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.
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.- 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.
- 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.
- Pada saat ring piston melewati lubang pembuangan, gas di dalam ruang bakar keluar melalui lubang pembuangan.
- 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.
- 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.- 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.
- Saat melewati lubang pemasukan dan lubang pembuangan, piston akan mengkompresi gas yang terjebak dalam ruang bakar.
- Piston akan terus mengkompresi gas dalam ruang bakar sampai TMA.
- 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 :
- Agar gas yang sudah masuk dalam ruang bilas tidak kembali ke karburator.
- 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 :- Mesin dua tak lebih bertenaga dibandingkan mesin empat tak.
- 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.
- Mesin dua tak lebih murah biaya produksinya karena konstruksinya yang sederhana.
Kekurangan mesin dua tak
Kekurangan mesin dua tak dibandingkan mesin empat tak- Efisiensi mesin dua tak lebih rendah dibandingkan mesin empat tak.
- 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.
- 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.
- 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.
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.
|
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.
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 rotari:
Pembakaran terus-menerus:
Cara kerja
(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.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar