PENGERTIAN DAN CARA KERJA MESIN 4 TAK DAN 2 TAK
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 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
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
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)
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 :
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
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.
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.
D. Kelebihan dan Kekurangan
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.
DAFTAR
PUSTAKA
Baihaki, Kholili.2013. http://kholilibaihaki.blogspot.co.id/2013/02/pengertian-dan-cara-kerja
mesin-4-tak-2.html. (16 September 2015
)