i
INJEKSI LANGSUNG DAN INJEKSI TIDAK LANGSUNG
MOTOR BENSIN 1,8 LITER
TUGAS AKHIR
Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan
Mencapai Derajat Sarjana S-1
Jurusan Teknik Mesin
Diajukan Oleh:
HARYANTO
NIM : 015214050
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
JOGJAKARTA
2007
i
ii
DIRECT INJECTION AND INDIRECT INJECTION
GASOLINE ENGINE OF 1,8 LITER
FINAL PROJECT Presented As Partial Of The Requirements
To Obtain The Sarjana Teknik Degree
In Mechanical Engineering
By:
HARYANTO
Student Number: 015214050
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
ENGINEERING FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
JOGJAKARTA
2007
ii
iii
Tugas Akhir
Injeksi Langsung Dan Injeksi Tidak Langsung
Motor Bensin 1,8 Liter
Disusun oleh :
Haryanto
NIM : 015214050
Telah disetujui oleh :
Pembimbing I
Yosef Agung C. S.T., M.T. Tanggal 09 Januari 2007
Pembimbing II
Ir. Agus Unggul S. Tanggal 09 Januari 2007
iii
iv
Tugas Akhir
Injeksi Langsung Dan Injeksi Tidak Langsung
Motor Bensin 1,8 Liter
Yang dipersiapkan dan disusun oleh :
Haryanto
NIM : 015214050
Telah dipertahankan didepan
panitia penguji pada tanggal 09 Januari 2007
dan dinyatakan memenuhi syarat.
Susunan panitia penguji :
Ketua : Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. ...................................
Sekertaris : Ir. YB. Lukiyanto, M.T. ...................................
Anggota : Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. ...................................
Anggota : Ir. FX. Agus Unggul Santoso ...................................
Jogyakarta, 09 Januari 2007
Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma
Jogjakarta
Dekan
( Ir. Greg. Heliarko S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc. )
iv
v
Pernyataan
Bahwa di dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk
memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan 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, 09 Januari 2007
Penulis
v
vi
INTISARI
Pembakaran pada mesin bensin terjadi akibat bahan bakar dan udara yang masuk dalam ruang bakar, terbakar oleh nyala api dari busi. Bahan bakar masuk ke dalam ruang bakar disemprotkan oleh injektor dalam bentuk partikel-partikel yang kecil sehingga terjadi homogenitas yang tinggi di dalam ruang bakar.
Untuk meningkatkan homogenitas campuran bahan bakar dan udara di dalam ruang bakar, pada kepala silinder dibuat lubang masuk yang vertikal dan kepala piston dibuat cekungan. Dengan adanya cekungan pada kepala piston dan saluran masuk yang vertikal, campuran bahan bakar dan udara akan bergerak langsung menumbuk cekungan dan mengarahkannya ke nyala api dari busi. Sehingga terjadi pembakaran yang sempurna, dan dapat meningkatkan daya dan efisiensi pemakaian bahan bakar. Tugas Akhir ini membahas mesin bensin injeksi langsung dan mesin bensin injeksi tak langsung. Mesin bensin injeksi langsung adalah bahan bakar disemprotkan langsung di dalam ruang bakar, sedangkan injeksi tidak langsung adalah bahan bakar disemprotkan di saluran lubang masuk. Dari hasil perhitungan, terlihat bahwa daya untuk mesin bensin injeksi langsung lebih tinggi sekitar 10% dari mesin bensin injeksi tidak langsung. Akan tetapi konsumsi bahan bakarnya hampir sama, hal ini dikarenakan α sebagai koefisien kelebihan udara = 1, padahal pada kenyataannya α yang digunakan > 1.
vi
vii
Kata Pengantar
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan
karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Tugas akhir
ini adalah sebagian persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi
Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sanata Dharma.
Dalam Tugas Akhir ini penulis membahas tentang mekanisme injeksi
langsung dan injeksi langsung motor bensin, serta untuk mengetahui
perbandingan banyaknya konsumsi bahan bakar tiap jamnya dan perbandingan
peningkatan daya dari kedua injeksi tersebut.
Penulis menyadari bahwa terselesaikannya Tugas Akhir ini tidak terlepas
dari bantuan banyak pihak, bantuan sekecil apapun dan dalam bentuk apapun
yang sangat berarti bagi terselesaikannya tugas akhir ini.
Oleh karena itu, pada kesempatan ini kami ingin mengucapkan trimakasih
kepada :
1. Ir. Gregorius Heliarko S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc. selaku Dekan
Fakultas Teknik.
2. Yosef Agung Cahyanta S.T., M.T. selaku Kaprodi yang sekaligus sebagai
Dosen Pembimbing I.
3. Ir. Fx Agus Unggul .S selaku Dosen Pembimbing II.
4. Semua Dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma
Jogjakarta yang telah mendidik kami berbagai macam pengetahuan.
5. Bapak, Ibu, Kakak-kakak saya dan Adik kembar saya, yang telah
memberikan doa dan semangat.
vii
viii
6. Semua rekan-rekan mahasiswa TM 2001 yang memberikan bantuan moral
dan doanya.
7. Serta semua pihak yang telah membantu dalam pembuatan maupun
penyusunan Tugas Akhir ini, yang tidak dapat penulis sebutkan satu-
persatu.
Meskipun penulis sudah dengan maksimal dalam pembuatan Tugas Akhir
ini, namun penulis sadar bahwa Tugas Akhir ini masaih banyak kekurangan.
Untuk itu saran dan kritik yang membangun dari berbagai pihak sangat kami
harapkan demi sempurnanya Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini berguna
bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya.
Jika ada kesalahan dalam penulisan naskah ini penulis minta maaf yang sebesar-
besarnya, terimakasih.
Yogyakarta, 30 Septembar 2006
Penulis
viii
ix
Daftar Isi
Halaman Halaman Judul i Title page ii Halaman Persetujuan iii Halaman Pengesahan iv Pernyataan v Intisari vi Kata Pengantar vii Daftar Isi ix BAB I PENDAHULUAN...................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang Masalah................................................................................ 1 1.2 Perumusan Masalah ...................................................................................... 1 1.3 Tujuan ........................................................................................................... 2 1.4 Manfaat ......................................................................................................... 2 BAB II DASAR TEORI........................................................................................ 3 2.1 Motor Bensin................................................................................................. 3 2.2 Motor Bensin 4-Langkah .............................................................................. 3 2.3 Prinsip Kerja Motor Bensin .......................................................................... 4 2.3.1 Langkah Hisap .............................................................................................. 4 2.3.2 Langkah Kompresi ........................................................................................ 6 2.3.3 Langkah Usaha.............................................................................................. 7 2.3.4 Langkah Buang ............................................................................................. 8 2.4 Bagian-bagian Utama Motor Bensin............................................................. 9 2.4.1 Kepala Silinder (Cylinder Head) ................................................................ 10 2.4.2 Blok Silinder (Cylinder Block) ................................................................... 11 2.4.3 Piston........................................................................................................... 13 2.4.4 Ring Piston.................................................................................................. 14 2.4.5 Pena Piston.................................................................................................. 17 2.4.6 Batang Piston .............................................................................................. 19 2.4.7 Batang Kem (Camshaft).............................................................................. 20 2.4.8 Katup (Valve) .............................................................................................. 21 2.4.9 Poros Engkol (Crankshaft).......................................................................... 23 2.5 Sistem Baha Bakar ...................................................................................... 24 2.5.1 Pompa Bensin Injeksi Elektrik.................................................................... 24 2.5.2 Pompa Injeksi Tekanan Tinggi ................................................................... 25 2.6 Cara Kerja Masing-masing Bagian Pompa Bensin Tekanan Tinggi .......... 28 2.6.1 Feed Pump ................................................................................................. 28 2.6.2 Regulating Valve ........................................................................................ 29 2.6.3 Plunyer ....................................................................................................... 29 2.6.4 Delivery valve............................................................................................. 30 2.7 Penyemprot Bahan Bakar........................................................................... 31
ix
x
2.7.1 Sistem Injeksi Tak Langsung (InDirect Injection System) ........................ 33 2.7.2 Sistem Injeksi Langsung (Direct Injection System) ................................... 35 BAB III PERHITUNGAN KERJA SIKLUS.................................................... 40 3.1 Data Kendaraan Injeksi Tak Langsung...................................................... 40 3.1.1 Siklus Kerja Motor Bensin......................................................................... 40 3.2 Proses Penghisapan .................................................................................... 43 3.2.1 Tekanan di Dalam Silinder Selama Proses Pengisapan ............................. 43 3.2.2 Temperatur Akhir Proses Penghisapan (Ta)............................................... 48 3.3 Langkah Kompresi ..................................................................................... 50 3.4 Proses Pembakaran..................................................................................... 50 3.4.1 Reaksi Kimia Pembakaran Bahan Bakar dan Udara.................................. 51 3.4.2 Koefisien Kelebihan Udara (α) .................................................................. 53 3.5 Langkah Ekspansi ...................................................................................... 61 3.5.1 Karakteristik Kerja Motor .......................................................................... 62 3.5.2 Daya Rugi-rugi Mekanis (Pmech) ................................................................ 63 3.5.3 Pemakaian Bahan Bakar Spesifik .............................................................. 65 3.6 Data Kendaraan Injeksi Langsung ............................................................. 67 3.7 Proses Penghisapan .................................................................................... 67 3.7.1 Tekanan di Dalam Silinder Selama Proses Penghisapan ........................... 68 3.7.2 Temperatur Akhir Proses Penghisapan (Ta)............................................... 72 3.8 Langkah Kompresi ..................................................................................... 73 3.9 Proses Pembakaran..................................................................................... 74 3.9.1 Reaksi Kimia Pembakaran Bahan Bakar dan Udara.................................. 75 3.9.2 Koefisien Kelebihan Udara (α) .................................................................. 77 3.10 Langkah Ekspansi ...................................................................................... 83 3.10.1 Karakteristik Kerja Motor .......................................................................... 84 3.10.2 Daya Rugi-rugi Mekanis (Pmech) ................................................................ 86 3.10.3 Pemakaian Bahan Bakar Spesifik .............................................................. 87 BAB IV KESIMPULAN DAN PENUTUP ....................................................... 89 5.1 Pembahasan................................................................................................ 89 5.2 Kesimpulan ................................................................................................ 92 5.3 Penutup....................................................................................................... 92 Daftar Pustaka Lampiran
x
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Dalam dunia modern ini, banyak sekali terdapat kendaraan bermotor yang
mengaplikasikan berbagai macam teknologi. Hal ini disebabkan oleh begitu
banyak masyarakat yang menggunakan kendaraan bermotor menuntut
kenyamanan berkendara, ekonomis dan penggunaan teknologi terkini.
Dari berbagai macam teknologi yang diterapkan, salah satunya adalah
penggunaan teknologi injeksi bahan bakar langsung di dalam ruang bakar yang
sering disebut injeksi langsung ( direct injection system ) dan teknologi injeksi
bahan bakar yang disemprotkan di saluran masuk yang sering disebut injeksi tak
langsung ( indirect injection system ) pada mesin bensin.
Mesin bensin yang menganut sistem injeksi langsung bahan bakar dapat
memberikan tenaga yang lebih besar dan penghematan pemakaian bahan yang
cukup besar dibandingkan dengan mesin bensin yang menganut sistem injeksi tak
langsung. Sehingga teknologi injeksi langsung bahan bakar akan sangat diminati
oleh masyarakat yang gemar akan mesin yang bertenaga besar namun
mengkonsumsi sedikit bahan bakar.
1.2. Perumusan Masalah
Tugas akhir ini menganalisa tentang sistem injeksi langsung bahan bakar
dan injeksi tak langsung bahan bakar, serta menghitung konsumsi bahan bakar
1
2
tiap jamnya dari mesin yang menggunakan sistem injeksi langsung bahan bakar
dan injeksi tak langsung bahan bakar pada mesin bensin.
1.3. Tujuan
Tujuan dari dari Tugas Akhir ini adalah:
Mengetahui perbedaan besarnya daya yang dihasilkan serta besarnya
konsumsi bahan bakar tiap jamnya dari mesin yang menggunakan direct injection
system dengan mesin yang menggunakan indirect injection system pada mesin
bensin.
1.4. Manfaat
Studi ini diharapkan dapat memberi maanfaat bagi pembaca, diantaranya
pembaca mendapatkan pemahaman yang lebih baik mengenai sistem dan cara
kerja dari injeksi langsung bahan bakar (direct injection) dan injeksi tak langsung
bahan bakar (indirect injection) pada mesin bensin.
3
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Motor Bensin
Motor bensin adalah salah satu jenis motor pembakaran dalam yang
banyak digunakan untuk menggerakkan atau sebagai sumber tenaga dari
kendaraan darat, baik itu motor bensin 4-langkah ataupun motor bensin 2-langkah.
Motor bensin menghasilkan tenaga dari pembakaran bahan bakar di dalam
silinder, dimana dengan pembakaran bahan bakar ini 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
walaupun ingin mengembang tetap tidak ada ruangan, akibatnya tekanan di dalam
silinder akan naik. Tekanan inilah yang akan dimanfaatkan untuk menghasilkan
tenaga yang ahkirnya dapat menggerakkan mobil.
2.2. Motor Bensin 4-Langkah
Secara garis besar cara kerja motor bensin 4-langkah adalah mula-mula
gas yang merupakan campuran bahan bakar dengan udara yang dihisap masuk ke
dalam silinder kemudian dimampatkan dan dibakar. Karena panas gas tersebut
mengembang dan karena ruangan terbatas untuk mengembang maka tekanan di
dalam ruang bakar naik dan tekanan ini mendorong piston ke bawah dan
menghasilkan langkah usaha yang oleh batang piston (Connecting Rod)
diteruskan ke poros engkol dan kemudian poros engkol (Crankshaft) akan
berputar (Gambar 2.1).
3
4
Gambar 2.1. Motor Bensin 4-Langkah (sumber: B.P.M. Arends. H.Berenschot,1980, Motor Bensin, hal. 95)
2.3. Prinsip Kerja Motor Bensin
2.3.1. Langkah Hisap
Saat piston memulai langkah hisap, (Gambar 2.2) piston bergerak dari
Titik Mati Atas (TMA) menuju Titik Mati Bawah (TMB). Titik Mati Atas (TMA)
adalah titik teratas yang dapat dijangkau oleh piston artinya pada saat itu piston
sudah tidak dapat bergerak ke atas lebih jauh lagi, dan pada saat ini posisi piston,
batang piston, dan engkol membentuk garis lurus.
Sedangkan Titik Mati Bawah (TMB) adalah titik dimana posisi piston
berada pada titik yang paling bawah sehingga tidak dapat bergerak lebih jauh lagi.
Pada saat ini pun posisi piston terhadap batang piston adalah membentuk garis
lurus.
5
Gambar 2.2. Proses Langkah Hisap (sumber: Drs.Wardan Suyanto M.A,1989. Teori Motor Bensin, hal. 21)
Karena piston bergerak dari TMA menuju TMB, maka terjadilah
penurunan tekanan silinder di bagian atas piston karena ruangan di atas piston
menjadi lebih luas. Karena penurunan tekanan ini maka terjadi perbedaan tekanan
antara bagian luar silinder dengan bagian dalam ruang silinder. Apabila katup
hisap dibuka maka perbedaan tekanan ini akan memungkinkan mengalirnya
campuran bahan bakar dengan udara dari karburator ataupun injektor masuk
melalui saluran masuk (Intake Manifold) ke dalam silinder.
Proses ini berlangsung terus hingga piston mencapai TMB, dan bersamaan
dengan berlangsungnya proses tersebut katup hisap ditutup dengan perantaraan
poros cam (Camshaft) dan batang penumbuk (Rocker Arm). Dengan ditutupnya
6
katup ini maka campuran bahan bakar dan udara tertahan di dalam silinder, yang
seterusnya akan dilanjutkan dengan proses berikutnya yaitu langkah kompresi.
2.3.2. Langkah Kompresi
Pada langkah kompresi (Gambar 2.3) terlihat jelas bahwa kedua katupnya
(katup hisap dan katup buang) tertutup rapat sehingga tidak mungkin gas yang
tadi dihisap ke dalam silinder untuk keluar dari silinder. Pada langkah ini piston
bergerak dari TMB menuju TMA.
Dengan bergeraknya piston tersebut maka terjadi penyempitan ruangan di
atas piston dimana campuran antara bahan bakar dan udara berada, yang berarti
campuran tersebut dimampatkan sehingga tekanannya akan naik yang
kelipatannya sesuai dengan perbandingan kompresinya, dimana semakin tinggi
tekanan kompresinya semakin tinggi pula tenaga yang dihasilkan motor tersebut.
Pada saat ini motor sudah berputar 360 o, sehingga posisi piston kembali
pada posisi TMA. Karena tekanan di dalam silinder cukup tinggi maka kerapatan
sangat diutamakan, karena apabila terjadi kebocoran maka tenaga yang akan
dihasilkan motor akan turun. Oleh karena itu katup-katupnya harus menutup rapat,
gasket silinder tidak boleh bocor, begitu pula ring pistonnya.
7
Gambar 2.3. Langkah Kompresi Kedua Katupnya Tertutup (sumber: Drs.Wardan Suyanto M.A,1989. Teori Motor Bensin, hal. 22)
2.3.3. Langkah Usaha
Pada saat langkah kompresi belum selesai (Gambar 2.4) kedua katup
masih dalam keadaan tertutup, yaitu beberapa derajat sebelum TMA, busi
mengeluarkan bunga api untuk membakar campuran bahan bakar dengan udara
yang telah dikompresi. Penyalaan busi beberapa derajat sebelum piston mencapai
TMA ini bertujuan agar tekanan tertinggi akibat pembakaran ini terjadi beberapa
saat setelah TMA dimana pada titik tersebut berdasarkan percobaan merupakan
titik terbaik untuk menghasilkan tenaga atau dngan kata lain efisiensinya tertinggi.
Dengan terbakarnya bahan bakar tersebut maka temperatur didalam
silinder akan naik yang mengakibatkan naiknya tekanan di dalam silinder.
Tekanan ini kemudian mendorong piston ke bawah sehingga terjadi langkah usaha
yang berarti motor mengeluarkan tenaga yang nantinya digunakan untuk
menggerakkan mobil.
8
Gambar 2.4. Proses Langkah Usaha (sumber: Drs.Wardan Suyanto M.A,1989. Teori Motor Bensin, hal. 23)
2.3.4. Langkah Buang
Pada langkah buang ini (Gambar 2.5) katup hisap tetap tertutup sedangkan
katup buang terbuka dan piston bergerak dari TMB menuju TMA maka ruangan
di atas piston pun menjadi sempit, akan tetapi karena katup buangnya terbuka
maka di dalam silinder tidak mengalami kenaikan, tetapi gerakan piston ini justru
mendorong gas sisa hasil pembakaran yang ada di dalam silinder.
Dengan berahkirnya langkah buang ini, yaitu pada saat piston telah
mencapai TMA, maka berarti piston telah bergerak 4-langkah atau engkol sudah
berputar 720 o yang berarti telah selesai satu rangkaian kerja dimana dari ke-4
langkah piston tersebut satu diantaranya adalah langkah usaha. Dengan
berahkirnya langkah buang maka akan diikuti dengan langkah hisap lagi yang
kemudian terjadi terus menerus atau terjadi berulang-ulang selama motor hidup,
dimana pada keadaan yang sebenarnya pembukaan katupnya tidak tepat pada saat
9
piston mencapai titik mati tetapi ada keadaan dimana katup satu dengan yang
lainnya saling overlap atau bersamaan, yamg tujuannya untuk mempertinggi
efisiensi dari motor tersebut.
Gambar 2.5. Proses Langkah Buang (sumber: Drs.Wardan Suyanto M.A,1989. Teori Motor Bensin, hal. 24)
2.4. Bagian-bagian Utama Motor Bensin
Yang dimaksud dengan bagian-bagian utama disini adalah bagian-bagian
mesin yang berhubungan langsung dengan proses pemindahan tenaga dari tekanan
menjadi gerak putar. Bagian-bagian yang dimaksud adalah:
Kepala Silinder (CylinderHead)
Blok Silinder (CylinderBlock)
Piston
Ring Piston (Piston Ring)
Pena Piston (Piston Pin)
Batang Piston (Connecting Rod)
10
Poros Cam (Camshaft)
Katup (Valve)
Poros Engkol (Crankshaft)
2.4.1. Kepala Silinder (Cylinder Head)
Kepala silinder mempunyai bermacam-macam tugas, yaitu sebagai tutup
bagian atas dari silinder, sebagai pemegang katup (valve). Bahan yang digunakan
untuk membuat kepala silinder adalah dari besi tuang kelabu atau besi tuang nikel.
Untuk mesin-mesin besar kepala silinder terbuat dari karbon. Pendinginan pada
kepala silinder menggunakan sirip, dan sirip ini terbuat dari bahan aluminium
yang memiliki tingkat koefisien perpindahan panas yang tinggi dan masih dapat
menerima perbandingan kompresi yang tinggi tanpa ada detonasi.
Gambar 2.6. Kepala Silinder (sumber: Manual Book Toyota, PT.Astra International tbk-Toyota, Hal.7)
11
2.4.2. Blok Silinder (Cylinder Block)
Sebagian besar bagian-bagian dari motor dipasangkan pada silinder blok
(Gambar 2.7) Dari kepala silinder, piston, engkol, tutup poros engkol (Calter),
roda penerus (Fly Wheel), dan sebagainya sehingga silinder blok ini harus kuat.
Blok silinder terdiri dari dua bagian yaitu bagian silinder dan bagian engkol
(Crankcase). Bagian silinder inilah yang nantinya berfungsi sebagai tempat piston
bekerja.
Karena di dalam silinder ini pula perubahan panas menjadi tenaga gerak
dengan perantaraan piston maka silinder ini harus cukup kuat. Disamping itu,
silinder harus benar-benar bulat, rata, dan halus, supaya selama proses tidak
terjadi bocoran gas sehingga mengurangi tenaga yang dihasilkan oleh motor.
Silinder blok terbuat dari besi tuang atau aluminium, besi tuang memiliki
keuntungan mudah membuatnya dan sangat baik bila digunakan piston dari
aluminium.
Akan tetapi blok silinder dari besi tuang ini sangatlah berat, oleh karena itu
saat ini banyak digunakan silinder blok dari bahan campuran aluminium sehingga
lebih ringan dan agar liner tahan gesekan maka khusus untuk silinder linernya
bahannya dibuat dari baja khusus sehingga tahan gesekan.
Ada dua jenis liner silinder (Cylinder Bore) yang digunakan pada mesin
kendaraan bermotor, yaitu:
• Silinder tipe basah
• Silinder tipe kering
12
Silinder tipe basah adalah apabila bagian dari luar silinder ini berhubungan
langsung dengan air pendingin sedangkan yang tipe kering tidak berhubungan
langsung dengan air pendingin. Silinder liner tipe kering ini dapat dibuat lebih
tipis daripada tipe basah karena seluruh bagian silinder ini didukung oleh blok
silinder, sedangkan untuk tipe basah harus dibuat lebih tebal karena tidak
seluruhnya ditopang oleh blok silinder.
Disamping itu pada bagian atas dan bagian bawah silinder liner tipe basah
ini harus dipasang seal sehingga air pendingin tidak bocor. Silinder liner tipe
basah ini banyak dipakai pada motor diesel berukuran besar.
Gambar 2.7. Block Cylinder Unit (Sumber: Manual Book Toyota, PT.Astra International tbk-Toyota, Hal.6)
13
2.4.3. Piston
a. Bagian-bagian Dari Piston
Gambar 2.8. Piston Construction.
(sumber: Drs.Wardan Suyanto M.A,1989. Teori Motor Bensin, hal. 52)
Piston bergerak naik turun didalam silinder untuk melakukan langkah
hisap, kompresi, usaha, dan buang. Fungsi utama dari piston adalah untuk
menerima tekanan pembakaran dan maneruskan ke poros engkol melalui
connecting rod.
Piston terbuat dari aluminium alloy (paduan aluminium), karena bahan
tersebut ringan dan radiasi panasnya baik.
b. Celah Piston (Celah Antara Piston dengan Silinder)
Saat piston menjadi panas akan terjadi sedikit pemuaian dan
mengakibatkan diameternya bertambah, maka diantara silinder dibuat celah yang
disebut piston clearance (Gambar 2.9). Pada umumnya celah piston antara 0,02 –
0,12 mm. Bentuk piston saat dingin, diameter kepala piston lebih kecil daripada
bagian bawahnya.
14
Gambar 2.9. Piston Gap (Sumber: Manual Book Toyota, PT.Astra International tbk-Toyota, Hal.11)
2.4.4. Ring Piston
Pegas piston (piston ring) dipasang dalam ring groove (Gambar 2.10).
Ring piston terbuat dari baja khusus, pada mesin bensin pegas pistonnya ada yang
terdiri dari 4 buah pegas piston dan ada yang terdiri dari 3 buah pegas piston.
Gambar 2.10. Piston Ring (Sumber: Manual Book Toyota, PT.Astra International tbk-Toyota, Hal.12)
15
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
a. Pegas Kompresi
Pada setiap piston (Gambar 2.11) terdapat 2 pegas kompresi. Pegas
kompresi ini disebut dengan top compression ring dan second compression ring.
Gambar 2.11. Compression Ring (Sumber: Manual Book Toyota, PT.Astra International tbk-Toyota, Hal.13)
b. Pegas Pengontrol Oli
Pegas pengontrol oli (oil control ring) diperlukan untuk membentuk
lapisan oli tipis (oil film) antara piston dan dinding silinder (Gambar 2.12) Pegas
oli ini disebut dengan third ring dan Fourth ring.
16
Ada 2 tipe pegas oli:
1. Tipe integral
2. Tipe segment
Gambar 2.12. Oil Control Ring (Sumber: Manual Book Toyota, PT.Astra International tbk-Toyota, Hal.13)
c. Celah Ujung Pegas
Pegas piston (Gambar 2.13) akan mengembang bila dipanaskan, dengan
alasan tersebut pada ujung ring piston harus terdapat celah yang disebut ring end
gap.
Besarnya celah biasanya sebesar 0,2 – 0,5 mm pada temperatur ruangan,
dan diukur pada 10 mm dan 120 mm dari atas silinder.
17
Gambar 2.13. Ring End Gap (Sumber: Manual Book Toyota, PT.Astra International tbk-Toyota, Hal.14)
2.4.5. Pena Piston
Pena piston (piston pin) menghubungkan dengan bagian ujung yang kecil
dari connecting rod. (Gambar 2.14) 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).
18
Gambar 2.14. Piston Pin (Sumber: Manual Book Toyota, PT.Astra International tbk-Toyota, Hal.15)
Piston dan connecting rod dapat dihubungkan dengan 4 cara:
1. Tipe fixed
2. Tipe full-floating
3. Tipe bolted
4. Tipe press-fit
19
Gambar 2.15. Macam-macam Sambungan Piston dan Conecting rod. (Sumber: Manual Book Toyota, PT.Astra International tbk-Toyota, Hal.15)
2.4.6. Batang piston
Batang piston (connecting rod) berfungsi untuk meneruskan tenaga yang
dihasilkan oleh piston ke crankshaft (Ganbar 2.16) 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 yan berfungsi untuk memercikan oli guna melumasi piston pada saat
piston bergerak.
20
Gambar 2.16. Batang piston (Sumber: Manual Book Toyota, PT.Astra International tbk-Toyota, Hal.16)
2.4.7. Batang Kem (Camshaft)
Pada umumnya bentuk keseluruhan dari Camshaft adalah lonjong,
bentuknya hampir menyerupai telur (gambar 2.17)
Gambar 2.17. Bentuk Dasar Cam (sumber: Drs.Wardan Suyanto M.A,1989. Teori Motor Bensin, hal. 102)
21
Poros Cam berputar lebih lambat dari putaran poros engkol dengan
perbandingan 1:2, hal ini karena katup-katup pada mesin membuka satu kali
setiap empat kali langkah torak atau setiap dua putaran poros engkol.
Berarti setiap dua putaran poros engkol Cam hanya berputar satu kali
putaran. Untuk memenuhi kebutuhan ini maka poros Cam dan poros engkol
masing-masing dilengkapi dengan roda gigi untuk menepatkan perbandingan
putaran tersebut.
Jumlah roda gigi poros Cam dua kali lipat dari jumlah gigi poros engkol,
dengan demikian maka akan dihasilkan perbandingan putaran satu berbanding dua
antara poros Cam dan poros engkol.
2.4.8. Katup (Valve)
Katup dipasang di kepala silinder yang terdiri dari katup hisap dan katup
buang. Katup hisap adalah katup yang digunakan untuk membuka dan menutup
saluran hisap untuk memasukkan campuran bahan bakar dengan udara ke dalam
silinder motor, sedangkan katup buang adalah katup yang digunakan untuk
membuka dan menutup saluran pembuangan untuk membuang gas hasil
pembakaran dari dalam silinder motor.
Setiap silinder paling tidak minimal memiliki satu katup hisap dan satu
katup buang, namun demikian saat ini sudah banyak mobil-mobil baru yang
menggunakan empat buah katup di tiap silindernya.
22
Katup hisap dibuat lebih besar dari katup buang, hal ini disebabkan oleh
perbedaan tekanan antara gas yang masuk kedalam silinder gas yang keluar dari
dalam silinder.
Katup hisap hanya mengandalkan pada perbedaan tekanan antara tekanan
udara luar dengan penurunan tekanan udara di dalam silinder yang diakibatkan
oleh hisapan piston, sedangkan pada katup buang, gas hasil pembakaran akan
keluar dari silinder dengan tekanan sisa hasil pembakaran sehingga cukup kuat
untuk mendorong gas bekas pembakaran tersebut keluar dari dalam silinder.
Gambar 2.18. Bentuk Katup (sumber: Drs.Wardan Suyanto M.A,1989. Teori Motor Bensin, hal.87)
23
2.4.9. Poros Engkol (Crankshaft)
Tugas utama dari poros engkol (Gambar 2.19) adalah untuk merubah
gerak lurus yang dihasilkan piston menjadi gerak putar dengan perantaraan pena
piston dan batang piston. Namun demikian semua yang bergerak karena gerakan
motor adalah memanfaatkan gerakan poros engkol ini seperti poros cam, pompa
oli, alternator dan lain sebagainya.
Poros engkol terdiri dari penyangga utama (Main Journal) yang
selanjutnya dihubungkan dengan Main Bearing Cap dan Crankpin dimana batang
piston dipasangkan dan roda penerus (Fly Wheel). Penyangga utama berfungsi
sebagai penyangga poros engkol dimana penyangga utama ini didukung oleh blok
silinder dan tutup bantalan utama.
Gambar 2.19. Poros Engkol (sumber: Manual Book Toyota, PT.Astra International tbk-Toyota, Hal.16)
24
2.5. Sistem Bahan Bakar
Sistem pemasukan bahan bakar yang umum digunakan pada motor bensin
adalah sistem karburator, tetapi pada perkembangan selanjutnya sistem karburator
mulai tergantikan dengan sistem injeksi. Sistem injeksi mampu menghasilkan
tenaga yang lebih besar dan mampu meminimalkan pemakaian bahan bakar.
Injeksi adalah sistem pemasukan bahan bakar dengan cara
menyuntikannya ke dalam saluran pemasukan (intake manifold) ataupun langsung
ke dalam ruang pembakaran melalui injektor-injektor. Bahan bakar tersebut
dipompa oleh sistem pompa injeksi bahan bakar, sehingga memiliki tekanan
tinggi dan nantinya dapat teratomasi (berupa kabut) setelah melalui lubang
injektor.
Ada dua macam pompa injeksi yang digunakan dalam penyemprotan bahan bakar
• Pompa bensin injeksi elektrik (electric fuel pump injection)
• Pompa injeksi bertekanan tinggi (high pressure pump injection)
2.5.1. Pompa Bensin Injeksi Elektrik
Pompa bahan bakar injeksi elektrik dapat menghasilkan tekanan 2 kg/cm2
atau lebih. Selain itu pompa bahan bakar ini tidak menimbulkan getaran,
disebabkan pompa ini tidak digerakan oleh poros nok, pompa bahan bakar injeksi
elektrik dapat mengirimkan bahan bakar walaupun mesin dalam keadaan mati
dan tidak perlu pemasangan langsung pada mesin.
25
Pompa jenis ini biasanya dipasang di dalam tangki bahan bakar (in-tank
type) atau di sekitar saluran bahan bakar (in-line type). Bahan bakar masuk ke
dalam pompa bahan bakar ditekan oleh rotor atau turbin pompa.
Gambar 2.20. Pompa bahan bakar tipe in-line dan tipe in-tank (sumber: Manual Book Toyota, PT.Astra International tbk-Toyota, Hal.50)
2.5.2. Pompa Injeksi Tekanan Tinggi
a. Pompa Injeksi Tipe In-line.
Feed pump menghisap bahan bakar dari tangki bahan bakar dan menekan
bahan bakar yang telah disaring oleh filter ke pompa injeksi. Pompa injeksi tipe
in-line memiliki cam dan plunyer yang jumlahnya sama dengan jumlah silinder
pada mesin. Cam menggerakkan plunyer sesuai dengan firing order mesin. Gerak
26
lurus bolak-balik ini menekan bahan bakar dan mengalirkannya ke injection nozel
melalui delivery valve. Delivery valve memegang dua peranan penting; mencegah
aliran bahan bakar balik dari saluran bahan bakar kedaerah plunyer dan
menghisap bahan bakar dari injection nozel untuk menghentikan injeksi dengan
cepat. Governor mengatur banyaknya bahan bakar yang disemprotkan oleh
injection nozel dengan menggeser control rack. Timing injeksi bahan bakar diatur
oleh automatic centrifugal timer. Timer mengatur putaran cam-shaft. Mesin mati
jika control rack digerakkan kearah akhir bahan bakar.
Gambar 2.20. Pompa bahan bakar tipe in-line (sumber: ISUZU Training Center)
b. Pompa Injeksi Tipe Distributor
Bahan bakar ditekan ke rumah pompa injeksi oleh vane tipe feed pump
yang mempunyai empat buah vane. Bahan bakar melumasi komponen pompa
pada saat mengalir ke pump plunyer. Sebagian bahan bakar kembali ke tangki
27
melalui overflow screw sambil mendinginkan bagian-bagian pompa yang
dilaluinya. Pump plunyer bergerak lurus bolak-balik sambil berputar karena
bergeraknya drive shaft, camplate, tappet rollers, plunyer spring dan bagian-
bagian yang lainnya. Gerakan bolak-balik plunyer menaikkan tekanan bahan
bakar dan menekannya melalui delivery valve ke injection nozel. Mechanical
governor mengatur banyaknya bahan bakar yang disemprotkan dari nozel dengan
menggerakan spill ring sehingga merubah saat akhir langkah efektif plunyer.
Fuel injeksi timing diatur oleh pressure timer, timer itu sendiri diatur oleh
tekanan pengiriman oleh feed pump. Posisi tapped roler diubah-ubah oleh timer
untuk mengatur injection timing.
Mesin mati bila injeksi bahan bakar berakhir pada saat start switch off,
arus yang mengalir ke fuel cut-off solenoid terputus dan saluran bahan bakar
tertutup oleh solenoid plunyer, akibatnya penginjeksian bahan bakar akan berhenti
dan mesin mati.
Gambar 2.21. Pompa bahan bakar tipe distributor (Sumber: Astra Izusu Training Center, Informasi Umum Automotif)
28
2.6. Cara Kerja Masing-masing Bagian Pompa Bensin Tekanan Tinggi
Secara umum kerja dari masing-masing bagian pada kedua jenis pompa
injeksi ini adalah sama.
2.6.1. Feed Pump
Feed pump terdiri dari sebuah rotor, blade-blade dan liner. Putaran shaft
diteruskan oleh key (pasak) untuk memutar rotor. Pada rotor terpasang empat
buah blade, yang pada saat berputar akan menempel pada permukaan liner. Pada
saat itu akan terbentuk empat buah ruang bahan bakar. Volume ruang bakar
tersebut akan bertambah besar akibat putaran rotor, sehingga akan menghisap
bahan bakar dari tangki bahan bakar. Pada saat ruangan bahan bakar mengecil
maka bahan bakar akan terkompresi dan masuk ke ruang pompa bahan bakar.
Gambar 2.22. Regulating valve (sumber: Zexel, Service Manual Pompa Injeksi Tipe VE)
29
2.6.2. Regulating Valve
Tekanan pengiriman bahan bakar akan bertambah sesuai dengan
bertambahnya kecepatan pompa. Tetapi sesungguhnya jumlah bahan bakar yang
diinjeksikan ke ruang bakar jumlahnya jauh lebih sedikit dari jumlah bahan bakar
yang dipompakan oleh feed pump ke dalam ruang pompa bahan bakar. Untuk
mengatur kelebihan bahan bakar dan tekanan di dalam ruang pompa, maka
dipasang regulator valve pada sisi outlet feed pump. Timer akan mengatur timing
dengan memanfaatkan tekanan pada ruang pompa yang besarnya diatur oleh
regulating valve tersebut.
Gambar 2.23. Regulating valve (sumber: Zexel, Service Manual Pompa Injeksi Tipe VE)
2.6.3. Plunyer
Cara kerja plunyer untuk kedua tipe pompa injeksi bahan bakar secara
umum sama, hanya jumlah plunyer yang digunakan berbeda. Untuk tipe in-line
plunyer digerakkan oleh poros cam, sedangkan untuk tipe distributor plunyer
digerakkan oleh cam plate yang berputar secara bersamaan dengan drive shaft,
30
dan feed pump. Pada pompa tipe distributor hanya menggunakan satu plunyer
untuk mendistribusikan bahan bakar ke sejumlah ruang bakar yang terdapat pada
mesin tersebut.
Gambar 2.24. Plunyer (sumber: Wiranto Arismunandar, Motor Bakar Torak, hal. 94)
2.6.4. Delivery Valve
Bertambahnya tekanan bahan bakar yang diakibatkan dari langkah
kompresi oleh plunyer telah melebihi kekuatan pegas katup dan sisa tekanan pada
pipa injeksi, maka delivery valve akan membuka dan bahan bakar dikirim ke
nozel. Bila tekanan bukaan nozel telah tercapai maka akan terjadi penginjeksian
ke dalam ruang bakar. Di tengah-tengah delivery valve terdapat sebuah piston.
Sesudah penginjeksian berakhir dan tepian piston bertemu dengan bagian atas
valve seat, besar tekanan di dalam pipa injeksi akan berkurang sesuai dengan
volume bahan bakar yang ditarik kembali oleh delivery valve sewaktu kembali ke
posisi semula. Pada waktu injeksi berakhir, tekanan pada ruang secara mendadak
turun, maka pegas delivery valve akan menutup delivery valve. Untuk mencegah
penundaan injeksi, maka tekanan sisa yang masih ada pada pipa injeksi perlu
dipertahankan.
31
Gambar 2.25. Delivery valve (sumber: Zexel, Service Manual Pompa Injeksi Tipe VE)
2.7. Penyemprot Bahan Bakar
Untuk melakukan pembakaran, mesin memerlukan campuran bahan bakar
dengan udara yang tepat. Pada mesin injeksi pengaturan campuran bahan bakar
dengan udara dilakukan oleh ECU (Electronic Control Unit) berdasarkan sensor
suhu air di blok mesin yang diatur oleh peranti termostat. Setelah mengolah
berbagai data yang masuk, ECU akan memerintahkan injektor untuk bekerja.
Injektor merupakan peranti terakhir dari sistem saluran bahan bakar pada mesin
injeksi. Tugasnya menyemprotkan bahan bakar sesuai perintah ECU ke saluran
isap mesin ataupun ke ruang bakar. Kerja injektor diatur oleh sistem elektronik,
memiliki tingkat pengabutan bahan bakar yang lebih baik dibandingkan teknologi
mekanik karburator.
Ukuran injektor cukup mungil dengan ujung jarum yang lancip. Di dalam
injektor terdiri dari berbagai komponen, yaitu electromagnet, katup, dan nozzle.
Injektor dihubungkan dengan saluran bahan bakar yang berbentuk pipa
bernama fuel rail. Di dalam fuel rail ini, bahan bakar yang disalurkan oleh pompa
32
bahan bakar akan mengalami proses kompresi. Selanjutnya bahan bakar yang
telah dikompresi masuk ke injektor.
Electromagnet di dalam injektor, yang bertugas mendeteksi datangnya
bahan bakar, akan memerintahkan katup untuk membuka. Bahan bakar pun
mengalir ke ujung injektor atau nozzel. Nozzel adalah alat yang bertugas
mengabutkan bahan bakar menjadi partikel atom berukuran kecil. Hasilnya adalah
semprotan bahan bakar yang halus. Bahan bakar akan bereaksi lebih baik dengan
udara kalau berbentuk atom kecil.
Gambar 2.26. Kontruksi penyemprot bahan bakar (sumber: http://www.saft7.com)
Ada dua jenis sistem injeksi:
a. Sistem injeksi tak langsung (indirect injection system)
b. Sistem injeksi langsung (direct injection system)
33
2.7.1. Sistem Injeksi Tak Langsung (InDirect Injection System)
Pada mesin bensin konvensional suplai bahan bakar didapatkan dari hasil
karburasi melalui karburator. Untuk mendapatkan tenaga yang optimum,
komposisi campuran (perbandingan berat) antara udara dan bensin harus berkisar
antara 14,7 : 1, dan ini harus diperoleh pada setiap kondisi kerja mesin yang selalu
berubah, namun pada kenyataannya hal ini sulit sekali dicapai karburator, karena
pada karburator percampuran bensin dan udara sangat bergantung pada ukuran
lubang-lubang spuyer karburator. Keberhasilan sistem injeksi tak terlepas dari
ketepatannya mencampur bensin yang disalurkan ke mesin sesuai dengan putaran
dan bebannya.
Sistem injeksi tak langsung adalah bahan bakar diinjeksikan ke saluran
pemasukan melalui injektor-injektor, yang mana bahan bakar dari tangki
penampungan dialirkan dengan bantuan pompa bahan bakar bertekanan. Sistem
injeksi tak langsung tidak memerlukan pompa bertekanan tinggi disebabkan
injektor hanya menyemprotkan bahan bakar di intake manifold yang bertekanan
rendah (2 → 3,3 kg/m2).
Penyemprotan bahan bakar di intake manifold disemprotkan pada waktu
katup isap terbuka dan berakhir pada waktu katup isap tertutup. Karena bahan
bakar disemprotkan langsung kesaluran isap (intake manifold) melalui injektor,
maka ketepatan campuran dapat dicapai, sehingga bahan bakar terbakar sempurna
dan mesin pun dapat bekerja lebih efisien.
34
Ada 2 macam sistem injeksi tak langsung:
a. Single Point or Central Fuel Injection System
Pada single point fuel injection system penyaluran bahan bakar dari tangki
bakan bakar ke dalam semua saluran pemasukan (intake manifold) hanya
menggunakan satu fuel injector untuk menyuplai.
Gambar 2.27. Single point fuel injection system (sumber: http://www.saft7.com)
b. Multi Point Fuel Injection System
Pada sistem injeksi ini penyaluran bahan bakar dari tangki bahan bakar ke
dalam saluran pemasukan (intake manifold) dilakukan oleh beberapa injector.
Jumlah injektor tergantung dengan jumlah saluran pemasukan.
35
Gambar 2.28. Multi point fuel injection system (sumber: http://www.saft7.com)
2.7.2. Sistem Injeksi Langsung (Direct Injection System)
Sistem injeksi langsung adalah bahan bakar diinjeksikan langsung ke
dalam ruang pembakaran dengan tekanan bahan bakar yang tinggi, yang
dihasilkan dari pompa bertekanan. Pompa tersebut mempunyai tekanan ± 50
kg/m2, hal ini bertujuan agar bahan bakar mampu dikabutkan di dalam ruang
pembakaran yang bertekanan dan juga bertujuan untuk menyuplai kebutuhan
bahan bakar dalam poporsi yang sesuai.
Sistem injeksi langsung menghasilkan daya dan efisiensi bahan bakar yang
lebih tinggi dibandingkan dengan sistem injeksi yang lain, serta menghasilkan
emisi gas buang yang rendah.
36
Gambar 2.29. Direct injection (sumber: http://www.saft7.com)
a. Prinsip Kerja dan Karakteristik
Gambar 2.30 terlihat adanya penyemprotan bahan bakar dan busi yang
diletakkan pada suatu jarak tertentu sehingga di dalam ruang bakar dapat
dihasilkan campuran bahan bakar-udara yang optimal. Bahan bakar disemprotkan
ke arah rongga yang ada pada puncak torak, bukan ke busi, ketika torak berada di
sekitar TMA menjelang akhir langkah kompresi. Selanjutnya bahan bakar
tersebut dialirkan ke busi oleh gerakan torak ke TMA dalam campuran dengan
udara yang sempurna dan tersratifikasi. Pada saat itu campuran bahan bakar-udara
yang ada di sekitar busi dibuat optimal untuk pembakaran.
Campuran bahan bakar-udara yang optimal tersebut terjadi karena lubang
udara masuk silinder yang vertikal, penyemprotan dengan semprotan yang
berpusar, gerakan torak dan rongga pada puncak torak yang berbentuk lingkaran.
37
Dengan demikian aliran udara, kabur bahan bakar dan campuran yang terjadi
mengalir ke arah busi.
Gambar 2.30. Proses pencampuran bahan bakar (sumber: Wiranto Arismunandar, Motor Bakar Torak, hal. 152)
Sistem injeksi langsung memungkinkan terjadinya pembakaran yang stabil
dari campuran tersratifikasi sangat miskin (lebih kecil dari 1/40), sehingga dapat
menaikkan ekonomi bahan bakar 10→15 % dari sistem injeksi tak langsung dan
30 % untuk mesin konvensional (sumber: Wiranto Arismunandar, Motor Bakar
Torak, hal. 152). Demikian pula dengan daya yang dihasilkan dapat naik
mencapai 10 % . (sumber: Wiranto Arismunandar, Motor Bakar Torak, hal. 153)
Gambar 2.31. Arah pergerakan bahan bakar dan udara di dalam silinder (sumber: Mitsubishi gasoline direct injection engine: Website
http://www.mitsubishi-motors.co.jp/inter/technology/GDI/page1.html)
38
Gambar 2.32. Penyemprotan bahan bakar (sumber: Mitsubishi gasoline direct injection engine: Website
http://www.mi /page1.html)
b. Pemakaian bahan bakar yang efisien untuk daya yang maksimal
mampu
menyed
bahan bakar yang miskin.
al, sampai pada kecepetan
0 km
langsung beroperasi dengan beban
tsubishi-motors.co.jp/inter/technology/GDI
Penggunaan teknologi injeksi langsung pada kendaraan bermotor
iakan pemakaian bahan bakar yang efisien dan mampu menghasilkan daya
keluaran yang maksimal.
• Pembakaran dengan
Dalam kondisi-kondisi mengemudi yang norm
12 /jam, mesin injeksi langsung beroperasi dengan pembakaran yang miskin
untuk pemakaian bahan bakar. Penyemprotan bahan bakar terjadi pada saat piston
bergerak dari TMB menuju ke TMA (compression stroke injection) dengan
perbandingan udara dengan bahan bakar (A/F = 1 : 30 ~ 40).
• Daya keluaran yang maksimal.
Ketika mesin dengan sistem injeksi
yang lebih tinggi atau pada kecepatan yang tinggi, penyemprotan bahan bakar
berlangsung sepanjang langkah kompresi dan langkah hisap (intake stroke
injection). Hal ini bertujuan untuk mengoptimalkan pembakaran dengan
39
memastikan udara dan bahan bakar tercampur secara homogen dan ruang bakar
lebih dingin yang memperkecil kemungkinan detonasi.
c. Pencegahan Detonasi
n pada sistem injeksi langsung dapat dicegah karena
adanya
Detonasi atau knocki g
cara pencampuran dua-tahap (two stage mixing). Dalam hal ini kira-kira
seperempat bahan bakar total yang dimasukan per-siklus disemprotkan pada
langkah isap untuk membentuk campuran homogen sangat miskin. Sedangkan
sisanya disemprotkan pada bagian akhir langkah kompresi.
Gambar 2.33. Two stage mixing (sumber: Wiranto Arismunandar, Motor Bakar Torak, hal. 154)
arena campuran bahan bakar-udara yang disemprotkan pada tahap
rtam
karena waktu pencampurannya sangat singkat sehingga tidak terjadi detonasi.
K
pe a sangat miskin, meskipun motor menggunakan perbandingan kompresi
yang tinggi, detonasi dapat dihindari. Sedangkan bahan bakar yang disemprotkan
pada tahap kedua membentuk campuran kaya dalam volume yang sempit, tetapi
40
BAB III
PERHITUNGAN KERJA SIKLUS
3.1. Data Kendaraan Injeksi Tak Langsung
Jenis kendaraan : mobil penumpang
me
Jumlah silinder : 4 silinder in-line, DOHC 16 katub
Tipe sin : mesin bensin 4 langkah
Volume sillinder : 1834 cc
×Volume / silinder : 458,5 cc = 4,585 10 m-4 3
) / 6500 rpm
Diameter silinder : 81 mm
presi
eal untuk menganalisis motor bakar
lus ideal.
1.
2. Siklus udara tekanan-konstan (siklus Diesel)
Daya : 140 PS ( 102,97 kW
Torsi : 17,0 kg.m ( 166,71 N.m ) / 5000 rpm
Panjang langkah : 89 mm
Perbandingan kom : 9,5 : 1
Diameter Throat katup isap : 30,25 mm
3.1.1. Siklus Kerja Motor Bensin
Pada umumnya, pada siklus id
dipergunakan siklus udara sebagai sik
Dalam analisis siklus udara, khususnya pada motor bakar torak ada tiga
macam analisis, yaitu:
Siklus udara volume-konstan (siklus Otto)
3. Siklus udara tekanan-terbatas (siklus gabungan)
40
41
Dalam pembahasan ini penulis menggunakan siklus otto volume-konstan
gga prosesnya dapat dipahami
kalor yang konstan.
3. san fluida kerja.
B, fluida kerja
ekanan dan suhu
5.
an sama dengan tekanan dan suhu udara luar.
ifik yang
3) kompresi (1-2) ialah proses isentropic
untuk melakukan perhitungan pada motor bensin.
Untuk menjelaskan makna dari diagram p-v pada motor torak terlebih
dahulu perlu kita pakai beberapa idealisasi, sehin
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
2. Proses ekspansi dan kompresi berlangsung secara isentropik.
Proses pembakaran dianggap proses pemana
4. Pada akhir proses ekspansi, yaitu saat piston mencapai TM
didinginkan sehingga tekanan dan suhunya turun mencapai t
udara luar (atmosfer).
Tekanan fluida kerja di dalam silinder selama langkah buang dan langkah
hisap adalah konstan d
Pada gambar (3.1) menunjukkan siklus udara volume konstan (siklus otto):
1) Fluida kerja dianggap sebagai gas ideal dengan kalor spes
konstan
2) Langkah hisap (0-1) merupakan proses tekanan konstan
Langkah
42
4) Proses pembakaran volume konstan (2-3) dianggap sebagai proses
6) gai proses pengeluaran kalor pada
8) ertutup, artinya siklus ini berlangsung dengan fluida kerja
der pada titik 1 dapat
pemasukan kalor pada volume konstan.
5) Langkah kerja (3-4) ialah proses isentropic
Proses pembuangan (4-1) dianggap seba
volume konstan
7) Langkah buang (1-0) ialah proses tekanan konstan
Siklus dianggap t
yang sama, atau gas yang berada di dalam silin
dikeluarkan dari dalam silinder pada waktu langkah buang, tetapi pada
langkah isap berikutnya akan masuk sejumlah fluida kerja yang sama.
Gambar 3.1. Diagram P-V dan T-S Siklus Udara Konstan ( Siklus otto )
(Sumber: Wiranto Arismunandar,Motor Bakar T rak, hal 15)
o
43
3.2. Proses Penghisapan
Sejumlah muatan udara segar dialirkan saat langkah hisap, hal ini terjadi
udara luar ( tekanan atmosfer ) dengan
tekanan d
Katup hisap terbuka beberapa derajat sebelum TMA
saat langkah buang. Saat torak m
Adanya sisa hasil pembakaran didalam silinder yang mendiami
yang akan
3.2.1. Tekanan di Dalam Silinder Selama Proses Pengisapan
Adanya tahanan/gesekan di dalam saluran isap akan mengurangi jumlah
uatan
berkurang. Pengaruh tahanan hidraulik m
karena adanya perbedaan tekanan antara
alam silinder karena adanya penambahan volume silinder yang
disebabkan gerak langkah piston dari tititk mati atas (TMA) menuju titik mati
bawah (TMB).
Pengaliran muatan segar ini melalui saluran hisap dan akan melewati
katup hisap saat terbuka.
enuju TMB, campuran segar mengalir ke dalam
silinder.
Faktor yang mempengaruhi besarnya muatan yang masuk ke dalam silinder:
1.
sebagian volume silinder.
2. Pemanasan campuran udara- bahan bakar oleh permukaan dinding
saluran hisap dan ruang diluar silinder sebesar TΔ
mengurangi kerapatan campuran.
muatan segar yang terhisap ke dalam silinder karena kerapatan m
uatan 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.
44
Pada mesin 4 langkah saat mencapai kecepatan dan daya rata-rata Pa.
Tekanan akhir langkah hisap dihitung dengan persamaan Bernaulli.
Persam (Kovach, hal 88)aan Bernaulli: .........................................................................
a
2is
is
2is2
ain 22ρ2ρa
ininin g.H )(Vξ )(Vβ P g.H )(V P
+++=+=
Dengan
: kerapatan muatan pada saluran isap dan di dalam silinder.
: kecepatan udara pada saluran masuk (m/s)
Vis up isap
an Ha
isap
2
ain ρdan ρ
Vin
: kecepatan rata – rata udara selama proses isap pada kat
(m/s)
Hin d : permukaan referensi ( nol ) dari sumbu saluran isap dan sumbu
katup
β : VisVcyl Vcyl adalah kecepatan udara didalam silinder pada potongan
melintang berdasar pertimbangan.
Diasu ika
elewati saluran hisap diabaikan
ζis : koefisien tahanan saluran isap berdasarkan pada potongan kecil.
msikan Vin = 0, ketinggian Hin = Ha, dan rapat muatan segar ket
( )ain ρρ =m , maka persamaan diatas menjadi:
( ) ⎟⎟⎠
⎞
⎝
⎛
2V2
a
a
in
2
ρρ⎜⎜×++=
inis P P
isξβ ............................................................... (Kovakh, hal 88)
Persamaan kontinuitas untuk potongan melintang dari saluran isap dan
bagian silinder persamaan 3.3.
Vis . Ais = Vp max . Ap ........................................................................... (Kovakh, hal 89)
45
Dengan
p (m2)
: luasan piston (m2)
P
Ais : luasan lewat katu
Vp max : kecepatan piston maksimum (m/s)
Ap
Untuk mesin 4-langkah tanpa supercharging, inP dan = oin ρρ =o .
o ,0== MpaPin 1013 P
απ CoshdAis max= ........................................................................ (Petrosvky, hal 414)
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
αCosdh
4max ............................................................................ (Petrosvky, hal 414)
Ais : luasan lewat katup (m2
d : diameter throat katup isap (m)
r : jari-jari piston (m
imum (m)
)
)
maxh : tinggi angkat katup maks
: sudut dudukan katup = 45oα
S : panjang langkah (m)
n
: putaran mesin (rpm)
Luasan lewat katup (Ais):
4545410.25,3010.25,3014,3 3A ×× −
3
CosCosis ×=
−
=4
)10.25,30(14,3 23× −
= 7,187.10-4 (m2), luasan lewat untuk 1 buah katup
46
Katup isap terdiri dari 2 buah katup, maka luasan lewat katup keseluruhannya
adalah:
− m
= 3,14 (4,05.10-2 2
ksimum (Vp max ):
p =
210.187,7 24 ×=Ais
=1,437.10-3 m2
Luasan piston (Ap)
Ap π= 2r
)×
= 5,15.10-3 m2
Kecepatan piston ma
30nSV ....................................................................................... (Kovakh, hal 89)
= 65001089 3 ×−
30.
= 1,63 V (Kovakh, hal 89)
= 1,63
= 19,283 (m/s)
VPmax p ...........................................................................................................................
×19,283
1,432 m/s
Kecepatan rata – rata udara selama proses isap pada katup isap (Vis):
= 3
is
pPis A
VV ×= max ................................................................................. (Kovakh, hal 89) A
3
-3
10. = 31,432
437,1×
5,15.10−
= 112,647 m/s
smVis 13050 −= ..............(batas aman kecepatan udara melalui katup isap, Kovakh, hal 90)
47
Tekanan ahkir proses pengisapan (P
Untuk mesin 4-langkah tanpa supercharging,
a):
oin PP = dan oin ρρ = .
0== 1. 1013, MpaPP oin
udara pada To = 32 oC = 305 K 2. inρ = oρ
359 mkg ...................................................................... (tabel 3.1) 1,1o =ρ
3. ( ) 45,22 −=+ isξβ ...................................................... (Kovakh, hal 90)
Tabel 3.1. Sifat-sifat Udara Pada Tekanan Atmosfer (Sumber: Jp.Hollman, PerpindahanKalor hal 589)
48
( ) 622
102
−××+
−= oisis
oaV
PP ρξβ
.................................................. (Kovakh, hal 596)
( ) 62
10.159,12
112,64775,21013,0 −××
−=aP
= 0,081 Mpa
Pressure drop yang terjadi ( aPΔ ):
..................................................................................... (Kovakh, hal 93) aina PPP −=Δ
081,01013,0 −=Δ aP
= 0,020 Mpa
3.2.2. Temperatur Akhir Proses Pengisapan (Ta):
Temperatur campuran muatan segar dan gas-gas residu (Ta) pada ahkir
proses isap lebih tinggi dibanding temperatur pada saluran isap (Tin), tetapi lebih
rendah dibanding temperatur gas-gas residu (Tres).
Ta =res
resresin
γ1TΔTT
+
++ γϕ (K) .............................................................. (Kovakh, hal 93)
resa
res
res
ores PP
PT
TT−
×Δ+
=ε
γ ................................................................. (Kovakh, hal 97)
............................................................................. (Kovakh, hal 93)
: penam
( ) ores PP 25,11,1 −=
Dengan
Tin : temperatur saluran isap
bahan suhu campuran segar karena melewati saluran isap ≈15 oC ΔT
ϕ : koefisien kapasitas gas panas residu = 1
ε : perbandingan kompresi = 9,5:1
49
Tres : koefisien kapasitas residu = (750 1000) K ...................... (Kovakh, hal 92) →
resγ : Koefisien gas buang ( 0,100,06 → ) ..................................... (Kovakh, hal 91)
Ta : (310 → 350) K ..................................................................... (Kovakh, hal 94)
Maka :
0,072
1013,01,1 0,0815,91013,01,115305 ×+
750
=
×−××=resγ
K 348,881
0,0721750072,0115305
=
+××++
=Ta
hisap
Efisiensi pengisian untuk langkah ( vη ):
se ar a er dengan jumlah Wo yang akan
di ikan Vd pada tekanan dan suhu udara luar (p0
n T )
rcarger, p0
udara luar.
Efisiensi pengisian silinder adalah perbandingan antara jumlah muatan
g ktual We yang dikompresi di dalam silind
is di dalam volume kerja silinder
da 0 .
Pada mesin tanpa supe dan T0 menyatakan tekanan dan suhu
)γ(1TT.
PP
.1ε
ε
resa
in
in
a
+−............................................................ (Kovakh, hal 96) η 1v = ϕ
0,072)(1348,881305
0,1013 0,081
19,59,51ηv +×
××−
=
= 0,729
= 72,9 %
50
3.3. Langkah Kompresi
Temperatur dan tekanan pada akhir langkah kompresi menggunakan
eksponen polytropik (n1), ekponen ini konstan selama proses berlangsung.
n1 = ( 1,3 – 1,37 ) .............................................................................. (Kovakh, hal 117)
Tekanan akhir langkah kompresi (Pcom):
(Mpa)........................................................................ (Kovakh, hal 111)
Mpa
Temperatur akhir langkah kompresi (Tcom):
................................................................................. (Kovakh, hal 111)
= 685,479 K
bakar
an oksigen. Udara mengandung 23%
Proses berlangsung secara isentropik, tekanan akhir langkah kompresi
dihitung dengan menggunakan persamaan:
1nacom PP ε×=
3,15,9081,0 ×=comP
= 1,512
11−×= nacom TT ε
13,15,9 348,881 −×=comT
3.4. Proses Pembakaran
Proses pembakaran terjadi saat piston berada beberapa derajat sebelum
TMA. Campuran udara dan bahan bakar yang terkurung di dalam ruang
dimampatkan pada saat proses kompresi, sehingga tekanan dan suhu di dalam
ruang bakar naik secara tiba-tiba.
Pada proses ini terjadi pembakaran campuran bahan bakar dan udara yang
unsur utamanya adalah karbon, hidrogen d
51
oksigen (O2
mengandung 21% Oksigen dan 79% Nitrogen dalam basis volume.
:
Dengan:
C = Karbon
H = Hidrogen
aran Bahan Bakar dan Udara
Reaksi
) 76,7% Nitrogen (N2) dalam basis massa, sedangkan udara
Reaksi pembakaran
1 kg bahan bakar = c kg + h kg + o kg
O = Oksigen
3.4.1. Reaksi Kimia Pembak
pembakaran hidrogen:
:H (kg) 1 pembakaranuntuk
OH kg 36O kg 32H kg 4
OH2OH 2
2
222
222
=+
=+
OH mol2hO mol
4hH kgh
OH mol 2O mol 1
3632
222
22
=+
=
:mol dalam
364
324
H kgh
:Hidrogen dari (kg)h untuk dan
OH 4
O kg 4
H kg 1
222
222
=+
=+
OHkghOkgh
H kg 4 2 +
:Hidrogen dari (kg)h untuk atau
52
Reaksi pembakaran karbon:
CO mol 12cO mol
24cC kg c
:carbon dari (kg) cuntuk atau
CO mol 2O mol 1C kg 24
:mol dalam
CO kg 5624cO kg 32
24cC kg c
CO kg 2456O kg
2432C kg 1
CO kg 56O kg 32C kg 24 2+
:atau
2COO C 2
2
2
2
2
2
=+
=+
=+
=+
=
=+
Komposisi bahan bakar:...................................................................... (Kovakh, hal 64)
C = 88,5 %
H = 14,5 %
Kebutuhan udara untuk membakar 1 kg bahan bakar dalam massa secara
oritis adalah: te
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −+=
81foth OHCa 8
323,0........................................................................ (Kovakh, hal 51)
kg
ath
96,14
0145,08885,038
23,01
=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −×+=
Kebutuhan udara untuk membakar 1 kg bahan bakar dalam mol secara
teoritis adalah:
53
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−+=
32412209,01 f
th
OHCA .............................................................. (Kovakh, hal 51)
kmol516,0
320
4145,0
12885,0
209,01
=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −+=thA
3.4.2. Koefisien Kelebihan Udara ( )α
Jumlah udara yang digunakan mesin akan bertambah besar, mengecil atau
bahkan setimbang terhadap perhitungan teoritisnya, tergantung pada tipe tiap
susunan campuran bahan bakar dan udara. Perbandingan jumlah udara yang ikut
rbakar bersama bahan bakar terhadap perhitungan teoritisnya disebut koefisien te
kelebihan udara (α ).
α = 1 disebut campuran setimbang (Stoikiometris).
α < 1 disebut campuran kaya
α > 1
dan , diasumsikan bahwa udara mengandung
20,9 % O2 dari basis volum da
Jumlah udara aktual didalam pembakaran dari 1 kg bahan bakar,
disebut campuran miskin
Dalam perhitungan tha thA
n 23 % dari basis massa.
( 3,11−=α Kovakh hal 52) adalah:
thaa
=α ............................................................................................... (Kovakh, hal 52)
×= thaa α
kg96,14
96,141
=
×=
54
thAA
=α ............................................................................................... (Kovakh, hal 52)
×=
×= thAA α
516,01
mol516,0=
umlah
=
J total campuran segar udara dan bahan bakar:
96,141
11
+=
+= thaG α
..................................................................................... (Kovakh, hal 53)
kg96,15
thf
AM αμ
+=11 ................................................................................. (Kovakh, hal 53)
Dengan:
massa molekul dari bahan bakar............................................... (Kovakh, hal 64) fμ =
kmol524,0
516,0114
=
+
11 =M
Tabel 3.2. Kom tari dan Karakteristik Dari Bensin dan Solar , Motor Vehicle Engines, hal 64)
posisi Elemen(Sumber: M.Kovakh
55
Jumlah campuran individu dari hasil pembakaran:
thCO AK
M+−
=1142,0 α .......................................................................... (Kovakh, hal 57)
kmol0
516,05,01+CO
1142,0
=
×−
×=M
COCO MCM −=122
............................................................................... (Kovakh, hal 57)
kmol071,0
012855,0
2
=
−=COM
COH MKM ×=2
.................................................................................. (Kovakh, hal 57)
engan:
kmol0
05,02
=
×=HM
D
=K koefisien gas buang (0,45 - 0,5) Kovakh, hal 56.
22 2 HOH MHM −= ............................................................................... (Kovakh, hal 57)
kmol072,0
0072,0
2 22
=
−=
−= HOH MHM
thN AM ××= α79,02
........................................................................... (Kovakh, hal 58)
=
××=M
kmol407,0
516,0179,02N
56
Jumlah total dari hasil pembakaran (M2) adalah:
072,00071,002
=
++++=M
Koefisien teoritis d
kmol55,0
407,0
ari perubahan molekul ( thμ ):
1
2
MM
th =μ .......................................................................................... (Kovakh, hal 595)
049,1
524,055,0
=
=thμ
Koefisien molar actual (μ ):
res
resth
γγμ
μ++
=1
................................................................................... (Kovakh, hal 596)
046,1
072,01+
072,0049,1
=
+=μ
Diasumsikan panas terendah dari hasil pembakaran ( ) = 44 lH kgMJ .
Jumlah panas yang tidak berkembang:
.......................................................... (Kovakh, hal 64) ( ) ( ) thcheml AH α−×=Δ 110114 6
( ) ( )
kmol
MJ 0
516,011114
=
×−×=Δ chemlH
Energi yang dikandung 1 kmol hasil pembakaran pada temperatur
maksimum yang tercapai ( ) adalah: "ZU
( )[ ]( ) res
comrescom
res
chemllZZ
UUM
HHU
γγ
γξ
μ++
++Δ−
=1
"1
"1
................................ (Kovakh, hal 596)
57
Koefisien pemakaian panas ( Zξ ) = 0,85........................................... (Kovakh, hal 596)
Energi internal dari 1 mol campuran segar pada langkah ahkir kompresi:
.... ............................ (Kovakh, hal 597)
Pan
( ) tcU μ= ..................................... .....comcomVcom
as jenis dari campuran segar udara dan bahan bakar ( Vcμ )
diasumsikan setara dengan udara pada temperatur (t = tcom
menggunaka tabel 3.3, diasumsikan .
P s Jenis Molar Gas
). Dengan
Ct o300=n
( VcμTabel 3.3. Kapasitas ana ) Pada Volume Konstan (Sumber: M.Kovakh, Motor Vehicle Engines, hal 67)
58
Didapat:
Vcμ pada t = tcom = 21,206 CmolkJ o
maka:
kmolkJ8,6361
300206,21 ×=comU
=
Energi internal dari 1 mol hasil pembakaran pada ahkir langkah kompresi:
c tcU "" ( ) comcomVom μ= ....................................................................... 97)
Dengan:
(Kovakh, hal 5
"Vcμ = adalah 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 telah diasumsikan diatas untuk maka 2M
Mr ii = 1=α
dapat dihitung:
2MM
r ii = ............................................................................................ (Kovakh, hal 597)
1.
2.
3.
4.
5.
0=COr
129,02 =COr
131,02=OHr
74,02=Nr
02=Hr
59
Den ari tabel 3 , untuk tcom =300 oC dapat dihitung:
NrOHrH
rCrCr
NOH
HOCOOCO
×+×+×
gan menggunakan data d .3
"cV
222 22
222×+×=μ +
.............................................. (Kovakh, hal 597)
×+×+×+×+×=Vcμ
Energi internal dari ha
972,2074,0260,26131,0808,200440,33129,0202,210"
272,23=
sil pembakaran adalah:
( )
kmole 6,6981= kJ
300272, ×
23" =comU
[ ]( )
kmolekJ
6,6981072,08,636104400085,0
695,72983
072,01072,01524,0"
=
+×+
+−
Energi yang dikandung 1 kmol hasil pembakaran pada tem
maksimum yang
+=ZUμ
peratur
tercapai ) adalah: ( "ZU
( )
μμ
μ
Z
ZV TcZ
U
U
"
"
=
=
................................................................................. (Kovakh, hal 597)
kmoleMJ 774,69
kmolekJ 087697
61695,72983"
=
=
=ZU
Dari tabel 3.4 akan diperoleh nilai Tz (suhu akhir pembakaran) dengan
04,
,74
1=α maka nilai Tz adalah:
z = 2346,334 oC T
Tz = 2619,334 K
60
Tabel 3.4. Energi Internal Hasil Pembakaran (U) (Sumber: M.Kovakh, Motor Vehicle Engines, hal 70)
Tekanan ahkir pada ahkir langkah pembakaran (Pz) adalah;
comcom
ZZ P
TTP μ= ................................................................................ (Kovakh, hal 598)
Mpa043,6
512,1479,685334,2619046,1
=
××=ZP
Rasio penambahan tekanan (λ ):
comP=λ ............................................................................................Z (Kovakh, hal 598) P
61
997,3
1,5126,043
=
=λ
Tekanan maksimum pada akhir langkah pembakaran (Pz’) adalah:
................................................................................... (Kovakh, hal 598)
3.5. 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.
n eksponen politropik
(n2). Setelah langkah ekspansi dilanjut buangan, yang
diawali saat katup buang mulai terbuka, eksponen politropik untuk langkah
ekspansi yaitu, n2 = 1,23 – 1,30 (Kovakh, hal 155).
Tekanan akhir langkah ekspansi (Pb):
ZZ PP ×= 85,0'
Mpa136,5
043,685,0'
=
×=ZP
Proses ekspansi merupakan proses politropik denga
kan dengan proses pem
2nZ
bPPε
= ............................... ........ .................................................... (Kovakh, hal 598)
Mpa 379,0
5,9043,6
23,1
=
=bP
62
Temperatur ahkir langkah ekspansi (Tb):
12 −= n
Zb
TT
ε......................................................................................... (Kovakh, hal 598)
K682,1560
5,9334,2619
=T 123,1
=
−b
3.5.1. Karakteristik Kerja Motor
ekanan rata-rata (pi)id untuk
T 1=ρ :
⎥⎦
⎤⎢⎣
( ) ⎡⎜⎛ −
1
1n
PP λε⎟⎞
⎜⎛ −
−−⎟
⎞−−
= −− 11 12
111
1111 nnaidi nn εεε
.................... (Kovakh, hal 598) ⎠⎝⎠⎝ 12
( )
Mpa1,220
9,5111113.9979,50,081P
1,3
⎥⎤
⎢⎡
⎟⎞
⎜⎛−×−⎟
⎞⎜⎛−×××=
11,39,511,2319,5 11,311,23idi
=
⎦⎣⎟⎠
⎜⎝−⎟
⎠⎜⎝−− −−
Tekanan indikasi rata-rata actual (Pi):
untuk ( )97,092,0 −=iϕ .................................................................... (Kovakh, hal 164)
= idPP ×ii ϕ ....................................................................................... (Kovakh, hal 598)
Mpa183,1
220,197,0
=
×=iP
Tenaga yang dihasilkan (W
t):
hit VPW ×= ....................................................................................... (Kovakh, hal 165)
Dengan:
tekanan indikasi rata-rata (Pa)
volume kerja silinder (m3)
=iP
=hV
63
( ) 089,0081,0113,1183112 2 ⎞⎜⎛ ×××=π
N.m053,524
4
=
⎟⎠⎝
t
Untuk mesin 4-langkah, daya yang dihasilkan (Ni):
W
120nViP
N hii = .................................................................................... (Kovakh, hal 166)
engan:
r (MP
volume kerja silinder (Liter)
D
=iP tekanan indikasi ata-rata a)
=hV
kW649,117
1206500459,04183,1
=
×××=iN
ech):
Untuk menghit
mekanis. Ef
indikasi.
Efisiensi mekanis dihitung dengan menggunakan persamaan 3.47 :
3.5.2. Daya Rugi-Rugi Mekanis (Pm
ung rugi-rugi mekanis relatif digunakanlah efisiensi
isiensi mekanis menyatakan perbandingan daya kuda rem dan daya
Pmech VBAP ×+= ............................................................................. (Kovakh, hal 598)
Dengan:
diperolah dari tabel 3.5 (faktor rugi-rugi mekanis)
a (m/s)
=BdanA
=PV kecepatan piston rata-rat
64
Tabel 3.5. Faktor Rugi-Rugi Mekanis (Sumber: M.Kovakh, Motor Vehicle Engines, hal 203)
Maka dari tabel diperoleh untuk 1<DS :
Dengan:
D = diameter piston (m)
) S = panjang langkah (m
942,0089,0081,0
= <1
....
3
=
−
Efesiensi m
Mpa 3003,0
283,190135,004,0
=
×+=mechP
Tekanan efektif rata-rata (Pbe):
mechibe PPP −= . ............................................................................. (Kovakh, hal 598)
Mpa883,0
3003,018,1=beP
ekanis ( mechη ):
i
bemech P
P=η ....................................................................................... (Kovakh, hal 598)
65
746,0
183,1883,0
=
=mechη
3.5.3. Pemakaian Bahan Bakar Spesifik
Pemakaian bahan bakar spesifik (gi):
thi
oVi aP
gαρη
×= 3600 ........................................................................... (Kovakh, hal 599)
kW.jamkg 172,0
kW.jamg869,171
96,141183,1159,1729,03600
=
=
×××
×=ig
ktif pengereman (gb): Konsumsi bahan bakar efe
mech
ib
gg
η= ......................................................................................... (Kovakh, hal 599)
kW.jamkg 230,0
kW.jamg387,230
746,0869,171
=
=
=bg
Efisiensi indikator ( ): iη
li Hgi3600
=η ........................................................................................ (Kovakh, hal 599)
476,0
449× 86,1713600
=
=iη
66
Efesiensi thermal efektif ( ): bη
mechib ηηη ×= ................................................................................... (Kovakh, hal 599)
×=bη
..........
746,0476,0
355,0=
Konsumsi bahan bakar perjam (gf):
iif Ngg ×= ........................................................................... (Kovakh, hal 599)
jamkg 236,20
649,117172,0
=
×=fg
67
3.6. Data Kendaraan I jekn si Langsung
Jenis kendaraa
Tipe mesin : mesin bensin 4 langkah
Jenis mesin : 4 silinder in-line,DOHC 16 katub
cc
Volume / silli -4 3
Daya : 150 PS (110,33 kW) / 6500 rpm
Torsi : 18,2 kg.m (178,40 Nm) / 4000 rpm
Diameter silinder : 81 mm
Panjang langkah : 89 mm
Perbandingan kompresi : 12 : 1
Diameter Throat katup isap : 30,25 mm
3.7. Proses Penghisapan
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).
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.
n : mobil penumpang
Volume sillinder : 1834
nder : 458,5 cc = 4,585.10 m
68
Faktor yang mempengaruhi besarnya muatan yang masuk ke dalam silinder:
sisa h il lam silinder yang mendiami
agian
ume silinder.
ukaan dinding
ebesar
1. Adanya as pembakaran di da
seb
vol
2. pemanasan campuran udara-bahan bakar oleh perm
TΔsaluran hisap dan ruang di luar silinder s yang akan
mengurangi kera at
3.7.1. Tekanan di Dalam Silinder Selama Proses Pengisapan
saluran isap akan mengurangi jumlah
lam silinder karena kerapatan muatan
uatan dapat dicari bila diketahui rugi–
ΔPa dalam sistem hisap atau tekanan Pa pada saat proses
silinder selama proses pengisian dapat
dicari sec
ulli: ......................................................................... (.Kovach, hal 88)
p an campuran.
Adanya tahanan/gesekan di dalam
muatan segar yang terhisap ke da
berkurang. Pengaruh tahanan hidraulik m
rugi tekanan
penghisapan berakhir. Tekanan di dalam
ara tepat bila prosesnya stabil.
Pada mesin 4 langkah saat mencapai kecepatan dan daya rata-rata Pa.
Tekanan akhir langkah hisap dihitung dengan persamaan Bernaulli.
Persamaan Berna
a
2is
is
2is2a
in
2in g.H )(Vξ )(Vβ P g.H )(V +++=+
ain
in
22ρ2
ρP
=
Dengan :
: kerapatan muatan pada saluran isap dan di dalam silinder.
Vin : kecepatan udara pada saluran masuk (m/s)
ain ρdan ρ
69
Vis : kecepatan rata – rata udara selama proses isap pada katup isap
Hin dan H ri sumbu saluran isap dan sumbu
β :
(m/s)
a : permukaan referensi ( nol ) da
katup isap
VisVcyl Vcyl adalah kecepatan udara didalam silinder pada potongan
melintang berdasar pertimbangan.
ζis : koefisien tahanan saluran isap berdasarkan pada potongan kecil.
melewati saluran hisap diabaikan
Diasumsikan Vin = 0, ketinggian Hin = Ha, dan rapat muatan segar ketika
( ) , maka persamaan diatas menjadi: ain ρρ =
( ) ⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
×++=2
V
2
ain
is ρ
ρ isξβ ............................................................... (Kovakh, hal 88)
Persamaan kontinuitas untuk potongan melintang dari saluran isap dan
bagian silinder persamaan 3.3.
V
⎞⎛ain 2PP
........................................... (Kovakh, hal 89)
Dengan
Ap : luasan piston (m2)
Untuk mesin 4-langkah tanpa supercharging,
is . Ais = Vp max . Ap ................................
Ais : luasan lewat katup (m2)
Vp max : kecepatan piston maksimum (m/s)
oin PP = dan oin ρρ = .
1013,0 PP oin == Mpa
αCos ........................................................................ (Petrosvkyπ hdAis max= , hal 414)
70
⎟⎠⎞h ............................................................................................(Petrosvky, hal 414) ⎜
⎝⎛=
αCosd
4max
s2
d : diameter throat katup isap (m)
r : jari-jari piston (m)
Ai : luasan lewat katup (m )
maxh : tinggi angkat katup maksimum (m)
α : sudut dud
: panjang
: putaran mesin (rpm)
ukan katup = 45o
S langkah (m)
n
Luasan lewat katup (Ais):
( )4
3
42,3010.25,3014,3
33
−−
=
××=Cos
Ais
= 7,187.10-4 (m2)
Katub isap terdiri dari 2 buah katub, maka luasan lewat katub keseluruhannya
adalah:
Kecepatan piston maksimum (V ):
Vp =
454510.5
×Cos
10.25,3014, 23−×
33
4
m 10.437,1
210.187,7
−
−
=
×=isA
p max
30nS ....................................................................................... (Kovakh, hal 89)
71
30650010.89 3 ×−
=
= 19,283 (m/s)
VPmax = 1,63 Vp ................................................................................................ (Kovakh, hal 89)
= 1,63×19,283
K a proses isap pada katup isap (Vis):
= 31,432 m/s
ecepatan rata – rata udara selam
pAVV ×= ...............
ispis Amax .................................................................. (Kovakh, hal 89)
= 31,432 3
3
10.437,110.15,5
−
−
×
= 112,647 m/s
smVis 13050 −= ..............(batas aman kecepatan udara melalui katup isap, Kovakh, hal 90)
Tekanan ahkir proses pengisapan (Pa):
Untuk mesin 4-langkah tanpa supercharging, oin PP = dan oin ρρ = .
1.
2.
MpaPP oin 1013,0==
udara pada To = 32 oC = 305 K oin ρρ =
3159,1 mkgo =ρ ...................................................................... (tabel 3.1)
3. ( ) 45,22 −=+ isξβ ...................................................... (Kovakh, hal 90)
( ) 622
10−××+
−= isis VPP ρ
ξβ........
2 ooa ........................................... (Kovakh, hal 596)
( ) 62647,11275,2 × 10159,1
21013,0 −××−=aP
= 0,081 Mpa
72
Pressure drop yang terjadi ( aPΔ ):
..................................................................................... (Kovakh, hal 93) aina PPP −=Δ
081,01013,0 −=Δ aP
= 0,020 Mpa
3.7.2. Temperatur Akhir Proses Pengisapan (Ta):
Temperatur campuran muatan segar dan gas-gas residu (Ta) pada ahkir
proses isap lebih tinggi dibanding in
rendah dibanding temperatur gas-gas residu (Tres).
Ta =
temperatur pada saluran isap (T ), tetapi lebih
resγ1+resresin TΔTT ++ γϕ
(K) .............................................................. (Kovakh, hal 93)
resares PPT −εresP
.................................................................ores
TT×
Δ+=γ (Kovakh, hal 97)
ovakh, hal 93)
Dengan
Tin : temperatur saluran isap
: penambahan suhu ca
( ) ores PP 25,11,1 −= ............................................................................. (K
mpuran segar karena melewati saluran isap ≈15 oC ΔT
ϕ : ko sien kapasitas gas paefi nas residu = 1
ε : perbandingan kompresi =
Tres : koefisien kapasitas residu = (750 1000) K ...................... (Kovakh, hal 92)
12:1
→
resγ : Koefisien gas buang ( ................................... (Kovakh, hal 91)
a ..................................................................... (Kovakh, hal 94)
0,100,06 → ) ..
T : (310 → 350) K
73
Maka :
061,0
1013,02,1081,0121013,02,11505 ×
×+
7503
=
×−×=resγ
0,06116500061,0115
+305 ××+
=Ta
+
K 722,344=
Efisiensi pengisian untuk langkah hisap( vη ):
Efisiensi pengisian silinder adalah perbandingan antara jumlah muatan
segar aktual We yang dikompresi di dalam silinder dengan jumlah Wo yang akan
diisikan di dalam volume kerja silinder Vd pada tekanan dan suhu udara luar (p0
dan T0).
Pada mesin tanpa
udara luar.
supercarjer, p0 dan T0 menyatakan tekanan dan suhu
)γ(1TT.
PP
.1ε
εηresa
in
in
a1v +−
= ϕ ............................................................. (Kovakh, hal 96)
0,061)(1344,722305
0,1013081,0
112121η =v +×
××−
= 0,745
= 74,5 %
3.8.
eks n
n = ( 1,3 – 1,37 ) .............................................................................. ovakh, hal 117)
Langkah Kompresi
Temperatur dan tekanan pada akhir langkah kompresi menggunakan
po en polytropik (n1), eksponen ini konstan selama proses berlangsung.
1 (K
74
Tekanan akhir langkah kompresi (Pcom):
Proses berlangsung secara isentropik, tekanan akhir langkah kompresi
dihitung dengan menggunakan persamaan
(Mpa)........................................................................ (Kovakh, hal 111)
= 2,048 Mpa
):
comT
= 726,479 K
es Pembakaran
Proses pembakaran terjadi saat piston berada beberapa derajat sebelum
TMA. Campuran udara dan bahan bakar yang terkurung di dalam ruang bakar
dimampatkan pada saat proses kompresi, sehingga tekanan dan suhu di dalam
ruang bakar naik secara tiba-tiba.
Pada proses ini terjadi pembakaran campuran bahan bakar dan udara yang
anya adalah karbon, hidrogen dan oksigen. Udara mengandung 23%
n (N2) dalam basis massa, sedangkan mengandung
1nacom PP ε×=
3,112081,0 ×=comP
Temperatur akhir langkah kompresi (Tcom
11−× naT ε ................................................................................. (Kovakh, hal 111)
13,112722,344 −×=T
=
com
3.9. Pros
unsur utam
oksigen (O2 ) 76,7% Nitroge
21% Oksigen dan 79% Nitrogen dalam basis volume.
75
Reaksi pembakaran:
1 kg ba
C = Karbon
H = Hidrogen
Bakar dan Udara
Reaksi pembakaran h
han bakar = c kg + h kg + o kg
Dengan:
O = Oksigen
3.9.1. Reaksi Kimia Pembakaran Bahan
idrogen:
OH mol2hO mol
4hH kgh
:Hidrogen dari (kg)h tuk
222 =+
unatau
O
undan
OH3632
:H (kg) 1 pembakaran
OH kg 36O
OH 2OH 2
22
2
22
222
=
H mol 2O mol 1H kg 4
:mol dalam
364
324
H kgh
:Hidrogen dari (kg)h tuk
222
222
=+
=+
4
O kg 4
H kg 1 2 =+
untuk
kg 32H kg 4 2 +
+
=
OHkghOkgh
76
Reaksi pembakaran karbon:
2COO C 2 2 =+
:atau
CO mol 12cO mol
24cC kg c
:karbon dari (kg) cuntuk atau
CO mol 2O mol 1C kg 24
:mol dalam
CO kg 5624cO kg 32
24cC kg
CO kg 2456O kg
24
CO kg 56O kg 32
2
2
2
2
=+
=+
=
=
Komposisi bahan bakar:...................................................................... (Kovakh, hal 64)
C = 88,5 %
H = 14,5 %
Kebutuhan udara untuk membakar 1 kg bahan bakar dalam massa secara
teoritis adalah:
C kg 24 +
32C kg 1 +
c
2 =+
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −+= foth OHCa 8
38
23,01 ............................................................ (Kovakh, hal 51)
kg96,14
0145,08885,038
23,01
=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −+=tha
77
Kebutuhan udara untuk membakar 1 kg bahan bakar dalam mol secara
teoritis adalah:
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−+=
32412209,01 f
th
OHCA .............................................................. (Kovakh, hal 51)
kmol516,0
320
4145,0
12885,0
209,01
=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −+=thA
3.9.2. Koefisien Kelebihan Udara ( )α
Jumlah udara yang digunakan mesin akan bertambah besar, mengecil atau
bahkan setimbang terhadap perhitungan teoritisnya, tergantung pada tipe tiap
susunan campuran bahan bakar dan udara. Perbandingan jumlah udara yang ikut
rbakar bersama bahan bakar terhadap perhitungan teoritisnya disebut koefisien
kelebihan udara (
te
α )
α = 1 disebut campuran setimbang
α < 1 disebut campuran kaya
α > 1 disebut campuran miskin
Dalam perhitungan dan diasumsikan bahwa udara mengandung
20,9 % O2 dari basis volum da
Jumlah udara aktual didalam pembakaran dari 1 kg bahan bakar,
tha thA
n 23 % dari basis massa.
( 3,11−=α Kovakh hal 52) adalah:
thaa
=α ............................................................................................... (Kovakh, hal 52)
78
96,141×=
tha
kg96,14=
×=a α
thAA
=α .............................................................................................. (Kovakh, hal 52)
mol516,0
516,01
=
×=
×= thAA α
Jumlah total campuran segar udara dan bahan bakar:
96,1411
1
×+=
+=
kg
th
96.15
1
=
aG α
................................................................................. (Kovakh, hal 53)
thf
AMμ1
1 α+= ................................................................................. (Kovakh, hal 53)
Dengan:
fμ massa molekul dari bahan bakar............................................... (Kovakh, hal 64) =
kmol524,0
519,0114
11
=
+=M
Jumlah campuran individu dari hasil pembakaran:
thCO AK+α ..........................................................................M −
=142,0 (Kovakh, hal 57) 1
kmol0
114,0
=
−=CO 516,0
5,012 ×
+×M
COCO MCM −=122
............................................................................... (Kovakh, hal 57)
79
kmol071,0
012855,0
2
=
−=COM
COH MKM ×=2
.................................................................................. (Kovakh, hal 57)
Dengan:
kmol0
05,02
=
×=HM
=K koefisien gas buang (0,45 - 0,5) Kovakh, hal 56.
22 2 HOH MHM −= ............................................................................... (Kovakh, hal 57)
kmol072,0
0072,0
2 22
=
−=
−= HOH MHM
A××NM = α th79 ........................................................................... (Kovakh, hal 57)
2
=
NM
Jumlah total dari hasil pembakaran (M2) adalah:
55,0=
Koefisien teoritis dari perubahan molekul (
,02
kmol407.0
516,0179,0 ××=
M 407,0072,00071,002 ++++=
kmol
): thμ
1
2
MM
th =μ ............................................................................................ (Kovakh, hal 66)
80
049,1
524.055.0
=
=thμ
Koefisien molar actual (μ ):
res
resth
γγμ
μ++
=1
................................................................................... (Kovakh, hal 596)
046,1
061,0061,0
=
+
Diasumsika
1049,1+
=μ
n panas terendah dari hasil pembakaran ( lH ) = 44 kgMJ .
Jumlah panas yang tidak berkembang:
.......................................................... (Kovakh, hal 64) ( ) ( ) thcheml AH α−×=Δ 110114 6
( ) ( )
kmolMJ 0
516,01110114 6
=
×−×=Δ chemlH
Energi yang dikandung 1 kmol hasil pembakaran pada temperatur
maksimum yang tercapai ( ) adalah: "ZU
( )[ ]( ) res
comrescom
res
chemllZZ
UUM
HHU
γγ
γξ
μ++
++Δ−
=1
"1
"1
................................ (Kovakh, hal 596)
Koefisien pemakaian panas ( Zξ ) = 0,85........................................... (Kovakh, hal 596)
Energi internal dari 1 mol campuran segar pada langkah ahkir kompresi:
tcU μ= .......................................................................... (Kovakh, hal 597)
Panas jenis dari campuran segar udara dan bahan bakar (
( ) comcomVcom
Vcμ )
diasumsikan setara dengan udara pada temperatur (t = tcom
menggunakan tabel 3.3, diasumsikan .
). Dengan
Ct o300=
81
pada t = tcom = 21,206 Ckmolkj o Vcμ
Maka:
kmolkj
U com 300206,21 ×=
8,6361=
Energi internal dari 1 mol hasil pembakaran pada ahkir langkah kompresi:
( ) comcomVcom tcU "" μ= ....................................................................... (Kovakh, hal 597)
Dengan:
"Vcμ = adalah panas jenis dari hasil pembakaran pada ahkir langkah kompresi.
Panas jenis campuran adalah jumlah dari hasil pembakaran komponen
individual dibagi dengan jum posisi
elementary dari bahan bakar telah diasumsikan diatas untuk
lah total hasil pembakaran. Untuk kom
maka 2M
Mr i
i = 1=α
dapat dihitung:
2MM
r i= ............................ .................i ...... ......................................... (Kovakh, hal 597)
1.
4.
0=COr
2. 129,02 =COr
3. 131,02=OHr
2=Nr 74,0
5. 0=Hr
2
82
Den ari tabel 3. untuk tcom =300 oC dapat dihitung:
NrOHrH
rCrCr
NOH
HOCOOCO
×+×+×
gan menggunakan data d 3
"cV
222 22
222×+×=μ +
.............................................. (Kovakh, hal 597)
×+×+×+×+×=Vcμ
Energi internal dari ha
972,2074,0260,26131,0808,200440,33129,0202,210"
272,23=
sil pembakaran adalah:
kmolkJ 6,6981
300272,2" =comU 3
=
×
[ ]( )
kmolkJ 997,73667
061,016,6981061,08,6361
061,01524,004400085,0"
=
++ ×
++
−=ZUμ
Energi yang dikandung 1 kmol hasil pembakaran pada temperatur
maksimum yang tercapai ( "ZU ) adalah:
( )μ
μμ
ZU"=
................................................................................. (Kovakh, hal 597) ZVZ TcU" =
kmolkJ 276,28704
61977,73667"
=
=ZU
Dari tabel 3.4 akan diperoleh nilai Tz (suhu ahkir pembakaran) dengan
04,
1=α maka nilai Tz adalah:
Tz = 2365,689 oC
Tz = 2638,689 K
83
Tekanan ahkir pada akhir langkah pembakaran (Pz) adalah;
comcom
ZZ P
TTP μ= ................................................................................ (Kovakh, hal 598)
MPa781,7
048,2479,726689,2638046,1
=
××=ZP
Rasio penambahan tekanan (λ ):
com
Z
PP
=λ ............................................................................................ (Kovakh, hal 598)
799,3
048,2781,7
=
=λ
Tekana
...... ......................................... (Kovakh, hal 598)
3.10. Langkah Ekspansi
Setelah terjadi proses pembakaran bahan bakar dengan udara karena
tekanan yang sangat kuat, maka dihasilkan tenaga yang mampu mendorong piston
mekanik. Karena gerakan piston dari TMA ke TMB, maka volume silinder akan
tekanan udara dalam silinder akan menurun.
n maksimum pada akhir langkah pembakaran (Pz’) adalah:
ZZ PP ×= 85,0' ................... .................
MPa 614,6
781,785,0'
=
×=ZP
dari TMA ke TMB.
Langkah ini adalah proses perubahan energi panas menjadi energi
menjadi besar dan
84
Proses ekspansi merupakan proses politropik dengan eksponen politropik
(n2). Setelah langkah ekspansi dilanjut buangan, yang
diawali saat katup buang mulai terbuka, eksponen politropik untuk langkah
ekspansi yaitu, n2 = 1,23 – 1,30 (Kovakh hal 155).
n b):
kan dengan proses pem
Tekanan akhir langkah ekspa si (P
2nZ
bPPε
= ........................................................................................... (Kovakh, hal 598)
MPa366,0
12781,7
23,1
=
=bP
Temperatur akhir langkah ekspansi (Tb):
12 −= n
Zb
TTε
......................................................................................... (Kovakh, hal 598)
K967,1489
12689,2638
123,1
=
= −bT
3. Karakteristik Kerja Motor
Tekanan indikasi rata-rata (P
10.1.
i)id untuk 1=ρ :
( ) ⎥⎦
⎤⎢⎣ −−
=1aidi n
PPε
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
−−⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ − −− 1
11
212
1 111
1111 nn
n
n εελε .................... (Kovakh, hal 598)
( )
MPa305,1
121
13,1121
123,1112081,0 13,1123,1
=
⎥⎦
⎢⎣
⎟⎠
⎜⎝−×
−−⎟
⎠⎜⎝−×
−×
−×= −−idiP
111799,312 3,1 ⎤⎡ ⎞⎛⎞⎛
85
Tekanan indikasi rata-rata actual (Pi):
untuk ( )97,092,0 −=iϕ .................................................................... (Kovakh, hal 164)
idii PP ×= ϕ ....................................................................................... (Kovakh, hal 598)
305,197,0 ×=P
MPa266,1=
i
Tenaga ya
....................................................................................... (Kovakh, hal 165)
Dengan:
tekanan indikasi rata-rata (Pa)
ng dihasilkan (Wt):
hit VPW ×=
=iP
=hV volume kerja silinder (m3)
( ) 089,0081,0139,20 2 ⎟⎞
⎜⎛ ×××π
Nm507,578
413054
=
⎠⎝=tW
esin 4-langkah, daya yang dihasilkan (Ni): Untuk m
120nViP
N hii = .................................................................................... (Kovakh, hal 166)
tekanan indikasi rata-rata (MPa)
volume kerja silinder (Liter)
Dengan:
=iP
=hV
kW904,125
1206500459,04266,1
=
×××=iN
86
3.10.2. Daya Rugi-Rugi Mekanis (Pmech):
Untuk menghit
mekanis. Ef
indikasi.
Efisiensi mekanis dihitung dengan:
ung rugi-rugi mekanis relatif digunakanlah efisiensi
isiensi mekanis menyatakan perbandingan daya kuda rem dan daya
Pmech VBAP ×+= ............................................................................. (Kovakh, hal 598)
d
kecepatan piston rata-rata (m/s)
Maka dari tabel 3.5 diperoleh untuk
Dengan:
=BdanA iperoleh dari tabel 3.5 (faktor rugi-rugi mekanis)
=PV
1<DS :
Dengan:
D = diameter piston (m)
S = panjang langkah (m)
942,0089,0081,0
= <1
fektif rata-rata (Pbe):
P = .............................................. (Kovakh, hal 598)
=
=beP
MPa 3003,0
283,190135,004,0
=
×+=mechP
Tekanan e
mechi PP − ....................................be
MPa 966,0
3003,0266,1 −
87
Efesiensi mekanis ( mechη ):
i
bemech P
P=η ........................................................................................ (Kovakh, hal 598)
763,0
266,1966,0
=mechη
=
akaian Bahan Bakar Spesifik
Pemakaian bahan bakar spesifik (g ):
3.9.3. Pem
i
thi
oV
aPαρη
× .......................................ig = 3600 .................................... (Kovakh, hal 599)
kW.jamkg 164,0
kW.jamg
96,141266,1
=
××
Konsumsi bahan bakar efektif pengereman (gb):
159,1745,03600 ××=ig
126,164=
mech
ib
gg
η= ......................................................................................... (Kovakh, hal 599)
kW.jamkg 215,0
kW.jamg106,215
763,0126,164
=
=
=bg
Efisiensi indikator ( ): iη
lii Hg
3600=η ........................................................................................ (Kovakh, hal 599)
88
498,0
44126,1643600
=η
=
×i
Efesiensi thermal efektif ( ): bη
...................................................................................mechib ηηη ×= (Kovakh, hal 599)
×=bη
.........
763,0498,0
380,0=
Konsumsi bahan bakar perjam (gf):
iif Ngg ×= ............................................................................ (Kovakh, hal 599)
jamkg648,20
904,125164,0
=
×=fg
89
BAB IV
PERHITUNGAN ELEMEN MESIN
4.1. Silinder dan Kepala Silinder.
Silinde
piston dan merupakan tempat piston bergerak lurus bolak balik. Seluruh proses
siklus motor bakar berlangsung di dalam ruang antara silinder dan kepala silinder.
ang yang dicetak bersusun sederet segaris
(inline). Kon
(water jacket) yang dicetak menjadi satu kesatuan untuk keempat silinder yang
berjajar segaris dan disebut silinder blok.
Bahan silinder digunakan besi tuang kelabu FC-25 yang mempunyai
ekuatan tarik 2800 kg/cm2, tegangan batas elastis 1400 kg/cm2.
.1.1. Tebal dinding silinder
ebal dinding silinder dihitung dengan persamaan empiris sbb:
r adalah bagian dari motor bakar yang berfungsi sebagai rumah
Silinder dibuat dari besi tu
struksi silinder terdiri dari silinder liner dan rongga air pendingin
k
4
T
161045,0 += Db ................................................................................(Maleev, hal 411)
Dengan:
D = diameter dalam silinder yaitu Dpiston + clearence
mm 5,244inci 0,206
161)189,3(045,0
==
+×=b
89
90
Karena liner silinder adalah
bersentuhan dengan a mpatan pembesaran
piston (reboring) ,maka tebal dinding silinder diperbesar menjadi b = 7 mm.
sistem basah (bagian luar liner langsung
ir pendingin), serta untuk memberi kese
Tebal mantel air pendingin (b1):
14132 +D ...............................................................................(Maleev, hal 411)
( )
0,01 =b
mm
in
414,4
74
=
Tebal rongga antara silinder liner dengan dinding mantel air (c):
b14
189,3032,01 +×=
1,0
1
=
4108,0 += Dc ...................................................................................(Maleev, hal 411)
mm850.12=
in0
1
=
Kepala si
mendapatkan koefisien perpindahan panas yang tinggi. Dengan bahan ini akan
didapat ruang bakar yang relatif lebih dingin, sehingga memungkinkan menaikkan
perbandingan kompresi. Bahan alumunium memiliki σijin 48000 psi.
Tebal kepala silinder(th):
..................................................................................... (Kovakh, hal 419)
c4
189.308,0 +×=
506,
4.1.2. Kepala silinder
linder dengan pendingin air dibuat dari bahan alumunium untuk
Dth ×= 09,0
91
mm 7,29
8109,0
9
=
×=
D
0,0=th
m
Tebal dinding silinder yang berbatasan dengan mantel air (t ):
........................................................................ (Kovakh, hal 419)
4.2. Piston dan Perlengkapannya
Piston m
fungsinya:
1. Penghisap campuran bahan bakar dan udara.
2. Memampatkan campuran tersebut yang akhirnya dibakar oleh kompresi.
3. Mendorong sisa hasil pembakaran ke saluran buang.
i, maka piston haruslah dirancang secara khusus. Bahan
piston
etelah mesin
karan.
Kepal
gas dan perbedaan temperatur yang cukup tinggi.
Untuk keamanan diambil th = 8 m
wj
( )Dtwj ×+= 3,0,02,2
( )
mm
twj
630.4
8103,02,2
=
×+=
4.2.1. Piston
erupakan elemen motor bakar yang sangat penting, sesuai dengan
Melihat fungsi in
harus tahan terhadap perubahan suhu dan tekanan yang bervariasi dan
piston harus ringan. Karena tugasnya yang berat maka piston dilengkapi dengan
cincin piston yang fungsi utamanya adalah menahan kebocoran karena perbedaan
tekanan yang tinggi antara ruang bakar dan ruang engkol sesaat s
melakukan langkah pemba
a torak harus tahan terhadap tegangan yang timbul karena tekanan
92
4.2.2. Bahan Piston
Alumunium dengan tegangan tarik maksimum σt = 20000 psi, tegangan
lengkung yang diizinkan σl = 5500 psi, tekanan permukaan yang diijinkan qσ =
= 12,5 x 10-6 /oF. Perbedaan suhu puncak
). Maka ΔT = 150
oC = 212,4 oF. Modul
4.2.3. Ukuran Piston
iameter kepala piston (D1):
............................................................................ (Petrosvky, hal 371)
1(1
=
×
=D
Dia
12 ...... (Petrosvky, hal 371)
1(2
=
=D
350 kg/cm2, koefisien ekspansi α
tengah piston (T1 = 400 oC). Suhu pinggir piston (T2 = 250 oC
us elastisitas E = 6 x 106 psi.
D
DD )01,01(1 −=
mm 80,190
81)01,01(
)01,0
−=
− D
meter badan piston (D2):
D D)0018,0( −= ..................................................................
mm 80,854
81)0018,01(
)0018,0
×−=
− D
4.2.4. Tebal Piston
Tebal kepala piston (t1):
Dt1 = lPz σ/1,0 ............................................................................... (Lichty, hal 539)
93
/1,01 = lPzDt σ
mm 25,043
in 986,0
6500/62131,089
=
=
×
Tebal sirip-sirip di dalam torak (t
1,3=
t):
12 211 ⎞⎛
3tt ⎟⎠
⎜⎝
−= , dipilih (1/3)t1............................................................. ( Maleev, hal 499)
mm 8,348
043,2531⎟⎞
⎜⎛=t2
=
Tebal dinding beralur untuk cincin piston (t3):
........................................................................(Maleev, hal 501)
Dengan
on = 1/64 + tebal cincin
= 0,083 inci
t4):
, dipilih 0,25t3 ........................................................(Maleev, hal 501)
⎠⎝
bDt ++= )03,0(18,03
b : kedalaman alur cincin pist
= 1/64 + 0,067
mm 9,11
inci 593,0
083,0)189,303,0(18,03
=
=
+×+=t
Tebal dinding bagian badan piston (
( ) 34 3,025,0 tt −=
94
( )
mm 278,2
11,925,0
25,0 34
=
×=
= tt
4.2.5. Tinggi piston
Ukuran tinggi piston (H) dihitung dengan persamaan:
H 3,17,0 −=
Jarak sumbu pena piston dengan alas piston (H1):
(Kovakh, hal 439)
45
9,725,01 =H
Tinggi badan torak
dipilih 0 .................................. (Kovakh, hal 439)
Tinggi land teratas :
........................................... (Kovakh, hal 439)
( )D , dipilih 0,9 D ......................................................... (Kovakh, hal 439)
( )mm 72,9
819,0
=
×=H
( )HH 61,041,0 , dipilih 0,5 H ....................................................1 −=
( )mm 36,=
( )2H :
( )HH 74,068,02 −= , ,71 H ...............
( )mm 51,759
625,5671,02
=
=H
( )h
( )Dh 09,006,0 −= , dipilih 0,08 D.........
( )mm 6,48
8108,0
=
×=h
95
( )1hJarak cincin yang satu dengan lainnya :
, dipilih 0,04 D ................................................... (Kovakh, hal 439)
Antara piston dan silinder terdapat kelonggaran (clearence) agar piston
dapat bergerak bolak balik secara bebas. Namun karena tekanan pembakaran yang
tinggi memungkinkan gas hasil pembakaran menerobos masuk keselasela antara
piston dan silinder. Untuk mengatasi hal tersebut diatas diperlukan cincin piston
1. Sebagai pere
bakar
2. Sebagai penyekat agar minyak pelumas tidak masuk ke dalam ruang bakar
Macam – macam jenis cincin yang digunakan pada piston, yaitu:
1. Cincin kompresi, berfungsi untuk mencegah gas hasil pembakaran
menerobos celah dinding silinder dan piston.
2. Cincin pelumas, berfungsi untuk mencegah minyak pelumas masuk ke
4.3.1. Cincin Piston Kompresi
Bahan cincin piston SC-42, dengan:
• Tegangan lentur maksimum (σa) = 12 kg/mm2 = 17067,96 Psi,
( )Dh 05,003,01 −=
( )mm 3,240
8104,01
=
×=h
4.3. Cincin piston
yang berfungsi:
kat sehingga tidak terjadi kebocoran tekanan di dalam ruang
dan ikut terbakar.
ruang bakar.
96
• Tegangan tarik maksimum (σb 42) = kg/mm2 = 59737,86 Psi ,
• Modulus el
Lebar cincin piston
.........................................................................(Maleev, hal 506)
Pw :
Tebal cincin Piston
.........................................................................................(Maleev, hal 506)
in ) 0,095 ( 0,7
b0,7 h
=
=
=
×=
Jarak sela cincin piston pada saat belum terpasang
astisitas (E) = 2 x 106 kg/cm2 = 28,446 x106 Psi.
( )b :
1/2bw ) S / P . 3 ( Db =
Dengan:
tekanan antara cincin piston dan dinding silinder
: 3,5 – 6 Psi, diambil 5 Psi
Sb : tegangan lentur bahan cincin piston
in 0,095
) 17067,96 / 5 3 ( 189,3b 1/2
=
×=
mm 2,40 =
( )h :
b0,7 h ×=
mm 89
in 0,067
1,6
( )i :
×= .............................................................................................(Maleev, hal 506) b4 i
mm 9,652
in 0,38
in ) 0,095 ( 4
b4 i
=
=
=
×=
97
Jarak sela cincin piston pada saat terpasang ( )1i :
D0,002 × .....................................................................................(Maleev, hal 506) i1 =
006,0
in ) 3,189 ( 0,002
=
=
as i2 = 0,08 – 0,12 mm, dipilih 0,1
mm. Tebal cincin ini diperbesar karena adanya lubang – lubang pada arah
tebalnya sehingga dipilih tebal cincin pelumas h1 = 5 mm.
4.3.2. Pena piston
enhubungkan piston dengan batang piston,
sehingga g
dengan perantara pena piston. Melihat sistem keria tersebut, maka pena piston
akan mengalami beben yang besar sesuai danga besarnya gaya yang terjadi
sehabis langkah pembakaran. Pena piston harus mampu manahan tegangan geser
yang timbul.
Diameter luar pena d :
.................................................................................... (Kovakh, hal 459)
D0,002 i1 ×=
mm
in
162,0=
Cincin piston pelumas:
Lebar celah ujung cincin piston pelum
Pena piston berfungssi untuk m
aya dorong yang dialami piston akan diteruskan ke batang piston
( )o
D 0,26do ×=
98
D 0,26do ×=
in 0,866 mm 22 d diambil
mm 21,06
810,26
o ===
=
×=
Perbandingan diameter luar dan diameter dalam pena
( )dR :
0,68ddR
oid == ................................................................................ (Kovakh, hal 459)
in 0,589
mm 14,96
22
=
=
×0,68d
d
i
o
=
Panjang pena piston
0,68dR id ==
( )ppl :
D 0,8lpp ×= .......................................................................................
=
=
eneruskan daya dari piston ke poros engkol digunakan batang
piston.Gerak bolak balik piston dirubah oleh batang piston menjadi gerak putar
Semak
semakin tinggi pula.
(Kovakh, hal 459)
pp
=
4.3.3. Batang Piston (Connecting Rod)
Untuk m
mm 64,8
(81) 0,8
D 0,8l
pada poros engkol.
in tinggi putaran mesin, maka gaya inersia dan gaya sentrifugal
99
4.3.4. Pena Engkol Bawah
Diameter pena engkol ( )cpd :
31
2
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
SsPLDadcp in .......................................................................... (Maleev, hal 541)
L = panjang lan
D = diameter silinder = 81 mm = 3,189 in
a = koefisien pena = 1,35 ................................................................(Maleev, hal 541)
Ss = tegangan yang diijinkan untuk baja paduan = 18000 psi
Dengan:
gkah = 89 mm = 3,504 in
mm 45,168
inci 778,1
18000504,35,1154189,335,1
31
2
=
=
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ ××=cpd
4.3.5. Perhitungan Batang Piston
Panjang batang piston : ( )L
L R×= 4 ............................................................................................(Maleev, hal 517)
in 7,01
mm
=
178
2
4
=
⎠⎝
⎟⎜ ××= langkahPanjang
8914
21
⎟⎞
⎜⎛ ××=
⎠⎞
⎝⎛
4= RL
100
Diameter lubang engkol dari hasil perhitungan:
ton ( ) = 0,866 inci = 22 mm
Diameter lubang besar (dcp) = 1,778 in = 45,168 mm
Pz = 6,443 Mpa =
ena engkol besar
Diameter luar pena pis do
934,831 psi
( )cplPanjang p :
......................................(Maleev, hal 517)
4.4. Poros Engkol
Poros engkol berfungsi merubah gaya bolak-balik piston menjadi gerak
putar, yang kemudian dihubungkan dengan rangkaian transmisi roda gigi. Dalam
operasinya poros engkol mengalami gaya-gaya dan momen yang menghasilkan
rsia gas hasil pembakaran.
p a poros engkol tergantung pada:
1. Ukura
engkol, pipi engkol.
2. Faktor-faktor yang merugikan konsentrasi tegangan dalam fillet ( lokasi antara
pena engkol dan pipi engkol ) dan letak lubang pelumas pada pena engkol.
3. Karakteristik tegangan dari bahan poros engkol seperti batas luluh, batas
lengkung, dan alternatif batas lelah karena puntiran.
4. Metode tegangan mekanis, perlakuan panas, dan termodinamika.
Ketidak lurusan dukungan pada dudukan poros engkol.
cpcp dl )5,125,1( −= , dipilih 1,3dcp ..............
mm 58,718
168,45)3,1(
=
×=cpl
tegangan-tegangan hasil dari gaya ine
Tegangan yang bekerja ad
n dan bentuk bagian-bagian poros engkol meliputi tap utama, pena
5.
101
Untuk memudahkan dalam perhitungan awal maka diandaikan poros
ri perhitungan di depan.
gkol (lcp) = 58,718 mm
Jari-jari engkol (R) = 44,5 mm
Diameter poros dibuat sama dengan diameter pena engkol, yaitu 45,168 mm.
4.4.1. Perhitungan Ukuran Poros Engkol
Tebal pipi dan lebar pipi:
.......................................................................................(Maleev, hal 543)
engkol sebagai poros yang lurus. Telah didapatkan da
Diameter pena engkol (dcp) = 45,168mm
Panjang pena en
32 0,4d .wt =
t w
0,4d
2=....................................................................................(persamaan 1)
Rumus empiris yang lain adalah:
32 d t.w = ...........................................................................................
0,4d
.wt
3
32 =
. (Maleev, hal 543)
d t.w 32 =
dt 3
=.............................................................................................(persamaan 2)
w 2
Persamaan 2 disubtitusi ke persamaan 1:
33
6
t0,4d
⎟⎠
⎞⎛
32
2 dt
=⎟⎟⎠
3
d
0,4dt
=⎟⎜⎜⎝
⎞⎜⎜⎝
⎛
102
( )
cm328,3
dt 33
=
=
4,04,517t
0,4
3 3 ×=
×
cm 2,885
4,517 2
3
= 3,328
td w 2
3
=
=
Untuk keamanan diambil w = 3 cm.
Panjang poros dudukan poros duduk (l) sama dengan panjang pena engkol:
L = 1 + 1cp + 2t (Maleev, hal 543)
=
+=
Lo L1 L2 L3 L4
Gambar 4.1. Jarak Dudukan Poros Engkol
Dengan:
LO = 5,872 cm
L1 = L2 = L3 = L4 = 18,400 cm
...................................................................................
mm 183,996
(33,28)258,71858,718L ×+
cm 18,400 =
103
4.5. Perhitungan Mekanisme Katup dan Perlengkapannya
Dalam opera inya, sebuah mesin khususnya motor bakar torak 4 tak
dengan bahan bakar bensin membutuhkan saluran masuk untuk campuran udara
dan bahan bakar segar, sedangkan saluran keluar untuk mengeluarkan gas hasil
pembakaran. Pemasukkan campuran dan pengeluaran hasil pembakaran
berlangsung pada saat tertentu yang diatur oleh poros engkol pada sudut tertentu.
Hal tersebut diatur oleh katup masuk dan katup buang yang dipasang pada kepala
silinder atau disebut overhead cam (OHC).
Sebagai penggerak poros kem digunakan timing belt dan digerakkan oleh
poros engkol dengan perbandingan transmisi setengah. Jadi putaran poros kem
adalah setengah dari putaran poros engkol.
Sesuai dengan fungsinya sebagai pembuka dan penutup saluran masuk dan
buang maka katup harus cukup rapat. Bahan untuk membuat katup dipilih baja
aduan SNCM-2 yang memiliki tegangan lengkung σb = 1000 – 1200 kg/cm2.
.5.1.
Untuk referensi perhitungan ukuran enggunakan diameter throat
atup ya g ter esar.
Diameter kepala maksimum
s
p
4 Perhitungan Katup
katup m
k n b
• Diameter throat katup hisap (dthr) = 30,25 mm
( )2d :
........................................................................ (Kovakh, hal 523)
=
×=
thr2 1,16)d(1,06d −=
mm 33,578
25,301,11d 2
104
Diam er kepala minimum ( )1d : et
(0d =
..................................... (Kovakh, hal 523)
h li =
....................................................................... (Kovakh, hal 523)
=
Diameter tangkai katup :
...... ................................................... (Kovakh, hal 523)
thr1,0)d,95 − ........................................................................... (Kovakh, hal 523)
mm 29,494
30,250,975d1
=
×=
Lebar dudukan katup ( )b :
( )db 12,010,0 −= ........................................................................... (Kovakh, hal 523)
mm
b
327,3
25,3011,0
=
×=
1
thr
Tinggi bahu kepala 1h :
thr1 )d 045,0 0,025 (h −= ..............................
( )
mm 1,059
30,25035
=
×
Tinggi total kepala ( )2h :
0,
thr2 )d 13,0 0,10 (h −=
mm 3,479
30,25115,
=
× 0
)d 13,0 0,10 (h thr2 −=
( )ds
thr)d 0,23-,180 (ds = ........... ....
mm 6,201
30,250,205ds
=
×=
105
Tinggi dudukan katup ( )sh :
s )d 25,00,18 (h −= thr ...................................................................... (Kovakh, hal 524)
mm 6,504
30,250,215h s
=
×=
Diameter dudukan katup :
........................................................................ (Kovakh, hal 523)
Tinggi angkat maksimum
( )extd
thrext )d 1,26 - 1,2 (d =
mm 37,207
30,251,23dext
=
×=
mm 0,6951
45 cos 430,25
α cos 4d
h
45o α
thrmaks(i)
=
=
=
=
5.6. Pegas Katup
Fungsi pegas katup adalah untuk merapatkan katup pada dudukannya,
serta agar tangkai katup selalu berhubungan dengan tuas katup, sehingga tidak
gka atup yang dapat menimbulkan suara ketukan. Untuk
menghindari ketukan
pegas diberikan simpangan awal pegas atau beban awal sehingga katup akan
selalu menutup.
terjadi pukulan pada tan i k
pada saat mesin beroperasi, maka pada saat pemasangan
106
Diameter lingkar pegas
Diameter kawat pegas
mm 1,1752
30,25 7,0
d 0,7Dp
d 0,7)(0,6Dp
thr
thr
=
×=
×=
−=
mm 3,025
21,175 71 dp ×=
Dp71 dp
dp7Dp
10)dp(4Dp
=
×=
×=
−=
5.7. Perhitungan Kem
Kem adalah suatu bagian mesin yang berfgungsi untuk mengatur saat
atup membuka dan saat katup menutup. Kam mengubah gerak putar menjadi
tup. Dalam merencanakan kam harus diketahui waktu
pembuk
k
gerak lurus padas ka
aan dan penutupan katup.
Diameter poros kam (dcs)
mm 29,3
93 0,315
0,35)D(0,28dcs
(asumsi) 93mm D
=
×=
−=
=
107
BAB V
KESIMPULAN DAN PENUTUP
5.1. Pembahasan
Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan dari bab-bab yang
isimpulkan hasil dari perhitungan tersebut, yaitu:
No Item InDirect Injection
Direct Injection satuan
terdahulu, maka dapat d
( )OP 1 Tekanan awal langkah hisap 0,1013 0,1013 Mpa
( )OT 2 Temperatur awal langkah hisap 305 305 K
( )aP 3 Tekanan akhir langkah hisap 0,081 0,081 Mpa
4 emperatur akhir langT kah hisap ( )aT 348,881 344,722 K
5 Tekanan akhir langkah kompresi ( )cP 1,512 2,048 Mpa
6 Temperatur akhir langkah kompresi ( )cT 685,479 726,479 K
7 Tekanan akhir pembakaran ( )P 6,043 7,781 Mpa z
( )zT 8 Temperatur akhir pembakaran 2619,334 2638,689 K
9 Tekanan akhir langkah ekspansi ( )bP 0,379 0,366 Mpa
( )bT 10 Temperatur akhir langkah ekspansi 1560,682 1489,967 K
( )pΔ 11 Pressure drop 0,020 0,020 Mpa
( )idiP 12 Tekanan indikasi rata-rata teoritis 1,220 1,305 Mpa
107
108
13 Tekanan indikasi rata-rata aktual ( )iP 1,183 1,255 Mpa
14 Tenaga yang dihasilkan ( )W 524,305 578,507 Nm t
( )iN 15 Daya yang dihasilkan 117,649 125,904 kW
( )16 Daya rugi-rugi mekanis mechP 0,3003 0,3003 Mpa
17 Tekanan efektif rata-rata ( )beP 0,883 0,966 Mpa
( )mechη Efesiensi mekanis 0,746 0,763 - 18
( )ig 171,869 19 Pemakaian bahan bakar spesifik 1 g/kW.h 64,126
( )bg 130,387 215,106 g/kW.h 20 Konsumsi bahan bakar pengereman
21 Efesiensi indikator ( )iη 0,476 0,498 -
( )bη 22 Efesiensi thermal efektif 0,355 0,380 -
( )fg 23 Konsumsi bahan bakar perjam 20,236 20,648 kg/jam
Daya yang dihasilkan
117,649125,904
0
25
100
injeksi tak langsung injeksi langsung
50
75
kW
125
109
Konsumsi bahan bakar
20,236 48
0
20
ksi tak langsung langs
bah n tar i
m cti system ternyata kon ahan per-jam ya
p n da a yang dihasilkan berbeda jauh. Perbedaan ini
dikarenakan m direct injection system mempunyai
efisiensi-efisiensi yang lebih tinggi daripada mesin yang menganut indirect
injection system dan bahan bakar yang diinjeksi langsung ke ruang bakar tidak
mengalami rugi-rugi mekanis (katup), gesekan dan massa jenis.
Dari teori pada Bab sebelumnya dituliskan, konsumsi bahan bakar untuk
mesin yang menganut direct injection system lebih efisien penggunaan bahan
bakar daripada mesin yang menganut indirect injection system yaitu sebesar
10→15%. Pada perhitungan penggunaan bahan bahar per-jamnya, ternyata
penggunaan bahan bakar untuk kedua system tersebut hampir sama bahkan lebih
efisien mesin yang menganut indirect injection system.
Perbedaan antara teori dengan hasil perhitungan dimungkinkan karena
penulis mengamsumsikan penggunaan
20,6
5
10
kg/ja
m
15
inje injeksi ung
Dari hasil perhitungan konsumsi a bakar an a indirect njection
syste dengan direct inje on sumsi b bakar n
ham ir sama, namun perbedaa y
esin bensin yang menganut
α sebagai koefisien kelebihan udara
110
berada pada α = 1 (campuran setimbang). Sedangkan pada teori diatas dituliskan
mesin yang m nganut direct injection system menggunakan e α sebagai koefisien
kelebihan udara α > 1 (campuran miskin), artinya kandungan udara yang berada
pada campuran bahan bakar-udara (A/F) lebih banyak. Penggunaan α = 1, pada
perhitungan komsumsi bahan bakar dikarenakan nilai α yang tersedia dalam
Tabel 3.4 Energi Internal Hasil Pembakaran (U) adalah α = 0,7 → α = 1.
5.2. Kesimpulan
ak langsung dan
stem
man mahasiswa teknik
esin y
Dari perhitungan pada bab sebelumnya dapat disimpulkan, konsumsi
bahan bakar per-jamnya untuk kedua sistem injeksi tersebut hampir sama dan
daya yang dihasilkan untuk sistem injeksi langsung lebih besar dari pada sistem
injeksi tidak langsung.
5.3. Penutup
Demikianlah perincian dari perhitungan sistem injeksi t
si injeksi langsung bahan bakar yang telah dilakukan oleh penulis. Penulis
menyadari bahwa perhitungan ini masih jauh dari kesempurnaan oleh karena
terbatasnya kemampuan dari penulis dan dengan terbatasnya referensi yang
digunakan dalam perhitungan.
Akhir kata penulis berharap agar seluruh karya ini dapat bermanfaat bagi
setiap orang yang memerlukannya terutama bagi teman-te
m ang tertarik akan mesin bensin dengan sistem injeksi bahan bakar.
111
Daftar Pustaka
1. Arismunandar. Wiranto, Motor Bakar Torak, Penerbit ITB, 2002,
2. Arends B.P.M, H. Berenschot, Motor Bensin, , Erlangga, 1980, Jakarta.
3. Hey Wood, John B, Internal Combustion Engine Fundamentals, Mc.
Graw-Hill Book Company, 1988, Singapore.
Bandung.
4. Hollman. J.P, Perpindahan Kalor, Edisi ke-6, Erlangga, 1994, Jakarta.
5. Isuzu Training Center, Basic/Mechanic Course.
, Motor Vehicle Engines, Mir Publishers, Third Printing, 1979,
7. Maleev, Internal Combustion Engines, Mc. Graw-Hill Book Company,
Website http://www.saft7.com/Automotive
Tips and Sharing.html.
10. Mitsubishi Gasoline Direct Injection Engine: Website
ww.mitsubishi-motors.co.jp/inter/technology/GDI/page1.html.
11.
Moscow.
6. Kovakh, M
Moscow.
1975, Singapore.
8. Manual Book Toyota, PT. Astra Internasional tbk-Toyota, Jakarta.
9. Mengenal Mesin Sistem Injeksi:
http://w
Petrovsky, N, Marine Internal Combustion Engine, MIR Publisher, 1968,
12. Service Manual, Konstruksi dan kerja, Pompa Injeksi Tipe VE, Zexel.
13. Service Manual, Nozzle dan Holder.
14. Wardan Suyanto M.A, Drs, Teori Motor Bensin, 1989, Surabaya.
112
Lampiran
113
114
115
116