Klasifikasi Engine

 

Klasifikasi Engine

Engine adalah suatu alat yang memiliki kemampuan untuk merubah energi panas yang dimiliki oleh bahan bakar menjadi energi gerak.

Dibawah ini adalah bagan klasifikasi engine:

A.   Internal Combustion Engine

Mesin pembakaran dalam merupakan sebuah mesin yang proses pembakarannya berada di dalam ruang tertutup atau sering disebut dengan istilah ruang bakar (combustion chamber).

Campuran udara dan bahan bakar akan dihisap masuk ke dalam ruang bakar lalu kemudian akan di bakar di dalam ruang bakar tersebut untuk menghasilkan tenaga ledakan pembakaran yang nantinya digunakan sebagai tenaga putar untuk menggerakkan kendaraan.

Contoh mesin pembakaran dalam sering kita temui pada kendaraan-kendaraan baik sepeda motor, mobil, bus, truk dan lain sebagainya. Mesin pembakaran dalam sendiri berdasarkan jenis bahan bakar yang digunakan antara lain mesin bensin dan mesin diesel.

Macam-macam mesin pembakaran dalam apabila dilihat dari prinsip kerjanya antara lain mesin Piston, Wankel dan Rotational Motion Type.

Kelebihan mesin pembakaran dalam dibandingkan dengan mesin pembakaran luar antara lain :

1.    Pemakaian bahan bakar yang digunakan akan lebih hemat karena mesin pembakaran dalam memiliki efiiensi panas yang lebih baik.

2.    Konstruksi mesin lebih sederhana (kecil) karena tidak seperti pada mesin pembakaran luar yang memerlukan komponen tambahan, misalnya pada mesin uap maka mesin tersebut memerlukan ketel uap.

3.    Karena konstruksi mesin sederha maka mesin pembakaran dalam ini tidak memerlukan tempat yang luas atau tidak memakan tempat dibandingkan dengan mesin pembakaran luar/

4.    Lebih cepat dan lebih mudah untuk dijalankan (dioperasikan).

Internal Combustion Engine

1.    Piston Engine

Adalah sebuah internal combustion engine yang menggunakan piston dalam pengoperasianya.

Internal combustion engine yang menggunakan piston ada dua tipe yaitu Diesel dan spark ignited.

A.   Diesel engine.

Motor bakar diesel biasa disebut juga dengan Mesin diesel (atau mesin pemicu kompresi) adalah motor bakar pembakaran dalam yang menggunakan panas kompresi untuk menciptakan penyalaan dan membakar bahan bakar yang telah diinjeksikan ke dalam ruang bakar. Mesin ini tidak menggunakan busi seperti mesin bensin atau mesin gas. Mesin ini ditemukan pada tahun 1892 oleh Rudolf Diesel, yang menerima paten pada 23 Februari 1893. Diesel menginginkan sebuah mesin untuk dapat digunakan dengan berbagai macam bahan bakar termasuk debu batu bara. Dia mempertunjukkannya pada Exposition Universelle (Pameran Dunia) tahun 1900 dengan menggunakan minyak kacang (biodiesel). Mesin ini kemudian diperbaiki dan disempurnakan oleh Charles F. Kettering.

Mesin diesel memiliki efisiensi termal terbaik dibandingkan dengan mesin pembakaran dalam maupun pembakaran luar lainnya, karena memiliki rasio kompresi yang sangat tinggi. Mesin diesel kecepatan-rendah (seperti pada mesin kapal) dapat memiliki efisiensi termal lebih dari 50%.

Mesin diesel dikembangkan dalam versi dua-tak dan empat-tak. Mesin ini awalnya digunakan sebagai pengganti mesin uap. Sejak tahun 1910-an, mesin ini mulai digunakan untuk kapal dan kapal selam, kemudian diikuti lokomotif, truk, pembangkit listrik, dan peralatan berat lainnya. Pada tahun 1930-an, mesin diesel mulai digunakan untuk mobil. Sejak saat itu, penggunaan mesin diesel terus meningkat dan menurut British Society of Motor Manufacturing and Traders, 50% dari mobil baru yang terjual di Uni Eropa adalah mobil bermesin diesel, bahkan di Prancis mencapai 70%.

Mesin Diesel dua tak

Mesin diesel 2 tak menggunakan 2 langkah atau two-stroke dalam menempuh satu kali siklus kerja. Sementara tiap langkah, itu membutuhkan setengah putaran engkol. Jadi bisa dikatakan prinsip kerja motor diesel 2 langkah adalah mesin yang mengubah energi panas (kimiawi) menjadi energi gerak dengan satu kali putaran engkol.

Energi panas, dihasilkan dari pembakaran antara solar dan oksigen yang dikompresi. Hasil dari pembakaran tersebut akan menimbulkan daya ekspansi yang mendorong piston untuk bergerak.

Cara Kerja mesin Diesel 2 tak

Dalam mesin ini, hanya terjadi dua langkah yakni:

1.    Langkag Hisap dan Usaha

Langkah hisap adalah proses pemasukan udara kedalam silinder mesin, sementara langkah kompresi adalah proses pemampatan udara ke bentuk yang lebih padat sehingga suhu udara meningkat.

Pada mesin 4 tak, kedua proses ini terletak dalam langkah yang berbeda. Namun pada sistem 2 tak, kedua langkah ini terjadi dalam satu langkah secara bergantian.

Dimulai dari piston yang ada di TMB (titik mati bawah), saat piston ada di TMB udara akan masuk melalui lubang udara yang ada di sekitar dinding silinder. Udara ini dapat terdorong masuk karena pada saluran intake terdapat blower atau turbo yang mendorong udara ke arah mesin.

Lalu piston akan bergerak naik, pergerakan ini akan membuat lubang udara tertutup oleh dinding piston. Akibatnya, ketika piston baru bergerak ¼ ke TMA kompresi udara akan dimulai.

Ketika piston mencapai TMA, udara sudah berhasil dipampatkan sehingga suhunya naik dan siap untuk dilakukan pembakaran.

2.    Langkah Usaha Dan Buang

Langkah usaha adalah proses terjadinya pembakaran, sementara langkah buang adalah proses pembuangan gas sisa pembakaran dari mesin ke knalpot.

Langkah usaha akan terjadi ketika piston mencapai TMA di akhir langkah kompresi, saat ini injektor akan mengabutkan sejumlah solar kedalam udara bertekanan tinggi tersebut. Hasilnya solar akan terbakar dengan sendirinya.

Mengapa solar bisa terbakar ?

Ini karena suhu pada udara yang dikompresi melebihi titik nyala solar. Sehingga, solar akan membara apabila dimasukan kedalam udara bersuhu tinggi tersebut.

Hasil dari pembakaran itu akan menimbulkan daya ekspansi yang mendorong piston bergerak ke TMB. Sebelum piston mencapai TMB, katup buang akan terbuka. Dalam posisi ini, lubang udara juga akan terbuka karena posisi piston ada di bawah. Sehingga udara yang dihembuskan oleh blower akan mendorong gas sisa pembakaran untuk keluar melewati katup buang.

Katup buang akan tertutup saat piston akan kembali naik ke TMA. Proses ini akan terus berlanjut hingga suplai solar dihentikan.

Mesin Diesel 4 Tak

Penamaan 4 tak itu memiliki arti 4 langkah, atau dalam bahasa Inggris 4-stroke. Yang artinya mesin ini memiliki empat langkah dalam satu siklus kerja. 4 langkah itu adalah :

1)    Langkah hisap

2)    Langkah kompresi

3)    Langkah usaha

4)    Langkah buang

antara mesin diesel 2 tak dan 4 tak bisa dilihat perbedaannya, mesin diesel 2 tak menghasilkan satu kali pembakaran setiap satu putaran engkol. Hasilnya tenaga lebih besar namun bahan bakar lebih boros. Sementara mesin diesel 4 tak, menghasilkan satu kali pembakaran setiap dua kali putaran engkol. Hasilnya bahan bakar lebih irit namun power kalah. Berikut cara kerja mesin diesel 4 tak :

1)    Langkah hisap

Langkah hisap adalah proses masuknya udara kedalam ruang silinder. Pemasukan udara ini terjadi ketika piston bergerak dari TMA (titik mati atas) ke TMB (titik mati bawah). Gerakan ini akan memperbesar volume didalam silinder mesin, sehingga udara dari luar masuk melewati intake valve.

2)    Langkah kompresi

Langkah kompresi adalah proses pemampatan udara didalam ruang silinder. Mengapa udara perlu dimampatkan ? ini terkait proses pembakaran solar.

Mungkin anda tahu kalau mesin diesel itu tidak dilengkapi busi, itu karena mesin diesel dapat melakukan pembakaran tanpa percikan api dari busi. Ini dikenal dengan self combustion.

Namun, agar terjadi self combustion maka udara harus dipampatkan atau dikompresi hingga suhunya naik melebihi titik bakar solar. Dengan demikian, solar yang diinjeksikan kedalam udara bersuhu tinggi dapat terbakar dengan sendirinya.

Langkah kompresi ini berlangsung seusai langkah hisap, ketika piston sudah sampai ke TMB diakhir langkah hisap, piston akan kembali naik ke TMA. Akibatnya ada penyempitan volume silinder. Pada kondisi ini baik intake valve maupun exhaust valve tertutup, sehingga penyempitan ruang silinder ini akan mengkompresi udara yang ada didalamnya.

3)    Langkah Usaha

Langkah usaha atau langkah pembakaran adalah proses terjadinya pembakaran didalam mesin. Pada proses inilah solar dimasukan melalui injektor kedalam ruang bakar. Seperti yang kita bahas, udara akan mengalami peningkatan suhu karena terus dikompresi. Dan ketika piston mencapai TMA, udara tersebut sudah dalam level suhu tertingginya (melebihi titik bakar solar) saat inilah solar dikabutkan melalui injektor. Hasilnya, terjadilah pembakaran yang menghasilkan daya ekspansi.

Daya ekspansi ini akan mendorong piston untuk bergerak ke bawah sampai ke TMB.

4)    Langkah Buang

Langkah buang adalah proses pengeluaran gas sisa pembakaran dari dalam ruang bakar. Proses ini terjadi saat piston kembali naik ke TMA seusai terkena daya ekspansi pembakaran.

Saat langkah ini, exhaust valve terbuka sehingga gerakan naik piston akan mendorong gas sisa pembakaran untuk keluar ke knalpot.

Ketika piston mencapai TMA diakhir langkah buang, maka inilah yang disebut dengan satu siklus mesin 4 tak. Satu siklus mesin 4 tak ini terdiri dari empat langkah, yang masing-masing langkah membutuhkan setengah putaran engkol. Sehingga untuk menyelesaikan satu siklus full, dibutuhkan 2 putaran engkol.

Mesin diesel dari model ruang bakarnya dibagi menjadi dua, yaitu :

1)    Indirect Combustion

Indirect injection berasal dari dua kata, in (anti/tidak) dan direct (langsung). Sehingga bisa diartikan bahwa diesel indirect injection adalah sebuah mesin diesel yang melaksanakan pembakaran tidak secara langsung.

Pembakaran tidak langsung artinya, proses pembakaran mesin tidak secara langsung pada ruang piston, namun terdapat sebuah combustion camber yang terletak terpisah dengan ruang piston namun masih memiliki saluran ke ruang piston. Sehingga saat terjadi pembakaran, energi akan tersalurkan ke piston dan akan membuat mesin bekerja maksimal.

Tujuan pembakaran tidak langsung ini adalah agar mesin diesel khususnya mesin diesel menengah ke bawah dapat bekerja lebih efisien, dengan menciptakan sebuah ruangan dimana udara dapat menggumpal dengan tekanan yang tinggi. Sehingga saat solar keluar dari injector, pembakaran dapat berlangsung dengan baik.

Pada mesin diesel berkapasitas besar seperti pada truck tronton dan bus, jenis pembakaran indirect tidaklah efektif. Karena sudah mengusung displacement yang besar, sehingga ruang bakar juga memiliki volume yang besar pula. Untuk itu jenis mesin diesel dengan displacement besar banyak menggunakan sistem bahan bakar direct injection.

Secara umum baik mesin diesel direct injection atau bukan, memiliki komponen dengan fungsi yang sama. Namun pada sistem indirect, ada beberapa komponen yang nihil pada sistem direct injection.

·         Glow plug

Glow plug atau busi pijar adalah komponen pada mesin diesel yang berfungsi untuk memanaskan ruang bakar saat kondisi suhu mesin masih dingin. Cara kerja glow plug adalah dengan mengubah energi listrik menjadi panas melalui kawat yang memijar bila dialiri arus listrik.

Pada sistem injeksi tidak langsung, busi pijar menjadi komponen wajib karena akan sangat membantu khususnya saat start dingin. Tapi tidak menutup kemungkinan sistem direct injection untuk menggunakan komponen ini. Untuk mesin CRDI dengan kapasitas menengah juga banyak menggunakan glow plug untuk membantu menghidupkan mesin di pagi hari.

·         Combustion Chamber

Sebetulnya, baik mesin bensin atau mesin diesel harus memiliki ruang bakar yang akan digunakan sebagai tempat terjadinya pembakaran. Namun pada mesin diesel khususnya indirect injection, ruang bakar diletakan terpisah dari piston. Umumnya mang ruang bakar terletak tepat diatas piston agar hasil panas pembakaran langsung digunakan untuk menggerakan mesin.

Namun pada mesin diesel, memiliki perbandingan kompresi yang tinggi. Sehingga ruang bakar juga menjadi lebih kecil. Jika mesin ini memiliki displacement besar tentu tidak masalah, tapi jika mesin diesel cc kecil maka akan menyulitkan proses pembakaran. Untuk itulah combustion chamber dibuat agar udara dapat lebih menggumpal pada suatu ruang.

Cara Kerja Sistem injeksi tidak langsung mesin diesel Sistem indirect injection hanya memiliki perbedaan saat langkah kompresi dan usaha. Sementara secara umum, cara kerja mesin diesel indirect injection sama dengan prinsip kerja mesin diesel umum. Sebelum menyalakan mesin diesel indirect, terlebih dahulu mengaktifkan glow plug selama sekitar 1 menit agar suhu pada ruang bakar meningkat.

Keuntungan dari Indirect Injection:

Ø  Tingkat turbulen yang tetap tinggi di berbagai putaran mesin

Ø  Tidak memerlukan sistem injeksi yang tinggi

Ø  Kecil kemungkinan untuk terjadinya penyumbatan pada injektor

Kerugian dari Indirect Injection:

Ø  Konsumsi BBM yang kurang efisien dan perpindahan panas yang rendah

Ø  Rasio kompresi yang lebih tinggi dibutuhkan saat start

2)    Direct Injection

Sistem direct injection adalah sistem dimana bahan bakar diinjeksikan ke dalam ruang bakar yang terletak pada bagian mahkota pada piston. Untuk menghasilkan campuran bahan bakar dan udara lebih efektif, maka digunakan nozzle dengan type hole. Pada type direct injection, piston memiliki cavity di bagian muka piston.

Keuntungan dari penggunaan sistem ini :

Ø  Hemat bahan bakar

ü  Karena bahan bakar diinjeksikan secara langsung ke dalam ceruk pada mahkota dari piston, energi yang di hasilkan pada langkah usaha digunakan sepenuhnya untuk menekan piston ke TMB.

ü  Karena tidak memiliki lubang penghubung antara ruang bakar mula dan ruang bakar utama, sehingga tidak mengalami kerugian pada saat campuran udara dan bahan bakar melewati saluran penghubung.

ü   karena perbandingan kompresi yang rendah pada type ini, akan mengurangi kerugian gesekan yang disebabkan oleh gerakan piston ring dengan cylinder liner.

Ø  Daerah penyalaan dari ruang bakar lebih kecil sehingga kerugian panas akibat adanya air pendingin dapat dikurangi.

Ø  Kompresi rasio yang rendah, memudahkan pencapaian TMA pada saat menghidupkan mesin dengan tangan dan engkol starter

Ø  Kerugian panas dan gesekan yang kecil, maka tidak memerlukan alat penyalaan awal (preheating)

Ø  Karena konstruksinya yang tanpa ruang bakar mula, beban panas akan menjadi lebih kecil, sehingga tidak ada distorsi pada kedudukan katup (valve seat) maupun keretakan pada cylinder head karena panas berlebihan.

Kerugian dari Direct Injection:

Ø Cederung suara mesin lebih kasar dan bising

Ø Lebih rentan terhadap penyumbatan dalam injektor karena lubang injektor lebih kecil

Ø Output tenaga yang cenderung lebih kecil

Ø Turbulensi kecil pada kecepatan rendah

B.   Spark Ignited Engine

Spark Ignited Engine atau biasa di sebut dengan OTTO engine atau mesin bensin adalah sebuah tipe mesin pembakaran dalam yang menggunakan nyala busi untuk proses pembakaran, dirancang untuk menggunakan bahan bakar bensin atau yang sejenis.

Mesin bensin berbeda dengan mesin diesel dalam metode pencampuran bahan bakar dengan udara, dan mesin bensin selalu menggunakan penyalaan busi untuk proses pembakaran.

Pada mesin diesel, hanya udara yang dikompresikan dalam ruang bakar dan dengan sendirinya udara tersebut terpanaskan, bahan bakar disuntikan ke dalam ruang bakar di akhir langkah kompresi untuk bercampur dengan udara yang sangat panas, pada saat kombinasi antara jumlah udara, jumlah bahan bakar, dan temperatur dalam kondisi tepat maka campuran udara dan bakar tersebut akan terbakar dengan sendirinya.

Pada mesin bensin, umumnya udara dan bahan bakar dicampur sebelum masuk ke ruang bakar, pencampuran udara dan bahan bakar dilakukan oleh karburator atau sistem injeksi. Bahan bakar yang becampur udara mengalir kedalam ruang bakar dan dikompresikan dalam ruang bakar, kemudian dipercikan bunga api listrik yang berasal dari busi. Karena itu motor bensin disebut juga sebagai spark ignation engine. Ledakan yang terjadi dalam ruang bakar mendorong torak, kemudian mengerakan poros engkol untuk didistribusikan ke roda.

Tipe-tipe mesin bensin berdasarkan siklus proses pembakaran adalah:

Ø  Mesin dua tak, memerlukan dua langkah piston dalam satu siklus proses pembakaran.

Ø  Mesin empat tak, memerlukan empat langkah piston dalam satu siklus proses pembakaran.

Ø  Mesin enam tak, memerlukan enam langkah piston dalam satu siklus proses pembakaran.

Ø  Mesin wankel (rotary engine/wankel engine). memerlukan satu putaran penuh rotor dalam satu siklus pembakaran.

a.    Mesin Bensin 2 tak

Motor bakar dua tak adalah mesin pembakaran dalam yang dalam satu siklus pembakaran akan mengalami dua langkah piston, berbeda dengan putaran empat-tak yang mengalami empat langkah piston dalam satu kali siklus pembakaran, meskipun keempat proses intake, kompresi, tenaga dan pembuangan juga terjadi.

Prinsip kerja Motor bakar dua tak yakni dengan menghasilkan satu siklus di setiap putarannya. Artinya satu putaran engkol berarti satu siklus mesin.

Ini sangat berbeda dengan motor bakar 4 tak yang memiliki dua putaran engkol dalam satu siklus kerja mesin. Motor 4 tak memiliki 4 langkah dimana setiap langkah itu memakan setengah putaran engkol, sementara motor 2 tak itu hanya memiliki 2 langkah sehingga cukup 1 putaran untuk menghasilkan siklus kerja mesin.

Langkah piston Turun

Langkah pertama adalah ketika piston turun dari TMA ke TMB. Pada proses ini terjadi pembesaran volume silinder karena saat posisi piston diatas, volume silinder akan sangat minim. sementara ketika piston bergerak bawah, maka volumenya berangsur membesar.

Pembesaran volume silinder ini menyebabkan adanya kevakuman (daya hisap). Sebaliknya, dibagian crankcase justru terjadi pengecilan volume karena piston bergerak kearah bawah.

pada saat piston bergerak kebawah, dinding piston akan menutup saluran intake, sehingga udara didalam crankcase akan mengalir ke combustion chamber melalui transfer port.

 Langkah Piston Naik

Ketika piston bergerak dari TMB ke TMA, maka akan terjadi pengecilan volume ruang bakar, pergerakan piston ke atas, juga akan menutup transfer port dan exhaust port. Sehingga pergerakan piston ini akan mengkompresi udara dan bensin yang sebelumnya sudah masuk ke ruang bakar.
Disisi lain pada crankcase, gerakan piston ke atas menyebabkan pembesaran volume. Saat langkah ini, saluran intake akan kembali terbuka dan campuran udara bensin kembali masuk ke crankcase. Ketika piston sudah mencapai puncak, maka busi akan menyala. Saat ini tekanan kompresi sudah sangat tinggi akibatnya terjadilah pembakaran. Pembakaran ini akan mendorong piston berekspansi, sehingga piston bergerak ke arah bawah. ketika piston bergerak kebawah, saluran exhaust dan transfer port akan terbuka sehingga udara bersih dari crankcase akan mendorong gas sisa pembakaran keluar melalui exhaust port.

Ø  Kelebihan motor bakar dua tak

ü  Top RPM mesin lebih tinggi

ü  Tenaga mesin juga lebih besar

ü  Suara lebih nyaring

Ø  Kekurangan motor bakar dua tak

ü  Bensin lebih boros

ü  Perlu oli samping

ü  Emisi sangat buruk

b.    Mesin Bensin 4 tak

Four stroke engine adalah sebuah mesin dimana untuk menghasilkan sebuah tenaga memerlukan empat proses langkah naik-turun piston, dua kali rotasi kruk as, dan satu putaran noken as (camshaft).

Empat proses tersebut terbagi dalam siklus :

a)    Langkah hisap : Bertujuan untuk memasukkan kabut udara – bahan bakar ke dalam silinder.  Sebagaimana tenaga mesin diproduksi tergantung dari jumlah bahan-bakar yang terbakar selama proses pembakaran.

Prosesnya adalah :

1.    Piston bergerak dari Titik Mati Atas (TMA) menuju Titik Mati Bawah (TMB).

2.    Klep inlet terbuka, bahan bakar masuk ke silinder,

3.    Kruk As berputar 180 derajat,

4.    Noken As berputar 90 derajat,

5.    Tekanan negatif piston menghisap kabut udara-bahan bakar masuk ke silinder.

b)    Langkah Kompresi : Langkah KompresiDimulai saat klep inlet menutup dan piston terdorong ke arah ruang bakar akibat momentum dari kruk as dan flywheel.Tujuan dari langkah kompresi adalah untuk meningkatkan temperatur sehingga campuran udara-bahan bakar dapat bersenyawa. Rasio kompresi ini juga nantinya berhubungan erat dengan produksi tenaga.

Prosesnya sebagai berikut :

1.    Piston bergerak kembali dari TMB ke TMA

2.    Klep In menutup, Klep Ex tetap tertutup

3.    Bahan Bakar termampatkan ke dalam kubah pembakaran (combustion chamber)

4.    Sekitar 15 derajat sebelum TMA , busi mulai menyalakan bunga api dan memulai proses pembakaran

5.    Kruk as mencapai satu rotasi penuh (360 derajat)

6.    Noken as mencapai 180 derajat

c) Langkah Tenaga : Dimulai ketika campuran udara/bahan-bakar dinyalakan oleh busi. Dengan cepat campuran yang terbakar ini merambat dan terjadilah ledakan yang tertahan oleh dinding kepala silinder sehingga menimbulkan tendangan balik bertekanan tinggi yang mendorong piston turun ke silinder bore. Gerakan linier dari piston ini dirubah menjadi gerak rotasi oleh kruk as. Enersi rotasi diteruskan sebagai momentum menuju flywheel yang bukan hanya menghasilkan tenaga, counter balance weight pada kruk as membantu piston melakukan siklus berikutnya.

Prosesnya sebagai berikut :

1.    Ledakan tercipta secara sempurna di ruang bakar

2.    Piston terlempar dari TMA menuju TMB

3.    Klep inlet menutup penuh, sedangkan menjelang akhir langkah usaha klep buang mulai sedikit terbuka.

4.    Terjadi transformasi energi gerak bolak-balik piston menjadi energi rotasi kruk as

5.    Putaran Kruk As mencapai 540 derajat

6.    Putaran Noken As 270 derajat

d) Langkag Buang : Langkah buang menjadi sangat penting untuk menghasilkan operasi kinerja mesin yang lembut dan efisien. Piston bergerak mendorong gas sisa pembakaran keluar dari silinder menuju pipa knalpot. Proses ini harus dilakukan dengan total, dikarenakan sedikit saja terdapat gas sisa pembakaran yang tercampur bersama pemasukkan gas baru akan mereduksi potensial tenaga yang dihasilkan.

Prosesnya adalah :

1.    Counter balance weight pada kruk as memberikan gaya normal untuk menggerakkan piston dari TMB ke TMA

2.    Klep Ex terbuka Sempurna, Klep Inlet menutup penuh

3.    Gas sisa hasil pembakaran didesak keluar oleh piston melalui port exhaust menuju knalpot

4.    Kruk as melakukan 2 rotasi penuh (720 derajat)

5.    Noken as menyelesaikan 1 rotasi penuh (360 derajat)

OVERLAPING

Overlap adalah sebuah kondisi dimana kedua klep intake dan out berada dalam possisi sedikit terbuka pada akhir langkah buang hingga awal langkah hisap.

Berfungsi untuk efisiensi kinerja dalam mesin pembakaran dalam. Adanya hambatan dari kinerja mekanis klep dan inersia udara di dalam manifold, maka sangat diperlukan untuk mulai membuka klep masuk sebelum piston mencapai TMA di akhir langkah buang untuk mempersiapkan langkah hisap. Dengan tujuan untuk menyisihkan semua gas sisa pembakaran, klep buang tetap terbuka hingga setelah TMA. Derajat overlaping sangat tergantung dari desain mesin dan seberapa cepat mesin ini ingin bekerja.

manfaat dari proses overlaping :

1.    Sebagai pembilasan ruang bakar, piston, silinder dari sisa-sisa pembakaran

2.    Pendinginan suhu di ruang bakar

3.    Membantu exhasut scavanging (pelepasan gas buang)

4.    memaksimalkan proses pemasukkan bahan-bakar

Dari jenis bahan bakarnya otto engine memiliki dua klasifikasi yaitu bahan bakar gas dan bahan bakar minyak yaitu bensin.

2.    Wankel / Rotari engine

Mesin wankel atau disebut juga mesin rotary adalah mesin pembakaran dalam yang digerakkan oleh tekanan yang dihasilkan oleh pembakaran diubah menjadi gerakan berputar pada rotor yang menggerakkan sumbu.

Mesin ini dikembangkan oleh insinyur Jerman Felix Wankel. Dia memulai penelitiannya pada awal tahun 1950an di NSU Motorenwerke AG (NSU) dan prototypenya yang bisa bekerja pada tahun 1957. NSU selanjutnya melisensikan konsepnya kepada beberapa perusahaan lain di seantero dunia untuk memperbaiki konsepnya.

Prinsip Kerja mesin Wankel

-       Posisi rotor sisi a merupakan proses langkah hisap, pada langkah hisap campuran udara dan bahan bakar dihisap masuk ke ruang vakum.

-       Posisi rotor sisi b awal merupakan proses langkah kompresi, pada langkah ini campuran udara dan bahan bakar dikompresikan, posisi rotor sisi b akhir merupakan proses langkah usaha, pada langkah ini busi membakar campuran udara dan bahan bakar, tekanan tinggi hasil dari pembakaran menghasilkan ledakan dan menimbulkan tenaga untuk menggerakkan rotor.

-       Posisi rotor sisi c merupakan proses langkah pembuangan, pada langkah ini tekanan tinggi hasil pembakaran keluar melalui exhaust port menuju knlapot.

3.    Rotational Motion Type Engine

a.    Turbin Gas

Turbin gas/ Gas-turbine adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk memutar turbin dengan memanfaatkan kompresor dan mesin pembakaran internal. Di dalam turbin gas, energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan yang memutar sudu turbin sehingga menghasilkan daya. Sistem turbin gas terdiri dari tiga komponen utama, yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin.

Turbin gas digunakan sebagai penggerak generator listrik. Agar turbin dapat berputar, dibutuhkan beberapa komponen yang lain. Turbin gas merupakan serangkain komponen yang dirangkai menjadi kesatuan yang dinamakan siklus brayton. Siklus ini terdiri dari kompresor, combuster, dan turbin.  Agar turbin gas dapat beroperasi dengan baik dan seefisien mungkin, turbin gas diperlukan peralatan-peralatan lain seperti lubrication system, control system, cooling system, fuel system, dan lain-lain.

Pada pembangkit listrik, turbin gas tidak hanya digunakan untuk menggerakkan generator listrik. Akan tetapi turbin gas ini juga digunakan sebagai pemanas ada HRSG (Heat Recovery SteamGenerator). Temperatur pada sisi exhaust turbine masih cukup tinggi. Apabila gas sisa dari turbin gas dibuang ke atmosfir akan sia-sia.

FUNGSI DAN PRINSIP KERJA TURBIN GAS 

Dalam aplikasinya, turbin gas tidak dapat bekerja tanpa komponen kompresor dan ruang bakar/combuster. Ketiga komponen tersebut membentuk siklus yang dikenal dengan nama ”Siklus Brayton”. Fungsi dan prinsip kerja dari siklus ini dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

Turbin gas pada kondisi ideal memanfaatkan gas bertekanan yang didapat dari udara atmosfir yang dimampatkan dengan menggunakan kompresor pada kondisi isentropik (reversibel adiabatik/entropi konstan). Udara yang bertekanan tinggi ini kemudian dibakar dalam ruang bakar pada tekanan tetap. Dari ruang bakar, gas yang sudah dibakar bersama dengan bahan bakar diekspansikan ke turbin sebagai penggerak beban generator.

proses 1-2 : Proses pemempatan udara secara isentropik dengan menggunakan kompresor

proses 2-3 : Pemasukan bahan bakar pada tekanan konstan. Pemasukan bahan baker ini dilakukan di dalam combuster

proses 3-4 : Proses ekspansi gas hasil pembakaran (dari combuster). Ekspansi gas panas hasil pembakaran dilakukan pada turbin. Ekspansi dilakukan dalam kondisi isentropik.

proses 4-1 : Proses pembuangan panas pada tekanan konstan.

Pada proses pemampatan udara (proses 1-2), secara termodinamika kompresor membutuhkan kerja sebesar selish entalpi antara inlet kompresor dengan exhaust kompresor. Pada combuster (proses 2-3) terjadi pemasukan kalor dari pembakaran bahan bakar bersama-sama dengan udara yang dimampatkan. Sedangkan pada proses ekspansi pada turbin (proses 3-4), gas hasil pembakaran digunakan sebagai tenaga untuk memutar sudu-sudu pada rotor turbin. Rotor yang berputar ini akan memutar poros/shaft yang akan memutar poros generator. Generator inilah yang akan membangkitkan listrik. Isentropik merupakan kondisi entropi yang terjadi konstan.

Prinsip Kerja Kompresor

Kompresor yang biasanya dipakai pada turbin gas adalah axial compressore dan centrifugal compressore. Pada axial compressore, bentuk dari sudu-sudu rotor mendekati bentuk dari airfoils. Secara global kompresor bekerja dengan cara menyedot udara kemudian mendorong udara ini ke sudu tetap. Pada sudu tetap ini, bentuknya menyerupai bentuk dari difusor. Difusor ini berfungsi untuk memperbesar tekanan dan menurunkan kecepatan dari udara (prinsip bernoully aparatus).

Prinsip Kerja Combuster

Dari kompresor, udara bertekanan dibawa ke ruang bakar (combuster). Di ruang bakar, udara bertekanan dibakar bersama dengan fuel/bahan bakar. Bahan bakar yang umum dipakai dalam ruang bakar ini adalah gas alam (natural gas). Selain gas alam, bahan bakar yang biasa dipakai sebagai bahan bakar adalah fuel oil/ minyak (dengan efisiensi tinggi). Bahan bakar yang dibakar berfungsi untuk menaikkan temperatur. Combuster didesain untuk menghasilkan campuran, pengenceran dan pendinginan sehingga gas yang keluar dari ruang bakar merupakan temperatur rata-rata dari campuran. Panjang dari ruang bakar didesain dengan mempertimbangkan waktu dan tempat yang cukup untuk bahan bakar bisa terbakar sempurna dan memudahkan pemantik untuk membakar bahan bakar menjadi lebih mudah. Desain ruang bakar juga mempertimbangkan masalah residu pembakaran. Desain ruang bakar harus mempertimbangkan bagaimana mereduksi gas NOx.

Prinsip Kerja Turbin

Pada turbin gas, temperature and preassure drop, dikonversi diubah menjadi energi mekanik. Konversi energi berlangsung dalam dua tahap. Pada bagian nosel, gas panas mengalami proses ekspansi. Sedangkan energi panas diubah menjadi energi kinetik. Hampir 2/3 dari kerja yang dibutuhkan dari siklus ini diperlukan untuk menggerakkan kompresor. Oleh karena itu, kerja output dari turbin, dipakai untuk menggerakkan poros penggerak beban, hanya mempresentasikan 1/3 dari kerja siklus.

Pada turbin, khususnya pada 1st stage, yang menggerakkan bucket dan disc, harus mampu menahan temperatur yang cukup ekstrim (2200°F/ 1204°C). Temperatur yang sangat tinggi ini juga bercampur dengan kotoran/ kontaminan dari udara dan bahan bakar sehingga sangat rawan terkena korosi. Kontaminasi ini sangat sulit untuk dikontrol,sehingga dibutuhkan bahan paduan/alloys dan proses coating yang cukup bagus untuk melindungi material dari korosi dan memaksimalkan umur dari komponen ini.

B. External combustion Engine

Mesin pembakaran luar atau dalam bahasa inggrisnya disebut eksternal combustion engine adalah mesin yang menghasilkan sebuah usaha atau tenaga dimana pembakarannya dilakukan diluar mesin itu sendiri contohnya adalah mesin uap. pada mesin uap ini air yang dipanaskan lalu diubah menjadi uap, uap yang berhembus kencang tersebut diarahkan pada bilah-bilah atau daun turbin, dimana daun atau bilah turbin tersebut dihubungkan dengan sebuah as, kalau daun turbin tersebut ditendang oleh uap yang diarahkan padanya maka otomatis as juga akan ikut berputar.

External combustion Engine menggunakan piston

External combustion Engine menggunakan turbin

         

SOAL : 1.Apa yang di maksud dengan klasifikasi engine