1. Dokumen tersebut membahas prinsip kerja motor, proses pembakaran, dan pengapian pada motor bensin. 2. Ada penjelasan tentang perbedaan motor 2 tak dan 4 tak, proses kerja masing-masing siklus, serta faktor-faktor yang mempengaruhi saat pengapian. 3. Dokumen ini memberikan gambaran menyeluruh tentang aspek-aspek penting dalam operasi mesin bensin.

1. Prinsip Kerja Motor dan Pengapian
PRINSIP KERJA MOTOR
DAN PENGAPIAN
KOMPETENSI
1. Menjelaskan prinsip kerja motor 2 tak dan motor 4 tak.
2. Menjelaskan proses pembakaran pada motor bensin
3. Menjelaskan dampak saat pengapian yang tidak tepat terhadap kerja
mesin
4. Menggambarkan urutan pengapian pada motor 4 tak dalam diagram
pembakaran
5. Menjelaskan perlunya pengajuan saat pengapian pada putaran
tinggi
6. Menjelaskan prinsip merubah tegangan 12 menjadi tegangan tinggi
1

2. Prinsip Kerja Motor dan Pengapian
A. KLASIFIKASI MOTOR
Motor bakar dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok, yaitu:
1. Motor pembakaran luar (Exsternal Combustion Engine), yaitu
motor yang pembakarannya diluar mesin.
Contoh : mesin uap, turbin uap dan lain-lain.
2. Motor pembakaran dalam (Internal Combustion Engine), yaitu
motor yang proses pembakaran berada di dalam mesin itu
sendiri.
Contoh : Motor diesel, motor bensin, motor wankel dan lain-
lain.
Gambar 1. Macam motor bakar
Sedangkan motor pembakaran dalam dapat diklasifikasikan:
1. Berdasarkan aplikasinya
Motor penggerak mobil, truk, lokomotif, pesawat ringan, kapal,
penggerak serbaguna dan pembangkit listrik.
2. Berdasarkan dasar disain mesinnya :
a. Gerak bolak-balik dengan susunan silinder In-line, V, rotary
dan berlawanan
b. Gerak putar seperti motor Wankel.
3. Berdasarkan siklus kerjanya :
Motor 4 tak dan motor 2 tak
2

3. Prinsip Kerja Motor dan Pengapian
3
4. Berdasarkan katup dan disain lubang katup
a. Susunan katup: model I, L, H, F
b. Jumlah katup : Single Valve (Tiap silinder katup In maupun
Ex adalah satu), Multi Valve (Tiap silinder katup In maupun
Ex lebih dari satu)
c. Mekanik katup : OHV (Over Head Valve), OHC (Over Head Cam
Shaft), DOHC (Double Over Head Cam Shaft).
5. Berdasarkan bahan bakarnya :
Bensin, solar, LPG (Liquit Petroleum Gas), alchohol, hydrogen.
6. Berdasarkan metode mencampurnya :
Karburator, injeksi pada saluran masuk, injeksi ke dalam silinder.
7. Berdasarkan metode pengapian:
Percikan busi (motor bensin), tekanan kompresi ( motor diesel).
8. Berdasarkan disain ruang bakar:
Ruang bakar langsung:
Ruang bakar tak langsung:
9. Berdasarkan metode kontrolnya :
Throttling yaitu mengatur jumlah campuran udara dan bahan
bakar dengan throttle, hanya mengatur aliran bahan bakar,
kombinasi
10. Berdasarkan sistem pendinginnya:
Pendinginan air dan pendinginan udara
B. MOTOR 4 TAK
Motor 4 tak merupakan motor yang satu siklus kerjanya diperlukan 4
langkah gerakan piston atau 2 putaran engkol. Empat langkah piston
tersebut adalah:
1. Langkah Hisap
2. Langkah Kompresi
3. Langkah Usaha
4. Langkah Buang
Siklus motor 4 tak ini ditemukan oleh seorang insiyur Jerman, yaitu
Nikolas A. Otto pada tahun 1876, untuk mengenang jasanya maka
motor 4 tak sering disebut motor Otto.
Proses kerja motor 4 tak tersebut adalah sebagai berikut:
1. Langkah Hisap
Piston bergerak dari TMA (Titik Mati Atas) menuju TMB (Titik Mati
Bawah). Posisi katup hisap terbuka dan katup buang tertutup. Akibat
gerakan piston volume didalam silinder membesar sehingga tekanan

4. Prinsip Kerja Motor dan Pengapian
turun. Turunnya tekanan di dalam silinder menyebabkan adanya
perbedaan tekanan diluar silinder dengan didalam silinder sehingga
campuran bahan bakar terhisap masuk ke dalam silinder.
Langkah Hisap Langkah kompresi
Gambar 2 . Langkah Hisap dan langkah kompresi
2. Langkah Kompresi
Piston bergerak dari TMB menuju TMA. Posisi katup hisap dan katup
buang tertutup. Gerakan piston menyebabkan volume didalam silinder
mengecil memampatkan/ mengkopresi campuran bahan bakar
didalam silinder sehingga tekanan dan temperature naik.
3. Langkah Usaha
Gambar 4. Langkah Usaha
Beberapa saat sebelum TMA, busi
memercikkan api sehingga membakar
campuran bahan bakar. Terbakarnya
campuran bahan bakar menyebabkan
temperatur dan tekanan didalam
silinder naik. Tekanan mendorong
piston dari TMA menuju TMB, melalui
batang piston gaya tekan piston
digunakan untuk memutar poros
engkol, pada poros engkol digunakan
untuk memutar beban.
4

5. Prinsip Kerja Motor dan Pengapian
4. Langkah Buang
Gambar 5. Langkah Buang
Piston bergerak dari TMB menuju TMA.
Posisi katup hisap tertutup dan katup
buang terbuka. Gerakan piston
menyebabkan piston mendoron gas
buang ke luar menuju knalpot melalui
katup buang.
Setela langkah buang maka motor melakukan langkah hisap,
kompresi, usaha dan buang, demikian seterusnya sehingga selama
ada proses pembakaran maka motor berputar terus. Siklus kerja
motor 4 tak dapat digambarkan sebagai berikut:
Gambar 6. Siklus kerja motor 4 tak
5

6. Prinsip Kerja Motor dan Pengapian
C. MOTOR 2 TAK
Motor 2 tak merupakan motor yang satu siklus kerjanya diperlukan 2
langkah gerakan piston atau 1 putaran engkol. Dalam 2 langkah
piston di atas piston atau di dalam silinder terdapat proses
pemasukan campuran bahan bakar, kompresi, usaha dan buang.
Sedangkan di bawah piston atau didalam bak engkol terdapat dua
proses yaitu menghisap campuran bahan bakar dari karburator dan
proses memompa campuran ke dalam silinder.
Pada motor 2 tak proses pemasukan campuran bahan bakar ke dalam
silinder bersamaan dengan proses pembuangan, proses ini lebih
popular dengan istilah proses pembilasan, yaitu proses pemasukan
gas baru dan mendorong gas buang agar gas buang. Tujuan
pembilasan yaitu gas dibuang didalam silinder dapat terbuang dengan
sempurna. Sedangkan istilah proses pemasukan diguna untuk proses
masuknya campuran ke dalam ruang engkol (crankcase).
Cara kerja motor 2 tak dapat digambarkan sebagai berikut:
1.Pemasukan dan kompresi
Saat piston bergerak dari TMB menuju TMA, maka didalam silinder
terjadi proses kompresi, proses ini dimulai saat lubang bilas dan
buang tertutup piston, gerakan piston menyebabkan campuran
bahan bakar yang masuk dikompresi sehingga tekanan dan
temperatur naik.
Gambar 7. Proses pemasukan dan kompresi
6

7. Prinsip Kerja Motor dan Pengapian
Dibawah piston terjadi proses pemasukan campuran bahan bakar.
Saat piston bergerak ke TMA, maka ruang bak engkol membesar
sehinggga tekanan turun
Turunnya tekanan di dalam bak engkol menyebabkan adanya
perbedaan tekanan di luar bak engkol dengan di dalam bak engkol
sehingga campuran bahan bakar terhisap masuk ke bak engkol
dengan membuka katup harmonika (reed valve).
2. Proses Usaha dan kompresi di bak engkol
Gambar 8. Proses usaha dan kompresi di bak engkol
Beberapa saat sebelum TMA, busi memercikkan api sehingga
membakar campuran bahan bakar. Terbakarnya campuran bahan
bakar menyebabkan temperatur dan tekanan didalam silinder naik.
Tekanan mendorong piston dari TMA menuju TMB, melalui batang
piston gaya tekan piston digunakan untuk memutar poros engkol,
pada poros engkol digunakan untuk memutar beban. Proses di bawah
piston saat piston bergerak dari TMA ke TMB menyebabkan ruang
engkol mengecil sehingga tekanan naik, naiknya tekanan
menyebabkan reed valve menutup, proses pemasukan campuran
terhenti
piston digunakan untuk memutar poros engkol, pada poros engkol
digunakan untuk memutar beban. Proses di bawah piston saat piston
7

8. Prinsip Kerja Motor dan Pengapian
bergerak dari TMA ke TMB menyebabkan ruang engkol mengecil
sehingga tekanan naik, naiknya tekanan menyebabkan reed valve
menutup, proses pemasukan campuran terhenti.
3. Proses Buang
Gambar. 9 Proses buang
Beberapa derajat langkah usaha, lubang buang terbuka sehingga gas
buang mengalir ke luar melalui saluran buang ke knalpot. Sementara
itu tekanan dibawah piston semakin besar akibat ruang engkol yang
semakin mengecil.
4. Proses Pembilas
Gambar 10. Proses pembilasan
8

9. Prinsip Kerja Motor dan Pengapian
Saat piston semakin mendekati TMB tekanan di bak engkol semakin
besar, sementara itu lubang bilas terbuka, sehingga campuran bahan
bakar dari bak engkol mengalir ke dalam silinder untuk mengisi silider
dengan gas baru dan mendorong gas buang ke luar sehingga silinder
benar-benar bersih dari gas buang.
D. Proses Pembakaran
Proses pembakaran pada motor bensin dapat digambarkan sebagai
berikut:
Gambar 11. Proses pembakaran
Beberapa derajat sebelum TMA akhir kompresi busi memercikkan api,.
percikan api pada busi akan membakar daerah sekeliling busi (1).
Campuran bahan bakar yang terbakar akan bergerak menjauh dari
9

10. Prinsip Kerja Motor dan Pengapian
busi, dan membakar campuran bahan bakar yang lain sehingga
tekanan dan temperature naik (2),, puncak tekanan hasil
pembakaran (3) terjadi 10-15 º setelah TMA. Pada titik (4) merupakan
akhir proses pembakaran.
E. Saat Pengapian
Saat pengapian merupakan waktu terjadinya percikan api pada busi.
Saat pengapian yang tepat (Za) akan menghasilkan tekanan hasil
pembakaran yang optimal. Pengapian yang terlalu mundur(Zc)
menyebabkan tekanan maksimal hasil pembakaran terjadi melewati
108 sampai 15 8 sesudah TMA, sehingga tekanan tidak efektif lagi,
tenaga yang dihasilkan lemah. Sebaliknya pengapian yang terlalu
maju (Zb) menyebabkan tekanan maksimal hasil pembakaran terjadi
kurang dari 108 sampai 158 sesudah TMA, tekanan tersebut
menghambat gerak piston saat kompresi, piston bergetar sehingga
menimbulkan suara ketukan dan temperatur tinggi.
Gambar 12. Pengaruh timing pengapian terhadap tekanan dan
temperatur mesin
F. Pengajuan Saat Pengapian
Waktu yang diperlukan proses pembakaran dipengaruhi oleh
beberapa faktor, diantaranya: beban mesin, temperatur mesin,
kompresi, campuran bahan bakar, nilai oktan bahan bakar, bentuk
ruang bakar, penempatan busi, maupun kuatnya percikan api busi.
10

11. Prinsip Kerja Motor dan Pengapian
11
Saat putaran mesin tinggi waktu yang tersedia untuk membakar
campuran bahan bakar semakin terbatas oleh karena itu pada putaran
tinggi saat pengapian harus dimajukan, hal ini untuk menjaga agar
tekanan maksimal hasil pembakaran tetap terjadi pada titik yang
optimal yaitu 108 sampai 15 8 sesudah TMA.
Contoh suatu mesin dirancang saat pengapiannya 88 sebelum TMA
pada putaran 600 rpm, dengan saat pengapian tersebut diharapkan
tekanan maksimal pembakaran terjadi 108 setelah TMA. Dari data
tersebut berarti tekanan maksimal terjadi setelah β = 88 + 108 =
188 setelah saat pengapian, atau perlu waktu:
t = 60 β : 360 n = (60 x 18) : (360 x 600 )= 0,005 detik
Dengan asumsi waktu yang dibutuhkan untuk pembakaran tetap,
maka bila saat pengapian tidak dimajukan maka tekanan maksimal
hasil pembakatan akan mundur. Misalnya dari contoh di atas putaran
mesin naik menjadi 1200 rpm, maka β yang diperlukan untuk waktu
pembakaran 0,005 detik adalah:
β = (360n x t ) / 60 = (360 x 1200 x 0,005) : 60 = 36 8
Tekanan maksimal hasil pembakaran adalah 368 - 88 = 288
sesudah TMA, dengan tekanan yang terlalu mundur tersebut tenaga
mesin menjadi lemah akibat tekanan terjadi pada volume silinder
sudah terlalu besar. Agar tekanan maksimal tetap terjadi pada 108
setelah TMA maka saat pengapian harus diajukan menjadi :
β - 108 = 368 –108 = 268 sebelum TMA.
Mekanisme pengajuan saat pengapian ada 2 macam, yaitu:
centrifugal advancer dan vacuum advancer. Kedua sistem pengajuan
tersebut saling melengkapi satu dengan yang lain sehingga diperoleh
saat pengajuan yang paling tepat. Hubungan putaran mesin dan
pengajuan saat pengapian dapat digambarkan sebagai berikut

12. Prinsip Kerja Motor dan Pengapian
Gambar 13. Hubungan putaran mesin dengan
pengajuan saat pengapian
G. Urutan Pengapian (Firing Order)
Pada motor multi silinder proses pembakaran tiap silinder tidak terjadi
bersamaan melainkan bergantian secara berurutan dengan selisih
waktu pembakaran :
a. Motor 4 tak adalah 720° dibagi jumlah silider, misal motor 4
silider maka selisih waktu pembakaran adalah 720/4 = 180° .
b. Motor 2 tak adalah 360° dibagi jumlah silinder, misal motor 4
silider maka selisih waktu pembakaran adalah 360/4 = 90° .
Urutan proses pembakaran atau sering disebut FO (Firing Order),
merupakan urutan percikan api busi guna membakar campuran bahan
bakar. Proses pembakaran terjadi saat akhir langkah kompresi
sehingga urutan percikan api harus diberikan sesuai dengan urutan
siklus kerja pada tiap silinder. Dengan demikian FO sangat erat
kaitannya dengan desain motor, oleh karena itu dalam pemasangan
kabel busi kita harus mengetahui FO mesin tersebut. Contoh motor 4
tak, 4 silinder mempunyai FO : 1 – 3 – 4 – 2 , urutan proses
pembakaran dapat digambarkan sebagai berikut:
12

13. Prinsip Kerja Motor dan Pengapian
Percikan api busi
Silinder Proses
1 Hisap Kompresi Usaha Buang
3 Buang Hisap Kompresi Usaha
4 Usaha Buang Hisap Kompresi
2 Kompresi Usaha Buang Hisap
0° 180° 360° 540° 720°
Gambar 14. Diagram urutan pembakaran motor 4 tak, 4 silinder
Kesalahan FO menyebabkan kesalahan memberi api pada busi
sehingga tidak ada pembakaran pada silinder bersangkutan. Contoh
motor 4 tak, 4 silinder mempunyai FO : 1 – 3 – 4 – 2 , Karena salah
asumsi arah putaran motor maka FO menjadi 1 – 2 - 4 - 3,
kesalahaan ini menyebabkan silinder 2 dan 3 terbalik.
Silinder Proses
13
1 Hisap Kompresi Usaha Buang
3 Buang Hisap Kompresi Usaha
4 Usaha Buang Hisap Kompresi
2 Kompresi Usaha Buang Hisap
0° 180° 360° 540° 720°
Gambar 13 Dampak kesalahan FO pada motor
Percikan api pada silinder 2 terjadi pada saat akhir langkah buang
(530° bila saat pengapian 10° sebelum TMA ) akibatnya tidak
terjadi proses pembakaran pada silinder 2, demikian juga silinder 3
yaitu percikan api pada busi terjadi pada akhir langkah buang (170°
bila saat pengapian10° sebelum TMA). Saat akhir langkah buang,
katup hisap mulai terbuka karena adanya overlaping katup, kondisi
tersebut menyebabkan munculnya ledakan di karburator bila salah
pemasangan FO, terutama bila saat pengapian terlalu mundur atau
mendekati TMA dan mesin pincang karena hanya 2 silinder yang
bekerja.

14. Prinsip Kerja Motor dan Pengapian
Gambar 16. Diagram pembakaran mesin V-8
H. Prinsip Terjadinya Percikan Api
Sistem pengapian merupakan sistem yang berfungsi untuk
menghasilkan percikan api yang kuat pada celah busi, guna memulai
proses pembakaran campuran bahan bakar dengan udara di dalam
ruang bakar, mengatur saat pengapian (saat perciakan api pada busi)
dengan tepat dan saat pengapian sesuai dengan putaran dan beban
mesin
Gambar 17. Petir menghasilkan percikan api
14

15. Prinsip Kerja Motor dan Pengapian
Ilustrasi bagaimana percikan api dapat dihasilkan dapat dilihat
dari gejala alam, yaitu terjadinya petir. Petir menyambar pohon
atau rumah menyebabkan rumah terbakar. Petir terjadi akibat
perpindahan electron pada awan dengan tanah yang mempunyai
perbedaan potensial yang tinggi, sehingga mampu melewati
tahanan udara yang sangat besar.
Gambar 18. Hubungan celah busi dengan tegangan yang diperlukan
Untuk menghasilkan percikan api pada pada celah busi diperlukan
tegangan yang sangat tinggi. Hubungan celah busi dengan tegangan
yang dibutuhkan dapat dilihat pada gambar di atas. Dari gambar
tersebut dapat dilihat bahwa untuk celah busi 0,6 mm diperlukan
tegangan minimal 10.000 Volt atau 10 kV. Sedangkan untuk celah 0,8
mm) diperlukan tegangan minimal 15.000 Volt atau 15 kV.
Sumber energi listrik yang digunakan pada sistem kelistrikan otomotif
dengan tegangan 12 Volt, padahal busi memerlukan tegangan yang
sangat tinggi, untuk merubah tegangan 12 V menjadi tegangan tinggi
diperlukan Step-Up Trafo, pada sistim pengapian s ep-up trafo adalah
koil pengapian (ignition coil).
t
15

16. Prinsip Kerja Motor dan Pengapian
Gambar 19. Prinsip induksi
Saat kontak ON maka arus listrik mengalir ke primer, inti koil menjadi
magnet. Saat kontak OFF, arus listrik mengalir ke primer koil terhenti,
kemagnetan hilang, maka terjadi induksi pada skunder koil yang
ditunjukkan pada voltmeter. Besar induksi tergantung dari:
E = N . d Ø/dt
E = tegangan induksi ….. Volt
N = jumlah gulungan
d Ø = jumlah perubahan garis gaya magnet …… Weber
dt = perubahan waktu ….. detik
I. Pembangkitan Pulsa
Dari prinsip induksi di atas menunjukkan untuk menghasilkan induksi
pada koil pengapian diperlukan aliran listrik berbentuk pulsa.
Berdasarkan teknik pembangkitan pulsanya maka sistem pengapian
dapat dikelompokkan menjadi:
16

17. Prinsip Kerja Motor dan Pengapian
1. Sistem Pengapian Konvensional
Sistem pengapian konvensional merupakan sistem pengapian yang
metode pembangkitan pulsa menggunakan platina (contac
breaker). Pemasangan platina secara seri antara koil pengapian
dengan massa.
Gambar 20. Pembangkitan pulsa pengapian konvensional
Saat platina menutup (ON) maka arus listrik megalir pada
kumparan primer. Saat platina terbuka (OFF), maka arus primer
koil terputus, dan terjadi induksi tegangan tinggi pada sekunder
koil. Hubung putus platina dilakukan oleh poros nok.
2. Sistem pengapian Semi Elektronik
Sistem pengapian semi elektronik merupakan sistem pengapian
yang menggunakan tambahan komponen elektronik berupa
transistor sebagai saklar elektrik. Kerja transistor dikontrol oleh
platina. Karena platina hanya mengendalikan transistor maka arus
yang lewat platina menjadi kecil dan kontak platina menjadi awet.
17

18. Prinsip Kerja Motor dan Pengapian
Gambar 20. Pembangkitan pulsa pengapian semi elektronik
Saat platina menutup (ON) maka transistor juga ON, dan saat
platina terbuka (OFF) maka transistor juga OFF. Jadi pulsa platina
sama dengan pulsa transistor, perbedaan terletak pada besar arus
yang mengalir. Arus yang melalui platina harus melalui R3,
sehingga arus yang mengalir menjadi kecil, platina menjadi awet.
3. Sistem Pengapian Elektronik
Gambar 21. Pembangkitan pulsa pada sistem pengapian elektronik
menggunakan signal generator
18

19. Prinsip Kerja Motor dan Pengapian
19
Sistem pengapian elektronik merupakan sistem pengapian tidak
menggunakan platina (contactlees ignition). Sebagai ganti kontak
platina digunakan photo transistor, inframerah atau signal
generator. Sistem pengapian elektronik dikelompokkan menjadi 2
yaitu sistem pengapian Transistor (Igniter) dan sistem pengapian
CDI (Capastor Discharge Ignition).
Sistem pengapian elektronik pada saat ini yang paling banyak
digunakan karena perawatan lebih mudah karena tidak
memerlukan penyetelan, induksi sekunder koil tegangannya sangat
tinggi sehingga percikan api kuat, hemat bahan bakar, emisi gas
buang rendah dan performa mesin sangat baik.
J. Rangkuman
Ditinjau dari suklus kerjanya, motor bensin dibagi menjadi dua yaitu
motor 2 tak dan motor 4 tak. Motor 2 tak yaitu motor yang satu
siklus kerjanya membutukan 2 langkah piston sedangkan motor 4 tak
yaitu motor yang satu siklus kerjanya membutukan 4 langkah piston.
Motor bensin memerlukan percikan api busi untuk memulai proses
pembakaran, percikan api harus terjadi pada saat yang tepat agar
diperoleh tekanan hasil pembakaran yang paling optimal. Untuk
menghasilkan percikan api busi diperlukan sistem yang menghasilkan
tegangan tinggi, yaitu pengapian.
Terdapat 3 model sistem pengapian yaitu: sistem pengapian
konvensional, semi elektronik dan elektronik.
J. Evaluasi
1. Jelaskan prinsip kerja motor 2 tak dan motor 4 tak.
2. Jelaskan proses pembakaran pada motor bensin
3. Bagaimana dampak saat pengapian yang tidak tepat terhadap kerja
mesin ?.
4. Gambarkan urutan pengapian pada motor 4 tak, 4 silinder bila
diketahui FO: 1-2-4-3.
5. Mengapa saat putaran tinggi saat pengapian perlu diajukan?
5. Bagaimana prinsip merubah tegangan 12 menjadi tegangan tinggi.
6. Jelaskan prinsip pembangkitan pulsa pada pengapian konvensional,
semi elektronik dan elektronik.