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