1. 1 | DKTAT MOTOR BENSIN
BAB II
KEMAMPUAN MESIN
2.1 KEMAMPUAN MESIN
Kemampuan mesin adalah prestasi suatu mesin yang erat hubungannya dengan
daya mesin yang dihasilkan serta daya guna mesin tersebut. Ada beberapa hal yang
dapat mempengaruhi kemampuan mesin, diantaranya :
1. Isi Silinder (volume langkah)
2. Perbandingan kompresi
3. Efesiensi pengisian dan efesiensi volumatrik
4. Efesiensi panas
5. Daya putar / torsi
2.1.1 Volume Langkah
Volume langkah total dihitung mulai langkah torak dari TMA ke TMB. Volume langkah
mempengaruhi volume gas ke dalam silinder. Jika jumlah gas yang masuk besar, maka energi
pembakarannya juga akan besar. Demikian pula sebaliknya. Mesin adalah suatu alat untuk
mengubah energi panas menjadi energi mekanis, dimana apabila energi panas yang dihasilkan besar
maka energi mekanis yang dihasilkan juga akan besar. Dengan kata lain, semakin besar volume
langkah, semakin besar energi panas yang dihasilkan, berarti semakin besar pula energi mekanis
yang dihasilkan.
Volume Langkah suatu mesin dapat dihitung dengan rumus :
D = VL
π x L
4
Atau:
VL = π x (D)² x L
4
2. 2 | DKTAT MOTOR BENSIN
VM = VL X N
Dimana:
L = VL
π x D²
4
Dimana N = Jumlah silinder
L = Panjang langkah torak dari TMA ke TMB ( cm )
D = Diameter lubang silinder ( cm )
VL = Volume Langkah Tiap Silinder ( cm3
/ cc )
VM = Volume Total Mesin ( cm3
/ cc )
Contoh soal:
Sebuah mobil sedan Toyota memiliki 4 silinder dengan diameter (D) 76 mm, panjang langkah
torak (L) = 71,4 mm
Hitunglah:
a) Volume langkah
b) Volume Motor
c) Volume motor bila kendaraan tersebut sudah di-over size 0,75mm
Jawab:
Diketahui: D = 76 mm = 7,6 cm
L = 71,4 mm = 7,14 cm
Do = 0,75 mm
Ditanya :
a) VL =…..?
b) VM =…..?
c) VM bila over size 75 =…..?
Jawab :
a) VL = π ( d ) ² X L
4
= π X ( 7,6 cm ) ² X 7,14 cm
4
= 323,739 cm³
b) VM = VL X I
3. 3 | DKTAT MOTOR BENSIN
=323,739 X 4
= 1294,95 cm³
c) Diameter = 76 mm + 0,75 mm
= 76,75 mm
VM = π ( d ) ² X L
4
= π X ( 7.675 ) ² X 7,14
4
= 0.785 X 58.905625 X 7.14
= 330.160137 X 4
= 1320.65 cc
2.1.2 Perbandingan Kompresi (ε)
Perbandingan kompresi adalah suatu perbandingan yang ditentukan oleh besarnya volume
langkah dan volume ruang bakar.
Perbandingan kompresi = VL + V ruang bakar (V kompresi)
V ruang bakar
Apabila volume ruang bakar mengecil maka harga perbandingan kompresi akan membesar
atau sebaliknya. Apabila harga perbandingan kompresi membesar maka membesar pula harga
kompresinya yang selanjutnya menaikkan tekanan pembakarannya. Karena tekanan pembakaran
naik maka kemampuan mesin yang dihasilkan juga besar. Salah satu cara untuk menaikkan daya
dari suatu mesin ialah dengan menaikkan tekanan kompresinya dengan memperbesar harga
perbandingan kompresi melalui pengecilan ruang bakar.
Besarnya perbandingan kompresi untuk motor bakar dibatasi yaitu:
- untuk motor bensin yaitu 6 s/d 12 : 1
- untuk motor diesel yaitu 14 s/d 28 : 1
Perbandingan kompresi pada mesin dapat dihitung dengan rumus :
ε = VL+ VC
VC
Dimana:
VL = Volume Langkah ( cm3
/ cc )
VC = Volume Kompresi ( cm3
/ cc )
4. 4 | DKTAT MOTOR BENSIN
VM = Volume Mesin ( cm3
/ cc )
ε = Perbandingan Kompresi
Contoh soal:
Sebuah mobil sedan Toyota memiliki 4 silinder dengan diameter (D) 57 mm, panjang langkah
torak (L) = 61 mm, dengan kompresi silinder (VC) 27,5cc
Hitunglah:
a) Volume langkah
b) Volume Motor
c) Perbandinga kompresi
Jawab:
Diketahui: D = 77 mm = 7,7 cm
L = 69 mm = 6,9 cm
Vc = 27,5 cc
Ditanya :
a) VL =…..?
b) VM =…..?
c) ε =…..?
Jawab :
a) VL = π X ( d ) ² x L
4
= 3,14 X ( 7,7 cm ) ² X 6,9 cm
4
= 0,785 X 59,29 cm X 6,9 cm
= 321,14 cm³
b) VM = VL X I
=321,14 X 4
= 1.284,56 cm³
c) ε = VL + VC
VC
= 321,14cm3
+ 27,5cc
27,5cm3
= 12, 6 : 1
5. 5 | DKTAT MOTOR BENSIN
2.1.3. Efisiensi Volumetrik Dan Efisiensi Pengisian
Secara teoritis jumlah gas yang masuk ke dalam silinder pada langkah hisap sama dengan
volume langkah torak dari TMA sampai TMB. Pada kenyataannya terdapat beberapa penyimpangan
yang menyebabkan volume campuran gas yang masuk ke dalam silinder lebih kecil dari volume
langkah torak.
Penyimpangan tersebut disebabkan oleh beberapa faktor, yaitu:
a) Tekanan udara
b) Temperatur udara
c) Sisa – sisa gas bakar
d) Panjang saluran
e) Bentuk saluran
Untuk menghitung efisiensi volumetrik dan efisiensi pengisian harus diterapkan suatu harga
suhu (temperature) dan tekanan dari udara yang biasa dikenal dengan “standard temperature and
pressure”. Temperatur standar (to) = 15ºC dan tekanan standar (po) = 1 atm = 760 mm/hg.
Efisiensi volumetric = Jumlah berat campuran gas yang dapat masuk ke dalam silinder pada P1 dan T1
Jumlah berat campuran gas yang seharusnya masuk ke dalam silinder (sebesar volume langkahnya) pada
P1 dan T1
Efisiensi pengisian = Jumlah berat campuran gas yang dapat masuk ke dalam silinder pada T1 dan P1
Jumlah berat campuran gas yang seharusnya masuk ke dalam silinder pada P0 dan T0
Keterangan :
T1 = Temperatur setelah penekanan
T0 = Temperatur standar
P1 = Tekanan pada saat langkah tekan/kompresi
P0 = Tekanan standar
Semakin besar nilai dari efisiensi volumetric dan efisiensi pengisian maka akan semakin
banyak campuran gas yang masuk ke dalam silinder sehingga daya mesin akan semakin besar.
Harga efisiensi pengisian bisa mencapai 100% bahkan lebih, bila tekanan udara dinaikan
dengan menambah “super charger”. Tanpa ditambah super charger efisiensi volumetriknya dan
efisiensi pengisian biasanya sekitar 65% - 85%.
6. 6 | DKTAT MOTOR BENSIN
Syarat – syarat percampuran udara-bahan bakar yang baik untuk mobil yaitu:
a. Bensin diuapkan dan bercampur dengan udara.
→ Agar bensin terbakar seluruhnya, bensin harus diuapkan secukupnya dan dicampur
dengan udara.
b. Campuran udara-bahan dan bakar harus sesuai.
→ Mobil digunakan dalam beragam kondisi dan terjadi perubahan pada kondisi
pengoperasian mesin, Campuran udara dan bahan bakar yang dibutuhkan juga
berubah.
c. Rasio pencampuran udara dan bahan-bakar
Rasio udara-bahan bakar adalah rasio antara massa udara dengan bahan bakar.
Apabila udara terlalu banyak atau terlalu sedikit, bensin tidak bisa terbakar dengan baik
sehingga pembakaran tidak terjadi secara sempurna. Paling sedikit 14,7 bagian udara
diperlukan untuk membakar 1 bagian bensin. Ini disebut rasio udara-bahan bakar
teoritis.
Tetapi sebenarnya, meski bensin diinjeksikan untuk memenuhi rasio udara-bahan
bakar teoritis, tidak semua bensin diuapkan dan bercampur dengan udara. Karenanya,
untuk beberapa kondisi diperlukan campuran udara-bahan bakar yang lebih kaya.
2.1.4 Efisiensi Panas
nth = Q1 - Q2 x 100%
Q1
7. 7 | DKTAT MOTOR BENSIN
Dimana:
Q1 = panas hasil pembakaran
Q2 = panas yang hilang
nth = Efisiensi Panas
Efisiensi panas adalah harga dari suatu perbandingan panas hasil pembakaran dikurangi
dengan panas yang hilang dengan energi panas yang dihasilkan dalam pembakaran. Dengan kata
lain efisiensi panas itu adalah panas efektif yang bisa digunakan atau dirubah menjadi energi
mekanik. Pada motor bensin biasanya efisiensi panas berkisar antara 23% - 28%, sedangkan motor
diesel berkisar antara 29% - 38%. Semakin besar efisiensi panas dari suatu motor, maka semakin
besar pula kemampuan dari motor tersebut.
Keseimbangan Panas
Suhu kerja mesin/motor berkisar antara 80º - 90ºC dikarenakan
1. Panas hasil kompresi dialirkan ke dinding silinder.
2. Pada motor 2 tak terdapat ketidak seimbangan jumlah gas masuk yang dihisap.
Kebocoran pada intake manifold menurunkan efisiensi atau keseimbangan panas karena
udara luar masuk ke ruang kompresi sehingga campuran gas dan bahan bakar yang seharusnya
homogen menjadi tak seimbang.
2.1.5 Torsi (Puntir)
Torsi adalah tenaga putar dari poros engkol, sebagai hasil dari tekanan pembakaran di atas
piston.
Torsi = Gaya x Lengan
Panjang lengan torak = 1 kali langkah torak
8. 8 | DKTAT MOTOR BENSIN
Jika langkah torak cukup panjang dan tekanan pembakaran cukup tinggi maka akan
menghasilkan torsi yang besar.
Panjang langkah torak juga akan mempengaruhi kecepatan translasi torak dimana untuk
langkah torak yang panjang dan untuk langkah torak yang pendek pada suatu harga kecepatan putar
tertentu akan menghasilkan kecepatan translasi yang berbeda atau untuk langkah torak yang
panjang kecepatan translasi lebih cepat dari pada langkah torak yang pendek. Kecepatan translasi
dari torak terbatas pada suatu harga kecepatan tertentu sehingga untuk mesin dengan langkah
panjang akan menyebabkan putaran mesinnya lebih rendah dibanding dengan mesin yang
mempunyai langkah pendek.
Dengan adanya hubungan antara kecepatan translasi dari torak dan langkah torak, maka bila
diambil langkah efisiensi volumetric pada kecepatan translasi piston yang tertentu, efisiensi
volumetric akan maksimum pada kecepatan putar yang rendah untuk mesin dengan langkah panjang
dan pada kecepatan putar yang tinggi untuk mesin dengan langkah pendek.
Demikian juga dengan torsi yang dihasilkan dimana untuk mesin dengan langkah panjang
torsi maksimum dihasilkan pada putaran rendah dan untuk mesin dengan langkah pendek, torsi
maksimum dihasilkan pada putaran tinggi.
