PRINSIP KERJA MESIN MOTOR 4 TAK,
2 TAK, DAN DIESEL
ABSTRAK
Percobaan ini
bertujuan untuk mempelajari perbedaan sistem kerja dari mesin motor 4 tak, 2
tak, dan diesel. Percobaan ini dilakukan dengan mengamati prototype dari mesin
motor 4 tak, 2 tak, dan diesel yang sudah disediakan. Secara umum, perbedaan
ketiga mesin tersebut adalah terletak pada sistem kerja piston dan katubnya,
sehingga menyebabkan perbedaan sistem langkah kerja mesin. Selain itu,
perbedaan bahan bakar yang menyebabkan sistem pembakaran yang dilakukan mesin
berbeda, sehingga tenaga yang dihasilkan ketiga mesin juga akan berbeda-beda.
Mesin motor 4 tak bekerja dengan melakukan 4 langkah kerja, yaitu mulai dari
mengisap bensin sampai mengeluarkan gas sisa pembakaran. Sedangkan mesin motor
2 tak, bekerja dengan melakukan 2 langkah kerja, yaitu mengisap bensin dan
mengeluarkan gas sisa pembakaran. Mesin diesel melakukan sistem pembakaran yang
berbeda dari kedua motor tersebut. Namun langkah yang dilakukan mesin diesel
untuk menghasilkan energI menggunakan langkah yang sama dengan mesin motor 4
tak.
I.
PENDAHULUAN
A.
LATAR
BELAKANG
Motor merupakan salah satu penemuan yang
menrubah peradaban manusia. Dengan ditemukannya motor, maka manusia dapat
melakukan perjalananan yang lebih jauh dengan waktu yang lebih singkat. Kendaraan
yang ada sekarang sudah menggunakan mesin motor yang lebih baik dan lebih
kompleks dari sebelumnya sehingga efisiensi bahan bakar dapat maksimal. Berdasarkan
langkah kerja dalam proses pembakaran, motor dapat dibedakan menjadi dua tipe,
yaitu motor 4-tak dan motor 2-tak.
Perbedaan kedua tipe ini dapat dilihat dari konstruksi mesinnya, motor 4 tak
mempunyai katup-katup yang berfungsi mengatur masuknya bahan baker ke dalam mesin dan mengatur pembuangan gas sisa
pembakaran. Pada motor 2 tak, terdapat saluran pemasukan, pembuangan, dan
pembilasan bahan baker yang diatur oleh piston dalam blok silinder. Mesin
diesel adalah sejenis mesin pembakaran dalam, lebih spesifik lagi, sebuah mesin
pemicu kompresi, dimana bahan bakar dinyalakan oleh suhu tinggi gas yang dikompresi,
dan bukan oleh alat berenergi lain (seperti busi). Diesel menginginkan sebuah
mesin untuk dapat digunakan dengan berbagai macam bahan bakar termasuk debu
batu bara.
B.
TUJUAN
Percobaan kali
ini bertujuan untuk mempelajari prinsip kerja motor 4 tak, motor 2 tak serta
motor diesel.
II.
TINJAUAN
PUSTAKA
Motor dapat
diklasifikasikan menurut beberapa hal. Berdasarkan bahan bakar yang digunakan
umumnya motor dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu motor diesel dan motor bensin.
Sedangkan berdasarkan pada banyak langkah dalam satu siklus proses pembakaran
motor dibedakan menjadi motor 4 tak dan motor 2 tak.
1.
Motor
4 tak
Disebut
motor 4 tak, karena memang ada 4 langkah. Berikut adalah detail dari setiap
proses.
1.
Intake
Disebut langkah intake karena langkah pertama adalah
menghisap melalui piston dari karburator. Pasokan bahan bakar tidak cukup hanya
dari semprotan karburator. Cara kerjanya adalah sbb. Piston pertama kali berada
di posisi atas (atau disebut Titik Mati Atas). Lalu piston menghisap bahan
bakar yang sudah disetting/dicampur antara bensin dan udara di karburator.
Piston lalu mundur menghisap bahan bakar. Untuk membuka, diperlukan klep atau
valve inlet yang akan membuka pada saat piston turun/menghisap ke arah bawah.
2.
Kompresi
Langkah ini adalah lanjutan dari langkah di atas. Setelah
piston mencapai titik terbawah di tahapan intake, lalu valve intake tertutup,
dan dilakukan proses kompresi. Yakni, bahan bakar yang sudah ada di ruang bakar
dimampatkan. Ruangan sudah tertutup rapat karena kedua valve (intake dan
exhaust) tertutup. Proses ini terus berjalan sampai langkah berikut yakni
meledaknya busi di langkah ke 3.
3.
Combustion
(Pembakaran)
Tahap berikut adalah busi pada titik tertentu akan meledak
setelah piston bergerak mencapai titik mati atas dan mundur beberapa derajat.
Jadi, busi tidak meledak pada saat piston di titik paling atas (disebut titik 0
derajat), tetapi piston mundur dulu, baru meledak.
4.
Exhaust
(Pembuangan)
Langkah
terakhir ini dilakukan setelah pembakaran. Piston akibat pembakaran akan
terdorong hingga ke titik yang paling bawah, atau disebut Titik Mati Bawah.
2. Motor 2 tak
Motor
2 tak adalah motor yang bermesin 2 langkah, artinya dalamsatu siklus kerja
dibutuhkan dua langkah, langkah tersebut yaitu
1. Langkah
isap dan kompresi
Piston bergerak ke atas. Ruang dibawah piston menjadi
vakum/hampa udara, akibatnya udara dan campuran bahan bakar terisap masuk ke
dalam ruang dibawah piston. Sementara dibagian ruang atas piston terjadi
langkah kompresi, sehingga udara dan campuran bahan bakar yang sudah berada di
ruang atas piston suhu dan tekanannya menjadi naik. Pada saat 10-5 derajat
sebelum TMA, busi memercikan bunga api, sehingga campuran udara dan bahan bakar
yang telah naik temperatur dan tekanannya menjadi terbakar dan meledak.
2.
Langkah
usaha dan buang
Hasil dari pembakaran tadi membuat piston bergerak ke bawah.
Pada saat piston terdorong ke bawah/bergerak ke bawah, ruang di bawah piston
menjadi dimampatkan/dikompresikan. Sehingga campuran udara dan bahan bakar yang
berada di ruang bawah piston menjadi terdesak keluar dan naik ke ruang diatas
piston melalui saluran bilas. Sementara sisa hasil pembakaran tadi akan
terdorong ke luar dan keluar menuju saluran buang, kemudian menuju knalpot.
Langkah kerja ini terjadi berulang-ulang selama mesin hidup. Pada saat piston
bergerak ke bawah, udara dan campuran bahan bakar yang berada di ruang bawah
piston tidak dapat keluar menuju saluran masuk, karena adanya reed valve.
3. Motor Diesel
Motor
diesel dikategorikan dalam motor bakar torak dan mesin pembakaran dalam (internal
combustion engine) (simplenya biasanya disebut “mobor bakar” saja). Prosip
kerja motor diesel adalah merubah energi kimia menjadi energi mekanis. Energi
kimia di dapatkan melalui proses reakasi kimia (pembakaran) dari bahan bakar
(solar) dan oksidiser (udara) di dalam silinder (ruang bakar). Pada motor
diesel ruang bakarnya bisa terdiri dari satu atau lebih tergantung pada
penggunaannya dan dalam satu silinder dapat terdiri dari satu atau dua torak. Pada
umumnya dalam satu silinder motor diesel hanya memiliki satu torak.
III.
METODOLOGI
PENELITIAN
Percobaan
dilakukan dengan cara mengamati serta mempelajari cara kerja mesin motor 4 tak,
2 tak, serta mesin diesel dari prototype
ketiga jenis mesin tersebut yang berada di Laboratorium Pusat UNS.
IV.
DATA
DAN PEMBAHASAN
1.
Motor
4 tak
Disebut
motor 4 tak, karena memang ada 4 langkah. Berikut adalah detail dari setiap
proses.
1.
Intake
Disebut langkah intake karena langkah pertama adalah
menghisap melalui piston dari karburator. Pasokan bahan bakar tidak cukup hanya
dari semprotan karburator. Cara kerjanya adalah sbb. Piston pertama kali berada
di posisi atas (atau disebut Titik Mati Atas). Lalu piston menghisap bahan
bakar yang sudah disetting/dicampur antara bensin dan udara di karburator.
Piston lalu mundur menghisap bahan bakar. Untuk membuka, diperlukan klep atau
valve inlet yang akan membuka pada saat piston turun/menghisap ke arah bawah.
Gerakan valve atau inlet diatur oleh camshaft secara
mekanis. Yakni, camshaft mengatur besaran bukaan klep dengan cara menekan tuas
klep. Camshaft sendiri digerakan oleh rantai keteng yang disambungkan antara
camshaft ke crankshaft.
2.
Kompresi
Langkah ini adalah lanjutan dari langkah di atas. Setelah
piston mencapai titik terbawah di tahapan intake, lalu valve intake tertutup,
dan dilakukan proses kompresi. Yakni, bahan bakar yang sudah ada di ruang bakar
dimampatkan. Ruangan sudah tertutup rapat karena kedua valve (intake dan
exhaust) tertutup. Proses ini terus berjalan sampai langkah berikut yakni
meledaknya busi di langkah ke 3.
3.
Combustion
(Pembakaran)
Tahap berikut adalah busi pada titik tertentu akan meledak
setelah piston bergerak mencapai titik matyi atas dan mundur beberapa derajat
Jadi, busi tidak meledak pada saat piston di titik paling atas (disebut titik 0
derajat), tetapi piston mundur dulu, baru meledak. Hal ini karena untuk
menghindari adanya energi yang terbuang sia-sia karena pada saat piston di
titik mati atas, masih ada energi laten (yang tersimpan akibat dorongan proses
kompresi). Jika pada titik 0 derajat busi meledak, bisa jadi piston mundur
tetapi mengengkol crankshaft ke arah belakang (motor mundur ke belakang, bukan
memutar roda ke depan). Setelah proses pembakaran, maka piston memiliki energi
untuk mendorong crankshaft yang nantinya akan dialirkan melalui gearbox dan
sproket, rantai, dan terakhir ke roda.
4. Exhaust (Pembuangan)
Langkah terakhir ini dilakukan setelah pembakaran. Piston
akibat pembakaran akan terdorong hingga ke titik yang paling bawah, atau
disebut Titik Mati Bawah. Setelah itu, piston akan mendorong ke depan dan klep
exhaust membuka sementara klep intake tertutup. Oleh karena itu, maka gas buang
akan terdorong masuk ke lubang Exhaust Port (atau kita bilang lubang sambungan
ke knalpot). Dengan demikian, maka kita bisa membuang semua sisa gas buang
akibat pembakaran. Dan setelah bersih kembali, lalu kita akan masuk lagi
mengulangi langkah ke 1 lagi.
2. Motor 2 tak
Motor
2 tak adalah motor yang bermesin 2 langkah, artinya dalam satu siklus kerja
dibutuhkan dua langkah, langkah tersebut yaitu
1. Langkah
isap dan kompresi
Piston bergerak ke atas. Ruang dibawah piston menjadi
vakum/hampa udara, akibatnya udara dan campuran bahan bakar terisap masuk ke dalam
ruang dibawah piston. Sementara dibagian ruang atas piston terjadi langkah
kompresi, sehingga udara dan campuran bahan bakar yang sudah berada di ruang
atas piston suhu dan tekanannya menjadi naik. Pada saat 10-5 derajat sebelum
TMA, busi memercikan bunga api, sehingga campuran udara dan bahan bakar yang
telah naik temperatur dan tekanannya menjadi terbakar dan meledak.
2. Langkah usaha dan buang
Hasil dari pembakaran tadi membuat piston bergerak ke bawah.
Pada saat piston terdorong ke bawah/bergerak ke bawah, ruang di bawah piston
menjadi dimampatkan/dikompresikan. Sehingga campuran udara dan bahan bakar yang
berada di ruang bawah piston menjadi terdesak keluar dan naik ke ruang diatas
piston melalui saluran bilas. Sementara sisa hasil pembakaran tadi akan
terdorong ke luar dan keluar menuju saluran buang, kemudian menuju knalpot. Langkah
kerja ini terjadi berulang-ulang selama mesin hidup. Pada saat piston bergerak
ke bawah, udara dan campuran bahan bakar yang berada di ruang bawah piston
tidak dapat keluar menuju saluran masuk, karena adanya reed valve.
Jika mesin 4 tak memerlukan 2
putaran crankshaft dalam satu siklus kerjanya, maka untuk mesin 2-tak hanya
memerlukan satu putaran saja. Hal ini berarti dalam satu siklus kerja 2 tak
hanya terdiri dari 1 kali gerakan naik dan 1 gerakan turun dari piston saja.
Desain dari ruang bakar mesin 2 tak memungkinkan terjadunya hal semacam itu.
Ketika piston naik menuju titik mati atas untuk melakukan kompresi maka katup
hisap terbuka dan masuklah campuran bahan bakar dan udara, sehingga dalam satu
gerakan piston dari titik mati bawah ke titik mati atas menjalankan dua langkah
sekaligus yaitu kompresi dan isap. Pada saat sesaat sebelum piston mencapai titik
mati atas maka busi menyala, gas campuran meledak dan memaksa piston kembali
bergerak ke bawah menuju titik mati bawah. Gerakan piston yang ini disebut
langkah ekspansi. Namun sembari piston melakukan langkah ekspansi atau usaha,
sesungguhnya juga melakukan langkah buang melalui katup buang (sisi kanan
dinding silinder pada gambar) . Hal ini bisa terjadi karena gas hasil
pembakaran terdorong keluar akibat campuran bahan bakar dan udara baru yang
juga masuk dari sisi kiri dinding silinder. Supaya jelasnya liat sendiri aja
gambar animasi di atas itu.
Jadi kenapa motor dengan mesin 2 tak
harus memakai oli pelumas samping selain pelumas mesin sudah jelas, karena
model kerja yang seperti itu membuat tenaga yang dihasilkan lebih besar.
Perbandingannya pada mesin 4 tak dalam 2 kali putaran crankcase = 1 x kerja
sedangkan untuk 2 tak 2 kali putaran crankcase = 2 x kerja. Untuk itu
dibutuhkan pelumas yang lebih karena putaran yang dihasilkan lebih cepat. Hal
itu juga menjawab kenapa mesin 2 tak lebih berisik ,boros bahan bakar,
menghasilkan asap putih dari knalpotnya tetapi unggul dalam kecepatan
dibandingkan mesin 4 tak. Istilahnya “No Engine is Perfect !” Perbedaan yang
lain juga terdapat pada bentuk fisik pistonnya. Piston 2 tak lebih panjang
dibanding piston 4 tak. Selain itu bentuk piston head nya juga lain, piston 2 tak
memiliki semacam kubah untuk memuluskan gas buang untuk bisa keluar sedangkan 4
tak tidak. Piston 2 tak juga memiliki slot lubang yang berhubungan dengan reed
valve yang berhubungan dengan cara kerja masukan campuran bahan bakar – udara
ke ruang bakar.
3.
Motor
Diesel
Prinsip kerja mesin diesel yaitu, tekanan gas hasil
pembakaran bahan bakan dan udara akan mendorong torak yang dihubungkan dengan
poros engkol menggunakan batang torak, sehingga torak dapat bergerak
bolak-balik (reciprocating). Gerak bolak-balik torak akan diubah
menjadi gerak rotasi oleh poros engkol (crank shaft). Dan sebaliknya gerak
rotasi poros engkol juga diubah menjadi gerak bolak-balik torak pada langkah
kompresi. Berdasarkan cara menganalisa sistem kerjanya, motor diesel
dibedakan menjadi dua, yaitu motor diesel yang menggunakan sistim airless
injection (solid injection) yang dianalisa dengan siklus dual dan
motor diesel yang menggunakan sistim air injection yang dianalisa dengan siklus
diesel (sedangkan motor bensin dianalisa dengan
siklus otto).
siklus otto).
Perbedaan
antara motor diesel dan motor bensin yang nyata adalah terletak pada proses
pembakaran bahan bakar, pada motor bensin pembakaran bahan bakar terjadi karena
adanya loncatan api listrik yang dihasilkan oleh dua elektroda busi (spark
plug), sedangkan pada motor diesel pembakaran terjadi karena kenaikan
temperatur campuran udara dan bahan bakar akibat kompresi torak hingga mencapai
temperatur nyala. Karena prinsip penyalaan bahan bakarnya akibat tekanan maka
motor diesel juga disebut compression ignition engine sedangkan motor
bensin disebut spark ignition engine.
V.
KESIMPULAN
Motor 4 tak
adalah motor yang bermesin empat langkah. Disebut empat langkah karena satu siklus kerjanya dilakukan dalam empat langkah,
yaitu langkah isap, langkah kompresi, langkah kerja, dan langkah buang. Jadi,
dalam satu kali proses kerja terjadi empat langkah gerakan piston dalam dua
kali putaran poros engkol. Motor 2 tak
adalah motor yang bermesin 2 langkah, artinya dalam satu siklus kerja
dibutuhkan dua langkah, yaitu langkah isap dan langkah buang. Motor 2-tak lebih
boros dalam hal bahan bakar serta gas buang yang dihasilkan lebih berbaya
disbanding motor 4-tak. Mesin diesel adalah sejenis mesin pembakaran dalam;
lebih spesifik lagi, sebuah mesin pemicu kompresi, dimana bahan bakar
dinyalakan oleh suhu tinggi gas yang dikompresi, dan bukan oleh alat berenergi
lain (seperti busi).
VI.
DAFTAR
PUSTAKA
Physics Book 2. Salemba
teknika. Jakarta. 144-146.
Tippler.
1992. Fisika untuk Sains dan Teknik.
Jakarta: Erlangga,
Serway
R.A., Jawett J.W., 2010. PHYSICS For Scientists and Engineers With Modern.
Young, Hugh. D, RegeeA. Fredman. 2001. Fisika
Universitas Edisi Kesepuluh Jilid 2. Jakarta: Erlangga.
