dan demikianlah proses ini dilakukan berulang-ulang.

Gambar 2.16 Skema Sistem Pengapian Platina AC ( sumber: Buku Pedoman Reparasi Honda CB 100, hal: 14-0 )

Sistem pengapian platina ada dua macam yaitu sistem AC dan sistem DC.

Perbedaan kedua sistem tersebut terdapat pada sumber arus yang dialirkan ke koil. Pada

sistem pengapian platina AC arus dari generator langsung dialirkan ke platina dan koil,

sedangkan pada sistem DC arus dari generator dialirkan ke aki melewati penyearah arus

atau yang disebut dengan kiprok. Dari aki arus dialirkan ke kutub positip koil dan kutub

negatif koil dihubung ke rangkaian platina.

37

Gambar 2.17 Skema Sistem Pengapian Platina DC

2.5.2 Sistem Pengapian CDI

CDI adalah salah satu rangkaian elektronik yang bekerja secara sistematis. Kerja

dari CDI tidak berbeda jauh dengan kerja kam platina. Pada rangkaian CDI pembacaan

sinyal pembakaran dibantu dengan rangkaian electromagnet atau yang disebut dengan

fulser. Fulser ada dua jenis yaitu fulser basah dan fulser kering. Fulser tersebut

dibedakan berdasarkan letaknya. Fulser kering digunakan mengikuti rangkaian

generator kering (tidak terkena oli). Sedangkan fulser basah digunakan mengikuti

rangkaian generator basah (tercelup dalam oli). Kedua fulser tersebut memiliki fungsi

yang sama, perbedaannya terdapat pada pelapisan lilitan. Pada fulser kering hanya

dilakukan satu kali pelapisan sehingga lilitannya tidak begitu kuat, sedangkan pada

fulser basah pelapisan dilakukan dua kali. Fulser basah memang dirancang dengan

pelapisan yang kuat agar oli tidak masuk dalam lilitan, karena oli tersebut akan

menimbulkan konsleting.

Generator

kiproks

Aki

+Koil _

Busi

platina

38

CDI ada dua macam yaitu CDI DC dan CDI AC. Kedua CDI tersebut memiliki

perbedaan pada sumber arus yang digunakan. Pada CDI DC arus yang digunakan

bersumber dari aki, sedangkan pada CDI AC arus yang digunakan bersumber dari

generator. Pada rangkaian DCI DC generator yang digunakan sebagai sumber arus

pengisian aki (pengecasan aki).

Gambar 2.18 Skema Rangkaian CDI AC

Gambar 2.19 Skema Rangkaian CDI DC

Generator Fulser

CDI DCKoil

BusiAki

Pengisian(kiproks)

Generator Fulser

CDI ACKoil

Busi

39

2.5.3 Koil penyalaan ( Ignition coil )

Pada sistem pengapian, ignition coil berfungsi sebagai alat untuk mempertinggi

tegangan listrik dari 12 volt pada baterai menjadi 15.000 sampai 20.000 volt. Untuk

dapat mempertinggi tegangan tersebut, pada ignition coil terdapat dua kumparan :

1. Kumparan primer

Kumparan primer berfungsi untuk menciptakan medan magnet pada koil

penyalaan agar timbul induksi pada kumparan-kumparannya. Ciri dari

kumparan primer adalah kumparan yang memiliki penampang besar dan

gulungan yang sedikit.

2. Kumparan sekunder

Kumparan ini berfungsi untuk merubah induksi menjadi tegangan tinggi yang

selanjutnya dialirkan ke busi untuk dirubah menjadi percikan api. Ciri

kumparan sekunder adalah kumparan yang memiliki penampang kecil dan

jumlah gulungan yang sangat banyak.

Gambar 2.20 Koil Penyalaan( sumber : Daryanto, hal: 97 )

40

2.5.4 Pengontrol waktu (Timing Control)

Tekanan pembakaran dan tenaga yang keluar dari mesin bergantung juga terhadap

waktu penyalaan campuran bahan bakar dan udara yang tepat. Mendahului atau

terlambat waktu penyalaannya mempengaruhi tenaga yang keluar dari mesin. Penyalaan

harus membuat tekanan pembakaran mencapai harga maksimum sesaat setelah piston

melewati TMA.

Gambar 2.21 Diagram Tekanan Pembakaran( sumber : Daryanto, hal: 98)

Keterangan :

Garis Menunjukan timing yang tepat, tekanan pembakaran

mencapai harga maksimum pada saat mulai langkah kerja.

Garis ++++++++++ Menunjukan waktu penyalaan yang mendahului, tekanan

pembakaran maksimum sebelum piston melakukan

langkah kerja

Garis - - - - - - - - - Menunjukkan penyalaan terlambat, penyalaan terjadi pada

saat piston telah bergerak ke bawah, volume ruang bakar

41

menjadi besar, sehingga tekanan pembakaran menjadi

rendah

Pembakaran terjadi pada waktu tertentu, jika tekanan pembakaran yang

maksimum terjadi segera melewati TMA maka penyalaan harus terjadi lebih dulu pada

putaran yang cepat. Piston akan bergerak lebih cepat bila kecepatan motor bertambah

dan waktu penyalaan juga berubah.

2.5.5 Vakum Advancer

Vakum advancer berfungsi untuk memaju-mundurkan saat pengapian sesuai yang

berhubungan dengan besarnya putaran mesin dan beban mesin. Pada saat mesin

berputar dengan sebagian katup dibuka dan dengan beban rendah, maka efisiensi

volume bensin menjadi rendah akibatnya pada tabung inlet terjadi vakum yang tinggi,

campuran kurus bahan bakar sehingga lambat terbakarnya. Karena itu penyalaan

didahulukan. Pada saat mesin pada putaran idle atau stasioner dan posisi katup terbuka

penuh, vakum menjadi rendah sekali, sehingga pengatur vakum tidak bekerja. Pada

rangkaian CDI kerja Vakum Advencer digantikan oleh kerja pematik fulser.

Gambar 2.22 Sistem Pengapian Platina ( sumber: Buku Pedoman Reparasi Honda CB 100, hal: 3-6 )

42

2.5.6 Busi

Fungsi busi adalah menghantarkan arus pengapian keruang bakar, melalui sebuah

elektroda untuk menghasilkan percikan api. Tekanan yang tinggi, temperatur tinggi, dan

tegangan yang tinggi berpengaruh terhadap kinerja busi. Arus pengapian mengalir

melalui elektroda pusat dimana api melompat ke sisi lain yang dihubungkan ke badan

busi. Elektroda busi dibuat dari paduan nikel yang tahan terhadap temperatur tinggi.

Pada busi-busi special bahan elektrodanya dari platina. Jarak antar elektroda busi

berpengaruh terhadap api yang dihasilkan. Jarak elektroda yang terlalu lebar

menyebabkan mesin sukar distarter, sedangkan jarak elektroda yang sempit menyulitkan

pada waktu putaran stasioner dan dipercepat.

Gambar 2.23 Busi dan bagian-bagiannya( sumber : Daryanto, hal: 102 )

43

43

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN DAN PERHITUNGAN

3.1. Diagram Alur Penelitian

mulai

Perencanaaan

Penyetelan mesin

Survey bahan dan alat

pembahasan

Analisa data

Pengambilan data

Pembuatan mesin

kesimpulan

selesai

44

3.2. Lokasi Penelitian

Lokasi penelitian dilakukan di bengkel Rensa Motor yang berada di jalan

Kenteng – Sentolo.

3.3. Alat Pengujian

Dalam penelitian ini alat yang digunakan adalah

Stopwatch

Jangka Sorong

Gelas Ukur

Lem Plastik Steel

Gerinda

Gambar 3.1 Mesin Bor dan Mata Tuner

45

3.4. Jalannya Penelitian

3.4.1 Keterangan Perancangan

Memodifikasi komponen motor bensin dilakukan dengan cara mengganti

sistem pengapian, yaitu dari sistem pengapian platina menjadi sistem pengapian CDI.

CDI yang digunakan oleh penulis dalam penelitian ini adalah CDI (Honda Grand). CDI

ini dipilih karena CDI tidak memiliki pembatas (limitter).

Gambar 3.2 CDI

46

Dalam tugas akhir ini proses pembuatan mesin modifikasi adalah pertama-tama

membuat dudukan fulser pada karter.

Gambar 3.3 Pembuatan dudukan Fulser dengan Mata Tuner

Gambar 3.4 Kalter setelah di tuner

Setelah dudukan fulser dibuat, kemudian fulser dipasang untuk menentukan titik

pematik fulser.

Mata tuner

Dudukan fuser

47

Gambar 3.5 Pemasangan Fulser

Pematik dibuat 15o sebelum TMA. Pematik dibuat dengan cara dilas pada sisi

lempeng kruk as. Kemudian dirapikan dengan mesin bubut agar dapat menentukan tebal

pematik yaitu 2 mm.

Gambar 3.6 Pembuatan Pematik

Jalur kabel dibuat dengan cara mengebor sisi kiri karter. Setelah kabel dimasukan,

lubang ditutup kembali dengan lem plastik steel.

Pematik

48

Gambar 3.7 Rangkaian Mesin

Generator CDI dibuat dengan cara mengganti generator pengisian dengan kawat

yang lebih kecil, kemudian dilakukan pengerasan agar oli tidak masuk dalam lilitan. Hal

tersebut dilakukan dengan tujuan untuk mengurangi konsleting. Koil dipilih dari sepeda

motor (Honda GL Pro), dengan tujuan agar sistem pengapian sesuai yaitu 12V.

Kemudian rangkaian disusun seperti pada skema rangkaian pengapian CDI AC dan

data dapat diambil.

Gambar 3.8 Koil Honda GL Pro

49

3.4.2 Penyetelan Mesin

Setelah mesin selesai dari tahap perancangan dan tahap pembuatan, maka tahap

selanjutnya adalah penyetelan mesin, yaitu tahap dimana mesin di setting sedemikian

rupa sehingga mesin berada dalam kondisi yang paling maksimal. Untuk melakukan

pengambilan data mesin diseting dengan sistem pengapian platina dan pengapian CDI,

dengan kondisi mesin lainnya sama.

Gambar 3.9 Rangkaian Mesin

3.4.3 Persiapan Jalannya Pengambilan Data Melalui Praktek.

Setelah penyetelan mesin selesai maka selanjutnya adalah pengambilan data dari

mesin tersebut, data meliputi:

3.4.3.1 Akselerasi

Pada pengambilan data ini dipersiapkan trek atau jalan lurus sejauh 201 m. Pada

awal trek merupakan titik start dari motor yang akan diuji, sedangkan pada akhir trek

telah ada seorang timer yang menggunakan stopwacth untuk mengukur waktu yang

Platina

Advancer Pengisian

Aki

50

diperlukan motor untuk menempuh jarak 201 m. Jalan yang digunakan adalah jalan

lurus yang ada di jalan Kenteng - Sentolo.

3.4.3.2 Konsumsi bensin

Pada persiapan pengujian konsumsi bensin, penulis menentukan rute yang akan

ditempuh. Yaitu dari perempatan Kenteng ke selatan menuju jalan Wates. Rute ini

dipilih karena jalan ini merupakan jalanan lurus yang tidak terlalu banyak tikungan,

sehingga hasil pengambilan data dapat lebih maksimal. Pada pengambilan data ini

mesin diisi 100 ml liter bensin kemudian menempuh rute yang telah ditentukan tadi

dengan beberapa variasi kecepatan, yaitu pada kecepatan 20 Km/Jam, 30 Km/jam dan

40 Km/jam. Dengan variasi kecepatan tersebut maka dengan 100 ml liter bensin mesin

tersebut dapat menempuh berapa Km adalah data yang diambil. Pengukuran jarak

dipilih speedometer bawaan motor dengan melakukan pembandingan terlebih dahulu

dengan sepeda motor lain, dan ternyata speedometer tersebut masih layak pakai.

3.5. Kesulitan selama penelitian.

Ada kesulitan yang dihadapi penulis dalam mengerjakan penelitian ini :

3.4.4 Penelitian seharusnya dilakukan pada jalan yang tidak banyak

gelombang, tetapi karena kondisi jalan yang sudah agak rusak dan tidak ada

jalan lain yang memenuhi syarat, penulis melakukan pengambilan data pada

jalan tersebut.

51

3.4.5 Mesin ini seharusnya dites menggunakan Dynotest tetapi dikarenakan

rusaknya alat tersebut maka hasil yang didapat hanya berdasarkan perhitungan

teoritis dan praktek.

3.6. Data Kendaraan

Jenis kendaraan : sepeda motor

Tipe mesin : mesin bensin 4 langkah

Jumlah silinder : 1 silinder

Volume sillinder : 99 cc

Daya : 11,50HP / 10500 rpm

Diameter silinder : 50,5 mm

Panjang langkah : 49,5 mm

Perbandingan kompresi : 9,5 : 1

Diameter Throat katup isap : 26 mm

Diameter Throat katup buang : 22,5 mm

Tinggi angkat katup : 5,4 mm

3.7. Perhitungan

Luasan lewat katup (Ais):

Luasan lewat katup dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.13

3210.2,710.2614,3 33 CosAis

= 4,98.10-4 (m2)

52

Luasan piston (Ap)

Luasan piston dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.14

2rAp

= 3,14 x (25,25.10 3 )2

= 2,002 .10-3 (m2)

Kecepatan piston maksimum (Vp max ):

Kecepatan piston maksimum dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.1

Vp = 30

.nS

= 30

1050010.5,49 3

= 17,325 (m/s)

Kecepatan rata – rata udara selama proses isap pada katup isap (Vis):

Kecepatan rata – rata udara selama proses isap pada katup isap dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan 2.9

is

ppis A

AVV

= 17,3254

-3

10.98,4

2,002.10

= 69,65 (m/s)

smVis 13050 (batas aman kecepatan udara melalui katup isap, Kovakh hal 90)

Tekanan akhir proses pengisapan (Pa):

Tekanan akhir proses pengisapan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.16

53

622

102

oisis

oa

VPP

62

10.159,12

69,655,31013,0

aP

= 0,0914 Mpa

Tabel 3.1 Sifat-sifat Udara Pada Tekanan Atmosfer(Sumber: Jp.Hollman, hal 589)

54

Drop pressure yang terjadi ( aP ):

Drop pressure yang terjadi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.10

aina PPP

0914,01013,0 aP

= 0,0099 Mpa

Temperatur Akhir Proses Pengisapan

Temperatur Akhir Proses Pengisapan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan

2.12

1013,02,10,09145,9

1013,02,1

1000

215305

res

= 0,052

Ta =0,0521

1000)052,01(51305

= 353,61K

Efisiensi pengisian untuk langkah hisap( v ):

Efisiensi pengisian untuk langkah hisap dapat dihitung dengan menggunakan persamaan

2.11

)γ(1T

T.

P

P.

1ε

εη

resa

in

in

a1v

0,052)(161,353

305

0,1013

0,0914

19,5

9,51ηv

= 0,826

= 82,6 %

55

Tekanan akhir langkah kompresi

Tekanan kompresi hisap dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.22

1nacom PP (Mpa)

35,15,90914,0 comP

= 1,71 Mpa

Temperatur akhir langkah kompresi (Tcom):

Temperatur akhir langkah kompresi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan

2.23

11 nacom TT

135,15,961,533 comT

= 694,77 K

Kebutuhan udara

Kebutuhan udara untuk membakar 1 kg bahan bakar dalam massa secara teoritis dapat

dihitung dengan menggunakan persamaan 2.17

foth OHCa 8

3

8

23,0

1

kg

ath

96,14

145,08885,03

8

23,0

1

Kebutuhan udara untuk membakar 1 kg bahan bakar dalam mol secara teoritis dapat

dihitung dengan menggunakan persamaan 2.18

32412209,0

1 fth

OHCA

56

kmol

Ath

526,0

4

145,0

12

885,0

209,0

1

Koefisien Kelebihan Udara

Jumlah udara aktual didalam pembakaran dari 1 kg bahan bakar dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan 2.4

tha

a

kg

aa th

96,14

96,141

thA

A

kmol

AA th

526,0

526,01

Tabel 3.2 Komposisi Elementari dan Karakteristik Dari Bensin dan Solar(Sumber: M.Kovakh, 1979, hal 64)

57

Koefisien teoritis dari perubahan molekul ( th ):

Koefisien teoritis dari perubahan molekul dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan 2.5

2

1

M

Mth

049,1

55,0

524,0

th

Koefisien molar aktual ( ):

Koefisien molar aktual dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.31

res

resth

1

047,1

052,01

052,0049,1

Energi yang dikandung 1 kmol hasil pembakaran pada temperatur maksimum yang

tercapai ( "ZU ) adalah:

res

comrescom

res

chemllZZ

UU

M

HHU

1

"

1"

1

(pers 3.32, Kovakh hal 596)

Koefisien pemakaian panas ( Z ) = 0,85 (Kovakh,1979, hal 596)

Energi internal dari 1 mol campuran segar pada langkah ahkir kompresi :

comcomVcom tcU

58

Panas jenis dari campuran segar udara dan bahan bakar ( Vc ) diasumsikan

setara dengan udara pada temperatur (t = tcom). Dengan menggunakan tabel 3.3,

diasumsikan Ct o300 .

Tabel 3.3 Kapasitas Panas Jenis Molar Gas ( Vc ) Pada Volume Konstan(Sumber: M.Kovakh, 1979, hal 67)

59

Vc pada t = tcom = 21,206 Ckmolkj o

maka:

kmolkj

U com

8,6361

300206,21

Energi internal dari 1 mol hasil pembakaran pada akhir langkah kompresi:

Energi internal dari 1 mol hasil pembakaran pada akhir langkah kompresi dapat dihitung

dengan menggunakan persamaan 2.19

comcomVcom tcU "" .

Dengan menggunakan data dari tabel 3.3 untuk tcom =1100 oC dapat dihitung:

222

2

22

22"

NrOHrH

rCOrCOrc

NOH

HCOCOV

27,23

972,2074,026,26131,0808,20044,33129,0202,210"

Vc

kmolkj

U com

93,6981

30027,23"

kj/kmol843,72

052,01

)93,6981052,0(8,6361

052,01535,0

04400085,0"

ZU

Energi yang dikandung 1 kmol hasil pembakaran pada temperatur maksimum

Energi yang dikandung 1 kmol hasil pembakaran pada temperatur maksimum yang

tercapai dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.21

Z

ZVZ

U

TcU

"

"

60

57,69

047,1

843,72"

ZU

Dari tabel 3.4 akan diperoleh nilai Tz (suhu akhir pembakaran) dengan 1

maka nilai Tz adalah:

Tz =2340,29 oC

Tz = 2613,29 K

Tabel 3.4 Energi Internal Hasil Pembakaran (U)(Sumber: M.Kovakh, 1979, hal 70)

61

Tekanan akhir pada akhir langkah pembakaran (Pz) adalah;

Tekanan akhir pada akhir langkah pembakaran dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan 2.24

comcom

ZZ P

T

TP

Mpa

PZ

73,6

71,177,694

29,2613047,1

Rasio penambahan tekanan ( ):

Rasio penambahan tekanan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.28

com

Z

P

P

94,3

1,71

6,73

Tekanan maksimum pada akhir langkah pembakaran (Pz’)

Tekanan maksimum pada akhir langkah pembakaran dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan 2.30

ZZ PP 85,0'

Mpa

PZ

72,5

73,685,0'

Tekanan akhir langkah ekspansi (Pb):

Tekanan akhir langkah ekspansi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.32

62

2nZ

b

PP

Mpa4035,0

5,9

73,625,1

bP

Temperatur akhir langkah ekspansi (Tb):

Temperatur akhir langkah ekspansi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan

2.33

12

nZ

b

TT

K

Tb

53,1488

5,9

29,2613125,1

Tekanan rata-rata (pi)id untuk 1 :

Tekanan rata-rata (pi)id dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.35

1

11

212

1 11

1

111

11 nn

n

aidi nnPP

1,71Mpa

9,5

11

11,35

1

9,5

11

11,25

3,94

19,5

9,50,0914P

11,3511,25

1,35

idi

Tekanan indikasi rata-rata aktual (Pi):

Tekanan indikasi rata-rata aktual dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.36

idii PP

63

Mpa1349,1

17,197,0

iP

Tenaga yang dihasilkan (Wt):

Tenaga yang dihasilkan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.15

hit VPW

Nm52,112

0495,00505,04

1134900 2

tW

Untuk mesin 4-langkah, daya yang dihasilkan (Ni):

Untuk mesin 4-langkah, daya yang dihasilkan dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan 2.29

120

nViPN hi

i

4,13PS1

kW85,9120

1050009914,01349,1

iN

Efisiensi mekanis

Efisiensi mekanis dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.26

Pmech VBAP

64

Tabel 3.5 Faktor Rugi-Rugi Mekanis(Sumber: M.Kovakh, 1979, hal 203)

Maka dari tabel diperoleh untuk 1D

S:

Dengan:

D = diameter piston (m)

S = panjang langkah (m)

98,00505,0

0495,0 <1

Mpa

Pmech

2738,0

325,170135,004,0

Tekanan efektif rata-rata (Pbe):

Tekanan efektif rata-rata dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.25

mechibe PPP

Mpa8611,0

2738,01349,1

beP

Efesiensi mekanis ( mech ):

Efesiensi mekanis dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.6

65

i

bemech P

P

758,0

1349,1

8611,0

mech

Pemakaian Bahan Bakar Spesifik

Pemakaian bahan bakar spesifik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.7

thi

oVi aP

g

3600

jamkWkg

jamkWg

gi

.20299,0

.99,202

96,1411349,1

159,1826,03600

Konsumsi bahan bakar efektif pengereman (gb):

Konsumsi bahan bakar efektif pengereman dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan 2.8

mech

ib

gg

jamkWkg

jamkWg

gb

.26779,0

.79,267

758,0

99,202

Efisiensi indikator ( i ):

Efisiensi indikator dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.2

66

lii Hg

3600

403,0

4499,202

3600

i

Efesiensi thermal efektif ( b ):

Efesiensi thermal efektif dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.3

mechib

305,0

758,0403,0

b

Nb = daya kuda sebesar 9,3 ps = 6,84 kW

Konsumsi bahan bakar perjam (gf):

Konsumsi bahan bakar perjam dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.34

iif Ngg

jamkg

g f

999,1

85,920299,0

67

BAB IV

PEMBAHASAN

4.1. Hasil Perhitungan Siklus

Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Siklus

Keterangan Hasil PerhitunganLuasan lewat katup (A is ) 4,98.10-4 m 2

Luasan piston (Ap) 2,002.10-3 m2

Kecepatan piston masimum (Vp) 17,325 m/sKecepatan rata – rata udara ( isV ) 69,65 m/s

Penurunan tekanan( aP ) 0,0099 Mpa

Koefisien gas buang( res ) 0,052

Temperatur akhir penghisapan( aT ) 353,61 K

Tekanan akhir penghisapan (Pa) 0,0914 Mpa

Efisiensi pengisian( v ) 82,26 %

Tekanan akhir kompresi ( comP ) 1,71 Mpa

Temperatur akhir kompresi ( comT ) 694,77 K

Syhy akhir pembakaran ( zT ) 2613,29 K

Tekanan akhir pembakaran (Pb) 0,4035 MpaTemperatur akhir pembakaran (Tb) 1488,53 KTekanan indikasi rata-rata ( iP ) 1,1349 MPa

Tenaga yang dihasilkan ( tW ) 112,52 Nm

Daya yang dihasilkan ( iN ) 13,35 Ps

Konsumsi bahan bakar per jam ( fg ) 1,999 kg/jam

Bahan bakar spesifik (g i) 0,20299 kg/kW.jam

Konsumsi bahan bakar efektif pengereman (g b) 0,26779 kg/kW.jam

Efisiensi thermal efektif (η b) 0,305

Efisiensi mekanis (η mech) 0,758

Tekanan akhir pada akhir pembakaran ( zP ) 6,73 MPa

68

4.2. Pembahasan

Dengan menggunakan sistim pengapian CDI kecepatan akselerasi dan konsumsi

bahan bakar menjadi lebih baik daripada sistem pengapian platina. Hal itu dapat

dibuktikan dengan Grafik 4.1 dan Grafik 4.2. Semakin tinggi kecepatan yang digunakan

maka akan semakin boros konsumsi bahan bakarnya dan semakin lambat kecepatan

yang digunakan maka konsumsi bahan bakar akan semakin irit. Dengan pengapian

platina pada kecepatan 20 Km/jam mesin dapat menempuh jarak 2786,7 m, pada

kecepatan 30 Km/jam mesin dapat menempuh 2309,7 m dan pada kecepatan 40 Km/jam

mesin dapat menempuh jarak 2011,3 m. Sedangkan pada mesin yang menggunakan

CDI sebagai sistem pengapiannya pada kecepatan 20 Km/jam dapat menempuh 3273,3

m, pada kecepatan 30 Km/jam mesin dapat menempuh jarak 2606,7 m dan pada

kecepatan rata-rata 40 Km/jam mesin dapat menempuh jarak 2048,5 m dengan hasil

yang didapat tersebut dapat diketahui bahwa dengan sistem pengapian CDI maka

konsumsi bahan bakar menjadi lebih irit sebesar 9,36%.

Tabel 4.2 Pengujian Konsumsi Bahan BakarDengan Sistem Pengapian CDI

Pengujian Kecepatan20 km/jam 30 km/jam 40 km/jam

1 3275 m 2607 m 2050 m

2 3267,5 m 2610 m 2053 m

3 3277,5 m 2603 m 2042,5 m

Rata-rata 3273,3 m 2606,7 m 2048,5 m

Konsumsi bahan bakar

32,733Km/l 26,067 Km/l 20,485 Km/l

69

Tabel 4.3 Pengujian Konsumsi Bahan BakarDengan Sistem Pengapian Platina

Pengujian Kecepatan20 km/jam 30 km/jam 40 km/jam

1 2780 m 2306 m 2006 m

2 2795 m 2311 m 2015 m

3 2785 m 2312 m 2013 m

Rata-rata 2786,7 m 2309,7 m 2011,3 m

Konsumsi bahan bakar

27,867 Km/l 23,097Km/l 20,113 Km/l

Konsumsi bahan bakar

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

20 30 40

Kecepatan rata-rata (Km/jam)

Jara

k yan

g di

tem

puh

(met

er)

CDI Platina

Grafik 4.1 Konsumsi Bahan Bakar

Setelah melakukan pengujian akselerasi antara mesin yang menggunakan sistem

pengapian platina dan mesin yang menggunakan sistem pengapian CDI kita dapat

70

menarik kesimpulan bahwa kecepatan akselerasi pada mesin yang menggunakan sistem

pengapian CDI mempunyai catatan waktu yang lebih baik daripada mesin yang

menggunakan sistem pengapian platina. Pada mesin yang menggunakan sistem CDI

menempuh jarak 201m diperlukan waktu 11,34 detik, sedangkan pada penggunaan

sistem pengapian platina, mesin dapat menempuh jarak 201m pada waktu 12,80 detik.

Sehingga mesin setelah dimodifikasi dengan sistem pengapian CDI mengalami

peningkatan sebesar 11,40%.

Tabel 4.4 Pengujian Akselerasi Dengan Sistem Pengapian Platina

Percobaan Stopwatch 1 Stopwatch 2 Hasil Catatan Waktu (Sekon)

1 1,05,28 1,18,11 12 ,832 1,37,03 1,49,67 12,643 0,43,25 0,56,19 12,944 0,44,72 0,57,51 12,79

Tabel 4.5 Pengujian Akselerasi Dengan Sistem Pengapian CDI

Percobaan Stopwatch 1 Stopwatch 2 Hasil Catatan Waktu (Sekon)

1 1,07,44 1,18,74 11,302 1,33,12 1,44,49 11,373 0,58,38 1,09,74 11,364 1,00,16 1,11,17 11,33

Tabel 4.6 Rata-rata Kecepatan Akselerasi

Percobaan Hasil Catatan Waktu (detik)

Platina 12,80

CDI 11,34

71

Perbandingan akselerasi

12,8

11,34

10,511

11,512

12,513

201

Jarak yang ditempuh (Meter)

Wa

ktu

ya

ng

d

ite

mp

uh

(D

eti

k)

Platina CDI

Grafik 4.2 Kecepatan akselerasi pada jarak 201 m

72

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Dengan menggunakan sistem pengapian CDI konsumsi bahan bakar rata-rata

menjadi lebih irit 9,36% daripada mesin yang menggunakan sistem pengapian

platina.

Pada kecepatan 20 Km/jam sistem pengapian CDI lebih efisien 17.46%, pada

kecepatan 30 Km/jam lebih efisian 12,86%, dan pada kecepatan 40 Km/jam

lebih efisien 1,85%.Pada pengujian akselerasi sistem pengapian

Dengan menggunakan sistem pengapian CDI kecepatan akselerasi yang

dihasilkan lebih baik 11,40 % daripada mesin yang menggunakan sistem

pengapian platina.

5.2. Saran

Untuk modifikasi mesin motor kita harus mempunyai perhitungan yang

akurat agar kita tidak mengeluarkan banyak waktu dan biaya. Dengan

pertimbangan dan perhitungan yang matang maka kita dapat meminimalkan

kesalahan-kesalahan yang terjadi sehingga lebih hemat biaya dan semakin

sedikit waktu yang diperlukan unutk mengerjakannya serta hasilnya pun

akan lebih baik.

Sebaiknya pada penelitian berikutnya dilakukan pengujian Dynotest agar

hasil yang didapat lebih akurat.

Daftar Pustaka

Arends, H. Berenschot, Motor Bensin, BPM,1980.

Arismunandar, W, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Penerbit ITB,

Bandung, 2002.

Hollman, Jp, Perpindahan kalor,Erlangga Jakarta,1993.

Khovakh, M : Internal Combustion Engine, Mir Publisher. Moscow, 1979

Maleev, Internal Combustion Engines, Mc. Graw-Hill Book Company, 1975,

Singapore.

Petrovsky, N., Marine Internal Combustion Engine, Mir Publishers, Moscow,

1968.

Suryanto, Wardan. Teori motor Bensin,1989

Toyota manual handbook.

Buku Pedoman Reparasi Honda CB 100.