ENGINE INFO: Mesin 4 Tak

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.

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.

Sistem Kerja 4 Tak

Empat proses tersebut terbagi dalam siklus :

LANGKAH HISAP:

Bertujuan untuk memasukkan kabut udara – bahan bakar ke dalam silinder. Sebagaimana tenaga mesin diproduksi tergantung dari jumlah bahan-bakar yang terbakar selama proses pembakaran.
Prosesnya adalah ;
1. Piston bergerak dari Titik Mati Atas
(TMA) menuju Titik Mati Bawah (TMB).
2. Klep inlet terbuka, bahan bakar
masuk ke silinder
3. Kruk As berputar 180 derajat
4. Noken As berputar 90 derajat
5. Tekanan negatif piston menghisap kabut udara-bahan bakar masuk ke
silinder

LANGKAH KOMPRESI:

Dimulai saat klep inlet menutup dan piston terdorong ke arah ruang bakar akibat momentum dari kruk as dan flywheel.

Tujuan dari langkah kompresi adalah untuk meningkatkan temperatur sehingga campuran udara-bahan bakar dapat bersenyawa. Rasio kompresi ini juga nantinya berhubungan erat dengan produksi tenaga.
Prosesnya sebagai berikut :
1. Piston bergerak kembali dari TMB ke TMA
2. Klep In menutup, Klep Ex tetap tertutup
3. Bahan Bakar termampatkan ke dalam kubah pembakaran (combustion chamber)
4. Sekitar 15 derajat sebelum TMA , busi mulai menyalakan bunga api dan memulai proses pembakaran
5. Kruk as mencapai satu rotasi penuh (360 derajat)
6. Noken as mencapai 180 derajat

LANGKAH BUANG:

Langkah buang menjadi sangat penting untuk menghasilkan operasi kinerja mesin yang lembut dan efisien. Piston bergerak mendorong gas sisa pembakaran keluar dari silinder menuju pipa knalpot. Proses ini harus dilakukan dengan total, dikarenakan sedikit saja terdapat gas sisa pembakaran yang tercampur bersama pemasukkan gas baru akan mereduksi potensial tenaga yang dihasilkan.
Prosesnya adalah :
1. Counter balance weight pada kruk as
memberikan gaya normal untuk menggerakkan piston dari TMB ke TMA
2. Klep Ex terbuka Sempurna, Klep Inlet menutup penuh
3. Gas sisa hasil pembakaran didesak keluar oleh piston melalui port exhaust menuju knalpot
4. Kruk as melakukan 2 rotasi penuh (720 derajat)
5. Noken as menyelesaikan 1 rotasi penuh (360 derajat)

a. Keuntungan:
- Karena proses pemasukan, kompresi, kerja, dan buang prosesnya berdiri sendiri-sendiri sehingga lebih presisi, efisien dan stabil, jarak putaran dari rendah ke tinggi lebih lebar (500- 10000 rpm).
- Kerugian langkah karena tekanan balik lebih kecil dibanding mesin dua langkah sehingga pemakaian bahan bakar lebih hemat.
- Putaran rendah lebih baik dan panas mesin lebih dapat didinginkan oleh
sirkulasi oli
- Langkah pemasukan dan buang lebih panjang sehingga efisiensi pemasukan
dan tekanan efektif rata-rata lebih baik
- Panas mesin lebih rendah dibanding mesin dua langkah

b. Kerugian:
- Komponen dan mekanisme gerak klep lebih banyak, sehingga perawatan lebih sulit
- Suara mekanis lebih gaduh
- Langkah kerja terjadi dengan 2 putaran poros engkol, sehingga keseimbangan putar tidak stabil, perlu jumlah silinder lebih dari satu dan sebagai peredam getaran.

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.

NAMA BAGIAN BAGIAN