motor bakar

KOMPONEN MOTOR  BAKAR

Bagian komponen utama motor bakar yang dinamis adalah bagian komponen yang melakukan gerakan mekanik yang berupa gerakan translasi mapun rotasi dimana gerakan ini timbul dari hasil reaksi pembakaran dalam silinder kerja. Bagian komponen utama motor yang dinamis ini berlaku dalam semua pesawat kerja.. Adapun bagian komponen utama motor bakar yang dinamis ini antara lain : 

1.     Silinder

Silinder merupakan tempat terjadinya pembakaran pada motor bakar dalam ( internal combustion engine) (Jacobs and Harrell, 1983).  Pada silinder berlaku hukum Boyle dan hukum Gay Lussac.  Pada silinder, terjadi perubahan bentuk tenaga, yang semula adalah tenaga kimia (pada bahan bakar), kemudian dirubah menjadi tenaga panas (pada saat proses pembakaran), yang akhirnya dirubah menjadi tenaga mekanik (yaitu terjadinya putaran poros engkol).

Berlakunya hukum Boyle pada silinder, karena proses terjadi pada ruang tertutup.  Berdasarkan hukum Boyle, pada ruang tertutup, maka perkalian dari tekanan dan volume adalah tetap, asalkan suhunya tetap.  Sedangkan hukum Gay Lussac berlaku pada kondisi terjadinya kenaikan suhu.

Hukum Boyle :

P  .   V   = konstan  ..................................................... (1)

atau dapat ditulis :

P1  .  V1    =   P2    .   V2   ......................................... (2)

dengan P adalah tekanan dan V adalah volume. Persamaan (1) dan (2) tersebut berlaku dengan syarat suhu ruangan adalah konstan (artinya tidak berubah nilainya).

Hukum Gay Lussac :

P1  /  P2    =     T1  /  T2  .......................................... (3)

atau dapat ditulis :

P2  =   (T2  /  T1  )  P1   ............................................ (4)

dengan P adalah tekanan dan T adalah suhu.  Persamaan (3) atau (4) berlaku setelah terjadi proses pembakaran pada silinder motor letup (misalnya motor bensin).

Pada motor letup (atau motor eksplosi) (misalnya motor bensin), pembakaran terjadi pada waktu yang singkat.  Suhu tinggi untuk memulai terjadinya pembakaran tersebut dihasilkan dari elektroda busi.  Sesuai dengan namanya, motor letup atau motor letusan, dikarenakan pembakaran terjadi cepat sekali.  Pembakaran pada silinder ini terjadi pada saat torak berada di  Titik Mati Atas (TMA).

Ada istilah perbandingan kompresi (compression ratio), yaitu perbandingan volume silinder pada saat torak berada pada Titik Mati Bawah (TMB) terhadap  volume silinder pada saat torak berada di TMA.

Pada motor bensin, fluida yang dikompresi (atau ditekan) pada silinder adalah campuran bahan bakar dan udara.  Pada motor diesel, yang masuk ke silinder melalui saluran pemasukan (atau saluran hisap) adalah udara murni, jadi pada motor diesel tersebut, yang ditekan (atau dikompresi) juga hanya udara murni.

Pada motor diesel, kompresi yang dilakukan pada silinder dilakukan agar menghasilkan suhu yang cukup tinggi untuk memulai pembakaran.  Proses pembakaran pada silinder motor diesel terjadi setelah bahan bakar dimasukkan (atau disemprotkan) ke dalam silinder (melalui nozzle).

Secara umum, tujuan kompresi adalah untuk mempertinggi rendemen panas (thermal efficiency).  Rendemen panas merupakan hasil bagi dari daya mekanis yang dihasilkan pada silinder, dengan daya kimia yang terkandung pada bahan bakar.  Nilai compression ratio untuk motor diesel adalah 18 : 1, sedangkan untuk motor bensin adalah 8 : 1 (Wanders, 1978). Perbandingan kompresi motor diesel pada umumnya berkisar antara 12 dan 20 (Arismunandar dan Tsuda, 1986).

Pada motor diesel, tekanan pada silinder dapat mencapai  30 kg/cm², dan temperatur pada silinder  dapat mencapai 550 ^oC (Arismunandar dan Tsuda, 1986).

2.     Torak

Torak bergerak naik turun didalam silinder untuk langkah hisap, kompressi, pembakaran, dan pembuangan. Fungsi utama torak untuk menerima tekanan pembakaran dan meneruskan tekanan untuk memutarkan poros engkol melalui batang torak ( connetcting rod ). Torak terus menerus menerima temperature dan tekanan yang tinggi sehingga hartus dapat tahan saat engine beroperasi pada kecepatan tinggi untuk periode yang lama. Pada umumnya torak terbuat dari paduan alumunium, selain lebih ringan radiasi panasnya juga lebih efisien dibandingkan material lainya.

Pada saat torak menjadi panas akan terjadi sedikit pemuaian dan mengakibatkan diameternya akan bertmbah. Hal ini menyabakan adanya gaya gesek besar yang dapat merusak dinding silinder sehingga kinerja engine menjadi berkurang dan menyebabkan over heating. Untuk mencegah hal ini pada engine harus ada semacam celah yaitu jarak yang tersedia untuk temperatur ruang yaitu kurang lebih 25º antara torak dan silinder. Jarak ini disebut piston clearance.celah ini bervariasi dan ini tergantung dari model enginenya, dan pda umumnya antara 0,02-0,12 mm.

Pada torak terdapat pegas torak ( ring piston ) yang dipasang dalam alur ring ( ring groove ) pada torak. Diameter luar ring torak sedikit lebih besar dibanding  dengan torak itu sendiri. Ketika terpasang pada torak, karena pegas torak sifatnya elastis menyebabkan mengembang, sehingga menutup dengan rapat pada dinding silinder silinder. Pegas torak terbuat dari bahan yang dapat bertahan lama. Umumnya terbuat dari baja tuang spesial, yang tidak merusak dinding silinder. Jumlah pegas torak bermacam-macam tergantung jenis engine dan pada umunya 3 sampai 4 pegas torak untuk setiap toraknya. Pegas torak mempunyai tiga peranan yaitu :

1.      Mencegah kebocoran campuran udara dan bahan bakar dan gas pembakaran yang melalui celah antara torak dan dinding silinder.

2.      Mencegah oli yang melumasi torak dan silinder masuk keruang bakar.

3.      Memindahkan panas dari torak ke dinding silinder untuk membantu medinginkan torak.

Pegas torak terdiri dari dua jenis yaitu :

1.      Pegas kompresi 

2.      Pegas pengontrol oli

3.     Batang Torak ( Connecting Rod ) 

Batang torak ( connecting rood ) menghubungkan torak ke poros engkol dan selanjutya meneruskan tenaga yang dihasilkan oleh torak ke pores engkol. Bagian ujung batang torak yang berhubungan dengan pena torak sidebut small rod. Sedang yang lainnya yang berhubungan dengan poros engkol disebut big end. Crank pin berputar pada kecepatan tinggi didalam big end, dan mengakibatkan temperature mejadi tinggi. Untuk menghindari hal tersebut yang diakibatkan panas, metal dipasangkan didalam big end. Metal harus dilumasi dengan oli dan sebagian dari oli dipercikan dari lubang oli kebagian dlam torak untuk mendinginkan torak.

44.     Pena Torak ( Piston Pin )

Pena torak menghubungkan torak dengan bagian ujung yang kecil ( small end ) pada batang torak. Dan meneruskan tekanan pembakaran yang berlaku pada batang torak. Pena torak berlubang didalamnya untuk mengurangi berat yang berlebihan dan kedua ujung ditahan oleh bussing pena torak ( piston pin boss ). Pada kedua ujung pena ditahan oleh dua buah pegas pengunci 9 snap ring ). Pada engine dua langkah pena torak dilapisi bantalan yang berupa bearing.

5.       Poros Engkol ( Crank Shaft )

Tenaga yang digunakan untuk menggerkan roda kendaraan dihasilkan oleh gerakan batang torak dan dirubah menjadi gerak putar pada poros engkol. Poros engkol menerima beban yang besar dari torak dan batang torak serta berputar pda kecepatan tinggi. Dengan alasa tersebut poros engkol umumnya dibuat dari baja carbon dengan tingkatan serta mempunyai daya tahan yag tinggi.

6.       Mekanisme Katup

                Katup dimiliki oleh motor bakar empat tak, yang berguna untuk membuka dan menutup saluran pemasukan ke silinder, dan satu katup lainnya dipakai untuk membuka dan menutup saluran pengeluaran.

Dari Gambar  di atas tersebut terlihat bahwa katup pemasukan membuka 15 ^o sebelum torak berada di TMA.  Katup dibuka dan ditutup dengan nok, seperti yang terlihat pada Gambar  berikut.

Pada motor 4 langkah mempunyai satu atau dua atau tiga katup masuk dan katup buang pada setiap ruang bakar. Campuran udara dan bahan bakar masuk ke silinder melalui katup masuk, dan gas bekas keluar melalui katup buang mekanisme yang membuka dan menutup katup ini disebut mekanisme katup. Mekanisme katup digerakan oleh poros bubungan atau disebut sebagai cam shaft. Cam shaft berfungsi sebagai durasi pada timing pembakaran. Berikut beberapa ini type mekainsme katup yang dibuat :

·         Tipe Over Head valve ( OHV ). Mekanisme katup ini sederhana dan high reliability. Penempatan camshaftnya  pada blok silinder, dibantu dengan valve lifter dan push rod antara rocker arm.

·         Tipe Over Head Cam ( OHC ). Pada type ini camshaft ditempatkan diatas kepala silinder, dan cam langsung menggerakan rocker arm tanpa melaui lifter dan push rod. Camshaft digerakan oleh poros engkol melalui rantai atau tali penggerak. Tipe ini lebih rumit dibandingkan dengan OHV, tetapi tidak menggunakan lifter dan push rod sehingga berat bagian yang bergerak mnejadi berkurang. Kemampuan pada kecepatan tinggi cukup baik, karena katup-katup membuka dan menutup lebih tetap pada kecepatan tinggi.

·         Tipe Double Over Head Cam ( DOHC ). Dua camshaft ditempatkan pada kepala silinder untuk menggerakan masing-masing katup masuk dan katup buang. Pada sistim ini ada yang menggunakan rocker arm dan ada juga yang tidak. Namun kebanyakan tidak menggunakan rocker arm. Berat gerakannya jadi berkurang, membuka dan menutupnya katup-katup mejadi lebih presisi pada saat putaran tinggi. Kontruksi tipe ini sangat rumit, tetapi kemampuan gerakannya sangat tinggi dibandingkan dengan SOHC.      

7.     Roda Penerus ( Fly Weel )

Roda penerus dibuat dari baja tuang denan mutu yang tinggi yan diikat oleh baut pada bagian belakang poros engkol pada kendaraan yang menggunakan transmisi manual. Poros engkol menerima tenaga putar ( rotational force ) dari torak selama langkah usaha. Tapi tenaga itu hilang pada langkah-langkah lainnya seperti, inertia loss, dan kehilangan akibat gesekan.

Roda penerus menyimpan tenaga putar ( inertia ) selama proses langkah lainya kecuali langkah usaha oleh sebab itu poros engkol berputar secara terus-menerus. Hal ini menyebabkan engine berputar dengan lembut diakibatkan getaran tenaga yang dihasilkan. 

8.     Karburator (motor bensin)

   Sistem karburasi mempunyai output yaitu terjadinya pencampuran bahan bakar (bensin) dan udara dengan perbandingan tertentu.  Pada pencampuran di karburator tersebut, cairan dijadikan kabut, istilahnya dikabutkan, kemudian kabut tersebut dicampur denggan udara.   

            Guna karburator adalah (a) merubah bahan bakar cair menjadi kabut, (b) memberikan campuran  bahan bakar ke dalam silinder, dan (c) mencampur bahan bakar dan udara dengan perbandingan tertentu.

            Prinsip kerja karbutator disajikan pada Gambar 1.     Pada pengapung terdapat suatu jarum.  Apabila permukaan bahan bakar pada karburator naik (atau bahan bakar masuk dari tangki ke karburator) maka jarum dapat menutup lubang.  Jadi, setelah karburator terisi dengan bensin pada jumlah tertentu, maka lubang pemasukan bahan bakar dapat ditutup oleh pengapung dengan jarum. 

9.     Pump Injection (pada motor disel)

        Injection pump merupakan pompa tekan bahan bakar, yang merupakan suatu sistem yang merubah bahan bakar cair menjadi kabut (pada nozzle) yang ditekan oleh injection pump.   Makin besar tekanannya maka makin halus ukuran partikel bahan bakar yang dihasilkan. 

        Fungsi kompresi pada motor diesel adalah : (1) menaikkan efisiensi panas (thermal efficiency), dan (2) menghasilkan suhu yang tinggi untuk memulai pembakaran. 

10.                        Sistem Pendingin (radiator)

Suhu yang dihasilkan pada silinder motor bakar oleh sistem penyalaan dapat mencapai 1200 ^oC.  Torak dan silinder terbuat dari logam.  Jika panas  cukup tinggi, maka kekuatan logam berkurang, bahkan bisa meleleh.  Utulah sebabnya diperlukan sistem pendinginan pada motor bakar.  Pendinginan sebenarnya merugikan, sebab mengurangi rendemen panas.  Namun demikian, pendinginan harus ada, agar motor tidak rusak.  Pendinginan juga berguna untuk mencegah agar minyak pelumas pada motor bakar tidak terbakar.  Sistem pendinginan dipasang pada sepanjang selah torak pada silinder motor bakar. 

Tujuan sistem pendingin adalah untuk mencegah suhu yang sangat tinggi (yang dihasilkan pada proses pembakaran pada silinder), karena suhu yang sangat tinggi tersebut dapat merusak bagian – bagian dinding silinder, torak, katup, dan bagian motor lainnya, serta mencegah kerusakan oli pelumas yang melumasi bagian bagian tersebut.

Pada sistem radiator ini, air didinginkan dengan kipas angin.  Untuk mempercepat pendinginan, air dilewatkan melalui pipa – pipa air dengan  kisi – kisi dari plat tembaga, yang apabila dilihat dari luar tampak seperti bentuk sarang tawon, yang biasa disebut kondensor (dapat dilihat pada Gambar  berikut).  Alat tersebut biasanya dilengkapi dengan pompa air untuk memperlancar aliran air dari ”radiator” ke mantel air, dan berputar ke radiator kembali.