Senin, 24 Januari 2011

SIKLUS ENGINE

Siklus Operasi Engine
Sebuah siklus adalah serangkaian kejadian yang berulang-ulang dengan sendirinya. Engine mempunyai sebuah siklus operasi dan setiap siklus terdiri dari sejumlah langkah piston. Siklus yang terjadi di dalam engine empat langkah terdiri dari empat kali langkah piston, sedangkan di dalam engine dua langkah hanya dua kali langkah piston untuk mencapai satu kali langkah tenaga.
Kebanyakan engine otomotif adalah engine empat langkah, walaupun beberapa engine disel berukuran besar beroperasi dengan prinsip kerja dua langkah. Beberapa jenis engine kecil seperti yang terpasang pada mesin pemotong rumput adalah engine dua langkah, sedangkan lainnya mempunyai engine empat langkah. Beberapa jenis sepeda motor mempunyai engine empat langkah, sedangkan sebagian besar sepeda motor mempunyai engine dua langkah.
Siklus yang lengkap pada engine, baik yang mempunyai dua maupun empat langkah, membutuhkan terjadinya pencampuran bahan bakar dan udara yang dimasukkan ke dalam silinder dengan jumlah perbandingan tertentu yang disebut AFR (Air Fuel Ration), terjadinya pembakaran, gas yang terbakar yang mengembang dan mendesak piston, serta sisa pembakaran gas yang dikeluarkan dari dalam silinder.

Siklus Empat Langkah
Pada siklus empat langkah atau juga dikenal dengan siklus otto seperti nama penemunya, engine mempunyai katup (valve) dalam cylinder head di bagian atas silinder. Katup-katup tersebut terbuka dan tertutup pada waktu yang tepat akibat dari gerakan cam pada camshaft. Katup-katup tersebut menampung campuran udara dan bahan bakar dan membuang gas sisa pembakaran.

Engine Bensin
Diagram di bawah ini memperlihatkan urutan keempat langkah pada engine berbahan bakar bensin. Keempat langkah tersebut adalah:


Langkah pemasukan
Langkah pemasukan bermula dari saat piston berada pada TMA (Titil Mati Atas). Katup intake terbuka dan katup exhaust-nya tertutup. Piston bergerak ke bawah menarik sejumlah campuran udara dan bahan bakar ke dalam silinder melalui intake port yang terbuka. Campuran udara dan bahan bakar yang beruap tersebut dipasok oleh karburator atau sistem injeksi bahan bakar. (Sebenarnya campuran udara dan bahan bakar tidak tersedot ke dalam silinder. Pada saat piston bergerak ke bawah maka terciptalah ruang vakum sebagian sehingga tekanan atmosfir mendorong bahan campuran tersebut masuk ke dalam silinder).



Langkah kompresi
Ketika piston mencapai T.M.B (Titik Mati Bawah) dan mulai bergerak ke atas pada langkah kompresi, katup intake menutup. Katup exhaust sudah tertutup sehingga campuran bahan bakar dan udara di dalam silinder termampatkan ketika piston bergerak ke bagian atas silinder. Pada saat piston mencapai T.M.A, campuran bahan bakar dan air tersebut akan termampatkan menjadi seperdelapan dari volume semula yang dikenal dengan perbandingan kompresi (compression ratio) (1:8). Tekanan di dalam silinder pasti juga akan menjadi bertambah kuat.





Langkah tenaga
Kedua katup tetap tertutup selama langkah tenaga ini. Ketika piston mencapai T.M.A di akhir langkah kompresi, sistem pengapian (ignition system) menghasilkan percikan api pada ujung busi. Percikan api menyulut campuran udara dan bahan bakar yang bisa terbakar dengan cepat untuk menghasilkan gas bertekanan tinggi di dalam silinder. Gas mengembang dan mendorong piston ke bawah di dalam silinder pada langkah tenaga. Tenaga yang dihasilkan kemudian disalurkan melalui connecting rod ke crank pin sehingga crank shaft bergerak berputar.

Catatan:
Kapan system pengapian terjadi akan dijelaskan pada pembahasan terpisah.



Langkah pembuangan. 
Ketika piston mencapai T.M.B lagi, katup pembuangan terbuka namun katup intake tetap tertutup. Kemudian piston bergerak ke atas pada langkah pembuangan untuk mendorong gas yang telah terbakar keluar dari silinder melalui exhaust port. Ketika piston mencapai T.M.A maka selesai sudah langkah pembuangan  dan selesai jugalah siklus engine.
Langkah-langkah tersebut di atas disebut siklus empat langkah. Ketika piston mencapai T.M.A pada langkah pembuangan, katup intake akan terbuka kembali untuk mengawali keseluruhan siklus dengan langkah-langkah yang sama. Kejadian ini akan berlangsung terus menerus selama engine hidup.



Engine Disel
Kebanyakan engine disel adalah engine empat langkah namun banyak juga engine truk yang mempunyai engine dua langkah saja. Cara kerja engine disel dua langkah ini berbeda dengan engine dua langkah yang berbahan bakar bensin.
Engine disel menginjeksikan (menyemprotkan) bahan bakar langsung ke dalam silinder. Engine jenis ini tidak memiliki karburator atau electronic fuel injection seperti engine bensin dalam menyalurkan campuran udara dan bahan bakar ke dalam silinder.
Di dalam sebuah engine disel, hanya udara yang dimasukkan ke dalam engine sewaktu langkah pemasukan terjadi. Dalam langkah kompresi udara itu dimampatkan hingga mencapai suhu 6000 C dan suhu ini cukup panas untuk menyulut bahan bakar karena bahan bakar diinjeksikan ke dalam ruang pembakaran (combustion chamber). Untuk menyulut bahan bakar tidak diperlukan busi. Keempat langkah engine disel bisa dilihat dalam berikut.
Keempat langkah tersebut adalah:





Pemasukan udara (langkah turun). 
Katup intake terbuka dan udara ditarik ke dalam silinder sewaktu piston bergerak ke bawah ke T.M.B, maka silinder akan penuh dengan udara.









Kompresi (Langkah naik). 
Kedua katup tertutup dan udara dikompres di dalam silinder. Sewaktu piston menyentuh TDC, udara akan termampatkan sehingga mencapai volume seperenambelas dari volume semula dan akan menjadi cukup panas untuk menyulut bahan bakar solar yang akan diinjeksikan ke dalam silinder.







Tenaga (langkah turun). 
Persis sebelum piston mencapai T.M.A, sejumlah kecil bahan bakar disemprotkan melalui injector ke bagian atas silinder masuk ke dalam ruang pembakaran (combustion chamber). Udara yang telah panas di dalam ruang pembakaran tidak hanya membentuk campuran yang mudah terbakar dengan bahan bakar namun juga menyulutnya. Tekanan akibat pemba-karan tersebut mendorong poston ke bawah menuruni silinder dalam langkah tenaga (power stroke).





Pembuangan (langkah piston naik).
Katup exhaust terbuka sebelum piston mencapai T.M.B. Ketika piston bergerak ke atas pada langkah pembuangan, piston mendesak gas sisa pembakaran ke luar dari silinder melalui exhaust port.






Engine disel dilengkapi dengan sebuah fuel injection pump yang menyalurkan bahan bakar dengan tekanan tinggi ke dalam injector yang berada di dalam cylinder head. Jumlah bahan bakar yang diinjeksikan bisa diatur secara bervariasi. Dengan cara itulah kecepatan engine dikendalikan.
Engine disel sering digolongkan ke dalam compression-ignition engine karena bahan bakarnya disulut dengan panas hasil kompresi. Namun demikian nama disel adalah nama yang paling umum untuk engine jenis ini.




Siklus Dua Langkah


Engine Bensin
Rancangan yang paling umum untuk engine dua langkah adalah silinder three-port yang digunakan terutama dalam engine bensin bersilinder tunggal (single-cylinder petrol engine) yang berukuran kecil.
Three-port di dalam silinder tersebut adalah:











Intake port yang menampung campuran udara dan bahan bakar dari karburator;









Exhaust port yang membuang gas sisa pembakaran;









Transfer port yang menyalurkan campuran udara dan bahan bakar dari crankcase ke dalam silinder.








Saluran-saluran tersebut membuka dan menutup (dibuka dan ditutup) oleh piston ketika piston bergerak naik atau turun di dalam silinder. Tidak terdapat katup-katup secara terpisah (separate valves).
Keempat bagian dari siklus kerja engine (intake, compression, power dan exhaust) juga terjadi di dalam engine dua langkah. Sebagian langkah terjadi di dalam silinder di atas piston, sedang langkah lainnya terjadi di dalam crankcase di bawah piston pada saat yang bersamaan. Cara kerja yang demikian memungkinkan terjadinya siklus operasi yang lengkap dalam dua langkah piston - satu langkah naik dan satu langkah turun.
Crankcase diberi seal dan menjadi bagian dalam sistem pemasukan bahan bakar. Campuran yang biasanya digunakan adalah campuran bensin dan oli. Campuran ini selain berperan sebagai campuran udara dan bahan bakar juga berperan sebagai pelumas bagi piston dan bearing. Di dalam crankcase , atau sump tidak terdapat oli seperti di dalam engine empat langkah.

Kegiatan yang terjadi di atas piston adalah pembakaran campuran udara dan bahan bakar untuk langkah tenaga (power stroke), langkah pembuangan (exhaust stroke) dan langkah kompresi (compression stroke).
Kegiatan yang terjadi di bawah piston adalah pemasukan (intake) campuran bahan bakar ke dalam crankcase dan penyaluran campuran bahan bakar tersebut dari crankcase melalui transfer port menuju silinder.

Langkah Kerja Engine
Cara kerja engine dua langkah seperti yang  diperlihatkan gambar berikut ini

Langkah piston naik (Piston upstroke)

Ketika piston bergerak ke atas, piston memampatkan campuran bahan bakar di dalam silinder. Pada saat yang bersamaan piston menciptakan tekanan rendah di dalam crankcase sehingga intake port terbuka. (Volume silinder berkurang dan dengan demikian tekanan bertambah; volume crankcase bertambah dan tekanannya berkurang).
Langkah akhir dari pergerakan piston ke atas (Top of the stroke). Pembakaran terjadi pada saat piston hampir mencapai bagaian atas silinder dan terjadilah langkah tanaga (power stroke). Piston sudah membuka intake port sewaktu bergerak naik di dalam silinder sehingga campuran bahan bakar masuk ke dalam crankcase yang bertekanan rendah.



Langkah Piston turun (Piston down stroke). 
Di dalam langkah tenaga piston didorong ke bawah. Sebelum mencapai akhir langkah, piston membuka exhaust port supaya gas hasil pembakaran yang ada di bagian atas silinder keluar. Pada saat yang sama, gerakan piston ke bawah ini telah mengurangi volume crankcase, dan memampatkan campuran udara dan bahan bakar di dalam crankcase siap untuk disalurkan ke dalam silinder.
Langkah akhir dari pergerakan piston ke bawah (Bottom of the stroke). Sebelum akhir langkah ke bagian bawah silinder, gerakan piston membuat transfer port terbuka sehingga bahan bakar yang sudah dimampatkan tersalurkan dari crankcase di bawah piston masuk ke dalam silinder di atas piston. Exhaust port terbuka sebelum transfer port terbuka sehingga sebagian besar gas buang akan keluar sebelum transfer port membuka untuk menampung penyaluran bahan bakar yang baru. 

Catatan:
Bagian-bagian tersebut digambarkan sebagai keadaan terbuka dan tertutup, tetapi sebenarnya bagian-bagian tersebut tertutup dan tidak tertutup. Ingat, dalam engine dua langkah tidak ada valve yang terbuka dan tertutup seperti pada engine 4 langkah.
Piston sering kali dilengkapi dengan sebuah deflektor pada bagian kepalanya yang mengarahkan campuran bahan bakar dengan udara ke atas dan gas buang ke bawah menuju exhaust port. Sistem ini mencegah keluarnya campuran yang masuk melalui exhaust port dan juga membantu mendorong keluar gas buang. Sistem ini dikenal sebagai scavenging.

Engine Dua Langkah dengan Reed Valve
Beberapa jenis engine dua langkah seperti outboard motor engine dirancang dengan reed valve. Reed valve adalah plat logam kecil yang fleksibel yang menutupi intake port. Port tersebut biasanya ditutup dengan reed valve, namun reed valve membuka dan menutup port secara otomatis sesuai dengan perbedaan tekanan yang terjadi di dalam crankcase dengan atmosfir (udara luar).
Pada saat piston bergerak ke atas, terbentuklah ruang vakum sebagian (yaitu tekanan di bawah suhu atmosfir) di dalam crankcase, dan campuran udara dan bahan bakar dari karburator (yang hampir sama dengan suhu atmosfir) mengangkat reed valve dari port-nya untuk memasuki crankcase seperti yang diperlihatkan dalam gambar.
Setelah piston mencapai T.M.A dan mulai turun ke bawah pada langkah tenaga, tekanan berkembang di dalam crankcase dan menutup reed valve. Piston bergerak semakin turun dan dengan demikian memampatkan udara dan bahan bakar yang terperangkap di dalam crankcase.
Ketika piston hampir mencapai akhir langkahnya di bagian bawah silinder, piston membuka transfer port. Tekanan yang telah terbentuk di dalam crankcase mendesak udara dan bahan bakar masuk melalui transfer passage ke dalam silinder di atas piston seperti diperlihatkan dalam gambar.
Silinder yang terlihat adalah beroperasi pada posisi horizontal. Crankcase dilengkapi dengan sebuah penutup yang membentuk sebuah ruang (chamber) di antara penutup dan crankcase. Karburator dipasang pada penutup dan campuran udara-bahan bakar mengalir melewati karburator masuk ke dalam chamber tadi.
Reed valve terletak di antara chamber dan crankcase. Pada engine yang mempunyai lebih dari satu silinder, bagian-bagian di dalam crankcase untuk setiap silinder dipisahkan dengan seal dan diberi sebuah reed valve yang menampung bahan bakar ke dalam bagian crankcase tertentu pada saat diperlukan.



Engine Disel
Beberapa jenis engine disel dua langkah mempunyai port, baik untuk intake maupun untuk exhaust namun yang paling sering digunakan adalah jenis engine yang mempunyai intake port dan exhaust valve. Susunan engine jenis ini diperlihatkan pada gambar 6. Di dalam diagram tersebut terlihat piston hampir berada pada posisi T.M.A pada langkah kompresi di mana bahan bakar diinjeksikan ke dalam combustion chamber dan terjadilah pembakaran.
Engine tersebut tidak bergantung pada kompresi pada crankcase dan transfer port karena engine tersebut menggunakan sebuah blower untuk memasukkan udara ke dalam silinder melalui intake port. Gas buang keluar dari silinder melalui exhaust valve.





Tidak ada komentar:

Poskan Komentar