Mekanisme Katup (OHC)

Overhead Camshaft atau sering disingkat OHC adalah mekanisme penggerak katup (valvetrain) dengan konfigurasi penempatan camshaft di atas kepala silinder (cylinder head). Cam secara langsung menggerakan rocker arm dan atau katup-katup tanpa melalui pushrod, sehingga mampu memperkecil kehilangan gaya inersia pada mekanisme katup. Jika dibandingkan dengan mekanisme katup Overhead Valve (OHV) dengan jumlah katup yang sama, komponen dari Overhead Camshaft lebih sedikit dan lebih ringan secara keseluruhan. Walau mungkin saja mekanisme penggerak camshaft (timing mechanism) memiliki konstruksi yang lebih kompleks, namun para produsen mesin menerima kompleksitas mekanisme penggerak katup tersebut sebagai sebuah konsekwensi untuk meningkatkan performa mesin dan desain mesin yang lebih fleksibel.

Keuntungan Overhead Camshaft

Alasan mendasar para produsen mesin memilih Overhead Camshaft adalah bahwa mekanisme jenis ini menawarkan peningkatan kemampuan mesin saat terjadi pertukaran (exchange) induksi dan gas buang (pertukaran ini sering disebut "engine breathing"). Keuntungan kinerja lainnya yaitu diperoleh dari konfigurasi saluran (port) yang lebih baik dengan mengoptimalkan desain overhead camshaft. Dengan tidak digunakannnya pushrod, desain kepala silinder bisa menggunakan saluran tegak sehingga perlintasan (crossection) lebih menguntungkan dan panjang. Desain Overhead Camshaft merupakan salah satu mekanisme katup yang dewasa ini banyak digunakan pada mobil-mobil dengan kecepatan dan teknologi tinggi, bahkan banyak digunakan untuk mobil-mobil balap, karena OHC mampu meningkatkan daya keluaran (output) sehingga menghasilkan torsi maksimum.

Mekanisme penggerak OHC bisa saja menggunakan metode yang sama seperti halnya yang digunakan pada OHV, tetapi dalam prakteknya (tergantung aplikasi), bobot yang lebih ringan dan bebas perawatan lebih sering digunakan pada mekanisme penggerak OHC. Misal; penggunaan timing belt karet/kevlar bergigi, rantai roller (roller chain) pada double overhead camshaft (DOHC), atau dalam beberapa kasus masih tetap menggunakan roda gigi. Pada mesin Ducati versi awal, penggerak camshaft pada mesin OHC-nya masih menggunakan roda gigi bevel (bevel gear).

Pada mesin dengan konstruksi khusus ada yang menggunakan beberapa katup (tiga, empat, atau lima) per silinder, selain itu banyak mesin OHC sekarang ini yang telah menggunakan variable valve timing untuk meningkatkan efisiensi dan daya mesin. OHC dengan peletakan camshaft pada kepala silinder (cylinder head) memungkinkan mesin dengan kecepatan yang lebih tinggi dibanding dengan OHV (posisi camshaft pada blok mesin), hal ini karena OHC memiliki massa penggerak (valvetrain) yang rendah.

Pada dasarnya ada dua jenis tata letak overhead camshaft, yaitu:

1. Single Overhead Camshaft (SOHC)

Single Overhead Camshaft (SOHC) adalah mesin yang didesain dengan menggunakan satu buah camshaft yang ditempatkan pada kepala silinder. Pada mesin dengan konfigurasi inline (sebaris) terdapat satu camshaft yang diletakan pada kepala silinder, sedangkan untuk mesin dengan konfigurasi lain (misal; konfigurasi mesin V atau konfigurasi mesin boxer) ini berarti mesin memiliki lebih dari satu kepala silinder, maka jumlah camshaft juga sebanyak jumlah kepala silinder, karena setiap satu kepala silinder terdapat satu camshaft.

Pada desain SOHC, camshaft secara langsung menggerakan katup melalui perantara bucket tappet atau ada pula yang melalui perantara rocker arm. Desain SOHC memberikan kompleksitas yang lebih rendah jika dibandingkan dengan desain OHV, terutama jika menggunakan multivalve pada kepala silinder, dimana mesin memiliki lebih dari dua katup (isap-buang) pada masing-masing silinder. Exhaust manifold dan intake manifold ditempatkan sejajar pada kedua sisi kepala silinder sehingga kinerja mesin meningkat karena tidak lagi terjadi crossflow, percikan api pada busi dapat dengan mudah berhadapan langsung dengan gas.

Pada awal tahun 1980-an, Toyota dan Volkswagen Group sudah menggunakan mekanisme katup SOHC. Toyota menggunakan hidraulic tappet, sedangkan Volkswagen menggunakan bucket tappet dengan shim sebagai penyesuai celah katup. Mesin dari kedua pabrikan ini mungkin merupakan mesin dengan konfigurasi yang paling kompleks pada saat itu.

2. Double Overhead Camshaft (DOHC)

Double Overhead Camshaft ditandai dengan dua camshaft yang terletak didalam satu kepala silinder, satu camshaft melayani semua katup masuk dan satu camshaft lagi melayani semua katup buang. Desain seperti ini mengurangi insersia penggerak mekanisme katup, karena rocker arm sudah tidak lagi digunakan (dihilangkan) pada mesin DOHC. Desain DOHC memungkinan sudut yang lebih luas antara katup masuk dan katup buang dibanding mesin SOHC. Hal ini dapat memperlancar aliran udara yang lebih baik pada kecepatan tinggi. DOHC yang didesain dengan multivalve juga memungkinkan penempatan busi secara optimal sehingga mampu meningkatkan efisiensi pembakaran.

DOHC dengan desain multivalve (katup lebih dari dua) muncul pada kisaran tahun 1980-an, namun harus diingat bahwa DOHC tidak selalu multivalve. Hal ini kadang membingungkan, karena pada beberapa mesin SOHC juga didesain dengan multivalve. Memang, jika kita memperhatikan perkembangan mesin-mesin DOHC hampir semua menggunakan multivalve dengan jumlah katup antara tiga sampai lima katup per silinder. Multivalve tidak selalu DOHC karena keduanya merupakan fitur yang berbeda.

Sejarah (Double) Overhead Camshaft

Di antara para pelopor DOHC adalah Isotta Fraschini (Giustino Cattaneo), Austro-Daimler (Ferdinand Porsche), Stephen Tomczak (Heinrich Prinz), dan WO Bentley (tahun 1919). Sunbeam merupakan mobil dengan model balap antara tahun 1921 - 1923 yang memperkenalkan desain Twin Cams pertama di dunia, di produksi pada tahun 1924. 1.925 Liter 3 Sunbeam Super Sports, merupakan prototipe kedua yang turun di Le Mans. Desain pertama mesin DOHC dengan (entah) dua atau empat katup per silinder di desain oleh perusahaan seperti Fiat (1912), Peugeot Grand Prix (1913, empat katup), Alfa Romeo Grand Prix (1914, empat katup) dan 6C (1928), Maserati Tipo 26 (1926), Bugatti Type 51 (1931).

Ketika teknologi DOHC diperkenalkan ke dunia, hal ini mendapat sorotan dari berbagai kalangan. Pada mulanya desain DOHC baru diproduksi terbatas hanya pada mobil-mobil balap seperti 1.925 Liter 3 Sunbeam Alfa Romeo yang merupakan salah satu pendukung serta pencetus twin cam terbesar saat itu. 6C Sport Alfa Romeo mobil pertama dengan mesin DOHC diperkenalkan pada tahun 1928. Sejak itu, DOHC telah menjadi merk dagang dari kebanyak mesin yang diproduksi Alfa Romeo (Alfa V6 Engine menggunakan SOHC, dan kebanyak Alfasud Boxer Engine menggunakan SOHC).

Fiat merupakan salah satu perusahaan mobil pertama yang menggunakan belt-driven pada mesin DOHC produksi mereka dipertengahan tahun 1960-an. Jaguar XK6 DOHC dan Jaguar XK120 DOHC diperkenalkan pada London Motor Show pada tahun 1948, dan digunakan pada semua jenis mobil Jaguar pada akhir 1940-an, 1950 dan 1960. Pada akhir tahun 1970-an, Toyota adalah perusahaan dengan penjualan terbaik untuk mesin DOHC.

Mekanisme Katup - Overhead Valve (OHV)

Mekanisme katup (Valve Mechanism) merupakan bagian penting dari mesin pembakaran dalam (Internal Combustion Engine) 4 langkah (4 stroke) yang berfungsi untuk mengatur terjadinya proses-proses (proses isap, proses kompresi, proses usaha, proses buang) pada siklus di dalam mesin agar menghasilkan tenaga sesuai dengan berbagai tingkat percepatan. Mekanisme katup pada intinya digunakan untuk mengatur pembukaan dan penutupan saluran, baik itu saluran masuk (intake manifold) maupun saluran buang (exhaust manifold) sehingga proses yang terjadi pada ruang bakar (combustion chamber) dapat bekerja secara sistematis dan teratur. Proses-proses yang terjadi pada siklus mesin 4 langkah sangat tergantung dari kinerja mekanisme katup.

Mekanisme katup telah mengalami banyak perkembangan dan peningkatan kualitas kerja sehingga mengalami pula penambahan komponen yang diperlukan, namun secara teknis tipe mekanisme katup tidak mengalami penambahan atau perubahan yang signifikan. Salah satu tipe mekanisme katup yang banyak digunakan pada mesin adalah overhead valve. Overhead Valve merupakan tipe mekanisme katup yang tertua diantara tipe-tipe lainnya sehingga banyak yang menyebutnya sebagai mekanisme katup klasik. Overhead Valve sering pula disebut pushrod engine atau I-head engine. Ciri khas mekanisme katup overhead valve adalah terdapatnya komponen pushrod (batang pendorong) yang tidak terdapat pada mekanisme katup jenis lainnya sehingga banyak yang menyebutnya pushrod engine.

Sejarah Overhead Valve

Overhead Valve atau OHV awalnya dikembangkan oleh David Dunbar Buick dari perusahaan Scottish-American dengan menggunakan batang pushrod yang terpasang paralel terhadap piston. Konstruksi ini sangat berbeda jauh dengan konstruksi sebelumnya yang menggunakan side valves dan sleeve valves. Konstruksi OHV digunakan sampai hari ini. Arthur Chevrolet kemudian mendapatkan US Patent #1,744,526 untuk desain Engine Valve Overhead. Paten ini mencakup adaptor yang dapat diterapkan ke mesin yang ada, sehingga mengubahnya menjadi Overhead Valve Engine.

Kiri : David Dunbar Buick, Kanan : Arthur Chevrolet

Konstruksi dan Komponen Overhead Valve

Terdapat beberapa komponen khusus pada mekanisme katup jenis Overhead Valve yang tidak terdapat pada mekanisme katup jenis lainnya. Overhead Valve sering pula disebut pushrod engine, hal ini dikarenakan hanya mekanisme katup Overhead Valve yang memiliki komponen bernama pushrod.

Dibawah ini konstruksi dan komponen mekanisme katup jenis Overhead Valve.


Fungsi Komponen Overhead Valve

Pada gambar diatas terlihat beberapa komponen yang digunakan pada Overhead Valve, berikut fungsi dari masing komponen:

Cam memiliki bagian menonjol yang sering disebut cam lobe. Bagian inilah yang mengatur saat pembukaan katup. Letak cam lobe berbeda sesuai dengan urutan pembukaan katup masuk dan katup buang. Peletakan posisi cam lobe untuk katup masuk dan katup buang disusun berdasarkan konstruksi poros engkol (crankshaft). (Konstruksi dan perhitungan cam lobe akan dibahas pada artikel terpisah)

Tappet atau Valve Lifter digunakan sebagai landasan pushrod untuk mengurangi keausan yang terjadi pada cam. Pada mesin generasi baru, tappet selain digunakan untuk mengurangi keausan cam juga digunakan untuk menghilangkan celah yang terjadi antara komponen-komponen penggerak katup sehingga penyetelan celah katup pada perawatan berkala mesin (tune-up) tidak perlu lagi dilakukan. Tappet jenis ini sering disebut tappet hidraulik atau hidraulic valve lifter. (Hidraulic Valve Lifter akan dibahas pada artikel terpisah)

Pushrod merupakan komponen khusus yang hanya tersedia untuk mekanisme katup jenis Overhead Valve. Komponen ini sering pula disebut batang pendorong yang berfungsi untuk meneruskan daya dorong yang dihasilkan oleh cam lobe menuju ke rocker arm. Pushrod digunakan karena jarak antara camshaft (yang tersimpan pada cylinder block) dengan rocker arm (yang tersimpan pada cylinder head) berjauhan.

Rocker Arm atau lengan pengungkit digunakan untuk meneruskan daya dorong dari pushrod menuju ke batang katup. Rocker arm memiliki konstruksi berbeda-beda sesuai dengan posisi camshaft. Pada mesin generasi baru rocker arm mengalami penyempurnaan konstruksi dengan penambahan roller bearing, hal ini untuk mengurangi keausan yang terjadi pada bagian-bagian rocker arm.

Valve Spring atau pegas katup berfungsi untuk mengembalikan posisi katup. Jika cam digunakan untuk membuka katup maka valve spring berfungsi sebaliknya untuk menutup katup.

Valve atau katup berfungsi untuk mengatur saat terbuka dan tertutupnya saluran baik saluran buang maupun saluran masuk. Valve ini sangat berpengaruh besar terhadap proses-proses yang terjadi didalam ruang bakar. Saluran masuk dan saluran buang yang tidak tertutup rapat akan mempengaruhi tenaga hasil pembakaran. (Lebih detail akan dibahas pada artikel terpisah)

Timing Mechanism atau mekanisme penggerak berfungsi untuk menggerakan camshaft dengan meneruskan putaran dari crankshaft melalui perantara gigi (timing gear), rantai (timing chain) dan atau sabuk (timing belt). (Dibahas detail pada artikel terpisah).

Keuntungan Overhead Valve
Mesin dengan mekanisme katup OHV (Overhead Valve) memiliki keuntungan sebagai berikut:

• Ukuran mesin relatif kecil; hal ini karena konstruksi mekanisme katup overhead valve relatif sederhana jika dibandingkan dengan overhead cam (OHC) yang menempatkan camshaft pada kepala silinder.
• Mekanisme penggerak lebih kompak; Mekaniskme katup Overhead Valve memiliki konstruksi yang sederhana namun kompak karena posisi camshaft yang berdekatan dengan crankshaft. Mekanisme penggerak camshaft pada OHV biasanya menggunakan timing gear atau timing chain dengan lokasi yang sangat berdekatan, hal ini membuat proses penyaluran tenaga putaran cenderung lebih responsif jika dibandingkan OHC. Pada mekanisme katup OHC posisi camshaft ada pada kepala silinder, sehingga membutuhkan timing chain atau timing belt yang relatif lebih panjang. Walaupun ada penambahan high tensioner untuk memperkecil defleksi namun tetap penyaluran tenaga putar dari crankshaft ke camshaft kurang responsif bahkan lebih banyak resiko jeda waktu perpindahan putaran.

Kerugian Overhead Valve
Beberapa masalah khusus yang terjadi pada mesin overhead valve (OHV) antara lain:

• Kecepatan putaran mesin terbatas (RPM); OHV memiliki komponen-komponen yang relatif lebih banyak sehingga cenderung kehilangan gaya inersia akibat celah-celah yang terbentuk antar masing-masing komponen. Kehilangan gaya inersia membuat katup lebih mudah untuk "mengambang". Hal inilah yang membuat mesin-mesin dengan mekanisme katup OHV tidak mampu berputar pada putaran tinggi. Mesin OHV hanya mampu berputar pada putaran 6.000 sampai dengan 8.000 rpm (revolutions per minute) untuk mobil-mobil yang diproduksi umum, 9.000 sampai dengan 10.500 rpm untuk mobil-mobil balap. Sedangkan untuk mobil dengan mekanisme katup modern (terutama yang menggunakan DOHC), mesin mampu berputaran pada kisaran 6.000 hingga 9.000 rpm untuk mobil produksi masal, dan hingga 20.000 rpm (walau sekarang dipatok hanya sampai 18.000 rpm) untuk mobil balap.
• Desain kepala silinder kaku; Hal ini dikarena pushrod yang lurus sehingga posisi antara blok silinder dengan kepala silinder tidak boleh dalam bentuk yang kompleks (cenderung lurus). Desain kepala silinder yang kaku membuat lokasi dan jumlah katup menjadi terbatas yang pada umumnya hanya terdiri dari 2 katup (1 katup masuk dan 1 katup buang). Sedangkan pada mesin OHC, desain kepala silinder bisa lebih fleksibel dengan lokasi dan jumlah katup yang bisa lebih dari 2 katup, hal ini karena posisi camshaft yang berada dikepala silinder dan mekanisme penggerak camshaft yang lebih fleksibel (biasanya menggunakan timing belt atau timing chain).
• Bising dan kasar; Hal ini karena banyaknya komponen mekanisme katup yang terlibat dan bergerak, membuat mekanisme katup OHV menimbulkan suara yang lebih bising. Pada saat mesin panas, celah yang terbetuk antar masing-masing komponen menjadi lebih lebar sehingga suara mesin terdengar lebih kasar.
• Perawatan rumit; Salah satu komponen yang terkadang dilewati untuk diperiksa adalah camshaft, hal ini karena posisi dan lokasi camshaft yang tersimpan pada blok mesin, sehingga cenderung lebih sulit untuk di bongkar.

Prinsip Kerja Overhead Valve

1. Katup Terbuka Tekanan hasil pembakaran pada ruang bakar akan mendorong torak turun ke bawah (langkah kerja/usaha). Poros engkol (crankshaft) kemudian merubah gerak bolak balik torak menjadi gerak putar pada ujung-ujungnnya. Putaran yang terjadi pada ujung poros engkol kemudian memutarkan camshaft gear/sprocket melalui valve timing drive mechanism (timing gear, timing chain atau timing belt). Cam Lobe pada cam akan mendorong tappet (valve lifter), mendorong pushrod kemudian mendorong rocker arm. Ungkitan dari rocker arm akan mendorong katup (valve) hingga terbuka, maka saluran terbuka. Saat katup membuka maka pegas katup (valve spring) memendek. 
2. Katup Tertutup Camshaft terus berputar hingga cam lobe meninggalkan valve lifter dan tekanan pada valve spring akan terlepas. Valve spring memanjang dan menarik valve hingga saluran tertutup.

Mesin

Mesin bensin atau mesin Otto dari Nikolaus Otto adalah sebuah tipe mesin pembakaran dalam yang menggunakan nyala busi untuk proses pembakaran, dirancang untuk menggunakan bahan bakar bensin atau yang sejenis.
Mesin bensin berbeda dengan mesin diesel dalam metode pencampuran bahan bakar dengan udara, dan mesin bensin selalu menggunakan penyalaan busi untuk proses pembakaran.
Pada mesin diesel, hanya udara yang dikompresikan dalam ruang bakar dan dengan sendirinya udara tersebut terpanaskan, bahan bakar disuntikan ke dalam ruang bakar di akhir langkah kompresi untuk bercampur dengan udara yang sangat panas, pada saat kombinasi antara jumlah udara, jumlah bahan bakar, dan temperatur dalam kondisi tepat maka campuran udara dan bakar tersebut akan terbakar dengan sendirinya.
Pada mesin bensin, pada umumnya udara dan bahan bakar dicampur sebelum masuk ke ruang bakar, sebagian kecil mesin bensin modern mengaplikasikan injeksi bahan bakar langsung ke silinder ruang bakar termasuk mesin bensin 2 tak untuk mendapatkan emisi gas buang yang ramah lingkungan. Pencampuran udara dan bahan bakar dilakukan oleh karburator atau sistem injeksi, keduanya mengalami perkembangan dari sistem manual sampai dengan penambahan sensor-sensor elektronik. Sistem Injeksi Bahan bakar di motor otto terjadi diluar silinder, tujuannya untuk mencampur udara dengan bahan bakar seproporsional mungkin. Hal ini dsebut EFI

Mesin dua 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.

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.
   
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 menggunakan oli samping.

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.

Aplikasi

Mesin dua tak diaplikasikan untuk mesin bensin maupun mesin diesel. Mesin bensin dua tak digunakan paling banyak di mesin kecil, seperti :

• Mesin sepeda motor.
• Mesin pada gergaji (chainsaw).
• Mesin potong rumput.
• Mobil salju.
• Mesin untuk pesawat model, dan sebagainya.

Mesin dua tak yang besar biasanya bertipe mesin diesel, sedangkan mesin dua tak ukuran sedang sangat jarang digunakan.
Karena emisi gas buang sulit untuk memenuhi standar UNECE Euro II, penggunaan mesin dua-tak untuk sepeda motor sudah semakin jarang.

Mesin empat tak adalah mesin pembakaran dalam yang dalam satu siklus pembakaran terjadi empat langkah piston. Sekarang ini, mesin pembakaran dalam pada mobil, sepeda motor, truk, pesawat terbang, kapal, alat berat dan sebagainya, umumnya menggunakan siklus empat langkah. Empat langkah tersebut meliputi, langkah hisap (pemasukan), kompresi, tenaga dan langkah buang yang secara keseluruhan memerlukan dua putaran poros engkol (crankshaft) per satu siklus pada mesin bensin atau mesin diesel.

Siklus empat langkah pada mesin bensin. Gas masuk berwarna biru dan gas buang berwarna coklat. Dinding silinder berupa tabung pelapis tipis yang dikelilingi air pendingin.

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).

Langkah kesatu

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 pemasukan.

Langkah kedua

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 ketiga

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

Langkah keempat

Piston bergerak dari TMB ke TMA, posisi katup masuk tertutup dan katup keluar terbuka, mengakibatkan gas hasil pembakaran terdorong keluar menuju saluran pembuangan. Proses selanjutnya di saluran pembuangan dapat dilihat pada sistem pembuangan.

Desain

Rasio kompresi

Rasio kompresi adalah perbandingan antara volume langkah piston dibandingkan dengan volume ruang bakar saat piston pada posisi TMA.

SOHC vs DOHC

Single over head camshaft, mesin dengan noken as tunggal di atas silinder. Double over head camshaft, mesin dengan noken as ganda di atas silinder.

Long vs Short stroke

Mesin disebut berkarakter long stroke apabila langkah piston lebih panjang dari diameter piston. Mesin disebut berkarakter short stroke apabila langkah piston lebih pendek dari diameter piston.

Mesin pembakaran dalam adalah sebuah mesin yang sumber tenaganya berasal dari pengembangan gas-gas panas bertekanan tinggi hasil pembakaran campuran bahan bakar dan udara, yang berlangsung di dalam ruang tertutup dalam mesin, yang disebut ruang bakar (combustion chamber).
"Mesin pembakaran dalam" sendiri biasanya merujuk kepada mesin yang pembakarannya dilakukan secara berselang-seling. Yang termasuk dalam mesin pembakaran dalam adalah mesin empat tak dan mesin dua tak, dan beberapa tipe mesin lainnya, misalnya mesin enam tak dan juga mesin wankel. Selain itu, mesin jet dan beberapa mesin roket termasuk dalam mesin pembakaran dalam.

Animasi dari cara kerja mesin 2 tak

Mesin pembakaran dalam agak berbeda dengan mesin pembakaran luar (contohnya mesin uap dan mesin Stirling), karena pada mesin pembakaran luar, energinya tidak disalurkan ke fluida kerja yang tidak bercampur dengan hasil pembakaran. Fluida kerja ini dapat berupa udara, air panas, air bertekanan, atau cairan natrium yang dipanaskan di semacam boiler.
Sebuah mesin piston bekerja dengan membakar bahan bakar hidrokarbon atau hidrogen untuk menekan sebuah piston, sedangkan sebuah mesin jet bekerja dengan panas pembakaran yang mendorong bagian dalam nozzle dan ruang pembakaran, sehingga mendorong mesin ke depan.
Secara kontras, sebuah mesin pembakaran luar seperti mesin uap, bekerja ketika proses pembakaran memanaskan fluida yang bekerja terpisah, seperti air atau uap, yang kemudian melakukan kerja.
Mesin jet, kebanyakan roket dan banyak turbin gas termasuk dalam mesin pembakaran dalam, tetapi istilah "mesin pembakaran dalam" seringkali menuju ke "mesin piston", yang merupakan tipe paling umum mesin pembakaran dalam.
Mesin pembakaran dalam ditemukan di Cina, dengan penemuan kembang api pada Dinasti Song. Mesin pembakaran dalam resiprokat (mesin piston) ditemukan oleh Samuel Morey yang menerima paten pada 1 April

Tipe-tipe mesin pembakaran dalam

Mesin dapat diklasifikasikan dalam banyak macam: siklus mesin yang digunakan, layout yang dipakai, sumber enerfi, penggunaan mesin, atau dari sistem pendinginnya.

Konfigurasi mesin

Mesin pembakaran dalam dapat dikelompokkan berdasarkan konfigurasinya.
Layout mesin yang umum adalah:
Mesin piston:

• Mesin dua-tak
• Mesin empat-tak
• Mesin enam-tak
• Mesin diesel
• Siklus Atkinson

Mesin rotari:

• Mesin Wankel

Pembakaran terus-menerus:

• Turbin gas
• Mesin jet (termasuk turbojet, turbofan, ramjet, Rocket, dll.)

Cara kerja

Siklus empat-tak (atau siklus Otto)
1. Masukan
2. Kompresi
3. Pembakaran
4. Pembuangan

Seperti namanya, mesin pembakaran dalam 4 tak mempunyai 4 tahap dasar yang terus diulangi setiap 2 putaran mesin:
(1) Siklus masukan (2) Siklus kompresi (3) Siklus pembakaran (4) Sillus pembuangan
1. Siklus masukan: Siklus yang pertama dari mesin pembakaran dalam disebut dengan siklus masukan karena pada saat ini, posisi piston berpindah ke bawah silinder. Membukanya klep menyebabkan perubahan posisi piston, dan campuran bahan bakar yang sudah diuapkan memasuki ruang bakar. Di akhir siklus ini, klep masukan tertutup.
2. Siklus kompresi: Di siklus ini, kedua klep tertutup dan pistonnya kembali bergerak ke atas ke volume minimum, sehingga menekan campuran bahan bakar. Selagi proses penekanan, tekanan, suhu, dan kepadatan campuran bahan bakar meningkat.
3. Siklus pembakaran: Ketika pistonnya mencapai volume minimum, lalu busi akan memantikkan api lalu campuran bahan bakar pun terbakar. Terbakarnya bahan bakar ini memberikan tenaga pada piston sehingga piston kembali bergerak ke bawah dan menggerakkan crankshaft.
4. Siklus pembuangan: Di akhir siklus pembakaran, maka klep buang pun membuka. Selama siklus ini, pistonnya kembali bergerak ke atas menuju volume silinder minimum. Ketika klep buangan membuka, maka gas sisa pembakaran keluar dari silinder. Di akhir siklus ini, klep buangan menutup, klep masukan kembali membuka, dan siklus ini dimulai dari awal lagi.

Pembakaran

Semua mesin pembakaran dalam bergantung pada pembakaran dari bahan bakar kimia, yang biasanya dibakar dengan campuran oksigen dari udara (memungkinkan juga untuk menginjeksikan nitrogen oksida, yang gunanya untuk mendapatkan tenaga tambahan). Proses pembakaran ini menghasilkan panas dalam jumlah besar, ditambah dengan bahan kimia lain misalnya karbon dioksida.
Bahan bakar yang paling umum digunakan saat ini tersusun dari hidrokarbon yang berasal dari bahan bakar fosil. Bahan bakar fosil mencakup bahan bakar diesel, bensin, LPG, dan juga propana. Mesin yang bahan bakarnya menggunakan bensin, mereka juga dapat menggunakan bahan bakar natural gas atau LPG tanpa perlu banyak perubahan.

Mesin Bubut Konvensional (Biasa)

Bagian-bagian utama pada mesin bubut konvesional pada
umumnya sama walaupun merk atau buatan pabrik yang berbeda,
hanya saja terkadang posisi handel/tuas, tombol, tabel penunjukan
pembubutan dan rangkaian penyusunan roda gigi untuk berbagai jenis
pembubutan letak/posisinya berbeda. Demikian juga cara
pengoperasianya karena memilki fasilitas yang sama juga tidak jauh
berbeda.
Berikut ini akan diuraikan bagian-bagian utama mesin bubut
konvesional (biasa) yang pada umumnya dimilki oleh mesin tersebut.

1.4.1 Sumbu Utama (Main Spindle)
Sumbu utama atau dikenal dengan main spindle (Gambar 19 a
dan 19 b) merupakan suatu sumbu utama mesin bubut yang berfungsi
sebagai dudukan chuck (cekam), plat pembawa, kolet, senter tetap
dan lain-lain. Terlihat pada (Gambar 19 a) adalah sebuah sumbu
utama mesin bubut yang terpasang sebuah chuck atau cekam
diamana didalamnya terdapat susunan roda gigi yang dapat digesergeser
melalui handel/tuas untuk mengatur putaran mesin sesuai
kebutuhan pembubutan.
Terlihat pada (Gambar 19 b) adalah jenis lain sumbu utama
mesin bubut yang ujungnya sedang terpasang sebuah senter tetap
(G), yang berfungsi sebagai tempat dudukan benda kerja pada saat
pembubutan dintara dua senter. Di dalam kepala tetap ini terdapat
serangkaian susunan roda gigi dan roda pulley bertingkat ataupun
roda tunggal dihubungkan dengan sabuk V atau sabuk rata. Dengan
demikian kita dapat memperoleh putaran yang berbeda-beda apabila
hubungan diantara roda tersebut diubah-ubah menggunakan
handel/tuas pengatur kecepatan (A), (C) dan (F). Roda (Pully V)
bertingkat ini biasanya terdiri dari 3 atau 4 buah keping dengan sumbu
yang berbeda dan diputar oleh sebuah motor listrik.
Putaran yang dihasilkan ada dua macam yaitu putaran cepat
dan putaran lambat. Putaran cepat biasanya dilakukan pada kerja
tunggal untuk membubut benda dengan sayatan tipis sedangkan
putaran lambat untuk kerja ganda yaitu untuk membubut dengan
tenaga besar dan pemakananya tebal (pengasaran). Arah putaran
mesin dapat dibalik menggunakan tuas pembalik putaran (C), hal ini
diperlukan dengan maksud misalnya untuk membubut ulir atau untuk
membubut dengan arah berlawanan sesuai dengan sudut mata potong
pahat.

eja Mesin (bed)
Meja mesin bubut ( Gambar 20) berfungsi sebagai tempat
dudukan kepala lepas, eretan, penyangga diam (steady rest) dan
merupakan tumpuan gaya pemakanan waktu pembubutan. Bentuk
alas ini bermacam-macam, ada yang datar dan ada yang salah satu
atau kedua sisinya mempunyai ketinggian tertentu. Permukaannya
halus dan rata sehingga gerakan kepala lepas dan lain-lain di atasnya
lancar. Bila alas ini kotor atau rusak akan mengakibatkan jalannya
eretan tidak lancar sehingga akan diperoleh hasil pembubutan yang
tidak baik atau kurang presisi.





Eretan (carriage)
Eretan (Gambar 21) terdiri atas eretan memanjang (longitudinal
carriage) yang bergerak sepanjang alas mesin, eretan melintang
(cross carriage) yang bergerak melintang alas mesin dan eretan atas
(top carriage), yang bergerak sesuai dengan posisi penyetelan d atas
eretan melintang. Kegunaan eretan ini adalah untuk memberikan
pemakanan yang besarnya dapat diatur menurut kehendak operator
yang dapat terukur dengan ketelitian tertentu yang terdapat pada roda
pemutarnya. Perlu diketahui bahwa semua eretan dapat dijalankan
secara otomatis ataupun manual.





Kepala Lepas (tail stock)
Kepala lepas sebagaimana (Gambar 22) digunakan untuk
dudukan senter putar sebagai pendukung benda kerja pada saat
pembubutan, dudukan bor tangkai tirus dan cekam bor sebagai
menjepit bor. Kepala lepas dapat bergeser sepanjang alas mesin,
porosnya berlubang tirus sehingga memudahkan tangkai bor untuk
dijepit. Tinggi kepala lepas sama dengan tinggi senter tetap. Kepala
lepas ini terdiri dari terdapat dua bagian yaitu alas dan badan, yang
diikat dengan 2 baut pengikat (A) yang terpasang pada kedua sisi alas
kepala lepas sekaligus berfungsi untuk pengatur pergeseran badan
kepala lepas untuk keperluan agar dudukan senter putar sepusat
dengan senter tetap atau sumbu mesin, atau tidak sepusat yaitu pada
waktu membubut tirus diantara dua senter.
Selain roda pemutar (B), kepala lepas juga terdapat dua lagi
lengan pengikat yang satu (C) dihubungkan dengan alas yang
dipasang mur, dimana fungsinya untuk mengikat kepala lepas
terhadap alas mesin agar tidak terjadi pergerakan kepala lepas dari
kedudukannya. Sedangkan yang satunya (D) dipasang pada sisi
tabung luncur/rumah senter putar, bila dikencangkan berfungsi agar
tidak terjadi pergerakan longitudinal sewaktu membubut.



Tuas Pengatur Kecepatan Transporter dan Sumbu Pembawa
Tuas pengatur kecepatan (A) pada gambar 23, digunakan untuk
mengatur kecepatan poros transporter dan sumbu pembawa. Ada dua
pilihan kecepatan yaitu kecepatan tinggi dan kecepatan rendah.
Kecepatan tinggi digunakan untuk pengerjaan benda-benda
berdiameter kecil dan pengerjaan penyelesaian sedangkan kecepatan
rendah digunakan untuk pengerjaan pengasaran, ulir, alur, mengkartel
dan pemotongan (cut off).



besarnya kecepatan setiap mesin berbeda-beda dan dapat dilihat
pada plat tabel yang tertera pada mesin tersebut.

Pelat tabel
Pelat tabel (B) pada gambar 24, adalah tabel besarnya
kecepatan yang ditempel pada mesin bubut yang menyatakan besaran
perubahan antara hubungan roda-roda gigi di dalam kotak roda gigi
ataupun terhadap roda pulley di dalam kepala tetap (head stock).
Tabel ini sangat berguna untuk pedoman dalam pengerjaan sehingga
dapat dipilih kecepatan yang sesuai dengan besar kecilnya diameter
benda kerja atau menurut jenis pahat dan bahan yang dikerjakan

Tuas pengubah pembalik transporter dan sumbu pembawa
Tuas pembalik putaran (C) pada gambar 24, digunakan untuk
membalikkan arah putaran sumbu utama, hal ini diperlukan bilamana
hendak melakukan pengerjaan penguliran, pengkartelan, ataupun
membubut permukaan





Plat Tabel Kecepatan Sumbu Utama
Plat tabel kecepatan sumbu utama (E) pada Gambar 25,
menunjukkan angka-angka besaran kecepatan sumbu utama yang
dapat dipilih sesuai dengan pekerjaan pembubutan.




Tuas-Tuas Pengatur Kecepatan Sumbu Utama
Tuas pengatur kecepatan sumbu utama (Gambar 26) berfungsi
untuk mengatur kecepatan putaran mesin sesuai hasil dari
perhitungan atau pembacaan dari tabel putaran.



Penjepit Pahat (Tools Post)
Penjepit pahat digunakan untuk menjepit atau memegang pahat,
yang bentuknya ada beberapa macam diantaranya seperti ditunjukkan
pada gambar 27. Jenis ini sangat praktis dan dapat menjepit pahat 4
(empat) buah sekaligus sehingga dalam suatu pengerjaan bila
memerlukan 4 (empat) macam pahat dapat dipasang dan disetel
sekaligus.



Eretan Atas
Eretan atas sebagaimana gambar 28, berfungsi sebagai
dudukan penjepit pahat yang sekaligus berfungsi untuk mengatur
besaran majunya pahat pada proses pembubutan ulir, alur, tirus,
champer (pingul) dan lain-lain yang ketelitiannya bisa mencapai 0,01
mm.




Eretan ini tidak dapat dijalankan secara otomatis, melainkan
hanya dengan cara manual. Kedudukannya dapat diatur dengan
memutarnya sampai posisi 360°, biasanya digunakan untuk
membubut tirus dan pembubutan ulir dengan pemakanan
menggunakan eretan atas.

Keran pendingin
Keran pendingin digunakan
untuk menyalurkan
pendingin (collant) kepada
benda kerja yang sedang
dibubut dengan tujuan
untuk mendinginkan pahat
pada waktu penyayatan
sehingga dapat menjaga
pahat tetap tajam dan
panjang umurnya. Hasil
bubutannyapun halus.

Roda Pemutar
Roda pemutar yang terdapat pada kepala lepas digunakan untuk
menggerakkan poros kepala lepas maju ataupun mundur. Berapa
panjang yang ditempuh ketika maju atau mundur dapat diukur dengan
membaca cincin berskala (dial) yang ada pada roda pemutar tersebut.
Pergerakkan ini diperlukan ketika hendak melakukan pengeboran
untuk mengetahui atau mengukur seberapa dalam mata bor harus
dimasukkan.

Transporter dan Sumbu pembawa
Transporter atau poros transporter adalah poros berulir segi
empat atau trapesium yang biasanya memiliki kisar 6 mm, digunakan
untuk membawa eretan pada waktu kerja otomatis, misalnya waktu
membubut ulir, alur dan atau pekerjaan pembubutan lainnya.
Sedangkan sumbu pembawa atau poros pembawa adalah poros
yang selalu berputar untuk membawa atau mendukung jalannya
eretan.





Tuas Penghubung
Tuas penghubung sebagaimana digunakan untuk
menghubungkan roda gigi yang terdapat pada eretan dengan poros
transpoter sehingga eretan akan dapat berjalan secara otomatis
sepanjang alas mesin. Tuas penghubung ini mempunyai dua
kedudukan. Kedudukan di atas berarti membalik arah gerak putaran
(arah putaran berlawanan jarum jam) dan posisi ke bawah berarti
gerak putaran searah jarum jam.

Eretan Lintang
Eretan lintang sebagaimana ditunjukkan pada berfungsi
untuk menggerakkan pahat melintang alas mesin atau arah ke depan
atau ke belakang posisi operator yaitu dalam pemakanan benda kerja.
Pada roda eretan ini juga terdapat dial pengukur untuk mengetahui
berapa panjang langkah gerakan maju atau mundurnya pahat.