Mesin empat tak (four stroke engine)
Mesin empat tak atau four stroke engine adalah sebuah mesin pembakaran dalam yang memerlukan empat langkah naik turun piston untuk menghasilkan tenaga. Itu sebabnya disebut empat tak, karena mesin tersebut membutuhkan empat langkah kerja untuk satu kali proses. Empat langkah tersebut meliputi langkah hisap (pemasukan), langkah kompresi, langkah tenaga, dan langkah buang, yang secara keseluruhan memerlukan dua putaran poros engkol/crankshaft dan satu putaran camshaft per satu siklus pada mesin bensin atau mesin diesel.
Sekarang ini, mesin pembakaran dalam pada mobil, sepeda motor, truk, pesawat, kapal, alat berat, dan sebagainya, umumnya menggunakan mesin empat tak. Mesin ini kurang responsif dibandingkan mesin dua tak, tetapi mesin ini lebih efisien. Mesin ini juga lebih ramah lingkungan, karena hanya membutuhkan bensin, tidak ada oli samping. Putaran/RPM mesin ini menggunakan tenaga yang relatif lebih rendah dibandingkan mesin dua tak, dan tenaga yang dikeluarkan lebih rendah juga. Mesin ini menggunakan valve/katup yang digerakan oleh camshaft yang tidak dipakai oleh mesin dua tak, sehingga semua siklus yang harus dilakukan lebih sempurna.
Piston akan bergerak naik turun di dalam silinder mesin. Titik tertinggi yang akan dicapai piston biasa disebut dengan titik mati atas (TMA), sedangkan titik terendahnya disebut titik mati bawah (TMB). Pada prinsipnya agar mesin empat tak dapat menghasilkan tenaga yang optimal, maka harus ada empat komponen, yaitu udara, bahan bakar, kompresi, loncatan bunga api (spark). Berikut adalah langkah proses kerja dari mesin empat tak:
- Intake (hisap/pemasukan)
Piston bergerak dari TMA menuju TMB, disini posisi katup/klep masuk (intake) terbuka dan katup keluar (exhaust) tertutup untuk menciptakan keadaan vacuum di dalam silinder mesin, yang mengakibatkan udara (mesin diesel) atau gas (sebagian besar mesin bensin) yang sudah dikabutkan terhisap masuk ke dalam ruang bakar melalui katup intake. Tenaga mesin yang diproduksi tergantung dari seberapa banyak jumlah bahan bakar yang terbakar selama proses pembakaran.
2. Compression (kompresi)
Langkah kompresi dimulai ketika piston mulai bergerak ke TMA dari TMB, disini posisi katup intake dan exhaustakan menutup, sehingga campuran udara-bahan bakar terperangkap di dalam silinder dan terkompresi (termampatkan) hingga beberapa saat sebelum piston sampai pada posisi TMA, waktu penyalaan (timing ignition) terjadi (pada mesin bensin berupa busi yang menyala, sedangkan pada mesin diesel berupa semprotan (suntikan) bahan bakar). Tujuan dari langkah ini, yaitu untuk meningkatkan temperatur, sehingga campuran udara dan juga bahan bakar dapat bersenyawa.
3. Power (tenaga)
Dimulai dengan menyalakan busi yang terletak di kepala silinder yang menyebabkan percikan bunga api (spark) untuk membakar campuran udara-bahan bakar. Dalam waktu yang singkat, campuran udara-bahan bakar mengembang dan meledak, sehingga menciptakan tekanan yang sangat tinggi terhadap piston. Tekanan inilah yang mendorong piston ke bawah menuju TMB dan menggerakan crankshaft yang akan memutar fly wheel yang pada akhirnya akan memutar gear untuk menggerakkan roda kendaraan.
4. Exhaust (buang)
Pada langkah ini, posisi katup exhaust terbuka dan katup intake tertutup, lalu piston naik menuju TMA karena dorongan balik dari crankshaft yang mengakibatkan sebagian gas buang atau sisa pembakaran terdorong menuju katup exhaust untuk diteruskan ke lubang pembuangan atau exhaust port. Ketika piston mulai mendekati TMA, maka katup buang akan menutup dan katup intake akan membuka. Pembukaan katup intake ini adalah awal siklus baru. Siklus ini terjadi di silinder mesin dan akan berulang selama mesin berjalan.
Untuk mempelajari artikel lain seputar mekanika fluida, klik di sini.
Kontributor: Feri Wijanarko
aeroengineering services merupakan jasa layanan dibawah CV. Markom dengan berbagai jenis solusi, mulai dari drafting CAD, pembuatan animasi, simulasi aliran dengan CFD dan simulasi struktur dengan FEA.
