LAPORAN SKRIPSI

PERANCANGAN MOTOR BENSIN

EMPAT LANGKAH 115 CC UNTUK PENGGERAK SEPEDA MOTOR

Oleh :

Disusun Oleh : MUHAMMAD CHAIRI DARMANSYAH

03.03.2908

PROGRAM STUDI STRATA 1 JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT SAINS &TEKNOLOGI AKPRIND

YOGYAKARTA MARET 2010

ii

HALAMAN PENGESAHAN

LAPORAN SKRIPSI

PERANCANGAN MOTOR BENSIN EMPAT LANGKAH 115 CC UNTUK PENGGERAK

SEPEDA MOTOR

Disusun Oleh : MUHAMMAD CHAIRI DARMANSYAH

03.03.2908

Telah diperiksa dan disetujui oleh pembimbing

Yogyakarta, ...................................2010

Menyetujui,

Pembimbing I Pembimbing II

(Ir. Sugiarto, Ps) (Ir. Hary Wibowo, MT)

Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Mesin

(Ir. Toto Rusianto,MT)

iii

HALAMANPENGUJI

PERANCANGAN MOTOR BENSIN EMPAT LANGKAH 115 CC UNTUK PENGGERAK

SEPEDA MOTOR

Disusun Oleh : MUHAMMAD CHAIRI DARMANSYAH

03.03.2908

Skripsi ini telah dipresentasikan dan dipertahankan dihadap Tim Dosen Penguji

Yogyakarta, 10 Maret 2010

Tim Penguji

1. Ir. Sugiarto, Ps ……………………………..

2. Ir. Hary Wibowo, MT ……………………………..

3. Ir. Sudarsono, MT ……………………………..

iv

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi tuhan semesta alam atas limpahan rahmat dan karunia-

Nya, sehingga kami dapat menyelesaikan tugas akhir. Tugas akhir merupakan

syarat yang harus dipenuhi dalam menyelesaikan studi jenjang S-1 pada jurusan

teknik mesin IST AKPRIND Yogyakarta.

Pada kesempatan yang baik ini, kami ingin menyampaikan penghargaan dan

terima kasih kepada:

1. Kedua orang tua, atas dukungan moral dan materilnya

2. Bapak Ir. Sudarsono. MT, selaku Rektor institut sains & teknologi

AKPRIND Yogyakarta.

3. Bapak Muhammad Soleh. ST. MT, selaku ketua dekan fakultas teknologi

industri institut sains & teknologi AKPRIND Yogyakarta.

4. Bapak Ir. Toto Rusianto, MT, selaku ketua jurusan teknik mesin institut

sains & teknologi AKPRIND Yogyakarta.

5. Bapak Ir. Sugiarto, Ps, selaku dosen pembimbing Itugas akhir, atas semua

arahan dan masukan yang diberikan kepada kami

6. Bapak Ir. Hary Wibowo, MT, selaku dosen pembimbing IItugas akhir,

atas semua arahan dan masukan yang diberikan kepada kami.

7. Semua pihak yang telah membantu terselesaikanya Tugas Akhir ini

Atas kekurangan dan keterbatasan dalam penyusunan tugas akhir, segala

kritik dan saran yang bersifat membangun sangat kami harapkan.

v

Semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat khususnya bagi kami dan bagi

pembaca pada umuumnya. Saran dan kritik yang membangun demi kemajuan

ilmu pengetahuan dan pengabdian, kami terima dengan hati terbuka

Yogyakarta, Febuari 2009

Penyusun

vi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................. ii

HALAMAN PENGUJIAN ................................................................................ iii

KATA PENGANTAR ........................................................................................ iv

DAFTAR ISI ....................................................................................................... vi

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... ix

DAFTAR TABEL ............................................................................................... xi

ABSTRAK .......................................................................................................... xii

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang ....................................................................................... 1

1.2.Rumusan Masalah ................................................................................... 2

1.3. Batasan Masalah..................................................................................... 2

1.4. Tujuan Tugas Akhir ............................................................................... 2

1.5. Tinjauan Pustaka .................................................................................... 3

1.6. Sistematika Penulisan ............................................................................ 3

BAB II LANDASAN TEORI

2.1.Motor Bensin ........................................................................................... 6

2.1.1. Siklus termodinamika.................................................................... 7

2.1.2. Siklius Otto ................................................................................... 8

2.2. Siklius Kerja ........................................................................................... 8

2.2.1. Prinsip Kerja Motor Bensin Empat Langkah ................................ 9

2.2.2. Prinsip Kerja Motor Bensin Dua Langkah .................................... 10

2.2.3. Proses Pembakaran........................................................................ 12

2.2.4. Proses Penyalaan ........................................................................... 14

2.3. Sepeda Motor ......................................................................................... 14

2.4. Bagian Utama Motor Bensin .................................................................. 16

vii

2.4.1. Kepala Silinder dan Blok Silinder................................................. 15

2.4.2. Piston ............................................................................................. 16

2.4.3. Mekanisme Katup ......................................................................... 18

2.5. Sistem Bahan Bakar ............................................................................... 19

2.6. Sistem Kelistrikan .................................................................................. 21

2.7. Knalpot ................................................................................................... 22

2.8. Sistem Pelumasan .................................................................................. 24

2.9. Sistem Pendinginan ................................................................................ 27

BAB III PERHITUNGAN THERMODINAMIKA MOTOR BENSIN

3.1. Proses Hisap ........................................................................................... 32

3.2. Proses Kompresi .................................................................................... 32

3.3. Proses Pembakaran................................................................................. 34

3.4. Proses Ekspansi ...................................................................................... 38

3.5. Tekanan efektif rata – rata ..................................................................... 39

BAB IV PERHITUNGAN KOMPONEN UTAMA

4.1. Silinder liner ........................................................................................... 41

4.1.1. Bahan Silinder ............................................................................... 42

4.1.2. Perhitungan Bahan Silinder ......................................................... 43

4.1.3. Tinjauan Kekuatan Silinder Silinder ............................................. 45

4.2. Piston ...................................................................................................... 48

4.2.1. Bahan Piston ................................................................................. 49

4.2.2. Dimensi Piston .............................................................................. 50

4.2.3. Tinjauan Kekuatan Piston ............................................................. 51

4.2.4. Pena Piston ................................................................................... 53

4.2.3. Prhitungan Ring piston .................................................................. 56

4.3. Perhitungan Kepala Silinder ................................................................. 59

4.4. Batang Penggerak (conecting rod) ........................................................ 63

4.5. Poros Engkol ......................................................................................... 69

4.6. Katup (valve) .......................................................................................... 73

viii

4.6.1. Ukuran Utama Katup Masuk ........................................................ 76

4.2.2. Ukuran Utama Katup Buang ......................................................... 77

4.7. Poros Bubungan ..................................................................................... 79

4.7.1. Pergerakan Katup – katup ............................................................ 79

4.7.2. Poros Bubungan ............................................................................ 80

4.7.3. Ukuran Utama Poros Bubungan ................................................... 81

4.7.4. Ukuran Utama Poros Bubungan Katup Buang ............................. 83

4.7.5. Ukuran Utama Poros Bubungan Katup Hisap .............................. 85

4.8. Bahan Bakar ........................................................................................... 85

4.8.1. Perhitungan Karburator ................................................................. 86

4.9. Pelumasan .............................................................................................. 90

4.9.1. Jenis Minyak Pelumas ................................................................... 92

4.9.2. Perhitungan Kebutuhan Minyak Pelumas P

ada Sistem Pelumasan ................................................................... 93

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan ............................................................................................ 98

5.2. Saran ....................................................................................................... 99

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Diagram P–V siklus ideal dan siklus aktual motor otto ............... 7

Gambar 2.2. Siklus ideal Otto ........................................................................... 8

Gambar 2.3. Siklus kerja motor empat langkah/ 4 Tak ..................................... 10

Gambar 2.4.Siklus kerja motor bensin dua langkah (2 Tak) ............................. 11

Gambar 2.5. Bagian utama cylinder head ......................................................... 15

Gambar 2.6Cylinder headdancylinder block sepeda

motor empat langkah. .......................................................................................... 16

Gambar 2.7.Piston dan nama bagian piston ...................................................... 17

Gambar 2.8. Piston dan bagian pendukung piston ............................................ 18

Gambar 2.9. Mekanisme katup .......................................................................... 18

Gambar 2.10. Saluran bahan bakar pada sepeda motor ..................................... 19

Gambar 2.11. Cara kerja sebuah karburator sederhana ..................................... 20

Gambar 2.12. Sistem pengapian sepeda motor ................................................. 22

Gambar 2.13. Knalpot untuk sepeda motor empat tak (exhaust pipe system) .. 23

Gambar 2.14. Knalpot untuk sepeda motor dua Tak (Exhaust system) ............. 24

Gambar 2.15. Pelumasan pada bantalan ............................................................ 25

Gambar 2.16. Pelumasan sistem percik ............................................................. 26

Gambar 2.17Sistem pendingian Udara .............................................................. 28

Gambar 2.18. Sistem pendingian Air ................................................................ 29

Gambar 3.1. Diagram P–V siklus ideal dan siklus aktual motor otto ............... 30

Gambar 3.1. Diagram P – v dan T – s Siklus Otto ........................................... 31

x

Gambar 4.1.Bagian – bagian penting motor bakar ............................................ 41

Gambar 4.2.Penampangsilinder liner ................................................................ 45

Gambar 4.3. Konstruksi dimensi piston ............................................................ 50

Gambar 4.4. Ilustrasi beban pada piston crown ................................................ 52

Gambar 4.5.Ilustrasi pembebanan dan dimensi pena piston ............................. 54

Gambar 4.6. Dimensi ring piston : (A) ring kompresi, (B) ring oli................... 57

Gambar 4.7. Ilustrasi pembebanan pada ............................................................ 61

Gambar 4.8. Connecting rod ............................................................................. 64

Gambar 4.9. Poros engkol (crank shaft) ............................................................ 70

Gambar 4.10. Ukuran-ukuran katup .................................................................. 75

Gambar 4.11. Diagram bukaan katup ................................................................ 80

Gambar 4.12. Poros bubungan (camshaft) ........................................................ 81

Gambar 4.13Karburator sepeda motor empat langkah ...................................... 87

Gambar 4.14. Sistem pelumasan sepeda motor empat langkah ........................ 96

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1. Menentukan ( ) TBAm gggCv += ..................................................... 37

Tabel 4.1. Perbandingan bahan bakar - udara .................................................... 85

Tabel 4.2. No SAE berdasarkan viskositas ........................................................ 93

xii

ABSTRAK

Sepeda motor merupakan alat transportasi yang banyak digunakan oleh masyarat pada saat sekarang ini. Hal ini disebabkan oleh karena nilai ekonomis ataupun kepraktisan yang dihadirkan oleh sepeda motor tersebut. Sistem utama sepeda motor terdiri , yaitu: Rangka (chasis), sistem suspensi (suspension), sistem pengereman (braking system), sistem penerus daya (drive chain), sistem kelistrikan (electrical system), sistem bahan bakar (fuel system), sistem utama/mesin (engine), dan sistem pemasukan dan pembuangan gas.

Perancangan motor bensin 4 langkah penggerak sepeda motor dengan volume langkah 115 CC, meliputi :piston dan analisa piston crown dan piston skrit, dan mekanisme penggeraknya (batang piston, poros engkol), ring piston, dan pen piston, ulir pengikat , silinder dan silinder liner, sistem bahan bakar dan pelumasan.

Hasil perancangan ulang motor bensin 4 langkah penggerak sepeda motor dengan volume langkah 115 CC, sebagai berikut : Daya Kuda (BHP) = 8,415 HP, putaran mesin = 7500 rpm, tekanan pembakaran = 60,71 kg/cm2, konsumsi bahan bakar = jam

kg495,0 , konsumsi bahan bakar spesifik= jam.HPkg0589,0 , tekanan

efektif = 2cmkg78,8 , perbandingan kompresi = 9: 1, Panjang Langkah = 39,6 mm,

diameter silinder = 60,8 mm, volume langkah = 115 cc, bahan bakar = bensin (gasoline)

Kata Kunci : Volume langkah, Motor bensin 4 langkah, Daya kuda, Konsumsi

bahan bakar spesifik

1

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sepeda motor merupakan alat transportasi yang banyak digunakan oleh

masyarat pada saat sekarang ini. Hal ini disebabkan oleh karena nilai ekonomis

ataupun kepraktisan yang dihadirkan oleh sepeda motor tersebut . Nilai ekonomis

dapat kita lihat dengan harga sepeda motor yang relative terjangkau oleh

masyarakat dengan ekonomi menengah dan penggunaan bahan bakar yang relatif

lebih hemat dibandingkan dengan kendaraan bermotor roda empat. Sedangkan

nilai kepraktisan dapat kita lihat dengan lincahnya kendaraan bermotor roda dua

bila digunakan pada jalan raya yang padat. Sistem utama sepeda motor terdiri ,

yaitu: Rangka (chasis), sistem suspensi (suspension), sistem pengereman (braking

system), sistem penerus daya (drive chain), sistem kelistrikan (electrical system),

sistem bahan bakar (fuel system), sistem utama/mesin (engine), dan sistem

pemasukan dan pembuangan gas.

Peningkatan penggunaan sepeda motor ditandai dengan semakin

banyaknya permintaan motor dan semakin gencarnya produsen – produsen motor

melakukan inovasi terhadap produknya, dimulai dengan meenambah dan merubah

aksesoris, hingga ke perubahan atau peningakatan kapasitas mesin. Pada saat ini

ada banyak pilihan kapasitas mesin yang disediakn oleh produsen masing –

masing merk, yaitu dari kapasitas mesin 100 cc – 250 cc dengan bebagai macam

keunggulannya. Pada kesempatan tugas akhir ini akan diangkat permasalahan

2

dengan judul perancangan motor bensin 4 langkah penggerak sepeda motor

dengan volume langkah 115 cc

1.2 Rumusan Masalah

Permasalahan yang timbul adalah bagaimana cara melakuakan

perancangan ulang motor bensin 4 langkah yang digunakan sebagai penggerak

sepeda motor dengan kapasitas 115 cc

1.3 Batasan Masalah

Perancangan motor bensin 4 langkah penggerak sepeda motor dengan

volume langkah 115 cc, meliputi :

1. Piston dan analisa piston crown dan piston skrit, dan mekanisme

penggeraknya (Batang piston, poros engkol), Ring piston, dan Pen Piston

2. Ulir pengikat

3. Silinder dan silinder liner

4. Sistem Bahan Bakar dan Pelumasan

1.4 Tujuan Tugas Akhir

Perancangan motor bensin 4 langkah penggerak sepeda motor dengan

volume langkah 115 ccbertujuan :

1. Mengetahui ukuran komponen – komponen pada motor bensin 4 langkah

2. Melakukan analisa terhadap keamanan komponen – komponen pada motor

bensin 4 langkah penggerak sepeda motor dengan volume langkah 115 cc

3

3. Menghasilakan gambar rancangan motor bensin 4 langkah penggerak

sepeda motor dengan volume langkah 115 cc

1.5 Tinjauan Pustaka

Ponidi, (2002)Melakukan perancangan motor disel yang digunakan

sebagai pengerak bus pariwisata, adapun bagian – baian yang dirancang mleiputi :

Perihitungan silinder meliputi : blok silinder, kepala silinder, dan silinder liner,

perhitungan torak, perhitungan batang penggerak, perhitungan poros engkol,

perhitungan katup dan kelangkapannya, hasil perhitungan diperoleh data sebagai

berikut : berat kendaraan = 10 ton, kapasitas penumpang = 40 orang, berat barang

yang diangkut = 700 kg, posisi motor dibelakang, putaran mesin maksimal = 2648

rpm, daya mesin = 190 Hp, jumlah silinder = 6 buah, volume langkah = 7590,9

cc, dengan perbandingan kompresi 17 : 1

1.6 Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran dalam penulisan nanti, maka di perlukan

sistematika penulisan sebagai berikut :

Halaman Judul

Halaman Pengesahan

Kata Pengantar

Daftar Isi

Daftar Gambar

4

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini menguraikan mengenai latar belakang masalah, rumusan

masalah, batasan masalah, tujuan tugas akhir, tinjauan pustaka, dan

sistematika penulisan laporan

BAB II LANDASAN TEORI

Bab ini berisikan landasan teori-teori dasar tentang masalah tugas

akhir, penjelasan mengenai konsep-konsep dasar permasalahan yang

diangkat serta mandukung tugas akhir

BAB III PERHITUNGAN TERMODINAMIKA

Berisikan tentang perhitungan thermodinamika pada motor bensin

empat langkah yang meliputi : langkah hisap, langkah kompresi,

langkah kerja, dan langkah buang perhitungan komponen – komponen

motor bensin meliputi : Silinder liner, kepala silinder, blok silinder,

piston dan kelengkapannya, poros engkol, dan mekanisme katup.

BAB IV PERANCANGAN KOMPONEN UTAMA

Bab ini berisikan tentang perhitungan komponen – komponen utama,

meliputi : perhitungan motor bensin meliputi : Silinder liner, kepala

silinder, blok silinder, piston dan kelengkapannya, poros engkol, dan

mekanisme katup, serta sistem bahan bakar dan pelumasannya

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Memuat pernyataan singkat dan tepat yang dijabarkan dari hasil

penelitian tugas akhir. Saran, dibuat berdasarkan pengalaman dan

pertimbangan, untuk melakukan penelitian lebih lanjut

5

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

6

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Motor Bensin

Motor bensin menghasilkan tenaga pembakaran bahan bakar dan udara

(oksigen) yang ada dalam cylinder, pembakaran ini akan menimbulkan panas dan

sekaligus akan mempengaruhi gas yang ada dalam cylinder untuk mengembang.

Motor bensin termasuk dalam motor bakar dengan klasifikasi sebagai berikut :

1. Jenis Pembakaran :Internal Combustion Engine (ICE)

2. Operasi Siklus : Siklus Otto

3. Bahan Bakar : Bensin

4. Tipe Pengapian : Penyalaan batrei dan penyalaan magnet

5. Sistem Pengapian : Busi

6. Pemasukan Bahan Bakar : Karburator

Motor bensin yang dihasilkan sekarang merupakan perkembangan dan

perbaikan mesin yang sejak semula dikenal sebagai motor Otto yang ciri khasnya

dilengkapi busi dan karburator. Busi menghasilakan loncatan api listrik yang

menyalakan campuran bahan-bakar dengan udara segar. Siklus ideal otto

ditunjukan oleh gambar dibawah ini

7

2.1.1 Siklus Termodinamika

Konversi energi yang terjadi pada motor bakar torakberdasarkan pada

siklus termodinamika. Proses sebenarnya amatkomplek, sehingga analisa

dilakukan pada kondisi ideal dengan fluidakerja udara.Idealisasi proses sebagai

berikut:

1. Fluida kerja dari awal proses hingga akhir proses

2. Panas jenis dianggap konstan meskipun terjadi perubahantemperatur

pada udara

3. Proses kompresi dan ekspansi berlangsung secara adiabatik, tidakterjadi

perpindahan panas antara gas dan dinding silinder.

4. Sifat-sifat kimia fluida kerja tidak berubah selama siklusberlangsung.

5. Motor dua langkah mempunyai siklus termodinamika yang samadengan

motor empat langkah.

Siklus ideal dan siklus aktual yang terjadi pada motor bakar torak

ditunjukkan oleh gambar dibawah ini

Gambar 2.1 Diagram P–V siklus ideal dan siklus aktual motor otto (Cengel& Boles. Thermodynamics An Engineering Approach, 1994: 375)

8

2.1.2 Siklus Otto (Siklus Volume Konstan)

Pada siklus Otto atau siklus volume konstan proses pembakaranterjadi

pada volume konstan. Sedangkan siklus Otto tersebut ada yangberlangsung

dengan empat langkah atau dua langkah. Untuk motorempat langkah sikluskerja

terjadi dengan empat langkah piston atau dua poros engkol. Adapun

langkahdalam siklus Otto yaitu gerakan piston dari titk puncak (TMA = Titik

Mati Atas) ke posisi bawah (TMB = Titik Mati Bawah) dalam silinder.Siklus

ideal otto ditunjukan oleh gambar dibawah ini

Keterangan gambar :

1 – 2 Proses kompresi secara isentropik 2 – 3 Proses penambahan kalor pada

volume konstan Qin = m.Cp.(T3 - T2)

3 – 4 Proses kerja isentropic Qout = m.Cv.(T4 - T1)

4 – 1 Proses pelepasan kalor pada volume konstan

Gambar 2.2 Siklus ideal Otto (Cengel & Boles. 1994: 382)

2.2 Siklus Kerja

Prinsip kerja motor bensin merupakan suatu siklus, yaitu rangkaian

peristiwa yang selalu berulang kembali mengikuti jejak yang sama dan kembali ke

semula dan membentuk rangkaian tertutup. Prinsip kerja motor bensin terdiri dari:

1. Motor bensin dengan prinsip kerja empat langkah (4 Tak)

2. Motor bensin dengan prinsip kerja dua langkah (2 Tak)

9

2.2.1 Motor Empat Langkah (4 Tak)

Motor empat langkah mempunyai empat gerakan piston (Gambar2.3)

yaitu:

1. Langkah hisap (suction stroke). Dimana torak bergerak dari TMA (titk

mati atas) menuju TMB(titik mati bawah).dalam langkah ini campuran

udara dan bahanbakar dihisap ke dalam silinder. Katup hisap terbuka

sedangkan katup buang tertutup.Waktu torak bergerak kebawah,

menyebabkan ruang silinder menjadi vakum, masuknya campuran bahan

bakar disebabkan adanya tekanan udara luar (atmospheric pressure) yang

disebut langkah isap.

2. Langkah kompresi (compression stroke). Setelah mencapai TMB torak

bergerak kembali ke TMA sementara katup hisap dan katup buang

tertutup. Campuran bahan bakar dan udara yang terhisap akan terkurung di

dalam silinder dan dimanpatkan atau dikompresi oleh torak yang bergerak

ke TMA. Akibat tekanan yang tinggi maka temperatur menjadi naik maka

campuran bahan bakar akan mudah terbakar disebut dengan langakah

kompresi.

3. Langkah ekspansi (expansion stroke). Pada saat torak bergerak ke TMA

katup isap dan buangmasih tertutup. Beberapa derajat sebelum TMA

busimemercikkan bunga api, campuran bahan bakar dan udara

yangmempunyai suhu tinggi ± 2000°C akan terbakar, terjadilahproses

pembakaran sehingga tekanan dan temperatur naik. Danakhirnya torak

bergerak menuju TMB dengan tekanan gas yangterbakar.

10

4. Langkah buang (exhaust stroke). Gas hasil pembakaran harus dibuang

untuk melakukansiklus lagi. Maka saat torak telah melakanakan langkah

kerjatorak bergerak kembali ke TMA, katup buang terbuka dan katupisap

tertutup mendesak gas pembakaran keluar dari dalamsilinder melalui

saluran gas buang.

Siklus kerja motor bensin empat langkah (4 Tak) ditunjukan oleh Gambar

2.3 dibawah ini.

Gambar 2.3 Siklus kerja motor empat langkah/ 4 Tak (Aryadi, dan Karnowo, 2008 : 4)

2.2.2 Motor Dua Langkah (2 Tak)

Prinsip kerja motor dua langkah secara umum sama dengan motor empat

langkah, perbedaannya terdapat pada jumla gerakan piston, pada motor dua

langkah untuk menghasilkan satu langkah kerja dibutuhkan dua geakan piston

atau stu putaran poros engkol, adapun prinsip kerjanya sebagai berikut :

1. Torak Bergerak dari TMA menuju TMB

Kerjadian diatas piston :Tekanan hasil pembakaran saat kompresi

mendorong piston dari TMA (titk mati atas) Menuju TMB (titik mati bawah).

11

Lubang buang terbuka sehingga gas sisa pembakaran keluar (Proses Buang).

Lubang bilas Terbuka sehingga campuran bahan bakar dari ruang bilas akan

masuk kedalam silinder mendorong gas buang (Langkah Bilas)

Kerjadian dibawah piston :Gerakan piston dari TMA (titk mati atas)

Menuju TMB (titik mati bawah) menyebabkan saluran masuk tertutup piston,

sehingga di dalam bak motor terjadi kompresi

2. Torak Bergerak dari TMB menuju TMA

Kerjadian diatas piston :Saluran bilas dan saluran buang tertutup

piston, campuran bahan bakar dengan udara dalam silinder akan dikompresi

(Langkah kompresi).Selanjutnya beberapa drajat sebelum mencapai TMA busi

memercikan api ke dalam campuran bahan bakar dengan udara.

Kerjadian dibawah piston :Gerakan piston dari TMB (titik mati

bawah) Menuju TMA (titk mati atas) menyebabkan tekanan dalam karter

turun sehingga campuran bahan bakar dengan udara masuk kedalam karter

(Langkah Hisap)

Gambar 2.4 Siklus kerja motor bensin dua langkah (2 Tak) (Aryadi, dan Karnowo, 2008 : 7)

12

2.2.3 Proses Pembakaran

Pembakaran didefinisikan sebagai kombinasi secara kimiawi yang

berlangsung secara cepat antara oksigen dengan unsur yang mudah terbakar pada

suhu dantekanan tertentu. Pembakaran terjadi karena ada tigakomponen yang

bereaksi, yaitu bahan bakar, oksigen dan panas. Jika salahsatu komponen tersebut

tidak ada maka tidak akan timbul reaksipembakaran.Pembakaran yang baik akan

memperoleh pembebasan dari semuapanas yang dikandung bahan bakar,

sementara jumlah panas yang hilangkarena tidak sempurnanya pembakaran dan

adanya panas yang diserap udarapembakaran.Bila bahan bakar terbakar maka

terjadi reaksi dengan oksigen membentuk karbon dioksida (CO2) dan air (H2O)

reaksi pembakaran secara umum dinyatakan dinyatakan sebagai berikut

(Heywood, Internal Combustion Engine Fundamentals, 1988: 69)

( ) 22222 4773,3

2773,3

4NbaOHbaCONObaHC ba

+++→+

++

Dalam proses pembakaran bahan bakar premium yang merupakan C8H18

(CnH2n+2) terjadi reaksi kimia seperti berikut :

( ) 22222188 4188773,3

2188773,3

4188 NOHCONOHC

+++→+

++

( ) 22222188 1235,4798773,35,12 NOHCONOHC ++→++

Dengan perbandingan antara berat bahan bakar (mfuel) dan berat udara

(mair) teoritis yang terjadi pada proses pembakaran diatas adalah sebagai berikut

(Heywood, 1988: 53):

fuel

airthe m

mAFR = dan

air

fuelthe m

mFAR =

13

Dalam kondisi normal untuk mesin bensin nilai 1812 −=theAFR dan

083,0056,0 −=theFAR .Bilangan oktan adalah bilangan yang menyatakan berapa

persen volume iso-oktana dalam campuran yang terdiri dari iso-oktana dan

heptananormal yang mempunyai kecenderungan berdetonasi sama dengan bahan

bakar tersebut.Dalam reaksi premium (C8H18) dianggap terdiri atas oktan murni

dan berbentuk gas dengan komposisi 84,1 % C dan 15,9 % H, dan berat molekul

premium adalah 114,15.Proses pembakaran yang terjadi pada reaksi kimia diatas

pembakaran sempurna. Pembakaran sempurna adalah suatu pembakaran yang

mengubah senyawa C dan H menjadi CO2 dan H2O.Namun pada prakteknya

pembakaran dalam mesin tidak pernahterjadi dengan sempurna. Setelah

pembakaran piston turun dan bekerjasangat cepat karena adanya tekanan yang

tinggi, setelah piston mencapaibagian terbawah katup pengeluaran terbuka dan

gas didalam silindermendesak keluar ke saluran pembuangan. Gas yang keluar

tersebutmengandung N2, CO2, NO2, HC yang tidak terbakar dan senyawa lainnya.

Proses pembakaran yang sebenarnya tidak semua energi yang dikandung dalam

bahan bakar dapat dirubah menjadi energi panas, selanjutnya energi panas yang

dapat dibangkitkan dari proses pembakaran juga tidakseluruhnya dapat

dimanfaatkan, sejumlah energi hilang dalam bentuk :

a. Panas yang dibawa oleh gas Luang

b. Panas dari bahan bakar yang tak terbakar

c. Panas yang terpancar keluar ruang bakar

14

2.2.4 Proses Penyalaan

Campuran bahan bakar dan udara yang telah dimampatkan didalam

silinder oleh piston untuk memperoleh pembakaran dan daya dorong yang

akhirnya akan menghasilkan daya output memerlukan penyalaan yang tepat.

Sistem penyalaan bahan bakar tersebut dilakukan oleh suatu mekanisme yang

telah di sesuaikan dengan mampu nyala bahan bakar. Pembakaran terjadi di ruang

bakar oleh busi yang memercikkan bunga api selanjutnya api membakar

campuran bahan bakar marambat keseluruh ruang bakar dengan kecepatan tetap.

Besarnya kecepatan ini biasanya antara 1,7 sampai 4,5 meter tiap detik dan

disebut nyala api rata rata(rate of flame propagation). Tetapipada kenyataannya

ada waktu yang diperlukan antara saat cetusan api dari busi dengan saat awal

penyebaran api, hal ini disebut keterlambatan pembakaran (ignition delay).

2.3 Sepeda Motor

Sepeda motor merupakan alat transportasi yang banyak digunakan oleh

masyarat pada saat sekarang ini. Hal ini disebabkan oleh karena nilai ekonomis

ataupun kepraktisan yang dihadirkan oleh sepeda motor tersebut . Nilai ekonomis

dapat kita lihat dengan harga sepeda motor yang relative terjangkau oleh

masyarakat dengan ekonomi menengah dan penggunaan bahan bakar yang relatif

lebih hemat dibandingkan dengan kendaraan bermotor roda 4. Sedangkan nilai

kepraktisan dapat kita lihat dengan lincahnya kendaraan bermotor roda dua bila

digunakan pada jalan raya yang padat.

Sistem utama yang umum membangun sebuah mesin pada sepeda motor

terdiri dari berbagai sistem yang saling mendukung satu sama lainnya, adapun

15

sistem tersebut yaitu: Sistem bahan bakar, sistem kelistrikan, sistem utama/mesin,

sistem pemasukan dan pembuangan, dan sistem penerus daya.

2.4 Bagian Utama Motor Bensin

2.4.1 Kepala Silinder Dan Silinder Blok

Cylinder head atau kepala silinder adalah bagian dari mesin dan masuk

kedalam sistem utama atau engine, dimana pada motor dua langkah bagian ini

terdapat combustion chamber (ruang bakar) dan lubang busi. Sedangkan pada

motor empat langkah terdapat tambahan saluran masuk dan saluran buang. Nama

– nama bagian pada kepala silinder ditunjukan gambar dibawah ini.

Gambar 2.5 Bagian utama cylinder head. (Bell. A, 1999 : 21)

Squish yaitu bidang datar pada sisi terluar ruang bakar pada cylinder head

yang berfungsi mengatur arah ledakan. Kubah (Dome)merupakan bagian pusat

tempat terjadinya pembakaran. Nat adalah celah (clearence) antara bibir cylinder

dan squish area. Bentuk cylinder headdanblock cylinder untuk sepeda motor

empat tak ditunjukan oleh gambar dibawah ini

16

.

Ketererangan Gambar :

Gambar 2.6 Cylinder headdancylinder block sepeda motor empat langkah (Yamaha Genuine Part & Accessories, Part catalogueT105SE(5ER9):1 )

2.4.2 Piston

Piston berada pada bagian utama sebuah mesin, piston bergerak turun dan

naik dalam cylinder. Piston berfungsi membentuk ruang bakar pada bagaian atas

piston, memutar poros engkol melalui stang piston (connecting rod), dan pada

17

Kepala PistonTempat Ring

Lubang Pena

Piston Skirt

motor dua langkah (2 tak) berfungsi sebagai katup yang bertugas membuka dan

menutup lubang – lubang (port) pada cylinder block. Piston bisa juga disebut

torak, selalu menerima temperatur dan tekanan pembakaran yang tinggi, dan

bergerak terus menerus dengan kecepatan yang tinggi. Dengan kondisi kerja yang

dialami oleh piston, maka bahan yang akan dibuat piston harus memenuhi beberpa

persyaratan, yaitu :ringan kuat, kokoh, tahan aus dan tahan terhadap temperatur

yang tinggi, untuk memenuhi syarat seperti diatas bahan piston dapat dipakai

adalah besi tuang atau paduan alumunium (aluminum alloy). Kondisi kerja pada

ruang bakar menyebabkan piston menerima berbagai macam beban kerja ,

Adapun beban kerja pada piston berasal dari :beban yang berasal dari panas

pembakaran, beban mekanik. Piston memiliki bagian kepala yang biasanya

berbentuk datar tetapi ada juga kepala kepala piston yang berbentuk cebung, pada

badan piston terdapat alur sebagai tempat memasang cincin piston, bentuk piston

dan bagian – bagian piston ditunjukan oleh gambar dibawah ini

Gambar 2.7 Piston dan nama bagian piston

Sedangkan piston dan mekanisme penggerak piston pada sebuah mesin

sepeda motor ditunjukan oleh gambar dibawah ini.

18

Keterangan Gambar :

16. Piston

17. Pena Piston

18. Ring Piston

19. Snap ring

Gambar 2.8 Piston dan bagian pendukung piston (Yamaha Genuine Part & Accessories, Part catalogueV110E(4WHH):7 – 8 )

2.4.3. Mekanisme Katup

Katup merupakan komponen mesin yang berfungsi sebagai laluan udara

dan bahanbakar masuk silinder (katup masuk) atau sebagai laluan gas sisa

pembakaran keluar silinder (katup keluar). Untuk mengatur membuka dan

menutupnya katup diperlukan mekanisme katup.

Gambar 2.9 Mekanisme katup (Aryadi, dan Karnowo, 2008 : 47)

19

2.5 Sistem Bahan Bakar (Fuel System)

Sistem bahan bakar sepeda motor didukung oleh dua sistem utama, yaitu

:saluran bahan bakar (fuel line), dan karburator (carburator). Saluran bahan bakar

dan karburator pada sepeda motor ditunjukan oleh gambar dibawah ini

Gambar 2.10 Saluran bahan bakar pada sepeda motor

(Yamaha Genuine Part & Accessories, Part catalogueV110E(4WHH):38)

Karburator adalah komponen utama mesin konvensional sebagai tempat

proses pencampuran antara bahan bakar dan udara. Hasil dari proses pencampuran

bahan bakar udara harus homogen mungkin sehingga setelah masuk silinder dan

mengalami proses pembakaran akan menghasilkan daya yang besar dan

ekonomis.Prinsip dan konstruksi dasar karbutator pada Gambar 2.11

memperlihatkan bentuk dasar karburator sederhana. Karburator dibagi dalam

20

dua bagian yaitu ruang pencampur (mixing chamber) dimana bahan bakar

dicampur dengan udara; dan ruang pelampung float chamberdimana tersimpan

sejumlahbensin dalam volume tetap.Dibagian tengah mixing chamber terdapat

penampang yang mengecil, bagiandisebut venturi. Main nozzle yang terletak di

tengah venturi akan mengeluarkan bensinpada saat motor berada di atas putaran

idling. Di sebelah bawahnya terdapat throttlevalve dan nozzle untuk kecepatan

rendah. Throttle ini merupakan katup yang berbentukpiringan dan berfungsi

mengatur jumlah campuran bahan bakar-udara yang akan masulkkedalam silinder

motor

Gambar 2.11 Cara kerja sebuah karburator sederhana (Aryadi, dan Karnowo, 2008 : 66)

Throttle dihubungkan dengan pedal akselerasi atau pedal gas yang terletak

diruangan kemudi untuk memudahkan pengaturan kecepatan oleh si pengemudi.

Katup choke terletak di atas venturi dan berfungsi mengatur jurnlah udara yang

21

masuk ke dalam karburator.Ruang pelampung merupakan suatu tempat seperti

cawan (mangkuk.) yang dibuatdengan cara dituang dan digabungkan integral

dengan mixing chamber. Di dalamnyaterdapat pelampung dan katup jarun (needle

valve). Bensin yang diterima dari pompaditampung pada ruang pelampung dan

pelampung berfungsi memelihara tinggipermukaan yang tetap.Pada saat motor

melakukan langkah isap, tekanan di dalam silinder akan turunsehubungan dengan

gerak torak kebawah yang memperbesar volume ruangan. Akibat perbedaan

tekanan ini udara akan mengalir kedalam silinder melalui saringan udara,

karburaotr dan intake manifold. Bila udara tersebut mengalir pada saluran yang

menyempit (pada venturi), maka kecepatannya bertambah dan tekanannya turun,

sehingga bensin keluar melalui main nozzle. Kemudian bensin tadi tertiup oleh

arus udarayang deras dan terjadilah penguapan. Campuran udara bahan bakar

yang telah menguapini terus masuk ke dalam silinder. Prinsip kerja karburator ini

hampir tidak ada bedanyadengan semprotan pembasmi nyamuk yang biasa

digunakan di rumah.

2.6 Sistem Kelistrikan (Electrical System))

Sistem kelistrikan pada sepeda motor terdiri dari :sistem pengapian

(ignation system), sistem pengisian, sistem penerangan dan indikator, sistem

stater. Sistem pengapian hanya terdapat pada motor bensin, adapun fungsi dari

sistem pengapian adalah untuk menhasilkan tegangan tinggi dengan menadakan

bunga api diantara elektroda busi , sehingga campuran bahan bakar dengan udara

22

sempurna walupun dengan kecepatan mesin yang berubah – ubah, skema sistem

pengapian ditunjukan gambar dibawah ini

Gambar 2.12Sistem pengapian sepeda motor (AHTC, Pengantara praktek listrik, 2006 : 31)

2.7 Knalpot (Exhaust Pipe System)

Fungsi exhaust system (sistim saluran buang) ialah mengeluarkan gas-gas

bekas yang dikumpulkan dari dalam silinder-silinder. Exhaust system ini terdiri

dari exhaust manifold, exhaust pipe (pipe buang), dan muffler (peredam suara).

Exhaust Manifold. Fungsi exhaust manifold (saluran buang) ialah mengumpulkan

gas-gas buang darisilinder-silindr kesatu tempat dan disalurkan melalui pipe

buang (exhaust pipe). Exhaustmanifold ini dipasangkan pada tiap exhaust port

yang terdapat pada setiap silinder. Gas buang yang keluar dari motor masih

mempunyai tekanan sebesar 3 ~ 5 kg/cm2dan suhunya kira-kira 600 ~ 800 °C,

masih pula terkandung panas sebesar 35 ~ 39%dan gas hasil pembakaran, Bila

pada tekanan dan suhu yangn tinggi langsung dibuang keatmosfir, maka ekspansi

yang mendadak dari gas tersebut akan menimbulkan ledakanyang keras. Untuk

23

mencegah hal ini maka gas buang disalurkan melalui muffler agartekanan dan

suhunya turun sehingga ledakan keras tadi tidak akan terjadi. Bentuk dan ukuran

knalpot yang digunakan untuk sepeda motor empat tak berbeda dengan bentuk

dan ukuran knalpot dua tak. Pada knalpot empat tak terdiri dari tiga komponen

utama, yaitu : pipa primer, pipa kolektor, pipa ekor. Sedangkan pada knlpot untuk

sepeda motor dua tak terdiri dari komponen – komponen sebagai berikut : pipa

kepala, diffuser, pipa paralel, baffle, stinger.

Gambar 2.13 Knalpot untuk sepeda motor empat tak (exhaust pipe system) (Yamaha Genuine Part & Accessories, Part catalogue T105SE:13)

24

Gambar 2.14 Knalpot untuk sepeda motor dua Tak (Exhaust system) (Yamaha Genuine Part & Accessories, Part catalogueV110E(4WHH):13)

2.8 Sistem Pelumasan

Semua elemen mesin yang terbuat dari logam akan bergerak relatif antara

satu dengan lainnya dapat mengalami hambatan yang besar karena gesekan

permukaan. Karena hal tersebut, fungsi pelumas menjadi sangat penting. Dengan

pelumasan dapat dihindari kontak langsung dari dua bagian logam mesin yang

bergesekan.Pada Gambar 2.15 diperlihatkan pelumasan poros dengan

bantalannya. Komponen- komponen mesin akan terselimuti oleh lapisan pelumas

sehingga antara bagian satu dan lainnya seperti tidak bersentuan. Kondisi akan

menimbulkan gaya gesek yang kecil antara komponen mesin. Secara garis besar

fungsi pelumasan adalah sebagai berikut:

1. Mengurangi gesekan yang timbul antar komponen mesin sehingga

pergerakankomponen mesin menjadi lebih ringan.

25

2. Menyerap panas yang timbul karena pergesekan antara komponen-komponen

mesin, hal ini menguntungkan karena komponen mesin terhindar dari

overheatingatau panas berlebih.

3. Khusus pada pelumasan di silinder akan memperbaiki kerapatan antara torak

dansilinder.

4. Mencegah abrasi dan korosi komponen-komponen mesin.Untuk menjamin

keberlangsungan proses pelumasan pada waktu operasi mesin sehingga

komponen-komponen mesin terlumasi semua, pelumas harus disirkulasikan.

Sistem yang menjamin keberlangsungan proses pelumasan pada mesin disebut

sistem pelumasan.

Gambar 2.15 Pelumasan pada bantalan ( Aryadi, dan Karnowo, 2008 : 49)

Bagian-bagian yang bergerak dalam mesin dilumasi dengan empat macam

cara yaitu dengan cara percikan (splash), tekanan (force feed), gabungan dari

percikan serta tekanan, yang terakhir adalah pelumasan campur bahan bakar

dengan pelumas (patrol lubrication).

1. Sistem percikan. Minyak lumas akan terbawa oleh batang spoon atau dipper

pada waktu pistonbergerak ke bawah kemudian pelumas dipercikkan oleh

26

ujung bagian bawah connectingrod kepada dinding silinder dan bearing.

Konstruksi sistem percikan cukup sederhana,tetapi kendalanya ialah bahwa

minyak lumas sangat sulit melalui celah-celah yang sempit. Oleh karenanya

sistem ini sekarang jarang sekali digunakan. gambar 2.16

Gambar 3.16 Pelumasan sistem percik (Aryadi, dan Karnowo, 2008 : 49)

2. Sistem penyaluran paksa. Mesin yang kompleks terutama pada multisilinder

mempunyai banyak bagianbagianyang sempit dan jauh dari jangkauan tangki

pelumas. Padahal semua komponentersebut harus dilumasi, untuk itu

diperlukan sistem pelumasan yang mampumensirkulasikan pelumas ke

seluruh komponen atau bagian mesin yang membutuhkan. Untuk

mensirkulasikan minyak pelumas, pelumas dipompa sehingga mempunyai

energiyang cukup untuk sampai ke bagian-bagian yang harus dilumasi dengan

tekanan tertentu.Minyak pelumas terkumpul dalam karter dihisap oleh pompa

minyak melalui saringanminyak. Dari sini minyak disalurkan ke bagian-

bagian mesin melalui lubang-lubangminyak yang terdapat pada blok silinder,

poros engkol dan sebagainya. Sesudah minyakmelakukan pelumasan pada

bagian-bagian mesin, minyak kembali lagi ke karter Keuntungan dengan

27

sistem ini bahwa semua bagian-bagian pada mesin dapat dilumasi dengan

baik. Kerugiannya jika pompa minyak rusak, maka sistem ini tidak dapat

bekerja.

3. Sistem kombinasi percikan dan tekanan. Dalam sistem ini dipergunakan kedua

sistem, sistem percikan dan tekanan.

Sistem campuran bahan bakar pelumas. Sistem ini dipakai pada motor dua

langkah (2 tak). Pelumas dan bahan bakardengan komposisi campuran kurang

lebih 1: 30 sampai 1 :50 akan berfungsi sebagipelumas dan sekaligus perapatan

antara silinder dan piston pada waktu mesin bekerja.Kerugiannya adalah pelumas

ikut terbakar sehingga metode ini sangat boros pelumas

2.9 Sistem Pendinginan

Mesin bensin merupakan mesin panas yang mengubah energi kimia bahan

bakar melalui proses pembakaran. Dari proses pembakaran tersebut dihasilkan

energi yang akan digunakan untuk menjalankan kendaran. Tidak semua energi

dapat diubah menjadi energi berguna, tetapi hanya kira-kira 25% digunakan

sebagai tenaga penggerak, sebagian lainnya sekitar 45% hilang terbawa gas buang

dan hilang akibat gesekan-gesekan, sedangkan sisanya kira-kira 30% diserap oleh

bagian-bagian mesin itu sendiri. Panas yang diserap ini harus segera dibuang

untuk menghindari panas yang berlebihan yang dapat pula mengakibatkan mesin

menjadi retak dan terjadi kegagalan operasi mesin.Untuk itu sistem pendinginan

dimaksudkan untuk mengatasi keadaan tersebut. Selain itu juga untuk memelihara

suhu yang tetap dalam mesin, sebab mesin yang terlampau dingin akan

mengakibatkan pemakaian bensin menjadi boros. Secara garis besar pendinginan

28

mesin dibagi menjadi dua, yaitu dengan pendinginan air dan pendinginan udara.

Pemilihan sistem pendinginan menggunakan udara atau pendinginan air

bergantung dari jenis mesinnya.Kebanyakan untuk mesin satu silinder

menggunakan pendinginan udara, dan sebagian menggunakan pendinginan air,

seperti ditunjukan oleh Gambar 2.17 dan Gambar 2.18 dibawah ini.

Gambar 2.17 Sistem pendingian Udara (Yamaha Genuine Part & Accessories, Part catalogue 5TL3:11)

29

Gambar 2.18 Sistem pendingian Air (Yamaha Genuine Part & Accessories, Part catalogue 2S61:11)

30

BAB III PERHITUNGAN THERMODINAMIKA

MOTOR BENSIN

Konversi energi yang terjadi pada motor bakar torakberdasarkan pada

siklus termodinamika. Proses sebenarnya amatkomplek, sehingga analisa

dilakukan pada kondisi ideal dengan fluidakerja udara.Idealisasi proses sebagai

berikut :Fluida kerja dari awal proses hingga akhir proses, panas jenis dianggap

konstan meskipun terjadi perubahantemperatur pada udara, proses kompresi dan

ekspansi berlangsung secara adiabatik, tidakterjadi perpindahan panas antara gas

dan dinding silinder, sifat-sifat kimia fluida kerja tidak berubah selama siklus

berlangsung., motor dua proses mempunyai siklus termodinamika yang sama

dengan motor empat proses.Siklus ideal dan siklus aktual yang terjadi pada motor

bakar torak ditunjukkan oleh Gambar 3.1 dibawah ini

Gambar 3.1 Diagram P–V siklus ideal dan siklus aktual motor otto

(Cengel & Boles 1994: 375)

Dasar – dasar perhitungan thermodinamika motor bensin meliputi proses

thermodinamika yang terjadi pada motor bensin, yaitu : Proses hisap, proses

kompresi, proses kerja, dan proses buang

31

Pada siklus Otto atau siklus volume konstan, proses pembakaran terjadi

pada volume konsta. Siklus ideal pada kerja motor bensin ditunjukan oleh

Gambar 3.1 diagram P – V dan T – S dibawah ini .

Gambar 3.2 Diagram P – vdan T – s Siklus Otto (Cengel & Boles. 1994: 382 – 383)

Keterangan diagram P – v dan T – s Siklus Ottopada Gambar 3.2 adalah

sebagai berikut :

Proses 1 – 2 : Proses kompresi isentropic (adiabatic reversible), dimana piston

bergerak menuju top dead center (TDC) mengkompresikan udara sampai volume

clearance sehingga tekanan dan temperatur udara naik.

Proses 2 – 3 : Pemasukan kalor pada volume konstan, piston sesaat pada TDC

bersamaan kalor suplai dari sekelilingnya serta tekanan dan temperature

meningkat hingga nilai maksimum dalam siklus, qin = m.Cp.(T3 - T2)

Proses 3 – 4 : Proses isenstopic udara panas dengan tekanan tinggi mendorong

piston turun menuju BDC, energi dilepaskan disekeliling berupa internal energi,

qout = m.Cv.(T4 - T1)

Proses 4 – 1 : Proses pelepasan kalor pada volume konstan, piston sesaat pada

BDC dengan menstransfer kalor ke sekeliling dan kembali meproses awal pada

titik awal.

32

3.1 Proses Hisap

Proses penghisapan (intake), torak bergerak dari TMA ke TMB , Katup

masuk terbuka, Campuran bahan bakar dengan udara yang telah tercampur di

dalam karburator masuk dan dihisap de alam cylinder.Saat torak berada di TMB

katup masuk akan tertuup.bahan bakar dan udara dihisap masuk kedalam silinder

dengan tekanan awal (pa)

3.2 Proses Kompresi

Proses kompresi/penekanan (compression), torak bergerak dari TMB ke

TMA, Katup masuk dan katup buang kedua-duanya tertutup sehngga gas yang

telah dihisap tadi tidak dapat keluar pada waktu di tekan oleh torak, yang

mengakibakan tekanan akan naik sambil mengeluarkan panas, adapun

perhitungannya meliputi :

1. Tekanan pada awal proses kompresi (pa) tanpa supercharging (Petrovsky,

1971 : 27) :

( ) oa p95,085,0p −=

Dengan :po = Tekanan udara luar (kg/cm2) = 1 atm = 1 (kg/cm2)

Dipilih 0,90

Maka : ( ) 2oa cmkg90,0190,0p90,0p =×==

2. Temperatur pada awal kompresi (Ta) ( Petrovsky, 1971 : 29):

r

rroa 1

TtTT

γ+γ+∆+

= ∞

Dengan : To = Temperatur udara luar (°C) = 30°C

33

∆t∞ = Temperatur campuran tambahan dari dinding silnder

(10 – 20°C) = 20°C

γr = Koefisien gas buang (0,02 – 0,04) = 0,03

Tr = Temperatur gas buang (800–1000 K) = 1000 K = 727°C

Maka : ( )03,01

72703,020301

TtTT

r

rroa +

×++=

γ+γ+∆+

= ∞

K81,344C81,71Ta ==

Adapun batasan temperatur awal pada motor bensin (carburator engine)

340 –380 K, sehingga memenuhi syarat

3. Efisiensi pengisaian (ηch) ( Petrovsky, 1971 : 31) :

( ) ( )rasc

oach 1Tp1

T.p.γ+×−ε

ε=η

Dengan : ε = Perbandingan kompresi (6 – 11) = 9

Maka : ( ) ( ) ( ) ( )03,0181,3441193039,09

11..

+××−××

=+×−

=raa

oach Tp

Tpγε

εη

23,284130,2454

ch =η → %8611,868611,0 ≈→=chη

Adapun batas efisiensi pada motor bensin empatproses adalah

( )86,083,0ch −=η , sehingga memenuhi syarat untuk diaplikasikan

4. Tekanan pada akhir proses kompresi (pc) ( Petrovsky, 1971 : 32) :

1nac pp ε=

Dengan :n1= Ekponen politropik rata – rata (1,30 – 1,37) = 1,30

(M. Kovakh, Motor Vehicle Engines, 1979 :117)

34

Maka : 230,11n

ac cmkg66,15990,0pp =×=ε=

5. Temperatur pada akhir kompresi (Tc) ( Petrovsky, 1971 : 29):

11nac TT −ε=

Adapun batasan tempertaur pada akhir alngkah kompresi adalah : 550

– 750 K (M. Kovakh,1979 : 117)

Maka : ( ) K58,666981,344TT 130,111nac =×=ε= −−

3.3 Proses Pembakaran

Torak bergerak dari TMB ke TMA, Katup masuk dan katup buang kedua-

duanya tertutup sehngga gas yang telah dihisap tadi tidak dapat keluar pada waktu

di tekan oleh torak, yang mengakibakan tekanan akan naik sambil mengeluarkan

panas. Beberapa saat sebelum torak mencapai TMA busi mengeluarkan percikan

bunga api listrik. Gas/bahan bakar yang telah mencapai tekanan tinggi tadi

terbakar. Akibat pembakaran bahan bakar tadi, tekanannya akan naik menjadi

kira-kira tiga kali lipat, adapun perhitungannya meliputi :

1. Nilai kalor bawah pembakaran bensin (Q1) ( Petrovsky, 1971 : 43) :

kgkcal530,9Q1 =

2. Reaksi Dalam proses pembakaran gasoline yang merupakan C8H18 (CnH2n+2)

terjadi reaksi kimia seperti berikut (Heywood,1988: 70):

( ) 22222188 N16,47OH9CO8N773,3O5,12HC ++→++

( ) ( ) ( )productspembakaranHasilAirUdaraFuelbakarBahan →+

35

3. Jumlah mol udara teoritis yang diperlukan untuk membakar 1 mol bahan bakar

(Heywood,1988: 70) :

( ) 22222188 N16,47OH9CO8N773,3O5,12HC ++→++

( ) 16,4798773,315,1215,114 ++→++ ;

maka : 16,6466,5915,114 →+

( )mol5226,0

15,11466,59

HCN773,3O5,12L

188

22'o ==

+=

4. Berat udara teoritis membakar 1 kg bahan bakar ( Petrovsky, 1971 : 37) :

'oo L96,28L =

kg14,155226,096,28L o =×=

5. Kebutuhan udara aktual( Petrovsky, 1971 : 38) :

oo

LLLL ′×α=→′

=α

Dengan : α= Koefisien udara lebih (0,85 – 1,05) =1,05

Maka : kg44,16mol5487,05226,005,1LL o ==×=′×α=

6. Jumlah gas hasil pembakaran pada pembakaran sempurna 1 kg bahan bakar

dalam mol ( Petrovsky, 1971 : 39) :

mol32O

4HLM '

og ++α=

mol320

4145,05487,0Mg ++=

mol5849,04145,05487,0Mg =+=

36

7. Total volume gas hasil pembakaran setiap 1 kg bahan bakar ( Petrovsky, 1971

: 39) :

bakarbahankgmM4,24V

3gg =

bakarbahankgm27,145849,04,24V

3g =×=

8. Koefisisen perubahan molar atau rasio gas pembakaran dalam silinder (

Petrovsky, 1971 : 40) :

'o

o LM1

α∆

+=µ

Dengan : mol03625,04145,0

32O

4HM ==+=∆

Maka : 066,15487,003625,01o =+=µ

9. Koefisisen perubahan aktual molar atau rasio gas pembakaran ( Petrovsky,

1971 : 40) :

065,103,01

03,0066,11 r

ro =++

=γ+γ+µ

=µ

10. Kapasitas panas rata – rata campuran udara dengan gas buang ( Petrovsky,

1971 : 48) :

( ) cmixCv BTAm +=

Maka : ( ) 494,64200053,062,4m mixCv ×+=

( ) Kkkal96052,4m mixCv =

37

11. Kapasitas panas rata – rata gas hasil pembakaran ( Petrovsky, 1971 : 48) :

( ) zgggCv TBAm +=

22222222 OONNOHOHCOCOg AvAvAvAvA +++=

22222222 OONNOHOHCOCOg BvBvBvBvB +++=

Hasil perhitungan ( ) TBAm gggCv += , dengan jumlah molekul dan

koefisien ditunjukan oleh tabel dibawah ini

Tabel 3.1 Menentukan ( ) TBAm gggCv +=

Variabel Jumlah

Molekul, M (mol)

Harga Koefisien

Jumlah Gas Hasil

Pembakaran, Mg (mol)

Harga

A B Ag Bg

22 COCO Av 0,07125 7,2 0,00125

0,57385

0,89396 0,00016

OHOH 22Av 0,07250 5,79 0,00112 0,73151 0,00014

22 NN Av 0,42470 4,62 0,00053 3,41924 0,00039

22 OO Av 0,05376 4,62 0,00053 0,43282 0,00005

Jumlah 5,47753 0,00074

Maka : ( ) zgggCv TBAm += → ( ) zgCv T00074,047753,5m ×+=

12. Temperatur akhir pembakaran pada proses tekanan konstan ( Petrovsky, 1971

: 46) :

( ) ( ) ( ) zgCpcmixCpr

'o

lz TmTm1LQ

µ=+γ+α

ξ

Dengan : ( ) 90,090,085,0Z =−=ξ

9530Ql =

( ) ( ) zz TT00074,047753,5065,158,66696052,403,0153760,0

953090,0××+×=×+

+×

38

2zz T0007881,0T83356,558,330655,15489 +=+

13,18796T0007881,0T83356,5 2zz −+

Maka :a2

ac4bbT2

z−±−

=

Sehingga : ( )( )( )0007881,02

13,187960007881,0483356,583356,5T

2

z−−±−

=

0015762,028,9383356,5

Tz±−

=

K47,2426Tz =

13. Tekanan akhir pembakaran pada proses tekanan konstan ( Petrovsky, 1971 :

50):

c

zcz T

Tpp µ=

2z cmkg71,60

58,66647,2426065,166,15p =××=

3.4 Proses Ekspansi

Proses ekspansi, saat ini kedua katup masih dalam keadaan tertutup. Gas

yang terbakar tadi dengan temperatur dan dengan tekanan yang tinggi akan

mengembang kemudian menekan dan memaksa torak turun ke bawah (dari TMA

ke TMB). Saat inilah pertamakali tenaga panas di rubah menjadi tenaga

gerak/mekanis. Tenaga ini di salurkan melalui batang penggerak dan oleh poros

engkol dirubah menjadi gerak putar. perhitungannya adalah sebagi berikut :

39

1. Temperatur akhir pada proses ekspansi ( Petrovsky, 1971 : 52) :

12nz

bTT −δ

=

Dengan :n2= Ekponen politropik rata – rata (1,23 – 1,30) = 1,23

(M. Kovakh, Motor Vehicle Engines, 1979 :117)

δ =ε = Perbandingan kompresi (6 –11) = 9

Maka : K85,14639

47,2426T 123,1b == −

2. Tekanan akhir pada proses ekspansi ( Petrovsky, 1971 : 52) :

2nz

bppδ

= → 223,1b cmkg069,4

971,60p ==

3.5 Tekanan efektif Rata – Rata

Tekanan efektif rata-rata (Brake Mean Effective Pressure) dalam satuan

kg/cm2 yang merupakan tekanan rata-rata yang bekerja pada piston selama

proses kerja dapat dihitung berdasarkan rumus:

1. Tekanan indikator rata – rata teoritis ( Petrovsky, 1971 : 55) :

−

ε−−

−

δ−λ

−ε= −− 11n

11112n

1111

pp 11n12n

cit

Dengan :c

zcz p

ppp =λ→λ=

Maka :

−

−−

−

−

−= −− 130,1

19

11123,1

19

1166,1571,60

1966,15p 130,1123,1it

( ) ( )[ ]334,3483,0347,4496,088,396,1pit ×−××=

2it cmkg24,12156,4396,16p =−=

40

2. Tekanan indikator rata – rata ( Petrovsky, 1971 : 55) :

iti pp ϕ=

Dengan : φ= Faktor koreksi diagram (0,92 – 0,97) = 0,92

Maka : 2i mmkg26,1124,1292,0p =×=

3. Tekanan efektif rata – rata ( Petrovsky, 1971 : 61) :

ime pp η=

Dengan : ηm= Efisiensi mekanik (0,78 – 0,83) = 0,78

Maka : 2e cmkg78,826,1178,0p =×=

4. Konsumsi bahan bakar

a. Konsumsi bahan bakar spesific efektif ( Petrovsky, 1971 : 63) :

m

iFFη

=

Dengan :o

'oi

ochi TLp

p4,318F

α

η=

jamhpkg0459,0

3035487,026,111864,318Fi =

×××

=

Maka : jamhpkg0589,0

78,00468,0F ==

b. Konsumsi bahan bakar dalam setiap jam ( Petrovsky, 1971 : 63) :

bFNFh =

Dengan : HP415,810245,0

1750011578,8z45,0niVp

N 6de

b =××

×××==

Maka : jamkg495,0415,80589,0Fh =×=

41

BAB IV PERANCANGAN KOMPONEN UTAMA

4.1 Komponen Utama pada Motor Bensin Empat Lanagkah

Komponen utama pada motor bensin empat langkah terdiri komponen –

komponen sebagai berikut : Silinder dan kelengkapannya (silinder liner, kepala

silinder, blok silinder, ulir pengikat, dan analisa kekuatan materilannya), piston

dan kelengkapannya (pen piston, ring piston, dan kekuatan materialnnya), batang

penggerak (conecting rod), poros engkol, dan mekanisme katup. Adapun susunan

komponenya ditunjukan oleh Gambar 4.1

Gambar 4.1Bagian – bagian penting motor bakar (www.auto.howstuffwork.com)

4.2 Silinder Liner

Silinder adalah bagian yang memindahkan tenaga panas menjadi tenaga

mekanik, dan untuk tujuan ini piston bergeak tranlasi memamafatkan campuran

udara dan baha bakar. Kerapatan campuran udara dan baha bakar dalam silinder

42

dijamin oleh cincin torak torak yang bergerak sesuai dengan gerakan torak.

Silinder sebagai tempat terjadinya pembakaran, akan menghasilkan gas yang

bertekanan dengan suhu yang tinggi, sehingga silinder harus mempunyai syarat

sebagai berikut : Tahan terhadap suhu tinggi, mudah menghantarkan panas,

memiliki koefisien muai rendah, tahan aus dan korosi, dan tahan terhadap

tegangan yang diakibatkan pemuian

4.1.1 Bahan silinder Liner

Direncanakan bahan silinder liner dari baja 45 X, dengan kondisi dan

komposisi kima dan sifat mekanis sebagai berikut ( Petrovsky, Marine Internal

Combustion Engines, 1971 : 546) :

1. Komposisi Kimia :

a) C = 0,45 – 0,55% Direncanakan 0,50%

b) Si = 0,15 – 0,35% Direncanakan 0,30%

c) Mn = 0,30 – 0,60% Direncanakan 0,60%

d) Cr = 0,75 – 1,10% Direncanakan 0,95%

e) P ≤0,03% Direncanakan 0,03%

f) S ≤0,035% Direncanakan 0,035%

g) Fe = sisanya 97,585%

2. Sifat Mekanis :

a) Kekuatan tarik uσ = 105 kg/mm2

b) Kekuatan luluh yσ = 85 kg/mm2

c) Kelelehan lentur Lσ = 3400 – 4900 kg/cm2

43

4.1.2 Perhitungan Dimensi Sililnder Liner

Perhitungan dimensi silinder liner meliputi perhitungan – perhitungan

sebagai berikut :

1. Diameter dalam (Di) silinder (Petrovsky, 1971 :96) :

i.C.P.3,52z.N

Dme

bi =

Dengan :Ne = Daya kuda (brake horse power = BHP) = 8,415 HP

i = Jumlah silinder = 1

Cm = Kecepatan rata – rata piston (7 – 22) ≈ 10 m/dt

z=Stroke cycle ratio ≈ 1 untuk motor 2 tak

≈ 2 untuk motor 4 tak

Pe =Tekanan efektif rata-rata = 8,78 kg/cm2

Maka : mm8,60cm08,6459,083,16

11078,800523,02415,8Di ===

××××

=

2. Tinggi piston (Hpis) (Kovakh, 1979 :117) :

( ) mmDH ipis 72,548,609,030,190,0 =×=−=

3. Langkah piston (L) :

L.D.4

Vd 2i

π=

Dengan :Vd = Volime langkah = 115 cc

Di = Diameter dalam silinder = 60,8 mm

Maka : L.D.4

Vd 2i

π=

44

Sehingga : 2iD785,0

VdL×

= cm96,308,6785,0

1152 =

×=

Maka rasio langkah : 65,008,696,3

DL

i

===

4. Panjang silinder linier (Llin) :

mm32,946,3972,54LHL pislin =+=+=

5. Jari – jari dalam silinder liner (Ri) :

mm4,302

8,602

DR ii ===

6. Tebal silinder liner (b) (Maleev., 1982 : 410) :

mm05,415

8,6015Db i ==≥

7. Diameter luar silinder linier (De)(Maleev., 1982 : 410) :

( ) mm9,6805,427,46b2DD ie =+=+=

8. Jari – jari luar silinder liner (Re) :

mm45,342

9,682

DR e

e ===

9. Tinggi Flens (Hflen) :

mm08,68,601,0D1,0H iflen =×=×=

10. Lebar Flens (Lflen) :

( )4.100

D..15DL4

2i2

e2

flenπ

≤−π

( )41008,60..159,68L785,0

222

flen ×π

≤−

45

Llin

DeDi

Lflenb Fd

( )314

64,369614,31521,4747L 2flen

××≤−

( ) 49,55421,4747L 2flen ≤−

( ) mm81,72L71,530121,474749,554L flen2

flen =→=+≤

Dimensi dan bentuk silinder liner hasil perancagan ditunjukan oleh

Gambar 4.2 dibawah ini.

Gambar 4.2 Penampang silinder liner

4.1.3 Tinjauan Kekuatan Sililnder Liner

Perhitungan kekuatan silinder liner meliputi perhitungan – perhitungan

sebagai berikut :

1. Tegangan tarik pada dinding dalam silinder linier (σmax) (Petrovsky, 1971

:391):

z2i

2e

2i

2e

max P.RRRR

−

+=σ

Dengan : Pz = Tekanan akhir pembakaran = 60,71 kg/cm2

46

Maka : z2i

2e

2i

2e

max PRRRR

×−

+=σ

222

22

max 95,48771,60040,3445,3040,3445,3

cmkg=×

−+

=σ

2. Tegangan tarik pada dinding luar silinder linier (σmin) (Petrovsky, 1971 :

391) :

z2i

2e

2i

min PRR

R.2×

−=σ

( )222

2

min 24,42771,60040,3445,3

040,32cm

kg=×−

=σ

Batas harga tegangan tarik yang diijinkan ( aσ ) = 400 – 600 kg/cm2

maka hasil perhitungan perencanaan yaitu 427,24 kg/cm2 – 487,95 kg/cm2

memenuhi syarat dan aman

3. Tegangan tekan pada dinding dalam silinder linier akibat panas

(Petrovsky, 1971 :391) :

C.A.t.G.c.th ∆α=σ

Dengan :α = Koefisien ekpansi linier bahan = 1,25 x 10-5

G = Modulus rigidity = 0,8 x 106

∆ t = Perbedaan temperatur antara dinding luar dan dalam silinder

linier ( 125 – 150° C ) = direncanakan ≈ 135°C

1m1mA

−+

=

m = Piston ratio≈ 0,33(Maleev., 1982 : 377)

47

99,1133,0133,0A −=

−+

=

β−

−ββ

=ln1

12C 2

2

Dengan : 13,1335,26463,2

RR

i

e ===β

Maka : ( )( ) ( ) 04,1

13,1ln1

113,113,12C 2

2

−=−−

=

Sehingga : C.A.t.G.c.th ∆α=σ

( ) ( ) 04,199,1135108,0.1025,1 65c.th ××××××=σ −

2c.th cmkg96,2793=σ

4. Tegangan tekan pada dinding luar silinder linier akibat panas (Petrovsky,

1971 :391) :

B.A.t.G.t.th ∆α=σ

Dengan : 96,0ln1

12B 2 −=

β−

−β=

Maka : C.A.t.G.t.th ∆α=σ

( ) ( ) 95,099,1135108,0.1025,1 65t.th ××××××=σ −

2t.th cmkg04,2579=σ

Batas tegangan total yang diijinkan adalah: 1600 - 3200 kg/cm2, maka dari

hasil perhitungan diatas yaitu 2793,96 kg/cm2 memenuhi syarat dan dinyatakan

aman

48

5. Pemeriksaan kekuatan flen (Petrovsky, 1971 : 392) :

a. Gaya dari baut pengikat

( )4D.p50,125,1F f

zdπ

×−=

Dengan :Df= 22 – 25 direncanakan 23

Maka : ( ) kg15,13704

2314,371,6025,1Fd =×

×=

b. Diameter rata-rata bidang penahan mantel pelumas (diameter rata-rata

flens)

cm485,62

08,689,62

DDD ie

c =+

=+

=

c. Tekanan spesifik pada flens silinder linier

2c

dsh cm

kg698,6404,1485,614,3

15,1370C.D.

Fq =

××=

π=

Batasan tekanan spesifik yang diijinkan qsh ≤ 1000 kg/cm2, maka dari

hasil perhitungan diatas yaitu 64,698 kg/cm2 memenuhi syarat perencanaan dan

dinyatakan aman

4.2 Piston

Piston adalah suatu bagian dari motor yang berbentuk silinder yang bergarak

lurus (translasi) didalam silinder, gerak lurus tersebut untuk menghisap,

memanfaatkan bahan bakar dan udara dan mendorong keluar sisa gas sisa

pembakaran, serta memindahkan tenaga desakan dari hasil pembakaran kebentuk

mekanis pada badan torak terdapat alur tempat cincin torak yang berfungsi

merapatkan silinder dengan badan torak, sehingga proses pembakaran dan

49

kompresi yang terjadi didalam ruang bakar tidak bocor serta mencegah minyak

pelumas masuk kedalam ruang bakar

4.2.1 Bahan piston

Piston akan menerima tekanan dan temperatur dari proses pembakara,

maka torak harus dibuat dari bahan dari bahan yang mempunyai sifat-sifat, antara

lain ringan kuat, kokoh, tahan aus dan tahan terhadap temperatur yang tinggi,

untuk memenuhi syarat seperti diatas bahan torak dapat dipakai allumunium

cooper alloy, yang mempunyai komposisi sebagai berikut :

1. Komposisi Kimia :

a) Ni = 2,0 % Direncanakan 2,0%

b) Mg = 1,5% Direncanakan 1,5%

c) Cu = 4,0% Direncanakan 4,0%

d) Si = 0,7% Direncanakan 0,6%

e) Zn = 0,3% Direncanakan 0,3%

f) Fe = 0,8% Direncanakan 0,7%

g) Al = Sisanya yaitu sekitar 90,9%

2. Sifat Mekanis

a) Kekuatan tarik uσ = 30 kg/mm2

b) Kekuatan luluh yσ = 26 kg/mm2

c) Kekerasan BHN = 130 kg/mm2

50

hcr

h 1

D

hH

H2H1

bb

Lpp

dindex

4.2.2 Perhitungan Dimensi Piston

Dimensi dan nama – nama bagian piston yang digunakan pada mesin

bensin empat langkah ditunjukan oleh Gambar 4.3

Keterangan Gambar :

H= Tinggi piston

D= Diameter piston

h=Tinggi puncak piston ke ring atas

hcr = Tebal piston Crown

h1 = Jarak antara lubang ring piston

H1 = Jarak antara sumbu pen dengan bawah

piston

H2 = Tiggi piston Skrit

bb = Jarak antara lubang pen

Lpp = Panjang pen piston

dex = Diameter luar pen piston

din = Diameter dalam pen piston

Gambar 4.3 Konstruksi dimensi piston (Kovakh, 1979 : 438)

Perhitungan dimensi piston meliputi perhitungan – perhitungan sebagai

berikut :

1. Volume ruang bakar (Vc) (Petrovsky, 1971 :26) :

3dc cm375,14

19115

1V

V =−

=−ε

=

2. Tinggi piston (Hpis) (Kovakh, 1979 : 439) :

( ) mm96,728,602,1D30,190,0H i =×=−=

3. Tinggi dari puncak piston sampai alur ring teratas(Kovakh, 1979 : 439) :

( ) mm256,48,6007,0D09,006,0h i =×=−=

51

4. Tebal puncak piston (Kovakh, 1979 : 439) :

i

cr

Dh

08,007,0 =− , maka mm864,48,6008,0h cr =×=

5. Tinggi alur ring piston(Kovakh, 1979 : 439) :

( ) mm04,38,6005,0D05,003,0h i1 =×=−=

6. Tinggi piston skrit (Kovakh, 1979 : 439) :

( ) mm531,5296,7272,0H74,068,0H2 =×=−=

7. Jarak dari dasar piston hingga sumbu piston pen(Kovakh, 1979 : 439) :

( ) mm939,3796,7252,0H61,041,0H1 =×=−=

8. Diameter luar pen (Kovakh, 1979 : 439) :

( ) mm808,158,6026,0D28,024,0d iex =×=−=

9. Jarak antara tengah-tengah piston pen (Kovakh, 1979 : 439) :

( ) mm32,248,6040,0D40,0b ib =×==

4.2.3 Tinjauan Kekuatan Piston

Tinjauan kekuatan dan perhitungan pada bagian piston skirt, menggunakan

persamaan – persamaan dibawah ini.

1. Tekanan piston maksimum terhadap dinding liner (Petrovsky, 1962:368)

2zmax cmkg856,471,6008,0P08,0N =×=×=

2. Tekanan samping spesifik maksimum pada permukaan piston(Petrovsky,

1962:368)

2

maxn HD

Nq×

=

52

PZ

DDipis

Dengan : 2n cmkg5,33q −=

Maka : 2n cmkg144,0

53,508,6856,4q =×

=

Piston skrit dinyatakan AMAN karena tekanan samping yang terjadi pada

piston skrit adalah 2144,0 cmkg dan masih berada dibawah tekanan samping ijin

pada piston skrit 25,33 cmkgqn −= . Selanjutnya pada piston crown dianggap

distribusi beban merata dari tekanan gas sisa pembakaran (Pz). Ilustrasi

pembebanan pada piston corwn ditunjukan oleh Gambar 4.4

Gambar 4.4 Ilustrasi beban pada piston Crown

(Petrovsky,1962; hal 369)

1. Gaya tekan pada luasan 1/2 lingkaran piston crown( Petrovsky, 1962:368) :

8D.P

2PF

2

zz

cgπ

×==

Maka : 2

2

cg cmkg860,880

808,614,371,60F =

××=

53

2. Momen bending yang terjadi dengan asumsi Dipis ≈ D(Petrovsky,

1962:369) :

z

3

b P24DM =

Maka : cm.kg538,56871,602408,6M

3

b =×=

3. Momen tahanan lentur pada piston crown (Petrovsky, 1962:370) :

6.DW

2δ=

Dengan : δ = hcr = 0,486 cm

Maka : 32

cm82,06

486,0.08,6W =×

=

2b

b cmkg339,693

82,0538,568

WM

===σ

Harga batas tegangan bending untuk material paduan aluminium adalah bσ

= 500 – 900 kg/cm2, maka hasil perhitungan tegangan bending yaitu 693,339

kg/cm2 memenuhi syarat.

4.2.4 Pena Piston

Bahan yang akan digunakan sebagai pena piston direncanakan bahan baja

paduan (Alloy steel) menurut standar USSR (30 M) :

1. Komposisi Kimia :

a) C= 0,05 – 0,25 % Direncanakan = 0,15%

b) Mn = 0,30 – 0,50% Direncanakan = 0,50%

c) Si = 0,01 – 0,15% Direncanakan = 0,15%,

54

dex

din

bb

Lpp

Li

d) S ≤0,04% Direncanakan = 0,4%,

e) P≤0,04% Direncanakan = 0,4%

f) Fe = 99,12%

2. Sifat Mekanis :

a) Kekutan tarik uσ = 5500 Kg/cm2,

b) Kekuatan luluh sσ = 2800 Kg/cm2

c) Pertambahan panjang bσ = 19 %,

d) Kekuatan impact Wimp= 5 kgm/cm2

Ilustrasi pembebanan pada pena piston dan dimensi pena piston ditunjukan

oleh gambar 4.5

Gambar 4.5 Ilustrasi pembebanan dan dimensi pena piston (Petrovsky,1962; 372)

3. Perhitungan Pena Piston (Kovakh, 1979 : 459) :

dex = Diameter luar pen = 15,808 mm

din = Diameter dalam pen

din = dex . rd

Maka :din = dex . rd = 1,581 x 0,791 = 1,25 cm

55

Lpp = Panjang pena piston = 0,80 . Di= 0,80 x 6,08 = 4,864 cm

bb = Jarak antara tengah-tengah piston pen = 2,432 cm

Li = Jarak senter kedua boss = 2

bL bpp + = 2

432,2864,4 + = 3,648cm

4. Momen bending maksimum yang terjadi ( Petrovsky, 1962:372) :

Mmax =

−

4L

2L

2P ix

Dengan :Px = gaya tekan maksimum = Pz. 4π

. D2

= 60,71 x 0,785 x 6,082 = 1761,72 kg/cm2

L = bb = 2,432 cm

Maka : Mmax =

−

4432,2

2648,3

21761,72

= 535,56 kg/cm2

5. Tegangan bending yang terjadi

bσ = W

M max

Dengan :W = Momen tahanan =

−π

ex

4in

4ex

ddd

32

=

−581,1

25,1581,1..32

14,3 44

= 0,24 cm2

Maka : bσ = 24,0

535,56 = 2231,5 kg/cm2

Tegangan bending yang diijinkan = 1500 – 2300 Kg/cm, maka dari hasil

perhitungan diatas yaitu 2231,5 kg/cm2 memenuhi syarat dan AMAN

56

6. Tegangan geser yang terjadi :

shσ = f.2

Px

Dengan: f= luasan melintang piston pin= ( )2in

2ex dd

4−

π

= ( )22 25,1581,1414,3

− = 0,74cm2

Maka : shσ = 48,1

56,53574,0256,535

=×

= 361,86 kg/cm2

Batas tegangan geser yang diijinkan ≤500kg/cm2, maka dari hasil

perhitungan diatas yaitu 361,86 kg/cm2 memenuhi syarat dan AMAN

4.2.5 Perhitungan Ring Piston

Piston ring dikelompokkan menjadi dua bagian yaitu:Piston ring kompresi

(compression rings) dan Piston ring oli (oil ring), pada motor empat langkah

terdapat ring kompresi dan ring oli.Bahan yang dipakai untuk piston ring

kompresi dan piston ring oli direncanakan dari bahan besi tuang

1. Komposisi Kimia :

a) Si = 0,9 – 1,15% Direncanakan= 1,13%

b) Mn = 0,8 – 1,0% Direncanakan = 0,9%

c) P = 0,1 – 0,3% Direncanakan = 0,2%

d) Ni = 0,6 – 1,2% Direncanakan = 1,0%

e) Cr = 0,3 – 0,5% Direncanakan = 1,0%

f) V = 0,1 – 0,2% Direncanakam = 0,2%

g) Mo = 0,1-0,4% Direncanakan = 0,4%

h) S< 0.12% Direncanakan = 1,0%, Fe = 94,5%

57

(B)(A)

Spacer

Side rail

Side rail

D

b

hL

2. Sifat Mekanis :

a) Kekuatan tarik tu σσ ≈ =1800 kg/cm2

b) Kekuatan bengkok bσ =4800 kg/cm2

c) Kekuatan tekan cσ = 900 kg/cm2

d) Kekerasan brinell BHN = 190 – 230

Ilustrasi dimensi pada ring kompresi dan ring pengontrol oli ditunjukan

oleh gambar 4.6

Gambar 4.6 Dimensi ring piston : (A) ring kompresi, (B) ring oli (Petrovsky,1962 : 374)

3. Perhitungan ring kompresi (Petrovsky, 1962:372) :

a. Lebar ring kompresi :

b = (0,029 – 0,033) . Di = 0,029 x 6,08 = 0,176 cm

b. Tebal ring kompresi :h = (0,6 – 1,0). b = 1 x 0,176 = 0,176 cm

c. Jarak antara ujung ring sebelum masuk kedalam silinder

L = (0,10 – 0,18) . Di= 0,18 x 6,08 = 1,10cm

d. Jarak antara ujung ring setelah masuk pisto

Li= 0,35.h = 0,35 x 0,176 = 0,061 cm

58

e. Momen bengkok yang terjadi

Mb = D . b. Psp. 2D

= sp

2

P.b.2

D

Dengan :Psp = Tekanan spesifik ring piston ke dinding silinder

= 0,45 – 0,7 kg/cm2

= direncanakan : 4,5

Maka : Mb = sp

2

P.b.2

D =208,6 2

x 0,176 x 0,45 = 1,35 kg.cm

f. Momen tahanan pada ring kompresi

W61

= .b.h2 = 61

x 0,176 x 0,1762 = 0,000908 cm3

g. Tegangan bengkok yang terjadi bσ

bσ = WM b =

000908,0 1,35 = 1486,78 kg/cm2

Tegangan yang diijinkan untuk besi besi tuang pada ring kompresi adalah

1000 – 1500 kg/cm2, maka dari hasil perhitungan diatas yaitu 1486,78 kg/cm2

memenuhi syarat dan AMAN

4. Perhitungan ring oli (Petrovsky, 1962:372) :

a. Lebar ring oli :

b = (0,029 – 0,033) . Di = 0,029 x 6,08 = 0,176 cm

b. Tebal ring oli :

h= (0,6 – 1,0).b = 1 x 0,176 = 0,176 cm

c. Jarak antara ujung ring sebelum masuk kedalam silinder

L = (0,10 – 0,18) . Di= 0,18 x 6,08 = 1,10cm

59

d. Jarak antara ujung ring setelah masuk piston.

Li= 0,35.h = 0,35 x 0,176 = 0,061 cm

e. Momen bengkok yang terjadi

Mb = D . b. Psp. 2D

= sp

2

P.b.2

D

Dengan :Psp = Tekanan spesifik ring piston ke dinding silinder

= 0,45 – 0,7 kg/cm2 = direncanakan : 4,5

Maka : Mb = sp

2

P.b.2

D =208,6 2

x 0,176 x 0,45 = 1,35 kg.cm

f. Momen tahanan pada ring oli

W61

= .b.h2 = 61

x 0,176 x 0,1762 = 0,000908 cm3

g. Tegangan bengkok yang terjadi bσ

bσ = WMb =

000908,0 1,35 = 1486,78 kg/cm2

Tegangan yang diijinkan untuk besi besi tuang pada ring oli adalah 1000 –

1500 kg/cm2, maka dari hasil perhitungan diatas yaitu 1486,78 kg/cm2 memenuhi

syarat dan AMAN

4.3 Perhitungan Kepala Silinder

Bahan kepala silinder yang direncanakan adalah besi tuang C4 32 – 52

dengan komposisi (Petrovsky,1962:546)

1. Komposisi kimia :

a) C total = 2,9 – 3,2% Direncanakan 3,0%

60

b) C terikat = 0,8 – 1% Direncanakan 0,9%

c) Mn = 0,8 – 1% Direncanakan0,95%

d) S = 0,8 – 1,3% Direncanakan 1,2%

e) Ni = 0,9 – 1,3 Direncanakan 1,5%

f) P = 0,1 – 0,3 Direncanakan 0,2%

g) Cr ≤ 0,5% Direncanakan 0,4%

h) Mo = 0,4% Direncanakan 0,4%,

i) Fe = 91,4%

2. Sifat Mekanik :

a) Batas kekuatan tarik uσ = 3450 kg/cm2,

b) Batas kekuatan lentur bσ = 5450kg/cm2

c) Batas kekuatan tekan cσ = 10000kg/cm2

d) Kekerasan brinell BHN = 450 – 240

3. Tebal kepala silinder.

Karena kepala silinder bentuknya sangat rumit ,maka dalam

perencanaan ini tebalnya dianggap suatu plat. (Maleev., 1982 : 546)

H = C.D.d

z

SP

Dengan: H = Tebal kepala silinder

C = Konstanta: 0,31

Di = Diameter dalam silinder liner :4,67 cm

Pz = Tekanan gas maksimum :60,71 kg/cm2

Sd = Tegangan yang diijinkan untuk besi tuang

61

2DiSd = =

208,6

= 3,04 cm

Maka : H = 0,31x 6,08 x04,371,60 = 8,42 cm

Bagian – bagian yang akan dihitung pada kepala silinder ditunjukan oleh

Gambar 4.7

Gambar 4.7 Ilustrasi pembebanan pada kepala silinder (Petrovsky,1962 : 397)

4. Bending momen penampang kritis pada garis tengah dengan gaya 2

Pz

yang dilalui katup, dapat dicari dengan menggunakan rumus( Petrovsky :

398 )

π××

=3

DiPzM bz

cmkg18,393

08,671,60⋅=

π××

=

5. Besarnya gaya yang diakibatkan oleh reaksi pembakaran pada kepala

silinder dan liner dapat dicari dengan menggunakan rumus (Petrovsky :

398 )

lFd

l

Fd

De

L1

L1

Pz

Di

62

2PzF

F d −=

kg72,6542

71,6015,1370=

−=

6. Bending momen pada gaya F, dapat dicari dengan menggunakan rumus

( Petrovsky : 398 )

( )π××−

=2

DiPzFM d

bf

( ) cmkg73,126714,32

08,671,6015,1370⋅=

××−

=

7. Bending momen pada penampang kritis gaya 2

Fd, dapat dicari dengan

menggunakan rumus ( Petrovsky : 392 )

π××

=2

DFM ed

bd

= cmkg24,150314,32

89,615,1370⋅=

××

8. Jumlah bending momen untuk kepala silinder segi banyak, dapat dicari

dengan menggunakan rumus ( Petrovsky : 399 ).

bfbdbzsum.b MMMM ++=

cm.kg23,280124,150373,126726,30 =++=

9. Tegangan tarik pada bagian atas kepala silinder menggunakan persamaan (

Petrovsky,1962 : 399) :

JlM 1sum.b

t =σ

Dengan : cmkg23,2081M sum.b ⋅=

63

inersiamomenIJ == 4e

4 cm57,110D64

=π

=

Maka : 2t cmkg65,106

57,11021,423,2801

=×

=σ

10. Tebal dinding kepala silinder

th = 1,5 + (0,09 x Di)

= 1,5 + (0,09 x 60,8)

= 6,972 mm = 0,6972 cm

4.4 Batang Penggerak (connecting rods)

Pada ujung connecting rod dipasang small end bearing atau bush dibuat

dari bahan perunggu phospos, pemasangan dilakukan dengan mengepres. Melalui

pena piston, connecting rod berfungsi meneruskan gaya – gaya dari piston ke

poros engkol, dan sebaliknya. Sedangkan pada connecting rod akan menerima

gaya tekan dari pembakaran, gaya inersia dari masa – masa yang bergerak bolak

balik dan gaya inersia dari masa connecting rod, jenis bantalan yang digunakan

adalah bantalan luncur. Bahan untuk connecting rod terbuat dari baja karbon

grade 45 :

1. Komposisi kimia

a) Karbon ( C ) = 0,4 %

b) Silikon ( Si ) = 0,17 %

c) Mangan ( Mn ) = 0,5 %

d) Phospor ( P ) = 0,045 %

e) Besi ( Fe ) = 98,84 %

64

2. Sifat mekanik

a) Batas tegangan ultimate ( uσ ) = 60 kg / mm2

b) Batas tegangan luluh ( Yp ) = 34 kg / mm2

c) Brinel Hardnes ( Hb) = 170 – 210

d) Perpanjangan = 15 %

Bagian – bagian yang akan dihitung pada connecting rod ditunjukan oleh

Gambar 4.8

Gambar 4.8 Connecting rod (Petrovsky,1962 : 378 )

3. Connecting rod small end

a. Panjang small end bearing akibat beban full, dapat dicari dengan

menggunakan rumus ( Khovakh 1979 : 439 ).

( ) mm32,248,6040,0D40,0b ib =×==

b. Jarak antara sisi bagian dalam bush, dapat dicari dengan

menggunakan rumus ( Khovakh 1979 : 458 )

cm432,2432,2864,4bLa bpp =−=−=

65

c. Bahan bush dari perunggu timah hitam, dengan :

Allowable stress ( bσ ) = 2 – 3,2 kg / mm2

Brinel Hardnes ( Hb ) = 40 – 80

d. Ketebalan bush :

( ) cm131,0581,1083,0d085,008,0t exb =×=−=

e. Clearence bush dengan pin piston, dapat dicari dengan menggunakan

rumus ( Khovakh 1979 : 467 ) :

( ) cm0110,0581,1007,0d015,000084,0 ex =×=−=∆

f. Diameter luar bush

( ) cm854,10110,0262,0581,1t2dd bexbex =++=∆+×+=

g. Jari – jari luar bush

cm927,02854,1

2d

r bex ===

h. Radius luar small end, dapat dicari dengan mengunakan rumus

( Khovakh, 1979 : 467 )

( ) cm205,1927,03,1r3,12,1R o =×=×−=

i. Diameter small end :

cm410,2205,12R2D oo =×=×=

j. Volume small end bearing :

( )[ ]bbbexbex2

41

b bt2ddV −−π=

( )[ ] 324

1b cm52,3432,2262,0854,1854,1V =×−−π=

66

k. Berat small end end bearing :

kg0155,00044,052,3BjVWb b1 =×=×=

l. Panjang connecting rod adalah jarak antara sumbu poros small end

ke big end, dapat dicari dengan menggunakan rumus ( Maleev, 1975

: 517 ) :

( ) R475,44LC ×−=

Dengan :R = Crank radius (Jari-jari crank)

= ½ x stroke piston

= ½ x 3,96 = 1,98 cm

cm91,898,15,4LC =×=

4. Ketahanan terhadap lengkungan pada beban kritis untuk cast steel, dapat

dicari dengan menggunakan rumus ( Petrovsky : 380 )

α

ρ

−=Lcx2,63350Pcr

Dengan :

a. Total gaya pada connecting rod, dapat dicari dengan menggunakan

rumus ( Petrovsky : 380 ):

α−

=α

=σPzFp dsum

C

Tegangan kompresi yang diijinkan untuk :

Karbon steel = 800 – 1200 kg / cm2

Alloy steel = 1200 – 1800 kg / cm2

67

b. Cross sectional area pada connecting rod, dapat dicari dengan

menggunakan rumus ( Petrovsky : 380 ).:

2

C

sum cm64,1800

71,6015,1370p=

−=

σ=α

cm21,864,1

57,110J==

α=ρ

Maka : kg963,548264,121,891,8x2,63350Pcr =

−=

5. Faktor keamanan untuk connecting rod, dapat dicari dengan menggunakan

rumus ( Petrovsky : 380 ).

00,415,1370963,5482

FdPcrSc ===

Nilai faktor keamanan yang diijinkan untuk karbon steel 4 – 8, sehingga

connecting rod tersebut sangat AMAN digunakan.

6. Bending momen maksimum yaitu bending momen yang disebabkan oleh

gaya inersia transfersal yang terjadi ketika connecting rod pada posisi 90 o,

dapat dicari dengan menggunakan rumus ( Petrovsky : 381 ) :

C

2

max L..R.Bj1200

nM α

≈

Dengan :

n = putaran poros maksimum = 3600 rpm

Bj = berat jenis karbon steel = 0,0078 kg / cm2

Maka : cm.kg21,9581,964,198,10078,012007500M

2

max =×××

≈

68

7. Modulus penampang terkecil connecting rod

32

ex2

b cm013,16

581,1432,26db

W =×

=×

=

8. Bending stress pada connecting rod , dapat dicari dengan menggunakan

rumus ( Petrovsky : 381 ):

2max

b cmkg99,93

013,121,95

WM

===σ

Nilai yang diijinkan untuk bending stress pada connecting rod untuk

putaran tinggi = 150 – 200 kg / cm2, sehingga AMAN untuk digunakan

9. Jumlah tegangan akibat tekanan kompresi dan bending momen

maksimum:

2Cbsum cmkg99,89380099,93 =+=σ+σ=σ

10. Connecting rod big end

a. Diameter crank pin, dapat dicari dengan menggunakan rumus (

Khovakh 1979 : 469 ) :

( ) cm074,408,667,0Di68,066,0dcp =×=×−=

b. Ketebalan big end bearing, dapat dicari dengan menggunakan rumus

( Khovakh 1979 : 470 ) :

( ) cm163,0074,404,0d05,003,0t cp2b =×=×−=

c. Diameter clearance big end bearing terhadap crank pin dapat dicari

dengan menggunakan rumus ( Khovakh 1979 : 470 ) :

( ) cm00285,0074,40007,0d001,00005,0 cpcp =×=×−=∆

d. Diameter luar big end bearing

cm402,400285,0326,0074,4t2dD cp2bcpbed =++=∆++=

69

e. Diameter dalam big end bearing

cm077,400285,0074,4dD cpcpinb =+=∆+=

f. Diameter bagian luar big end

( ) cm723,5402,43,1D3,12,1D bedbigex =×=×−=

4.5 Poros Engkol (crank shaft)

Crank shaft menerima gaya – gaya dari connecting rod, gaya yang

diterima crank shaft yaitu :

a. Gaya tekanan gas

b. Gaya inersia dari bagian – bagian yang bergerak translasi.

c. Gaya sentrifugal dari bagian – bagian yang bergerak rotasi.

d. Gaya dari sistem roda gigi, crank web dan counter weight.

Fungsi crank shaft adalah sebagai pengubah gerak bolak – balik piston

menjadi gerak putar. Crank shaft terdiri dari :

a. Main jurnal

b. Crank web

c. Crank pin

d. Counter weight

Karena crank shaft menahan beban dinamis, maka dalam perencanaan ini

dipakai bahan dari baja campuran nikel, chrom dengan lambang JISG – 4103

SNGM 25, dengan pengerasan kulit

1. Komposisi kimia

a) Karbon ( C ) = 0,12 – 0,18 %

b) Silikon ( Si ) = 0,15 – 0,35 %

70

Lcp

dcp

dmj

Lmj

c) Mangan ( Mn ) = 0,30 – 0,60 %

d) Phospor ( P ) = 0,03 %

e) Nikel ( Ni ) = 4,0 – 4,5 %

f) Chrom ( Cr ) = 0,70 – 1.00 %

g) Belerang ( S ) ≤ 0,03 %

h) Molibden (Mo) = 0,15 – 0,30 %

2. Sifat mekanik

a) Kekuatan tarik ( tσ ) = 110 kg / mm2

b) Brinel Hardnes (HB) = 311 – 373

Bagian – bagian yang akan dihitung pada crank shaftditunjukan oleh

Gambar 4.9

Gambar 4.9 Poros engkol (crank shaft)

3. Gaya tekan gas akibat tekanan pembakaran yang diterima piston, dapat

dicari dengan menggunakan rumus ( Petrovsky : 243 )

kg72,176101,2971,60Di4

71,60APzF 2gh =×=

×π

×=×=

71

4. Main Journal (poros bantalan)

a. Diameter main jurnal, dapat dicari dengan menggunakan rumus

( Khovakh, 1979 : 487 )

dmj = (0,72 – 0,80) x Di = 0,75 x 6,08 = 4,56 cm

b. Panjang main jurnal

Lmj = (0,40 – 0,60) x dmj = 0,55 x 4,56= 2,508 cm

5. Crank Pin

a. Diameter Crank pin

( ) cm074,408,667,0Di68,066,0dcp =×=×−=

b. Panjang crank pin

Lcp = (0,50 – 0,65) x dcp = 0,65 x 4,074 = 2,648 cm

c. Radius crank shaft

R = 2L

Dengan : L= Panjang langkah piston

Maka : R = 296,3

= 1,98 cm

6. Counter weight (pipi engkol)

Bagian – bagian yang bertranslasi dan berotasi menimbulkan gaya inersia,

maka dibutuhkan counter weigth yang bersatu pada crank web. Adapun tujuan

dibuat counter weightadalah :

a. Untuk mendapatkan keseimbangan dinamik.

b. Untuk mendapatkan keseimbangan statis.

c. Untuk mendapatkan tekanan pada bagian poros.

72

Perhitungan pada counter weight , meliputi perhitungan – perhitungan

sebgai berikut :

a. Tebal pipi engkol

t = ( 0,24 – 0,27 ) x Di = 0,25 x 6,08 =1,52 cm

b. Lebar pipi engkol

b = ( 1,05 – 1,30 ) xDi = 1,25 x6,08 = 7,6 cm

c. Panjang pipi engkol

P = R + 21

( dcp + dmj )

= 1,98 + 21

(4,074 + 4,56)

= 6,297 cm

d. Jarak antara kedua pusat ( AS ) pena engkol ( RA )

RA = P - 21

( dcp + dmj )

= 6,297 - 21

(4,074 + 4,56 )

= 3,126 cm

e. Tebal pipi engkol dari pusat crank pin

Si = ( 0,24 – 0,27 ) x Di = 0,26 x 6,08= 1,581 cm

f. Tinggi pipi engkol

H = RA + Si + 21

( dcp + dmj )

= 3,126 + 1,581 + 21

(4,074 + 4,56) = 9,024 cm

73

4.6 Katup (valve)

Katup berfungsi untuk memasukkan udara dan bahan bakar ke dalam

silinder dan mengeluarkan gas sisa hasil pembakaran dari dalam silinder.Katup

harus dapat ditutup rapat pada dudukannya oleh pegas katup supaya tidak terjadi

kebocoran udara atau gas buang.Katup dibuka oleh poros cam dengan cara

ditekan langsung oleh poros cam.Poros cam digerakkan oleh poros engkol dengan

perantaraan transmisi roda gigi atau rantai.Kecepatan putar pooros cam adalah

setangah kecepatan putar poros engkol, untuk mesin-mesin empat langkah.Katup

berfungsi sebagai penggatur udara dan bahan bakar masuk dan keluarnya gas

pembakara Katup udara dan bahan bakar masuk disebut katup masuk (intake

valve), sedangkan katup pengeluaran disebut katup buang (exhaust valve). Pada

perencanaan ini bahan katup masuk yang digunakan adalah Alloy tool steel X 18

H 25 C dengan komposisinya:

1. Komposisi Kimia, menurut Petrovsky (1968):

a) Karbon (C) = 0,3 – 0,4 %

b) Silikon (Si) = 2,0 – 3,0 %

c) Chrom (Cr) = 16 – 20 %

d) Molibdenum (Mo) = 23 – 27 %

e) Mangan (Mn) ≤ 2,0 %

2. Sifat mekanik:

a) Tegangan ultimate (σu) = 65 kg/mm2

b) Tegangan mulur (σs) = 30 kg/mm2

c) Perpanjangan (∆I) = 30 %

74

d) Tegangan tekan ( cσ ) = 8 kg m/cm2

e) Brinel Hardnes (HB) = 163 – 241

Bahan untuk katup buang harus tahan terhadap suhu yang sangat tinggi.

Karena katup buang yang terus menerus dilewati oleh aliran gas buang yang

suhunya sangat tinggi, maka kepala katup atau daun katup perlu dijaga agar tidak

sampai berpijar, karena hal itu dapat mempengaruhi sistem kerja mesi Bila

dibandingkan dengan katup masuk yang temperaturnya relatif lebih rendah, hal ini

disebabkan katup isap hanya dilewati oleh aliran udara segar yang dingin dan

bahan bakar. Untuk itu bahan katup buang dibuat lebih kuat dari pada bahan katup

isap, maka dari itu bahan katup buang dipilih Alloy tool steel dengan perlakuan

panas X 14 H 14 B dengan komposisi:

1. Komposisi Kimia, menurut Petrovsky (1968):

a) Karbon (C) = 0,4 – 0,5 %

b) Silikon (Si) = 0,3 – 0,8 %

c) Chrom (Cr) = 13 – 15 %

d) Nikel (Ni) = 13 – 15 %

e) Molibdenum (Mo) = 0,25 – 0,4 %

f) Wolfram (Wo) = 2,0 – 2,8 %

g) Mangan (Mn) ≤ 0,7 %

2. Sifat mekanik:

a) Tegangan yang diijinkan (σu) = 70 kg/mm2

b) Tegangan mulur (σs) = 40 kg/mm2

c) Perpanjangan (∆I) = 35 %

75

hmax

dthr

ds

ddexh2

h1

d) Tegangan tekan ( cσ ) = 10 kg m/cm2

e) Brinel Hardnes (HB) = 150 – 210

Beberapa data – data katup (valve) yang sudah diketahui ataupun

ditentukan adalah sebagai berikut :

1. Kemiringan sudut katup (α) menurut Petrovsky (1968) adalah 30o– 45o,

pada perencanaan ini diambil nilai α = 45o.

2. Kecepatan rata-rata gas pada waktu melalui celah katup untuk mesin

gasoline putaran tinggi adalah:

a. Katup Isap, menurut Petrovsky (1968) = 80 – 90 m/det, dalam

perencanaan ini diambil = 85 m/det.

b. Katup Buang, menurut Petrovsky (1968) = 90 – 100 m/det, dalam

perencanaan ini diambil = 100 m/det.

Bagian – bagian yang akan dihitung pada katup (valve) ditunjukan oleh

Gambar 4.10

Gambar 4.10. Ukuran-ukuran katup

76

4.6.1 Ukuran Utama Katup Masuk

Adapun ukuran – ukuran utama katup masuk yang perlu dihitung adalah

sebagai berikut:

1. Dimensi throat (Khovakh.M,1979: 514)

( ) cm736,208,645,0Di46,042,0d thr =×=×−=

2. Diameter maksimum kepala katup (Khovakh.M,1979: 523) :

( ) cm174,3736,216,1d16,106,1d thr =×=×−=

3. Diameter minimum kepala katup (Khovakh.M,1979: 523) :

( ) cm736,2736,21d195,0d threx =×=×−=

4. Diameter batang katup

( ) cm5472,0736,220,0d23,018,0d thrs =×=×−=

5. Tinggi dari puncak dalam silinder ke kepala katup

( ) cm0958,0736,2035,0d045,0025,0h thr1 =×=×−=

6. Tinggi kepala katup

( ) cm3557,0736,213,0d13,010,0h thr2 =×=×−=

7. Lebar dudukan katup

( ) cm2736,0736,210,0d12,010,0b thr =×=×−=

8. Sudut dudukan katup :

( ) 4530 −=θ , Direncanakan 45o

9. Tinggi angkut katup

cm9667,083,2736,2

cos4d

h thrmax ==

θ=

77

10. Luas pembukaan katup

( ) θ×θθ+π=α coshsincoshdmax maxmaxthr

( ) 2cm914,6684,04834,0736,214,3max =×+=α

4.6.2 Ukuran Utama Katup Buang

Adapun ukuran-ukuran utama katup buang yang perlu dihitung adalah

sebagai berikut:

1. Dimensi throat (Khovakh.M,1979: 514)

( ) cm554,208,642,0Di46,042,0d thr =×=×−=

2. Diameter maksimum kepala katup (Khovakh.M,1979: 523) :

( ) cm860,2554,212,1d16,106,1d thr =×=×−=

3. Diameter minimum kepala katup (Khovakh.M,1979: 523) :

( ) cm452,2554,296,0d195,0d threx =×=×−=

4. Diameter batang katup

( ) cm6896,0554,227,0d28,022,0d thrs =×=×−=

5. Tinggi dari puncak dalam silinder ke kepala katup

( ) cm1149,0554,2045,0d045,0025,0h thr1 =×=×−=

6. Tinggi kepala katup

( ) cm2554,0554,210,0d13,010,0h thr2 =×=×−=

7. Lebar dudukan katup

( ) cm2554,0554,210,0d12,010,0b thr =×=×−=

8. Sudut dudukan katup :

( ) 4530 −=θ , Direncanakan 45o

78

9. Tinggi angkut katup

cm9024,083,2

554,2cos4d

h thrmax ==

θ=

10. Luas pembukaan katup

( ) θ×θθ+π=α coshsincoshdmax maxmaxthr

( ) 2cm0203,6638,04512,0554,214,3max =×+=α

11. Tinjauan Terhadap Gas dan Tegangan

a. Kecepatan gas melalui katup :

maxACmWm

α×

=

Dengan : Cm = Kecepatan rata-rata piston ≈20 m/dt

A = Luas kepala piston

= 4π

( 0,0608 )2

= 0,0029 m2

b. Untuk katup isap :

dtm8,83

10914,60029,020

maxACmWmi 4 =

××

=α

×= −

c. Untuk katup buang :

dtm34,96

10203,60029,020

maxACmWmo 4 =

××

=α

×= −

79

4.7 Poros Bubungan (cam shaft )

Poros bubungan berfungsi sebagai pengubah gerak putar menjadi gerak

lurus.Pada katup sebagai pengatur saat pembukaan katup dan juga berfungsi

sebagai penggerak pompa minyak pelumas, Poros bubungan digerakkan poros

engkol melalui transmisi.

4.7.1 Pergerakan Katup-Katup

Dalam kenyataannya saat-saat pembukaan katup – katupitu adalah sebagai

berikut:

a. Katup masuk terbuka 30° – 40° sebelum TMA dan menutup 40° – 50°

setelah TMB.

b. Katup buang terbuka 45° – 55° sebelum TMB dan menutup 25° – 35°

setelah TMA.

Pada piston semakin mendekati langkah buang, maka kecepatannya sendiri

akan berkurang. Gas-gas keluar didorong keluar oleh piston itu hanya

memperlambat, karenanya timbul kekurangan tekanan di dalam silinder saat

mendekati langkah buang. Oleh karena itu pada piston udara digunakan untuk

memperoleh pengisian silinder yang lebih baik. Dengan dibukannya katup masuk

sebelum TMA, akan didapat gelombang-gelombang tekanan pemasukan dan

pembuangan untuk memperbaiki pengisian silinder.

Katup masuk baru menutup setelah TMB, dengan demikian kelembaman

massa dari udara yang mengalir masih dapat digunaka Kelembaman massa itu

mengatur agar terjadi pengisian berikutnya, meskipun piston telah bergerak ke

TMA. Dengan dibukannya katup buang sebelum TMB, gas-gas buang akan keluar

80

karena adannya tekanan lebih di dalam silinder. Maka piston yang menuju TMA

mendapat tekanan lawan kecil, sehingga menghasilkan keuntungan daya.

Jika piston pada akhir langkah buang letaknya di dalam TMA maka di

dalam ruang bakar masih terdapat gas sisa. Jika itu masih ada maka gas gas baru

yang dapat dihisap ke dalam menjadi sedikit dan menyebabkan kerugian daya.

Dengan dibukanya katup buang sejenak setelah TMA, maka sisa gas buang ikut

keluar. Diagram bukaan katup ditunjukan oleh gambar 4.11

Keterangan:

A. = Katup masuk pembukaan awal 23° sebelum TMA.

B. =Katup masuk menutup kemudian 43° sesudah TMB.

C = Katup buang pembukaan awal 53° sebelum TMB. D = Katup buang menutup kemudian 25° sesudah TMA.

Gambar 4.11. Diagram bukaan katup motor gasolin empat langkah.

4.7.2 Bahan Poros Bubungan

Bahan poros bubungan yang digunakan untuk mesin gasoline ini adalah

alloy steel 18 X HBA, dengan komposisi sebagai berikut :

1. Komposisi Kimia

a) Karbon ( C ) = 0,15 – 0,22 %

b) Mangan (Mn) = 0,25 – 0,55 %

c) Silikon (Si) = 0,17 – 0,37 %

d) Sulfur (S) < 0,03 %

81

htmax

C

Pn

Pbc

Prp

e) Phospor (P) < 0,035 %

f) Chrom (Cr) = 0,035 – 1,65 %

g) Nikel (Ni) = 4,1 – 4,6 %

h) Molibden (Mo) = 0,25 – 0,45 %

2. Sifat Mekanik

a) Kekuatan tarik ( tσ ) = 115 kg/mm2

b) Kekuatan impact ( cσ ) = 11 kg/mm2

c) Brinell Hardnes (HB) = 321 – 387

d) Perpanjangan (Al) = 11 %

Bagian – bagian yang akan dihitung pada poros bubungan ditunjukan oleh

Gambar 4.12

Gambar 4.12. Poros bubungan (camshaft)

4.7.3 Ukuran Utama Poros Bubungan Katup Isap

1. Tinggi pembukaan maksimum (htmaks) dapat dicari dengan menggunakan

rumus ( Khovakh, 1979 : 531 )

φo

82

( )i

d28,025,0ht thr

max ×−=

Dengan :dthr = Diameter lubang laluan gas = 2,736 cm

1

2

Li (1,4 1,75)L

= = - , dipilih 1,4

Maka : ( ) cm5472,04,1

736,228,0i

d28,025,0ht thr

max =×=×−=

2. Jari-jari lingkaran dasar poros bubungan (ρbc)dapat dicari dengan

menggunakan rumus (Khovakh, 1979 : 531) :

( ) cm149,15472,01,2ht4,26,1 maxbc =×=×−=ρ

3. Jari-jari bagian bulat poros bubungan (ρrp)dapat dicari dengan

menggunakan rumus (Khovakh, 1979 : 531) :

rpbcrp ∆−ρ=ρ

Dengan : ∆rp = (0,25 – 0,35), diambil harga = 0,31

Maka : cm839,031,0149,1rp =−=ρ

4. Jari-jari sisi busur (p1) dapat dicari dengan menggunakan rumus (

Khovakh, 1979 : 531):

( ) cm823,05472,05,1ht0,20,1p max1 =×=×−=

5. Kurva pembukaan katup (ϕo) dapat dicari dengan menggunakan rumus

( Khovakh, 1979 : 528 )

2

Q180Q2 cfad

o+°+

=ϕ

Dengan: Qad= Sudut saat membukanya katup isap = 23°

Qcf = Sudut saat menutupnya katup isap = 43°

83

ooo

o 1232

43180232 =+°+

=ϕ

Jadi: ϕo = 61,5°

6. Jari-jari busur (Pn)dapat dicari dengan menggunakan rumus ( Khovakh,

1979 : 532 )

cm648,15,61cos1

5,61cos5472,0149,1cos1

cosht

o

omaksbcn =

−

×+=

ϕ−

ϕ×+ρ=ρ

7. Tinggi clearance (C)dapat dicari dengan menggunakan rumus (Khovakh,

1979 : 531) :

cm389,0648,15472,0149,1htC nmaxbc =−+=ρ−+ρ=

4.7.4 Ukuran Utama Poros Bubungan Katup Buang

1. Tinggi pembukaan maksimum (htmaks) dapat dicari dengan menggunakan

rumus ( Khovakh, 1979 : 531 )

( )i

d28,025,0ht thr

max ×−=

Dengan : dthr = Diameter lubang laluan gas = 2,554 cm

1

2

Li (1,4 1,75)L

= = - , dipilih 1,4

Maka : ( ) cm5108,04,1

554,228,0i

d28,025,0ht thr

max =×=×−=

2. Jari-jari lingkaran dasar poros bubungan (ρbc) dapat dicari dengan

menggunakan rumus (Khovakh, 1979 : 531) :

( ) cm0727,15108,01,2ht4,26,1 maxbc =×=×−=ρ

84

3. Jari-jari bagian bulat poros bubungan (ρrp)dapat dicari dengan

menggunakan rumus (Khovakh, 1979 : 531) :

rpbcrp ∆−ρ=ρ

Dengan : ∆rp = (0,35 – 0,50), diambil harga = 0,41

Maka : cm663,041,00272,1rp =−=ρ

4. Jari-jari sisi busur (p1) dapat dicari dengan menggunakan rumus (

Khovakh, 1979 : 531):

( ) cm766,05108,05,1ht0,20,1p max1 =×=×−=

5. Kurva pembukaan katup (ϕo) dapat dicari dengan menggunakan rumus

( Khovakh, 1979 : 528 )

2

Q180Q2 cfad

o+°+

=ϕ

Dengan :Qad = Sudut saat membukanya katup buang = 53°

Qcf = Sudut saat menutupnya katup buang = 25°

Maka : ooo

o 1292

25180532 =+°+

=ϕ

Jadi: ϕo = 64,5°

6. Jari-jari busur (Pn)dapat dicari dengan menggunakan rumus ( Khovakh,

1979 : 532 )

cm413,15,64cos1

5,64cos5108,00272,1cos1

cosht

o

omaksbcn =

−

×+=

ϕ−

ϕ×+ρ=ρ

7. Tinggi clearance (C)dapat dicari dengan menggunakan rumus (Khovakh,

1979 : 531) :

cm125,0413,15108,00272,1htC nmaxbc =−+=ρ−+ρ=

85

4.7.5 Ukuran utama poros bubungan

1. Tebal muka cam ( Petrovsky 1962 : 415) :

( ) csd4,015,0b ×−=

Dengan :dcs= Diameter lingkaran dasar poros ( 2 . bcρ )

a. Tebal muka untuk katup isap :

( ) ( ) cm9192,02149,14,0d4,015,0b cs =××=×−=

b. Tebal muka untuk katup buang :

( ) ( ) cm8218,020272,14,0d4,015,0b cs =××=×−=

2. Tebal poros ( Petrovsky 1962 : 415) :

( ) 11 d8,06,0b ×−=

Dengan :d1= Diameter antara lingkaran dasar poros dengan tinggi angkat

tappet maksimum diambil katup yang mempunyi nilai besar (isap )

Maka : ( ) ( ) ( ) cm677,3298,228,0d28,0d8,06,0b cs11 =××=××=×−=

4.8 Bahan Bakar

Perbandingan berat udara dengan bahan bakar dalam campuran disebut air

fuel ratio. Dalam prakteknya air fuel ratio akan selalu berubah-ubah tergantung

pada kondisi kerja dan putaran mesi

Tabel 4.1 Perbandingan Bahan bakar – Udara KONDISI KERJA PERBANDINGAN BAHAN BAKAR DENGAN

UDARA Start 1 : 1 – 3 Stasioner 1 : 6 – 10 Kecepatan rendah 1 : 10 – 13 Beban ringan 1 : 14 – 16 Kondisi ideal 1 : 15,4

(Bell,1998 : 93)

86

Untuk mendapatkan tekanan pembakaran yang tinggi didalam silinder,

maka bahan bakar harus dicampur dengan oksigen secara sempurna. Secara

teoritis nilai perbandingan berat udara dengan bahan bakar adalah 15,4 : 1. artinya

15,4 bagian udara dengan 1 bagian bensin dalam satuan berat.

4.8.1 Perhitungan Karburator

1. Data Perencanaan Motor

a. Diameter silinder (D) = 60,8 mm

b. Jumlah silinder (i) = 1

c. Panjang langkah (L) = 3,96 mm

d. Putaran mesin = 7500 rpm

2. Diameter Karbuator Perencanaan

a. Diameter Saluran masuk (d) = 19 mm

b. Diameter diffuser (dd) = 13 mm

c. Diameter jet nozle (dj) = 0,8 mm

d. Tinggi diffuser (hd) = 15 mm

e. Tinggi bahan bakar (ho) = 12,5 mm

f. Rendemen volumetris (ηv) = 0,78 mm

g. Density udara (ρa) = 1,29 kg/m

h. Koefisien kecepatan diffuser (µa) = 0,7 – 0,9 = 0,8

i. Koefisien penyusutan aliran (Ccoo,) = 0,97 – 0,98 = 0,97

Bagian – bagian pada karburator yang digunakan pada motor empat

langkah ditunjukan oleh Gambar 4.13

87

Gambar 4.13 Karburator sepeda motor empat langkah (Yamaha Genuine Part & Accessories, Part catalogueT105SE(5ER9):8 )

Adapun urutan perhitungan untuk karburator sepedamotor empat langkah

adalah sebagai berikut :

3. Volume Langkah Silinder

Vd = 115 cm3

88

4. Volume Tarikan Udara

Va = Vd . ηv . 2 . n

= 115 × 0,75 × 2 × 7500

= 12,94 m3/menit= 0,216 m3/s

5. Berat Udara Tarikan

Ga = Va . ρa

= 0,216× 1,29= 0,279 kg/s

6. Koefisien discharge

µ = Ccom . µd

= 0,97 × 0,8

= 0.776

7. Perbedaan tekanan pada diffuser

dada PgAG ∆= ...2. ρµ

a

d

a

d gAG

Pρµ

..2.

.

2

=∆

dimana :

2

2

134

4

×=

=

π

πdd dA

Ad = 132,732 mm2

= 132,732 × 10-6 m2

g = 9,81 m/s2

89

sehingga :

2

2

6

d

m/kg3098,25

29,181,92776,010732,132

279,0

.P

=

××

××

=∆−

8. Kecepatan udara pada pelampung diffuser (Khovakh, 1979 : 266)

s/m86,429,13098,252776,0

P.2.v

a

dd

=

×=

ρ∆

µ=

9. Kebutuhan bahan bakar untuk pembakaran

LG

W af =

Dimana : L = 0,5376 kgudara/kgbb

Sehingga :

5376,0279,0Wf =

= 0,5189 kgudara/s

= 1868,30 kgudara/jam

10. Perbandingan tinggi penampang diffuser dengan tinggi bahan bakar

(Khovakh, 1979 : 269)

∆h = hd – ho

= 15 – 12,5

= 2,5 mm

90

11. Tinggi bahan bakar didalam karburator saat bekerja (Khovakh, 1979 : 269)

∆h2 = ∆h + ∆hst

Dimana :

∆hst = tinggi bahan bakar akibat pengaruh aliran bahan bakar ke venturi

ditentukan1 mm

sehingga :

∆h2 = 2,5 + 1

= 3,5 mm

12. Kecepatan bahan bakar melaju ke jet nozle (Khovakh, 1979 : 269)

∆−

∆= gh

Pv

f

df .2 2ρ

Dimana :

ρf = berat jenis bahan bakar

= 720 kg/m3

Sehingga :

s/m283,8

81,95,37203098,252vf

=

×−=

4.9 Pelumasan

Didalam sebuah mesin bensin banyak di dominasi oleh elemen-elemen

yang bergerak, maka akibat dari gerakan-gerakan akan menimbulkan gesekan

yang mengakibatkan timbulnya keausa Untuk mengurangi gesekan yang

91

ditimbulkan, maka perlu adanya pelumasa Jika hal tersebut tidak diperhatikan

maka kerja mesin akan terganggu dan elemennya tidak akan bertahan lama.

Fungsi dari minyak pelumas : Menyerap panas yang timbul akibat gesekan,

memberikan dan membuang partikel yang timbul akibat gesekan, meredam suara

dan kejutan antara bantalan dan bidang lainnya, membantu menutup celah antara

piston dan dinding silinder bagian dalam, mengurangi terjadinya korosi dan

keausan, Memperpanjang umur elemen. Bagian-bagian penting yang

membutuhkan pelumasan adalah :

a. Dinding silinder dan piston

b. Batang penggerak serta bantalannya

c. Pena piston

d. Bantalan poros engkol

e. Bantalan poros cam atau poros nok

f. Semua bagian-bagian dalam mesin yang bergesekan

Untuk tercapainya pelumasan yang baik pada mesin bensin diperlukan

persyaratan yang harus dipenuhi oleh minyak pelumas, antara lain :

a. Viskositas. Kekentalan minyak pelumas harus sesuai dengan fungsinya,

yaitu untuk mencegah terjadinya keausan pada permukaan bidang logam

yang bergeseka Satuan untuk viscositas/kekentalan dam (poise).

b. Indeks Viskositas. Viskositas pelumas berubah-ubah terhadap temperatur,

minyak pelumas membuka indeks viskositas tinggi bila perubahan

viskositasnya rendah dan begitu pula sebaliknya.

92

c. Stabilitas. Stabilitas pada temperatur tinggi beberapa minyak pelumas

akan berubah susunan kimianya, sehingga akan menimbulkan endapan

yang akan mengakibatkan cincin piston melekat pada alurnya.

d. Kelumasa Minyak pelumas harus mempunyai sifat melumasi sebaik

mungkin, yaitu dapat membasahi permukaan logam, tidak menyebabkan

korosi dan harganya terjangkau.

e. Titik Nyala (Flash Point). Minyak pelumas harus mempunyai titik nyala

tinggi agar tidak mudah terbakar dan tidak mudah menguap.

4.9.1 Jenis Minyak Pelumas

Jenis minyak pelumas dibedakan menurut klasifikasi kekentalan dan

kualitas.

a. Klasifikasi Kekentala Kekentalan menunjukkan ketebalan atau

kemampuan menahan aliran suatu cairan. Oli cenderung menjadi encer

dan mudah mengalir ketika dingin, tetapi masing-masing kecenderungan

tersebut tidak sama untuk semua oli. Ada tingkat permulaan besar (kental)

dan ada yang dibuat encer (tingkat kekentalannya rendah). Kekentalan dari

oli dinyatakan dengan angka yang disebut indeks kekentalan

(menunjukkan kekentalan). Indeknya rendah maka olinya encer atau

indeknya tinggi olinya kental. Suatu badan internasional SAE (Society of

Automotive Engineer) mempunyai standar kekentala Umumnya

menentukan temperatur yang sesuai dimana oli dimana oli tersebut dapat

digunakan, tapi memilih oli harus hati-hati, tidak hanya yang sesuai

dengan temperatur setempat juga kondisi kerja mesin yang perlu

93

diperhatika Dalam perencanaan ini, oli mesin yang digunakan sebagai

pelumas adalah SAE 20W – 50 yang merupakan oli multigrade karena

kekentalannya tidak terpengaruh adanya perubahan temperatur dan

umumnya digunakan sepanjang musim.

b. Klasifikasi Kualitas. Kualitas oli mesin diklasifikasikan sesuai dengan

standar API (American Petroleum Institute). Klasifikasi API biasanya

tercantum pada masing-masing kemasan oli mesin, untuk menambahkan

tingkatan SAE sehingga pemilihannya akan lebih mudah bila dilihat dari

perbandingan kondisi pengoperasian kendaraan.

Tabel 4.2 No SAE Berdasarkan Viskositas Designation Spesifikasi Oli SAE No Spesifikasi Gravitasi

T60 Fy60

A B C D E F G H

Automobile oil (light) Automobile oil, all year Automobile oil Diesel oil Automobile oil, (havy) Diesel oil Airplane oil Transmission oil

10 20 20 20 40 40 60 110

0,8894 0,9036 0,9354 0,9250 0,9275 0,9285 0, 9327 0,9328

4.9.2 Perhitungan Kebutuhan Minyak pada Sistem Pelumasan

Sistem pelumasan yang digunakan adalah sistem penyaluran paksa Mesin

mempunyai banyak bagian – bagianyang sempit dan jauh dari jangkauan tangki

pelumas. Padahal semua komponentersebut harus dilumasi, untuk itu diperlukan

sistem pelumasan yang mampumensirkulasikan pelumas ke seluruh komponen

atau bagian mesin yang membutuhkaUntuk mensirkulasikan minyak pelumas,

pelumas dipompa sehingga mempunyai energiyang cukup untuk sampai ke

bagian-bagian yang harus dilumasi dengan tekanan tertentu.Minyak pelumas

94

terkumpul dalam karter dihisap oleh pompa minyak melalui saringan minyak.

Dari sini minyak disalurkan ke bagian-bagian mesin melalui lubang-lubang

minyak yang terdapat pada blok silinder, poros engkol dan sebagainya. Sesudah

minyak melakukan pelumasan pada bagian-bagian mesin, minyak kembali lagi ke

karter. Perhitungan pada pompa untuk minyak pelumas adalah sebagai berikut :

1. Kapasitas sirkulasi pompa, dapat dicari dengan menggunakan persamaan

(Petrovsky, 1971 : 485)

Cop =Wo× Nb

Dengan : Nb = 16,83

Wo =Pemakaian minyak pelumas yang diijinkan

(10 – 20) lt/HP – jam

Sehingga : Cop = 10 × 16,83 = 168,3 lt/jam

Cop = 3600103,168

3−

× = 4,67 × 10-5 m3/s

2. Daya yang digerakkan untuk menggerakkan pompa (Petrovsky, 1971 : 486)

op

oopop .75

P.CN

η=

Dengan : Po = Tekanan minyak pelumas

= (5 – 6,5) kg/cm2 = 5 kg/cm2

ηop = Efisiensi pompa = (0,7 – 0,72) = 0,72

Sehingga : 72,075

1051014,4N45

op ××××

=−

= 38,37× 10-3 HP

3. Jumlah gigi (Petrovsky, 1971 : 486)

Z = (7 – 12) = 8

95

4. Modul gigi (Petrovsky, 1971 : 486)

M = (3 – 5) mm = 5 mm

5. Tingkat kepala

hk = k.M

Dengan :

k = faktor tinggi gigi = (0,8 – 1,2) = 0,8

Sehingga : hk = 0,8 × 5 = 4 mm

6. Tingkat kaki (Sularso : 218)

Hf = hk + Ck

Dengan : Ck = kelonggaran puncak = 0,2 M = 0,25 × 5 = 1,25 mm

Sehingga : Hf = 4 + 1,25 = 5,25 mm

7. Tinggi gigi : h = hk + hf = 4 + 5,25 = 9,25 mm

8. Diameter tusuk/pitch

Dt = z . M = 4 × 5 = 20 mm

9. Jarak tusuk/jarak gigi

T = π . M = 3,14 × 5 = 15,7 mm

10. Lebar gigi

Cop = 1,25 . 60 . 10-6 . π.z.np.b.ηv

Dimana :

np = putaran roda gigi

= 0,5 putaran poros engkol = 0,5 × 7500 = 3750 rpm

ηv = koefisien pompa

= (0,60 – 0,80) = 0,60

96

Sehingga :

91,73 = 1,25 . 60 . 10-6 . π× 8 × 3750× 0,60 × b

b = 21,628 mm

11. Tebal gigi

a = y.M.h.6 = 021,0525,96 ××× = 2,414 mm

Dengan :

y = faktor bentuk gigi

= 0,201

Sistem pelumasan paksa yang diaplikasikan untuk motor bensin empat

langkah dengan kapasitas silinder 115 cc, ditunjukan oleh Gambar 4.14

Gambar 4.14Sistem pelumasan sepeda motor empat langkah (Yamaha Genuine Part & Accessories, Part catalogueT110LSE(3S01):5 )

Keterangan gambar : 1. Oil pump, sub assy 2. Gear, pump driven 3. Circlip 4. Gasket, pump cover 5. Screw, flat fillister 6. Plug, straight screw 7. Gasket 8. Strainer,oil 9. Gear, pump drive 10. Filter, rotray

97

Prinsip kerja sistem pelumasan dengan sistem paksa sebagai berikut :

pompa yang digunakan pada sistem pelumasan ini terdiri dari dua buah roda gigi

yang dipasang saling merapat (no. 2 dan no. 9). Perputaran roda gigi yang saling

berlawanan arah akan mengakibatkan kevakuman pada sisi hisap, akibatnya oli

akan terisap masuk ke dalam ruang pumpa, selanjutnya dikompresikan ke luar

pompa hingga tekanan tertentu menuju ke bagian – bagian yang akan dilumasi

98

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Hasil perancangan ulang motor bensin 4 langkah yang digunakan sebagai

penggerak sepeda motor dengan kapasitas 115 cc, dapat disimpulkan seperti

dibawah ini :

1. Daya Kuda (BHP) Nb = 8,415 HP

2. Putaran mesin = 7500 rpm

3. Tekanan pembakaran = 60,71 kg/cm2

4. Konsumsi bahan bakar = jamkg495,0

5. Konsumsi Bahan bakar spesifik = jamhpkg0589,0

6. Tekanan Efektif = 2cmkg78,8

7. Perbandingan Kompresi = 9: 1

8. Panjang Langkah = 39,6 mm

9. Diameter silinder = 60,8 mm

10. Volume Lagkah = 115 cc

11. Bahan Bakar = Bensin (Gasoline)

Sedangkan spesifikasi standar dari motor bensin dengan kapasitas silinder

115 C yang beredar di dipasaran adalah sebagai berikut :

99

1. Daya Kuda (BHP) Nb = 11,95 HP

2. Putaran mesin = 7500 rpm

3. Perbandingan Kompresi = 8,8: 1

4. Panjang Langkah = 57,9 mm

5. Diameter silinder = 50 mm

6. Volume Lagkah = 113,7 cc

7. Bahan Bakar = Bensin (Gasoline)

5.2 Saran-saran

Untuk lebih dapat menyempurnakan perancangan ini diwaktu yang akan

datang, maka penulis menyampaikan saran atau pesan sebagai berikut :

1. Agar pemakaian mesin lebih tahan lama, maka perlu diperhatikan

kapasitas angkutnya.

2. Bagi pengguna mesin agar memperhatikan muatan dan medan atau jalan

yang akan dilalui karena sangat berpengaruh terhadap mesin

3. Bagi pengguna mesin agar mempergatikan perawatan berkala untuk

mempertahankan performa dan umur mesin

100

DAFTAR PUSTAKA

AHTC, 2006, Pengantara praktek listrik

Arends, BPM. & Barenschot, H., 1980, “Motor Bensin” Alih Bahasa : Umar

Sukrisno, Penerbit Erlangga, Jakarta

Aryadi. W., & Karnowo 2008, ”Motor Bensin” UNNES, Semarang

Bell, Graham A., 1998, “Four-stroke Performance Tuning”, Haynes Publishing,

Great Britain

Daryanto., 2002, “Teknik Reparasi dan Perawatan Sepeda Motor”, Buni Aksara,

Jakarta

Heywood, Jhon. B., 1988, “ Internal Combustion Engine Fundamental”,

Singapore, McGraw-Hill

Kovakh.,M., 1979, ”Motor Vehicle Engines”MIR Publisher, Moscow

Petrovsky., M., 1973, ”Marine Internal Combution Engine”MIR Publisher,

Moscow

Ponidi.,2002, ”Perancangan Motor Diesel Penggerak Bis Pariwisata”STTNas,

Yogyakarta

Yamaha “Genuine Part & Accessories, Part catalogueV110E(4WHH)”

www.yamaha–motor .co.id