Motor bakar torak

Motor bakar torak adalah salah satu jenis mesin pembakaran dalam yang menggunakan silinder yang di dalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik). di dalam silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan oksigen dari udara. gas pembakaran yang dihasilkan dari pembakaran tersebut mampu menggerakkan torak yang oleh batang penghubung (batang penggerak) dihubungkan dengan poros engkol. Gerak translasi torak tadi menyebabkan gerak rotasi poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol menimbulkan translasi pada torak.

Gambar 2.1 Mesin bakar torak

2.1  Klasifikasi Motor Bakar Torak

Motor bakar torak (engine) dapat dibedakan atas 2 (dua), yaitu :

Berdasarkan system penyalaan dan jenis bahan bakar yang digunakan;

Motor bensin (Gasoline Engine), adalah mesin yang menggunakan bahan bakar bensin dengan system penyalaan berasal dari loncatan bunga api listrik di antara kedua elektroda busi. Motor bensin dinamai juga Spark Ignition Engine.

Motor Diesel (Diesel Engine), adalah mesin yang menggunakan bahan bakar diesel yang penyalaannya merupakan proses penyalaan sendiri , yaitu karena bahan bakar disemprotkan ke dalam silinder yang bertemperatur dan bertekanan tinggi. Mesin diesel juga sering disebut Compression Ignition Engine.

Berdasarkan Siklus Kerja dan langkah torak;

Mesin 2 Langkah (2 Tak), yaitu moesin yang membutuhkan 2 kali langkah torak dan satu kali putaran poros engkol untuk menghasilkan kerja dalam satu siklus.

Mesin 4 Langkah (4 Tak), yaitu mesin yang memerlukan 4 kali langkah piston dan 2 kali putaran poros engkol untuk menghasilkan kerja dalam satu siklus.

2.2 Motor Bensin

           

Motor bensin adalah suatu mesin yang dapat menghasilkan daya, hasil dari pembakaran zat kimia berupa bahan bakar bensin bercampur udara dan busi sebagai sumber panas yang dapat menimbulkan percikan bunga api. Dalam kehidupan kita sehari – hari motor atau mesin sangat membantu untuk kelancaran transportasi darat, laut dan udara.

Motor bensin pertama ditemukan oleh Dr. Nicolas Otto pada tahun 1876, meski motor yang ditemukan tidak cepat dan dayanya kurang besar, tapi inilah langkah awal terciptanya motor selanjutnya, yang memiliki kecepatan dan daya yang besar serta kenyamanan yang tinggi.

Mesin 4 Langkah (Four Stroke Engine)

Disebut mesin empat langkah karena siklus kerjanya memerlukan empat tahapan langkah piston, yaitu langkah pemasukan (hisap), kompesi, usaha (ekspansi) dan pembuangan.

Gambar 2. 1 Potongan Penampang Mesin 4 langkah

Langkah Isap:

Piston bergerak turun dari TMA ke TMB. Katup masuk membuka dan katup buang menutup. Akibat gerakan turun dari piston gas pembakaran (campuran bahan bakar + udara) terisap masuk ke dalam silinder melalui katup masuk.

Gambar 2. 2 Prinsip kerja mesin 4 Langkah

Langkah Kompresi:

Piston bergerak naik (dari TMB ke TMA). Katup masuk dan katup buang sama-sama tertutup. Akibat gerakan piston naik, campuran bahan bakar + udara dalam silinder dimampatkan (dikompresi) sehingga menjadi bersuhu tinggi.

Langkah Usaha :

Pada saat piston hamper mencapai TMA, busi menyala (memercikkan bunga api listrik). Gas bensin yang sudah dimampatkan menjadi terbakar (meledak) dan menghasilkan tenaga yang dapat mendorong piston dapat bergerak lagi dari TMAke TMB.

Langkah Pembuangan:

Piston bergerak lagi dari TMB ke TMA. Pada langkah ini katup buang membuka dan katup isap masih menutup. Akibat piston bergerak ke atas, gas bekas pembakaran tertekan keluar melalui saluran katup buang kemudian ke knalpot.

Katup buang menutup lagi setelah seluruh gas bekas habis meninggalkan ruang bakar.

Empat langkah menurut urutan di atas disebut satu siklus mesin 4 Tak. Siklus berikutnya menyusul dengan langkah pemasukan lagi, saat katup masuk mulai membuka dan piston mulai bergerak kembali dari TMA ke TMB.

Ciri-ciri Mesin 4 Tak

1)   Untuk mendapatkan 1 x pembakaran, piston bergerak 4 x, dan poros engkol/ kruk as berputar 2 x.

2)   Hanya mempunyai 1 macam kompresi, yaitu kompresi silinder saja.

3)   Mempunyai 3 buah ring piston, yaituring kompresi I, Ring Kompresi II dan ring oli.

4)   Setiap Kepala Silinder terdapat 2 buah klep, yaitu klep masuk (in) dan klep buang (ex).

5)   Bahan bakarnya bensin murni.

6)   Pelumas hanya 1 macam saja, yaitu pelumas di bak perseneling.

7)   Gas pembuangan di knalpot tidak menimbulkan asap.

2.3 Komponen Dasar Engine

Pada bagian ini akan dijelaskan nama dan fungsi komponen-komponen yang terdapat pada cylinder block.

2.3.1. Engine Block

Engine block adalah bagian utama yang mendukung semua komponen engine.

Gb 2.4 Engine Block dan Cylinder Head

2.3.2. Cylinder

Cylinder ialah lubang-lubang di block engine. Cylinder mempunyai beberapa fungsi dan tugas yaitu:

·         Rumah untuk piston.

·         Ruang untuk pembakaran.

·         Meneruskan panas keluar dari piston.

Gb. 2.5 Cylinder

2.3.3. Cylinder Liner

Gb. 2.6 Cylinder Liner

            Cylinder liner membentuk selubung air yang membatasi air pendingin dengan piston.

Terdapat dua jenis Cylinder Liner: Wet type cylinder liner (tipe basah) dan dry type (tipe kering). Liner basah mempunyai o-ring yang menyekat selubung air dan mencegah bocornya pendingin.

Dry liner atau biasa juga disebut sleeve dipakai untuk memperbaiki parent bore yang mengalami kerusakan. Liner semacam ini disebut  “dry“ karena sangat merapat pada dinding lubang cylinder di block engine tanpa ada air yang berkontak langsung dengannya.

2.3.4. Piston

Gb. 2.7 Piston

Piston terpasang sempurna di dalam tiap cylinder liner dimana bisa bergerak ke atas dan ke bawah selama proses pembakaran. Bagian atas piston merupakan dasar dari ruang bakar.

Berdasarkan cara pembuatannya piston dapat dibagi menjadi:

1.      Cast aluminium crown dengan forged aluminium skirt, dimana kedua bagian tersebut disambung dengan pengelasan electron beam.

2.      Composite, steel crown dan alumnium skirt yang dibaut menjadi satu.

3.      Articulated, forged steel crown dengan pin bore dan bushing, dimana cast aluminium skirt terpisah. Dua bagian ini disatukan dengan wrist pin.

4.      Tipe yang umum ialah piston tunggal cast aluminium dengan piston ring belt (sabuk baja) sebagai tempat ring piston.

Berdasarkan sistem bahan bakar dan bentuk ruang bakar maka dikenal dua macam piston, yaitu:

1.    Pre combustion piston mempunyai heat plug pada crown.

2.    Direct injection piston tidak mempunyai heat plug.

Adapun jenis piston ring yang terpasang pada piston adalah sebagai berikut:

1.    Compression ring (ring kompresi)

Berfungsi untuk menyekat ruang bakar bagian bawah guna mencegah kebocoran kompresi dan gas hasil pembakaran melalui piston.

2.    Oil control ring (ring oli)

Biasanya hanya terdapat satu oil control ring di bawah dua compression ring, oil control ring melumasi dinding cylinder liner pada saat piston bergerak ke atas dan ke bawah. Lapisan oli mengurangi keausan cylinder liner dan piston.

2.3.5. Connecting Rod

Gb. 2.8 Connecting Rod

Connecting rod menghubungkan piston ke crankshaft. Bagian-bagian dari connecting rod adalah sebagaqi berikut:

1.    Rod eye. 2.    Piston pin bushing. 3.    Shank.

4.    Cap. 5.    Rod bolt and nuts. 6.    Connecting rod bearing.

2.3.6. Crankshaft

Gb. 2.9 Crankshaft

1.    Rod bearing journal.

2.    Counter weight.

3.    Main bearing journal.

4.    Web.

Crankshaft merubah gerak turun naik piston menjadi gerakan berputar yang dipakai untuk melakukan kerja. Di dalam  crankshaft terdapat saluran lobang tempat jalannya oli yang disebut oil gallery. Lubang saluran oli dibuntu pada satu ujungnya dengan plug atau set screw.

Gb. 2.10 Oil Passage Di dalam Crangshaft

Untuk mengurangi gerak maju atau mundur pada crankshaft (gerakan maju-mundur crankshaft tersebut biasa disebut End Play) maka dipasanglah thrust main bearing.  Ada dua macam thrust main bearing, yaitu:

1.    Insert bearing 2 (dua) buah

2.    Flanged thrust bearing 1(satu) buah

2.3.7. Flywheel

Flywheel (roda gila) dibautkan pada bagian belakang crankshaft di dalam rumah flywheel.  Crankshaft memutar flywheel pada langkah tenaga, dan gaya momentum flywheel menjaga crankshaft tetap berputar mulus pada langkah hisap, kompresi dan langkah buang.

Fungsi flywheel ada tiga, yaitu:

1.      Menyimpan energi untuk momentum di antara langkah tenaga.

2.      Membuat putaran crankshaft supaya halus

3.      Memindahkan tenaga ke mesin, torque converter atau beban lain

Pada bagian luar terdapat komponen ring gear melingkari flywheel.  Ring gear dipergunakan sebagai roda gigi yang spline dengan pinion starting motor untuk start engine.

2.3.8. Camshaft

Camshaft digerakkan oleh roda gigi crankshaft. Bila camshaft berputar maka cam lobe berputar. Komponen valve (klep) yang terhubung ke camshaft akan ikut bergerak naik dan turun. Bila permukaan lobe berada di atas, valve akan terbuka. Putaran camshaft adalah setengah putaran crankshaft sehingga valve membuka dan menutup pada waktu yang tepat selama proses empat langkah.

            Bagian camshaft yang mendorong valve adalah camshat lobe. Masing-masing lobe mengoperasikan (1) Intake dan (2) Exhaust valve untuk setiap cylinder.  Beberapa cam memiliki lobe untuk menyemprotkan bahan bakar. Lobe ini akan menekan unit injector. Lobe tersebut akan mengatur kapan bahan bakar disemprotkan ke combustion chamber.

Gb. 2.11 Cam Lobe

           

            Setiap lobe terdiri dari tiga bagian utama yaitu:

1.     Base Circle

2.    Ramps

3.    Nose

Jarak dari base circle ke puncak nose disebut lift. Cam Lift menentukan seberapa jauh valve dibuka. Selain itu bentuk kelandaian ramp juga menentukan kecepatan membuka dan menutup valve, sedangkan bentuk nose akan menentukan berapa lama valve tersebut membuka penuh.

Misal :

1.    Kecepatan atau waktu yang dibutuhkan untuk bergerak dari valve tertutup menjadi terbuka penuh. 2.    Lamanya atau duration valve dalam keadaan terbuka. 3.    Kecepatan atau waktu yang dibutuhkan untuk bergerak dari valve terbuka penuh menjadi tertutup.

2.3.9. Push rod/batang penekan

Push rod adalah pipa baja dengan dudukan di kedua ujungnya. Camshaft menggerakkan push rod sehingga mengangkat rocker arm.

Gb.  2.11 Valve Lifter

Valve lifter atau cam follower bertumpu pada setiap lobe camshaft. ·  Bila Camshaft berputar, valve lifter akan menyusuri permukaan lobe. ·  Valve lifter merubah gerak camshaft ke   Push rod. ·  Push Rod memindahkan gerakannya ke rocker arm, untuk membuka dan menutup valve. Ada 2 tipe valve lifter, yaitu: 1.    Slipper follower 2.    Roller follower Roller Follower Roller follower memiliki roda baja keras yang berputar di atas camshaft lobe.

2.3.10. Valve Lifters

2.3.11. Vibration Damper  (Peredam Getaran)

Pada bagian depan crankshaft terdapat vibration damper. Alat yang menyerupai flywheel kecil ini berfungsi untuk meredam getaran yang terjadi akibat putaran crankshaft (torsional vibration).

Gb. 2.13 Vibration Damper

Ada dua jenis peredam getar, yakni:

1.    Peredam karet (rubber damper), yaitu peredam yang menggunakan karet padat untuk menyerap getaran.

2.    Peredam cairan kental (viscous damper), yaitu peredam yang di dalamnya menggunakan cairan kental (oli berat) untuk menyerap getaran.