6 BAB II LANDASAN TEORI Salah satu jenis penggerak mula yang

BAB II
LANDASAN TEORI
Salah satu jenis penggerak mula yang sering dipakai adalah mesin kalor.
Yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk melakukan kerja mekanik.
Energi itu sendiri dapat diperoleh dengan proses pembakaran. Ditinjau dari cara
memperoleh energi thermal mesin kalor thermal
dapat dibagi menjadi dua
macam, yaitu mesin pembakaran luar dan mesin pembakaran dalam. Mesin
pembakaran luar adalah mesin yang proses pembakarannya terjadi di luar mesin,
energi thermal dari hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui
beberapa dinding pemisah, contohnya : mesin uap. Sedangkan mesin pembakaran
dalam atau yang sering disebut dengan motor bakar adalah mesin yang proses
pembakarannya berlangsung dalam motor bakar itu sendiri, contohnya motor
bakar torak, sistem turbin gas, dan propulsif pancar gas.
2.1 Motor Bensin
Motor bensin yang menggerakkan mobil penumpang, sedan, minibus, sepeda
motor, skuter, dan jenis kendaraan lain dewasa ini merupakan perkembangan dan
perbaikan mesin yang sejak awal ditemukannya dikenal sebagai motor Otto,
Motor ini dilengkapi dengan busi dan Karburator. Busi dapat menghasilkan
loncatan api listrik yang menyalakan campuran bahan bakar dan udara segar,
karena itu motor bensin cenderung dinamakan Spark Ignition Engine.
Bahan bakar yang digunakan adalah bensin (C8H12) yang mempunyai
komposisi elemen lain seperti N (Nitrogen),S (sulfur),O (oksigen),abu dan air
(moisture).
Sedangkan Karburator adalah tempat pencampuran bahan bakar dengan
udara. Terjadinya pencampuran dikarenakan bahan bakar terhisap masuk atau
terjadi proses penyemprotan ke dalam arus udara segar yang masuk kedalam
karburator. Campuran bahan bakar dan udara segar yang terjadi itu sangat mudah
terbakar. Komposisi yang tepat antara jumlah massa bahan bakar dengan udara
adalah kurang lebihnya 1 berbanding 15 agar bensin dapat terbakar dengan
sempurna, akan tetapi jumlah massa udara yang dapat dimasukkan ke dalam
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
6
silinder terbatas oleh volume silinder. Perbandingan kompresi motor dapat
ditentukan dengan perbandingan berikut:
E = Vs + Vc …………..…(Mukasawan,Drs,Teknik Mesin Mobil:hal. 44).
Vc
Di mana:
E = Perbandingan Kompresi
Vs = Volume langkah Piston
Vc = Volume ruang bakar
Campuran udara dan bahan bakar dikompresikan dalam silinder dengan
tekanan kompresi rendah ~ 8 – 13 bar ( 0,8 – 13 Mpa ), temperatur naik 400 –
6000C. Busi meloncatkan bunga api maka terjadi penyalaan / pembakaran.
Pembakaran campuran bahan bakar ini menyebabkan mesin menghasilkan
daya. Semakin banyak campuran udara dan bahan bakar yang terbakar maka akan
semakin besar pula daya mekanik yang dihasilkan. Di dalam siklus Otto (ideal)
pembakaran tersebut dimisalkan sebagai pemasukan panas pada volume konstan.
2.1.1. Prinsip kerja Motor Bakar Torak
Motor bakar torak terbagi menjadi dua jenis berdasarkan dengan proses
pembakarannya, yaitu :
1. Motor Bakar 2 langkah
2. Motor Bakar 4 Langkah
Motor bakar 4 langkah adalah motor bakar yang mengaplikasikan 4
langkah kerja di dalam satu siklusnya yaitu langkah hisap, langkah kompresi,
langkah ekspansi/kerja, dan langkah buang, Sedangkan motor bakar 2 langkah
adalah motor bakar yang mengaplikasikan Cuma 2 langkah kerja di dalam satu
siklusnya yaitu langkah isap dan langkah buang. Dari kedua prinsip motor bakar
diatas tiap langkah yang dihasilkan dapat menyebabkan daya yang akhirnya dapat
memutar poros engkol.
Berikut ini akan dijelaskan langkah kerja pada motor bakar torak 4
langkah, yaitu :
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
7
Sumber: www. Wikipedia.com, combustion engine
Gambar : 2.1
1. Langkah Hisap
Ketika posisi katup masuk terbuka dan katup buang tertutup torak
bergerak dari titik mati atas (TMA) menuju titik mati bawah (TMB),
melalui katup hisap yang terbuka maka campuran udara bahan bakar
terhisap masuk ke dalam silinder.
2. Langkah Kompresi
Setelah mencapai TMB, torak kembali menuju TMA. Posisi kedua katup
tertutup. Campuran udara-bahan bakar terkurung dalam ruang silinder
yang dimampatkan oleh torak yang menekan menuju TMA. Volume
campuran udara bahan bakar menjadi kecil oleh karena itu tekanan dan
temperaturnya naik sehingga campuran tadi mudah sekali terbakar.
3. Langkah Ekspansi / Kerja
Pada saat torak hampir mencapai TMA campuran udara bahan bakar
dinyalakan oleh percikan api dari busi, maka terjadilah proses pembakaran
sehingga tekanan dan temperaturnya naik. Akhirnya torak mencapai TMA
dan gas pembakaran mampu mendorong torak bergerak kembali ke TMB.
Posisi kedua katup masih dalam keradaan tertutup.
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
8
4. Langkah Buang
Pada saat langkah buang posisi katup masuk tertutup rapat dan posisi
katup buang terbuka. Gas sisa hasil pembakaran ditekan keluar oleh torak
yang bergerak menuju TMA dan gas sisa dari hasil pembakaran keluar
melalui katup buang. Setelah langkah buang selesai siklus dimulai lagi
dari langkah hisap dan seterusnya.
2.1.2. Siklus motor bensin (Otto)
Siklus Otto udara standar adalah siklus yang direalisasikan, yang ditiru
secara mendekati oleh mesin motor bakar dengan penyalaan bunga api. Mesin
dalam gambar 2.2
Sumber: Cengel, Yunus A., dan Boles, Michael A., 1994, Thermodynamic: An Engineering
Approach, Mc. Graw-Hill Inc., United State of America. Hal 10
Gambar 2.2
bekerja menurut urutan berikut, dimulai dengan kedudukan torak pada TMA.
a. Campuran udara dan bahan bakar yang diuapkan ke dalam silinder
pada langkah isap dari torak penghisap, T0-T1
b. Campuran ditekan pada langkah ke atas (kembali) dari torak T1-T2
c. Campuran dinyalakan dengan bunga api, dan pembakaran dilakukan
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
9
pada volume konstan, T2-T3
d. Gas panas berekspansi, yang menimbulkan langkah tenaga, T3-T4
e. Katup buang dibuka, dan hasil-hasil pembakaran mengalir ke luar, pada
volume konstan T1-T4
f. Gas-gas pembakaran di dalam silinder, sewaktu dicapai kesetimbangan
tekanan dengan udara luar, didorong ke luar lebih lanjut akibat langkah
buang yang mengembalikan torak peghisap ke posisi TMA, akan tetapi
sejumlah produk pembakaran ,asih tertinggal di dalam ruang bebas
(clearance spare)
Perlu diperhatikan bahwa urutan proses lengkap di atas memerlukan empat
langkah dari torak atau dua putaran posos engkol. Suatu mesin bekerja secara itu
disebut mesin 4 langkah dikenal juga dengan mesin 4 tak,
Efisiensi termik suatu mesin pada penyalaan bunga api dinyatakan oleh :
η thermal (%) = 100 [1 -
1
]...........................................................
( V1/V2)γ-1
................................................(Zears.Zemansky,Fisika untuk Universitas,hal:450).
di mana:
V1/V2 = Perbandingan Kompresi
γ
= Perbandingan kapasitas kalor jenis pada tekanan konstan
terhadap kalor jenis pada volume konstan (Cp/Cv).
Berikut
ini
adalah
penggolongan
bensin
berdasarkan
angka
oktannya
(Mukasawan,Teknik Mesin Bensin Mobil,hal:44) :
Tabel 2.1 Nilai oktan
Bahan Bakar
Angka Oktan
Penggunaan pada perbandingan
Kompresi
Bensol
Super 98
Premium
Bensin biasa
100-200
98
82-92
72-82
Lebih dari 12 : 1
9 : 1 s/d 11 : 1
7 : 1 s/d 9 : 1
6 : 1 s/d 7 : 1
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
10
Perlu diperhatikan bahwa efisiensi Siklus Otto udara standar hanya
merupakan angka kompresi. Itulah sebabnya mengapa ada kecenderungan untuk
mempetinggi angka kompresi. Efisiensi termik suatau siklus otto yang
menggunakan gas ideal dengan panas jenis konstan ditunjukkan pada gbr
2.2.untuk berbagai jenis harga kompresi dan perbandingan panas jenis.
Grafik Hubungan antara Efisiensi Thermal dengan perbandingan kompresi
ηt
Ratio Compresi (Rc)
Gambar 2.3
2.2. Proses Pembakaran
2.2.1. Air Fuel Ratio
Suatu reaksi pembakaran dari sebuah bahan bakar hanya bisa dilakukan
bila perbandingan antara senyawa hydrocarbon dengan udara atau oksigen berada
dalam batas interval tertentu. Interval ini disebut Flammability Limit. Reaksi
pembakaran ini tidak bisa terjadi bila campuran gas tersebut terlalu banyak bahan
bakarnya ( ultra rich mixture ), ataupun bila terlalu sedikit bahan bakar ( ultra
lean mixture ). Indikator Air Fuel Ratio atau AFR adalah perbandingan jumlah
udara terhadap jumlah bahan bakar yang mengikuti reaksi pembakaran tsb.
Untuk bahan bakar dengan spesifikasi standard, theoretical AFR-nya :
(pendekatan)
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
11
Bahan bakar bensin [C8H18] = 11.44 Nm3/kg.
Bahan bakar solar [C16H30] = 11.10 Nm3/kg.
Untuk sistem mobil bensin dengan pembakaran premixed ( MPI ), AFR
yang bekerja biasanya antara 12 dan 18. Sedangkan untuk mesin diesel dengan
bahan bakar solar berkisar antara 18 dan 70. Dari perbandingan ini terlihat mesin
diesel memiliki fleksibilitas lebih dari pada sistem mesin bensin.
Namun dengan kemajuan teknologi baik dalam analisa pembakaran
maupun teknologi pendukung seperti control, dan mutu bahan bakar injektor,
mesin bensin juga bisa dioperasikan dalam kondisi AFR yang cukup tinggi,
artinya sedikit bahan bakar dan banyak udara atau lean combustion. Ini misalnya
dengan mengaplikasikan sistem Direct Injection Stratified Charge Combustion
atau Gasoline Direct Injection, yang mana bahan bakar diusahakan tetap berada
dalam toleransi AFR yang mungkin terbakar di sekitar busi, dan membiarkan
lokasi lain berada dalam kondisi ultra lean mixture. Sehingga secara total siklus,
AFR rata-rata nya berada dalam kondisi yang cukup besar, namun karena AFR
lokal di sekitar busi berada antara 12 dan 18 maka pembakaran bisa terjadi.
Untuk mengontrol jumlah bahan bakar yang masuk kedalam silinder dari
setiap siklus, biasanya dipasang sebuah sensor yang mengeluarkan aliran listrik
dengan tegangan tertentu yang tergantung dari konsentrasi oksigen di exhaust gas
siklus tsb. Sensor ini sering disebut oksigen sensor atau lambda sensor untuk
mesin diesel. Dengan adanya informasi feed back ini, pembakaran dengan kondisi
AFR tertentu bisa dikontrol. Hal ini sangat berpengaruh sekali dalam usaha
penekanan kandungan emissi atau pollutant dari sebuah mesin, karena sistem
catalist pembersih bekerja dengan optimum ketika reaksi pembakaran berada
dalam kondisi yang sempurna atau stoichiometric. Catalist ini berfungsi untuk
mereduksi hydrocarbon yang tidak terbakar, CO, maupun NOx biasa dikenal
dengan Three Way Catalyst System, alatnya disebut Catalytic Converter dan tiga
tahap dalam proses tersebut yaitu::
1.
Reduksi Nitrogen Oksida menjadi nitrogen dan Oksigen : 2NOx →
xO2+N2
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
12
2.
Oksidasi Carbon Monoksida menjadi Karbon Dioksida : 2CO + O2 →
2CO2
3. Oksidasi senyawa Hidrokarbon yang tak terbakar (HC) menjadi Karbon
Dioksida dan air : 2CxHy + (2x+y/2)O2 → 2xCO2 + yH2O
Perbandingan campuran pada mesin otomotif bervariasi dan dapat diatur
sesuai kebutuhan. Daya yang besar memerlukan campuran yang sedikit kaya (λ
sekitar 0,85 s/d 0,95), tetapi untuk keperluan hemat bahan bakar campuran bisa
sedikit miskin (λ sekitar 1 s/d 1,05). Apabila campuran terlalu kaya pemakaian
bensin jadi boros dan dayanya juga turun, sementara bila campuran terlalu miskin
daya mesin berkurang dan pemakaian bahan bakar juga menjadi lebih boros.
Sehingga nilai λ = 1 merupakan pilihan paling baik untuk emisi gas buang, daya
yang dihasilkan, dan konsumsi bahan bakar.
Campuran ideal untuk pembakaran antara udara dan masing-masing
senyawa penyusun bensin dapat dihitung dari massa relatif masing-masing atom
dan kesetimbangan reaksi kimia. Massa relatif atom-atom penyusun bensin dan
oksigen adalah :
Carbon, C : 12
Hidrogen, H : 1
Oxygen, O : 16
Persamaan reaksi kesetimbangan untuk proses pembakaran sempurna dari Octana
adalah:
2C8H18 + 25 O2 16 CO2 + 18 H2O (2.1)
massa molekul relatif dari 2 C8H18 adalah :
2 ((12 x 8) + (1 x 18)) = 228
massa molekul relatif dari 25 O2 adalah :
25 (16 x 2) = 800
Sehingga perbandingan antara Oksigen dan Oktana untuk pembakaran sempurna
adalah 800 : 228 =
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
13
3,5 : 1 dengan kata lain untuk membakar 1 Kg Oktana dibutuhkan 3,5 Kg
Oksigen. Kandungan Oksigen dalam udara bebas adalah 23% per satuan massa
udara atau 21% per satuan volume, berarti setiap 1 Kg udara bebas mengandung
0,23 Kg Oksigen. Sehingga untuk mendapatkan 1 Kg Oksigen diperlukan 4,35 Kg
Udara.
Campuran ideal antara udara dan bensin untuk proses pembakaran Oktana secara
keseluruhan adalah (3,5 x 4,35) : 1 = 15,2 : 1.
Dengan perhitungan yang sama untuk Cyclohexane dan Benzena didapatkan :
Cyclohexane :
C6H12 + 9 O2 6 CO2 + 6 H2O (2.2)
Air – fuel ratio : 14,7 : 1
Benzena:
2C6H6 + 15 O2 12 CO2 + 3 H2O (2.3)
Air – fuel ratio : 13,2 : 1
Perhitungan perbandingan di atas disebut perhitungan perbandingan ideal atau
perbandingan Stoichiometric.
Nilai λ mengindikasikan seberapa besar penyimpangan jumlah udara dalam
campuran dibandingkan dengan kebutuhan secara teori.
Nilai λ
Tabel 2.2 Arti Nilai λ
Keterangan
λ << 1
1 udara yang dimasukkan sangat kurang dari kebutuhan teori.
λ<1
1 udara yang dimasukkan kurang dari kebutuhan teori.
λ=1
1 udara yang dimasukkan sesuai dengan kebutuhan teori.
λ>1
udara yang dimasukkan lebih banyak dari kebutuhan teori.
λ >> 1
udara yang dimasukkan jauh lebih banyak dari kebutuhan teori
2.2.2. Specific Fuel Consumption (SFC)
Pada pengujian motor, bahan bakar konsumsi diukur sebagai laju aliran atau aliran
massa (mf) setiap satu satuan waktu. Parameter mesin yang berguna untuk
perbandingan mesin/motor adalah pemakaian bahan bakar yang spesifik (SFC)
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
14
yang mana merupakan perbandingan laju aliran bahan bakar terhadap unit daya
( P) output.
SFC = mf / P…………………………..(ULPower,Engine Resource,hal:5).
Untuk menentukan laju aliran masa,pertama kali kita harus tahu massa dari bahan
bakar. Nilai rata-rata sfc yang umum untuk motor piston pengapian percikan busi
adalah : 305 g/kW/h = 227 g/hp/h = 0.5 lb/hp/h.=0,306 L/hp/h.
2.3 Sistem Pengapian dan Penyalaan
2.3.1 Pengapian Busi
Pada saat penulisan Tugas Akhir ini sistem pengapian yang dugunakan
adalah sistem pengapian dengan busi (Spark Plug) dengan pengaturan multiple
spark.
Salah satu faktor penunjang dalam sebuah system motor bakar adalah pada
saat pengapian. Karena campuran udara bahan bakar harus dinyalakan pada saat
kedudukan torak paling menguntungkan yaitu pada saat torak ± sebelum
mencapai TMA. Percikan api dari busi dapat menyalakan campuran udara bahan
baker yang ada di sekitar ruang bakar dan kemudian bergerak meluas ke seluruh
massa campuran udara bahan-bakar di dalam ruang baker.
Kecepatan pembakaran dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya
yaitu: Tipe Bahan Bakar, Tekanan kompresi, Beban dan kecepatan Motor, serta
Temperatur Ruang silinder.
Penyalaan pada busi terjadi karena adanya selisih tegangan tinggi diantara
kedua elektroda. Tegangan itu dapat mengalahkan tahanan udara pada celah.
Tegangan listrik berasal dari arus listrik dari coil bertemu dengan arus listrik dari
massa pada busi kemudian terjadi loncatan api atau percikan bunga api yang
memicu pembakaran campuran udara-bahan bakar yang telah memenuhi syaratsyarat pembakaran. Pembakaran tersebut tidak terjadi secara serentak, melainkan
bergerak secara progresif melintasi campuran yang belum terbakar.
Banyaknya percikan bunga api yang dihasilkan dalam setiap menitnya
pada mesin 4 tak tergantung dari jumlah silinder yang digunakan dan kecepatan
mesin dalam rpm yang dapat diformulasikan sebagai berikut:
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
15
∑
loncatan
api/menit
=
∑
silinder
X
1,5
kecepatan
mesin
(rpm)………………………….……(Daryanto,Drs,Sistem Pengapian Mobil,hal:2)
Pembentukan loncatan listrik pada celah diantara kedua elektroda busi
dipengaruhi oleh :
1. Lebar Celah Udara.
Makin besar celah, maka makin besar tegangan yang dibutuhkan.
2. Perletakkan Celah Udara
Makin kecil atau makin runcing ujung elektroda, maka semakin
dibutuhkan tegangan yang rendah.
3. TemperaturElektroda dan campuran Udara bahan bakar.
Makin tinggi temperaturnya maka akan semakin rendah tegangan yang
dibutuhkan.
4. Kerapatan Campuran
Makin tinggi kerapatannya (katup gas terbuka penuh) maka makin
besar teganganyang dibutuhkan.
5. Kenaikan Tegangan pada celah Udara
Makin tinggi frekuensi tegangan listrik, maka makin besar tegangan
yang terpakai untuk membentuk nyala api.
6. Perbandingan Campuran Udara Bahan bakar
Campuran miskin membutuhkan tegangan yang lebih tinggi daripada
campuran yang kaya.
7. Ketahan Bocor Penyekat
Oksida karbon dan metalik dapat membentuk lapisan konduktiovitas
listrik pada penyekat, sehingga arus listrik dapat langsung keluar
melalui celah udara (mengalami kebocoran)
8. Bahan Elektroda
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
16
Sumber: Daryanto,Drs,2001,Sistem Pengapian Mobil, Penerbit Bumi Aksara Jakarta, hal 15
Gambar 2.4
Penyalaan loncatan listrik normal belum tentu menghasilkan penyalaan campuran
yang baik. Baik buruknya penyalaan dapat dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut
ini:
1.
Keadaan campuran udara bahan bakar yang terdapat diantara celah,
campuran harus mudah terbakar. Untuk dapat memenuhi keadaan ini ,
busi seharusnya ditempatkan pada atau dekat katup masuk. Tujuan
penempatan busi pada katup buang yang dilakukan oleh para
perancang mesin adalah agar meminimalkan terjadinya detonasi pada
saat pembakaran.
2.
Kerapatan campuran, makin tinggi kerapatan maka makin besar
pembebasan tenaga, kemungkinan pengapian akan bertambah baik.
3.
Makin kaya campuran maka makin baik penyalaan, karena tenaga
yang dilepaskan akan semakin besar.
4.
Makin besar lebar celah busi maka makin besar kemungkinan
penyalaan yang teratur.
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
17
2.3.2. Derajat Kalor Busi
Para produsen busi mengklarifikasikan tipe busi berdasarkan dengan
material dan derajat kalornya. Kendati kebanyakan produsen busi menggunakan
bahan tembaga sebagai bodi elektroda, namun ujung busi (Plug) bias
diaplikasikan dengan material dari Platinum, Gold maupun iridium. Tujuan adalah
untuk memastikan kemampuan Plug dapat bekerja dengan memastikan titik lebur
temperature panas yang dihadapinya. Seperti material standar Silver dan Gold
mampu mentolerir panas hingga 1000 °C, sementara material nickel dapat
meleleh pada suhu 1500 °C. bahan material platinum mampu mencapai suhu 2000
°C, material terkuat untuk saat ini adalah Iridium yaitu dapat mencapai sampai
2500 °C.
Pada busi-busi dengan nilai kalor yang tinggi, penguraian kalor dari
elektroda-elektroda lebih besar daripada busi-busi dengan nilai kalor yang rendah.
Berdasarkan dengan derajat kalornya maka busi dapat dibagi menjadi dua jenis
yaitu :
1. Busi Dingin
Batas temperatur kerja busi yaitu Self Cleaning Temperature dan Glow
Ignition.Jika temperatur terlalu rendah minyak dan karbon dapat
membentuk lapisan penghantar listrik mulut isolator,yang sebelah kiri
mempunyai permukaan penahan panas yang lebih kecil sehingga panas
akan lebih cepat dipindahkan dan temperatur kerja akan menjadi lebih
rendah.
2. Busi Panas
Jika bagian sebelah kanan mempunyai permukaan penahan panas yang
lebih panjang sehingga pemindahan panas terjadi lambat
2.3.3 System pengapian Multiple Spark CDI
Hampir semua sistem pengapian standar mobil menggunakan sistem
induksi ke koil (inductive system). Sistem induksi ini banyak digunakan oleh
pabrikan mobil karena sederhana dan murah biaya produksinya.
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
18
Kelemahan utama sistem pengapian induksi mobil standar adalah terletak
pada dua fungsi yang dilakukan secara sekaligus oleh koil. Pertama koil bertugas
seperti 'trafo step up' untuk meningkatkan tegangan masuk dari aki. Sedang tugas
yang kedua adalah menyimpan 'energi listrik' ini untuk beberapa saat (charging)
sebelum dilepaskan sesuai dengan perintah sulut (trigger) yang didapat dari
Ignitor atau platina. Tetapi sebanding dengan meningkatnya RPM mesin, di sisi
lain ternyata tidaklah cukup waktu untuk 'menjalankan fungsi meningkatkan
tegangan' (step up), sehingga energi spark (spark energy) atau energi percikan api
yang terjadi di busi setelah koil disulut (ditrigger) menjadi lemah. Lemahnya
energi spark ini menyebabkan kegagalan proses pembakaran campuran BBM dan
bisa mengakibat terjadinya 'misfire' (kegagalan pengapian) sehingga mesin
kehilangan sebagian tenaganya karena BBM tidak bisa terbakar sempurna.
CDI atau Capacitive Discharge Ignition (Pengapian pelepasan arus
Kapasitor) secara umum adalah sebuah alat yang mampu menghasilkan energi
spark yang sangat kuat di seluruh rentang RPM, mulai dari RPM rendah pada saat
start sampai sangat tinggi pada saat mobil berakselerasi kencang. Alat ini
menghasilkan output energi spark yang besar langsung dari aki mobil dengan
melalui 'trafo penaik tegangan' yang dibuat secara khusus di dalamnya, sehingga
mampu menghasilkan tegangan secara konstan dan stabil sebesar 400 volt atau
lebih, dari hasil melipatgandakan tegangan aki. Selanjutnya energi tegangan listrik
ini disimpan dalam sebuah kapasitor (charging process) yang kemudian
dilepaskan (discharge process) saat mendapat trigger.
Pada peristiwa ini, tegangan listrik sebesar itu disalurkan ke koil sehingga
berlipat ganda menjadi sekitar 30 - 50 ribu volt bahkan lebih, tergantung dari tipe
koil yang dipakai. Kemudian dialirkan ke distributor dan berakhir di busi menjadi
energi spark yang besar.
Sistem pengapian tanpa platina bukan berarti selalu adalah CDI. Tetapi
sistem kontak poin dengan menggunakan platina ini bisa disandingkan bersama
dengan sistem CDI seperti halnya sistem pengapian yang memakai ignitor.
Karena platina atau ignitor hanya dipakai sebagai trigger yang berguna untuk
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
19
menyulut rangkaian CDI agar bekerja menghantar energi spark ke koil dan
seterusnya sampai ke busi.
Prinsip penggandaan spark (multiple spark) yang mampu
menghasilkan
spark lebih besar dan lebih banyak, serta waktu pengapian yang jauh lebih
lama
(20 degree crankshaft duration) sehingga mampu membakar sempurna BBM yang
masuk ke ruang bakar.
Sistem ini kemudian dikenal dengan sebutan MULTIPLE SPARK CDI atau biasa
disingkat MULTIPLE CDI. Kelebihan dari sistem pengapian ini antara lain:
1. Meningkatkan volumetrik efisiensi dengan cara porting and polish.
2. Memperkaya campuran udara dan BBM (air fuel ratio).
3. Menambah turbocharger, supercharger atau sistem NOS (Nitrous Oxide).
4. Menaikkan perbandingan rasio kompresi.
5. Penerapan pada RPM tinggi, untuk racing maupun street performance.
6. Proses pengapian sempurna yang mampu membakar habis campuran bahan
bakar
dan
udara
sehingga
menghasilkan
tenaga
yang
besar.
7. Dapat mengurangi emisi gas buang.
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
20
Sumber: www.SpeedSpark.com /manual 9r
Gambar 2.5
2.3.4 Koil Pengapian ( Ignition Coil )
Koil penyalaan mempunyai lilitan tegangan rendah (primer) yang terdiri
dari 100-300 dan lilitan tegangan tinggi (sekunder) dengan lilitan 15.000-25.000
dari kawat tembaga yang halus.Lilitan-lilitan tersebut diisolasi satu sama lain dan
terhadap inti besi dan rumahnya.Perbandingan lilitan antara penyekat primer dan
penyekat sekunder adalah 60 sampai dengan 150. Voltase pada lilitan tinggi dapat
dibangkitkan sampai sekitar 25.000 volt.
Berapa besar tegangan yang dapat dibangkitkan pada lilitan tegangan
tinggi tergantung antara lain pada jarak elektroda busi,tekanan di dalam silinder
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
21
dan temperatur campuran bahan bakar dan udara,biasanya tegangan antara 5000 –
15.000 volt.
Skema kerja Ignition Coil
Sumber: BPM.Arends, H Berenschot, Motorbensin, Erlangga, Jakarta hal 25
Gambar :2.6
Contact Breaker (Platina) dibuka dan ditutup oleh Breaker Cam pada
sumbu distributor.Ketika Contact ditutup arus mengalir melalui rangkaian rendah
(low tension) yaitu yang bergaris tebal dalam gambar,kemagnetan timbul di
Ignition Coil.Breaker Cam selanjutnya berputar sehingga Contact Breaker
terbuka.Arus tegangan tinggi diteruskan oleh Rotor arm (lengan rotor) kepada
salah satu tutup distributor dan diteruskan ke Busi di mana bunga api
diproduksi.Segera setelah itu Breaker Cam berputar sehingga breaker tertutup lagi
dan
demikianlah
berulang-ulang
dan
arus
tegangan
tinggi
ke
Busi
berikutnya.Setelah Breaker arm berputar satu putaran,enam kali arus tegangan
tinggi diinduksi dan disampaikan ke Busi dalam suatu urutan (Firing order) atau
urutan pengapian.
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
22
Kondensator yang dihubungkan paralel dengan Contact Breaker berfungsi
mengurangi loncatan bunga api pada contact breaker dan membantu suatu high
Ignition output. Ketika Contact Breaker mulai terbuka Kondensator diisi dan
ketika Kondensator terisi penuh, kontak-kontak telah terpisah jauh karenanya
tidak ada bunga api di kontak itu. Kondensator kemudian mengeluarkan isinya
melalui rangkaian tegangan rendah. Kondensator akan membantu induksi arus
tegangan tinggi dengan mengeluarkan isinya melalui lilitan low tension
2.4.
Dampak Zat-zat Pencemar Udara
1. Emisi Karbon Monoksida (CO)
Formasi CO merupakan fungsi dari rasio kebutuhan udara dan bahan
bakar dalam proses pembakaran di dalam ruang bakar mesin
diesel.Percampuran yang baik antara udara dan bahan bakar terutama
yang terjadi pada mesin-mesin yang menggunakan Turbocharge
merupakan salah satu strategi untuk meminimalkan emisi CO. Karbon
monoksida yang meningkat di berbagai perkotaan dapat mengakibatkan
turunnya berat janin dan meningkatkan jumlah kematian bayi serta
kerusakan otak. Karena itu strategi penurunan kadar karbon monoksida
akan tergantung pada pengendalian emisi seperti pengggunaan bahan
katalis yang mengubah bahan karbon monoksida menjadi karbon dioksida
dan penggunaan bahan bakar terbarukan yang rendah polusi bagi
kendaraan bermotor.
2. Nitrogen.Oksida.(NOx)
NOx terbentuk atas tiga fungsi yaitu Suhu (T), Waktu Reaksi (t), dan
konsentrasi Oksigen (O2), NOx = f (T, t, O2). Secara teoritis ada 3 teori
yang mengemukakan terbentuknya NOx, yaitu:
1. Thermal
NOx
(Extended
Zeldovich
Mechanism)
Proses ini disebabkan gas nitrogen yang beroksidasi pada suhu
tinggi pada ruang bakar (>1800 K). Thermal NOx ini didominasi
oleh emisi NO (NOx = NO + NO2).
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
23
2. Prompt-NOx
Formasi NOx ini akan terbentuk cepat pada zona pembakaran.
3. Fuel-NOx
NOx formasi ini terbentuk karena kandungan N dalam bahan
bakar.
Kira-kira 90% dari emisi NOx adalah disebabkan proses thermal
NOx, dan tercatat bahwa dengan penggunaan HFO (Heavy Fuel
Oil), bahan bakar yang biasa digunakan di kapal, menyumbangkan
emisi NOx sebesar 20-30%. Nitrogen oksida yang ada di udara
yang dihirup oleh manusia dapat menyebabkan kerusakan paruparu. Setelah bereaksi dengan atmosfir zat ini membentuk partikelpartikel nitrat yang amat halus yang dapat menembus bagian
terdalam paru-paru. Selain itu zat oksida ini jika bereaksi dengan
asap bensin yang tidak terbakar dengan sempurna dan zat
hidrokarbon lain akan membentuk ozon rendah atau smog kabut
berawan coklat kemerahan yang menyelimuti sebagian besar kota
di dunia.
3. Sox.(SulfurOxide:SO2,SO3)
Emisi SOx terbentuk dari fungsi kandungan sulfur dalam bahan bakar,
selain itu kandungan sulfur dalam pelumas, juga menjadi penyebab
terbentuknya SOx emisi. Struktur sulfur terbentuk pada ikatan aromatic
dan alkyl. Dalam proses pembakaran sulfur dioxide dan sulfur trioxide
terbentukdarireaksi:
S
+
O2
=
SO2
SO2
+
1/2O2 =
SO3
Kandungan SO3 dalam SOx sangat kecil sekali yaitu sekitar 1-5%. Gas
yang berbau tajam tapi tidak berwarna ini dapat menimbulkan serangan
asma, gas ini pun jika bereaksi di atmosfir akan membentuk zat asam.
4. Emisi.Hydro.Carbon.(HC)
Pada mesin, emisi Hidrokarbon (HC) terbentuk dari bermacam-macam
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
24
sumber. Tidak terbakarnya bahan bakar secara sempurna, tidak
terbakarnya minyak pelumas silinder adalah salah satu penyebab
munculnya emisi HC. Emisi HC pada bahan bakar HFO yang biasa
digunakan pada mesin-mesin diesel besar akan lebih sedikit jika
dibandingkan dengan mesin diesel yang berbahan bakar Diesel Oil (DO).
Emisi HC ini berbentuk gas methan (CH4). Jenis emisi ini dapat
menyebabkan leukemia dan kanker.
5. Partikulat.Matter.(PM)
Partikel debu dalam emisi gas buang terdiri dari bermacam-macam
komponen. Bukan hanya berbentuk padatan tapi juga berbentuk cairan
yang mengendap dalam partikel debu. Pada proses pembakaran debu
terbentuk dari pemecahan unsur hidrokarbon dan proses oksidasi
setelahnya. Dalam debu tersebut terkandung debu sendiri dan beberapa
kandungan metal oksida. Dalam proses ekspansi selanjutnya di atmosfir,
kandungan metal dan debu tersebut membentuk partikulat. Beberapa unsur
kandungan partikulat adalah karbon, SOF (Soluble Organic Fraction),
debu, SO4, dan H2O.
2.5 Pengaruh Pengapian Terhadap gas buang
Mengurangi emisi dapat dilakukan dengan mengatur campuran
udara dan bahan bakar saat idle. Untuk kendaraan yang sudah dilengkapi
dengan catalytic tidak diperlukan penyetelan karena sudah secara otomatis
diatur oleh komputer berdasarkan oksigen sensor.
Saat pengapian, dapat dilakukan dengan mengatur posisi rumah
distributor (untuk kendaraan yang masih menggunakan distributor) dan
untuk kendaraan yang tidak dilengkapi dengan distributor, atau kendaraan
yang satu coil-satu silinder atau satu coil untuk dua busi, secara otomatis
sudah diatur oleh komputer.
Selain itu celah katup yang tidak sesuai juga dapat menyebabkan
jumlah bahan bakar yang masuk ke mesin berlebihan atau berkurang.
Akibatnya, ada sebagian bahan bakar yang terbuang ke udara luar.
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
25
Bahan bakar kadar oktan penting diperhatikan, gunakan bahan
bakar dengan nilai oktan yang sesuai. Pemakaian nilai oktan yang tidak
sesuai akan menimbulkan knocking atau keterlambatan pembakaran yang
akan mengakibatkan polusi udara.
Kondisi
komponen-komponen
yang
aus
atau
kotor
juga
berpengaruh terhadap kandungan emisi gas buang. Komponen yang aus
akan berakibat kerja komponen tersebut tidak maksimal. Contoh, busi
yang aus akan menghasilkan bunga api yang kecil, sehingga bahan bakar
tidak akan terbakar semua. Akibatnya sisa bahan bakar yang tidak terbakar
terbuang ke udara luar dan jadilah polusi. Sedangkan komponen yang
kotor akan menghambat aliran udara, aliran bensin.
This document was created by the trial version of Print2PDF.
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.
Purchase Print2PDF at http://www.software602.com
26