Motor 4 langkah untuk menghasilkan 1 kali usaha poros engkol harus berputar?

Kembali lagi dengan fastnlow, disini kita akan memberi ilmu tentang perbedaan mesin 2 tak dan 4 tak. Teman-teman sering dengar kan 2 tak dan 4 tak. Mungkin beberapa dari teman-teman sedikit bingung gimana sih 2 tak dan 4 tak, apa bedanya.

Mesin 2 Tak

Pertama-tama, sebelum membahas lebih dalam tentang 2 tak dan 4 tak, dalam mesin itu terdapat 4 siklus yaitu siklus hisap/intake, siklus kompresi/compression, siklus ledak/power dan siklus buang/exhaust. Kita bakal membahas 2 terlebih dahulu. Dalam mesin 2 tak, 1 kali putaran kruk as/crankshaft (360 derajat) terdapat 4 siklus, jadi setengah putaran (180 derajat) melakukan 2 siklus. Dimana, pada mesin 2 tak tidak memakai klep/valve dan noken as/camshaft seperti di mesin 4 tak, sebagai gantinya mesin 2 tak memakai membran yang berada setelah karburator.

Selain itu, karena mesin 2 tak dalam 1 putaran kruk as/crankshaft melaksanakan 4 siklus, mesin 2 tak ini lebih responsif dan akselerasinya bagus. Akan tetapi, mesin ini mengeluarkan tenaga yang besar pada saat putaran/RPM tinggi sehingga membuat mesin ini meminum bahan bakar yang lumayan banyak, akan tetapi mesin ini menghasilkan tenaga yang lebih besar dibandingkan mesin 4 tak. Minuman mesin ini tak hanya bensin, tetapi mesin ini minta bensin tersebut dioplos dengan oli khusus yang biasa disebut oli samping untuk sekalian melumasi bagian dalam mesin. Jadi oli mesin hanya melumasi bagian transmisi. Itu lah kenapa mesin 2 tak fogging atau berasap knalpotnya, karena membakar oli samping.

Mesin 2 tak cenderung lebih kecil dan ringan dibandingkan mesin 4 tak, sehingga rasio berat terhadap tenaga (power to weight ratio) mesin dua tak lebih baik dibandingkan mesin empat tak. Itu sedikit tentang mesin 2 tak, mari kita buka lebih dalam bagaimana siklus 2 tak.

Langkah ke 1

Piston bergerak dari TMA ke TMB.

1. Saat bergerak dari TMA ke TMB, piston akan menekan ruang bilas yang berada di bawahnya. Semakin jauh piston meninggalkan TMA menuju TMB akan semakin meningkat pula tekanan di ruang bilas.
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 di dalam ruang bilas akan terpompa masuk ke dalam ruang bakar, sekaligus mendorong keluar gas yang ada di dalam ruang bakar menuju lubang pembuangan.
5. Piston terus menekan ruang bilas sampai titik TMB, sekaligus memompa gas dalam ruang bilas menuju ke dalam ruang bakar.

Langkah ke 2

Piston bergerak dari TMB ke TMA.

1. Saat bergerak dari TMB ke TMA, piston akan menghisap gas hasil percampuran udara, bahan bakar dan pelumas ke dalam ruang bilas. Percampuran ini dilakukan oleh karburator atau sistem injeksi.
2. Saat melewati lubang pemasukan dan lubang pembuangan, piston akan mengkompresi gas yang terjebak di dalam ruang bakar.
3. Piston akan terus mengkompresi gas dalam ruang bakar sampai TMA.
4. Beberapa saat sebelum piston sampai di TMA, busi akan menyala untuk membakar gas dalam ruang bakar. Waktu nyala busi tidak terjadi saat piston sampai ke TMA, melainkan terjadi sebelumnya. Ini dimaksudkan agar puncak tekanan akibat pembakaran dalam ruang bakar bisa terjadi saat piston mulai bergerak dari TMA ke TMB, karena proses pembakaran membutuhkan waktu untuk bisa membuat gas terbakar dengan sempurna oleh nyala api busi.

Teman-teman sudah kenalkan mesin 2 tak tu bagaimana, sekarang kita lanjut kenalan dengan mesin 4 tak yang sekarang sudah menjadi mesin mainstream yang banyak dipakai di kendaraan beroda.

Mesin 4 Tak

Mesin 4 tak itu mesin yang melunasi 4 siklus mesin bakar dengan melakukan 2 putaran kruk as/crankshaft. Mesin ini berputar 2 kali atau 720 derajat untuk melakukan 4 siklus, sehingga 1 putaran kruk as/crankshaft (360 derajat) melakukan 2 siklus. Dimana, mesin ini kurang responsif dibandingkan mesin 2 tak tetapi mesin ini lebih effisien. Mesin ini lebih ramah lingkungan karena mesin ini hanya meminum bensin saja, tidak ada oli samping. Mesin ini mengeluarkan tenaga relatif di putaran/RPM lebih rendah dibandingkan mesin 2 tak, dan tenaga yang dikeluarkan lebih rendah juga.

Mesin ini menggunakan klep/valve yang digerakan oleh noken as yang tidak dipakai oleh mesin 2 tak, sehingga semua siklus yang harus dilakukan lebih sempurna. Pada mesin motor, oli mesin 4 tak menjadi 1 untuk melumasi keseluruhan mesin dan transmisi pada mobil tetap terpisah karena saluran oli mesin dan transmisi terpisah.

Mari kita bahas lebih dalam tentang siklusnya mesin 4 tak.

Langkah ke 1 

Piston bergerak dari TMA ke TMB, posisi katup masuk terbuka dan katup keluar tertutup, mengakibatkan udara (mesin diesel) atau gas (sebagian besar mesin bensin) terhisap masuk ke dalam ruang bakar. Proses udara atau gas sebelum masuk ke ruang bakar dapat dilihat pada sistem pemasukkan.

Langkah ke 2 

Piston bergerak dari TMB ke TMA, posisi katup masuk dan keluar tertutup, mengakibatkan udara atau gas dalam ruang bakar terkompresi. Beberapa saat sebelum piston sampai pada posisi TMA, waktu penyalaan (timing ignition) terjadi (pada mesin bensin berupa nyala busi sedangkan pada mesin diesel berupa semprotan (suntikan) bahan bakar).

Langkah ke 3 

Gas yang terbakar dalam ruang bakar akan meningkatkan tekanan dalam ruang bakar, mengakibatkan piston terdorong dari TMA ke TMB. Langkah ini adalah proses yang akan menghasilkan tenaga.

Langkah ke 4

Piston bergerak dari TMB ke TMA, Posisi katup masuk terutup dan katup keluar terbuka, mendorong sisa gas pembakaran menuju ke katup keluar yang sedang terbuka untuk diteruskan ke lubang pembuangan.

Kesimpulannya mari kita lihat dalam tabel dibawah ini.

PERBEDAAN 2 TAK DAN 4 TAK

Sekarang teman-teman sudah taukan gimana mesin 2 tak dan mesin 4 tak, dan perbedaan dari masing-masing mesin.

Apakah kalian dalam melakukan mobilitas sehari hari menggunakan sepeda motor? Mengisi bensin ketika tankinya kosong? Melakukan penggantian oli secara berkala dan memanaskan motor di pagi hari ketika akan digunakan? Mungkin itu hal-hal yang kalian sudah lakukan pada prakteknya di kehidupan sehari-hari. Tapi apakah kalian tahu sebenernya bagaimana prosesnya sehingga motor yang kalian gunakan bisa bergerak dan menjadi alat yang useful banget di kehidupan sehari hari. Bagaimana bahan bakar yang kalian masukan ke dalam tangki ternyata bisa menggerakan mesin?

Oke langsung aja gw jelasin mengenai mekanisme kerja dari engine pada sepeda motor yang kita semua pake (cara kerja mesin 4 langkah).  

Jadi sepeda motor yang kita pake itu bisa bergerak karena ada motor di dalamnya yang berfungsi sebagai penggerak. Jenis motor yang dipakai adalah motor bensin 

Motor bensin merupakan motor pembakaran dalam jenis torak yang hasil pembakarannya berasal dari loncatan bunga api listrik yang terjadi di dalam ruang bakar dan membakar campuran udara dan bahan bakar dengan perbandingan kompresi tertentu. Prinsip kerja motor bensin (mesin empat langkah ) ini adalah bekerja dengan memanfaatkan energi termal dari proses pembakaran dimana gas hasil pembakarannya digunakan sebagai fluida kerja langsung.

Motor bensin ini ada yang termasuk dalam motor 4 langkah/motor 4 tak dan motor 2 langkah/motor 2 tak.

Maksudnya apa nih fluida kerja langsung?

Ok pertama gw jelasin mengenai fluida terlebih dahulu. Apa itu Fluida? Nah jadi fluida itu sebetulnya ada di sekitar kita, segala bentuk gas dan cairan adalah fluida.  

Dalam fisika semua zat yang bisa mengalir disebut fluida

Air yg kamu minum, udara yang kamu hirup, gas elpiji yg kamu pake untuk memasak semua itu adalah fluida. Dalam dunia teknik fluida itu sangat penting sekali buat dipelajari. Fluida itu punya sifat yang unik, bahkan ilmuan dan insinyur telah banyak menciptakan banyak teknologi modern dengan menggunakan pengetahuan tentang fluida. Seperti pompa hidrolik, Mesin mobil, pesawat. Semuanya manfaatin sifat-sifat fluida untuk bekerja. Jadi menurut kalian kenapa pesawat dengan berat berton-ton bisa terbang?

Jawabannya adalah karna insinyur-insinyur yang bikinnya paham sama prilaku udara sebagai sebuah fluida.

Nah terus apa maksudnya fluida kerja langsung?

Jadi di dalam proses kerja engine, tepatnya ketika terjadi pembakaran, hasil dari pembakaran ini berupa gas sisa pembakaran dengan tekanan yang sangat tinggi, tekanan ini yang kemudian mendorong piston untuk bergerak dari TMA ke TMB dan gerakan translasi piston diubah menjadi gerak rotasi pada poros engkol yang kemudian disalurkan ke kopling kemudian transmisi sampai ke roda. Jadi pada motor bensin fluida kerjanya adalah fluida kerja langsung dimana gas hasil pembakarannya dapat langsung menggerakan mekanisme tanpa harus dipindahkan ke media lain terlebih dahulu.

Ok gimana apa kalian udah paham mengenai fluida? Ok kalo gitu gw lanjut tentang cara kerja engine-nya itu sendiri.

Bagaimana Siklus Kerja Motor Bensin 4 Langkah?

Pada motor bensin 4 langkah setiap siklus kerjanya diselesaikan dalam 4 kali langkah torak, 2 putaran poros engkol dan 1 kali putaran camshaft.

Ilustrasi Cara Kerja Engine 4 LangkahSumber (https://www.pinterest.com)

1. Langkah Isap     

Piston bergerak dari TMA ke TMB. Katup isap terbuka dan katup buang tertutup. Pergerakan piston dari TMA ke TMB menyebabkan  ruang silinder menjadi vakum. Akibat kevakuman ini campuran udara dan bahan bakar masuk ke dalam silinder melalui katup isap. Jadi langkah isap ini terjadi jika tekanan di dalam ruang silinder lebih rendah dari tekanan atmosfer. Piston bisa bergerak dari TMA ke TMB dikarenakan ada gaya awal yang diberikan oleh motor starter ketika dinyalakan atau momentum dari flywheel ketika mesin telah hidup. Pada langkah isap terjadi pembesaran volume sebesar volume langkah atau sebesar volume sisa menjadi volume total. Pada langkah isap poros engkol berputar setengah putaran, poros engkol  menggerakan poros cam melalui timing gear dengan perbandingan 2 : 1.

Piston bergerak dari TMB ke TMA kedua katup tertutup. Campuran udara dan bahan bakar dikompresikan. karna dimampatkan maka terjadi perubahan volume yang membuat tekanan dan temperaturnya menjadi naik sehingga campuran udara dan bahan bakar menjadi mudah sekali terbakar. Sampai diakhir langkah kompresi busi memercikan bunga api dan terjadilah pembakaran.

Langkah pemampatan secara teoritis dimulai pada saat piston menuju ke atas. Tapi secara empiris, pada prakteknya langkah kompresi ini baru terjadi setelah penutupan katup isapnya. Perubahan volume yang terjadi pada langkah kompresi ini adalah dari volume total menjadi sejumlah volume ruang bakar atau volume sisa. Pada langkah kompresi ini poros engkol bergerak setengah putaran.

Piston bergerak dari TMA ke TMB, kedua katup tertutup. Jadi pada saat piston hampir mencapai TMA campuran udara dan bahan bakar yang telah dikompresikan kemudian dinyalakan dengan percikan bunga api dari busi. Karna hal ini maka terjadilah proses pembakaran. Torak masih bergerak menuju TMA dan pada kondisi tersebut volume ruang bakar menjadi seakin kecil sehingga tekanan dan temperatur di dalam silinder semakin tinggi. Ketika piston mencapai TMA maka terjadilah pembakaran. Gas sisa pembakaran mampu mendorong piston untuk bergerak kembali dari TMA ke TMB. Pada langkah usaha ini poros engkol bergerak setengah putaran.

Piston bergerak dari TMB ke TMA. Katup isap tertutup dan katup buang sudah terbuka. Gerakan piston dari TMB ke TMA ini menyebabkan gas sisa pembakaran terdorong keluar dari ruang silinder, sehingga terjadi pengecilan volume dan pengurangan tekanan. Pada langkah ini poros engkol berputar setengah putaran. 

Diatas adalah cara kerja dari motor empat tak / empat langkah. Lalu bagaimana cara kerja motor 2 langkah/mesin 2 langkah?

Jadi sepeda motor kalian bisa bergerak karna pada dasarnya pada bagian motornya sendiri memiliki siklus kerja dan siklus kerja yang dipakai adalah motor bakar 4 Langkah.

Kenapa motor bakar? ya singkatnya karena tenaga yang dihasilkan diperoleh melalui proses pembakaran.

Kenapa 4 langkah? Seperti yang sudah dijelasin diatas karena satu siklus kerjanya terdiri dari 4 langkah Piston.

Bagaimana Bahan Bakar Bisa Menggerakan Kendaraan?

Jadi pada langkah isap, fluida (gas) dalam bentuk campuran udara dan bahan bakar masuk ke dalam silinder. Kemudian fluida ini dikompresi sehingga menyebabkan terjadinya perubahan volume dari sebesar volume total sampai pada volume ruang bakar. Ketika dikompresikan kalau kita lihat secara mikroskopis maka molekul-molekul pembentuk fluida ini akan bergerak semakin cepat sehingga menciptakan sesuatu yang disebut energi kinetik molekul.

Gesekan adalah sumber panas 

Gerakan molekul ini akan mengakibatkan antar molekul saling bergesekan. Gesekan molekul ini yang kemudian akan menimbulkan panas. Jadi ketika dikompresikan, volume, tekanan, dan panas dari fluida akan berubah.  Hal ini membuat campuran udara dan bahan bakar akan menjadi mudah terbakar.

Kemudian diakhir langkah kompresi busi memercikan bunga api untuk memastikan berlangsungnya proses pembakaran. Pada proses pembakaran inilah dihasilkan ledakan, membuat gas panas mengembang mendesak piston sehingga menghasilkan langkah kerja yang mengubah energi gerak pada lengan torak mesin menjadi gerak rotasi pada poros engkol. Hasil Pergerakan torak pada setiap langkah inilah yang dirancang secara mekanik sehingga mobil bisa bergerak. Sekian cara kerja dari mesin 4 langkah semoga bermanfaat.

Referensi: Arismunandar, W. (2008). Penggerak mula motor bakar. Bandung: Penerbit ITB Bandung.

                    Brenschot, BPM. & Arends, H. (1980). Motor bensin. Jakarta: Erlangga.

Page 2