Mengenal Mesin Ottodan Perkembangan Teknologi

Anggita Bayu Krisna Pambudi (1108124107)Miranti Widyastuti (1108120074)

Fakultas Teknik Elektro, Universitas TelkomJl. Telekomunikas, terusanbuah batu, Bandung. Indonesia

Abstract— Artikel ini di tulis untuk memenuhi tugas Mata Kuliah Analisis Thermal (YDH). Menjelaskan tentang sejarah mesin Otto sebagai awal muladitemukannya mesin-mesin canggih pada masa sekarang.

Proses-proses yang terjadi dalam setiap langkah mesin otto dan siklus rainkaine, pengaplikasian mesin Otto dan perkembangan teknologi mesin pada jaman sekarang.

Keywords— Nikolaus August Otto, Mesin Otto, Siklus rainkaine

I. SEJARAH MESIN OTTO

Nikolaus August Otto (10 Juni 1832, Holzhausen an der Haide, Nassau - 26 Januari 1891, Cologne ) adalah

penemu mesin pembakaran internal berkebangsaan Jerman.

Di usia muda Nikolaus Otto telah memulai mencoba mengembangkan mesin, pada tahun 1864 Otto bertemu dengan Eugen Langen dan mendirikan pabrik mesin bernama NA Otto & Cie yang sekarang bernama Deutz AG.

Perusahaan ini memproduksi mesin 2 langkah pengembangan

dari mesin temuan Leonir. Mesin Otto dan Langen telah mencapai titik akhir dengan hanya memproduksi 3 hp (2,2 kW , 3,0 PS ), namun diperlukan 10-13 ft (3,0-4,0 m) ruang bakar untuk beroperasi.

Pada tahun 1876 Otto telah berhasil menciptakan model mesin empat langkah yang pertama dan memiliki hak paten. Mesin empat langkah mendapat respon yang sangat baik, dimana dalam waktu 10 tahun mesin 4 langkah telah terjual lebih dari 30.000 mesin, hal tersebut membuat mesin tipe Leonir mulai tersisih.

Mesin temuan Otto sempat mendapatkan permasalahan hak paten dari berbagai pihak, penemu

Italia Eugenio Barsanti dan Felice Matteucci mematenkan versi pertama mesin pembakaran internal yang bekerja efisien tahun 1854 di London dengan nomor paten 1072, namun belum ada dokumentasi dari pengetahuan tentang mesin Italia oleh Otto.

Konsep mesin empat langkah juga dipatenkan pada 26 Oktober 1860 oleh seorang Austria Christian Reithmann selama satu tahun dan oleh orang Perancis, Alphonse Beau de Rochas pada16 Januari 1862.

II. MESIN OTTO

Mesin Otto dari Nikolaus Otto atau yang lebih dikenal dengan mesin Bensin adalah sebuah tipe mesin pembakaran internal yang menggunakan nyala busi untuk melakukan proses pembakaran, dirancang untuk menggunakan bahan bakar bensin atau yang sejenisnya.

Mesin otto berbeda dengan mesin diesel dalam metode pencampuran bahan bakar dengan udara, serta mesin otto selalu menggunakan nyala busi untuk proses pembakaran.

Sedangkan mesin diesel hanya udara yang dikompresikan dalam ruang bakar sehingga 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 otto, pada udara dan bahan bakar dicampur sebelum masuk ke ruang bakar dengan karburator, mesin berbahan bakar bensin sekarang banyak yang mengaplikasikan sistem injeksi bahan bakar langsung ke silinder ruang bakar termasuk mesin bensin 2 langkah untuk mendapatkan emisi gas buang yang ramah lingkungan.

Pencampuran udara dan bahan bakar yang dilakukan oleh karburator atau sistem injeksi banyak mengalami perkembangan dari sistem manual sampai dengan penambahan sensor-sensor elektronik.

Sistem Injeksi Bahan bakar di motor otto terjadi diluar silinder, tujuannya untuk mencampur udara dengan bahan bakar seproporsional mungkin, teknologi ini disebut EFI.

III. KLASIFIKASI MESIN OTTO

Mesin otto yang dikenal saat ini siklasifikasi berdasarkan jumlah langkah kerjanya, yaitu 2 Langkah dan 4 Langkah.

A. 2 Langkah (2-Stroke)Mesin dua langkah adalah mesin yang

memerlukan dua kali gerakan piston naik turun untuk sekali pembakaran untuk menghasilkan tenaga untuk melakukan kerja.

Mesin dua langkah banyak digunakan pada motor-motor kecil karena berat yang ringan dengan tarikan lebih cepat, hanya saja mesin dua langkah menghasilkan asap polusi lebih banyak sebagai sisa dari pembakaran oli pelumas.

Kelebihan mesin 2 langkah:a. Hasil tenaganya lebih besar dibandingkan mesin

empat tak.b. Mesin dua tak lebih kecil dan ringan

dibandingkan mesin empat tak.c. Kombinasi kedua kelebihan di atas menjadikan

rasio berat terhadap tenaga (power to weight ratio) mesin dua tak lebih baik dibandingkan mesin empat tak.

d. Mesin dua tak lebih murah biaya produksinya karena konstruksinya yang sederhana.

Kekurangan mesin 2 langkah:a. Efisiensi bahan bakar mesin dua langkah lebih

rendah dibandingkan mesin empat tak.b. Mesin dua tak memerlukan percampuran oli

dengan bahan bakar yang pas untuk pelumasan silinder mesin.

c. Biaya operasional mesin dua tak menjadi lebih lebih tinggi dibandingkan biaya operasional mesin empat tak.

d. Mesin dua tak menghasilkan polusi udara lebih banyak.

e. Pelumasan mesin dua tak tidak sebaik mesin empat tak. Ini mengakibatkan usia suku cadang dalam komponen ruang bakar relatif lebih singkat.

B. 4 Langkah (4-Stroke)Mesin empat langkah memerlukan empat kali

gerakan piston dalam sekali proses pembakaran untuk menghasilkan tenaga. Dengan empat proses

dalam sekali pembakaram maka mesin empat langkah lebih sedikit menghasilkan sisa pembakaran karena bahan bakar tanpa campuran oli dan kompresi yang tinggi.

Kelebihan mesin 4 langkah:a. Memiliki efisiensi bahan bakar lebih bagus

karena pembakaran terjadi saat gas terkompresi

b. Memiliki tingkat polusi gas buang lebih rendah, sehingga lebih ramah lingkungan.

c. Perawatan berkala lebih jarangd. Biaya operasional lebih rendahe. Lebih mudah dilakukan rekayasa untuk

meningkatkan power

Kekurangan mesin 4 langkah:a. Mesin lebih kompleks, sehingga lebih beratb. Power lebih kecil sehingga kurang agresif

dibanding mesin 2 langkahc. Harga suku cadang lebih mahal karena

memiliki komponen lebih banyak

IV. LANGKAH KERJA MESIN OTTO

Banyaknya langkah kerja mesin otto sesuai dengan tipe mesin otto itu sendiri.

A. Langkah Kerja Mesin 2 stroke

1. Langkah isap dan langkah kompresiPiston bergerak dari titik mati bawah (TMB) ke titik

mati atas (TMA). Saat bergerak dari TMA ke TMB, piston akan menekan ruang bilas yang berada di bawahnya. Semakin jauh piston meninggalkan TMA menuju TMB akan tekanan didalam crank case semakin meningkat.

Membran terbuka dan campuran bahan bakar masuk ke dalam crankcase (bak engkol) dari karburator melalui saluran masuk.

Sementara campuran bahan bakar yang berada di bagian atas permukaan piston (ditunjukkan gambar warna biru) sedang dikompresi oleh piston dan siap untuk diberi percikan bunga api dari busi untuk proses pembakaran.

2. Langkah usaha & langkah buangCampuran bahan bakar yang terkompresi diberikan

percikan bunga api dari busi, sehingga terjadilah ledakan. Ledakan akibat pembakaran gas memaksa piston bergerak turun dari TMA ke TMB sehingga melakukan usaha menghasilkan power.

Piston yang bergerak dari atas ke bawah, mengakibatkan campuran bahan bakar yang berada di dalam crankcase tertekan sehingga menutup membran yang berada pada mulut saluran masuk.

Campuran lainnya akan menuju bagian atas piston melewati saluran transfer untuk mendorong gas sisa pembakaran keluar ini disebut langkah pembilasan dan langkah buang.

B. Langkah Kerja Mesin 4 stroke

1. Langkah IsapPiston bergerak dari TMA ke TMB, sedangkan posisi

katup masuk terbuka dan katup keluar tertutup. Hal ini mengakibatkan udara pada mesin diesel atau gas pada sebagian besar mesin bensin terhisap masuk ke dalam ruang bakar.

2. Langkah KompresiPiston bergerak dari TMB ke TMA, posisi katup

masuk dan keluar dalam keadaan tertutup, sehingga mengakibatkan udara atau gas dalam ruang bakar terkompresi.

Beberapa saat sebelum piston sampai pada posisi TMA sekitar 15 derajat, waktu penyalaan atau bisa disebut timing ignition terjadi pada mesin bensin berupa nyala busi sedangkan pada mesin diesel berupa suntikan bahan bakar. Proses timing ini diatur oleh derajat Noken As dan perangkat pengapian CDI.

3. Langkah Usaha

Gas yang terbakar setelah melewati timing ignition dalam ruang bakar akan meningkatkan tekanan dalam ruang bakar dan mengakibatkan piston terdorong dari TMA ke TMB. Langkah ini adalah proses dimana mesin menghasilkan tenaga.

4. Langkah BuangPiston bergerak dari TMB ke TMA sedangkan posisi

katup masuk terutup dan katup keluar terbuka sehingga mendorong sisa gas pembakaran menuju ke katup keluar yang sedang terbuka untuk diteruskan ke lubang pembuangan Exhaust System.

V. SIKLUS PADA MESIN OTTO

Siklus Otto adalah siklus ideal untuk mesin torak dengan pengapian-nyala bunga api. Pada mesin pembakaran dengan sistem pengapian-nyala ini, campuran bahan bakar dan udara dibakar dengan menggunakan percikan bunga api dari busi.

1. Compression stroke, campuran udara dan uap bensin dalam silinder ditekan secara adiabatik ketika piston bergerak ke atas compression stroke.

2. Power stroke, Karena ditekan secara adiabatik maka suhu dan tekanan campuran meningkat. Pada saat yang sama, busi memercikkan bunga api sehingga campuran udara dan uap bensin terbakar.

Ketika terbakar, suhu dan tekanan gas semakin bertambah. Gas bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi tersebut memuai terhadap piston dan mendorong piston ke bawah.

3. exhaust stroke, gas yang terbakar dibuang melalui katup pembuangan dan dialirkan menuju pipa pembuangan.

4. intake stroke, katup masukan terbuka lagi, campuran udara dan uap bensin mengalir dari karburator menuju silinder pada saat piston bergerak ke bawah (langkah

masukan / intake stroke). Selanjutnya ke-empat langkah diulang kembali.

Siklus otto ini memiliki 4 proses termodinamika yang terdiri dari 2 buah proses isokhorik dan 2 buah proses adiabatis.

1. Langkah isap (0-1) dan langkah buang (1-0) dianggap sebagai proses tekanan tetap.

2. Langkah pemampatan (1-2) dianggap berlangsung secara adiabatik, karena proses tersebut berlangsung sangat cepat sehingga dianggap tidak ada panas yang sempat keluar sistem.

3. Proses pembakaran (garis 2-3) dianggap sebagai pengisian kalor pada volume konstan.

4. Langkah kerja (3-4) dianggap juga berlangsung adiabatik.

5. Proses penurunan tekanan karena pembukaan katup buang (garis 4-1) dianggap sebagai pembuangan) kalor pada volume konstan.

6. Fluida kerja dianggap gas ideal sehingga memenuhi hukum-hukum gas ideal.

Proses yang terjadi adalah :1-2 : Kompresi adiabatis2-3 : Pembakaran isokhorik3-4 : Ekspansi / langkah kerja adiabatis4-1 : Langkah buang isokhorik

Tujuan dari adanya langkah kompresi adalah menaikkan suhu dan tekanan campuran gas di ruang bakar.

Proses pembakaran pada tekanan yang tinggi akan menghasilkan suhu dan tekanan (P = F/A) yang sangat besar. Akibatnya gaya dorong (F = PA) yang dihasilkan

selama proses pemuaian menjadi sangat besar sehingga mesin motor atau mobil menjadi lebih bertenaga.

Walaupun tidak ditekan, campuran udara dan uap bensin bisa terbakar ketika si busi memercikkan bunga api. Tapi suhu dan tekanan gas yang terbakar tidak terlalu tinggi sehingga gaya dorong yang dihasilkan juga kecil. Akibatnya mesin menjadi kurang bertenaga.

Analisis mesin Otto:

1. Proses Kompresi AdiabatisT2/T1 = r(k-1) ;  p2/p1 = rk

2. Proses Pembakaran IsokhorikT3 = T2 + (f x Q / Cv) ;   p3 = p2 ( T3 / T2)

3. Proses Ekspansi / Langkah KerjaT4/T3 = r (1-k) ;   p4/p3 = r(-k)

4. Kerja SiklusW = Cv [(T3 - T2) - (T4 - T1)] 

5. Tekanan Efektif Rata-rata (Mean Effective Pressure)pme = W / (V1 – V2)

6. Daya Indikasi MotorPe = pme . n . i . (V1-V2) . z

Keterangan:p = Tekanan gas (Kg/m^3)T = Temperatur gas (K; Kelvin)V = Volume gas (m^3)r = Rasio kompresi (V1 – V2)Cv = Panas jenis gas pada volume tetap ( kj/kg K) k = Rasio panas jenis gas (Cp/Cv)f = Rasio bahan bakar / udaraQ = Nilai panas bahan bakar (kj/kg)W = Kerja (Joule)n = Putaran mesin per detik (rps)i = index pengali; i=1 untuk 2tak dan i=0.5 untuk 4takz = Jumlah silinderP = Daya ( Watt )

VI. PERKEMBANGAN TEKNOLOGI MESIN OTTO

A. TurbochargerTurbocharger terdiri dari sebuah turbin dan

compressor terpasang pada sebuah batangan. Turbin tersebut mengubah panas dan tekanan gas buang menjadi daya putar, yg kemudian digunakan untuk menggerakkan compressor.

compressor menggerakkan aliran udara dan memompakannya kedalam intake manifold pada tekanan yg semakin tinggi.

Hal tersebut menghasilkan kadar udara yg besar memasuki silinder dari setiap langkah hisap.

Turbocharger meningkatkan tekanan pada titik dimana udara memasuki silinder, kadar udara (oksigen) yg besar dipaksakan masuk ketika tekanan pada inlet manifold meningkat.

Tambahan aliran udara membuat mesin mampu mengendalikan tekanan ruang bakar dan perbandingan bahan bakar dan udara yg seimbang saat mesin berada pada RPM tinggi. hal ini meningkatkan tenaga dan torsi yg dikeluarkan oleh mesin.

B. NOSNitrous Oxide System memiliki kandungan oksigen

36% dari total berat NOS itu sendiri. Didalam ruang bakar, Nitrous Oxide memisahkan diri menjadi Nitrogen dan Oksigen. Jika bercampur dengan bahan bakar, Oksigen akan membantu pembakaran.

Bercampurnya oxygen ini dengan senyawa hidrokarbon yang selalu terdapat di bahan bakar seperti menghasilkan tekanan kompresi yang meningkatkan tenaga mesin dalam waktu instan selama nitrous masih berada di ruang pembakaran.

Nitrogen disini adalah sebagai pendingin, karena kompresi dan output tenaga yang instan ini menghasilkan panas yang meningkat instan.

C. Stroke UpProses menambah panjang crank piston sehingga

dimungkinkan terjadi proses kompresi yang lebih pada ruang bakar, sehingga Gas menghasilkan ledakan yang lebih besar

D. Bore UpProses memperbesar ruang bakar dengan mengkikis

silinder untuk memasukkan piston berukuran lebih besar. Sehingga memungkinkan bahan bakar dan udara lebih banyak masuk ke dalam ruang bakar untuk didapatkan tenaga lebih besar.

E. InjectionSistem pengganti karburator dengan sistem nozzle dan pompa untuk mendapatkan percampuran udara dan bahan bakar yang ideal. Sehingga dicapai efisiensi bahan bakar yang lebih baik.

VII. KESIMPULAN

Bikin kesimpulan.. kalau gak perlu yaudah hapus aja hahahha

REFERENCES

[1] http://www.motordekil.com/2014/05/2-tak-vs-4-tak-bagaimana-

menentukannya.html

[2] http://id.wikipedia.org/wiki/Motor_bakar_dua_langkah#Perbedaan_Desain_Mesin_DUa_Tak_dengan_Mesin_Empat_Tak

[3] http://id.wikipedia.org/wiki/Motor_bakar_empat_langkah[4] http://id.wikipedia.org/wiki/Mesin_bensin[5] https://temonsoejadi.wordpress.com/2014/04/25/siklus-mesin-otto-

diesel-dan-gabungan/[6] http://ahmaduha.blogspot.com/2010/11/mesin-otto.html[7] http://id.wikipedia.org/wiki/Nikolaus_Otto[8] https://garrsett.wordpress.com/2014/03/28/memahami-perbedaan-

mesin-2-tak-dengan-4-tak/[9] http://christianrian92.blogspot.com/2012/03/9-teknologi-terbaru-

dalam-bidang-mesin.html[10] http://kholilibaihaki.blogspot.com/2013/02/pengertian-dan-cara-kerja-

mesin-4-tak-2.html[11] http://fastnlow.net/cara-kerja-mesin-2-tak-dan-4-tak/