Cara Kerja Mesin Empat-tak

Mesin putaran empat langkah (4-tak) mengacu pada mesin pembakaran internal yang menggunakan keempat langkah piston yang berbeda, meliputi asupan, kompresi, daya, dan pembuangan, untuk menyelesaikan seluruh siklus operasi. Piston memiliki dua lintasan lengkap di dalam silinder dan digunakan untuk menyelesaikan satu siklus operasi. Siklus tersebut membutuhkan setidaknya dua putaran yang membuat sudut sekitar 720 derajat di poros engkol. Mesin siklus empat langkah adalah salah satu jenis mesin kecil yang paling umum digunakan sampai hari ini.

Berikut ini adalah cara kerja umum dari mesin empat-tak yang harus kalian ketahui.

1. Langkah Asupan (Intake Stroke)

Langkah ini diperlukan setiap kali ada kebutuhan pencampuran udara-bahan bakar di dalam ruang bakar. Peristiwa ini terjadi ketika piston berpindah dari TMA (Titik Mati Atas) ke TMB (Titik Mati Bawah), dan sementara katup masuk tetap terbuka. Ketika piston digerakkan ke arah TMB, tekanan di dalam silinder menjadi berkurang. Tekanan atmosfer menghasilkan campuran udara-bahan bakar ke dalam katup masuk terbuka yang ada di dalam silinder, untuk mengisi area tekanan rendah yang diciptakan oleh gerakan konstan piston.

Silinder terus mengisi sedikit setelah TMB karena campuran udara-bahan bakar mengalir terus menerus akibat inersianya sendiri, sedangkan piston mulai berubah arah. Katup masuk tetap terbuka pada sudut beberapa derajat putaran poros engkol setelah TMB selesai—yang juga tergantung pada desain mesin. Setelah proses ini kemudian katup masuk akan menutup, dan campuran udara-bahan bakar disegel sepenuhnya di dalam silinder.

2. Langkah Kompresi (Compression Stroke)

Langkah kompresi diperlukan setiap kali campuran udara-bahan bakar terperangkap dan berada di dalam silinder itu sendiri. Ruang bakar kemudian diatur untuk menutup dan membentuk muatan yang lebih tinggi. Muatan di sini mengacu pada volume campuran udara-bahan bakar terkompresi, yang terperangkap di dalam ruang bakar dan tetap siap untuk penyalaan.

Proses mengompresi campuran udara-bahan bakar dilakukan untuk membantu melepaskan lebih banyak energi setiap kali muatan dinyalakan. Baik katup masuk maupun katup buang harus ditutup untuk memastikan bahwa silinder yang disegel hanya akan memberikan kompresi tinggi.

Ini adalah proses di mana pengurangan atau pemerasan muatan dilakukan dari volume yang meningkat ke volume yang berkurang di dalam ruang bakar. Roda gila (flywheel) membantu mempertahankan momentum yang diperlukan untuk memampatkan muatan. Jika piston mesin menekan muatan, maka peningkatan gaya tekan diterapkan oleh piston dan bertanggung jawab untuk menyebabkan panas yang dihasilkan.

Dari langkah kompresi di atas, lantas bagaimana kemudian mesin empat-tak akan bekerja?

Terjadi peningkatan penguapan bahan bakar dalam hal tetesan kecil yang menguap lebih cepat sehubungan dengan panas yang dihasilkan. Tetesan tersebut meningkatkan luas permukaan api pengapian terbuka, dan membantu dalam benar-benar membakar muatan di dalam ruang bakar. Hanya bensin yang menyala dalam bentuk uap. Jika luas permukaan tetesan bensin diperbesar, maka mungkin ada lebih banyak pelepasan uap daripada sisa cairan.

Perlu dicatat bahwa semakin banyak molekul uap bermuatan yang dikompresi, semakin banyak jumlah energi yang akan diperoleh dari proses pembakaran. Energi yang dibutuhkan untuk mengompresi muatan lebih kecil daripada gaya yang diperoleh atau dihasilkan selama proses pembakaran. Perbandingan kompresi mesin adalah volume ruang bakar di dalam piston pada TMB dengan volume ruang bakar di dalam piston pada TMA.

Area ini dikombinasikan dengan desain dan gaya ruang bakar yang bertanggung jawab untuk menentukan rasio kompresi. Efisiensi bahan bakar mesin tergantung pada rasio kompresi yang lebih tinggi. Rasio kompresi yang lebih tinggi biasanya akan memberikan peningkatan tekanan atau gaya pembakaran pada piston. Padahal, rasio kompresi yang lebih tinggi juga meningkatkan efek operator yang diperlukan untuk menghidupkan mesin.

3. Langkah Daya (Power Stroke)

Langkah ini mengacu pada langkah operasi mesin, di mana gaya panas gas memperluas kepala piston agar menjauh dari kepala silinder. Gaya piston dan gerakannya ditransfer melalui batang penghubung untuk menerapkan torsi ke poros engkol, yang diterapkan untuk memulai gerakan berputar di poros engkol. Torsi yang dihasilkan ditentukan oleh besarnya tekanan yang dihitung pada piston, ukurannya, dan lemparan mesin. Kedua katup tetap tertutup selama proses langkah daya.

4. Langkah Pembuangan (Exhaust Stroke)

Langkah pembuangan dapat mengacu pada kasus di mana gas bekas dikeluarkan dari ruang bakar dan dilepaskan langsung ke atmosfer. Ini adalah langkah terakhir yang terjadi ketika katup buang tetap terbuka sementara katup masuk tetap tertutup. Pergerakan pistonlah yang menghilangkan gas buang ke atmosfer.

Setelah piston mencapai TMB selama langkah daya, pembakaran selesai dan silinder diisi dengan gas buang. Kemudian katup buang dibuka dan inersia roda gila mendorong piston, dan bagian yang bergerak kembali ke TMA, mendorong gas buang keluar dari katup buang yang dibiarkan terbuka.

Pengapian/Pembakaran

Peristiwa pengapian juga disebut sebagai peristiwa pembakaran, yang mengacu pada reaksi oksidasi cepat yang menggabungkan bahan bakar kimia dengan adanya oksigen di atmosfer, yang pada gilirannya akan melepaskan energi dalam bentuk panas.

Peristiwa pembakaran melibatkan waktu yang sangat terbatas dan diperlukan untuk menyebarkan api di dalam ruang bakar. Percikan dimulai dengan bantuan busi pada 20° sebelum putaran pada poros engkol.

Artikel ini disadur dari engineeringlearner.com dan digubah ke dalam Bahasa Indonesia.

Klik tautan ini untuk beragam peralatan penunjang pendidikan dan penelitian teknik

Semoga bermanfaat!