PENGERTIAN DAN CARA KERJA MESIN 4 TAK, 2 TAK
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)
—————————————————————————————————————————————–
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
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.
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.
- 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.
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.
