Mesin 4 tak adalah salah satu jenis mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang memiliki 4 proses kerja dalam satu siklus mesin. 4 proses kerja tersebut, bekerja secara berurutan sehingga membuat poros mesin dapat berputar secara berkesinambungan.
Perlu diketahui dahulu bahwa mesin pembakaran dalam merupakan jenis mesin yang melakukan konversi energi panas ke energi gerak didalam sebuah ruang bakar.
Prinsip kerja mesin pembakaran dalam ini, yakni memanfaatkan daya leda (expansion) yang terbentuk saat sebuah gas terbakar. Secara sederhana dapat dikatakan gas bertekanan akan dibakar didalam suatu ruang, daya ledak dari pembakaran tersebut dimanfaatkan untuk menggerakan poros engkol mesin.
Lalu, dilihat dari proses pembakarannya mesin pembakaran dalam dibagi menjadi dua. Yakni ;
Diartikel kali ini, kita akan bahas prinsip kerja mesin 4 tak.
Prinsip kerja mesin 4 tak yakni “untuk menghasilkan gerak putaran engkol yang berkesinambungan maka diperlukan banyak siklus pada mesin. Satu siklus mesin 4 tak, menghasilkan satu kali pembakaran pada dua kali putaran engkol dengan 4 proses yang berurutan”.
4 proses tersebut yakni ;
Lalu bagaimana urutan langkah-langkah diatas sehingga dapat menghasilkan satu siklus kerja mesin 4 tak ?
1. Langkah hisap
Langkah hisap adalah suatu proses dimana gas (campuran udara dan bahan bakar dengan kadar tertentu) dimasukan kedalam sebuah ruang tertutup, pada mesin ruangan ini disebut sebagai ruang bakar.
Cara kerjanya, pertama diawali dari piston yang posisinya pada TMA (titik mati atas). Posisi TMA maksudnya, posisi piston ada paling atas didalam blok silinder. Posisi ini, akan meninggalkan sedikit sekali ruang didalam ruang bakar.
Namun, saat langkah hisap berlangsung piston akan bergerak turun. Sehingga volume ruang bakar akan semakin besar, dan imbasnya kevakuman didalam ruang bakar juga semakin besar. Pembesaran volume ruang bakar akibat gerakan piston ke bawah ini, akan menyedot gas yang telah disiapkan untuk masuk ke ruang bakar yang membesar tadi.
Dari mana gas bisa masuk ke ruang bakar ?
Yang tak boleh dilupakan, mesin 4 tak itu memiliki mekanisme katup yang dapat mengatur kapan katup hisap terbuka sesuai timming (pas saat langkah hisap). Dalam hal ini, saat langkah hisap katup hisap akan terbuka sehingga gas dari dalam intake manifold bisa masuk dengan mulus kedalam ruang bakar.
Pada akhir langkah hisap, posisi piston ada pada TMB (titik mati bawah) yakni posisi dimana piston terletak di ujung bawah blok silinder sehingga ruang bakar yang terletak diatas piston volume maksimal dan sudah terisi penuh oleh gas yang siap dibakar.
2. Langkah kompresi
Langkah kompresi adalah sebuah proses untuk menaikan tekanan dan temperatur gas, tujuannya agar daya ledak atau expansi yang dihasilkan saat pembakaran bisa lebih maksimal.
Mungkin anda pernah melihat sebuah petasan yang meledak. Mengapa petasan bisa meledak ? dan apa ada daya expansi juga ? itu karena ada bubuk peledak yang dibakar didalam ruang tertutup. Pada mesin pun demikian, namun mesin tidak menggunakan bubuk peledak melainkan menggunakan gas.
Tipikal gas ini mudah menyesuaikan ruang dan mudah terbakar namun daya expansinya rendah. Untuk meningkatkan daya expansi, salah satu cara yang digunakan adalah dengan menaikan tekanan dan temperatur gas tersebut.
Langkah kompresi dimulai ketika piston yang ada pada posisi TMB bergerak ke TMA (bergerak keatas). Sebelumnya pada akhir langkah hisap, ruang bakar yang ada pada volume maksimal sudah terisi penuh dengan gas. Sedangkan pada langka kompresi, piston kembali bergerak keatas dengan kata lain gerakan ini semakin mengecilkan volume ruang bakar.
Pada kondisi ini, katup intake dan katup exhaust tertutup rapat. Sehingga pengecilan volume ruang bakar, akan mengkompresi gas yang ada didalam ruang bakar. Sampai akhir langkah kompresi, tekanan dan temperatur gas ini sudah dalam level tertingginya sehingga siap untuk dibakar.
3. Langkah usaha
Langkah usaha bisa diartikan sebagai main stroke, karena pada langkah ini pembakaran terjadi. Sebelumnya pada akhir langkah kompresi, posisi piston sudah ada diatas dengan gas didalam ruang bakar sudah dalam kondisi full pressure dan high temperature.
Dalam kondisi tersebut, sedikit pemicu (seperti percikan listrik) saja sudah dapat mampu membakar gas. Sehingga saat langkah usaha berlangsung, busi akan memercikan api. Hasilnya, gas bertekanan tinggi terbakar dan menimbulkan daya ledak yang cukup besar.
Namun konstruksi mesin sudah dibuat sedemikian rupa agar kuat menahan daya ekspansi. Sehingga daya ledak dari pembakaran tersebut bisa diarahkan untuk kembali menggerakan piston kearah bawah. Dari dorongan ekspansi inilah tenaga dari mesin terbentuk.
Dengan kata lain, mengapa piston bisa bergerak naik turun sendiri didalam mesin ? itu karena pengaruh dari dorongan atau daya ledak saat pembakaran terjadi. Daya ekspansi itu memiliki daya cukup besar sehingga tak hanya dapat menggerakan piston naik turun tapi juga dapat menggerakan powertrain mobil hingga mobil dapat melaju dengan kencang.
4. Langkah buang
Langkah buang adalah langkah terakhir dari siklus motor 4 tak, pada langkah ini terjadi pembuangan gas sisa pembakaran dari dalam ruang bakar menuju knalpot.
Prosesnya berlangsung saat piston menerima daya ekspansi, piston bergerak ke TMB. Sesampainya di TMB, piston langsung bergerak keatas karena mekanisme poros engkol. Saat piston bergerak ke TMA ini, katup exhaust terbuka. Sehingga piston langsung mendorong gas sisa pembakaran untuk keluar melalui pipa exhaust manifold.
Selanjutnya, saat piston sampai di TMA katup buang akan tertutup dan kembali lagi ke langkah hisap untuk melanjutkan siklus mesin yang berikutnya.
Bagaimana mekanisme engkol bekerja ?
Kita tentu tahu, initi gerakan mesin 4 tak diatas adalah gerakan piston yang hanya naik turun didalam sebuah silinder. Namun, output dari mesin bukan gerakan bolak balik melainkan gerakan rotasi. Ternyata ini dikarenakan adanya mekanisme poros engkol.
Mekanisme poros engkol, akan mengubah gerakan naik turun piston menjadi gerakan rotasi. Prinsip kerjanya mirip seperti anda mengayuh sepeda. Dimana lutut berperan sebagai piston, kaki sebagai batang piston, dan kayuhan sebagai poros engkol.
Untuk memahaminya lebih jelas, anda bisa lihat animasi 3 dimensi tentang bagaimana mesin 4 tak bekerja.
Perlu diketahui dahulu bahwa mesin pembakaran dalam merupakan jenis mesin yang melakukan konversi energi panas ke energi gerak didalam sebuah ruang bakar.
Prinsip kerja mesin pembakaran dalam ini, yakni memanfaatkan daya leda (expansion) yang terbentuk saat sebuah gas terbakar. Secara sederhana dapat dikatakan gas bertekanan akan dibakar didalam suatu ruang, daya ledak dari pembakaran tersebut dimanfaatkan untuk menggerakan poros engkol mesin.
Lalu, dilihat dari proses pembakarannya mesin pembakaran dalam dibagi menjadi dua. Yakni ;
- 2-stroke engine, mesin ini hanya memiliki dua proses kerja dalam satu siklus.
- 4-stroke engine, mesin yang memiliki 4 proses kerja dalam satu siklus.
Diartikel kali ini, kita akan bahas prinsip kerja mesin 4 tak.
Prinsip Kerja Mesin 4 Tak
Prinsip kerja mesin 4 tak yakni “untuk menghasilkan gerak putaran engkol yang berkesinambungan maka diperlukan banyak siklus pada mesin. Satu siklus mesin 4 tak, menghasilkan satu kali pembakaran pada dua kali putaran engkol dengan 4 proses yang berurutan”.
4 proses tersebut yakni ;
- Langkah hisap (intake stroke)
- Langkah kompresi (compression stroke)
- Langkah usaha (power stroke)
- Langkah buang (exhaust stroke)
Lalu bagaimana urutan langkah-langkah diatas sehingga dapat menghasilkan satu siklus kerja mesin 4 tak ?
1. Langkah hisap
Langkah hisap adalah suatu proses dimana gas (campuran udara dan bahan bakar dengan kadar tertentu) dimasukan kedalam sebuah ruang tertutup, pada mesin ruangan ini disebut sebagai ruang bakar.
Cara kerjanya, pertama diawali dari piston yang posisinya pada TMA (titik mati atas). Posisi TMA maksudnya, posisi piston ada paling atas didalam blok silinder. Posisi ini, akan meninggalkan sedikit sekali ruang didalam ruang bakar.
Namun, saat langkah hisap berlangsung piston akan bergerak turun. Sehingga volume ruang bakar akan semakin besar, dan imbasnya kevakuman didalam ruang bakar juga semakin besar. Pembesaran volume ruang bakar akibat gerakan piston ke bawah ini, akan menyedot gas yang telah disiapkan untuk masuk ke ruang bakar yang membesar tadi.
Dari mana gas bisa masuk ke ruang bakar ?
Yang tak boleh dilupakan, mesin 4 tak itu memiliki mekanisme katup yang dapat mengatur kapan katup hisap terbuka sesuai timming (pas saat langkah hisap). Dalam hal ini, saat langkah hisap katup hisap akan terbuka sehingga gas dari dalam intake manifold bisa masuk dengan mulus kedalam ruang bakar.
Pada akhir langkah hisap, posisi piston ada pada TMB (titik mati bawah) yakni posisi dimana piston terletak di ujung bawah blok silinder sehingga ruang bakar yang terletak diatas piston volume maksimal dan sudah terisi penuh oleh gas yang siap dibakar.
2. Langkah kompresi
Langkah kompresi adalah sebuah proses untuk menaikan tekanan dan temperatur gas, tujuannya agar daya ledak atau expansi yang dihasilkan saat pembakaran bisa lebih maksimal.
Mungkin anda pernah melihat sebuah petasan yang meledak. Mengapa petasan bisa meledak ? dan apa ada daya expansi juga ? itu karena ada bubuk peledak yang dibakar didalam ruang tertutup. Pada mesin pun demikian, namun mesin tidak menggunakan bubuk peledak melainkan menggunakan gas.
Tipikal gas ini mudah menyesuaikan ruang dan mudah terbakar namun daya expansinya rendah. Untuk meningkatkan daya expansi, salah satu cara yang digunakan adalah dengan menaikan tekanan dan temperatur gas tersebut.
Langkah kompresi dimulai ketika piston yang ada pada posisi TMB bergerak ke TMA (bergerak keatas). Sebelumnya pada akhir langkah hisap, ruang bakar yang ada pada volume maksimal sudah terisi penuh dengan gas. Sedangkan pada langka kompresi, piston kembali bergerak keatas dengan kata lain gerakan ini semakin mengecilkan volume ruang bakar.
Pada kondisi ini, katup intake dan katup exhaust tertutup rapat. Sehingga pengecilan volume ruang bakar, akan mengkompresi gas yang ada didalam ruang bakar. Sampai akhir langkah kompresi, tekanan dan temperatur gas ini sudah dalam level tertingginya sehingga siap untuk dibakar.
3. Langkah usaha
Langkah usaha bisa diartikan sebagai main stroke, karena pada langkah ini pembakaran terjadi. Sebelumnya pada akhir langkah kompresi, posisi piston sudah ada diatas dengan gas didalam ruang bakar sudah dalam kondisi full pressure dan high temperature.
Dalam kondisi tersebut, sedikit pemicu (seperti percikan listrik) saja sudah dapat mampu membakar gas. Sehingga saat langkah usaha berlangsung, busi akan memercikan api. Hasilnya, gas bertekanan tinggi terbakar dan menimbulkan daya ledak yang cukup besar.
Namun konstruksi mesin sudah dibuat sedemikian rupa agar kuat menahan daya ekspansi. Sehingga daya ledak dari pembakaran tersebut bisa diarahkan untuk kembali menggerakan piston kearah bawah. Dari dorongan ekspansi inilah tenaga dari mesin terbentuk.
Dengan kata lain, mengapa piston bisa bergerak naik turun sendiri didalam mesin ? itu karena pengaruh dari dorongan atau daya ledak saat pembakaran terjadi. Daya ekspansi itu memiliki daya cukup besar sehingga tak hanya dapat menggerakan piston naik turun tapi juga dapat menggerakan powertrain mobil hingga mobil dapat melaju dengan kencang.
4. Langkah buang
Langkah buang adalah langkah terakhir dari siklus motor 4 tak, pada langkah ini terjadi pembuangan gas sisa pembakaran dari dalam ruang bakar menuju knalpot.
Prosesnya berlangsung saat piston menerima daya ekspansi, piston bergerak ke TMB. Sesampainya di TMB, piston langsung bergerak keatas karena mekanisme poros engkol. Saat piston bergerak ke TMA ini, katup exhaust terbuka. Sehingga piston langsung mendorong gas sisa pembakaran untuk keluar melalui pipa exhaust manifold.
Selanjutnya, saat piston sampai di TMA katup buang akan tertutup dan kembali lagi ke langkah hisap untuk melanjutkan siklus mesin yang berikutnya.
Bagaimana mekanisme engkol bekerja ?
Kita tentu tahu, initi gerakan mesin 4 tak diatas adalah gerakan piston yang hanya naik turun didalam sebuah silinder. Namun, output dari mesin bukan gerakan bolak balik melainkan gerakan rotasi. Ternyata ini dikarenakan adanya mekanisme poros engkol.
Mekanisme poros engkol, akan mengubah gerakan naik turun piston menjadi gerakan rotasi. Prinsip kerjanya mirip seperti anda mengayuh sepeda. Dimana lutut berperan sebagai piston, kaki sebagai batang piston, dan kayuhan sebagai poros engkol.
Untuk memahaminya lebih jelas, anda bisa lihat animasi 3 dimensi tentang bagaimana mesin 4 tak bekerja.