Mesin bensin Mesin bensin
atau mesin Otto dari Nikolaus Otto adalah sebuah tipe mesin pembakaran dalam yang menggunakan nyala busi untuk proses pembakaran, dirancang untuk menggunakan bahan bakar bensin atau yang sejenis. Mesin bensin berbeda dengan mesin diesel dalam metode pencampuran bahan bakar dengan udara, dan mesin bensin selalu menggunakan penyalaan busi untuk proses pembakaran. Pada mesin diesel, hanya udara yang dikompresikan dalam ruang bakar dan 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 bensin, pada umumnya udara dan bahan bakar dicampur sebelum masuk ke ruang bakar, sebagian kecil mesin bensin modern mengaplikasikan injeksi bahan bakar langsung ke silinder ruang bakar termasuk mesin bensin 2 tak untuk mendapatkan emisi gas buang yang ramah lingkungan. Pencampuran udara dan bahan bakar dilakukan oleh karburator atau sistem injeksi, keduanya 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. Hal ini dsebut EFI. Tiga syarat utama supaya mesin bensin dapat berkerja : 1. Kompresi ruang bakar yang cukup. 2. Komposisi campuran udara dan bahan bakar yang sesuai. 3. Pengapian yang tepat (besar percikan busi dan waktu penyalaan/timing ignition).
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. 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.
Mesin Diesel Sekalipun mesin diesel memiliki kekurangan dalam hal kebisingan dibandingkan mesin bensin. Mesin diesel karena keunggulan effisiensi bahan bakar menjadi pilihan banyak pengguna motor bakar untuk kendaraannya. Sebagai efek dari semakin ketatnya peraturan terhadap pencemaran lingkungan hidup, mesin diesel menjadi salah satu pilihan dalam pemakaian sistem internal-combustion engine. Internalcombustion engine ini kita temui dalam sistem mobil, kapal, alat pembangkit listrik portable, bus, traktor dsb. Salah satu keunggulan mesin diesel adalah sistem pembakarannya menggunakan Compressionignition ( pembakaran-tekan), yang tidak memerlukan busi. Sistem ini memungkinkan tercapainya tekanan awal yang tinggi sebelum terjadi proses pembakaran, hal ini akan meningkatkan thermal-effisiency
dibandingkan sistem yang lain. Keunggulan yang lain adalah fleksibilitas jenis bahan bakar yang bisa digunakan, karena pembakaran yang terjadi tidak memerlukan pengontrolan bunga api, berbagai jenis bahan bakar bisa dipakai. Misalnya; minyak tanah, minyak sawit, produk minyak berat dari minyak mentah, alkohol, emulsi( campuran air dan bahan bakar solar) dsb. Applikasi dari sistem pembakaran diesel ini bisa ditemui di dunia automotive untuk angkutan berat, tractor, bulldozer, pembangkit listrik di desa-desa, generator listrik darurat di rumah-sakit, hotel dsb. Namun disamping keunggulan yang dimiliki, diesel sistem juga memiliki problem khusus yang berhubungan dengan pencemaran lingkungan adalah smoke/asap serta gas buang khususnya Nitrogen Oxide (NOx). Kedua pollutant ini saling bertolak belakang dalam pemunculannya. Smoke/soot/asap terbentuk ketika bahan bakar tidak mampu tercampur dengan baik dengan ogsigen sehingga reaksi pembakaran tidak sempurna, dalam kondisi seperti ini suhu pembakaran tidak terlalu tinggi ( < 1800 °C ) NOx atau Nitrogen Oxide tidak banyak terbentuk. Namun ketika pencampuran bahan bakar dan udara terjadi dengan baik sehingga pembakaran sempurna tercapai, maka suhu pembakaran tinggi ( > 1800 °C ), hal ini mengakibatkan terjadinya reaksi antara gas N2 yang ada di udara dengan oksigen membentuk senyawa Nitrogen Oxide, sekalipun produksi smoke/soot/asap akan mengecil. Untuk mengatasi dilema diatas, berbagai penelitian telah dilakukan khususnya untuk memungkinkan reduksi antara smoke/soot/asap dan Nitrogen Oxide secara bersama-sama.
Mesin dua 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.
Animasi cara kerja mesin dua tak.
Daftar isi [sembunyikan]
1 Prinsip kerja 1.1 Langkah kesatu o 1.2 Langkah kedua o 2 Prinsip kerja 2.1 Langkah kesatu o 2.2 Langkah kedua o 3 Perbedaan desain dengan mesin empat tak 4 Kelebihan dan kekurangan 4.1 Kelebihan mesin dua tak o 4.2 Kekurangan mesin dua tak o 5 Aplikasi 6 Pengembangan 7 Lihat pula 8 Pranala luar
[sunting] 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.
[sunting] Langkah kesatu
Piston bergerak dari TMA ke TMB. 1. 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.
2. 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 te rlebih dahulu. 3. Pada saat ring piston melewati lubang pembuangan, gas di dalam ruang bakar keluar melalui lubang pembuangan. 4. 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. 5. Piston terus menekan ruang bilas sampai titik TMB, sekaligus memompa gas dalam ruang bilas masuk ke dalam ruang bakar
[sunting] 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 bahan bakar) 2. Saat melewati lubang pemasukan dan lubang pembuangan, piston akan mengkompresi gas yang terjebak dalam ruang bakar. 3. Piston akan terus mengkompresi gas dalam ruang bakar sampai TMA. 4. 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.
[sunting] 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.
[sunting] Langkah kesatu
Piston bergerak dari TMA ke TMB.
1. 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. 2. 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 te rlebih dahulu. 3. Pada saat ring piston melewati lubang pembuangan, gas di dalam ruang bakar keluar melalui lubang pembuangan. 4. 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. 5. Piston terus menekan ruang bilas sampai titik TMB, sekaligus memompa gas dalam ruang bilas masuk ke dalam ruang bakar
[sunting] 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 bahan bakar) 2. Saat melewati lubang pemasukan dan lubang pembuangan, piston akan mengkompresi gas yang terjebak dalam ruang bakar. 3. Piston akan terus mengkompresi gas dalam ruang bakar sampai TMA. 4. 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.
[sunting] 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 yang sudah masuk dalam ruang bilas tidak kembali ke kar burator. 2. 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 dua tak menggunakan oli samping.
Lihat pula: Sistem pelumasan
[sunting] Kelebihan dan kekurangan [sunting] Kelebihan mesin dua tak
Dibandingkan mesin empat tak, kelebihan mesin dua tak adalah : 1. Mesin dua tak lebih bertenaga dibandingkan mesin empat tak. 2. Mesin dua tak lebih kecil dan ringan dibandingkan mesin empat tak. Kombinasi kedua kelebihan di atas menjadikan rasio berat terhadap tenaga (power to o weight ratio) mesin dua lebih baik dibandingkan mesin empat tak. 3. 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. [sunting] Kekurangan mesin dua tak
Kekurangan mesin dua tak dibandingkan mesin empat tak 1. Efisiensi mesin dua tak lebih rendah dibandingkan mesin empat tak. 2. 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 o dibandingkan mesin empat tak. 3. 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. 4. Pelumasan mesin dua tak tidak sebaik mesin empat tak, mengakibatkan usia suku cadang dalam komponen ruang bakar relatif lebih rendah.
[sunting] 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 duatak untuk sepeda motor sudah semakin jarang.
Mesin diesel Bagaimana mesin diesel bekerja
Diagram siklus termodinamika sebuah mesin diesel ideal. Urutan kerja mesin diesel berurutan dari nomor 1-4 searah jarum jam. Dalam siklus mesin diesel, pembakaran terjadi dalam tekanan tetap dan pembuangan terjadi dalam volume tetap. Tenaga yang dihasilkan setiap siklus ini adalah area di dalam garis siklus.
Mesin diesel yang berada di museum
Ketika udara dikompresi suhunya akan meningkat (seperti dinyatakan oleh Hukum Charles), mesin diesel menggunakan sifat ini untuk proses pembakaran. Udara disedot ke dalam ruang bakar mesin diesel dan dikompresi oleh piston yang merapat, jauh lebih tinggi dari rasio kompresi dari mesin bensin. Beberapa saat sebelum piston pada posisi Titik Mati Atas (TMA) atau BTDC (Before Top Dead Center), bahan bakar diesel disuntikkan ke ruang bakar dalam tekanan tinggi melalui nozzle supaya bercampur dengan udara panas yang bertekanan tinggi. Hasil pencampuran ini menyala dan membakar dengan cepat. Penyemprotan bahan bakar ke ruang bakar mulai dilakukan saat piston mendekati (sangat dekat) TMA untuk menghindari detonasi. Penyemprotan bahan bakar yang langsung ke ruang bakar di atas piston dinamakan
injeksi langsung (direct injection) sedangkan penyemprotan bahan bakar kedalam ruang khusus yang berhubungan langsung dengan ruang bakar utama dimana piston berada dinamakan injeksi tidak langsung (indirect injection). Ledakan tertutup ini menyebabkan gas dalam ruang pembakaran mengembang dengan cepat, mendorong piston ke bawah dan menghasilkan tenaga linear. Batang penghubung (connecting rod) menyalurkan gerakan ini ke crankshaft dan oleh crankshaft tenaga linear tadi diubah menjadi tenaga putar. Tenaga putar pada ujung poros crankshaft dimanfaatkan untuk berbagai keperluan. Untuk meningkatkan kemampuan mesin diesel, umumnya ditambahkan komponen :
Turbocharger atau supercharger untuk memperbanyak volume udara yang masuk ruang bakar karena udara yang masuk ruang bakar didorong oleh turbin pada turbo/supercharger. Intercooler untuk mendinginkan udara yang akan masuk ruang bakar. Udara yang panas volumenya akan mengembang begitu juga sebaliknya, maka dengan didinginkan bertujuan supaya udara yang menempati ruang bakar bisa lebih banyak.
Mesin diesel sulit untuk hidup pada saat mesin dalam kondisi dingin. Beberapa mesin menggunakan pemanas elektronik kecil yang disebut busi menyala (spark/glow plug) di dalam silinder untuk memanaskan ruang bakar sebelum penyalaan mesin. Lainnya menggunakan pemanas "resistive grid" dalam "intake manifold" untuk menghangatkan udara masuk sampai mesin mencapai suhu operasi. Setelah mesin beroperasi pembakaran bahan bakar dalam silinder dengan efektif memanaskan mesin. Dalam cuaca yang sangat dingin, bahan bakar diesel mengental dan meningkatkan viscositas dan membentuk kristal lilin atau gel. Ini dapat memengaruhi sistem bahan bakar dari tanki sampai nozzle, membuat penyalaan mesin dalam cuaca dingin menjadi sulit. Cara umum yang dipakai adalah untuk memanaskan penyaring bahan bakar dan jalur bahan bakar secara elektronik. Untuk aplikasi generator listrik, komponen penting dari mesin diesel adalah governor, yang mengontrol suplai bahan bakar agar putaran mesin selalu para putaran yang diinginkan. Apabila putaran mesin turun terlalu banyak kualitas listrik yang dikeluarkan akan menurun sehingga peralatan listrik tidak dapat berkerja sebagaimana mestinya, sedangkan apabila putaran mesin terlalu tinggi maka bisa mengakibatkan over voltage yang bisa merusak peralatan listrik. Mesin diesel modern menggunakan pengontrolan elektronik canggih mencapai tujuan ini melalui modul kontrol elektronik (ECM) atau unit kontrol elektronik (ECU) - yang merupakan "komputer" dalam mesin. ECM/ECU menerima sinyal kecepatan mesin melalui sensor dan menggunakan algoritma dan mencari tabel kalibrasi yang disimpan dalam ECM/ECU, dia mengontrol jumlah bahan bakar dan waktu melalui aktuator elektronik atau hidrolik untuk mengatur kecepatan mesin.
[sunting] Tipe mesin diesel Ada dua kelas mesin diesel: dua-tak dan empat-tak.
Biasanya jumlah silinder dalam kelipatan dua, meskipun berapapun jumlah silinder dapat digunakan selama poros engkol dapat diseimbangkan untuk mencegah getaran yang berlebihan. Mesin 6 segaris paling banyak diproduksi dalam mesin tugas-medium ke tugas-berat, meskipun V8 dan 4 segaris juga banyak diproduksi. Mesin diesel bekerja dengan kompresi udara yang cukup tinggi, sehingga pada mesin disel besar perlu ditambahkan sejumlah udara yang lebih banyak. Maka digunakan Supercharger atau turbocharger pada intake manifold, dengan tujuan memenuhi kebutuhan udara kompresi
[sunting] Keunggulan dan kelemahan dibanding dengan mesin busi-nyala Untuk keluaran tenaga yang sama, ukuran mesin diesel lebih besar daripada mesin bensin karena konstruksi besar diperlukan supaya dapat bertahan dalam tekanan tinggi untuk pembakaran atau penyalaan. Dengan konstruksi yang besar tersebut penggemar modifikasi relatif mudah dan murah untuk meningkatkan tenaga dengan penambahan turbocharger tanpa terlalu memikirkan ketahanan komponen terhadap takanan yang tinggi. Mesin bensin perlu perhitungan yang lebih cermat untuk modifikasi peningkatan tenaga karena pada umumnya komponen di dalamnya tidak mampu menahan tekanan tinggi, dan menjadikan mesin diesel kandidat untuk modifikasi mesin dengan biaya murah. Penambahan turbocharger atau supercharger ke mesin bertujuan meningkatkan jumlah udara yang masuk dalam ruang bakar dengan demikian pada saat kompresi akan menghasilkan tekanan yang tinggi dan pada saat penyalaan atau pembakaran akan menghasilkan tenaga yang besar. Penambahan turbocharger atau supercharger pada mesin diesel tidak berpengaruh besar terhadap pemakaian bahan bakar karena bahan bakar disuntikan secara langsung ke ruang bakar pada saat ruang bakar dalam keadaan kompresi tertinggi untuk memicu penyalaan agar terjadi proses pembakaran. Sedangkan penambahan turbocharger atau supercharger pada mesin bensin sangat memengaruhi pemakaian bahan bakar karena udara dan bahan bakar dicampur dengan komposisi yang tepat sebelum masuk ruang bakar, baik untuk mesin bensin dengan sistem karburator maupun sistem injeksi.
