Siklus otto 4 tak
1. Langkah
Hisap ( Induction Stroke )
Pada langkah hisap, klep inlet membuka sebelum
TMA, setelah itu tetap terbuka sampai pison melewati TMB, mengapa harus tetap
terbuka sampai melewati TMB? alasannya adalah untuk membiarkan inertia dari
tingginya kecepatan bahan bakar dan udara yang tadi dihisap ke dalam silinder
untuk benar-benar memadatkan campuran bahan bakar dan udara yang mana saat itu
piston mulai naik untuk memulai langkah kompresi.
2. Langkah Kompresi ( Compression Stroke )
Setelah Piston melewati TMB, maka klep Inlet
menutup. saat itulah langkah kompresi dimulai. jadi langkah kompresi dimulai
bukan dari TMB, melainkan setelah melewati TMB. gerakan piston menuju ke TMA
menekan campuran bahan bakar dan udara yang tadi dihisap ke dalam silinder.
3. Langkah
Usaha ( Power )
sebelum piston mencapai TMA, busi memercikkan api
dan terciptalah ledakan pembakaran. namun gerakan piston masih menuju ke TMA,
lalu setelah mencapai TMA baru turun TMB karena tingginya tekanan ledakan dari
proses pembakaran. jadi pembakaran tercipta sebelum piston mencapai TMA dan
kemudian naik baru ke TMB, hal ini bertujuan untuk menciptakan tekanan
pembakaran yang tinggi. dari langkah ini bisa kita lihat kalau langkah kompresi
sendiri tidak mencapai 180 derajad ( gerakan piston dari TMA - TMB adalah 180
derajad ). karena klep in menutup setelah TMB dan sebelum piston mencapai TMA
busi sudah memercikkan api.
4. Langkah
Buang ( Exhaust Stroke )
Klep buang membuka lama sebelum piston mencapai TMB. membukanya klep buang
sebelum TMB tujuannya untuk membiarkan tekanan di dalam silinder berkurang,
sehingga pada saat setelah piston melewati TMB, momentum dari gas pembuangan
digunakan untuk membilas silinder secara efisien. karena pada saat itu juga
klep inlet membuka sebelum TMA ( periode ini disebut overlapping atau kedua
klep membuka secara bersamaan ) dan klep buang menutup setelah melewati TMB.
pada saat itu inertia dari gas sisa pembakaran benar-benar membantu pengisian
silinder dengan membuat sebagian kevakuman di dalam silinder dan jalur
pemasukan. karena pada saat itu klep in sudah terbuka dan memulai langkah
pengisian.
Siklus
Dasar Mesin Diesel
Sebuah mesin diesel
adalah jenis mesin termal yang menggunakan proses pembakaran internal (internal
combustion engine) untuk mengubah energi yang tersimpan dalam ikatan kimia
dari bahan bakar menjadi energi mekanik berdaya guna.
Ini terjadi dalam dua langkah:
Pertama, bahan bakar akan bereaksi
secara kimia atau pembakaran dan melepaskan energi dalam bentuk panas.
Kedua panas menyebabkan gas yang
terperangkap dalam silinder memuai dan pemuaian gas dibatasi oleh silinder
menyebabkan piston bergerak memperluas ruang silinder.
Gerakan bolak-balik (reciprocating)
piston ini kemudian diubah menjadi gerak rotasi oleh poros engkol (crank shaft,
kruk as). Untuk mengkonversi energi kimia bahan bakar menjadi energi mekanik
berdaya guna semua pembakaran internal mesin harus melalui empat kegiatan:
isap, kompresi, usaha dan buang. Bagaimana peristiwa tersebut dihitung dan
bagaimana mereka terjadi membedakan berbagai jenis mesin.
Semua mesin diesel masuk ke dalam
salah satu dari dua kategori, mesin siklus dua langkah atau 2 tak atau mesin
siklus empat langka atau 4 tak. Siklus mengacu pada setiap operasi atau
rangkaian kejadian yang berulang. Dalam kasus mesin 4 tak, mesin memerlukan
empat langkah piston (isap, kompresi, usaha dan buang) untuk menyelesaikan satu
siklus penuh. Oleh karena itu, diperlukan dua putaran dari poros engkol atau
720° dari rotasi poros engkol (360° x 2) untuk menyelesaikan satu siklus. Dalam
mesin 2 tak peristiwa isap, kompresi, usaha dan buang terjadi dalam satu
putaran poros engkol atau 360°.
Timing
Dalam pembahasan berikut dari siklus
diesel adalah penting untuk mengingat kerangka waktu di mana setiap tingkah
laku yang diperlukan terjadi. Waktu yang diperlukan untuk gerak pembuangan gas
sisa keluar dari silinder dan udara segar ke dalam silinder, kompres udara,
menginjeksikan bahan bakar dan untuk membakar bahan bakar.
Jika mesin diesel 4 tak berjalan
konstan pada 1.500 putaran per menit (rpm), poros mesin akan berputar
25 putaran tiap detik atau 9.000 derajat per detik. Satu langkah selesai dalam
waktu sekitar 0,02 detik.
Siklus 4 Langkah
Dalam mesin 4 tak, camshaft (noken
as) disesuaikan sehingga kecepatan putarnya hanya setengah dari kecepatan
putar poros engkol atau 1 putaran camshaft berbanding 2 putaran crankshaft. Ini
artinya bahwa poros engkol harus membuat dua putaran lengkap sebelum noken as
menyelesaikan satu putaran.
Bagian berikut akan menggambarkan
empat langkah, mesin diesel memiliki katup isap dan katup buang dengan 3.5
inchi boring dan 4 inchi langkah dengan rasio kompresi 16:1, saat melewati satu
siklus. Kita akan mulai pada langkah isap. Semua tanda waktu yang diberikan
adalah secara umum dan akan bervariasi dari mesin ke mesin.
Ketika piston bergerak ke atas
mendekati 28° sebelum TMA yang diukur dengan perputaran poros engkol (crankshaft),
cuping (nok) camshaft mulai mengangkat cam follower. Hal ini
menyebabkan batang pendorong (pushrod) bergerak keatas dan mendorong
sumbu pengungkit pelatuk (rockrer arm), pelatuk kemudian mendorong
katup isap (intake valve) ke bawah dan katup (valve,klep)
mulai terbuka. Langkah isap kini mulai sementara katup buang masih terbuka.
Aliran gas buang membuat kondisi tekanan rendah di dalam silinder dan akan
membantu menarik muatan udara segar masuk kedalam silinder seperti yang
ditunjukkan pada Gbr. 1.
Piston melanjutkan perjalanan ke atas
sampai TMA, sementara udara segar masuk dan gas buang keluar. Sekitar 12°
setelah TMA, cuping pembuangan camshaft berputar sehingga katup buang akan
mulai menutup. Katup akan sepenuhnya ditutup sekitar 23° setelah TMA. Hal ini
dicapai berkat pegas katup yang tertekan ketika katup dibuka, memaksa rocker
arm dan cam follower kembali lagi sesuai dengan perputaran cuping camshaft.
Dalam kerangka waktu selama kedua katup isap dan katup buang terbuka disebut
katup saling tumpang tindih atau valve
overlap (dalam contoh ini 51°
overlap) dan digunakan untuk memungkinkan udara segar membantu memindahkan gas
buang keluar dan mendinginkan silinder atau pembilasan. Pada kebanyakan mesin,
30 sampai 50 kali volume silinder, udara pembilasan melalui silinder selama
overlap.
Udara segar yang kelebihan ini juga
memberikan efek pendinginan yang diperlukan pada bagian-bagian mesin. Ketika
piston melewati TMA dan mulai melakukan perjalanan menuruni lubang silinder,
gerakan piston ini membuat sebuah langkah pengisapan dan terus menarik udara
segar masuk ke dalam silinder.
Pada 35° setelah titik mati bawah
(TMB), katup isap mulai tertutup. Pada 43° setelah TMB atau 137° sebelum TMA,
katup isap intake pada kedudukannya dan sepenuhnya tertutup. Di titik ini
muatan udara pada tekanan normal sekitar 14,7 psi atm dan suhu udara ambien
berkisar ~80°F, seperti diperlihatkan pada Gbr.2 Sekitar 70° sebelum TMA,
piston telah menempuh perjalanan sekitar 2,125 inchi atau sekitar setengah dari
ruang langkah kerja silinder, sehingga mengurangi setengah volume silinder.
Suhu dua kali lipatnya menjadi berkisar ~160°F dan tekanan sekitar ~34 psi atm.
Sekitar 43° sebelum TMA piston telah
melakukan perjalanan 3,062 inchi keatas dan volume sekali lagi dibagi dua.
Akibatnya, suhu naik dua kali lipat menjadi sekitar ~320°F dan tekanan ~85 psi
atm. Ketika piston telah mencapai 3,530 inchi dari ruang langkah kerja
silinder, volume silinder dibagi dua lagi dan suhu mencapai sekitar 640°F dan
tekanan 277 psi atm. Ketika piston telah mencapai 3,757 inci dari ruang langkah
kerja silinder, volume dibagi dua dan suhu meningkat sampai 1280°F dan tekanan
mencapai 742 psi atm. Dengan luas piston 9,616 inchi kuadrat maka tekanan dalam
silinder mengerahkan kekuatan sekitar 7.135 lb atau 3,5 ton gaya tekan.
Hitungan di atas untuk mesin ideal dan
memberikan contoh yang baik dari apa yang terjadi di dalam mesin selama
kompresi. Dalam sebuah mesin yang sebenarnya, tekanan hanya mencapai sekitar
690 psi atm. Hal ini terutama disebabkan hilangnya panas ke bagian mesin
sekitarnya.
Injeksi bahan bakar (Fuel
Injection)
Bahan bakar dalam keadaan cair
diinjeksikan ke dalam silinder pada waktu dan perkiraan yang tepat untuk
memastikan bahwa tekanan pembakaran pada piston di paksa tidak terlalu dini
atau terlalu terlambat, seperti yang ditunjukkan pada Gbr.3. Bahan bakar
memasuki silinder dimana panas udara yang dimampatkan telah ada, namun bahan
bakar hanya akan terbakar ketika berada dalam keadaan menguap, hal tersebut
tercapai melalui penambahan panas dan dicampur dengan pasokan oksigen. Tetesan
menit pertama pemasukan bahan bakar ke ruang bakar dengan cepat menguap.
Penguapan dari bahan bakar menyebabkan udara disekitar bahan bakar mengalami pendinginan
sehingga udara membutuhkan waktu untuk mendapatkan panas yang cukup untuk
menyalakan menguapan bahan bakar. Injeksi bahan bakar dimulai pada 28° sebelum
TMA dan berakhir pada 3° setelah TMA, karena itu bahan bakar diinjeksikan untuk
durasi dari 31°.
Usaha (Power)
Kedua katup tertutup dan muatan udara
segar telah dikompresi. Bahan bakar telah disuntikkan dan mulai terbakar.
Setelah piston melewati TMA, panas dengan cepat dihasilkan oleh penyalaan dari
bahan bakar dan menyebabkan peningkatan tekanan pada silinder. Suhu pembakaran
sekitar 2.336°C. Kenaikan gaya tekan pada piston
ke bawah meningkatkan gaya
puntir pada poros engkol pada langkah usaha, sebagaimana diilustrasikan pada
Gbr.4. Energi yang dihasilkan oleh proses pembakaran tidak semua dimanfaatkan.
Dalam mesin diesel 2 tak, hanya sekitar 38% dari daya yang dihasilkan
dimanfaatkan untuk melakukan pekerjaan, sekitar 30% terbuang dalam bentuk panas
dibuang melalui sistem pendingin dan sekitar 32% dalam bentuk panas ditolak
keluar melalui knalpot. Sebagai perbandingan, mesin diesel 4 tak memiliki
distribusi termal dari 42% dikonversi menjadi kerja yang berdaya guna, 28%
panas yang dibuang melalui sistem pendinginan dan 30% panas yang dibuang keluar
melalai knalpot.
Pembuangan (Exhaust)
Seraya piston mendekati 48° sebelum TMB, cuping cam pembuangan mulai
memaksa cam follower keatas, menyebabkan katup buang tertekan dari
kedudukannya. Seperti yang ditunjukkan pada Gbr.5, gas buang mulai mengalir
keluar dari katup buang akibat tekanan silinder dan masuk ke dalam manifold
pembuangan. Setelah melalui TMB, piston bergerak ke atas dan mengalami
percepatan sampai kecepatan maksimum pada 63° sebelum TMA. Dari titik ini
piston mengalami perlambatan. Selama kecepatan piston melambat, kecepatan gas
yang mengalir keluar silinder membuat tekanan sedikit lebih rendah daripada
tekanan atmosfer. Pada 28° sebelum TMA, katup isap intake terbuka dan siklus
dimulai lagi.
Jelaskan Perbedaan siklus otto dan siklus diesel 2 tak ?
Mesin yang ditemukan oleh Rudolf Diesel (8158-1913) konsturksinya tidak
berbeda jauh dengan mesin bensin yang dikenal dengan sebutan mesin
otto.beberapa bagian komponennya punya tugas yang sama dengan mesin
bensin,seperti blok slinder, poros engkol, poros bubungan, asembli torak, dan
mekanisme pengerak katupnya.perbedaan motor diesel dan motor bensin adalah cara
pemberian dan penyalaan bahan bakarnya; perbandingan kompressi; disain
komponen.
1. Cara pemberian Dan penyalaan Bahan bakar
Perbedaan utama terletak pada bagaimana memulai sesuatu pembakaran dalam
ruang silinder.mesin besin mengawali pembkaran dengan disuplainya listrik
tegangan tinggi, sehingga menimbulkan percikan bunga api di antara ecelah busi
untuk memulai pembakaran gas.motor diesel memanfaatkan udara yang dikompresi
untuk memulai pembakaran bahan bakar solar.Dengan perbandingan kompresinya
sangat tinggi sampai berkisar 22 : 1,akibatnya tekanan naik secara
mendadak(berlansung dalam beberapa milidetik)suhunya dapat mencapai 900-1000
derajat celcius.Suhu setinggi itu dapat menyalakan bahan bakar solar. Menjelang
akhir langkah kompresi,solar disemprotkan ke udara Yang sangat panas
itu.Akibatnya, bahan bakar langsung terbakar sebab titik nyala solar sendiri
Cuma 4000 Celcius.karena pembakaran terjadi akibat tekanan kompresi yang sangat
tinggi tadi,maka mesi diesel di sebut juga mesin penyalaan kompresi
(compression igniton engine).Sedangkan mesin bensin di kenal dengan mesin
penyalaan bunga api (spark ignition engine). Dalam mesin bensin bahan bakar dan
udara dicampur di luar slinder yaitu dalam karburator dan saluran masuk
(manifold).Sebaliknya mesin diesel tidak ada campuran pendahuluan udara dan
bahan bakar di luar slinder,hanya udara yang diterima ke dalam slinder melalui
saluran masuk.
2. Perbandingan Kompresi mesin diesel dan Bensin
Perbandingan kompresi adalah perbandingan volume udara dalam silinder
sebelum langkah kompresi dengan volume sesudah langkah kompresi. Perbandingan
kompresi untuk motor-motor bensin adalah berkisar 8 : 1 sedangkan perbandingan
yang umum untuk motor-motor diesel adalah 16-22 : 1.Perbandingan kompresi yang
timggi pada motor diesel menimbulakan kenaikan suhu udara cukup tinggi untuk
menyalakan bahan bakar tanpa ada letikan bunag api.Hal ini menyebabkan motor
diesel mempunyai efisiensi yang besar sebab kompresi yang tinggi menghasilkan
pemuaian yang besar dari gas-gas hasil pembakaran dalam slinder.Karena itu
tenaganya sangat kuat. Efisiensi tinggi yang dihasilkan pembakaran motor diesel
harus diimbangi dengan kekuatan komponen-komponennya agar dapat menahan gaya-gaya
pembakaran yang sangat besar.
3.Disain Komponen Mesin Diesel dan Bensin
Sudah dikatakan bahwa mesin diesel haruslah dibuat kokoh dan kuat untu
dapat menahan gaya pembakaran yang sangat besar.Pada umumnya bagian-bagian yang
dikuatkan adalah torak,pena torak,batang penghubung,dan poros engkol serta
sejumlah bantalan utama untuk mendukung poros engkol.
3). Jelaskan perbedaan langkah ICE 2 tak dan ICE 4 tak ?
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 TMA untuk melakukan kompresi maka katup hisap terbuka ( lihat gambar di
bawah) dan masuklah campuran bahan bakar dan udara, sehingga dalam satu gerakan
piston dari TMB ke TMA menjalankan dua langkah sekaligus yaitu kompresi dan
isap. Pada saat sesaat sebelum piston mencapai TMA maka busi menyala, gas
campuran meledak dan memaksa piston kembali bergerak ke bawah menuju TMB.
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.
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.
Posting Komentar