Mesin empat tak
Siklus empat langkah pada mesin bensin. Gas masuk berwarna biru dan gas buang berwarna coklat. Dinding silinder berupa tabung pelapis tipis yang dikelilingi air pendingin. Mesin empat tak adalah mesin pembakaran dalam yang dalam satu siklus pembakaran terjadi empat langkah piston. Sekarang ini, mesin pembakaran dalam pada mobil, sepeda motor, truk, pesawat terbang, kapal, alat berat dan sebagainya, umumnya menggunakan siklus empat langkah. Empat langkah tersebut meliputi, langkah hisap (pemasukan), kompresi, tenaga dan langkah buang yang secara keseluruhan memerlukan dua putaran poros engkol (crankshaft) per satu siklus pada mesin bensin atau mesin diesel.
Sejarah Mesin empat tak, pertama kali dipatenkan oleh Eugenio Barsanti dan Felice Matteucci pada tahun 1854, diikuti dengan prototip pertama pada tahun 1860. Mesin tersebut juga dikonsepkan oleh teknisi Perancis, Alphonse Beau de Rochas pada Rochas pada tahun 1862. Namun teknisi Jerman, Nicolaus Jerman, Nicolaus Otto yang pertama mengembangkan penggunaan mesin empat tak, oleh sebab itu prinsip emapt langkah pada mesin dikenal dengan siklus Otto dan mesin empat tak dengan busi disebut juga dengan mesin Otto. Siklus Otto terdiri dari kompresi menghasilkan panas, penambahan panas pada volume tetap, ekspansi volume akibat panas dan pembuangan panas pada volume tetap.
Prinsip kerja Untuk memahami prinsip kerja, perlu dimengerti istilah baku yang berlaku dalam teknik otomotif :
•
•
TMA (titik mati atas) atau TDC (top dead centre), posisi piston berada pada titik paling atas dalam silinder mesin atau piston berada pada titik paling jauh dari poros engkol (crankshaft). TMB (titik mati bawah) atau BDC (bottom dead centre), posisi piston berada pada titik paling bawah dalam silinder mesin atau piston berada pada titik paling dekat dengan poros engkol (crankshaft).
Langkah kesatu Piston bergerak dari TMA ke TMB, posisi katup masuk terbuka dan katup keluar tertutup, mengakibatkan udara (mesin diesel) atau gas (sebagian besar mesin bensin) terhisap masuk ke dalam ruang bakar. Proses udara atau gas sebelum masuk ke ruang bakar, dapat dilihat pada sistem pemasukan. pemasukan.
Langkah kedua Piston bergerak dari TMB ke TMA, posisi katup masuk dan keluar tertutup, mengakibatkan udara atau gas dalam ruang bakar terkompresi. Beberapa saat sebelum piston sampai pada posisi TMA, waktu penyalaan (timing ignition) terjadi, pada mesin bensin berupa nyala busi sedangkan pada mesin diesel berupa semprotan (suntikan) bahan bakar.
Langkah ketiga Gas yang terbakar dalam ruang bakar akan meningkatkan tekanan dalam ruang bakar, mengakibatkan piston terdorong dari TMA ke TMB. Langkah ini adalah proses langkah yang menghasilkan tenaga.
Langkah keempat Piston bergerak dari TMB ke TMA, posisi katup masuk tertutup dan katup keluar terbuka, mengakibatkan gas hasil pembakaran terdorong keluar menuju saluran pembuangan. Proses selanjutnya di saluran pembuangan dapat dilihat pada sistem pembuangan. pembuangan.
Desain Rasio kompresi Rasio kompresi adalah perbandingan antara volume langkah piston dibandingkan dengan volume ruang bakar saat piston pada posisi TMA.
SOHC vs DOHC Single over head camshaft, mesin dengan noken as tunggal di atas silinder. Double over head camshaft, mesin dengan noken as ganda di atas silinder.
Long vs Short stroke
Mesin disebut berkarakter long stroke apabila langkah piston lebih panjang dari diameter piston. Mesin disebut berkarakter short stroke apabila langkah piston lebih pendek dari diameter piston
Mesin dua tak Mesin dua tak adalah mesin pembakaran dalam yang dalam satu siklus pembakaran terjadi dua langkah piston, berbeda dengan putaran dengan putaran empat-tak yang empat-tak yang mempunyai empat langkah piston dalam satu siklus pembakaran, meskipun keempat proses (intake, kompresi, tenaga, pembuangan) juga terjadi.
Mesin dua tak juga telah digunakan dalam mesin diesel, diesel, terutama rancangan piston rancangan piston berlawanan,, kendaraan kecepatan rendah seperti mesin kapal besar, dan mesin V8 untuk truk berlawanan dan kendaraan berat lainnya.
Animasi cara kerja mesin dua tak. •
Prinsip kerja Untuk memahami prinsip kerja, perlu dimengerti istilah baku yang berlaku dalam teknik otomotif : •
•
•
•
TMA (titik mati atas) atau TDC (top dead centre), posisi piston berada pada titik paling atas dalam silinder mesin atau piston berada pada titik paling jauh dari poros engkol (crankshaft). TMB (titik mati bawah) atau BDC (bottom dead centre), posisi piston berada pada titik paling bawah dalam silinder mesin atau piston berada pada titik paling dekat dengan poros engkol (crankshaft). Ruang bilas yaitu ruangan dibawah piston dimana terdapat poros engkol (crankshaft), sering disebut dengan bak engkol (crankcase) berfungsi gas hasil campuran udara, bahan bakar dan pelumas bisa tercampur lebih merata. Pembilasan (scavenging) yaitu proses pengeluaran gas hasil pembakaran dan proses pemasukan gas untuk pembakaran dalam ruang bakar.
Langkah kesatu Piston bergerak dari TMA ke TMB.
1. Pada saat saat piston piston bergerak bergerak dari TMA TMA ke TMB, TMB, maka akan akan menekan menekan ruang ruang bilas bilas yang berada di bawah piston. Semakin jauh piston meninggalkan TMA menuju TMB, tekanan di ruang bilas semakin meningkat. 2. Pada titik titik tertentu, tertentu, piston piston (ring piston) piston) akan akan melewati melewati lubang pembua pembuangan ngan gas dan dan lubang pemasukan gas. Posisi masing-masing lubang tergantung dari desain perancang. Umumnya ring piston akan melewati lubang pembuangan terlebih dahulu. 3. Pada saat saat ring piston piston melewat melewatii lubang pembuangan pembuangan,, gas di dalam dalam ruang ruang bakar keluar keluar melalui lubang pembuangan. 4. Pada saat saat ring piston piston melewat melewatii lubang pemasukan, pemasukan, gas gas yang tertekan tertekan dalam ruang ruang bilas akan terpompa masuk dalam ruang bakar sekaligus mendorong gas yang ada dalam ruang bakar keluar melalui lubang pembuangan. 5. Piston Piston terus meneka menekan n ruang bilas bilas sampai sampai titik titik TMB, sekaligu sekaliguss memompa memompa gas dalam dalam ruang bilas masuk ke dalam ruang bakar.
Langkah kedua Piston bergerak dari TMB ke TMA. 1. Pada saat piston bergerak TMB ke TMA, maka akan menghisap gas hasil percampuran udara, bahan bakar dan pelumas masuk ke dalam ruang bilas. Percampuran ini dilakukan oleh karburator atau sistem injeksi. (Lihat pula:Sistem pula: Sistem bahan bakar ) 2. Saat melewati melewati lubang lubang pemasu pemasukan kan dan lubang lubang pembuanga pembuangan, n, piston piston akan akan mengkompresi gas yang terjebak dalam ruang bakar. 3. Piston Piston akan terus mengkompre mengkompresi si gas dalam dalam ruang ruang bakar bakar sampai sampai TMA. TMA. 4. Beberapa Beberapa saat sebelum sebelum piston piston sampai di di TMA, busi busi menyala menyala untuk untuk membakar membakar gas dalam ruang bakar. Waktu nyala busi sebelum piston sampai TMA dengan tujuan agar puncak tekanan dalam ruang bakar akibat pembakaran terjadi saat piston mulai bergerak dari TMA ke TMB karena proses pembakaran sendiri memerlukan waktu dari mulai nyala busi sampai gas terbakar dengan sempurna.
Perbedaan desain dengan mesin empat tak •
•
•
Pada mesin dua tak, dalam satu kali putaran poros engkol (crankshaft) terjadi satu kali proses pembakaran sedangkan pada mesin empat tak, sekali proses pembakaran terjadi dalam dua kali putaran poros engkol. Pada mesin empat tak, memerlukan mekanisme katup (valve mechanism) dalam bekerja dengan fungsi membuka dan menutup lubang pemasukan dan lubang pembuangan, sedangkan pada mesin dua tak, piston dan ring piston berfungsi untuk menbuka dan menutup lubang pemasukan dan lubang pembuangan. Pada awalnya mesin dua tak tidak dilengkapi dengan katup, dalam perkembangannya katup satu arah (one way valve) dipasang antara ruang bilas dengan karburator dengan tujuan : 1. Agar gas gas yang sudah sudah masuk masuk dalam dalam ruang ruang bilas tidak tidak kembali kembali ke karbura karburator. tor. 2. Menjaga Menjaga tekanan dalam ruang ruang bilas bilas saat piston piston mengk mengkompre ompresi si ruang bilas. bilas. Lubang pemasukan dan lubang pembuangan pada mesin dua tak terdapat pada dinding silinder, sedangkan pada mesin empat tak terdapat pada kepala silinder (cylinder head). Ini adalah alasan paling utama mesin dua tak menggunakan oli samping.
Lihat pula: Sistem pelumasan
Kelebihan dan kekurangan Kelebihan mesin dua tak Dibandingkan mesin empat tak, kelebihan mesin dua tak adalah : 1. Mesin dua tak tak lebih lebih bertenag bertenagaa dibandin dibandingkan gkan mesin mesin empat empat tak. tak. 2. Mesin dua tak tak lebih kecil dan dan ringan ringan dibandi dibandingka ngkan n mesin empat tak. Kombinasi kedua kelebihan di atas menjadikan rasio berat terhadap tenaga o (power to weight ratio) mesin dua lebih baik dibandingkan mesin empat tak. 3. Mesin dua dua tak lebih murah murah biaya biaya produksinya produksinya karena karena konstruk konstruksinya sinya yang yang sederhana. sederhana. Meskipun memiliki kelebihan tersebut di atas, jarang digunakan dalam aplikasi kendaraan terutama mobil karena memiliki kekurangan.
Kekurangan mesin dua tak Kekurangan mesin dua tak dibandingkan mesin empat tak 1. Efisiensi Efisiensi mesin mesin dua dua tak lebih lebih rendah rendah dibandin dibandingkan gkan mesin mesin empat empat tak. tak. 2. Mesin dua dua tak memerlu memerlukan kan oli yang yang dicampur dicampur dengan dengan bahan bahan bakar bakar (oli sampin samping/two g/two stroke oil) untuk pelumasan silinder mesin. Kedua hal di atas mengakibatkan biaya operasional mesin dua tak lebih tinggi o dibandingkan mesin empat tak. 3. Mesin dua dua tak menghas menghasilkan ilkan polusi polusi udara udara lebih lebih banyak, banyak, polusi polusi terjadi terjadi dari pembakaran oli samping dan gas dari ruang bilas yang terlolos masuk langsung ke lubang pembuangan. 4. Pelumasan Pelumasan mesin mesin dua tak tak tidak sebaik sebaik mesin mesin empat empat tak, mengak mengakibatka ibatkan n usia suku suku cadang dalam komponen ruang bakar relatif lebih rendah.
Aplikasi Mesin dua tak diaplikasikan untuk mesin bensin maupun mesin diesel. Mesin bensin dua tak digunakan paling banyak di mesin kecil, seperti : • • • • •
Mesin sepeda motor. Mesin pada gergaji (chainsaw). Mesin potong rumput. Mobil salju. Mesin untuk pesawat model, dan sebagainya.
Mesin dua tak yang besar biasanya bertipe mesin diesel, sedangkan mesin dua tak ukuran sedang sangat jarang digunakan. Karena emisi gas buang sulit untuk memenuhi standar UNECE Euro II, penggunaan mesin dua-tak untuk sepeda motor sudah semakin jarang.
Pengembangan Penggunaan teknologi injeksi langsung dengan tujuan menurunkan emisi gas buang
