Mesin Bensin
MOTOR
BENSIN
1.
Pendahuluan
Motor bensin yang menggerakkan mobil penumpang,
truk, sepeda motor, skuter dan jenis kemdaraan lain dewasa ini merupakan
perkembangan dan perbaikan mesin yang sejak semula dikenal sebagai motor otto. Motor
tersebut dilengkapi dengan busi dan karburator. Busi menghasilkan loncatan
bunga api listrik yang menyalakan campuran bahan bakar dan udara segar di dalam
ruang bakar, oleh karena hal tersebut motor tersebut cendurung disebut Spark Ignition Engine.
Karburator adalah sebuah komponen dari motor bendin
yang merupakan tempat pencampuran bahan bakar dengan udara. Pencampuran
tersebut terjadi karena bahan bakar terhisap masuk atau disemprotkan ke dalam
arus udara segar yang masuk ke dalam karburator.
Campuran bahan bakar dan udara segar yang terjadi
itu sangat mudah terbakar. Camburan bahan bakar dan udara tersebut masuk
kedalam silinderyang dinyalakan oleh loncatan api listrik dari busi pada saat
menjelang akhir langkah kompresi.
Di dalam siklus Otto (ideal) pembakaran tersebut
dimisalkan sebagai pemasukan panas pada volume konstan.
2.
Sistem
Penyalaan
Untuk dapat membangkitkan loncatan api listrik
antara keduaelektroda busi diperlukan perbedaan tegangan yang cukup besar.
Besarnya tegangan tersebut bergantung pada beberapa faktor berikut :
· Perbandingan
campuran bahan bakar dan udara,
· Kepadatan
campuran bahan bakar dan udara,
· Jarak
antara keduan elektrode serta bentuk elektrode busi,
· Jumlah
molekul campuran yang terdapat di antara kedua elektrode, dan
· Temperatur
campuran dan kondisi operasi yang lain.
Perbandingan campuran bahan bakar dan udara dapat
berkisar antara 0.006 – 0,12. Untuk menyalakan campuran bahan bakar dan udara
yang miskin diperlukan perbedaan tegangan yang relatif lebih besar daripada
untuk campuran yang kaya.
|
Gambar di bawah menunjukkan hubungan antara tegangan
yang diperlukan dengan perbandingan campuran bahan bakar dan udara. Secara
kualitas hal tersebut dilukiskan seperti pada Gb. 1.
Gb. 1 Hubungan antara perbandingan campuran bahan
bakar dan udara dengan tegangan yang diperlukan oleh busi.
Sistem penyalaan pada kebanyakan kendaraan bermotor
Otto dapat memberikan energi penyalaan sebesar 20 mJ. Pada umumnya disediakan
tegangan yang lebih besar untuk menjamin agar selalu terjadi loncatan api
listrik dalam segala keadaan, misalnya antara 10.000 – 20.000 volt. Hal ini
mengingat uga kondisi operasi yang dapat berubah-ubah sebagai akibat dari
keausan mesin yang tidak dapat dihindari. Semakin padat campuran bahan bakar
dan udara semakin tinggi tegangan yang diperlukan untuk jarak elektrode busi
yang sama. Karena itu diperlukan tegangan yang lebih tinggi untuk motor dengan
perbandingan kompresi yang besar. Terutama apabila tekanan campuran bahan bakar
dan udara yang masuk kedalam silinder tersebut tinggi dan loncatan api listrik
ditentukan pada waktu torak berada lebih dekat pada TMA (Titik Mati Atas).
Semakin besar jarak elektrode busi maka semakin
besar pula perbedaan tegangan yang diperlukan untuk mendapatkan intensitas api
listrik yang sama. Jumlah minimum molekul yang harus ada di antara kedua
elektrode busi pada waktu terjadi loncatan api listrik sangat menentukan apakah
penyalaan yang terjadi di dalam ruang pembakaran terjadi dengan sabik-baiknya.
Karena jumlah molekul banyak bergantung pada
perbandingan campuran jumlah gas, temperatur, dan kondisi operasi lain, jelas
jumlah tersebut dapat berubah-ubah. Dengan memperbesar jarak elektrode kita
harapkan jumlah minimum tersebut dapat tercapai walaupun keadaad operasinya
berubah-ubah. Akan tetapi, jarak elektrode juga menentukan besarnya tegangan.
Dan tengan yang terlalu tinggi tidak menguntungkan. Tegangan yang tinggi
memerlukan kabel listrik yang diisolasi secara baik dan cermat sehingga
harganya akan menjadi lebih mahal.
Intensitas loncatan api listrik juga ditentukan oleh
jarak antara kedua elektrode busi. Jarak elektrode yang optimal adalah 0,6 –
0,8 mm. Salain itu penentuan tempat busi di dalam ruang bakar juga sangatlah
penting. Loncatan Api listrik tidak boleh terjadi di tempat lain kecuali
terjadi diantara kedua leketrode dari busi, penempatan yang terbaik untuk busi
adalah di dekat kepala katup hisap. Akan tetapi ditinjau dari dari kemungkinan
terjadinya detonasi (suara mirip ketukan), sebaiknya busi di tempatkan pada
bagian terpanas, misalnya dekat dengan katup buang. Hasil kompromi kedua
pertimbangan tersebut menentukan tempat busi di runag bakar.
|
Gambar di bawah menunjukkan skema sitem penyalaan
yang konvensional. Sistem ini terdiri dari sebuah baterai sebagai sumber energi
listrik, kontak penyalaan, tahanan (tidak terlalu diperlukan), distributor
(yang di dalmnya terdapat kontak pemutus arus, kam, kondensor, rotor dan alat
pengatur penyalaan), busi, serta kabel-kabel tegangan tinggi dan rendah.
Gb. 2 Sistem penyalaan baterai
a. Kumparan
Kumparan penyalaan terdiri dari dua bagian yaitu
kumparan primer dan kumparan sekunder. Kumparan primer mengandung kurang lebih
100 sampai 180 lilitan (Np) kawat tembaga halus, kumparan sekunder
mengandung kurang lebih 18.000 lilitan (Ns) kawat tembaga yang
bediameter lebih kecil. Pada umumnya Ns /Np berkisar
antara 100 sampai 130 tetapi ada juga antara 200-250 jika dipergunakan
transistor sebagai pengganti pemutus arus (dengan Np yang lebih
kecil).
b. Tahanan
(R)
Tahan R pengatur arus primer agar jangan naik terlau
tinggi. Adakalanya sipasang tahanan yang peka terhadap perubahan temperatur
yaitu bertambah besar jika temperatur naik. Kegunaannya adalah mencegah arus
primer yang terlu besar pada putaran yang rendah, yaitu pada titik kontak
penutup arus menutup dalam waktu yang relatif lama. Tahanan R juga dapat diatur
jangan sampai terlalu rendah pada temperatur yang sangat rendah karena dapat
mengakibarkan arus primer menjadi terlau besar.
c. Kam
Kam yang berputar bersama-sama dengan dengan rotor
tugasnya membukan dan menutup pemutur arus. Kecepatan putarannya pada mesin
2-langkah sam dengan kecepatan putaran putaran poros engkol, sedangkan untuk
mesin 4-langkah adalah sama dengan kecepatan ½ putaran dari poros engkol.
d. Rotor
Rotormembagi arus dari kumparan dari kumparan
sekunder ke setiap busi secara bergiliran.
e. Kondensor
Kondensor mempercepat pemutusan arus primer pada
waktu pemutus arus berada dalam keadaan terbuka serta mencegah terjadinya
loncatan api listrik pada kontak pemutus arus.
f. Busi
Busi merupakan tempat terjadinya loncatan api
listrik dengan adanya perbedaan tegangan yang terjadi di antara kedua elektorda
dari busi tersebut dengan tegangan diantara 10.000 – 20.000 volt.
g. Kabel
tengan tinggi dan tegangan rendah
Kabel tegangan tinggi sangat diperlukan untuk
menjamin kelancaran aliran arus tegangan tinggi dari sisi sekunder dari
kumparan penyalaan sampai dengan busi, kabel tegangan tinggi harus memiliki
daya isolasi yang baik.Dalam sistem penyalaan baterai kabel tegangan rendah
dipergunakan untuk menghubungkan komponen-komponen yang bertegangan
rendah/sesuai dengan daya dari sumber tenaga.
Cara kerja sistem penyalaan itu adalah sebagai
berikut (Gb. 1 dan 2). Pada waktu start, kontak penyalaan dalam keadaan
tertutupsedangkan kam dan rotor berputar sesuai dengan putaran mesin. Pada saat
pemutus arus menutup, arus listrik dari baterai mengalir melalui kumparan primer
P dan membangkitkan medan magnet. Medan magnet ini memotong kumparan primer dan
menginduksi back emf , yang menentang
arus listrik baterai sehingga memperlambat kenaikankekuatan medan magnet itu
sendiri (garis ABC pada gambar 3a). Dengan demikian arus primer dan kekuatan
medan magnet yang maksimum sangat bergantung pada lamanya pemutus arusberada
dalam keadaan tertutup, sehingga bergantung pada kecepatan dan kontur kam.
Pada waktu pemutus arus membuka, maka karena adanya
kondensor, arus primer segera akan terputus. Kakuatan medan magnet-pun menurun,
disusul oleh arus primer, yang semula memalui kontak pemutus arus, mengalir
menuju kondensor bertambah (CE) tetapi segera menurun kembali (EF).
Terjadi arus bolak-balik dalam kumparan primer (CFGH
dan seterusnya) yang mengubah energi magnet menjadi energi listrik di dalam
kumparan sekunder. Timbul pula tegangan yang sangat tinggi antara 10-20 kV. Di
dalam rangkaian sekunder seperti terlihat pada gambar 3b.
Sementara pada keadaan seperti di atas, kabel kumparan
sekunder oleh rotor disambungkan dengan kabel ke busi. Seandaianya tidah ada
kondensor, atau apabila kondensor rusak, maka pada waktu pemutus arus terbuka,
arus primer tidak dapat diputuskan dengan cepat (Gb. 3a, garis CC`). Akibatnya
loncatan api listrik akan terjadi anatar kontak pemutus arus; jadi, bukan di
antara kedua elektrode busi. Campuran bahan bakar – udara yang berada di dalam
ruang bakar tidak berhasil dinyalakan.
|
Gb. 3 Perubahan medan magnet di
dalam kumparan penyalaan
Proses membuka dan menutup kontak pemutus arus
adalah proses pukulan yang berlangsung berulang-ulang. Dengan sendirinya kontak
tersebut harus dibuat dengan bahan yang kuat dan tahan terhadap temperatur yang
tinggi (platina) agar jangan mudah rusak., terutam pada putaran rendah. Jarak
antara kedua kontak pemutus arus pada saat terbuka penuh berkisar antara
0,4-0,6 mm. Kapasitas kondensor biasanya antara 0,20-0,25 μf.
Arus kumparan primer pada mesin putaran tinggi
(dengan jumlah silinder lebih dari satu) dapat diperbesar jika waktu
tertutupnya kontak pemutus arus diperpanjang. Misalnya dengan mempergunakan
sistem dua kumparan penyalaan dan dua buah pemutus arus. Dapat juga dengan
jalan memperbesar tegangan baterai dan tahanan R. Jadi, bisanya baterai bertegangan
lebih tinggi diperlukan untuk mesin putaran tinggi (penggantian baterai 6 volt
menjadi 12 volt). Alat pengatur saat penyalaan otomatik dipergunakan untuk
memperoleh saat penyalaan yang tepat dan teliti pada setiap kecepatan dan
keadaan beban.
Pada motor Otto, waktu kelambatan penyalaan (delay period yaitu waktu antara
terjadinya loncatan api listrik pada busi dan saat mulai terjadinya nyala
pembakaran) berkisar antara 15-40 derajat engkol atau 1,7-4,5 ms pada putaran
1500 rpm. Waktu kelambatan penyalaan boleh dikatakan konstan. Oleh karena itu
semakin tinggi kecepatan mesin, saat penyalaan itupun harus diajukan untuk
memberikan waktu pembakaran yang sama.
Hal ini disebabkan karena pembakaran (oleh loncatan
listrik) meminta gerakan torak yang lebih panjang atau sududt engkol yang lebih
besar pada putaran poros yang lebih tinggi. Alat pengatur saat penyalaan
sebagai fungsi kecepatan dinamai centrifugal
advancer.
Disamping itu, saat penyalaan harus diajukan dan
dipercepat apabila mesin bekerja pada daerah beban rendah (part-loadoperation), yaitu keadaan operasi ketika katupgas tidak
terbuka penuh atau pada waktu mesin bekerja dengan campuran bahan bakar dan
udara yang miskin. Campuran bahan bakar dan udara yang miskin tidak cepat
terbakar, sehingga memerlukan waktu yang lebih lama. Untuk hal ini dipakai alat
pengatur saat penyalaan sebagai fungsi tekanan (vakum) salurah hisap yang
dikenal dengan nama vacuum advancer.
|
Untuk memperoleh putaran rendah dalam keadaan tanpa
beban, saat penyalaan itu harus diperlambat. Kedua alat penyalaan itu pada
umumnya dipergunakan dalam sistem penyalaan motor bensin. Prestasi motor bensin
yang menggunakan alat tersebut dapat dilihat pada Gb 4.
Gb. 4 Pengaruh centrifugal advancer dan vacuum
advancer
Untuk memperoleh daya yang maksimum dari suatu
operasi hendaknya penyalaan diatur sedemikian rupa sehingga tekanan gas
maksimum terjadi pada saat torak berada sekitar 15-20 derajat engkol sesudah
TMA. Jadi, penyalaan yang baik bergantung pada kecepatan perambatan nyala,
jarak perambatan nyala maksimum, dan kecepatan poros engkol.
Keterangan di atas ialah mengenai sistem penyalaan
yang konvensional. Usaha menyempurnakan sistem ini menyangkut mekanisme pemutus
arus. Tantangan tersebut terutama timbul karena adanya keinginan untuk menuju
motor dengan perbandingan kompresi dan kecepatan yang tinggi. Salah satu usaha
penting untuk dipertimbangkan salah memanfaatkan transistor sebagai pengganti
pemutus arus dan kondensor.
Beberapa konsep sistem penyalaan dengan transistor
terlihat pada Gb. 5 dan 6.
|
|
Gb. 5 Skema sistem penyalaan dengan ``ransistor Assisted Contact`
Gb. 6 Skema sistem penyalaan dengan `Pulse Actuated Transistor`
Sistem Magnetto.
Setelah kita membicarakan sistem penyalaan dengan baterai sebagai sumber energi
listrik, berikut ini akan diterangkan sistem penyalaan magneto tanpa baterai
(Gb. 7)
|
Gb. 7 Skema sistem magnetto tegangan rendah, dua kutub.
Medan magnet di dalam teras kumparan primer dan
sekunder dibangkitkan oleh putaran magnet permanen. Apabila magnet berputar,
medan magnet yang dibangkitkan di dalam teras akan berubah-ubah dari harga
maksimum positif menuju maksmum negatif dan sebaliknya.
Pada waktu medan magnet turundan harga maksimum
positif, terinduksilah tegangan dan arus bolah balik di dalam kumparan
primer.Arus primer ini membangkitkan medan magnet pula yang menentang perubahan
medan magnet dari magnet yang berputar. Dengan demikian medan magnet (total)
yang menyelubungi kumparan primer tetap konstan (tingi) meskipun besarnya medan
magnet di dalam terus turun. Pada waktu magnet permanen berputar menjauhi kutup
terasnya, pada saat mencapai kedudukan tertentu arus primer mancapai harga
maksimum. Akan tetapi pemutus arus akan segera terbuka sehingga arus primer
itupun terputus. Di dalam kumparan sekunder akanterinduksi tegangan tinggi
sehingga terjadi loncatan api listrik di antara keduan kutup elektrode busi.
Sistem penyalaan magneto ini merupakan sistem
penyalaan yang sangat efisien, dapat diandalkan dan sangat cocok untuk mesin
pesawat terbang. Krena tidak memerlukan baterai, sistem penyalaannya ini dapat
diapakai pada mesin berukuran kecil. Sistem penyalaan magneto juga memenuhi
persyaratan yang diperlukan oleh mesin putaran tinggi karena arus primernya bertambah
besar sejalan dengan putaran magnet primernya. Akan tetapi pada putaran rendah
arus primer sangat rendah sehingga untuk mengatasi hal tersebut (terutama pada
saat start) pada umumnya diperlukan bantuan baterai atau starter yang baik.
Pengaturan saat penyalaan pada sistem penyalaan
magneto relatif lebih sukar daripada sistem penyalaan baterai. Sebabnya adalah
karena kontak pemutus arus harus terbuka pada posisi tertentu dari magnet
permanen. Tetapi, karena pada magnet permanen itu dipasng pada poros engkol,
salah satu kemungkinan untuk mengubah saat penyalaan adalah dengan cara
mengubah (memutar) posisi magnet tersebut relatif terhadap poros engkol.
Busi
Gb. 8 memperlihatkan sebuah busi sedangkan Gb. 9
memperlihatkan kedudukannya dalam mesin. Kedua elektroda dipisahkan oleh
isolator listrik agar loncatan listrik hanya terjadi di antara ujung-ujung
elektrode saja. Bahan isolator ini harus memiliki :
·
Tahanan listrik yang baik,
·
Tidak rapuh terhadap kejutan mekanik dan
thermal,
·
Merupakan konduktor panas yang baik, dan
·
Tidak bereaksi kimia dengan gas hasil
pembakaran.
Dahulu banyak digunakan keramik dan mika. Tetapi
keramik sangatlah rapuh mudah rusak, dan beraksi dengan gas pembuangan yang
mengandung timah hitam. Mika harganya mahal dan tidak mudah didapatkan dengan
jumlah yang banyak. Di samping itu mudah berubah bentuknya setelah mengalami
pemanasan yang melampaui batas. Oleh karena itu, kini banyak digunakan
islolator dari aluminium dan oksida silikon.
|
Karena selalu dipasang pada dinding ruang bakar,
busi tersebut menjadi panas setelah mesin berjalan cukup lama. Maka busi harus
dibuat dari bahan yang tahan temperatur tinggi supaya jangan cepat rusak, dan
jangan menjadi terlalu panas, sehingga mengganggu proses pembakaran.
Gb. 8 Konstruksi busi
Keterangan gambar :
1. Bagian
ulir busi
2. Lokasi
3. Paduan
nike
4. Paduan
alumina
5. Bagian
ini kososng atau berisi tahanan
6. Paking
datar atau kerucut
7. Celah
elektrode
Khusus elektrodenya harus dibuat dari logamyang
selain taham terhadap temperatur yang tinggi, mempunyai konduktivitas yang baik
serta tahan erosi dan korosi, misalnya logam campuran kromium-barium; atau
campuran logam platinum dengan tungsten atau isridium.
Busi hendaknya didinginkan dengan baik untuk
mencegah penyalaan campuran bahan bakar dan udara sebelum waktunya. Akan tetapi
apabila isolator listrik dan elektrode terlalu dingin mudah terjadi kerak yang
mengisi sela kedua elektrode dan menghalangi terjadinya loncatan api listrik.
Sebaliknya jika terlalu panas isolator listrik itu
cepat rusak, atau membangkitkan penyalaan sebelum waktunya (prematur), sebelum
terjadi loncatan api listrik antara kedua elektrode busi. Jadi, hendaknya busi
didinginkan sampai temperaturya cocok dengan kondisi operasinya. Temperatur
busi tergantung pada luas bidang isolator yang berhadapan dengan gas panas,
posisi elektrode terhadap ruang bakar, serta lintasan perpindahan kalor dari
ujung elektrode dan isolator ke fluida pendingin.
Bedasarkan hal di atas, busi dapat dibagi dalam dua
kelompok besar yaitu busi dingin dan busi panas (Gb. 9)
|
Gb. 9 Busi panas dan busi dingin. Tanda panah
menunjukkan jalan perpindahan kalor dari elektrode yang panas ke fluida
pendingin.
Kondidi operasi mesin menentukan busi mana yang baik
untuk digunakan. Untuk mesin dengan tekanan efektif rata-rata dan putaran
tinggi maka sebaiknya dipergunakan busi dingin untuk mencegah penyalaan
prematur, terutama pada mesin daya tinggi. Dalam usaha melindungi ujung
elektorde dari panas pembakaran dapat digunakan extended, standard dan retracted-electrodes
(Gb. 8), Busi yang menggunakan elektrode extended, standard dan retracted-electrodes
adalah juga berturut-turut busi dingin,sedang dan busi panas.
3.
Sistem
Bahan Bakar
Pada motor bensin kita selalu mengharapkan bahwa
bahan bakar – udara yang masuk ke dalam ruang bakar telah bercampur dengan baik
sebelum dilakukan proses pemampatan dan dinyalakan oleh loncatan api listrik
busi. Banyak untuk cara memperoleh campuran yang baik tersebut, salah satunya
adalah memempatankan sebuah karburator yang berfungsi untuk mencampur bahan
bakar dan udara yang kemudian masuk ke runag bakar.
|
Gb. 10 Skema suatu sistem penyaluran bahan bakar
Pompa bahan bakar (biasanya jenis positive displacement) mengalirkan bahan
bakar dari tangki bahan bakar ke karburator untuk memenuhi jumlah bahan bakar
yang harus tersedia di dalam karburator. Pompa ini terutama dipakai apabila
letak tangki bahan bakar lebih rendah daripada karburator.
Untuk mebersihkan bahan bakar dari kotoran yang
mengganggu aliran atau menyumbat saluran bahan bakar, terutama saluran di dalam
karburator dipergunakan saringan. Sebelum masuk ke dalam silinder, udara
mengalir melalui karburator yang engatur pemasukan, pencampuran, dan pengabutan
bahan bakar ke dalam arus udara sehingga diperoleh perbandingan campuran yang
sesuai dengan keadaan bebap dan kecepatan poros engkol atau kendaraan.
|
Penyempurnaan pencampuran bahan bakar dan udara
tersebut berlangsung, baik di dalam saluran isap maupun di dalam silinder
sebelum campuran itu terbakar. Campuran tersebut haruslah homogen serta
perbandingannya sama untuk setiap silinder. Campuran kaya diperlukan dalam
keadaan tanpa beban dan beban penuh, sedangkan campuran yang miskin di gunakan
dalam keadaan operasi normal.
Gb. 11 Gambar sebuah karburator sederhana
(a) Katup gas dalam keadaan tertutup, tanpa beban
1. Udara atmosfer
2. Saluran bahan bakar tanpa beban
3. Pelampung
4. Bahan bakar masuk dari tangki
5. Campuran bahan bakar dan udara melalui saluran
isap
6. Saluran ventilasi tanpa beban
7. Saluran udara tanpa beban
8. Sekrup pengatur tanpa beban
9. Saluran campuran tanpa beban
10. Cadangan tanpa beban
11. Orifis pengatur tanpa beban
12. Nosel tanpa beban
13. Katup gas
|
(b) Katup gas terbuka penuh
1. Udara atmosfer
2. Tabung tekan
3. Pelampung
4. Bahan bakar masuk
5. Orifis pengatur bahan bakar
6. Campuran bahan bakar dan udara melalui saluran
isap
7. Nosel
8. Venturi
9. Katup gas
Banyak jenis karburator yang dapat dipergunakan,
masing-masing dengan konstruksi yang sesui dengan tuhjuan penggunaannya, sesuai
dengan prestasi mesin yang akan digunakan, serta sesuai dengan selera atau
keinginan perancangnya. Pada umumnya sebuah karburator diperlengkapi dengan choke, yaitu sebuah katup udara yang
dipasng diantara saringan udara dan venturi. Katup udara berfungsi membati
aliran udara masuk ke dalam silinder. Jika katup udara tersebut ditutup, aliran
udara akan berkurang sehingga dapatlah diperoleh perbandingan campuran baham
bakar dan udara yang lebih kaya. Hal ini terutama diperlukanpada waktu
menghidupkan (start) ,esin dalam keadaan dingin. Disamping itu, dalam keadaan
tanpa beban dan pada putaran rendah, yaitu pada waktu katup gas ada dalam
posisi hampir tertutup, besar kemungkinan bahan bakar tidak mengalir melalui
kerongkongan nosel (venturi). Maka karburator perlu dilengkapi dengan orifis tanpa beban dan/atau nosel tanpa
beban serta sekrup pengatur.
Dengan sekrup pengatur kita dapat mengatur kecepatan
putaran mesin yang sebaik-baiknya pada keadaan tanpa beban. Karburator mesinj
kendaraan biasa juga dilengkapi dengan pompa akselerasi yaitu sebuah alat untuk
memasukkan sejumlah bahan bakar tambahan (untuk memperoleh campuran bahan bakar
dan udara kaya) pada waktu katup gas dibuka dengan tiba-tiba; misalnya, untuk
mempercepat jalannya kendaraan pada waktu hendak menyusul kendaraan lain.
Karburator dengan ruang pelampung (yang lazim)
merupakan salah satu jenis yang sangat sederhana jika dipandang dari segi
komponennya yang tidak banyak menggunakan bagian bergerak; jadi, tidak banyak
,e,erlukan bantalan. Oleh karena itu perawatannya mudahdan sederhana. Namun
demikian, ada cara lain untuk memasukkan bahan bakar ke dalam arus udara itu.
Misalnya, dengan menyemprotkan bahan
bakr (dengan tekanan) ke dalam arus udara seperti banyak digunakan pada mobil
pada mobil balap, terutama untuk memperoleh daya yang sebesar-besarnya.
Kerburator semacam ini dinamai Injection
carburator.
Injection
carburator juga digunakan pada mesin pesawat terbang. Untuk
penerbangan akrobatik, pesawat terbang tidak dapat menggunakan karburator
dengan pelampung. Disamping itu perlu diadakan pencegahan agar uap udara
atmosfer tidak membeku pada venturi atau katup gas, sebagai akibat menguapnya
bahan bakar di dalam daerah tersebut. Pwmbentukan es pada katup gas atau
venturi akan mengambat atau menghalangi masuknya udara, sehingga sangat
mebahayakan.
Sudah barang tentu injection carburator jauh lebih mahal daripada karburator yang
lazim. Pemasukan bahan bakar dapat dilakukan di beberapa tempat sesudah (dekat)
katup gas, dekat katup isap, tetapi juga dapat disemprotkan ke dalam silinder
seperti pada motor Diesel (stratified
charge engine).
Berikut ini diberikan contoh sistem
penyemprotan bahan bakar secara elektronik. Seperti sebelumya, bahan bakar
dapat dimasukkan ke dalam aliran udara dengan penyemprot bahan bakar. Skema
sebuah sistem penyemprotan bahan bakar (elektronok) dapat dilihat pada Gb. 12.
Penyemprot bahan bakar dipasang pada
saluran isap, dekat dengan katup isap. Jumlah bahan bakar yang dimasukkan
tergantung dari lama pembukaan katup penyemprot. Maka hanya ada dua kedudukan
katup yaitu buka dan tutup. Aliran bahan bakar tersebut terjadi karena kerja
pompa, dan diatur supaya bertekanan konstan (2-3 kg/cm2). Pengaturan
tekanan bahan bakar dilakukan oleh alat pengatur tekanan bahan bakar, yaitu
menutup membuka sebuah katup pipa bahan bakar dengan bantuan tekanan vakum.
Pada sistem ini digunakan sebuah unit kontrol yang mengatur jumlah bahan bakar
yang dimasukkan secara aoutomatik (elektronis). Jumlah bahan bakar yang
dimasukkan adalah fungsi dari :
a. Jumlah
udara masuk motor (sensor tekanan udara masuk)
b. Temperatur
udara (sensor temperatur udara atmosfer;untuk start)
c. Temperatur
sislinder ( sensor temperatur)
d. Pembukaan
katup gas (sensor simpangan)
e. Putaran
motor (sensor distributor)
f. Perbandingan
udara dan bahan bakar (sensor oksigen dalam gas buang; sensor lambda)
|
Gb. 12 Skema
sistem penyemprot bahan bakar motor Otto secara elektronik dengan pengontrolan
aliran udara (air flow control)
Keterangan gambar :
1.
Tangki bahan bakar
2.
Saringan bahan bakar
3.
Pompa bahan bakar
4.
Katup start dingin
5.
Penyemprot
6.
Sensor temperratur
7.
Silinder
8.
Distributor
9.
Koil penyalaan
10. Unit
kontrol
11. Sakelar
katup gas
12. Sensor
udara masuk
13. Resistor
14. Saluran
isap
15. Sakelar
waktu
16. Pengatur
tekanan bahan bakar
17. Pengatur
udara tambahan
18. Udara
19. Ke
relai pompa
|
Dalam keadaan dingin, dimana diperlukan campuran
kaya untuk start, sakelar thermal akan membuka katup start dingin (±3 –
10detik). Dengan sistem ini diharapkan dapat dicapai penakaran bahan bakar yang
tepat, sesuai dengan daya dan efisiensi yang diminta, serta dengan tingkat
emisi gas buang yang rendah. Tekanan vakum yang tinggi, katup gas tertutup, dan
jumlah udara masuk yang kecil menunjukkan kondisi deselerasi. Dalam keadaan
tersebut katup penyemprot tertutup sehingga menghentikan aliran bahan bakar dan
emisi gas buang. Demikian pula jika sensor oksigen pada saluran buang
menunjukkan campuran kaya, unit kontrol akan mengurangi wajktu tutup katup
penyemprot bahan bakar dalam keadaan terbuka, untuk mengurangi jumlah bahan
bakar yang dimasukkan. Gambar penyemprot bahan bakar dan alat pengatur tekanan
bahan bakar dapat dilihat berturut-turut pada gambar di bawah.
|
Gb. 13 Penyemprot bahan bakar dilengkapi dengan
katup buka tutup. Apabila katup jarum terangkat (oleh gaya elektromagnetik)
lubang penyemprot terbuka dan bahan bakar masuk ke dalam silinder.
Gb. 14 Pengatur tekanan mempertahankan bahan bakar
konstan dengan jalan mengembalikan kelebihan bahan bakar ke dalam tangki bahan
bakar.
4.
Bahan
Bakar dan Proses Pembakaran
Campuran bahan bakar dan udara di dalam silinder
motor bensin harus seuai dengan syarat busi di atas, yairu jangan terbakar
sendiri. Ketika busi mengeluarkan api listrik, yaitu pada saat beberapa derajat
engkol sebelum torak mencapai TMA, campuran bahan bakar dan udara di sekitar
itulah yang mula-mula terbakar. Kemudian nyala api merambat kesegala arah
dengankecepatan yang sangat tinggi (25-50 m/detik), menyalakan campuran yang
dilaluinya sehingga tekanan gas di dalam silinder naik, sesuai dengan jumlah
bahan bakar yang terbakar.
Sementara itu campuran dibagian yang terjauh dari
busi menunggu giliran untuk terbakar. Akan tetapi ada kemungkinan bagian
campuran tersebut terakhir, karena terdesak oleh penekanan torak maupun oleh
gerakan nyala api pembakaran yang merambat dengan cepat itu, temperaturnya
dapat melampaui temperatur penyalaan sendiri sehingga akan terbakar dengan
cepatnya (meledak). Proses terbakar sendiri dari bagian campuran yang terakhir
(terjauh dari busi) dinamai detonasi.
Gb. 15 menunjukkan peristiwa detonasi di dalam silinder motor bensin.
|
Gb. 15 Keadaan di dalam ruang bakar sebelum dan
sesudah detonasi dari bagian campuran bahan bakar dan udara terakhir
Tekanan di dalam silinder tersebut dapat mencapai
130-200 kg/cm2, dengan frekuensi getaran mencapai 4000-5000 cps.
Detonasi yang cukup berat menimbulkan suara gmelethik
seperti bunyi pukulan palu pada dinding logam. Bunyi tersebut jelas terdengar
pada mesin mobil atau sepeda motor. Akan tetapi pada mesin pesawat terbang
jarang terdengar karena terkalahkan oleh bunyi gas pembakaran yang keluar dari
mesin dan bunyi baling-baling.
Detonasi yang berulang-ulang pada waktu yang cukup
lama dapat merusak bagian ruang bakar, terutama bagian tepi dari kepala torak
tempat detonasi terjadi. Di samping itu detonasi mengakibatkan bagian runag
bakar (misalnya busi atau kerak yang ada) sangat tinggi temperaturnya, atau
pijar, sehingga dapat menyalakan campuran bahan bakar dan udara sebelum
waktunya (pranyala). Pranyala ini serupa dengan penyalaan yang terlalu pagi.
Jadi, jangan mengurangi daya dan efisiensi mesin, sedangkan tekanan maksimum
gas pembakaranpun akan bertambah tinggi. Karena, detonasi (yang dhsyat) tidak
dikehendaki dan harus dicegah. Seluruh campuran bahan bakar dan udara harus
dinyalakan oleh nyala api yang berasal dari busi. Berikut beberap cara untuk
mencegah detonasi :
1.
Mengurangi tekanan dan temperatur bahan
bakar dan udara yang masuk ke dalam silinder,
2.
Mengurangi perbandingan kompresi,
3.
Merperlambat penyalaan,
4.
Memperkaya (yaitu menaikkan
perbandingan) campuran bahan bakar dan udara atau mempermiskin (yaitu
menurunkan perbandingan) campuran bahan bakar dan udara dari suatu harga perbandingan
campuran (misalnya, f = 0.08) yang sangat mudah berdetonsai,
5.
Menaikkan kecepatan torak (atau poros
engkol), untuk memperoleh arus turbulen pada campuran di dalam silinder yang
mempercepat rambatan nyala api,
6.
Memperkecil diameter torak untuk
memperpendek jarak yang ditempuh oleh nyala api dari busi ke bagian yang
terjauh. Hal ini bisa juga dicapai jika dipergunakan busi lebih dari satu,
7.
Membuat konstruksi ruang bakar
sedemikian rupa sehingga bagian yang terjauh dari busi mendapat pendinginan
yang lebih baik. Caranya adalah dengan memperbesar perbandingan antara luas
permukaan dan volume sehingga diperoleh ruang yang sempit. Apabila detonasi itu
terjadi juga, hanyalah dalam bagian yang kecil (jumlahnya) sehingga tidak
membahayakan.
Disamping
itu busi di tempatkan dipusat ruang bakar yaitu antara katup buang (bagian yang panas) dan katup isap
(tempat kemungkinan besar terdapat campuran kaya). Beberapa jenis ruang bakar
yang bias dipergunakan pada motor bensin dalapat dilihat pada gambar di bawah
ini.
|
Gb. 16 Beberapa macam ruang bakar
motor bensin
Keterangan
gambar :
(a),
(b) Mesin berkendaraan bermotor (1965)
(c),
(d) Mesin kepala L dan F
(e) Mesin pesawat terbang dan mobil balap
(f) Mesin penguji bahan bakar CFR
(g) Mesin kendaraan bermotor, dua langkah
Keperluan bilangan oktana dahan
bakar untuk beberap jenis ruang bakar dapat dilihat pada Gb. 17. Dari gambar
tersebut dapat diketahui bahwa jenis CIH
(Chamber In Head) memerlukan bilangan oktana yang relatif rendah. CIH dapat berupa EX-CIH (Exhaust Valve Side Chamber In Head) atai IN-CIH (Intake Valve Side Chamber In Head),
berturut-turut mengatakan bahwa katup buang atau katu isap ada dalam ruang
bakar utama. Dari pengujian dapat diketahui bahwa imumnya EX-CIH menghasilkan momen putar dan efisiensi thermal lebih baik
daripada IN-CIH. Gb. 18 menunjukkan
skema runag bakar jenis EX-CIH.
|
|
Gb. 17 Keperluan bilangan oktana beberapa ruang
bakar (Pustaka 15)
Gb. 18 Skema ruang bakar EX-CIH
8.
Menambahkan air kedalam udara yang masuk
untuk menurunkan temperatur bagian campuran terakhir.
Komentar
Posting Komentar