PENGERTIAN DAN CARA KERJA MESIN 4 TAK, 2 TAK
4 LANGKAH/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 bakar 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 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 :
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
2 /LANGKAH/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.
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
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 terlebih 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
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.
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 karburator.
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 4 tak tidak menggunakan
oli samping.
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 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.
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 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.