LANGKAH KERJA MESIN 4 TAK DAN MESIN 2 TAK
Di dunia otomotif, dikenal beberapa teknologi mesin sumber tenaga kendaraan berbahan berbahan bakar bensin, bensin, yaitu 2 tak (dua langkah) langkah) dan 4 tak (empat langkah). langkah). Namun sejak dua dekade terakhir ini, beberapa negara maju telah menetapkan pembatasan penggunaan mesin 2 tak. Bahkan AS telah melarang penjualan sepeda motor 2 tak yang berkapasitas mesin 100cc ke atas sejak tahun 1985. Yang menarik untuk diketahui adalah seberapa besar perbedaan tingkat polutsi dari kedua teknologi mesin berbahan bakar bensin itu. Sebab, sebenarnya baik 2 langkah maupun 4 langkah, sebenarnya tidak benar-benar bersih dari gas polutan. Sebagai sistem yang membakar bensin pasti mengeluarkan sisa pembakaran. Menurut catatan, Bank Dunia pernah mengadakan penelitian pada tahun 2001 hasil hasil Penelit Penelitian ian Jitend Jitendra ra Shah Shah dan N. Harshad Harshadeep eep mencat mencatat at sepeda sepeda motor motor 2 tak merupakan penghasil emisi gas buang yang lebih tinggi dibanding empat tak. Data survei yang dilakukan dilakukan pada beberapa negara Asia itu menunjukkan menunjukkan sepeda motor 2tak menyumbang emisi hidrocarbon (HC) 5 gr/km. Sedangkan kendaraan roda dua yang memakai mesin 4-tak jauh lebih rendah, yaitu di bawah 1 gr/kg. Hasil yang senada pun tampak pada faktor emisi PM10. Bila sepeda motor 4 langkah hanya meng mengha hasi silk lkan an part partik ikel el di bawa bawah h 0,1 0,1 gr/k gr/km, m, maka maka seba sebali likn knya ya mesi mesin n 2-ta 2-tak k menghasilkan emisi yang besarnya mencapai 0,5 gr/km. Penyebab dari perbedaan sisa emisi gas buang ini adalah desain ruang bakar dan cara kerja dari masing-masing mesin. Rancangan mesin 4 langkah lebih kompleks dibandingkan mesin 2 langkah. Itu dibuktikan dengan pergerakan poros engkolnya untuk menghasilkan satu tenaga adalah 2 kali putaran. Sedangkan 2 tak cukup 1 putara putaran n saja. saja. Mesin Mesin 4 tak, tak, dileng dilengkap kapii dengan dengan katup katup pada pada masing masing-ma -masin sing g sistem sistem pas pasok okan an baha bahan n baka bakarr dan dan pemb pembua uang ngan an gas gas buan buang, g, sehi sehing ngga ga hamp hampir ir tida tidak k ada ada campur campuran an udara udara dan bensin bensin yang yang terbua terbuang ng percum percumaa ke salura saluran n gas pembua pembuanga ngan n (knalpot).
A. SISTEM KERJA MESIN 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 : 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 baker 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
LANGKAH KOMPRESI
Langkah Kompresi Dimulai 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
LANGKAH TENAGA
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
LANGKAH BUANG
Exhaust stroke( 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)
FINISHING PENTINGNYA — 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
B. MESIN 2 TAK
Pada prinsipnya motor bakar 2 langkah (2 tak) melakukan siklus Otto hanya dalam dua langkah piston atau satu putaran poros engkol. Penemuan motor bakar 2 tak yang sukses oleh Sir Dougald Clerk tahun 1876. (Anonim.2008). Jika mesin 4 tak memerlukan 2 putaran crankshaft dalam satu siklus kerjanya, maka untuk mesin 2-tak hanya memerlukan satu putaran saja. Hal ini berarti dalam satu siklus kerja 2 tak hanya terdiri dari 1 kali gerakan naik dan 1 gerakan turun dari piston saja. Desain dari ruang bakar mesin 2 tak memungkinkan terjadunya hal semacam itu. Ketika piston naik menuju TMA untuk melakukan kompresi maka katup hisap terbuka dan masuklah campuran bahan bakar dan udara, sehingga dalam satu gerakan piston dari TMB ke TMA menjalankan dua langkah sekaligus yaitu kompresi dan isap. Pada saat sesaat sebelum piston mencapai TMA maka busi menyala, gas campuran meledak dan memaksa piston kembali bergerak ke bawah menuju TMB. Gerakan piston yang ini disebut langkah ekspansi. Namun sembari piston melakukan langkah ekspansi atau usaha, sesungguhnya juga melakukan langkah buang melalui katup buang (sisi kanan dinding silinder pada gambar) . Hal ini bisa terjadi karena gas hasil pembakaran terdorong keluar akibat campuran bahan bakar dan udara baru yang juga masuk dari sisi kiri dinding silinder. Lebih jelasnya system pada motor bakar 2 tak dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
Langkah Masuk (Intake).
Campuran bahan bakar dan udara dihisap masuk ke dalam rumah engkol akibat tekanan vakum yang terjadi pada saat piston bergerak ke atas.
Langkah Penyaluran (Transfer/Exhaust ).
Pada saat mendekati posisi titik mati bawah, saluran masuk terbuka dan campuran bahan bakar dan udara masuk ke dalam silinder. Pada saat yang sama masuknya campuran bahan bakar dan udara tersebut mendorong sisa hasil pembakaran keluar melalui saluran pengeluaran pada sisi yang berlawanan dari lubang pemasukan.
Langkah Tekan (Compression).
Selanjutnya piston bergerak ke atas dan menekan campuran bahan bakar dan udara. (pada saat yang sama terjadi langkah masuk yang berikutnya di bagian bawah piston).
Langkah Tenaga (Power).
Pada saat pendekati posisi titik mati atas busi akan menyala dan menyundut campuran bahan bakar dan udara sehingga terjadi ledakan yang mendorong piston ke bawah. Mesin 2 tak harus memakai oli pelumas samping selain pelumas mesin sudah jelas, karena model kerja yang seperti ini membuat tenaga yang dihasilkan lebih besar. Perbandingannya pada mesin 4 tak dalam 2 kali putaran crankcase = 1 x kerja sedangkan untuk 2 tak 2 kali putaran crankcase = 2 x kerja. Karena itu dibutuhkan pelumas yang lebih, sebab putaran yang dihasilkan lebih cepat. Hal ini juga menjawab kenapa mesin 2 tak lebih berisik, boros bahan bakar, menghasilkan asap putih dari knalpotnya, tetapi unggul dalam kecepatan dibandingkan mesin 4 tak. Istilahnya “No Engine is Perfect !”
Perbedaan yang lain juga terdapat pada bentuk fisik pistonnya. Piston 2 tak lebih panjang dibanding piston 4 tak. Selain itu bentuk piston head -nya juga berbeda, piston 2 tak memiliki semacam kubah untuk memuluskan gas buang untuk bisa keluar sedangkan 4 tak tidak. Piston 2 tak juga memiliki slot lubang yang berhubungan dengan reed valve yang berhubungan dengan cara kerja masukan campuran bahan bakar – udara ke ruang bakar. Mesin 2 tak harus memakai oli pelumas samping selain pelumas mesin sudah jelas, karena model kerja yang seperti ini membuat tenaga yang dihasilkan lebih besar. Perbandingannya pada mesin 4 tak dalam 2 kali putaran crankcase = 1 x kerja sedangkan untuk 2 tak 2 kali putaran crankcase = 2 x kerja. Karena itu dibutuhkan pelumas yang lebih, sebab putaran yang dihasilkan lebih cepat. Hal ini juga menjawab kenapa mesin 2 tak lebih berisik, boros bahan bakar, menghasilkan asap putih dari knalpotnya, tetapi unggul dalam kecepatan dibandingkan mesin 4 tak. Istilahnya “No Engine is Perfect !” Perbedaan yang lain juga terdapat pada bentuk fisik pistonnya. Piston 2 tak lebih panjang dibanding piston 4 tak. Selain itu bentuk piston head -nya juga berbeda, piston 2 tak memiliki semacam kubah untuk memuluskan gas buang untuk bisa keluar sedangkan 4 tak tidak. Piston 2 tak juga memiliki slot lubang yang berhubungan dengan reed valve yang berhubungan dengan cara kerja masukan campuran bahan bakar – udara ke ruang bakar.
C. KEUNTUNGAN MESIN 4 TAK DENGAN MESIN 2 TAK A. Mesin 4 TAK
a. Keuntungan: -
Karena proses pemasukan, kompresi, kerja, dan buang prosesnya
berdiri sendiri-sendiri sehingga lebih presisi, efisien dan stabil, jarak putaran dari rendah ke tinggi lebih lebar (500- 10000 rpm). -
Kerugian langkah karena tekanan balik lebih kecil dibanding mesin
dua langkah sehingga pemakaian bahan bakar lebih hemat.
-
Putaran rendah lebih baik dan
panas mesin lebih dapat didinginkan oleh sirkulasi oli -
Langkah pemasukan dan buang
lebih
panjang
sehingga
efisiensi
pemasukan dan tekanan efektif ratarata lebih baik -
Panas
mesin
lebih
rendah
dibanding mesin dua langkah b. Kerugian: -
Komponen dan mekanisme gerak klep lebih banyak, sehingga
perawatan lebih sulit -
Suara mekanis lebih gaduh
-
Langkah kerja terjadi dengan 2 putaran poros engkol, sehingga
keseimbangan putar tidak stabil, perlu jumlah silinder lebih dari satu dan sebagai peredam getaran. c. Ciri-ciri umum 4 TAK: -
Gas buang tidak berwarna (kecuali ada kerusakan)
-
Bahan bakar lebih irit
-
Menggunakan satu minyak pelumas untuk melumasi ruang engkol,
piston, dinding silinder dan transmisi
B. MESIN 2 TAK
a.
Keuntungan : -
Proses pembakaran terjadi setiap putaran poros engkol, sehingga
putaran poros engkol lebih halus untuk itu putaran lebih rata. -
Tidak memerlukan klep, komponen part lebih sedikit, perawatan lebih
mudah dan relative murah
-
Momen puntir untuk putaran lanjutan poros lebih kecil sehingga
menghasilkan gerakan yang halus -
Bila dibandingkan dengan mesin
empat langkah dalam kapasitas yang sama, tenaga yang dihasilkan lebih besar -
Proses pembakaran terjadi 2 kali,
sehingga tenaga lebih besar a.
Kerugian : -
Langkah masuk dan buang lebih
pendek, sehingga terjadi kerugian langkah tekanan kembali gas buang lebih tinggi -
Karena pada bagian silinder terdapat lubang-lubang, timbul gesekan
antara ring piston dan lubang akibatnya ring piston akan lebih cepat aus. -
Karena lubang buang terdapat pada bagian silinder maka akan mudah
timbul panas -
Putaran rendah sulit diperoleh
-
Konsumsi pelumas lebih banyak.
a.
Ciri-ciri umum 2 TAK: -
Sistem pelumasannya dicampurkan kedalam bensin maka gas buang
mesin dua langkah bewarna putih -
Suara mesin lebih halus karena setiap dua langkah terjadi satu kali
pembakaran bensin -
Pemakaian bahan bakar lebih boros
-
Menggunakan dua fungsi pelumasan yaitu untuk melumasi ruang
engkol, piston, dan dinding silinder serta untuk melumasi transmisi. -
Memiliki dua buah ring piston, yaitu ring kompresi pertama dan ring
kompresi kedua.
MAKALAH
PRINSIP KERJA MESIN 4 TAK DAN 2 TAK
Disusun Oleh : AKBAR
Kelas :
XI.TO.3
SMK TEKNOLOGI PLUS PADJADJARAN KOTA SUKABUMI
