PRINSIP KERJA MESIN 4 TAK
PRINSIP KERJA MESIN 4 TAK
A. Pengertian Mesin 4 Tak
Mesin 4 tak adalah jenis mesin pembakaran dalam yang menyelesaikan satu siklus kerja melalui empat langkah piston.
Empat langkah tersebut adalah:
Langkah hisap
Langkah kompresi
Langkah usaha
Langkah buang
Untuk menyelesaikan satu siklus kerja, crankshaft (poros engkol) berputar sebanyak 2 kali atau 720°, sedangkan camshaft (poros nok) berputar 1 kali atau 360°.
Pada setiap langkah, piston bergerak antara:
TMA (Titik Mati Atas) → posisi piston paling atas.
TMB (Titik Mati Bawah) → posisi piston paling bawah.
B. Komponen Utama Mesin 4 Tak
Sebelum memahami cara kerja mesin 4 tak, kita perlu mengenal beberapa komponen utamanya.
1. Piston
Piston bergerak naik dan turun di dalam silinder.
Fungsi piston antara lain:
Menerima tekanan hasil pembakaran.
Menghisap udara atau campuran ke dalam silinder.
Memampatkan udara atau campuran.
Mendorong gas sisa pembakaran keluar.
2. Silinder
Silinder merupakan tempat piston bergerak naik dan turun serta tempat berlangsungnya proses pembakaran.
3. Connecting Rod
Connecting rod atau batang penghubung menghubungkan piston dengan crankshaft.
4. Crankshaft
Crankshaft mengubah gerakan naik-turun piston menjadi gerakan berputar.
5. Camshaft
Camshaft berfungsi mengatur waktu pembukaan dan penutupan katup IN dan EX.
6. Katup IN
Katup IN atau intake valve berfungsi mengatur masuknya udara atau campuran udara dan bahan bakar ke dalam silinder.
7. Katup EX
Katup EX atau exhaust valve berfungsi mengatur keluarnya gas sisa pembakaran dari dalam silinder.
8. Busi
Pada mesin bensin, busi menghasilkan percikan api untuk membakar campuran udara dan bahan bakar.
Pada mesin diesel, proses pembakaran terjadi karena bahan bakar disemprotkan ke udara bertekanan dan bertemperatur tinggi.
C. Prinsip Dasar Kerja Mesin 4 Tak
Prinsip kerja mesin 4 tak dapat dipahami dengan urutan:
HISAP → KOMPRESI → USAHA → BUANG
Setiap langkah membutuhkan satu kali gerakan piston dari TMA ke TMB atau dari TMB ke TMA.
Karena terdapat empat langkah, piston bergerak sebanyak empat kali untuk menyelesaikan satu siklus.
D. Langkah 1 – Hisap
Langkah pertama disebut langkah hisap.
Pada langkah ini piston bergerak dari TMA menuju TMB.
Katup IN dalam keadaan terbuka, sedangkan katup EX tertutup.
Posisi katup:
IN = Terbuka
EX = Tertutup
Ketika piston bergerak turun, volume di dalam silinder bertambah sehingga udara atau campuran udara dan bahan bakar masuk ke dalam silinder melalui saluran IN.
Urutan kerja:
Katup IN membuka → piston turun → udara/campuran masuk → piston mencapai TMB.
Setelah langkah hisap selesai, katup IN menutup.
E. Langkah 2 – Kompresi
Setelah piston mencapai TMB, piston bergerak kembali menuju TMA.
Pada langkah kompresi, kedua katup dalam keadaan tertutup.
Posisi katup:
IN = Tertutup
EX = Tertutup
Piston yang bergerak naik menyebabkan volume ruang bakar semakin kecil. Udara atau campuran udara dan bahan bakar kemudian dimampatkan atau dikompresi.
Pada mesin bensin, menjelang akhir langkah kompresi, busi menghasilkan percikan api untuk membakar campuran udara dan bahan bakar.
Pada mesin diesel, udara dikompresi hingga temperatur menjadi tinggi. Kemudian bahan bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar sehingga terjadi pembakaran.
F. Langkah 3 – Usaha
Langkah ketiga adalah langkah usaha.
Setelah campuran terbakar, tekanan hasil pembakaran menjadi sangat besar dan mendorong piston dari TMA menuju TMB.
Posisi katup:
IN = Tertutup
EX = Tertutup
Tekanan hasil pembakaran mendorong piston ke bawah.
Gerakan piston diteruskan melalui connecting rod ke crankshaft. Crankshaft kemudian berputar dan menghasilkan tenaga mekanis.
Inilah langkah yang menghasilkan tenaga utama mesin.
Urutan sederhana:
Pembakaran → tekanan meningkat → piston terdorong turun → crankshaft berputar.
G. Langkah 4 – Buang
Setelah piston mencapai TMB, piston kembali bergerak menuju TMA.
Pada langkah ini katup EX terbuka dan katup IN tertutup.
Posisi katup:
IN = Tertutup
EX = Terbuka
Piston bergerak naik dan mendorong gas sisa pembakaran keluar melalui katup EX menuju saluran exhaust.
Setelah piston mencapai TMA, katup EX menutup dan proses kembali ke langkah hisap.
Urutan sederhana:
Katup EX membuka → piston naik → gas sisa pembakaran keluar → katup EX menutup.
H. Tabel Prinsip Kerja Mesin 4 Tak
| No. | Langkah | Gerakan Piston | Katup IN | Katup EX | Proses |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Hisap | TMA → TMB | Terbuka | Tertutup | Udara/campuran masuk |
| 2 | Kompresi | TMB → TMA | Tertutup | Tertutup | Udara/campuran dimampatkan |
| 3 | Usaha | TMA → TMB | Tertutup | Tertutup | Pembakaran menghasilkan tenaga |
| 4 | Buang | TMB → TMA | Tertutup | Terbuka | Gas sisa pembakaran keluar |
Cara mudah mengingat:
HISAP = masuk
KOMPRESI = ditekan
USAHA = menghasilkan tenaga
BUANG = gas keluar
I. Hubungan Gerakan Piston dan Crankshaft
Gerakan piston naik dan turun diubah menjadi gerakan berputar oleh crankshaft.
Dalam satu siklus mesin 4 tak:
Crankshaft berputar 2 kali = 720°
Sedangkan piston melakukan:
4 langkah kerja
yaitu:
TMA → TMB → TMA → TMB → TMA
Dengan demikian, setelah crankshaft berputar dua kali, piston kembali ke posisi awal dan satu siklus mesin telah selesai.
J. Hubungan Crankshaft dan Camshaft
Camshaft bertugas mengatur pembukaan dan penutupan katup.
Pada mesin 4 tak:
Crankshaft = 2 putaran
Camshaft = 1 putaran
Perbandingannya adalah:
2 : 1
Artinya, setiap crankshaft berputar dua kali, camshaft hanya berputar satu kali.
Hubungan antara keduanya diatur menggunakan:
Timing belt
Timing chain
Timing gear
Jika timing tidak tepat, maka pembukaan katup tidak sesuai dengan gerakan piston dan dapat menyebabkan mesin tidak bekerja dengan baik.
K. Diagram Sederhana Siklus Mesin 4 Tak
Secara sederhana, prinsip kerja mesin 4 tak dapat digambarkan sebagai berikut:
1. HISAP
Piston ↓
IN terbuka
Udara/campuran masuk
↓
2. KOMPRESI
Piston ↑
IN dan EX tertutup
Udara/campuran dimampatkan
↓
3. USAHA
Pembakaran terjadi
Piston ↓
IN dan EX tertutup
Tenaga dihasilkan
↓
4. BUANG
Piston ↑
EX terbuka
Gas sisa pembakaran keluar
↓
Kembali ke langkah HISAP
L. Mengapa Disebut Mesin 4 Tak?
Mesin tersebut disebut mesin 4 tak karena membutuhkan empat langkah piston untuk menyelesaikan satu siklus kerja.
Keempat langkah tersebut adalah:
Tak 1 – Hisap
Tak 2 – Kompresi
Tak 3 – Usaha
Tak 4 – Buang
Istilah "tak" berarti langkah atau gerakan piston.
M. Perbedaan Mesin 4 Tak Bensin dan Diesel
Prinsip dasar mesin 4 tak bensin dan diesel sama-sama terdiri dari empat langkah. Perbedaannya terutama terdapat pada proses pembentukan dan pembakaran campuran.
| Keterangan | Mesin Bensin | Mesin Diesel |
|---|---|---|
| Langkah hisap | Udara/campuran masuk | Umumnya udara masuk |
| Pengapian | Menggunakan busi | Tidak menggunakan busi untuk pengapian utama |
| Bahan bakar | Bensin | Solar/diesel |
| Pembakaran | Dibantu percikan busi | Terjadi karena temperatur udara hasil kompresi tinggi |
| Sistem bahan bakar | Injeksi bensin/EFI atau sistem sesuai desain | Sistem injeksi diesel |
N. Kelebihan Mesin 4 Tak
Beberapa kelebihan mesin 4 tak antara lain:
Konsumsi bahan bakar relatif lebih efisien.
Emisi gas buang dapat lebih rendah jika sistem bekerja dengan baik.
Tenaga yang dihasilkan stabil.
Suara dan getaran dapat lebih halus dibandingkan beberapa mesin 2 tak.
Cocok digunakan pada berbagai kendaraan dan mesin.
O. Gangguan yang Dapat Terjadi
Jika salah satu proses tidak berjalan dengan baik, performa mesin dapat terganggu.
Contohnya:
1. Sistem pemasukan bermasalah
Jika udara atau campuran tidak masuk dengan baik, tenaga mesin dapat berkurang.
2. Kompresi rendah
Jika piston, ring piston, atau katup mengalami masalah, tekanan kompresi dapat berkurang.
3. Pembakaran tidak sempurna
Pada mesin bensin, masalah pada busi atau sistem bahan bakar dapat menyebabkan pembakaran tidak sempurna.
4. Gas buang tidak lancar
Jika sistem exhaust tersumbat, gas sisa pembakaran sulit keluar dan kinerja mesin dapat menurun.
5. Timing tidak tepat
Kesalahan timing dapat menyebabkan pembukaan katup tidak sesuai dengan posisi piston.
P. Kesimpulan
Mesin 4 tak bekerja melalui empat langkah utama, yaitu:
HISAP → KOMPRESI → USAHA → BUANG
Pada langkah hisap, udara atau campuran masuk ke dalam silinder.
Pada langkah kompresi, udara atau campuran dimampatkan.
Pada langkah usaha, pembakaran menghasilkan tekanan yang mendorong piston dan menghasilkan tenaga.
Pada langkah buang, gas sisa pembakaran dikeluarkan dari silinder.
Satu siklus mesin 4 tak membutuhkan dua putaran crankshaft atau 720°, sedangkan camshaft berputar satu kali atau 360°.
Dengan memahami empat langkah tersebut, siswa dapat lebih mudah memahami cara kerja berbagai komponen mesin seperti piston, connecting rod, crankshaft, camshaft, katup IN, katup EX, busi, dan sistem bahan bakar.
Rumus mudah mengingat prinsip kerja mesin 4 tak:
HISAP = MASUK
KOMPRESI = TEKAN
USAHA = TENAGA
BUANG = KELUAR
Tidak ada komentar untuk "PRINSIP KERJA MESIN 4 TAK"
Posting Komentar