Cara Kerja Mesin 4 Tak, 2 Tak - Pengertian, Perbedaan & Kelebihan
Pengertian Mesin 4 Tak
Mesin 4 tak atau mesin 4 langkah (juga dikenal sebagai empat siklus) adalah mesin pembakaran internal di mana piston akan menyelesaikan empat langkah terpisah yang terdiri dari satu siklus termodinamika tunggal.
Stroke atau "tak" mengacu pada perjalanan penuh piston di sepanjang silinder, di kedua arah.
Stroke atau "tak" mengacu pada perjalanan penuh piston di sepanjang silinder, di kedua arah.
Mesin 4 tak adalah jenis yang paling umum dari mesin pembakaran internal dan digunakan di berbagai mobil (yang secara khusus menggunakan bensin sebagai bahan bakar) seperti mobil, truk, dan beberapa sepeda motor (umumnya sepeda motor menggunakan mesin 2 tak).
Mesin 4 tak pertama kali diperkenalkan oleh Nikolaus Otto pada tahun 1876, karena itulah dikenal juga sebagai siklus Otto.
Berikut ini bagian-bagian dari mesin 4 tak
Dalam sebuah mesin, piston digunakan untuk mentransfer gaya ekspansi gas ke putaran mekanis poros engkol melalui batang penghubung. Piston dapat bekerja karena dipasang di dalam silinder menggunakan cincin piston untuk meminimalkan jarak antara silinder dan piston.
Crankshaft atau poros engkol adalah bagian yang dapat mengubah gerakan bolak-balik menjadi gerakan rotasi.
Connecting rod atau batang penghubung mentransfer gerakan dari piston ke poros engkol yang bertindak sebagai lengan pengungkit.
Flywheel atau gaya roda merupakan perangkat mekanis berputar yang digunakan untuk menyimpan energi.
Katup masuk dan katup buang akan memungkinkan masuknya udara segar dengan bahan bakar & untuk keluar sebagai campuran bahan bakar-udara dari silinder.
Spark Plug atau Busi menyalurkan arus listrik ke ruang bakar yang menyalakan campuran udara-bahan bakar yang menyebabkan ekspansi gas secara tiba-tiba.
Mesin 4 tak pertama kali diperkenalkan oleh Nikolaus Otto pada tahun 1876, karena itulah dikenal juga sebagai siklus Otto.
Bagian Mesin 4 Tak
Berikut ini bagian-bagian dari mesin 4 tak
Piston
Dalam sebuah mesin, piston digunakan untuk mentransfer gaya ekspansi gas ke putaran mekanis poros engkol melalui batang penghubung. Piston dapat bekerja karena dipasang di dalam silinder menggunakan cincin piston untuk meminimalkan jarak antara silinder dan piston.
Crankshaft
Crankshaft atau poros engkol adalah bagian yang dapat mengubah gerakan bolak-balik menjadi gerakan rotasi.
Connecting Rod
Connecting rod atau batang penghubung mentransfer gerakan dari piston ke poros engkol yang bertindak sebagai lengan pengungkit.
Flywheel
Flywheel atau gaya roda merupakan perangkat mekanis berputar yang digunakan untuk menyimpan energi.
Inlet & Outlet valves
Katup masuk dan katup buang akan memungkinkan masuknya udara segar dengan bahan bakar & untuk keluar sebagai campuran bahan bakar-udara dari silinder.
Spark Plug
Spark Plug atau Busi menyalurkan arus listrik ke ruang bakar yang menyalakan campuran udara-bahan bakar yang menyebabkan ekspansi gas secara tiba-tiba.
Cara Kerja Mesin 4 Tak
Sesuai dengan namanya, mesin 4 tak bekerja dengan 4 langkah terpisah, Perhatikan animasi dibawah mengenai cara kerja mesin 4 tak
berikut penjelasannya
berikut penjelasannya
1. Intake stroke: Piston bergerak ke bawah dimana hal ini akan meningkatkan volume untuk memungkinkan campuran udara-bahan bakar memasuki ruang.
2. Compression stroke: pintu masuk katup ditutup, dan piston bergerak naik ke atas, hal Ini akan mengompres campuran udara-bahan bakar. Pada akhir langkah ini, busi menyediakan bahan bakar yang terkompresi dengan energi aktivasi yang diperlukan untuk memulai pembakaran.
3. Power stroke : Ketika bahan bakar mencapai akhir pembakarannya, panas yang dilepaskan dari pembakaran hidrokarbon meningkatkan tekanan sehingga akan menyebabkan gas menekan piston dan menciptakan daya output.
4. Exhaust stroke : Saat piston mencapai dasar, katup buang terbuka. Gas buang yang tersisa didorong oleh piston saat bergerak kembali ke atas.
Simak penjelasan lebih detail mengenai cara kerja mesin 4 tak berikut
1. Intake Stroke / Pengisapan
Pada langkah ini, piston akan mulai bergerak dari TDC (Top Dead Center yaitu posisi terjauh piston ke crankshaft/poros engkol) ke BDC (Bottom Dead Center - posisi piston terdekat ke poros engkol).
Piston bergerak ke bawah mengisap campuran udara-bahan bakar dari katup masuk.
Poin-poin penting :
Katup masuk - BUKA
Katup buang - TUTUP
Rotasi poros engkol - 180 °
2. Compression Stroke / Kompresi
Di sini, piston bergerak dari BDC ke TDC mengompresi campuran udara-bahan bakar. Momentum roda gaya membantu piston bergerak ke atas.
Poin-poin penting :
Katup masuk - TUTUP
Katup buang - TUTUP
Rotasi poros engkol - 180 ° (total = 360 °)
3. Power Stroke / Ekspansi
Rotasi poros engkol kedua dimulai karena telah menyelesaikan satu putaran penuh selama langkah kompresi. Power stroke dimulai dengan memperluas campuran udara-bahan bakar yang dinyalakan dengan bantuan busi. Di sini, piston bergerak dari TDC ke BDC. Langkah ini menghasilkan kerja mekanis untuk memutar poros engkol.
Poin-poin penting :
Katup masuk - TUTUP
Katup buang - TUTUP
Rotasi poros engkol - 180 ° (total = 540 °)
4. Exhaust Stroke / Pembuangan
Sekali lagi momentum roda gaya akan menggerakkan piston naik kembali dari posisi BDC ke TDC sehingga menggerakkan gas buang keluar melalui katup buang.
Poin-poin penting :
Katup masuk - TUTUP
Katup buang - BUKA
Rotasi poros engkol - 180 ° (total = 720 °)
Pada tahap exhaust stroke telah melengkapi dua rotasi lengkap (720°) dari poros engkol bersama dengan satu siklus (dikatakan sebagai satu siklus karena siklus termodinamika adalah serangkaian proses termodinamika yang mengembalikan sistem ke keadaan awal).
Di sini, serangkaian proses termodinamika yang terjadi adalah selama "stroke" 4 stroke = 4 proses.
Sebagai tambahan, efisiensi termal dari mesin bensin 4 tak akan bervariasi tergantung pada model dan desain kendaraan. Namun secara umum, mesin bensin mengubah 20% bahan bakar (energi kimia) menjadi energi mekanik di mana hanya 15% yang akan digunakan untuk menggerakkan roda (sisanya hilang karena gesekan dan elemen mekanis lainnya).
Salah satu cara untuk meningkatkan efisiensi termodinamika di mesin yaitu melalui rasio kompresi yang lebih tinggi.
Rasio ini adalah perbedaan antara volume minimum dan maksimum di ruang mesin (TDC dan BDC). Rasio yang lebih tinggi akan memungkinkan campuran udara-bahan bakar yang lebih besar, menyebabkan tekanan lebih tinggi, yang mengarah ke ruang yang lebih panas sehingga akan meningkatkan efisiensi termal.
Dalam sebuah mesin, piston digunakan untuk mentransfer gaya ekspansi gas ke putaran mekanis poros engkol melalui batang penghubung. Piston dapat melakukan ini karena dipasang di dalam silinder menggunakan cincin piston untuk meminimalkan jarak antara silinder dan piston.
Crankshaft atau poros engkol adalah bagian yang dapat mengubah gerakan bolak-balik menjadi gerakan rotasi.
Connecting rod atau batang penghubung mentransfer gerakan dari piston ke poros engkol yang bertindak sebagai lengan pengungkit.
Counterweight atau pengimbang pada poros engkol digunakan untuk mengurangi getaran karena ketidakseimbangan dalam unit yang berputar.
Flywheel atau gaya roda merupakan perangkat mekanis berputar yang digunakan untuk menyimpan energi.
Port saluran masuk & keluar memungkinkan masuknya udara segar dengan bahan bakar & untuk keluar sebagai campuran bahan bakar-udara dari silinder.
Spark Plug atau Busi menyalurkan arus listrik ke ruang bakar yang menyalakan campuran udara-bahan bakar yang menyebabkan ekspansi gas secara tiba-tiba.
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya cara kerja mesin 2 tak hanya terdiri dari 2 langkah yaitu down stroke dan up stroke, berikut penjelasannya
Pertama, piston dipindahkan ke bawah dari TDC ke BDC untuk membiarkan udara segar masuk ke ruang bakar. Campuran udara-bahan bakar segar masuk ke ruang bakar melalui bak mesin. Rotasi poros engkol - 180 °
Piston didorong dari BDC ke TDC. Campuran udara-bahan bakar dikompresi & busi menyalakan campuran. Saat campuran mengembang, piston bergerak ke bawah. Selama gerakan naik, port inlet dibuka. Saat port inlet ini dibuka, campurannya tersedot ke dalam bak mesin.
Ketika campuran didorong ke atas ke ruang bakar selama stroke sebelumnya, vakum parsial dibuat karena tidak ada campuran yang tertinggal di dalam bak mesin.
Campuran ini siap untuk masuk ke ruang pembakaran selama stroke bawah tetapi tetap di bak mesin sampai piston naik sampai TDC. dimana rotasi poros engkol - 360 °.
Dari 2 langkah ini akan menyelesaikan satu siklus daya.
Dari langkah ke-2 gas buang ke bawah dan dikeluarkan dari satu sisi sementara campuran baru masuk ke dalam ruang bakar secara bersamaan karena vakum parsial yang dibuat di ruang pembakaran setelah penghapusan gas buang. Kedua hal itu terjadi pada saat bersamaan yang menjadikannya mesin 2 tak.
Perhatikan gambar dibawah yang merupakan varian desain mesin 2 tak
Gambar di atas menunjukkan varian lain dari mesin 2 tak di mana port inlet & outlet berada di sisi yang sama. Di sini, tidak perlu membuka port inlet secara menengah.
Kepala silinder dirancang sedemikian rupa sehingga port knalpot ditutup selama pembakaran & terbuka setelah pembakaran. Pada bagian piston itu sendiri menutup & membuka port yang sesuai. Prosesnya tetap sama, perbedaannya di sini hanya desain.
Coba amati tonjolan di permukaan piston, desain ini membantu gas buangan mengalir melalui port gas buang sehingga akan memberikan arah pada gas buangan.
Karena bak mesin mengisap campuran udara-bahan bakar secara terus-menerus, praktis tidak mungkin untuk melumasi piston & batang penghubung. Karena itu bahan bakar harus dicampur dengan oli atau pelumas (2% -5%) pada mesin 2 tak.
Di sini, serangkaian proses termodinamika yang terjadi adalah selama "stroke" 4 stroke = 4 proses.
Sebagai tambahan, efisiensi termal dari mesin bensin 4 tak akan bervariasi tergantung pada model dan desain kendaraan. Namun secara umum, mesin bensin mengubah 20% bahan bakar (energi kimia) menjadi energi mekanik di mana hanya 15% yang akan digunakan untuk menggerakkan roda (sisanya hilang karena gesekan dan elemen mekanis lainnya).
Salah satu cara untuk meningkatkan efisiensi termodinamika di mesin yaitu melalui rasio kompresi yang lebih tinggi.
Rasio ini adalah perbedaan antara volume minimum dan maksimum di ruang mesin (TDC dan BDC). Rasio yang lebih tinggi akan memungkinkan campuran udara-bahan bakar yang lebih besar, menyebabkan tekanan lebih tinggi, yang mengarah ke ruang yang lebih panas sehingga akan meningkatkan efisiensi termal.
Bagaimana Katup Masuk & Buang Bekerja ?
Sebenarnya cara kerja katup masuk dan katup buang sangat sederhana yaitu dengan menggunakan camshaft atau poros bubungan, Camshaft terhubung ke poros engkol melalui mekanisme gir atau disambungkan dengan bantuan rantai timing.
Pada gambar animasi diatas, Cam pada camshaft akan mengubah gerakan rotasi menjadi gerakan osilasi katup sehingga membuka & menutup katup pada waktu yang tepat.
Dari desain ini membuktikan bahwa kadang-kadang kita hanya butuh sebuah desain yang sederhana, tidak perlu membuat sebuah desain yang rumit yang malah akan menambah kerja mesin.
Pengertian Mesin 2 Tak
Mesin 2 tak adalah jenis mesin pembakaran internal di mana satu siklus daya dilengkapi dengan dua stroke piston sepanjang satu putaran poros engkol. Mesin dua tak komersial pertama yang melibatkan kompresi dalam silinder diperkenalkan oleh insinyur Skotlandia Dugald Clerk.
Mesin 2 tak bekerja dengan langkah yang sama seperti pada mesin 4 tak yaitu hisap, kompresi, ekspansi & pembuangan, tetapi pada mesin 2 tak melakukan ke-4 proses ini hanya dalam 2 langkah tidak seperti mesin 4 tak yang menyelesaikan satu siklus daya dalam 4 langkah.
Bagian Mesin 2 Tak
Berikut ini bagian-bagian mesin 2 tak
Piston
Dalam sebuah mesin, piston digunakan untuk mentransfer gaya ekspansi gas ke putaran mekanis poros engkol melalui batang penghubung. Piston dapat melakukan ini karena dipasang di dalam silinder menggunakan cincin piston untuk meminimalkan jarak antara silinder dan piston.
Crankshaft
Crankshaft atau poros engkol adalah bagian yang dapat mengubah gerakan bolak-balik menjadi gerakan rotasi.
Connecting Rod
Connecting rod atau batang penghubung mentransfer gerakan dari piston ke poros engkol yang bertindak sebagai lengan pengungkit.
Counterweight
Counterweight atau pengimbang pada poros engkol digunakan untuk mengurangi getaran karena ketidakseimbangan dalam unit yang berputar.
Flywheel
Flywheel atau gaya roda merupakan perangkat mekanis berputar yang digunakan untuk menyimpan energi.
Inlet & Outlet ports
Port saluran masuk & keluar memungkinkan masuknya udara segar dengan bahan bakar & untuk keluar sebagai campuran bahan bakar-udara dari silinder.
Spark Plug
Spark Plug atau Busi menyalurkan arus listrik ke ruang bakar yang menyalakan campuran udara-bahan bakar yang menyebabkan ekspansi gas secara tiba-tiba.
Cara Kerja Mesin 2 Tak
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya cara kerja mesin 2 tak hanya terdiri dari 2 langkah yaitu down stroke dan up stroke, berikut penjelasannya
Down Stroke
Pertama, piston dipindahkan ke bawah dari TDC ke BDC untuk membiarkan udara segar masuk ke ruang bakar. Campuran udara-bahan bakar segar masuk ke ruang bakar melalui bak mesin. Rotasi poros engkol - 180 °
Up Stroke
Piston didorong dari BDC ke TDC. Campuran udara-bahan bakar dikompresi & busi menyalakan campuran. Saat campuran mengembang, piston bergerak ke bawah. Selama gerakan naik, port inlet dibuka. Saat port inlet ini dibuka, campurannya tersedot ke dalam bak mesin.
Ketika campuran didorong ke atas ke ruang bakar selama stroke sebelumnya, vakum parsial dibuat karena tidak ada campuran yang tertinggal di dalam bak mesin.
Campuran ini siap untuk masuk ke ruang pembakaran selama stroke bawah tetapi tetap di bak mesin sampai piston naik sampai TDC. dimana rotasi poros engkol - 360 °.
Dari 2 langkah ini akan menyelesaikan satu siklus daya.
Dari langkah ke-2 gas buang ke bawah dan dikeluarkan dari satu sisi sementara campuran baru masuk ke dalam ruang bakar secara bersamaan karena vakum parsial yang dibuat di ruang pembakaran setelah penghapusan gas buang. Kedua hal itu terjadi pada saat bersamaan yang menjadikannya mesin 2 tak.
Perhatikan gambar dibawah yang merupakan varian desain mesin 2 tak
Gambar di atas menunjukkan varian lain dari mesin 2 tak di mana port inlet & outlet berada di sisi yang sama. Di sini, tidak perlu membuka port inlet secara menengah.
Kepala silinder dirancang sedemikian rupa sehingga port knalpot ditutup selama pembakaran & terbuka setelah pembakaran. Pada bagian piston itu sendiri menutup & membuka port yang sesuai. Prosesnya tetap sama, perbedaannya di sini hanya desain.
Coba amati tonjolan di permukaan piston, desain ini membantu gas buangan mengalir melalui port gas buang sehingga akan memberikan arah pada gas buangan.
Karena bak mesin mengisap campuran udara-bahan bakar secara terus-menerus, praktis tidak mungkin untuk melumasi piston & batang penghubung. Karena itu bahan bakar harus dicampur dengan oli atau pelumas (2% -5%) pada mesin 2 tak.
Perbedaan Mesin 4 Tak dan 2 Tak
Berikut ini kami sajikan dalam bentuk tabel perbedaan dari mesin 4 tak dan 2 tak
Kelebihan & Kekurangan Mesin 4 Tak
Kelebihan Mesin 4 Tak
- Menghasilkan lebih banyak torsi - Secara umum, mesin 4 tak selalu menghasilkan torsi lebih besar daripada mesin 2 tak pada RPM rendah. Meskipun mesin 2 tak memberikan torsi yang lebih tinggi pada RPM yang lebih tinggi tetapimembutuhkan lebih banyak bahan bakar.
- Efisiensi bahan bakar lebih banyak: - Mesin 4 tak memiliki efisiensi bahan bakar yang lebih besar daripada mesin 2 tak karena bahan bakar dikonsumsi setiap 4 langkah.
- Lebih sedikit polusi - Karena daya dihasilkan setiap 4 langkah & juga karena tidak ada oli atau pelumas yang ditambahkan ke bahan bakar sehingga mesin 4 tak menghasilkan lebih sedikit polusi.
- Lebih tahan lama - Kita semua tahu bahwa semakin banyak mesin bekerja, semakin cepat aus. Mesin 2 tak dirancang untuk bekerja dengan RPM tinggi. Jika sebuah mesin dapat beroperasi 10.000 rpm sebelum aus. Sebagai perbandingannya, pada mesin 4 tak dengan 100 rpm akan bekerja selama 100 menit sedangkan mesin 2 tak yang memiliki rpm lebih tinggi dari 500 hanya akan bekerja selama 20 menit.
- Tidak ada tambahan oli - Hanya bagian yang bergerak yang membutuhkan lubrikasi. Tidak perlu penambahan oli atau pelumas untuk tambahan bahan bakar.
Kekurangan Mesin 4 Tak
- Desain rumit - Mesin 4 tak memiliki mekanisme katup yang rumit yang dioperasikan & dikendalikan oleh roda gigi & rantai. Juga ada banyak bagian yang perlu perhatikan yang membuatnya lebih sulit untuk dipelajari.
- Kurang bertenaga: - Saat daya dikirim sekali setiap 2 rotasi poros engkol (4 stroke), maka mesin 4 tak menjadi kurang kuat.
- Mahal - Mesin 4 tak memiliki bagian lebih banyak daripada mesin 2 tak. Jadi tentu akan membutuhkan perbaikan yang mengarah pada biaya yang lebih besar.
Kelebihan dan kekurangan Mesin 2 Tak
Kelebihan Mesin 2 Tak
- Desain & konstruksi sederhana - Tidak memiliki katup. dan digantikan oleh port inlet & outlet yang membuatnya lebih sederhana.
- Lebih bertenaga: - Pada mesin 2 tak, setiap langkah alternatif adalah power stroke tidak seperti stroke 4 di mana daya diberikan setiap 4 stroke. Ini akan memberikan peningkatan daya yang signifikan, disamping itu akselerasi akan lebih tinggi & pengiriman daya akan seragam.
- Posisi tidak masalah - mesin 2 tak dapat bekerja di posisi apa pun karena pelumasan dilakukan melalui bahan bakar (saat bahan bakar melewati seluruh silinder & kotak engkol/crankcase).
Kekurangan Mesin 2 Tak
- Efisiensi bahan bakar yang rendah - Untuk setiap stroke daya alternatif, bahan bakar dikonsumsi setiap stroke alternatif. Ini membuat efisiensi bahan bakar mesin rendah meskipun menghasilkan pengiriman daya yang seragam.
- Penambahan oli meningkatkan biaya operasi - Mesin dua tak membutuhkan campuran oli dengan campuran udara-bahan bakar untuk melumasi poros engkol, batang penghubung dan dinding silinder.
- Menghasilkan lebih banyak polusi - Mesin 2 tak menghasilkan banyak polusi. Pembakaran minyak yang ditambahkan dalam campuran menciptakan banyak asap yang menyebabkan polusi udara.
- Pemborosan bahan bakar - Kadang-kadang muatan baru yang akan mengalami pembakaran keluar bersama dengan gas buang. Hal ini menyebabkan pemborosan bahan bakar & juga pengiriman daya mesin terpengaruh.
- Pembakaran yang tidak benar - Gas buang sering terjebak di dalam ruang bakar. Ini membuat muatan baru menjadi tidak murni. Karenanya daya maksimum tidak dapat dikirim karena pembakaran tidak sempurna atau tidak tepat.
Itulah penjelasan mengenai cara kerja mesin 4 tak dan mesin 2 tak beserta perbedaan, kelebihan serta kekurangannya.
