Mesin bensin atau mesin
Otto dari Nikolaus Otto
adalah sebuah tipe mesin pembakaran dalam yang
menggunakan nyala busi untuk proses pembakaran, dirancang untuk menggunakan
bahan bakar bensin atau yang sejenis.
Mesin bensin berbeda dengan mesin diesel
dalam metode pencampuran bahan bakar dengan udara, dan mesin bensin selalu
menggunakan penyalaan busi untuk proses pembakaran.
Pada mesin diesel, hanya udara yang dikompresikan dalam ruang bakar dan dengan
sendirinya udara tersebut terpanaskan, bahan bakar disuntikan ke dalam ruang
bakar di akhir langkah kompresi untuk bercampur dengan udara yang sangat panas,
pada saat kombinasi antara jumlah udara, jumlah bahan bakar, dan temperatur
dalam kondisi tepat maka campuran udara dan bakar tersebut akan terbakar dengan
sendirinya.
Pada mesin bensin, pada umumnya udara dan bahan bakar dicampur sebelum masuk ke
ruang bakar, sebagian kecil mesin bensin modern mengaplikasikan injeksi bahan
bakar langsung ke silinder ruang bakar termasuk mesin bensin 2 tak untuk
mendapatkan emisi gas buang yang ramah lingkungan. Pencampuran udara dan bahan
bakar dilakukan oleh karburator atau sistem injeksi, keduanya mengalami
perkembangan dari sistem manual sampai dengan penambahan sensor-sensor
elektronik. Sistem Injeksi Bahan bakar di motor otto terjadi diluar silinder,
tujuannya untuk mencampur udara dengan bahan bakar seproporsional mungkin. Hal
ini dsebut EFI
Aplikasi
Mesin bensin sering digunakan dalam :
Mesin untuk pemotong rumput
Mesin untuk speedboat dan sebagainya.
Desain
Tipe-tipe mesin bensin berdasarkan siklus proses
pembakaran adalah :
Mesin dua tak,
memerlukan dua langkah piston dalam satu siklus proses pembakaran.
Mesin empat tak,
memerlukan empat langkah piston dalam satu siklus proses pembakaran.
Mesin enam tak, memerlukan enam langkah piston dalam satu siklus
proses pembakaran.
Mesin wankel
(rotary engine/wankel engine). memerlukan satu putaran penuh rotor dalam satu
siklus pembakaran.
Tiga syarat utama supaya mesin bensin dapat berkerja :
- Kompresi ruang bakar yang cukup.
- Komposisi campuran udara dan bahan bakar yang
sesuai.
- Pengapian yang tepat (besar percikan busi dan
waktu penyalaan/timing ignition).
Sistem
Sistem-sistem dalam mesin bensin mencakup :
1. Mesin Dua Tak (Two-Stroke Engine)
Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas
Mesin dua tak
adalah mesin pembakaran dalam yang dalam
satu siklus pembakaran terjadi dua langkah piston, berbeda dengan putaran empat-tak yang mempunyai empat langkah piston dalam satu siklus
pembakaran, meskipun keempat proses (intake, kompresi, tenaga, pembuangan) juga
terjadi.
Mesin dua tak juga telah digunakan dalam mesin diesel,
terutama rancangan piston berlawanan, kendaraan kecepatan rendah seperti mesin kapal
besar, dan mesin V8 untuk truk dan kendaraan berat lainnya.
a. Prinsip
kerja
Untuk memahami prinsip kerja, perlu dimengerti istilah
baku yang berlaku dalam teknik otomotif :
TMA (titik mati atas) atau TDC (top dead centre),
posisi piston berada pada titik paling atas dalam silinder mesin atau piston
berada pada titik paling jauh dari poros engkol (crankshaft).
TMB (titik mati bawah) atau BDC (bottom dead centre),
posisi piston berada pada titik paling bawah dalam silinder mesin atau piston
berada pada titik paling dekat dengan poros engkol (crankshaft).
Ruang bilas yaitu ruangan dibawah piston dimana
terdapat poros engkol (crankshaft), sering disebut dengan bak engkol
(crankcase) berfungsi gas hasil campuran udara, bahan bakar dan pelumas bisa
tercampur lebih merata.
Pembilasan (scavenging) yaitu proses pengeluaran gas
hasil pembakaran dan proses pemasukan gas untuk pembakaran dalam ruang bakar.
1. Langkah
kesatu
Piston bergerak dari TMA ke TMB.
- Pada saat piston bergerak dari TMA ke TMB, maka
akan menekan ruang bilas yang berada di bawah piston. Semakin jauh piston
meninggalkan TMA menuju TMB, tekanan di ruang bilas semakin meningkat.
- Pada titik tertentu, piston (ring piston) akan
melewati lubang pembuangan gas dan lubang pemasukan gas. Posisi
masing-masing lubang tergantung dari desain perancang. Umumnya ring piston
akan melewati lubang pembuangan terlebih dahulu.
- Pada saat ring piston melewati lubang pembuangan,
gas di dalam ruang bakar keluar melalui lubang pembuangan.
- Pada saat ring piston melewati lubang pemasukan,
gas yang tertekan dalam ruang bilas akan terpompa masuk dalam ruang bakar
sekaligus mendorong gas yang ada dalam ruang bakar keluar melalui lubang
pembuangan.
- Piston terus menekan ruang bilas sampai titik
TMB, sekaligus memompa gas dalam ruang bilas masuk ke dalam ruang bakar
2. Langkah
kedua
Piston bergerak dari TMB ke TMA.
- Pada saat piston bergerak TMB ke TMA, maka akan
menghisap gas hasil percampuran udara, bahan bakar dan pelumas masuk ke
dalam ruang bilas. Percampuran ini dilakukan oleh karburator atau sistem
injeksi.
- Saat melewati lubang pemasukan dan lubang
pembuangan, piston akan mengkompresi gas yang terjebak dalam ruang bakar.
- Piston akan terus mengkompresi gas dalam ruang
bakar sampai TMA.
- Beberapa saat sebelum piston sampai di TMA, busi
menyala untuk membakar gas dalam ruang bakar. Waktu nyala busi sebelum
piston sampai TMA dengan tujuan agar puncak tekanan dalam ruang bakar
akibat pembakaran terjadi saat piston mulai bergerak dari TMA ke TMB
karena proses pembakaran sendiri memerlukan waktu dari mulai nyala busi
sampai gas terbakar dengan sempurna.
b. Perbedaan
desain dengan mesin empat tak
Pada mesin dua tak, dalam satu kali putaran poros
engkol (crankshaft) terjadi satu kali proses pembakaran sedangkan pada mesin
empat tak, sekali proses pembakaran terjadi dalam dua kali putaran poros
engkol.
Pada mesin empat tak, memerlukan mekanisme katup
(valve mechanism) dalam bekerja dengan fungsi membuka dan menutup lubang
pemasukan dan lubang pembuangan, sedangkan pada mesin dua tak, piston dan ring
piston berfungsi untuk menbuka dan menutup lubang pemasukan dan lubang
pembuangan. Pada awalnya mesin dua tak tidak dilengkapi dengan katup, dalam
perkembangannya katup satu arah (one way valve) dipasang antara ruang bilas
dengan karburator dengan tujuan :
1. Agar
gas yang sudah masuk dalam ruang bilas tidak kembali ke karburator.
2. Menjaga
tekanan dalam ruang bilas saat piston mengkompresi ruang bilas.
Lubang pemasukan dan lubang pembuangan pada mesin dua
tak terdapat pada dinding silinder, sedangkan pada mesin empat tak terdapat
pada kepala silinder (cylinder head). Ini adalah alasan paling utama mesin dua
tak menggunakan oli samping.
c. Kelebihan
dan kekurangan
- Kelebihan mesin dua tak
Dibandingkan mesin empat tak, kelebihan mesin dua tak
adalah :
- Mesin dua tak lebih bertenaga dibandingkan mesin
empat tak.
- Mesin dua tak lebih kecil dan ringan dibandingkan
mesin empat tak.
- Kombinasi kedua kelebihan di
atas menjadikan rasio berat terhadap tenaga (power to weight ratio) mesin
dua lebih baik dibandingkan mesin empat tak.
- Mesin dua tak lebih murah biaya produksinya
karena konstruksinya yang sederhana.
Meskipun memiliki kelebihan tersebut di atas, jarang
digunakan dalam aplikasi kendaraan terutama mobil karena memiliki kekurangan.
- Kekurangan
mesin dua tak
Kekurangan mesin dua tak dibandingkan mesin empat tak
- Efisiensi mesin dua tak lebih rendah dibandingkan
mesin empat tak.
- Mesin dua tak memerlukan oli yang dicampur dengan
bahan bakar (oli samping/two stroke oil) untuk pelumasan silinder mesin.
- Kedua hal di atas
mengakibatkan biaya operasional mesin dua tak lebih tinggi dibandingkan
mesin empat tak.
- Mesin dua tak menghasilkan polusi udara lebih
banyak, polusi terjadi dari pembakaran oli samping dan gas dari ruang
bilas yang terlolos masuk langsung ke lubang pembuangan.
- Pelumasan mesin dua tak tidak sebaik mesin empat
tak, mengakibatkan usia suku cadang dalam komponen ruang bakar relatif
lebih rendah.
d. Aplikasi
Mesin dua tak diaplikasikan untuk mesin bensin maupun
mesin diesel. Mesin bensin dua tak digunakan paling banyak di mesin kecil,
seperti :
Mesin sepeda motor.
Mesin pada gergaji (chainsaw).
Mesin potong rumput.
Mobil salju.
Mesin untuk pesawat model, dan sebagainya.
Mesin dua tak yang besar biasanya bertipe mesin
diesel, sedangkan mesin dua tak ukuran sedang sangat jarang digunakan.
Karena emisi gas buang sulit untuk memenuhi standar
UNECE Euro II, penggunaan mesin dua-tak untuk sepeda motor sudah semakin
jarang.
e. Pengembangan
Penggunaan teknologi injeksi langsung dengan tujuan
menurunkan emisi gas buang.
2. Mesin Empat Tak (Four-Stroke Engine)
Siklus empat langkah pada mesin bensin. Gas masuk berwarna
biru dan gas buang berwarna coklat. Dinding silinder berupa tabung pelapis
tipis yang dikelilingi air pendingin.
Mesin empat tak
adalah mesin pembakaran dalam yang dalam satu siklus pembakaran terjadi empat
langkah piston. Sekarang ini, mesin pembakaran dalam pada mobil, sepeda motor,
truk, pesawat terbang, kapal, alat berat dan sebagainya, umumnya menggunakan
siklus empat langkah. Empat langkah tersebut meliputi, langkah hisap
(pemasukan), kompresi, tenaga dan langkah buang yang secara keseluruhan
memerlukan dua putaran poros engkol (crankshaft) per satu siklus pada mesin
bensin atau mesin diesel.
a. Prinsip
kerja
Untuk memahami prinsip kerja, perlu dimengerti istilah
baku yang berlaku dalam teknik otomotif :
TMA (titik mati atas) atau TDC (top dead centre),
posisi piston berada pada titik paling atas dalam silinder mesin atau piston
berada pada titik paling jauh dari poros engkol (crankshaft).
TMB (titik mati bawah) atau BDC (bottom dead centre),
posisi piston berada pada titik paling bawah dalam silinder mesin atau piston
berada pada titik paling dekat dengan poros engkol (crankshaft).
1. Langkah kesatu
Piston bergerak dari TMA ke TMB, posisi katup masuk
terbuka dan katup keluar tertutup, mengakibatkan udara (mesin diesel) atau gas
(sebagian besar mesin bensin) terhisap masuk ke dalam ruang bakar. Proses udara
atau gas sebelum masuk ke ruang bakar, dapat dilihat pada sistem pemasukan.
2. Langkah
kedua
Piston bergerak dari TMB ke TMA, posisi katup masuk
dan keluar tertutup, mengakibatkan udara atau gas dalam ruang bakar
terkompresi. Beberapa saat sebelum piston sampai pada posisi TMA, waktu
penyalaan (timing ignition) terjadi, pada mesin bensin berupa nyala busi
sedangkan pada mesin diesel berupa semprotan (suntikan) bahan bakar.
3. Langkah
ketiga
Gas yang terbakar dalam ruang bakar akan meningkatkan
tekanan dalam ruang bakar, mengakibatkan piston terdorong dari TMA ke TMB.
Langkah ini adalah proses langkah yang menghasilkan tenaga.
4. Langkah
keempat
Piston bergerak dari TMB ke TMA, posisi katup masuk
tertutup dan katup keluar terbuka, mengakibatkan gas hasil pembakaran terdorong
keluar menuju saluran pembuangan. Proses selanjutnya di saluran pembuangan
dapat dilihat pada sistem pembuangan.
b. Desain
- Rasio
kompresi
Rasio kompresi adalah perbandingan antara volume
langkah piston dibandingkan dengan volume ruang bakar saat piston pada posisi
TMA.
- SOHC
vs DOHC
Single over head camshaft, mesin dengan noken as
tunggal di atas silinder. Double over head camshaft, mesin dengan noken as
ganda di atas silinder.
- Long
vs Short stroke
Mesin disebut berkarakter long stroke apabila langkah
piston lebih panjang dari diameter piston. Mesin disebut berkarakter short
stroke apabila langkah piston lebih pendek dari diameter piston.
Dari Wikipedia
bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas