BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. MOTOR BAKAR
Motor bakar ada dua macam yaitu motor pembakaran dalam ( internal combustion angine) dan motor pembakaran luar ( external combustion engine),
motor pembakaran luar (external combustion engine) adalah mesin uap, mesin turbin dan lain sebagainya,motor pembakaran dalam ( internal combustion engine) adalah motor Diesel dan motor bensin. Mekanisme pembakaran motor Diesel dikenal dengan sebutan penyalaan kompresi. Bahan Bahan bakar dikompresi sampai tekanan
25 s/d 32 Kg/cm Kg/cm 2 agar
mencapai titik nyala dan bahan bakar terbakar dengan sendirinya. (Daryanto : 1995).
2.1.1. Tinjauan Energi Motor Diesel
Motor diesel dapat dipandang sebagai sistem yang menerima energi, mengubah sebagian energi menjadi kerja dan membuang sebagian energi lain. Aliran energi masuk berasal dari udara dan bahan bakar.Energi yang hilang berupa energi thermal yang terbawa oleh gas buang, energi hilang dari radiator (http://yefrichan.files.wordpress.com/2010/05/motor .com/2010/05/motor-bakar.doc) -bakar.doc) dan rugi gesekan. (http://yefrichan.files.wordpress Qcv
Udara Po , To
Gas Buang
Siklus Dari Mesin
Po , To
Bahan Bakar
P
T
Wc
Gambar 1. Volume Atur Untuk Menganalisa Kerja Maksimum Sumber : http://yefrichan.files.wordpress.com/2010/05/motor-bakar.doc
2.1.2. kompresi
Perbandingan kompresi dari motor bakar adalah perbandingan dari volume V 1 . inci kubik, dari gas dalam silinder dengan torak pada t.m.b terhadap volume V 2 dari gas dengan torak pada t.m.a. perbandingan ditandai dengan r :
r=
V 1 V 2
volume V 2 disebut volume kompresi atau ruang bakar volume V 1 sama dengan jumlah perpindahan torak dan volume volume kompresi. Biasanya perbandingan kompresi mesin diesel sekitar 12 : 1 sampai 19:1 dengan perbandingan kompresi kurang dari 12 : 1 terdapat bahaya bahwa suhu udara tekan tidak cukup tinggi untuk memastikan penyalaan bahan bakar kalau mesin distarter”dingin”. Secara teoritis suatu perbandingan kompresi akan menaikkan efisiensi panas dan menurunkan penggunaan bahan bakar. kenaikkan perbandingan kompresi akan menaikkan tekanan gas makssimum dan suhu pembakaran. Hal ini akan menimbulkan tegangan dan tekanan yang meningkat dalam berbagai bagian dari mesin dan kerugian gesekan yang lebih tinggi. Tekanan dan suhu yang lebih tinggi juga meningkatkan ke ausan mesin sehingga mengurangi keawetan dan keandalannya. (Maleev 1991 : 19).
2.1.3. Daya (Kerja Mekanis Gas Pembakaran)
Dengan mempergunakan alat pengukur tekanan yang teliti, tekanan gas kg di dalam silinder, p
, pada mesin empat langkah dapat diukur dengan cm 2
baik. Pada gambar di bawah ini
l1 menunjukan
posisi torak pada TMA, sehingga
posisi torak TMB, l 2 menunjukan
(l − l ) adalah panjang langkah torak, L. pada 1
2
2.1.2. kompresi
Perbandingan kompresi dari motor bakar adalah perbandingan dari volume V 1 . inci kubik, dari gas dalam silinder dengan torak pada t.m.b terhadap volume V 2 dari gas dengan torak pada t.m.a. perbandingan ditandai dengan r :
r=
V 1 V 2
volume V 2 disebut volume kompresi atau ruang bakar volume V 1 sama dengan jumlah perpindahan torak dan volume volume kompresi. Biasanya perbandingan kompresi mesin diesel sekitar 12 : 1 sampai 19:1 dengan perbandingan kompresi kurang dari 12 : 1 terdapat bahaya bahwa suhu udara tekan tidak cukup tinggi untuk memastikan penyalaan bahan bakar kalau mesin distarter”dingin”. Secara teoritis suatu perbandingan kompresi akan menaikkan efisiensi panas dan menurunkan penggunaan bahan bakar. kenaikkan perbandingan kompresi akan menaikkan tekanan gas makssimum dan suhu pembakaran. Hal ini akan menimbulkan tegangan dan tekanan yang meningkat dalam berbagai bagian dari mesin dan kerugian gesekan yang lebih tinggi. Tekanan dan suhu yang lebih tinggi juga meningkatkan ke ausan mesin sehingga mengurangi keawetan dan keandalannya. (Maleev 1991 : 19).
2.1.3. Daya (Kerja Mekanis Gas Pembakaran)
Dengan mempergunakan alat pengukur tekanan yang teliti, tekanan gas kg di dalam silinder, p
, pada mesin empat langkah dapat diukur dengan cm 2
baik. Pada gambar di bawah ini
l1 menunjukan
posisi torak pada TMA, sehingga
posisi torak TMB, l 2 menunjukan
(l − l ) adalah panjang langkah torak, L. pada 1
2
konstruksi mesin yang biasa, titik sambung s ambung (P) antara batang torak dan penggerak, dan sumbu putaran poros engkol (O), terletak pada sumbu silinder. Maka dalam hal tersebut, L sama dengan dua kali jari-jari poros engkol, R, yaitu yaitu jarak antara O dan C. Titik P terletak pada sumbu pena torak dan bagian batang penggerak yang berhubungan pena torak dinamai ujung batang penggerak. Sedangkan bagian batang pengggerakyang berhubungan dengan pena engkol disebut pangkal batang penggerak. Jika D adalah diameter dalam silinder, maka luas penampang silinder: A = π D
2
4,
dan volume langkah toraknya adalah :
V L = AL = A(l1 − l 2 ) = π D
2
4
(l1 − l2 ).
Dengan demikian, untuk suatu mesin tertentu l,
l1 ,
dan l 2 berturut- turut
dapat diganti dengan V,V 1 Dan V 2 . dalam hal tersebut l dinyatakan dalam cm dan V
dalam
cm 3 .
Luas
∫ p dV = ∫ (PA) dl , mempunyai
diagram
P-V
yang
tertutup
itu
adalah
satuan cm, kg dan menunjukan besarnya kerja
mekanis gas pada torak. Diagram p-v atau P-V seperti seperti terlihat pada gambar di bawah ini :
Gambar 2. Diagram tekanan versus volume Sumber : wiranto arismunanndar “motor diesel putaran tinggi” hal : 7.
Gambar dibawah menunjukan siklus volume konstan yang dianggap sebagai siklus dasar dari setiap mesin empat langkah. Pada waktu torak berada di TMB (titik 1) udara ada pada kondisi atmosfir. Gerakan torak dari TMB ke TMA (titik 2) menyebabakan udara pada kondisi atmosfir tersebut mengalami proses kompresi isentropik torak mencapai TMA, Pada waktu torak berada pada TMA udara dipanasi pada volume konstan sehingga tekanannya naik,Pada gambar tersebut dilukiskan sebagai proses dari titik 2 sampai titik 3, dimana garis 2-3 merupakan garis vertical. Selanjutnya gerakan torak dari TMA ke TMB merupakan proses ekspansi isentropik dari titik 3 ke titik 4, Pada saat torak mencapai TMB (titik 4), udara didinginkan sehingga mencapai kondisi atmosfir (titik1). Gerakan torak selanjutnya dari TMB ke TMA, yaitu dari titik 1 ke titik 0, adalah langkah buang pada tekanan konstan.
Gambar 3. Siklus Volume Konstan Sumber : Sumber : wiranto arismunanndar “motor diesel putaran tinggi” hal : 7 .
Sedangkan gerakan torak pada berikutnya dari TMA ke TMB, yaitu dari titik 0 ke titik 1, adalah langkah hisap pada tekanan konstan yang sama dengan tekanan buang. (wiranto, koichi tsuda, 2004 : 7-8).
2.1.4. Pengaruh Gesekan
Gaya gesek antara torak dan dinding silinder terjadidalam arah yang berlawanan dengan arah torak. Jadi, apabila torak bergerak ke TMB, gaya gesek terjadi kearah TMA.Gaya gesek tersebut di atas terutama terjadi karena adanya gaya antara cincin torak dan dinding silinder. Disamping berkurangnya gaya, akan terjadi pula momen gaya gesek antara pena torak dan ujung batang penggerak, momen gaya gesek antara pangkal batang penggerak dan pena egkol, dan antara poros jurnal dan bantalannya. Dengan adanya gesekan yang terjadi, maka momen putar porospun akan berkurang, hal tersebut juga disebabkan karena adanya peral atan bantu yang harus dilayani, seperti mekanisme katup-katup, pompa bahan bakar, dan sebagainya. Jadi perbandingan antara momen putar rata-rata pada poros terhadap momen putar rata-rata dari gaya gas adalah sama dengan efisiensi mekanis. Kedua momen tersebut di atas berturut-turut adalah sebanding sengan tekanan efektif rata-rata dan tekanan efektif rata-rata indikator. (wiranto arismunandar, koichi tsuda 2004 hal 51).
2.2. CYLINDER BORE DAN PISTON STROKE
Mesin dapat digolongkan menjadi 3 golongan melalui perbandingan langkah piston dengan diameter lubang cylinder. 1. Long stroke engine : yaitu yang langkah pistonnya lebih panjang dari pada diameter silinder. 2. Square Engine : yaitu mesin yang langkah pistonnya sama dengan diamter silinder.
3. Short Stroke : yaitu mesin yang langkah pistonnya lebih pendek dari diameter silinder Pada kecepatan mesin yang sama (rpm sama) kecepatan piston pada square engine atau over-square engine lebih rendah dari pada long stroke engine. Artinya cylinder, piston dan O-Ring tingkat keausannya dapat berkurang dengan menggunakan square engine atau over-square engine, karena itulah jenis mesin ini banyak dipakai pada mobil penumpang.
Gambar 4. perbandingan langkah piston dengan diameter lubang cylinder Sumber. http://www.mobil-ku.com 2.3. PISTON DISPLACEMENT
Volume langkah (piston displacement) atau disingkat displacement adalah jumlah volume dari TMA ke TMB (untuk mesin yang cylindernya lebih dari satu disebut dengan total displaecment). Umumnya semankin besar displamentnya maka semakin besar pula tenaga mesinya, karena campuran udara dan bahan bakarnya lebih banyak.
Gambar 5. Piston Displacement Sumber : Sumber. http://www.mobil-ku.com
Menurut Daryanto (1995) volume langkah ( piston displacement ) dari sebuah mesin dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : V =
π
4
× D 2 × L × N
= 0.7854 x D 2 x L x N π =
perbandingan keliling lingkaran terhadap garis tengah lingkaran tersebut (=3.14159)
V = piston displacement D = diameter cylinder L = Langkah pispon N = Jumlah Cylinder
2.4. PERBANDINGAN KOMPRESI
Perbandingan kompresi adalah seberapa banyak campuran udara bahan bakar yang dihisap dikompresikan dalam silinder selama langkah kompresi. Dengan kata lain perbandingan silinder dengan piston pada posisi TMB (V2)
dengan volume ruang bakar dengan piston diposisi TMA (V1). Perhitungannya adalah sebagai berikut ;
Gambar 6. Perbandingan kompresi Sumber : Sumber. http://www.mobil-ku.com
V1 = Volume langkah V2 = Volume langkah piston Selanjutnya perbandingan kompresi yang lebih tinggi menghasilkan tekanan gas pembakaran yang lebih besar pula, dan menghasilkan output yang besar.
2.5. KOMPONEN MESIN DIESEL
Komponen-komponen didalam mesin terbagi menjadi dua macam yaitu komponen statis dan komponen dinamis. 2.5.1. Komponen Statis
Komponen statis adalah komponen yang bersifat diam atau tidak bergerak, Komponen-komponen statis motor Diesel antara lain :
1. Blok Silinder ( cylinder block)
Sebagian besar dari mesin silinder jamak mempunyai silinder yang dicor di dalam blok, meskipun mesinnya besar, biasanya setiap silinder dikunci dalam bagian yang terpisah dengan penguat menyilang diantara bagiannya. Beberapa mesin menggunakan silinder yang dicor dengan dinding jaket air sebagai satu potongan. Lapisan silinder terbuat dari beberapa jenis yaitu jenis basah, dimana permukaan luar langsung bersentuhan dengan air. (Maleev 1991 : 34). Penggunaan tabung silinder memungkinkan silinder diganti setiap saat diperlukan, umpamannya karena aus atau sebab-sebab lain. Tabung tersebut di buat dari besi tuang dan mendapatkan perlakuan panas (heatreatment) untuk memperoleh ketahanan terhadap keausan yang lebih tinngi. Bila mesin digunakan dalam waktu yang cukup lama, dinding silinder akan sedikit menjadi aus, ini dapat diperbaiki dengan jalan mengebor kembali dinding silinder, silinder yang telah dibor memerlukan torak dengan ukuran lebih besar
disebabkan
bertambahnya
diameter
linier
(www.otomotifmachine.blogspot.com/).
Gambar 7. Blok silinder ( silinder type in-line) Sumber : http://idkf.bogor.net/yuesbi/e-DU.KU/edukasi.net/Peng.Pop/ Otomotif/Mesin.4Tak/bagian-hal5.htm
silinder.
Secara umum terdapat tiga tipe utama konstruksi silinder yaitu : 1. Silinder Integral Silinder integral adalah dimana silindernya dicetak menjadi satu unit dengan blok engine, hal ini secara umum adalah blok engine yang terbuat dari bahan besi tuang kelabu dan khusus untuk silindernya ditambah dengan bahan lain agar kuat dan dapat dibentuk sesuai dengan ukuran yang dikehendaki.
Gambar 8. Silinder Integral Sumber : http://www.scribd.com/doc/38274151/Sistem-Kepala-Silinder-Dan-BlokSilinder
2. Tabung Kering. Tabung silinder kering digunakan pada blok silinder yang akan diperbaiki kerena rusak. Tabung juga digunakan pada blok engine yang bahannya terbuat dari bahan yang lebih rendah kekuatannya dari besi tuang kelabu. Tabung kering dalam pemasangannya pada blok engine mempunyai dua metoda yaitu : pertama tabung dipasang dengan interferens. Kedua adalah pada sisi bagian atas tabung terdapat flange yang menempatkan tabung pada blok engine, selanjutnya tabung akan terjamin pada blok engine dengan pemasangan cylinder head.
Gambar 9. Tabung silinder jenis kering Sumber : http://www.scribd.com/doc/38274151/Sistem-Kepala-Silinder-Dan-BlokSilinder
Keterangan : 1. Blok silinder 2. Silinder liner
3. Tabung Basah atau Sisipan Apabila menggunakan tabung basah maka blok engine dicor tanpa silinder atau tabung sisipan, dan apabila tabung atau sisipan dipasangkan pada blok engine maka tabung tersebut akan berhubungan langsung dengan mantel air pendingin. Pada bagian atas dan bawah tabung diberikan seal untuk mencegah kebocoran air pendigin.
a
b
Gambar 10. Jenis tabung silinder Sumber : http://www.scribd.com/doc/38274151/Sistem-Kepala-Silinder-Dan-BlokSilinder
Keterangan : a) Tabung Silinder Basah Jenis Berdiri 1. O-Ring (karet) 2. Saluran air b) Tabung Silinder Basah Jenis Menggantung 1. Plastik penyekat (khusus) Hal yang penting didalam pengalusan permukaan silinder adalah harus mendapatkan sudut crosshatch yang tepat. Sudut crosshatch yang dikehendaki secara
umum
sebesar
30-45
derajat.
Perhatikan
gambar
berikut
yang
memperlihatkan bentuk crosshatch pada tabung silinder. Pada umumnya penyebab utama keausan silinder disebabkan oleh abrasi, erosi dan korosi. a. Abrasi disebabkan adanya benda lain yang masuk kedalam silinder. Secara umum penyebab hal ini adalah perlakuan servis yang tidak baik. b. Erosi adalah sesuatu akibat secara normal dari pergesekan. c. Korosi adalah diakibatkan penimbunan zat-zat yang diproduksi pembakaran.
Keausan yang maksimum akan terjadi pada daerah bagian atas dari pergerakan cincin piston. Keausan didalam silinder tirus dengan tingkat keausan yang lebih besar pada bagian atas silinder. Hal ini disebabkan karena pembakaran terjadi diakhir langkah kompresi dan pada posisi ini lah tekanan dan temperatur maksimum terjadi. Tekanan dan panas akan turun seiring dengan piston bergerak kearah titik mati bawah, sehingga keausan terlimitasi.Hal ini terjadi pada sisi kerja piston, atau pemasangan piston yang tidak benar, atau batang piston yang bengkok.
Gambar 11. Keausan pada silinder
2. Bak Engkol (carter)
Bak engkol ( carter ) merupakan kelanjutan dari blok silinder (cylinder block ) yaitu bagian dibawah blok silinder ( cylinder block ).
Gambar 12. konstruksi bak engkol ( carter ) Sumber : http://idkf.bogor.net/yuesbi/e-DU.KU/edukasi.net/Peng. op/Otomotif/Mesin. Tak/bagian-hal5.htm
Bak engkol atau carter ini adalah bagian bagian komponen mesin yang terletak bagian bawah mesin, yang memiliki fungsi sebagai wadah untuk menampung minyak pelumas. Bak engkol ini terdiri dari belahan-belahan yang setiap belahan dilapisi oleh packing (gasket) sebagai perapat antara setiap permukaan belahan, agar dapat mencegah kebocoran oli. Belahan-belahan terebut diikat dengan baut-baut blok yang sewaktu-waktu bias digunakan untuk membuka mesin bila terjadi kerusakan dalam bak engkol.
3. Kepala Silinder (cylinder head)
Kepala silinder (cylinder head ) pada motor Diesel kekuatannya harus sama dengan yang lainya. Kepala silinder (cylinder head ) ini juga harus lebih berat dan lebih tahan terhadap tekanan pembakaran yang lebih tinggi dan juga tahan terhadap getaran. Kepala silinder (cylinder head ) pada motor Diesel menggunakan baut yang lebih banyak dari pada kepala silinder (cylinder head ) pada motor bensin agar memastikan hubungan yang sempurna diantara kepala silinder (cylinder head ) dengan blok silinder (cylinder block ).
Gambar 13. Konstruksi kepala silinder Sumber : http://live-otomotif.blogspot.com/2010/06/kepala-silinder.html
Keterangan : 1. Roker arm pivots to open valve 2. Valve clearance adjuster 3. Rocker safht 4. Stude hole 5. Threaded hole for bolting rocker cover to cylinder head 6. Spring close valve 7. Intake ports 8. Housing for thermostat 9. Pushrod moves up and down to vipot roker arm 10. Valve retainer
2.5.2. Komponen Dinamis
Komponen Dinamis adalah komponen mesin yang dapat bergerak. Komponen-komponen dinamis pada motor Diesel adalah : 1. Torak (Piston)
Pada torak motor diesel terdapat gaya-gaya yang yang bekerja pada torak yaitu : gaya gas pada puncak torak, gaya inersia torak, pena torak dan ujung batang penggerak, gaya gesek antara torak dan dinding silinder dan gaya samping torak yang tergantung pada sudut inklinasi batang penggerak maupun pada gayagaya tersebut di atas. Torak haruslah tahan terhadap semua gaya tersebut dan dapat bergerak sebaik-baiknya di dalam silinder. Selain itu kontruksinya dapat sedemikian rupa sehingga tidak terjadi kebocoran gas dari ruang baker, tetapi harus dapat memindahkan kalor dari torak ke dinding silinder dengan sebaik baiknya, supaya torak tidak menjadi terlalu panas. Tempratur torak dijaga supaya tetap berada dalam batas-batas yang diperbolehkan, sehingga tetap dapat
mempertahankan kekuatannya dan menghindari tegangan termal pada tempratur tinggi. (wiranto arismunandar koichi tsuda, 2004 : 95).
Gambar 14. Torak dan perlengkapan torak Sumber : wiranto arismunanndar “motor diesel putaran tinggi” hal : 95. Keterangan : 1. Torak (piston) 2. Cincin kompresi 3. Cincin minyak 4. Pena torak 5. Cincin kunci 6. Cincin kunci Torak paduan aluminium memiliki konduktivitas termal yang baik, tetapi koefisien pemuaiannya pada umumnya tinggi. Koefisien pemuaian tersebut kira-kira dua kali lebih besar silinder besi tuang atau baja. Bahkan pada logam paduan “Lo-Ex”
yangmengandung silikon
untuk memperkecil
pemuaian
termalnya, koefisien pemuainnya mengandung masih 1,5 kali lebih besar. Selama mesim bekerja menghasilkan daya poros yang besar, pusat poros torak dan tepi torak dapat bertempratur, berturut-turut 400 0 C dan 200 0 C sampai 250 0 C. Jadi,
tempratur kedua bagian tersebut dapat berbeda 150 0 C. Hal inilah yang menyebabkan mengapa torak memuai lebih banyak dari pada silinder. (wiranto arismunandar koichi tsuda, 2004 : 101). Panjang torak menentukan tekanan sisi yang dihasilkan dari penyudutan gerakan batang engkol. Torak yang lebih panjang akan berjalan secara lebih sepi dan pukulannya kurang, karena pertambahan panjang akan memperkecil sudut dari gerakan ke sisi yaitu dapat terlihat pada gambar di bawah ini, dimana X1 menjadi X2 untuk kelonggaran C tertentu antara torak dan silinder yantg diperlukan untuk menjaga terhadap pemuaian. (Maleev, 1991 : 46).
Gambar 15. Pengaruh panjang torak Sumber : maleev “perasi dan pemeliharaan mesin diesel” hal. 46.
Kelonggaran antara torak dengan lapisan silinder bervariasi dengan desain mesin dan diameter torak. Aturan yang umum adalah memberikan kelonggaran paling sedikit 0.005 in diantara tepi torak dan lapisan silinder, untuk torak besi cor sampai diameter 4½ in. bagian atasnya ditiruskan, sehingga kelonggaran pada puncak torak lebih besar. Ini adalah pengukuran dingin, dan ketika mesin menjadi panas, kelonggaran puncaknya kira-kira sama dengan
kelonggaran tepi dingin. Dengan torak aluminium kelonggarannya harus dua kali lipat dari pada dengan torak besi cor. (Maleev, 1991 : 47).
2. Ring Piston ( Cincin Torak)
Pada puncak torak disisipkan beberapa cincin kompresi yang memiliki masing-masing fungsi : 1. Menyekat ruangan antara torak dan lapisan silinder, untuk mencegah gas pembakaran tekanan tinggi atau pengisian udara dari pelarian menuruni lapisan silinder selama langkah kompresi . 2. Meneruskan panas dari torak kelapisan silinder yang didinginkan air dan 3. Menyerap bagian tertentu dari naik turunnya desakkan sisi torak. Cincin minyak berguna untuk menyapu sebagian besar dari minyak lumas yang dipercikkan ke atas oleh poros engkol dan batang engkol mengurangi banyaknya minyak yang terbawa ke atas dan terbakar dalam ruang bakar. Pada saat yang sama minyak lumas yang cukup untuk dibawa kebagian atas lapisan silinder selama langkah naik untuk memberikan pelumasan yang baik bagi torak dan cincin kompresi. Torak kerja ganda tidak mempunyai cincin minyak, karena tidak ada minyak dipercikkan pada lapisan silinder. Untuk mempermudah pemakaian atau kedudukan muka cincin, beberapa cincin mempunyai sudut kecil, ½ sampai 1 derajat, terhadap permukaan sehingga pertama kali luas persinggungannya sangat kecil dan pemasukannya agak cepat, kemudian selanjutnya berkurang. Cincin semacam ini memberikan penyekatan rapat yang baik.(Maleev, 1991 : 50).
Kelonggaran cincin torak tidak boleh memiliki kelonggaran lagi antara sisi dan alurnya kecuali yang diperlukan untuk memungkinkan gerakan. Kebutuhan untuk kelonggaran sisi ini sebesar 0,002 sampai 0, 0025 in. Pada mesin berlubang kecil (lubangnya sekitar 4 sampai5 in). mesin dengan lubang 11 sampai 12 in harus mempunyai kelongggaran dari 0,003 sampai 0,005in. cincin tora ketika disisipkan kedalam lubang silinder harus mempunyai kelonggaran pada kedua ujungnya, yaitu harus mempunyai kelonggaran celah dari 0,015 sampai 0,020 in pada mesin kecil dan sampai 0,070 in pada mesin berlubang besar. (Maleev, 1991 : 52-53). Celah antara kedua ujung cincin kompresi, ketika disisipkan dalam keadaan dingin dalam silinder, harus cukup besar sehingga ketika cincin memuai dengan suhu torak maksimum maka kedua ujungnya tidak saling menekan dan membengkokkan cincin. Cara pemotongan sudut bervariasi. Pada umumnya cincin ujugnya dipotong bujur sangkar, suatu desain yang menyulitkan kebocoran gas mempunyai potongan ujung dengan sudut 45 0 . (Maleev, 1991 : 53). Dalam keadaan terpasang akan terjaidi tekanan kontak antara cincin dan dinding silinder, sebesar kira-kira 1 kg/cm2.
Gambar 16. Cincin kompresi dalam keadaan terpasang Sumber : wiranto arismunanndar “motor diesel putaran tinggi” hal : 96.
Dalam keadaan tersebut B < BP dan T < T P. Akan tetapi untuk memasukkan cincin torak kedalam alurnya, terlebih dahulu cincin torak harus direntangkan sehingga celah c menjadi lebih lebar bila dibandingkan dengan celah cincin yang terlihat pada gambar berikut.
a).
b)
Gambar 17. cincin torak Sumber : wiranto arismunanndar “motor diesel putaran tinggi” hal : 96. Keterangan : a) terpasang di dalam silinder b) Cincin torak dalam keadaan bebas Posisi cincin torak didalam alurnya pada waktu langkah ekspansi, dimana kerapatan udara dapat dipertahankan dengan sebaik-baiknya. Pada keadaan tersebut diluar cincin menekan rapat pada dinding silinder, sedangkan sisi bawah cincin menekan rapat pada dinding bawah alurnya yang merupakan bidang datar. Kebocoran gas atau udara melalui sambungan cincin torak tidak dapat di cegah, tetapi jumlahnya tidak banyak. seperti yang terlihat pada gambar beri kut :
Gambar 18. Beberapa bentuk sambungan cincin Sumber : wiranto arismunanndar “motor diesel putaran tinggi” hal : 97.
Jika laju perubahan tekanan
p
tidak besar dan kelonggaran daerah
pertama, ( BP – B) serta (TP – T ) tidak kecil, maka tekanan gas pada cincin yang pertama dapat terlihat pada gambar berikut bagian (a). oleh karena pada permukaan sisi luar dan sisi bawah cincin terdapat lapisan minyak pelumas dan distribusi tekanannya berubah linier dari P sampai P1, maka tekanan gas disisi atas lebih besar dari pada sisi bawah, dan tekanan gas pada sisi dalam lebih besar dari pada bagian sisi luar torak. Keadaan yang terlihat pada gambar berikut merupakan syarat dasar untuk memperoleh kerapatan udara. Tetapi, disamping gaya gas pembakaran, ada inersia , gaya elastis, dan gaya gesek pada sisi luar cincin torak, seperti yang terlihat pada gambar berikut :
Gambar 19. Distribusi tekanan dan gaya penampang pada cincin kompresi. Sumber : wiranto arismunanndar “motor diesel putaran tinggi” hal : 96.
Apabila jumlah gaya gas yang bekerja ke samping (ke arah dinding silinder) dan gaya elastis, dikalikan dengan koefisien gesekan, maka dapat ditntukannya koefisien gesek. Selama separuh langkah ekspansi yang pertama, gaya inersia dan gaya gesek bekerja ke atas. Jika jumlah kedua gaya gas yang bekerja ke bawah., maka cincin akan terangkat maka terjadi kebocoran. Apabila gas pembakaran lolos dari cincin kompresi yang pertama, p1 akan naik dan kalau lolos juga dari cincin kompresi yang kedua, dan seterusnya,
maka gas dapat masuk ke ruang engkoljika kebocoran tersebut terlalu besar maka gas pembakaran akan ke luar ke atmosfir melalui lubang ventilasi. Fenomena tersebut dikatakan
“hembusan” ( blow by) cincin torak. Hembusan itu
mengakibatkan kerugian daya dan keusakan mesin. (wiranto arismunandar koichi tsuda, 2004 : 96 - 97). Cincin kompresi juga berfungsi mentransmisikan panas dari torak ke dinding silinder. Maka dalam hal tersebut, cincin torak yang pertama yang terletak pada bagian torak yang bertempratur tinggi juga memegang peranan utama. Pada gambar berikut ini menunjukan adanya perpindahan panas langsung dari bagian permukaan torak ke dinding silinder, tetapi perpindahan kalor yang utama terjadi melalui bidang – bidang kontak antara sisi luar cincin dan dinding silinder. Di anatara bidang – bidang kontak tersebut terdapat lapisan minyak pelumas. (wiranto arismunandar koichi tsuda, 2004 : 97).
a) b) Gambar 20. a. Perpindahan kalor melalui torak
b. Sisipan alur cincin torak Sumber : wiranto arismunanndar “motor diesel putaran tinggi” hal : 97
Pada gambar berikut ini menunjukan penampang cicncin torak sisi paralel atau persegi panjang, yang biasanya mengalami kemacetan apabila tempratur alurnya melampai 200 0 C. sedangkan cincin tirus 2 sisi dapat bekerja dengan baik sampai 250 0 C. kelonggaran pada cincin kompresi tirus dua sisi, maka cincin kompresi tirus satu sisi berubah sesuai dengan gerakan torak sehingga dapat mengeluarkan endapan – endapan dari dalam alurnya.Oleh karena sisi bawah cincin dan permukaan alur cincin kompresi satu sisi adalah datar, maka penyekatan dapat dilakukan lebih baik, karena penampang cincin komprei satu sisi tidak simetris, maka sangat mudah terpuntir pada waktu terjadi defleksi. Hal tersebut dapat dicegah dengan mempergunakan kontruksi (cincin kompresi tirus tak simetris). (wiranto arismunandar koichi tsuda, 2004 : 98).
Gambar 21. Jenis penampang cincin kompresi Sumber : wiranto arismunanndar “motor diesel putaran tinggi” hal : 98.
Permukaaan kontak anatara cincin pertama dengan dinding silinder dan torak, yang nudah aus karena tempratur tekanan tinggi, biasanya dilapisi dengan khronium. Dalam hal ini, permukaan silinder dan alur yang bersangkutan tidak boleh dilapisi dengan khronium. Hal ini disebabkan karena dua permukaan yang
terbuat dari bahan yang sama mudah melengket satu sama lain. (wiranto arismunandar koichi tsuda, 2004 : 99). Minyak pelumas secukupnya. Keadaan paling keritis terjadi pada saat torak berada pada titik-titik matinya, yaitu dimana kecepatan toraknya sama dengan nol. (wiranto arismunandar koichi tsuda, 2 004 : 100). Pada gambar berikut dibawah ini menunjukan sebuah cincin minyak (a) yang dipasang pada torak (b). apabila torak bergerak dari TMA ke TMB, tepi bawah E 1 menggaruk minyak pelumas dari dinding silinder dan mengalirkannya kedalam torak melalui saluran V 1 . sedangkan tepi E 2 menggaruk minyak pelumas dan memasukkannya ke dalam silinder melalui saluran S dan V 2 . Apabila torak bergerak dari TMB ke TMA, tepi E 3 menggaruk minyak pelumas dan menalirkannya melalui saluran
S dan
V 2 . meskipun demikian, proses
penggarukan minyak pelumas tidak berarti menghilangkan sama sekali minyak pelumas dari permukaan silinder, tetapi masih harus meninggalkan lapisan
Gambar 22. Cincin minyak celah beralur Sumber : wiranto arismunanndar “motor diesel putaran tinggi” hal : 101.
3. Batang Torak ( connecting rod )
Batang torak (connecting rod ) menghubungkan torak ( piston) dengan poros engkol ( crankshaft ) sehingga gerakan torak ( piston) yang tadinya gerak translasi lurus bolak-balik (reciprocal ) kemudian diturunkan ke poros engkol (crankshaft ) diubah menjadi gerak putar atau rotasi. Bagian dalam batang piston (connectingrod ) berlubang yang berfungsi sebagai saluran minyak pelumas untuk pelumasan. Pada ujung batang piston ( connecting rod ) dipasang (busing) silinder sebagai bantalan pen piston yang dibuat dari perunggu timah hitam atau perunggu phosfor. Pangkal batang piston ( connecting rod ) dibuat terbagi menjadi dua bagian tempat dipasang bantalan-bantalan pena poros engkol (crankshaft ).
Gambar 23. Batang torak ( connecting rod ) Sumber :
http:// blogspot.com/2009/04/komponen-utama-engine-dan fungsinya.html
Keterangan : 1. Rod small end
5. Rod nut
2. Rod bushing
6. Rod cap
3. I-Beam
7. rod bolt
4.Rod bearing insert
8. connecting rod
4. Pena Torak ( piston pin)
Pena torak ( piston pin) menghubungkan torak ( piston) dengan bagian ujung yang kecil ( small end ) pada batang torak ( connecting rod ), dan meneruskan tekanan pembakaran yang berlaku pada torak ( piston) ke batang torak (connecting rod ). Pena torak ( piston pin) berlubang didalamnya untuk mengurangi berat yang
berlebihan dan kedua ujung ditahan oleh bushing pena torak ( piston pin boss). Pena torak ( piston pin) ditahan oleh dua buah pengunci ( snap ring) pada kedua ujungnya.
Gambar 24. Pena torak ( piston pin) Sumber : http://live-otomotif.blogspot.com/2010/06/kepala-silinder.html Keterangan : 1. Pin piston
4. Snap ring
2. Connecting rod
5. Snap ring
5. Mekanisme Katup (valve mecanisme)
Katup harus dapat ditutup rapat pada dudukannya oleh pegas katup supaya tidak terjadi kebocoran udara atau gas buang., katup dibuka oleh tuas penekan katup, yang digerakkan oleh poros kam dengan putaran tapet dan batang
penekan. Tuas merupakan alat pengubah arah gerakan. Tuas tersebut dapat berayun pada batang tuas. Poros kam digerakkan oleh poros engkol dengan perantaraan transmisi roda gigi atau rantai. Kecepatan putar poros kam adalah setengah kecepatan putar poros engkol, untuk mesin empat langkah. Dibawah ini menunukan gambar meknisme katup-katup atas “over head valve gear”.
Gambar 25. mekanisme katup Sumber : http://live-otomotif.blogspot.com/2010/06/kepala-silinder.html
Pemuian pada tangkai katup dan bagian yang lain dari penggerak katup ketika mesin panas mempunyai kecendrungan untuk memegang katup keluar dari dudukannya dan beberapa tindakan harus dilakukan untuk mengatasi keadaan ini. Metoda yang paling umum digunakan untuk memungkinkan pemuaian ini adalah memberikan kelonggaran (lash) antara puncak tangkai katup dan mekanisme pengangkatan katup. Kelonggaran yang berlebihan akan menyebabkan operasi yang bising dan keusan berlebihan dan juga akan menyebabkan pengaturan waktu yang tidak tepat, karena katup akan membuka lebih lambat dan menutup lebih awal dari pada yang dilakukan dengan kelonggaran yang layak. (Maleev, 1991 99-100)
A. Pengaturan Celah Bebas Katup
Kelonggaran yang kurang baik akibatnya lebih gawat karena dapat menghalang duduknya katup dengan baik. Ini akan mengakibatkan kebocoran katup dan pembakaran permukaan dudukan katup dan bahkan dapat menghalangi pembakaran karena kehilangan kompresi. Semua mesin dilengkapi dengan alat untuk menyetel kelonggaran ini dalam penggerak katup disuatu tempat antara pengikut katup dan tangkai katup. Setelan katup yang terletak pada suatu ujung dari lengan ayun katup. Kelonggarannya diukur langsung dengan pengukur celah (feeler gauge) yang disisipkan pada ujung tangkai katup ril lengan ayun. (Maleev, 1991 : 100) Tuas dilengkapi dengan baut penyetel kelonggaran katup dan kam. celah bebas katup yang tepat dapat diperoleh dengan memasukkan pelat pengukur jarak dianatara uujung batang katup dan tuas, sementara itu baut penyetel diputar. Sesudah itu sekrup penjamin dikokohkan kembali. Ujung baut penyetel dibuat bulat dan menempel pada ujung batang penekan katup yang cekung.
Gambar 26. Menyetel celah katup Sumber : wiranto arismunanndar “motor diesel putaran tinggi” hal : 72.
Semua gas pembakaran yang sudah tidak terpakai lagi diusahakan dapat dikeluarkan selama langkah buang, sedangkan udara (dan bahan bakar) diusahakan dapat dimasukkan sebanayak-banyak nya selama langkah isap. Jadi, bagi setiap mesin itu ditetapkan saat yang tepat kapan katup atau lubang itu menutup dan membuka, sebagaimana yang biasa dipakai pada motor bakar torak pada umum ya. (wiranto arismunandar 1973 : 35) Tabel. 1 Saat pembukaan dan penutupan katup isap dan katup buang
Sumber : wiranto arismunandar 1973…………………………hal : 35 B. Dudukan Katup
Pada dudukan katup memiliki besar sudut dudukan katup adalah 45
0
untuk katup buang, 45 0 , 30 0 , atau 15 0 untuk katup isap. Sudut dudukan katup isap lebih kecil dari pada sudut dudukan katup buang karena celah antara muka katup dan dudukan katup adalah h cos
θ .
Makin kecil
θ makin
besar h cos
θ ,
sehingga luas penampang alirannya perlu dibuat seluas-luasnya supaya jumlah udara segar masuk mesin dapat diusahakan sebanyak-banyak nya. Oleh karena itu, maka diameter katup isap kadang-kadang juga dibuat lebih besar dari pada diameter katup buang. (wiranto arismunandar 2004 : 68). Proses pembuangan terjadi pada beda tekanan yang lebih besar sehingga aliran gas buang dapat berlangsung lebih mudah. Maka berdasarkan hal tersebut
diatas, katup buang dengan sudut
θ
= 45 0 cukup dibuat dengan diameter yang
lebih kecil. Pemilihan sudut 45 0 ditentukan berdasarkan keinginan untuk memperoleh tekanan kontak yang lebih tinggi untuk menjamin kerapatan yang lebih baik, meskipun ada kerak-kerak pada bidang-bidang kontak tersebut. Makin besar sudut
θ ,
yang dapat bervarisi antar 0 sampai 90 0 , makin
tinggi tekanan bidang p.
a).
b)
c)
d.)
Gambar 27. Dudukan Katup Sumber : wiranto arismunanndar “motor diesel putaran tinggi” hal : 69. Keterangan : a. Kontak antara katup dan dudukannya.
c. Tekanan dudukan katup
b. Celah antara katup dan dudukannya
d. Alur untuk mengasah muka katup.
C. Pegas Katup
Pegas katup berfungsi menutup katup. Pegas katup yang digunakan mesin diesel terbuat dari baja bulat yang digulung dalam gumparan yang berbentuk silindris. Pegas jenis ini mempunyai gaya yang berbanding langsung dengan besarnya penekan pegas. Hanya sebagian kecil dari gay pegas katup maksimum
yang
diperlukan
untuk
mempertahankan
katupketat
pada
dudukannya.pegas katup memberikan gaya yang cukup selam prose pengangkatan katup
untuk
mengatasi
inersia
dari
penggerak
katup
dan
memelihara
persinggungan dengan nok tanpa meloncat dan ini didapatkan dengan meletakkan pegas dalam kompresi ketika katup diinstalasi. Kalau katup dibuka, gaya ini dinaikkan oleh tambahan kompresi dari pegas.(MA LEEV, 1991 : 98).
Gambar 28. Pegas katup Sumber : maleev “ operasi dan pemeliharaan mesin diesel” hal : 100
Keterangan : a). 1. Penahan pegas
b). 1. Batang kaatup
2. Pengunci
2. Pengunci pegas
3. Pegas
3. Pegas
Dalam beberapa hal dipakai dua pegas katup katup, meskipun pegas luar memikul sebagian besar dari bebannya. Beban pada pegas katup pada waktu katup
ada pada posisi menutup disebut “beban katup tertutup”, besarnya kira-kira antara 60 sampai 70 % dari beban maksimum yang diterima pada waktu katup pada posisi terbuka penuh. Tegangan kulit dari pegas katup adalah besar dan berubahubah sesuai dengan kerja kaup. (wiranto arismunandar koichi tsuda, 2004 : 71).
D. Pengaturan Kerja Katup
Pada mesin empat langkah katup-katup dibuka
dan ditutup dengan
perantaraan poros kam yang berputar dengan kecepatan setengah kecepatan putar poros engko. Mekanisme penggerak katup mempunyai massa dan elastisitas. Maka tidaklah mengherankan jika akan terjadi getaran transient pada sistim katup tersebut, terutama apabila di dorong dengan tiba-tiba oleh kam seperti terlihat pada gambar dibawah ini. pada putaran poros kam yang tinggi sistim katup tidak selalu mengikuti kontur kam yang curam. Oleh karena itu, untuk menjamin pembukaan katup yang tepat tidak lah dipakai kontur kam yang curam, melainkan pembukaan katup sebelum TMB dan penutupan sesudah TMA. 6
1
5
3
4
2 Gambar 29. Pembukaan dan penutupan katup Sumber : wiranto arismunanndar “motor diesel putaran tinggi” hal : 20.
Keterangan : 1. Titik mati atas (TMA)
4. Awal langkah buang
2. Titik mati bawah (TMB)
5. Akhir langkah hisap
3. Akhir langkah buang
6. awal langkah hisap
Pada gambar di atas, sudut putar poros engkol ditetapkan searah putaran jarum jam, pada umumnya untuk putaran poros engkol yang lebih tinggi, sudut ofset yang lebih besar diambil dari TMA atau TMB. Waktu selama kedua katup isap dan buang ada dalam keadaan sama-sama terbuka, dinamai impitan katup (valve overlave). Pada mesin-mesin berdaya tinggi dimana udara segar di
masukkan ke dalam silinder dengan tekanan, impitan katup biasanya dibuat lebih besar. Hal itu diperlukan suaya gas sisa dapat dibersihkan dalam silinder dengan baik, tetapi juga untuk mendinginkan dinding silinder supaya udara dapat dimasukkan dalam jumlah yang lebih banyak.
E. Efek Celah Katup Terhadap Kinerja Mesin
Katup adalah suatu alat dinamis yang terbuat dari logam yang tahan suhu tinggi yang terpasang pada kepala silinder. Katup yang dipasang pada kepala silinder terdiri dari katup masuk dan katup buang. Katup masuk adalah katup yang digunakan untuk membuka dan menutup saluran masuk sehingga udara dapat masuk ke dalam silinder, sedang katup buang adalah katup yang digunakan untuk membuka dan menutup saluran pembuangan sehingga gas bekas pembakaran dapat terbuang keluar dari dalam ruang bakar. Celah bebas katup adalah celah antara tuas penekan dan batang katup. Apabila celah katup terlalu besar maka menimbulkan bunyi yang berisik dan
tekanan kompresi menjadi menurun, karena jumlah bahan bakar yang masuk ke dalam ruang bakar sedikit. Sebaliknya jika celah katup terlalu kecil akibatnya kebocoran pada langkah kompresi, karena pembukaan katupnya terlalu lama sehingga gas di dalam ruang bakar menjadi bocor saat dikompresikan. Besarnya celah katup haruslah sesuai dengan ketentuan yang ditunjukkan dari pabriknya, bila tidak terdapat petunjuk dari pabriknya maka berikut ini dapat dijadikan suatu pedoman yang antara lain sebagai berikut : (Teiser an, 1999 : 56)
Celah katup yang terlalu rapat, akan mengakibatkan :
1) Terbukanya katup menjadi lama. 2) Pengisian udara ke dalam ruang bakar dan silinder menjadi berlebihan (jika katup masuk yang terlalu rapat). 3) Pembuangan gas bekas menjadi lebih bersih (jika katup buang yang terlalu rapat). 4) Hidupnya mesin tidak sempurna dan tidak bertenaga. 5) Mesin tidak mau stasioner.
Celah katup yang terlalu renggang, akan mengakibatkan :
1) Terbukanya katup menjadi singkat. 2) Pengisian udara ke dalam ruang bakar dan silinder terlalu kurang (jika katup masuk yang terlalu renggang). 3) Mesin sulit dihidupkan. 4) Pembuangan gas bekas tidak bersih (jika katup buang yang terlalu renggang). 5) Hidupnya mesin tidak sempurna dan timbul suara ngelitik dari arah katup pada saat mesin hidup.
6) Mesin tidak bertenaga dan cepat panas. 7) Mesin tidak mau stasioner. Biasanya penyetel katup terdapat pada ujung pelatuk yang berhubungan dengan ujung batang katup, dimana pada ujung pelatuk dilengkapi dengan baut penyetel. Agar performa mesin tetap terjaga dengan baik maka mesin perlu di servis secara rutin yang salah satunya adalah penyetelan celah katup.
6. Poros Engkol ( cranksaft)
Poros engkol (crakshaft ) dibuat dari bahan yang kuat yaitu baja tempa. Poros engkol berfungsi mengubah gerak translasi bolak-balik ( reciprocal) dari torak ( piston) menjadi putar atau rotasi. Poros engkol ( crankshaft ) menerima beban sangat besar sekali, maka poros engkol harus seimbang agar getaran yang dihasilkan kecil sekali. Poros engkol ( crankshaft ) supaya seimbang, maka bagian tertentu poros engkol ( crankshaft ) sengaja dilebihkan atau dikurangi dan gunanya sebagai penyeimbang (balancing) agar poros engkol ( crankshaft ) dapat berputar secara terus menerus dan teratur.
Gambar 30. Poros engkol ( crankshaft ) Sumber : http://www.kaskus.us/showthread.php?p=217819990
7. Roda Penerus ( flywheel)
fly wheel dipasang pada ujung poros engkol ( crankshaft ). Fungsi utama roda gila fly wheel adalah untuk menyimpan gaya lembam yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar pada langkah usaha, dengan dipasangnya roda gila flywheel tersebut diharapkan putaran motor menjadi merata sehingga getaran yang timbul pada motor menjadi kecil. fly wheel juga dilengkapi dengan ring gear yang dipasangkan dibagian luar gunanya untuk perkaitan dengan gigi pinion
( pinion gear ) dari motor stater . Fungsi lain dari fly wheel adalah : 1. Membantu kenaikan kecepatan motor ketika mesin dihidupkan ( start ). 2. Mengantar torak ( piston) sampai melewati tekanan kompresi ketika berputar pada putaran rendah (idle). 3. Membatasi kenaikan atau penurunan sesaat dari kecepatan putaran motor selama perubahan beban mendadak.
Gambar 31. Fly wheel Sumber : http://www.kaskus.us/showthread.php?p=217819990
8. Timing Gear Dan Timing Belt
Katup pada mesin 4 langkah berfungsi mengatur pembukaan dan penutupan katup·katup. Mekamisme katup ini dirancang sedemikian rupa, sehingga porus nok(camshaft) berputar satu kali untuk menggerakkan katup hisap dan katu buang Setiap dua kali putaran poros engkol. Pada model mekanisme katup, Ada beberapa model dalam pemindahan putaran dari poros engkol ke poros nok, antara lain: A. TIMING GEAR
Timing gear yang ada pada bagian depan blok silinder (cylinder block) menggerakkan pompa injeksi (injection pump) dan poros bubungan (camshaft). Timing gear lebih banyak digunakan pada mesin Diesel tetapi kadang kadang menggunakan juga timing belt. Timing gear dibuat dari baja karbon atau baja khusus lainnya dengan pengerasan. Roda-roda giginya bersinggungan secara halus sehingga suaranya agak halus.
Gambar 32.Timing gear Sumber : http://rizkyhyt.blogspot.com
Keterangan : 1. Timing gear
5. Batang penekan
2. Camshaft
6. Tapet (pengikut kam)
3. Crank shaft
7. Katup
4. Torak (piston) Model timing gear ini digunakan pada mekanisme katup mesin OHC (Over Head Valve}, di mana poros noknya berada di dalam blok silinder. Model ini sudah jarang dipakai, karena timing gearnya menimbulkan suara berisik .
B. TIMING BELT
Model ini diterapkan pada mesin OHC (Over Head Camshaft) dan DOHC (Dual Over Head Camshaf), di mana. poros noknya berada di atas kepala silinder. Poros nok digerakkan oleh poros engkol melalui timing belt. Dan juga sering di pergunakan dengan timing chain. Timing belt terbuat dari karet tahan panas dan gesekan. Timing belt bertahan sampai jarak tempuh + 100.000 km (seratus ribu kilo meter).
A
B
Gambar 33. Timing belt dan Timing chain Sumber : http://rizkyhyt.blogspot.com
