Prinsip Kerja Motor

Prinsip Kerja Motor dan Pengapian

PRINSIP KERJA MOTORDAN PENGAPIAN

KOMPETENSI1


A. KLASIFIKASI MOTORMotor bakar dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok, yaitu:

1. Motor pembakaran luar (Exsternal CombustionEngine), yaitu motor yang pembakarannya diluarmesin. Contoh : mesin uap, turbin uap dan lain-lain.

2. Motor pembakaran dalam (Internal CombustionEngine), yaitu motor yang proses pembakaran beradadi dalam mesin itu sendiri. Contoh : Motor diesel, motor bensin, motor wankeldan lain-lain.

Gambar 1. Macam motor bakar

Sedangkan motor pembakaran dalam dapat diklasifikasikan:1. Berdasarkan aplikasinya

Motor penggerak mobil, truk, lokomotif, pesawat ringan,kapal, penggerak serbaguna dan pembangkit listrik.

2. Berdasarkan dasar disain mesinnya : 1.Gerak bolak-balik dengan susunan silinder In-line, V,

rotary dan berlawanan 2.Gerak putar seperti motor Wankel.

3. Berdasarkan sikluskerjanya : Motor 4 takdan motor 2 tak

2


4. Berdasarkan katup dan disain lubang katup 1. Susunan katup: model I, L, H, F 2. Jumlah katup : Single Valve (Tiap silinder katup In

maupun Ex adalah satu), Multi Valve (Tiap silinderkatup In maupun Ex lebih dari satu)

3. Mekanik katup : OHV (Over Head Valve), OHC (OverHead Cam Shaft), DOHC (Double Over Head CamShaft).

5. Berdasarkan bahan bakarnya : Bensin, solar, LPG (Liquit Petroleum Gas), alchohol,hydrogen.

6. Berdasarkan metode mencampurnya : Karburator, injeksi pada saluran masuk, injeksi ke dalamsilinder.

7. Berdasarkan metode pengapian: Percikan busi (motor bensin), tekanan kompresi ( motor diesel).

8. Berdasarkan disain ruangbakar: Ruang bakarlangsung: Ruang bakar tak langsung:

9. Berdasarkan metode kontrolnya : Throttling yaitu mengatur jumlah campuran udara danbahan bakar dengan throttle, hanya mengatur aliranbahan bakar, kombinasi

10. Berdasarkan sistem pendinginnya: Pendinginan air dan pendinginan udara

B. MOTOR 4 TAKMotor 4 tak merupakan motor yang satu siklus kerjanyadiperlukan 4 langkah gerakan piston atau 2 putaran engkol.Empat langkah piston tersebut adalah:

1. Langkah Hisap 2. Langkah Kompresi 3. Langkah Usaha 4. Langkah Buang

Siklus motor 4 tak ini ditemukan oleh seorang insiyur Jerman,yaitu Nikolas A. Otto pada tahun 1876, untuk mengenangjasanya maka motor 4 tak sering disebut motor Otto.

Proses kerja motor 4 tak tersebut adalah sebagai berikut:

1. Langkah HisapPiston bergerak dari TMA (Titik Mati Atas) menuju TMB (TitikMati Bawah). Posisi katup hisap terbuka dan katup buangtertutup. Akibat gerakan piston volume didalam silindermembesar sehingga tekanan

3


turun. Turunnya tekanan di dalam silinder menyebabkanadanya perbedaan tekanan diluar silinder dengan didalamsilinder sehingga campuran bahan bakar terhisap masuk kedalam silinder.

Langkah Hisap Langkah kompresi

Gambar 2 . Langkah Hisap dan langkah kompresi

2. Langkah KompresiPiston bergerak dari TMB menuju TMA. Posisi katup hisap dankatup buang tertutup. Gerakan piston menyebabkan volumedidalam silinder mengecil memampatkan/ mengkopresicampuran bahan bakar didalam silinder sehingga tekanandan temperature naik.

3. Langkah Usaha Gambar 4. Langkah Usaha

Beberapa saatsebelum TMA,busimemercikkan apisehinggamembakarcampuran bahanbakar.Terbakarnyacampuran bahanbakar

menyebabkan temperatur dantekanan didalam silinder naik.Tekanan mendorong pistondari TMA menuju TMB, melaluibatang piston gaya tekan

pistondigunakanuntukmemutarporos

engkol, padaporos engkoldigunakan untukmemutar beban.

4


4. Langkah BuangPiston bergerak dari TMB menujuTMA. Posisi katup hisap tertutupdan katup buang terbuka. Gerakanpiston menyebabkan pistonmendoron gas buang ke luarmenuju knalpot melalui katupbuang.

Gambar 5. Langkah Buang

Setela langkah buang maka motor melakukan langkah hisap,kompresi, usaha dan buang, demikian seterusnya sehinggaselama ada proses pembakaran maka motor berputar terus.Siklus kerja motor 4 tak dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar 6. Siklus kerja motor 4 tak5


C. MOTOR 2 TAKMotor 2 tak merupakan motor yang satu siklus kerjanyadiperlukan 2 langkah gerakan piston atau 1 putaran engkol.Dalam 2 langkah piston di atas piston atau di dalam silinderterdapat proses pemasukan campuran bahan bakar,kompresi, usaha dan buang. Sedangkan di bawah piston ataudidalam bak engkol terdapat dua proses yaitu menghisapcampuran bahan bakar dari karburator dan proses memompacampuran ke dalam silinder.

Pada motor 2 tak proses pemasukan campuran bahan bakarke dalam silinder bersamaan dengan proses pembuangan,proses ini lebih popular dengan istilah proses pembilasan,yaitu proses pemasukan gas baru dan mendorong gas buangagar gas buang. Tujuan pembilasan yaitu gas dibuangdidalam silinder dapat terbuang dengan sempurna.Sedangkan istilah proses pemasukan diguna untuk prosesmasuknya campuran ke dalam ruang engkol (crankcase).

Cara kerja motor 2 tak dapat digambarkan sebagai berikut:

1.Pemasukan dan kompresiSaat piston bergerak dari TMB menuju TMA, maka didalamsilinder terjadi proses kompresi, proses ini dimulai saatlubang bilas dan buang tertutup piston, gerakan pistonmenyebabkan campuran bahan bakar yang masukdikompresi sehingga tekanan dan temperatur naik.

Gambar 7. Proses pemasukan dan kompresi6


Dibawahpistonterjadiprosespemasukancampuranbahanbakar.Saatpistonbergerak keTMA,makaruangbakengkolmembesarsehingggatekananturun

Turunnyatekanan didalambakengkolmenyebabkanadanya

perbedaantekanan di luarbak engkoldengan di dalambak engkolsehinggacampuran bahanbakar terhisapmasuk ke bakengkol denganmembuka katupharmonika (reedvalve).

2. Proses Usaha dan kompresi di bak engkol

Gambar 8. Prosesusaha dan kompresidi bak engkol

Beberapa saat

sebelumTMA,busimemercikkan apisehinggamembakarcampuranbahanbakar.Terbakarnyacampuranbahanbakarmenyebabkantemperaturdantekanandidalamsilinder naik.Tekananmendorongpiston

dari TMA menujuTMB, melaluibatang pistongaya tekanpiston digunakanuntuk memutarporos engkol,pada porosengkoldigunakan untukmemutar beban.Proses di bawahpiston saatpiston bergerakdari TMA ke TMBmenyebabkanruang engkolmengecilsehinggatekanan naik,naiknya tekananmenyebabkanreed valvemenutup, prosespemasukancampuranterhenti

piston digunakanuntuk memutarporos engkol,pada porosengkoldigunakan untukmemutar beban.Proses di bawahpiston saatpiston7


bergerakdariTMAkeTMBmenyebabkanruangengkolmengecilsehinggatekanannaik,naiknyatekananmenyebabkanreedvalvemenutup,prosespemasukancampuranterhenti.

3. Proses Buang

Gambar. 9 Proses buang

Beberapa derajatlangkah usaha,lubang buangterbuka sehinggagas buangmengalir ke luarmelalui saluranbuang keknalpot.Sementara itutekanan dibawahpiston semakinbesar akibatruang engkolyang semakinmengecil.

4. Proses Pembilas

Gambar 10. Proses

pembilasan

8


SaatpistonsemakinmendekatiTMBtekanan dibakengkolsemakinbesar,sementaraitulubang bilasterbuka,sehinggacampuranbahanbakardaribakengkolmengalir kedalamsilinderuntukmengisisiliderdengan gasbarudanmend

orong gas buangke luar sehinggasilinder benar-benar bersih darigas buang.

D. Proses PembakaranProsespembakaranpada motorbensin dapatdigambarkansebagai berikut:

Ga

mbar 11.Proses pembakaran

BeberapaderajatsebelumTMA

akhir kompresibusimemercikkanapi,. percikanapi pada busiakan membakardaerahsekeliling busi(1). Campuranbahan bakaryang terbakarakan bergerakmenjauh dari9


busi, dan membakar campuran bahan bakar yang lainsehingga tekanan dan temperature naik (2),, puncak tekananhasil pembakaran (3) terjadi 10-15 setelah TMA. Pada titik(4) merupakan akhir proses pembakaran.

E. Saat PengapianSaat pengapian merupakan waktu terjadinya percikan apipada busi. Saat pengapian yang tepat (Za) akanmenghasilkan tekanan hasil pembakaran yang optimal.Pengapian yang terlalu mundur(Zc) menyebabkan tekananmaksimal hasil pembakaran terjadi melewati 108 sampai 158 sesudah TMA, sehingga tekanan tidak efektif lagi, tenagayang dihasilkan lemah. Sebaliknya pengapian yang terlalumaju (Zb) menyebabkan tekanan maksimal hasilpembakaran terjadi kurang dari 108 sampai 158 sesudahTMA, tekanan tersebut menghambat gerak piston saatkompresi, piston bergetar sehingga menimbulkan suaraketukan dan temperatur tinggi.

Gambar 12. Pengaruh timing pengapian terhadap tekanan dan temperatur mesin

F. Pengajuan Saat PengapianWaktu yang diperlukan proses pembakaran dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya: beban mesin, temperatur mesin,

kompresi, campuran bahan bakar, nilai oktan bahan bakar, bentukruang bakar, penempatan busi, maupun kuatnya percikan

apibusi.

10


Saat putaran mesin tinggi waktu yang tersedia untukmembakar campuran bahan bakar semakin terbatas olehkarena itu pada putaran tinggi saat pengapian harusdimajukan, hal ini untuk menjaga agar tekanan maksimalhasil pembakaran tetap terjadi pada titik yang optimal yaitu108 sampai 15 8 sesudah TMA.

Contoh suatu mesin dirancang saat pengapiannya 88sebelum TMA pada putaran 600 rpm, dengan saat pengapiantersebut diharapkan tekanan maksimal pembakaran terjadi108 setelah TMA. Dari data tersebut berarti tekananmaksimal terjadi setelah = 88 + 108 = 188 setelah saatpengapian, atau perlu waktu:

t = 60 : 360 n = (60 x 18) : (360 x 600 )= 0,005 detik

Dengan asumsi waktu yang dibutuhkan untuk pembakarantetap, maka bila saat pengapian tidak dimajukan makatekanan maksimal hasil pembakatan akan mundur. Misalnyadari contoh di atas putaran mesin naik menjadi 1200 rpm,maka yang diperlukan untuk waktu pembakaran 0,005detik adalah:

1 = (360n x t ) / 60 = (360 x 1200 x 0,005) : 60 = 368

Tekanan maksimal hasil pembakaran adalah 368 - 88 = 288sesudah TMA, dengan tekanan yang terlalu mundur tersebuttenaga mesin menjadi lemah akibat tekanan terjadi padavolume silinder sudah terlalu besar. Agar tekanan maksimaltetap terjadi pada 108 setelah TMA maka saat pengapianharus diajukan menjadi :

1 - 108 = 368 108 = 268 sebelum TMA.

Mekanisme pengajuan saat pengapian ada 2 macam, yaitu:centrifugal advancer dan vacuum advancer. Kedua sistempengajuan tersebut saling melengkapi satu dengan yang lainsehingga diperoleh saat pengajuan yang paling tepat.Hubungan putaran mesin dan pengajuan saat pengapiandapat digambarkan sebagai berikut


Gambar 13. Hubungan putaran mesin dengan pengajuan saat pengapian

G. Urutan Pengapian (Firing Order)Pada motor multi silinder proses pembakaran tiap silindertidak terjadi bersamaan melainkan bergantian secaraberurutan dengan selisih waktu pembakaran :1. Motor 4 tak adalah 720 dibagi jumlah silider, misal motor

4 silider maka selisih waktu pembakaran adalah 720/4 =180 .

2. Motor 2 tak adalah 360 dibagi jumlah silinder, misalmotor 4 silider maka selisih waktu pembakaran adalah360/4 = 90 .

Urutan proses pembakaran atau sering disebut FO (FiringOrder), merupakan urutan percikan api busi guna membakarcampuran bahan bakar. Proses pembakaran terjadi saat akhirlangkah kompresi sehingga urutan percikan api harusdiberikan sesuai dengan urutan siklus kerja pada tiap silinder.Dengan demikian FO sangat erat kaitannya dengan desainmotor, oleh karena itu dalam pemasangan kabel busi kitaharus mengetahui FO mesin tersebut. Contoh motor 4 tak, 4silinder mempunyai FO : 1 3 4 2 , urutan proses

pembakaran dapat digambarkan sebagai berikut:12


Percikan api busiSilinder Proses

1 Hisap Kompresi Usaha Buang3 Buang Hisap Kompresi Usaha4 Usaha Buang Hisap Kompresi2 Kompresi Usaha Buang Hisap

0180

360

540

720

Gambar 14. Diagram urutan pembakaran motor 4 tak, 4 silinder

Kesalahan FO menyebabkan kesalahan memberi api padabusi sehingga tidak ada pembakaran pada silinderbersangkutan. Contoh motor 4 tak, 4 silinder mempunyai FO :1 3 4 2 , Karena salah asumsi arah putaran motor makaFO menjadi 1 2 - 4 - 3, kesalahaan ini menyebabkan silinder2 dan 3 terbalik.

Silinder Proses1 Hisap Kompresi Usaha Buang3 Buang Hisap Kompresi Usaha4 Usaha Buang Hisap Kompresi2 Kompresi Usaha Buang Hisap

0 180360

540

720

Gambar 13 Dampak kesalahan FO pada motor

Percikan api pada silinder 2 terjadi pada saat akhir langkahbuang (530 bila saat pengapian 10 sebelum TMA )akibatnya tidak terjadi proses pembakaran pada silinder 2,demikian juga silinder 3 yaitu percikan api pada busi terjadipada akhir langkah buang (170 bila saat pengapian10sebelum TMA). Saat akhir langkah buang, katup hisap mulaiterbuka karena adanya overlaping katup, kondisi tersebutmenyebabkan munculnya ledakan di karburator bila salah

pemasangan FO, terutama bila saat pengapian terlalumundur atau mendekati TMA dan mesin pincang karenahanya 2 silinder yang bekerja.

13


Gambar 16. Diagram pembakaran mesin V-8

H. Prinsip Terjadinya Percikan ApiSistem pengapian merupakan sistem yang berfungsi untukmenghasilkan percikan api yang kuat pada celah busi, gunamemulai proses pembakaran campuran bahan bakar denganudara di dalam ruang bakar, mengatur saat pengapian (saatperciakan api pada busi) dengan tepat dan saat pengapiansesuai dengan putaran dan beban mesin

Gambar 17. Petir menghasilkan percikan api14


Ilustrasi bagaimana percikan api dapat dihasilkan dapatdilihat dari gejala alam, yaitu terjadinya petir. Petirmenyambar pohon atau rumah menyebabkan rumahterbakar. Petir terjadi akibat perpindahan electron padaawan dengan tanah yang mempunyai perbedaanpotensial yang tinggi, sehingga mampu melewatitahanan udara yang sangat besar.

Gambar 18. Hubungan celah busi dengan tegangan yang diperlukan

Untuk menghasilkan percikan api pada pada celah busidiperlukan tegangan yang sangat tinggi. Hubungan celah busidengan tegangan yang dibutuhkan dapat dilihat pada gambardi atas. Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa untuk celahbusi 0,6 mm diperlukan tegangan minimal 10.000 Volt atau10 kV. Sedangkan untuk celah 0,8 mm) diperlukan teganganminimal 15.000 Volt atau 15 kV.

Sumber energi listrik yang digunakan pada sistem kelistrikanotomotif dengan tegangan 12 Volt, padahal busi memerlukantegangan yang sangat tinggi, untuk merubah tegangan 12 Vmenjadi tegangan tinggi diperlukan Step-Up Trafo, padasistim pengapian step-up trafo adalah koil pengapian(ignition coil).


Gambar 19. Prinsip induksi

Saat kontak ON maka arus listrik mengalir ke primer, inti koilmenjadi magnet. Saat kontak OFF, arus listrik mengalir keprimer koil terhenti, kemagnetan hilang, maka terjadi induksipada skunder koil yang ditunjukkan pada voltmeter. Besarinduksi tergantung dari:

E = N . d /dt

E = tegangan induksi .. Volt

N =jumlah

gulungan

d =jumlah perubahan garis gaya

magnet Weber

dt =perubahan

waktu .. detik

I. Pembangkitan PulsaDari prinsip induksi di atas menunjukkan untuk menghasilkan induksi pada koil pengapian diperlukan aliran

listrik berbentuk pulsa. Berdasarkan teknik pembangkitan pulsanya maka sistem pengapian dapat dikelompokkan menjadi:16


1. Sistem Pengapian KonvensionalSistem pengapian konvensional merupakan sistempengapian yang metode pembangkitan pulsamenggunakan platina (contac breaker). Pemasanganplatina secara seri antara koil pengapian dengan massa.

Gambar 20. Pembangkitan pulsa pengapian konvensional

Saat platina menutup (ON) maka arus listrik megalir padakumparan primer. Saat platina terbuka (OFF), maka arusprimer koil terputus, dan terjadi induksi tegangan tinggipada sekunder koil. Hubung putus platina dilakukan olehporos nok.

2. Sistem pengapian Semi ElektronikSistem pengapian semi elektronik merupakan sistempengapian yang menggunakan tambahan komponenelektronik berupa transistor sebagai saklar elektrik. Kerjatransistor dikontrol oleh platina. Karena platina hanyamengendalikan transistor maka arus yang lewat platinamenjadi kecil dan kontak platina menjadi awet.


Gambar 20. Pembangkitan pulsa pengapian semi elektronik

Saat platina menutup (ON) maka transistor juga ON, dansaat platina terbuka (OFF) maka transistor juga OFF. Jadipulsa platina sama dengan pulsa transistor, perbedaanterletak pada besar arus yang mengalir. Arus yang melaluiplatina harus melalui R3, sehingga arus yang mengalirmenjadi kecil, platina menjadi awet.

3. Sistem Pengapian Elektronik

Gambar 21. Pembangkitan pulsa pada sistem pengapian elektronik menggunakan signal generator

18


Sistem pengapian elektronik merupakan sistem pengapiantidak menggunakan platina (contactlees ignition). Sebagaiganti kontak platina digunakan photo transistor, inframerahatau signal generator. Sistem pengapian elektronikdikelompokkan menjadi 2 yaitu sistem pengapian Transistor(Igniter) dan sistem pengapian CDI (Capastor DischargeIgnition).

Sistem pengapian elektronik pada saat ini yang palingbanyak digunakan karena perawatan lebih mudah karenatidak memerlukan penyetelan, induksi sekunder koiltegangannya sangat tinggi sehingga percikan api kuat,hemat bahan bakar, emisi gas buang rendah dan performamesin sangat baik.

J. RangkumanDitinjau dari suklus kerjanya, motor bensin dibagi menjadidua yaitu motor 2 tak dan motor 4 tak. Motor 2 tak yaitumotor yang satu siklus kerjanya membutukan 2 langkahpiston sedangkan motor 4 tak yaitu motor yang satu sikluskerjanya membutukan 4 langkah piston.

Motor bensin memerlukan percikan api busi untuk memulaiproses pembakaran, percikan api harus terjadi pada saatyang tepat agar diperoleh tekanan hasil pembakaran yangpaling optimal. Untuk menghasilkan percikan api busidiperlukan sistem yang menghasilkan tegangan tinggi, yaitupengapian.

Terdapat 3 model sistem pengapian yaitu: sistem pengapian konvensional, semi elektronik dan elektronik.

J. Evaluasi1. Jelaskan prinsip kerja motor 2 tak dan motor 4 tak. 2. Jelaskan proses pembakaran pada motor bensin 3. Bagaimana dampak saat pengapian yang tidak tepat

terhadap kerja mesin ?. 4. Gambarkan urutan pengapian pada motor 4 tak, 4

silinder bila diketahui FO: 1-2-4-3. 5. Mengapa saat putaran tinggi saat pengapian perlu

diajukan?

5. Bagaimana prinsip merubah tegangan 12 menjaditegangan tinggi.

6. Jelaskan prinsip pembangkitan pulsa pada pengapiankonvensional, semi elektronik dan elektronik.

19

Prinsip Kerja Motor

Documents

Transcript of Prinsip Kerja Motor