Apa sih mesin bakar itu?
Mesin bakar adalah suatu mekanisme / konstruksi mesin yang bekerja merubah energi panas menjadi energi mekanis. Bagaimana bisa terjadinya energi panas?
Energi panas terjadi karena adanya proses pembakaran, dimana terjadinya pembakaran ini disebabkan adanya tiga unsur yaitu bahan bakar, udara dan pengapian.
Bagaimana bisa terjadinya perubahan energi panas menjadi energi mekanik?
Dengan adanya suatu konstruksi mesin sehingga memungkinkan terjadinya siklus kerja mesin untuk usaha dan tenaga dorong dari hasil ledakan pembakaran diubah oleh konstruksi mesin menjadi energi mekanik atau tenaga penggerak.
Ada 2 jenis Mesin Bakar yaitu :
A. Mesin pembakaran luar (External combustion chamber)
Mesin pembakaran luar yaitu suatu mesin bakar dimana proses pembakaran atau perubahan energi panas dilakukan diluar dari mekanisme / kontruksi mesin. Dari ruang pembakaran energi panas tersebut dialirkan ke kontruksi mesin melalui media penghubung.
Contohnya :
- Mesin uap / turbin uap
- Mesin nuklir / turbin nuklir.
B. Mesin pembakaran dalam (Internal combustion chamber)
Mesin pembakaran dalam yaitu mesin bakar dimana proses pembakaran atau perubahan energi panas dilakukan di dalam kontruksi mesin itu sendiri dan tempat terjadinya proses pembakaran itu disebut ruang bakar ( combustion chamber ).
Contohnya :
- Mesin bensin
- Mesin diesel
- Mesin Jet
Prinsip kerja, mesin bakar dalam melakukan siklus kerjanya dibagi menjadi 2 yaitu mesin 4 tak
dan mesin 2 ta.
1. Prinsip kerja mesin 4 tak
Dimana setiap dua kali putaran poros engkol atau empat kali gerakan turun dan naik piston menghasilkan satu kali langkah usaha.
2. Prinsip kerja mesin 2 tak
Dimana setiap satu kali putaran poros engkol atau dua kali gerakan turun dan naik piston menghasilkan satu kali langkah usaha.
PRINSIP KERJA MESIN BAKAR BENSIN
4 TAK
4 TAK
1. Langkah Hisap
a. Piston bergerak dari Titik Mati Atas (TMA) ke Titik Mati awah (TMB)
b. Katup hisap membuka
c. Karena piston bergerak ke bawah maka di dalam ruang silinder timbul kevakuman sehingga campuran antara udara dan bensin terhisap masuk ke dalam silinder.
2. Langkah Kompresi
a. Akhir dari langkah hisap
b. Piston bergerak dari TMB ke TMA
c. Kedua katup menutup
d. Karena piston bergerak ke atas maka campuran udara dan bahan bakar yang berada di dalam silinder tertekan ke atas dan ditempatkan di dalam ruang bakar.
3. Langkah Usaha
a. Akhir dari langkah kompresi
b. Sesaat setelah piston mencapai TMA busi memercikan bunga api listrik ke dalam ruang bakar, sehingga campuran udara dan bensin yang sudah dimampatkan akan terbakar dan akan menimbulkan tenaga gerak atau mekanik.
4. Langkah buang
a. Akhir dari langkah usaha
b. Piston bergerak dari TMB ke TMA
c. Karena piston bergerak keatas maka gas hasil pembakaran di dalam silinder akan terdorong ke luar melalui katup buang.
Catatan :
Disaat akhir langkah buang dan awal langkah hisap kedua katup akan membuka sedikit (valve over lap) yang berfungsi sebagai langkah pembilasan (campuran udara bahan bakar baru mendorong gas sisa hasil pembakaran)
PRINSIP KERJA MESIN BAKAR BENSIN
2 TAK
2 TAK
1. Langkah hisap dan kompresi
a. Piston bergerak dari TMB ke TMA
b. Pada saat saluran pembiasan tertutup mulai dilakukan Langkah kompresi
c. Pada saat saluran hisap membuka maka campuran udara dan bensin akan masuk ke dalam ruang poros engkol
2. Langkah usaha dan buang
Sesaat setelah piston mencapai TMA, busi akan memercikan bunga api listrik sehingga campuran udara dan bahan bakar akan terbakar dan menyebabkan timbulnya daya dorong, sehingga piston akan bergerak dari TMA ke TMB.
Sesaat saluran hisap tertutup dan saluran bilas dan saluran buang membuka, maka campuran udara dan bahan bakar yang berada di ruang engkol akan mendorong gas sisa hasil pembakaran melalui saluran bilas ke saluran buang.
PRINSIP MESIN BAKAR DIESEL
4 TAK
4 TAK
1. Langkah hisap
a. Piston bergerak dari TMA ke TMB
b. Katup masuk membuka
c. Karena piston bergerak ke bawah maka di dalam silinder terjadi kevakuman sehingga udara bersih akan mengalir masuk ke dalam melalui katup masuk
2. Langkah kompresi
Piston akan bergerak dari TMB ke TMA kedua katup menutup karena piston bergerak ke atas maka udara bersih di dalam silinder akan terdorong dan dipampatkan di ruang bakar, akibatnya tekanan dan temperatur udara menjadi tinggi.
3. Langkah Usaha
Di langkah ini terjadi dua proses pembakaran :
a. Pembakaran awal :
Sebelum piston mencapai TMA, injector akan mengabutkan bahan bakar dan akan bercampur dengan udara yang bertekanan dan bertemperatur tinggi ( 700 - 900 C, 70 - 90 kg/cm2 ).
b. Pembakaran Sempurna
Karena tekanan dan temperatur yang tinggi maka bahan bakar akan terbakar dengan sendirinya. Hal ini akan menimbulkan daya dorong sehingga piston akan bergerak dari TMA ke TMB.
4. Langkah buang
Piston bergerak dari TMB ke TMA katup buang membuka karena piston bergerak ke atas maka gas sisa hasil pembakaran akan terdorong ke luar melalui katup buang.
PRINSIP MESIN BAKAR DIESEL
2 TAK
2 TAK
Keterangan :
(A) Udara masuk
(B) Udara dikompresikan
(C) Bahan bakar diinjeksikan ke dalam ruang gas
(D) Gas bekas keluar
(C) Bahan bakar diinjeksikan ke dalam ruang gas
(D) Gas bekas keluar
1. Langkah kompresi dan hisap
Piston bergerak dari TMB ke TMA, saluran masuk membuka sehingga udara bersih masuk ke dalam, sesaat setelah saluran hisap menutup dan saluran buang menutup maka mulai dilakukan langkah kompresi hingga tekanan udara mencapai 70 - 90 kg/cm2.
2. Langkah usaha dan buang
Sebelum piston mencapai TMA injector akan mengabutkan bahan bakar dan ini sebagai proses pembakaran awal, karena bahan bakar bercampur dengan udara bersuhu dan bertekanan tinggi maka akan terjadi proses pembakaran sempurna. Akibatnya akan mendorong piston bergerak dari TMA ke TMB. Sesaat piston belum mencapai TMB katup buang sudah mulai membuka. Dan bila saluran hisap membuka maka udara bersih akan membantu mendorong gas sisa hasil pembakaran keluar.
PERBANDINGAN MESIN 4 TAK DENGAN 2 TAK
| Mesin 4 Tak | Mesin 2 Tak | |
| Prinsip kerja | 2 kali putaran poros engkol menghasilkan 1 kali usaha | 1 kali putaran poros engkol menghasilkan 1 kali usaha |
| Mekanisme Katup | Lebih rumit | Tidak mengunakan mekanisme katup |
| Putaran rpm yang dihasilkan | Lebih lambat | Lebih cepat |
| Sistem pelumasan mesin | Tidak mengunakan oli samping | Mengunakan oli samping untuk melumasi ruang engkol |
| Suara mesin | Halus | Kasar |
| Tingkat polus | Rendah | Tinggi |
| Pengunaan mesin | Mobil | Motor |
PERBANDINGAN MESIN BENSIN DENGAN DIESEL
| Mesin Bensin | Mesin Diesel | |
| Jenis BBM | Bensin | Solar |
| Jenis yang dikompresikan | Campuran udara dan bensin | Udara solar |
| Sistem pembakaran | Mengunakan busi | Pembakaran sendiri |
| Perbandingan kompresi | Rendah | Tinggi |
| Torsi yang dihasilkan | Kecil | Besar |
| Getaran dan suara yang timbul | Halus | Kasar |
| Harga BBM | Mahal | Murah |
| Perawatan mesin | Murah | Mahal |
MEKANISME KATUP
Pada sistem mesin bakar 4 tak untuk memasukkan campuran bahan bakar dan membuang gas sisa hasil pembakaran maka di dalam silinder diperlukan adanya katup masuk dan katup buang. Untuk mengontrol kapan katup masuk dan kapan katup buang menutup atau membuka disebut mekanisme katup
Jenis-jenis mekanisme katup
1. Tipe Over Head Valve
Mekanisme katup ini sederhana dan dapat diandalkan.
Penempatan camshaftnya pada blok silinder, dibantu oleh :
a. Valve lifter
b. Push rod
c. Rocker arm
2. Tipe Over Head Camshaft
Camshaft ditempatkan pada kepala silinder, dan camshaft langsung meng gerakkan rocker arm tanpa melalui lifter dan push rod.
Keuntungan OHC :
- Berat bagian yang bergerak menjadi berkurang
- Kemampuan pada kecepatan tinggi cukup baik, karena katup-katup membuka dan menutup lebih tetap (stabil)
Kerugian OHC :
- Lebih rumit dibandingkan dengan OHV
3. Tipe Double Over Head Camshaft
Pada kepala silinder terdapat dua camshaft, yang satu untuk menggerak-kan katup masuk, dan yang lainnya menggerakkan katup buang, Camshaft membuka dan menutup katup secara langsung, dan tidak memerlukan rocker arm
Keuntungan DOHC :
- Berat bagian yang bergerak menjadi berkurang
- Kemampuan pada kecepatan tinggi cukup baik, karena katup-katup membuka dan menutup lebih presisi
Kerugian DOHC :
- Konstruksi sangat rumit
- Harganya mahal atau biaya produksi mahal
Untuk tipe DOHC biasanya menggunakan multi valve, dimana setiap satu silinder menggunakan 2 buah katup masuk dan 2 buah katup buang
Keuntungan penggunaan multi valve dibandingkan dengan single valve :
a. Beban katup lebih kecil
Karena kepala katup cenderung lebih kecil sehingga mengurangi beban katup dan umur katup cenderung lebih lama
b. Ruang buka lebih besar
Dengan menggunakan dua buah katup masuk atau katup buang secara bersamaan, otomatis jumlah campuran udara dan bahan bakar lebih banyak dan pada saat langkah buang gas sisa hasil pembakaran lebih mudah terbuang
c. Efisiensi lebih tinggi
Tenaga yang dihasilkan cenderung lebih besar karena dengan banyak-nya campuran udara dan bahan bakar yang masuk menyebabkan tinggi-nya tekanan kompresi, sehingga pembakaran menjadi lebih sempurna
Kerugian penggunaan multi valve dibandingkan single valve :
a. Konstruksi lebih rumit
b. Membutuhkan dua buah camshaft
c. Suara mesin cenderung lebih kasar
d. Untuk yang non hidrolis penyetelan katup lebih lama
METODE MENGGERAKKAN KATUP
Camshaft digerakkan oleh crankshaft dengan beberapa metode. Berikut ini metode-metode menggerakkan katup :
1. Timing Gear
Metode ini digunakan pada mekanisme katup jenis OHV (Over Head Valve).
Keuntungan :
- Lebih kuat dan tahan lama.
Kerugian :
- Menimbulkan bunyi yang besar.
2. Timing Chain (Rantai)
Metode ini digunakan pada mekanisme katup jenis OHV (Over Head Valve) dan OHC (Over Head camshaft).
Keuntungan :
- Menimbulkan bunyi yang lebih kecil dibanding tipe timing gear.
Kerugian :
- Umur lebih pendek dibanding tipe timing gear.
3. Timing Belt
Metode ini digunakan pada mekanisme katup jenis OHC (Over Head camshaft) dan DOHC (Double Over Head Camshaft).
Timing belt terbuat dari fiberglass yang diperkuat dengan karet sehingga mem-punyai daya renggang yang baik dan hanya mempunyai penguluran yang ke-cil karena panas.
Keuntungan :
- Tidak menimbulkan bunyi.
- Tidak memerlukan pelumasan.
Kerugian :
- Umur lebih pendek dibanding tipe timing chain.
KOMPONEN-KOMPONEN MEKANISME KATUP
1. Poros Nok (Noken As)
Poros nok berfungsi untuk menggerakkan mekanisme katup, pompa oli, pompa bahan bakar dan distributor.
2. Pengangkat Katup
Pengangkat katup (valve lifter) berfungsi untuk meneruskan gerakan camshaft ke push rod.
Pada mesin yang menggunakan lifter konvensional celah katupnya harus distel, tetapi ada mesin yang menggunakan hydraulic lifter tidak perlu melakukan penyetelan celah katup karena celahnya selalu 0 mm.
3. Batang Penekan
Batang penekan (push rod) berfungsi untuk meneruskan gerakan lifter ke rocker arm.
4. Rocker Arm dan Shaft
Rocker arm berfungsi untuk menekan katup saat tertekan ke atas oleh push rod. Rocker arm dilengkapi skrup dan mur pengunci untuk penyetelan celah katup. Pada mesin yang menggunakan lifter hidraulis tidak dilengkapi skrup dan mur pengunci.
5. Katup (Valve)
Katup terbuat dari baja khusus (special steel). karena katup berhubungan dengantekanan dan temperatur tinggi
Pada umumnya katup masuk lebih besar dari katup buang. Agar katup menutup rapat pada dudukannya, maka permukaan sudut katup (valve face angle) dibuat pada 44,5° atau 45,5°
6. Pegas Katup (Per Klep)
Pegas katup (valve spring) digunakan untuk menutup katup. Pada umumnya mesin menggunakan 1 pegas untuk tiap katupnya, tetapi ada juga yang menggunakan 2 pegas. Penggunaan pegas yang jarak pitchnya berbeda (uneven pitch spring) / pegas ganda (double spring) adalah untuk mencegah katup melayang. Katup melayang adalah gerakan katup yang tidak seirama dengan gerakan cam saat putaran tinggi. Pegas dengan jarak pitch berbeda tipe asymetrical dipasang dengan bagian yang lebih renggang pada posisi atas
7. Dudukan Katup
Dudukan katup (valve seat) dipasang dengan jalan dipres pada kepala silinder. Valve seat berfungsi untuk dudukan katup sekaligus memindahkan panas dari katup ke kepala silinder.
Dudukan katup terbuat dari baja khusus tahan panas dan aus. Lebar persinggungan katup adalah 1,2 – 1,8 mm.
8. Bushing Pengantar Katup dan Oil Seal
Bushing penghantar katup terbuat dari besi tuang dan berfungsi untuk meng-arahkan katup agar duduk tepat pada valve seat. Gerakan katup yang tidak lembut atau batang katup yang macet pada bushing penghantar katup disebut katup macet (valve stinking).
Oil seal berfungsi untuk mencegah oli mesin masuk ke ruang bakar melalui bushing katup, bila oil seal rusak akan menyebabkan oli masuk ke dalam ruang bakar, akibatnya oli menjadi boros. Biasanya lebih mudah masuk ke ruang bakar melalui katup masuk
VALVE TIMING DIAGRAM
Valve timing diagram adalah diagram waktu kerja katup. Valve timing diagram dipengaruhi olehbentuk cam dan celah katup. Valve overlap adalah saat dimana katup hisap (intake valve) dan katup buang (exhaust valve) sama-sama membuka. Valve overlap berfungsi sebagai langkah pembilasan (campuran udara bahan bakar baru mendorong gas sisa hasil pembakaran). Valve overlap terjadi saat akhir langkah buang dan awal langkah hisap. Overlap yang besar menghasilkan kemampuan kecepatan tinggi yang lebih baik, tetapi idling menjadi kurang stabil.
Lamanya katup hisap (intake valve) membuka = 6° + 180° + 40° = 226° Lamanya katup buang (exhaust valve) membuka = 31° + 180° + 9° = 220° Lamanya valve overlap = 6° + 9° = 15°
CELAH KATUP
Celah katup adalah celah yang terdapat pada mekanisme katup (dari camshaft sampai katup).Apabila tidak terdapat celah katup akan menyebabkan katup tidak menutup rapat saat mesin panas, karena pada komponen-komponen mekanisme katup terjadi pemuaia.
Pada mekanisme katup DOHC (Double Over Head Camshaft) katup distel dengan menggunakan adjusting shim (shim penyetel) pada saat mesin dingin.
HYDRAULIC VALVE LIFTER
Penggunaan pengangkat katup hidraulis (hydraulic valve lifter) mempunyai keun-tungan tidak memerlukan penyetelan katup dan mengurangi suara berisik.
Cara Kerja
Oli yang bertekanan dari pompa memasuki plunger dalam lifter melalui saluran oli (oil passage).
1. Katup Menutup
Plunger spring selalu menekan plunger ke atas, maka celah katup selalu nol.Oli yang bertekanan juga mendorong check ball melawan check ball spring dan mengalir ke working chamber.
2. Katup Membuka
Cam mendorong lifter body, maka teka-nan oli di dalam working chamber naik sehingga check ball menutup saluran oli, dan lifter body terdorong ke atas dengan plunger, menyebabkan katup membuka dengan adanya gerakan rocker arm melalui push rod.
ROTARY ENGINE ( Mesin Rotary)
Mesin Rotary ialah suatu konstruksi mesin dimana untuk melakukan sebuah langkah usaha dengan mengunakan rotor. Setiap sisi luar rotor berfungsi sebagai piston. Sedangkan rotor berbentuk segitiga dan berarti bahwa pada rotor terdapat tiga buah piston. Rumah rotor dibuat sedemikian rupa sehingga apabila rotor berputar akan dapat melakukan langkah usaha. Langkah usaha yang timbul akibat proses pembakaran pada rotor akan diteruskan ke crankshaft melalui roda gigi.
Prinsip dasar rotary engine
- Prinsip kerja rotary engine menggunakan prinsip dasar mesin bakar 4 tak untuk setiap sisi rotor ( piston )
- Setiap sisi rotor ( piston ) bekerjanya saling berkaitan / berhubungan, jika sisi rotor yang satu melakukan langkah usaha maka sisi rotor yang lain melakukan langkah hisap dan buang.
1. Langkah Hisap
Rotor berputar searah jarum jam. Sisi rotor A akan bergerak dan pada saat saluran hisap terbuka maka campuran udara dan bahan bakar akan terhisap masuk ke ruang hisap
2. Langkah Kompresi
Perputaran rotor akan menyebabkan sisi rotor A akan memperkecil volume ruang hisap sehingga campuran udara dan bahan bakar tekanannya menjadi tinggi
3. Langkah Usaha
Setelah mencapai top kompresi volume ruang kerja menjadi lebih kecil dan pada saat itu busi memercikkan bunga api, akibatnya campuran udara dan bahan bakar yang yang sudah dikompresikan akan terbakar dan menimbulkan daya atau tenaga untuk memutar mesin
4. Langkah Buang
Rotor berputar, menyebabkan sisi rotor A akan membawa gas sisa hasil pembakaran ke saluran pembuangan
Sisi kerja rotor yang saling berkaitan
Sekian penjelasan tentang mesin bakar secara umum, semoga dapat bermanfaat buat anda.