MESIN BAKAR DALAM

TUJUAN

Agar pembaca dapat mengetahui pengetahuan dasar internal combustion engine (ICE)

1.      Pendahuluan

Klasifikasi motor bakar dapat dilihat pada gambar 1.1 . External combustion engine (ECE) memiliki fluida kerja yang terpisah dengan campuran udara-bahan bakar, sedangkan fluida dari internal combustion engine (ICE) adalah produk campuran bahan udara-bahan bakar...

 

Gambar 1.1 Klasifikasi Mesin

Internal combustion engine (ICE) adalah mesin bakar yang mengkonversi energi kimia yang terdapat pada bahan bakar menjadi energi mekanik, biasanya energi mekanik berupa gerakan rotasi pada engkol. Energi kimia terlebih dahulu berubah menjadi energi panas dengan cara pembakaran atau oksidasi dengan udara segar yang terjadi dalam mesin. Pada umumnya ICE memiliki piston di dalam silinder yang bergerak bolak-balik. Gerakan bolak-balik piston tersebut diteruskan oleh engkol menjadi gerak rotasi. Berikut ini merupakan keunggulan mesin ICE dibandingkan ECE:

a.       Mekanikal yang simpel dan memiliki rasio weight/power yang kecil

b.      Tidak membutuhkan alat tambahan seperti kondensor atau bolier

c.       Dapat memulai dan berhenti bekerja dalam waktu singkat

d.      Efisiensi termal yang tinggi

e.       Biaya awal yang rendah

Keunggulan diatas menyebabkan mesin ICE lebih cocok diterapkan pada sektor trasnportasi seperti motor, mobil, kapal kecil, pesawat kecil, dan kapal selam.

2.      Tipe-Tipe Internal Combustion Engine

             Internal combustion engine(ICE) dapat di klasfikasikan menjadi beberapa tipe antara lain :

A.    Penyalaan (Ignitation)

Ø  Spark Ignitation (SI) atau penyalaan percikan. Mesin SI memulai pembakaran pada langkah pembakaran dengan bantuan busi untuk membuat percikan. Busi memberikan tegangan tinggi yang akan membakar campuran uadara-bahan bakar pada ruang pembakaran.

Ø  Compression Ignitation (CI). Proses pembakaran pada mesin CI dimulai saat campuran udara-bensin melakukan self-ignitation akibat tingginya temperatur pada ruang pembakaran yang disebabkan oleh tekanan yang tinggi.

B.     Langkah Mesin

Ø  Siklus 4 langkah. Untuk melengkapi satu siklus termodinamik (intake-compression-expansion-exhaust) di perlukan 4 langkah piston atau 2 kali bulak-balik.

Ø  Siklus 2 langkah. Untuk melengkapi satu siklus termodinamik(intake-compression-expansion-exhaust) di perlukan 2 langkah piston atau 1 kali bulak-balik

C.     Posisi valve (katup). Gambar 1.2 menunjukan posisi katup pada ruang bakar. 

Gambar 1.2 Posisi katup di ruang bakar

Dimana: (a) valve in block, L head, (b) Valve in head, I head(standar pada kendaraan modern), (c) One valve in head and one valve in block, (d) Valves in block on opposite sides of cylinder, T head.

D.    Disain dasar

Ø  Reciprocating Engines/ mesin piston. Mesin memiliki satu atau lebih silinder yang terdapat piston. Energi mekanik yang dihasilkan piston pada langkah combustion (pembakaran) diteruskan oleh engkol yang terhubung oleh piston pada conecting rod-bearing.

Ø  Rotary Engines. Terdapat blok yang berputar di dalam ruang pembakaran. Contoh Rotary Engines adalah Mesin Wankel yang ditunjukkan pada Gambar 1.3.

Gambar 1.3 Mesin Wankel

E.     Posisi dan jumlah silinder pada mesin torak

Gambar 1.4 menunujukkan jenis posisi silinder.

Gambar 1.4 Klasifikasi mesin dari posisi silinder

Dimana: (a) single cylinder, (b) In-liner or straight, (c) V engine, (d) opposed cylinder, (e) W engine, (f) opposed piston, (g) radial.

F.      Proses pengambilan udara

Ø  Pengambilan udara segar ssecara natural atau tidak memerlukan sistem pendorongan udara.

Ø  Supercharged. Tekanan udara pada saat pegambilan udara meningkat akibat adanya kompresor yang didorong poros engkol (Gambar 1.5).

Gambar 1.5 Supercharged pada proses pengambilan udara

Ø  Turbocharged. Tekanan udara meningkat pada saat pengambilan udara disebabkan oleh tubin-kompresor yang digerakan oleh gas buang.. (gambar 1.5).

Gambar 1.5 Turbocharged pada proses pengambilan udara

Ø Crankcase Compressed. Digunakan pada mesin 2 langkah.

G.   Tipe Pendingin

Ø Udara

Ø Cairan atau air

3.     Siklus Pada Mesin 4 Langkah

Langkah pada mesin yang dibahas hanya pada Reciprocating Enginesatau mesin piston. Dimana piston yang bergerak bolak-balik mentransmisikan gaya menuju poros engkol. Seperti yang telah disinggung diatas, piston harus melengkapi siklus termodinamik untuk menghasilkan energi mekanik. Siklus termodinmik tersebut adalah langkah hisap (intake) – langkah kompresi (compression) – langkah ekspansi (expansion) – langkah buang (exhaust). Gambar 1.6 menunjukkan skema gerakan pada motor 4 langkah.

Gambar 1.6 Skema gerakan motor 4 langkah

A.    Langkah Hisap

Posisi piston awal berada top center  (TC) atau titik mati atas (TMA)kebottom center (BC) atau titik mati bawah (TMB). Katup hisap terbuka dan katup buang tertutup, dengan demikian campuran udara-bensin masuk kedalam silinder melalui katup hisap. Pada langkah ini terjadi pembesaran volume silinder dan penurunan tekanan.

B.     Langkah Kompresi

Terjadi ketika dua katup dan campuran udara-bensin masuk kedalam silinder.Terjadi pergerakan piston dari BC menuju TC. Pada langkah ini terjadi penurunan tekanan dan kenaikan volum.

C.     LangkahEkspansiataulangkahtenaga

Gas mempunyai tekanan dan suhu yang tinggi dan mengkonversi energi panas menjadi energi kinetik. Piston bergerak dari posisi TC menuju BC serta katup hisap dan katup buang masih tertutup.

D.    Langkahbuang

Langkah ini membuang gas sisa pembakaran keluar silinder.Piston bergerakdari BC ke TC. Katup hisap tertutup sedangkan katup buang terbuka.Terbuangnya gas sisa akibat dorongan yang dilakukan piston dan perbedaan tekanan didalam dan diluar silinder.

4.      SiklusPadaMesin 2 Langkah

Untuk mendapatkan energi yang lebih besar dan penyerdahanaan desain katup, maka dibuatlah mesin dua langkah.Terbuka dan tertutup nyakatup hisap dan katup buang di akiba kan gerak dari piston.Gambar 1.7 menunjukan langkahpada mesin 2 langkah.

Gambar 1.7 Skema gerakan motor 2 langkah

Langkah pada mesin 2 langkah antara lain:

A.    Langkah komperesi

Langkah ini dari BC menuju TC. Piston membuka katup hisap dan bahan bakarmasuk kedalam silinder sedangkan katup buang tertutup.

B.     Langkah Tenaga

Langkah ini dari TC menuju BC. Terjadi ledakan yang menghasilkan energi akibat tekanan yang tinggi. Gas sisa pembakaran keluar dari katup buang akibat gerakan piston sedangkan katup hisap tertutup.

Kelemahan dari mesin dua langkah adalah pembakaran yang tidak sempurna akibatnya kulaitas gas hasil pembakaran lebih jelek dari mesin 4 langkah.

5.      Komponen Mesin

Bagian umum mesin bahan bakar adalah katup, piston, dan poros engkol.Komponen lengkap pada mesin 4 langkah di jelaskan pada Gambar 1.8.

Gambar 1.8 Komponenmesin 4 langkah

Share this: