klasifikasi dan macam macam motor bakar

Klasifikasi Motor Bakar

Motor bakar adalah salah satu jenis dari mesin kalor, yaitu mesin yang mengubah energi termal untuk melakukan kerja mekanik atau mengubah tenaga kimia bahan bakar menjadi tenaga mekanis. Energi diperoleh dari proses pembakaran, proses pembakaran juga mengubah energi tersebut yang terjadi didalam dan diluar mesin kalor [3].

Motor bakar dapat diklasifikasikan menjadi 2, berdasarkan sistem pembakarannya yaitu sistem pembakaran dalam atau ICE (internal combustion engines) dan sistem pembakaran luar (external combustion engines). Pembagian mesin menurut sistem pembakarannya didasarkan pada tempat proses pembakaran yang terjadi. Salah satu contohnya adalah gambar 2.1 berikut.

Gambar 2.1 Mesin mobil (ICE) [4].

ICE dapat diklasifikasikan menjadi beberapa macam, seperti berdasarkan :

1. Automobile, truk, lokomotif, light aircraft, kapal, sistem daya portabel, pembangkit listrik.
2. Desain mesin Mesin reciprocating (dapat dibagi berdasarkan pengaturan silinder: in-line, V, radial, berlawanan), mesin rotary (Wankel dan bentuk lain).
3. Siklus Siklus 4 langkah: naturally aspirated (menggunakan udara atmosfer), supercharged (menggunakan campuran udara segar yg belum terkompresi), dan turbo-charged (menggunakan campuran segar yang terkompresi pada kompresor yang digerakkan oleh turbin pembuangan), siklus 2 langkah: crankcase scavenged, supercharged, dan turbocharged.
4. Desain dan posisi katup atau saluran. Katup overhead (atau I-head), katup underhead (atau L-head), katup rotari, saluran cross-scavenged (saluran masuk dan buang pada arah yang berlawanan pada salah satu ujung silinder), saluran loop-scavenged (saluran masuk dan buang ada disisi yang sama pada ujung silinder), uniflow-scavenged (saluran atau katup masuk dan buang berada diujung yang berbeda pada sebuah silinder).
5. Bahan bakar. Bensin (atau petrol), bahan bakar minyak (atau minyak diesel), gas alami, liquid petroleum gas, alcohol (methanol, etanol), hydrogen, bahan bakar campuran [5].
6. Metode persiapan Karburator, injeksi bahan bakar kedalam saluran intake atau intake manifold, injeksi bahan bakar kedalam silinder mesin.
7. Metode pengapian. Pengapian busi (pada mesin biasa dimana campurannya seragam dan pada mesin bertingkat dimana campurannya tidak seragam), pengapian kompresi (pada mesin disel, dan juga pengapian di mesin gas dengan injeksi minyak bahan bakar).
8. Desain ruang bakar. Ruang terbuka (banyak desain seperti: piringan, baji, hemisphere, bowl-in-piston), ruang terpisah (besar dan kecil ruang bantu; banyak desain seperti: ruang lingkar, prechamber).
9. Metode kontrol Saluran bahan bakar dan udara mengalir bersama jadi komposisi campuran tidak berubah, control untuk aliran bahan bakar saja, kombonasi dari semuanya.
10. Metode pendinginan. Pendinginan air, pendinginan udara, tanpa pendinginan (selain dengan konveksi dan radiasi biasa).

baca juga : alat ukur listrik otomotif

Contohnya pada mesin sepeda motor. Agar sebuah sepeda motor dapat berjalan dengan normal, mesinnya memerlukan suatu proses pembakaran untuk menghasilkan energi yang nantinya akan menggerakkan sepeda motor tersebut. Suatu sistem pembakaran memerlukan 3 hal agar dapat menghasilkan energi yang diperlukan oleh mesin, yaitu bahan bakar, media pembakarannya, dan tempat terjadi pembakarannya. Pada sepeda motor, bahan bakar yang dimaksud adalah bensin dan udara yang mengandung oksigen. Untuk media pembakarnya berupa busi atau sparkplug untuk menghasilkan api dan sistem silinder sebagai alat kompresinya. Sedangkan tempat terjadinya proses pembakaran ada didalam suatu ruang bakar atau combustion chamber. Dikarenakan proses pembakarannya didalam combustion chamber (termasuk ruang tertutup) maka mesin sepeda motor termasuk sistem pembakaran dalam. Dan untuk lebih lengkapnya mesin sepeda motor merupakan ICE dengan bahan bakar  bensin, single cylinder pada umumnya, mesin 4- langkah (kebanyakan pada jaman sekarang), SOHC (Single Over Head Cylinder) kebanyakan, pengapian busi, dan memiliki karburator sebagai penyuplai campuran bahan bakar.

Penyalaan pada motor bensin terjadi karena loncatan bunga api listrik yang dipercikan oleh busi atau juga sering disebut juga sparkplug. Motor bensin dapat juga disebut sebagai motor otto. Motor tersebut dilengkapi dengan busi dan karburator. Busi menghasilkan loncatan bunga api listrik yang membakar campuran bahan bakar dan udara karena motor ini cenderung disebut spark ignition engine. Pembakaran bahan bakar dengan udara ini menghasilkan daya. Motor diesel adalah motor bakar torak yang berbeda dengan motor bensin. Proses penyalaannya bukan menggunakan  loncatan bunga api listrik. Pada motor diesel penyalaan terjadi karena kompresi yang tinggi di dalam silinder kemudian bahan bakar disemprotkan oleh nozzle atau juga sering disebut juga Compression Ignition Engine, seperti terlihat pada gambar 2.3. Pada waktu torak hampir mencapai Titik Mati Atas (TMA) atau sering juga disebut Top Dead Center (TDC), bahan bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar. Terjadilah pembakaran pada ruang bakar pada saat udara dalam silinder sudah bertemperatur tinggi. Persyaratan ini dapat terpenuhi apabila perbandingan kompresi yang digunakan cukup tinggi, yaitu berkisar 12-25 [6].

2.1 Istilah-Istilah pada Mesin Bolak-Balik/Recriprocating Engines

 dalam:

Gambar 2.2 adalah istilah- istilah yang digunakan dalam motor pembakaran

Gambar 2.2 Terminologi pada ICE.

1. Cylinder bore adalah diameter dalam nominal dari silinder.
2. Luas piston, luas lingkaran berdiameter sama dengan cylinder bore.
3. Stroke atau langkah, jarak nominal yang dilalui piston saat bergerak antara 2 titik mati [8].
4. Top Dead atau titik mati adalah posisi dan bagian-bagian yang bergerak yang secara mekanis dihubungkan kepadanya sesaat ketika arah gerakan piston membalik (pada titik ujung dari langkah). BDC (Bottom Dead Center) atau TMB (Titik Mati Bawah) adalah titik mati ketika piston berada paling dekat dengan poros engkol atau crankshaft. TDC (Top Dead Center) atau TMA (Titik Mati Atas) adalah titik mati ketika posisi piston berada paling jauh dengan poros engkol.

5. Volume langkah/perpindahan atau volume yang tersapu piston (Vs) adalah volume yang dihasilkan oleh piston ketika bekerja dari satu titik mati ke yang lain, dihitung sebagai perkalian luas piston dan langkah.
6. Volume clearence/celah (Vc) adalah volume nominal dari ruang dalam ruang bakar ketika piston berada di TDC.
7. Volume silinder adalah jumlah dari volume langkah dan volume clearance.

8. Perbandingan kompresi adalah nilai numerik hasil perbandingan nilai volume silinder dan volume clearance.

2.2 Four-Stroke Engine

Motor bensin 4 langkah adalah motor yang pada setiap 4 langkah torak/piston (dua putaran engkol) sempurna menghasilkan satu tenaga kerja (satu langkah kerja).

Begitu pula pada mesin diesel 4 langkah. Jadi pada motor 4 langkah, piston bergerak dari BDC ke TDC atau sebaliknya sebanyak 4 kali. Busi atau sparkplug memercikkan bunga api sebanyak sekali setiap piston bergerak sebanyak 4 langkah. Sedangkan pada mesin 2 langkah, sparkplug memercikkan bunga api sekali tiap 2 langkah piston. Mesin 4 langkah memiliki sistem camshaft yang tidak dimiliki mesin 2 langkah. Sistem camshaft terdiri dari intake dan exhaust valve, rocker arm dan spring, dan batang camshaft. Sistem camshaft ini berguna untuk mengatur ketepatan dan sinkronisasi antara intake/exhaust valve dengan pergerakan piston. Jadi saat busi memercikkan bunga api harus tepat saat piston beberapa derajat sebelum TDC dan kedua valve atau katup pada posisi menutup. Gambar 2.3 memperlihatkan bagian- bagian mesin 4 langkah.

Dimana:

Gambar 2.3 Penampang mesin vertikal 4 langkah SOHC (Single Over Head Camshaft).

Prinsip kerja motor bensin 4 langkah seperti pada gambar 2.4 dan 2.5 :

Gambar 2.4 Diagram siklus kerja motor bensin 4 langkah.

Gambar 2.5 Prinsip kerja torak 4 langkah.

Keterangan:

1. Langkah hisap (induction) : A
   1. Piston bergerak dari TDC (1) ke BDC (2)
   2. Katup masuk terbuka, katup buang tertutup
   3. Campuran bahan bakar dengan udara yang telah tercampur didalam karburator masuk kedalam silinder melalui katup masuk
   4. Saat torak berada di BDC (2) katup masuk akan tertutup
2. Langkah kompresi (compression) : B
   1. Piston bergerak dari BDC (2) ke TDC (1)
   2. Katup masuk dan katup buang kedua-duanya tertutup sehingga gas yang telah diisap tidak keluar pada waktu ditekan oleh piston yang mengakibatkan tekanan gas akan naik
   3. Beberapa saat sebelum pistorn mencapai TDC (1) busi mengeluarkan bunga api listrik
   4. Gas bahan bakar yang telah mencapai tekanan tinggi terbakar
   5. Akibat pembakaran bahan bakar, tekanannya akan naik menjadi kira-kira tiga kali lipat
3. Langkah pembakaran (ignition) : C
   1. Saat ini kedua katup masih dalam keadaan tertutup
   2. Gas terbakar dengan tekanan yang tinggi akan mengembang kemudian menekan piston turun kebawah dari TDC (1) ke BDC (2)
   3. Tenaga ini disalurkan melalui connecting rod, selanjutnya oleh poros engkol atau crankshaft diubah menjadi gerak rotasi
4. Langkah pembuangan (exhaust) : D
   a.Katup buang terbuka, katup masuk tertutup
   b.Torak bergerak dari BDC (2) ke TDC (1)
   c.Gas sisa pembakaran terdorong oleh piston keluar melalui katup buang

Pada motor bensin 2 langkah, terjadi siklus kerja yang sama, tetapi piston hanya bergerak dari TDC ke BDC atau sebaliknya sebanyak 2 langkah. Disini tidak melibatkan katup buang dan katup masuk. Namun melibatkan crankcase, ruang bilas, saluran masuk, dan saluran buang. Seperti pada gambar 2.6.

Gambar 2.6 Bagian-bagian motor bensin 2 langkah [12].

Pada combustion chamber atau ruang bakar mesin 4 langkah, bahan bakar tidak tercampur dengan pelumas (oli). Jadi piston mesin 4 langkah memiliki 3 ring piston yaitu 2 ring piston dan 1 ring oli. 2 buah ring piston ini berguna untuk menghalangi oli mesin yang berada di-crankcase naik ke ruang bakar. Sedangkan ring oli berguna untuk mendistribusikan oli ke bagian bawah piston sebagai pelumas. Berbeda halnya dengan mesin 2 langkah. Sebagai contoh adalah sepeda motor 2 tak. Pada ruang bakar sepeda motor 2 tak, bahan bakar terbakar bersama oli tetapi bukan oli mesin melainkan oli dengan SAE yang lebih rendah disbanding oli mesin pada umumnya.

2.3 In-Line Multi-Cylinder ICE

 Mesin multisilinder merupakan mesin dengan lebih dari satu silinder untuk menghasilkan tenaga. Silinder-silinder sebagai tempat mekanisme gerak bolak balik torak ini disusun segaris (in-line) atau susunan bentuk V (V-type) dengan sudut yang tertentu. Mesin segaris atau mesin in-line adalah ICE dengan semua silinder sejajar dalam satu baris, tanpa offset. Seperti yang tampak pada gambar 2.7.

Gambar 2.7 Mesin multi-silinder segaris [13].