teknikmesin

PRINSIP KERJA MOTOR BAKAR

DAN KOMPONENNYA

1. Pengertian Motor Bakar

Motor bakar adalah mesin kalor atau mesin konversi energi yang mengubah energi kimia bahan bakar menjadi energi mekanik berupa kerja. Pada dasarnya mesin kalor (Heat Engine) dikategorikan menjadi dua (2), yaitu:

a) External Combustion Engine

Yaitu hasil dari pembakaran udara dan bahan bakar memindahkan panas ke fluida kerja pada siklus. Dimana energi diberikan pada fluida kerja dari sumber luar seperti furnace, geothermal, reaktor nuklir, atau energi surya. Contoh mesin yang termasuk External Combustion Engine adalah turbin uap.

b) Internal Combustion Engine

Dimana energi didapat dari pembakaran bahan bakar didalam batas sistem sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja. Contoh Internal Combustion Engine adalah Motor Bakar torak dan sistem turbin gas. Jadi motor bakar torak termasuk jenis Internal Combustion Engine.

2. Prinsip Kerja Motor Bakar

Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi bolak-balik ( reciprocating engine ). Didalam silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan oksigen dari udara. Gas pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakkan torak yang dihubungkan dengan poros engkol oleh batang penghubung (batang penggerak). Gerak translasi torak tadi menyebabkan gerak rotasi pada poros engkol dan sebaliknya. Berdasarkan langkah kerjanya, motor bakar torak dibedakan menjadi motor bakar 4 langkah dan motor bakar dua langkah.

a. Motor Bakar 4 Langkah

Pada motor bakar 4 langkah, setiap 1 siklus kerja memerlukan 4 kali langkah torak atau 2 kali putaran poros engkol, yaitu:

1. langkah Isap (Suction Stroke)

Torak bergerak dari posisi TMA (titik mati atas) ke TMB (titik mati bawah), dengan katup KI (katup isap) terbuka dan katup KB (katup buang) tertutup. Karena gerakan torak tersebut maka campuran udara dengan bahan bakar pada motor bensin atau udara saja pada motor diesel akan terhisap masuk ke dalam ruang bakar.

2. Langkah Kompresi (Compression Stroke)

Torak bergerak dari posisi TMB ke TMA dengan KI dan KB tertutup.Sehingga terjadi proses kompresi yang mengakibatkan tekanan dan temperatur di silinder naik.

3. Langkah Ekspansi (Expansion Stroke)

Sebelum posisi torak mencapai TMA pada langkah kompresi, pada motor bensin busi dinyalakan, atau pada motor diesel bahan bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar sehingga terjadi proses pembakaran. Akibatnya tekanan dan temperatur di ruang bakar naik lebih tinggi. Sehingga torak mampu melakukan langkah kerja atau langkah ekspansi. Langkah kerja dimulai dari posisi torak pada TMA dan berakhir pada posisi TMB saat KB mulai terbuka pada langkah buang. Langkah ekspansi pada proses ini sering disebut dengan power stroke atau langkah kerja.

4. Langkah Buang

Torak bergerak dari posisi TMB ke TMA dengan KI dan KB terbuka. Sehingga gas hasil pembakaran terbuang ke atmosfer.

Skema masing masing langkah gerakan torak di dalam silinder motor bakar 4 langkah tersebut ditunjukkan dalam gambar berikut

b. Motor Bakar 2 Langkah

Pada motor bakar 2 langkah, setiap satu siklus kerja memerlukan dua kali langkah torak atau satu kali putaran poros engkol. Motor bakar 2 langkah juga tidak memiliki katup isap (KI) atau katup buang (KB), dan digantikan oleh lubang isap dan lubang buang yang dibuat pada sisi-sisi silinder (cylinder liner). Secara teoritis, pada berat dan displacement yang sama, motor bakar 2 langkah menghasilkan daya sekitar dua kali lipat dari motor bakar 4 langkah, tetapi pada kenyataanya tidak demikian karena efisiensinya lebih rendah akibat pembuangan gas buang yang tidak kompit dan pembuangan sebagian bahan bakar bersama gas buang akibat panggunaan sistem lubang. Tetapi melihat konstruksinya yang lebih simpel dan murah serta memiliki rasio daya – berat dan daya – volume yang tinggi maka motor bakar 2 langkah cocok untuk sepeda motor dan alat-alat pemotong.

Dua langkah kerja motor bakar 2 langkah tersebut dijelaskan sebagai berikut :

1. Langkah Torak dari TMA ke TMB

Sebelum torak mencapai TMA, busi dinyalakan pada motor bensin (atau bahan bakar dikompresikan pada motor diesel) sehingga terjadi proses pembakaran, karena proses ini torak terdorong dari TMA menuju TMB, langkah ini merupakan langkah kerja dari motor bakar 2 langkah. Saat menuju TMB, piston lebih dulu membuka lubang buang sehingga gas sisa pembakaran terbuang , setelah itu dengan gerakan piston yang menuju TMB, lubang isap terbuka, dan campuran udara bahan bakar pada motor bensin atau udara pada motor diesel akan masuk ke dalam silinder.

2. Langkah Torak dari TMB ke TMA

Setelah torak mencapai TMB maka torak kembali menuju TMA. Dengan gerakan ini, sebagian gas sisa yang belum terbuang akan didorong keluar sepenuhnya. Selain itu, gerakan piston yang turun menuju TMA menyebabkan terjadinya kompresi yang kemudian akan dilanjutkan dengan pembakaran setelah lubang isap tertutup oleh torak.

Skema masing-masing langkah gerakan torak di dalam silinder motor bakar 2 langkah tersebut ditunjukkan dalam gambar berikut.

3. Komponen-komponen Engine

Engine terdiri dari komponen-komponen engine dan bagian-bagian pendukung kerja engine. Yang dimaksud komponen-komponen engine meliputi: Blok silinder, kepala silinder, mekanik katup, kelengkapan piston, poros engkol, poros nok dan roda penerus. Sedang bagian-bagian penunjang kerja engine meliputi: Sistem pendinginan, sistem pelumasan, sistem bahan bakar dan sistem pengapian.

1. Blok silinder (cylinder block)

Pada bagian linernya sebagai tempat terjadinya proses pembakaran. Selain itu juga sebagai tempat kerjanya komponen-komponen yang lain seperti piston, poros engkol, poros nok. Pada bagian atas blok silinder dipasang kepala silinder dan pada bagian bawah dipasang panci oli.

2. Kepala silinder (Cylinder Head)

Membentuk ruang bakar atau tempat ruang bakar tambahan. Pada kepala silinder juga digunakan untuk menempatkan kelengkapan mekanik katup, saluran pemasukan dan juga saluran pembuangan.

3. Mekanik katup (valve mekanism)

Katup pada umumnya diletakkan pada kepala silinder. Metode penggerak mekanik katup menggunakan: timing gear, timing chain atau dengan timing belt. Adapun fungsi katup untuk membuka dan menutup ruang bakar sesuai proses yang terjadi di dalam silinder.

Gambar : Model Timing Gear

Model timing gear digunakan pada motor jenis OHV (Over Head Valve) dan menggunakan lifter serta push rod.

Timing gear : untuk penghubung putaran poros engkol dengan poros nok, sekaligus menepatkan posisi katup dengan piston.

Gambar : Model Timing Chain

Model timing chain digunakan pada motor jenis OHC (Over Head Cam shaft) atau DOHC (Double Over Head Cam shaft). Poros Noknya terletak pada kepala silinder, digerakkan oleh rantai, serta Roda gigi sprocket sebagai pengganti timing gear. Tegangan rantai diatur oleh tensioner dan getarannya diredam oleh Vibration damper.

Gambar : Model Timing Belt

Pada model timing belt, poros nok digerakkan oleh sabuk yang Bergigi sebagai pengganti rantai. Jenis ini tidak memerlukan tensioner dan pelumasan. Cam shaft dan crank shaft timing pulley: untuk menepatkan posisi katup dengan piston.

4. Kelengkapan Piston (Piston Assy)

Piston berfungsi menghisap dan mengkompresi campuran bahan bakar dan udara pada motor bensin atau udara murni pada motor disel, juga sebagai pembentuk ruang bakar. Selain itu piston juga meneruskan tenaga panas hasil pembakaran menjadi tenaga mekanik pada poros engkol melalui batang piston. Kelengkapan piston terdiri dari: Piston, ring piston, pena piston dan batang piston.

Gambar : Konstruksi piston (Torak)

Compression ring grooves: untuk menempatkan ring kompresi

Oil ring grooves: untuk menempatkan ring oli

Piston pin boss: untuk bantalan dudukan pena piston

Piston pin hole: untuk menempatkan pena piston

Lands: sebagai pembatas ring piston

Skirt: sebagai penyerap panas.

Gambar : Ring piston dan alurnya pada piston

Ring piston terdiri dari ring kompresi (compression ring) dan ring Oli (oil ring). Ring kompresi sebagai perapat kompresi sekaligus Perapat agar pembakaran tidak merambat ke bawah piston. Sedang ring oli untuk menyapu oli pelumas pada dinding silinder agar kembali ke panci oli. Untuk motor dua langkah tidak menggunakan ring oli karena panci oli terpisah dengan ruang engkol.

Gambar : Pena piston (Piston Pin)

Pena piston berfungsi menyambung piston dengan batang piston agar dapat bergerak sesuai fungsinya masing-masing. Oleh sebab itu penyambungan pena piston ada beberapa tipe, antara lain: tipe Fixed, full floating dan semi floating

5. Poros engkol (Crank shaft)

Poros engkol menerima beban dari piston dan batang piston, akibat tenaga hasil pembakaran. Poros ini berfungsi untuk meneruskan tenaga/putaran ke roda penerus.

Gambar 39. Poros engkol (crank shaft)

Oil hole: Untuk saluran pelumasan

Crank pin: untuk tempat tumpuan big end batang piston

Crank journal: sebagai titik tumpu pada blok motor

Counter balance weight: sebagai bobot penyeimbang putaran

6. Poros nok (Cam shaft)

Poros nok adalah sebuah poros yang dilengkapi dengan nok-nok sebagai penggerak mekanik katup. Poros nok sebagai penggerak mekanik katup ada yang hanya untuk katup buang atau katup masuk saja, ada pula yang sekaligus menggerakkan katup masuk dan buang.

7. Roda penerus (Fly wheel)

Roda penerus dipasang pada out put poros engkol dan berfungsi sebagai penerus putaran/tenaga dari mesin ke sistem pemindah tenaga kendaraan (Power train). Kecual i itu roda penerus juga untuk meneruskan putaran dari motor starter ke poros engkol agar mesin dapat distart.

Gambar : Roda penerus (Fly wheel)

8. Panci oli (Oil punch)

Panci oli dipasang pada blok motor paling bawah dan berfungsi sebagai penampung oli motor.

Gambar : Panci oli (Oil punch)

9. Sistem pendinginan (Cooling System)

Secara umum sistem pendinginan engine bensin dan disel sama. Sedangkan fungsi utama sistem pendinginan adalah untuk mengontrol suhu kerja engine. Untuk dapat melaksanakan fungsinya, sistem pendinginan dilengkapi dengan komponen-komponen berikut:

Radiator: menampung air pendingin untuk didinginkan.

Slang bawah radiator: Untuk mengalirkan air ke engine.

Slang atas radiator: Untuk mengalirkan air panas dari engine.

Thermostaat: Sebagai pengontrol suhu kerja engine.

Pompa air/Water pump: untuk mensirkulasikan air.

Tali kipas/Fan belt: Untuk menggerakkan kipas pendingin.

10. Sistem Pelumasan (Lubrycating System)

Sebagian besar mekanik engine yang bergerak memerlukan pelumasan, hal ini dimaksudkan agar komponen-komponen engine tidak cepat aus dan kinerja engine tetap terjaga. Adapun komponen sistem pelumasan meliputi: Saringan (strainer), pompa oli, saringan oli (Oil filter), saluran oli (hole).

11. Sistem Bahan bakar (Fuel System)

Pada prinsipnya sistem bahan bakar berfungsi menyuplai bahan bakar sesuai kebutuhan engine. Sistem bahan bakar engine bensin menggunakan karburator dan sistem bahan bakar engine disel menggunakan pompa injeksi dan nozel. Sistem bahan bakar engine bensin terdiri dari:

Tangki (Fuel tank): sebagai penampung bahan bakar

Pompa (Fuel pump): Menyuplai bahan bakar dari tangki ke Karburator.

Karburator: Untuk mencampur udara dan bahan bakar.

Saringan : Untuk menyaring bensin dari kotoran yang ada.

12. Sistem Pengapian konvensional

Sistem pengapian digunakan pada engine bensin, adapun fungsinya memberikan api bertegangan tinggi ke dalam ruang bakar untuk pembakaran. Komponen-komponen sistem pengapian antara lain:

Baterai: sebagai penyimpan arus listrik.

Kunci kontak (Switch): Untuk memutus dan menghubungkan arus listrik dengan sistem.

Koil: Merubah arus primer menjadi arus skunder bertegangan Tinggi.

Distributor: Mendistribusikan/membagi arus tegangan tinggi ke busi-busi.

Kondensator: Menyimpan arus primer saat platina menutup, dan menyalurkan kembali saat platina membuka.

Busi: Meloncatkan api bertegangan tinggi ke dalam ruang bakar untuk pembakaran.