KATA PENGANTAR
Puji syukur kami ucapkan atas kehadirat Allah SWT, karena dengan rahmat dankarunia-Nya kami masih diberi kesempatan untuk menyelesaikan makalah ini. Tidak lupa penulis ucapkan terima kasih kepada teman-teman yang telah memberikan dukungan dalam menyelesaikan makalah ini. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan makalah ini masih banyak kekurangan, oleh sebab itu penulis sangat mengharapkankritik dan saran yang membangun. Semoga dengan selesainya makalah ini dapat bermanfaatbagi pembaca dan teman- teman.
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ii
DAFTAR ISI iii
PENGERTIAN DAN CARA KERJA MESIN 4 TAK, 2 TAK
A. Sistem Kerja Mesin 4 Tak 1
B. Finishing Penting-Overlaping 4
C. Sistem Kerja Mesin 2 Tak 4
D. Kelebihan dan Kekurangan 7
DAFTAR PUSTAKA
iii
DAFTAR PUSTAKA
Baihaki, Kholili.2013. http://kholilibaihaki.blogspot.co.id/2013/02/pengertian-dan-cara-kerja mesin-4-tak-2.html. (16 September 2015 )
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 ;
Piston bergerak dari Titik Mati Atas (TMA) menuju Titik Mati Bawah (TMB).
Klep inlet terbuka, bahan bakar masuk ke silinder
Kruk As berputar 180 derajat
Noken As berputar 90 derajat
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 :
Piston bergerak kembali dari TMB ke TMA
Klep In menutup, Klep Ex tetap tertutup
Bahan Bakar termampatkan ke dalam kubah pembakaran (combustion chamber)
Sekitar 15 derajat sebelum TMA , busi mulai menyalakan bunga api dan memulai proses pembakaran
Kruk as mencapai satu rotasi penuh (360 derajat)
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 :
Ledakan tercipta secara sempurna di ruang bakar
Piston terlempar dari TMA menuju TMB
Klep inlet menutup penuh, sedangkan menjelang akhir langkah usaha klep buang mulai sedikit terbuka.
Terjadi transformasi energi gerak bolak-balik piston menjadi energi rotasi kruk as
Putaran Kruk As mencapai 540 derajat
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 :
Counter balance weight pada kruk as memberikan gaya normal untuk menggerakkan piston dari TMB ke TMA
Klep Ex terbuka Sempurna, Klep Inlet menutup penuh
Gas sisa hasil pembakaran didesak keluar oleh piston melalui port exhaust menuju knalpot
Kruk as melakukan 2 rotasi penuh (720 derajat)
Noken as menyelesaikan 1 rotasi penuh (360 derajat)
B. Finishing Penting — 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 :
Sebagai pembilasan ruang bakar, piston, silinder dari sisa-sisa pembakaran
Pendinginan suhu di ruang bakar
Membantu exhasut scavanging (pelepasan gas buang)
memaksimalkan proses pemasukkan bahan-bakar
C. Sistem Kerja Mesin 2 Tak
Mesin dua tak adalah mesin pembakaran dalam yang dalam satu siklus pembakaran terjadi dua langkah piston, berbeda dengan putaran 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, terutama rancangan piston berlawanan, kendaraan kecepatan rendah seperti mesin kapal besar, dan mesin V8 untuk truk dan kendaraan berat lainnya.
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.
Pada saat piston bergerak dari TMA ke TMB, maka akan menekan ruang bilas yang berada di bawah piston. Semakin jauh piston meninggalkan TMA menuju TMB, tekanan di ruang bilas semakin meningkat.
Pada titik tertentu, piston (ring piston) akan melewati lubang pembuangan gas dan lubang pemasukan gas. Posisi masing-masing lubang tergantung dari desain perancang. Umumnya ring piston akan melewati lubang pembuangan terlebih dahulu.
Pada saat ring piston melewati lubang pembuangan, gas di dalam ruang bakar keluar melalui lubang pembuangan.
Pada saat ring piston melewati lubang pemasukan, gas yang tertekan dalam ruang bilas akan terpompa masuk dalam ruang bakar sekaligus mendorong gas yang ada dalam ruang bakar keluar melalui lubang pembuangan.
Piston terus menekan ruang bilas sampai titik TMB, sekaligus memompa gas dalam ruang bilas masuk ke dalam ruang bakar
Langkah kedua
Piston bergerak dari TMB ke TMA.
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 bahan bakar)
Saat melewati lubang pemasukan dan lubang pembuangan, piston akan mengkompresi gas yang terjebak dalam ruang bakar.
Piston akan terus mengkompresi gas dalam ruang bakar sampai TMA.
Beberapa saat sebelum piston sampai di TMA, busi menyala untuk 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 :
Agar gas yang sudah masuk dalam ruang bilas tidak kembali ke karburator.
Menjaga tekanan dalam ruang bilas saat piston mengkompresi ruang 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 4 tak tidak menggunakan oli samping.
D. Kelebihan dan Kekurangan
Kelebihan mesin dua tak
Dibandingkan mesin empat tak, kelebihan mesin dua tak adalah :
Mesin dua tak lebih bertenaga dibandingkan mesin empat tak.
Mesin dua tak lebih kecil dan ringan dibandingkan mesin empat tak.
Kombinasi kedua kelebihan di atas menjadikan rasio berat terhadap tenaga (power to weight ratio) mesin dua lebih baik dibandingkan mesin empat tak.
Mesin dua tak lebih murah biaya produksinya karena konstruksinya yang 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
Efisiensi mesin dua tak lebih rendah dibandingkan mesin empat tak.
Mesin dua tak memerlukan oli yang dicampur dengan bahan bakar (oli samping/two stroke oil) untuk pelumasan silinder mesin.
Kedua hal di atas mengakibatkan biaya operasional mesin dua tak lebih tinggi dibandingkan mesin empat tak.
Mesin dua tak menghasilkan polusi udara lebih banyak, polusi terjadi dari pembakaran oli samping dan gas dari ruang bilas yang terlolos masuk langsung ke lubang pembuangan.
Pelumasan mesin dua tak tidak sebaik mesin empat tak, mengakibatkan usia suku cadang dalam komponen ruang bakar relatif lebih rendah.
Prinsip Dasar Motor Diesel Empat Langkah
Mesin empat langkah adalah mesin yang melengkapi satu siklusnya yang terdiri dari proses kompresi, ekspansi, buang dan hisap selama dua putaran poros engkol. Prinsip kerja motor diesel empat langkah di gambarkan pada gambar dibawah ini.
Diagram P dan V pada motor Diesel
Istilah-istilah Penting pada Siklus Termodinamika
Cylinder bore
Diameter silinder, dimana piston bergerak, dikenal dengan istilah "cylinder bore".
Panjang langkah
Piston bergerak di dalam silinder karena rotasi engkol. Posisi paling atas disebut "titik mati atas" (TMA) dan posisi paling bawah disebut "titik mati bawah" (TMB). Jarak antara TMA dengan TMB disebut panjang langkah atau langkah/stroke.
Volume Clerance
Volume yang ditempati oleh fluida kerja, ketika piston mencapai titik mati atas disebut volume clearance. Biasanya ditulis dengan simbol (vc).
Volume Langkah
Volume sapuan oleh piston ketika bergerak antara TMA dan TMB disebut volume sapuan, volume perpindahan atau volume langkah. Secara matematik volume sapuan:
Volume Silinder Penuh
Volume yang ditempati oleh fluida kerja ketika piston berada pada titik mati bawah disebut volume silinder penuh. Secara volume silinder penuh sama dengan jumlah volume clearance ditambah dengan volume sapuan.
Rasio Kompresi
Perbandingan volume silinder penuh terhadap volume clearance disebut rasio kompresi. Secara matematis:
Contoh Perhitungan
Diketahui data seperti di bawah ini :
Model ………………………………… Hitachi S16R-Y1TAA2
Type …………………… Water-cooled, 4-cycle,16-cylinder, turbo-charged and air-cooled, inter cooler, direct njection chambertype diesel engine
Rated power
DIN 6271, net……………… 2 × 1 400 kW (2 × 1 900 PS) at 1 600 min-1 (rpm)
SAE J1349, net …………….2 × 1 400 kW (2 × 1 880 HP) at 1 600 min-1 (rpm)
SAE J1995, gross …………2 × 1 400 kW (2 × 1 880 HP) at 1 600 min-1 (rpm)
Maximum torque ……………………………… 2 × 10 050 N.m (2 × 1 025 kgf.m, 2 × 7 410 lbf. ft) at 1 300 min-1 (rpm)
Compression Ratio ……………….. 16,5 : 1 ( dari buku manual)
Piston displacement ……………. 2 × 65.4 L (2 × 3 990 in3)
Bore and stroke ………… 170 mm × 180 mm (6.7 × 7.1 )
Starting system …………………………… 24 V electric motor
Batteries …………………………………. 8 × 12 V, 8 × 220 AH
Cold starting ……………………………………………. Air heater
Dari data di atas dapat diambil perhitungan sebagai berikut :
Menentukan tekanan efektif
Diketahui : BHP : 1880 HP
D : 170 mm = 17 cm
L : 180 mm = 0,180 m
i : 16
n : 1600 rpm
Ditanyakan : Pe :…………..?
Jawab :
Jadi tekanan efektifnya adalah 258, 965 kg/ cm2
Menentukan volume silinder
Diketahui : r : 16,5
D :170 mm = 17 cm
L : 180 mm = 18 cm
Ditanyakan : V1 = …….. ?
Jawab :
Jadi volume silindernya adalah V1 = 4347.026 cm3
Menentukan Volume clereance
Berdasar perhitungan di nomor B, maka nilai V2 adalah 263.456 cm3
Menentukan T3 dan P3 (tekanan dan temperature maksimum)
Diketahui : V1 = 4347.026 cm3
V2 = 263.456 cm3
T1 = 30 ®C = 303 °K (permisalan saja)
Cp = 0.24
Cv = 1.171
P2 = 5 kg / cm2 (permisalan saja)
Maka :
Jadi untuk P2 adalah 253.2 kg/cm2 dan T2 adalah 929.907°K
Maka bisa mencari Pmax dan Tmax dari system
Asumsikan kalor masuk Qm = 1000 kkal/kg maka :
Sedangkan untuk P3 adalah :
P2 = P3 = 253.2 kg/cm2
Jadi untuk Tmax adalah 5096.575 °K dan Pmax adalah 253.2 kg/cm2
Dari perhitungan di atas, maka efisiensi thermisnya adalah :
Jadi efisiensi mesinnya adalah 49 %
