Dasar Pembakaran Mesin

Pembakaran adalah persenyawaan kimia yang cepat dari unsur-unsur da­lam bahan-bakar dengan zat-asam dari udara. Pada reaksi ini terbangkit panas dan pada umumnya juga muncul api.

Dalam prakteknya untuk mendapatkan pembakaran yang sempurna dipakai udara pembakaran yang jumlahnya lebih banyak dari pada yang diperlukan menurut perhitungan teoritis. Kelebihan udara ini dapat mencapai 20% sampai dengan 100%.

Perlu dicatat disini, bahwa pembakaran itu dapat berlangsung kecuali harus terdapat bahan bakar dan oksigen, juga dipengaruhi oleh kondisi suhu. Makin tinggi suhunya makin cepat terjadinya pembakaran.

Temperatur nyala atau titik-nyala adalah temperatur terendah suatu bahan bakar cair, dimana uap yang terjadi dapat dinyalakan.

Temperatur-bakar atau titik-bakar adalah temperatur terendah di mana penguapan bahan-bakar cair terjadi begitu cepat. sehingga gas yang sekali dinyalakan terus membakar.

Temperatur-bakar dengan sendirinya adalah temperatur terendah dimana gas yang terbertuk menyala dengan sendirinya, yang berarti tanpa peranta­raan cetus-api.

Pada motor-bensin dan juga pada motor-gas, pembakaran berlangsung de­ngan perantaraan cetus-api antara elektroda-elektroda busi. Pada motor-diesel tidak diperlukan cetus-api untuk melangsungkan pembakaran. Udara-pembakaran yang dikompresikan terlebih dahulu mendapat temperatur sedemikian tinggi, sehingga bahan-bakar yang disemprotkan ke dalam silinder dapat menyala dengan sendirinya.

JENIS PEMBAKARAN

1.      Pembakaran ledakan.

Pada pembakaran ledakan seluruh bahan-bakar terbakar hampir pada saat yang bersamaan dan dalam waktu yang sangat singkat. Suatu pembakaran ledakan berlangsung pada isi-pembakaran yang hampir tetap. Oleh karena­nya tekanan naik dengan cepat. Motor-gas dan motor-bensin bekerja dengan pembakaran ledakan.

Motor ini disebut juga motor-ledak atau motor-eksplosi

2.      Pembakaran dengan tekanan yang sama.

Yaitu pembakaran bahan bakar dimana tidak terjadi kenaikan tekanan. Sebab selama pembakaran berlangsung volume ruangan bertambah besar kerena torak atau penghisap selama itu dalam keadaan bergerak (menuju TMB). Pembakaran dengan tekanan sama ini dapat dijumpai pada motor diesel dengan pengabutan udara.

3.      Pembakaran gabungan.

Di sini pembakaran berlangsung sebagian dengan ledakan dan sebagian Lagi dengan tekanan sama.

Pada motor-diesel dengan pengabutan tekan bahan-bakar disemprotkan ke dalam silinder. Seluruh pembakaran dapat berlangsung selama kira-kira 6% dari langkah torak. Bagian pertama dari bahan bakar yang disemprotkan membakar agak cepat. Ruang-bakar disini hampir tetap (tidak berubah). sehingga tekanan gas sangat melonjak. Sisa bahan bakar yang disemprotkan membakar dengan pengembangan isi dari ruang-bakar, sehingga tekanan gas hampir tetap.

Oleh karena sifat pembakaran ini mempunyai suatu pembakaran ledakan dan suatu pembakaran dengan tekanan tetap, maka cara ini disebut pemba­karan gabungan.

PRINSIP KERJA MESIN

Mesin yang digunakan pada motor bensin dan motor diesel adalah mesin jenis gerak bolak balik (reciprocating engine). Komponen dasar dan mesin ini terdiri dan mekanisme engkol dan piston yang komponen utamanya meliputi: silinder, piston, batang piston dan poros engkol. Dan mekanisme tersebut terbentuklah suatu ruangan diatas piston yang biasa disebut sebagai ruang bakar.(chamber). Prinsip kerja pada mesin diatas adalah merubah energi panas menjadi energi gerak. Panas pada motor diperoleh pada proses pembakaran didalam mesin. agar mesin dapat bekerja, maka udara dan bahan bakar harus masuk ke dalam ruang bakar, udara dan bahan bakar tersebut kemudian harus bercampur secara homogen. Setelah udara dan bahan bakar bercampur secara homogen, maka dengan adanya panas yang masuk maka campuran udara dan bahan bakar tersebut akan terbakar. Dengan terbakamya campuran udara dan bahan bakar didalam ruang bakar, maka panas didalam ruang bakar akan meningkat beberapa kali lipat dan hal ini akan mengakibatkan tekanan didalam ruang bakar menjadi tinggi sekali. Tekanan ini akan menyebabkan piston terdorong ke bawah didalam silinder. Gerakan piston ini kemudian diteruskan oleh batang piston untuk memutarkan poros engkol. Gerakan inilah yang menghasilkan tenaga pada mesin. Campuran udara dan bahan bakar yang telah terbakar kemudian dibuang.
Posisi tertinggi pada piston disebut Titik Mati Atas (TMA). Sedangkan posisi paling bawah yang dicapai piston disebut Titik Mati Bawah (TMB). Jarak TMA - TMB disebut langkah piston.

Dari prinsip kerja mesin diatas disimpulkan bahwa agar mesin dapat bekerja ada 4 proses yang harus dilakukan, yaitu:

1.   Mesin harus memasukan udara dan bahan bakar.proses ini disebut isap.

2.   Agar udara dan abahan bakar dapat dibakar maka udara dan bahan bakar tersebut harus dicampur secara homogen dan bentuk gas. Untuk mencapai hal ini maka mesin harus melakukan proses yang disebut proses kompresi.

3.      Setelah campuran udara dan abahan bakar bercampur secara homogen maka untuk memperoleh panas, maka campuran tersebut harus dibakar, kemudian pana hasil pembakaran tersebut dirubah menjadi tenaga gerak oleh mekanisme piston. Proses ini disebut proses usaha.

4.      Agar mesin dapat bekerja kembali, maka campuran udara dan bahan bakar yang telahterbakar harus dikeluarkan dad dalam silinder. Proses ini disebut proses buang.

Keempat proses tersebut harus berlangsung secara urut dan tetap, dan berlangsung secara terus-menerus. Proses isap, kompresi, usaha dan buang ini disebut satu siklus.

Dilihat dari cara menyelesaikan siklus tersebut mesin dapat dibagi menjadi 2 yaitu : mesin 4 langkah dan mesin 2 langkah. Mesin 4 langkah (juga biasa disebut mesin 4 tak) adalah mesin yang untuk menyelesaikan sikius kerja tersebut diperlukan 4 kali gerakan piston atau 2 kali putaran poros engkol.

Mesin 2 langkah adalah mesin yang untuk menyelesaikan satu siklus hanya memerlukan 2 kali gerakan piston atau I putaran poros engkol.

Motor 4 langkah (4 tak)

Motor 4 langkah (4 tak) adalah salah satu jenis motor bakar yang menyelesaikan satu siklus dalam 4 langkah torak/piston atau 2 kali putaran poros engkol. Pada langkah piston hanya satu kali menghasilkan kerja motor (power stroke) atau sudut yang dibentuk sebesar 760⁰. Jadi dalam 4 langkah tersebut terjadi proses pengisian, kompresi dan penyalaan, ekspansi serta pembuangan. Untuk setiap siklus, pada motor 4 langkah terdapat 4 langkah torak/piston. Sehingga selama satu siklus itu berlangsung, poros engkol akan berputar 2 kali.. Prinsip kerja motor 4 tak adalah sebagai berikut:

a.  Langkah Hisap

Piston bergerak dari Titik Mati Atas (TMA) menuju Titik Mati Bawah (TMB), akibatnya terjadi pertambahan volume dan penurunan tekanan di atas piston. Pada langkah ini katup hisap terbuka dan katup buang tertutup.

b. Langkah Kompresi

Gerakan piston dari TMB menuju TMA dalam keadaan katup hisap maupun buang tertutup, akibatnya campuran bahan bakar di atas piston dimampatkan/kompresi sehingga tekanan dan suhunya naik.

c. Langkah Usaha

Beberapa derajat sebelum piston mencapai TMA (akhir kompresi) terjadi percikan api pada busi yang membakar campuran bahan bakar. Proses pembakaran tersebut menyebabkan tekanan dan suhu naik, karena kedua katup pada posisi tertutup, maka tekanan pembakaran tersebut mendorong piston bergerak dari TMA menuju TMB. Melalui batang piston gaya dorong piston diteruskan ke poros engkol, dimana gerak translasi piston berubah menjadi gerak putar, yang kemudian dimanfaatkan untuk memutar beban, oleh karena itu langkah ini disebut langkah usaha.

d. Langkah Buang

Piston bergerak dari TMB menuju TMA dalam keadaan katup hisap tertutup dan katup buang terbuka. Gerakan tersebut menyebabkan gas sisa pembakaran akan terdorong ke luar melalui katup buang ke kenalpot (exhaust manifold).

Motor 2 langkah (2 Tak)

Pada umumnya motor 2 langkah tidak memiliki katup-katup, baik itu katup masukan atau katup keluaran.

Pemasukan campuran yang dapat terbakar serta pembuangan gas bekas dilakukan melalui lubang-lubang pintu pada dinding silinder. Pintu dimana campuran masuk kedalam silinder dinamakan pintu bilas. Pintu dimana gas bekas meninggalkan ruangan silinder dinamakan pintu pengeluaran atau pintu pembuangan.

Kebanyakan motor 2 tak hanya memilki pintu bilas dan pintu pengeluaran saja, tetapi motor 2 tak mempunyai pintu ketiga yang disebut pintu pemasukan terletak pula pada dinding silinder.

Sisi bawah pintu bilas dan pintu pengeluaran memiliki ketinggian yang sama, sedangkan tinggi pintu masing-masing berbeda, yaitu tinggi pintu pengeluaran 15% dari panjang langkah torak dan tinggi pintu pengeluaran 20% dari panjang langkah torak.

Pintu pemasukan berhubungan langsung dengan ruangan bak-engkol dihubungkan dengan ruangan silinder oleh saluran bilas melalui pintu bilas, sedangkan penutupan dilakukan oleh suatu pegas yang disebut pegas penutup. 

Proses usaha motor 2 langkah adalah:

1.      langkah kompresi, saat torak berada di TMB, pintu pengeluaran terbuka begitu juga pintu bilas. Pada keadaan ini berlangsung proses pembilasan (proses penggantian gas bekas dengan campuran yang dapat terbakar) yang berakhir setelah torak bergerak keatas dan menutup pintu bilas.

Pada sat demikian pintu pengeluaran masih terbuka sebagian, hal ini memungkinkan sebagian dari campuran yang dapat terbakar didalam silinder ikut keluar, ini berarti suatu kerugian bahan bakar.

2.      gerakan torak selanjutnya akan menutup pintu pengeluaran. Dengan demikian maka mulailah campuran didalam silinder itu mengalami kompresi. Atau langkah usaha.

Komposisi Udara.

Atmosfer bumi yang biasa disebut "udara" terdiri dan oksigen (02) = 21% volume dan nitrogen (N₂) = 78% volume. Sisanya 1 % volume terdiri dan bermacam-macam gas, seperti argon (Ar) = 0,94% volume dan karbon dioksida (C0₂). Gas tersebut sangat bermanfaat bagi kelangsungan makhluk hidup.

Pembakaran dan gas buang.

Pembakaran terjadi karena ada tiga komponen yang bereaksi, yaitu bahan bakar, oksigen dan panas. Jika salah satu komponen tersebut tidak ada maka tidak akan timbul reaksi pembakaran.

Dalam mesin, bensin terbakar karena tiga hal berikut ini.

1.    Bensin dan udara bercampur homogen dengan perbandingan berat 1:14,7.

2. Campuran tersebut dimampatkan oleh gerakan piston hingga tekanan dalam silinder 12 bar sehingga menimbulkan panas.

3.  Kemudian campuran tersebut bereaksi dengan panas yang dihasilkan oleh percikan api busi, dan terjadilah pembakaran pada tekanan tinggi sehingga timbul ledakan dahsyat.