Pengertian Dan Cara Kerja Mesin 4 Tak & 2 Tak

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 bahan2 yg 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

Tujuan dari langkah kompresi adalah untuk meningkatkan temperatur sehingga campuran udara-bahan bakar dapat bersenyawa .Rasio kompresi ini juga nantinya berhubungan erat dg 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

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

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 .Dg 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 sisa2 pembakaran
2. Pendinginan suhu di ruang bakar
3. Membantu exhaust scavanging (pelepasan gas buang)
4. memaksimalkan proses pemasukkan bahan-bakar

2 TAK
Mesin 2 tak adalah mesin pembakaran dalam yg dalam satu siklus pembakaran terjadi dua langkah piston ,berbeda dg putaran 4 tak yg mempunyai empat langkah piston dalam satu siklus pembakaran ,meskipun keempat proses (intake ,kompresi ,tenaga ,pembuangan) juga terjadi .
Mesin 2 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 2 tak

Prinsip kerja

Untuk memahami prinsip kerja ,perlu dimengerti istilah baku yg 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 dg poros engkol (crankshaft)
• Ruang bilas yaitu ruangan dibawah piston dimana terdapat poros engkol (crankshaft) ,sering disebut dg 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 yg 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 masing2 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 yg tertekan dalam ruang bilas akan terpompa masuk dalam ruang bakar sekaligus mendorong gas yg 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 .
2. Saat melewati lubang pemasukan dan lubang pembuangan ,piston akan mengkompresi gas yg 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 dg 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 dg sempurna .

Perbedaan desain dg mesin 4 tak

• Pada mesin 2 tak ,dalam satu kali putaran poros engkol (crankshaft) terjadi satu kali proses pembakaran sedangkan pada mesin 4 tak ,sekali proses pembakaran terjadi dalam dua kali putaran poros engkol .
• Pada mesin 4 tak ,memerlukan mekanisme katup (valve mechanism) dalam bekerja dg fungsi membuka dan menutup lubang pemasukan dan lubang pembuangan ,sedangkan pada mesin 2 tak ,piston dan ring piston berfungsi untuk menbuka dan menutup lubang pemasukan dan lubang pembuangan .Pada awalnya mesin 2 tak tidak dilengkapi dg katup ,dalam perkembangannya katup satu arah (one way valve) dipasang antara ruang bilas dg karburator dg tujuan :
  1. Agar gas yg 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 2 tak terdapat pada dinding silinder ,sedangkan pada mesin 4 tak terdapat pada kepala silinder (cylinder head) .Ini adalah alasan paling utama mesin 4 tak tidak menggunakan oli samping .

Lihat pula: Sistem pelumasan

Kelebihan dan kekurangan

Kelebihan mesin 2 tak

Dibandingkan mesin 4 tak ,kelebihan mesin 2 tak adalah :

1. Mesin 2 tak lebih bertenaga dibandingkan mesin 4 tak .
2. Mesin 2 tak lebih kecil dan ringan dibandingkan mesin 4 tak .
   • Kombinasi kedua kelebihan di atas menjadikan rasio berat terhadap tenaga (power to weight ratio) mesin 2 tak lebih baik dibandingkan mesin 4 tak .
3. Mesin 2 tak lebih murah biaya produksinya karena konstruksinya yg sederhana .

Meskipun memiliki kelebihan tersebut di atas ,jarang digunakan dalam aplikasi kendaraan terutama mobil karena memiliki kekurangan .

Kekurangan mesin 2 tak

Kekurangan mesin 2 tak dibandingkan mesin 4 tak

1. Efisiensi mesin 2 tak lebih rendah dibandingkan mesin 4 tak .
2. Mesin 2 tak memerlukan oli yg dicampur dg 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 4 tak .
3. Mesin 2 tak menghasilkan polusi udara lebih banyak ,polusi terjadi dari pembakaran oli samping dan gas dari ruang bilas yg terlolos masuk langsung ke lubang pembuangan .
4. Pelumasan mesin 2 tak tidak sebaik mesin 4 tak ,mengakibatkan usia suku cadang dalam komponen ruang bakar relatif lebih rendah .