Mesin Piston

Mesin piston adalah mesin panas yang menggunakan satu atau lebih piston yang bergerak, yang tujuannya untuk mengubah tekanan menjadi gerak melingkar. Tipe-tipe mesin piston diantaranya adalah: mesin pembakaran dalam, banyak digunakan di kendaraan bermotor; mesin uap, digunakan pada saat Revolusi Industri; dan juga mesin stirling.

Yang biasanya ada di semua tipe mesin piston

Di mesin piston dimungkinkan adanya satu atau lebih jumlah piston. Piston-piston ini terletak di dalam silinder. Di dalam silinder, campuran bahan bakar dimasukkan. Campuran ini dapat berupa gas yang sudah panas dan bertekanan (seperti dalam mesin uap), atau bisa juga gasnya dipanaskan di dalam silinder dengan sistem pengapian. Gas panas ini nantinya yang akan mendorong piston bergerak ke bawah dan menggerakkan crankshaft.

Mesin piston uap
Sebuah diagram skematik dari sebuah mesin uap 1 silinder.
1 - Piston
2 - Piston rod
3 - Crosshead bearing
4 - Connecting rod
5 - Crankshaft
6 - Eccentric valve motion
7 - Flywheel
8 - Sliding valve
9 - Centrifugal governor.

Di semua tipe mesin ini, pergerakan piston ke bawah akan dikonversikan ke pergerakan melingkar, dengan menggunakan connecting rod dan sebuah crankshaft atau swashplate. Sebuah roda gila digunakan agar perputarannya lebih halus. Semakin banyak silinder dalam mesin piston pada umumnya juga membuat mesinnya lebih halus. Tenaga yang dihasilkan dari mesin piston biasanya berbanding lurus dengan total volume piston mesin tersebut.

Sebuah seal digunakan diantara piston yang bergerak dan dinding silinder sehingga gas bertekanan tinggi yang ada di atas piston tidak bocor dan tidak mengurangi efisiensi mesin piston itu. Seal ini berupa satu atau lebih ring piston. Ring ini terbuat dari logam keras.

Biasanya mesin digolongkan berdasarkan jumlah silinder dan total volume silindernya. Volume silinder dinyatakan dalam satuan sentimeter kubik (cc) atau liter (l). Kalau dilihat dari jumlah silinder, penggolongannya berdasarkan moda yang dipakai. Mesin pembakaran dalam dengan 1 atau 2 silinder kebanyakan dipakai di motor, sedangkan mobil biasanya memakai mesin dari 4 sampai 8 silinder. Sebuah lokomotif atau kapal biasanya memiliki jumlah silinder minimal 12 atau lebih. Volume silinder dapat bervariasi, dari 10 cm³ sampai belasan ribu cm³.

Rasio kompresi adalah besaran perbandingan volume silinder ketika piston sedang berada di dasar silinder dan ketika piston berada di puncak silinder.

Silinder sendiri dapat dipasang segaris, berbentuk mesin V, berseberangan satu sama lain, atau secara radial di sekeliling crankshaft.

Dalam mesin uap dan mesin pembakaran dalam, katup dibutuhkan untuk mengatur bukaan masuk dan bukaan buang dalam siklus piston. Katup dijalankan oleh cam atau crank yang dijalankan oleh tangkai mesin. Desain pada mesin dulu-dulu menggunakan Katup D slide tapi sekarang menggunakan desain Katup piston atau Katup poppet.

Kapasitas mesin

Untuk mesin piston, kapasitas mesin dihitung dari total volume semua piston yang ada di dalam mesin tersebut untuk sekali perpindahan. Biasanya kapasitas mesin diukur dalam satuan liter atau inci kubik atau sentimeter kubik (cc). Mesin dengan kapasitas yang besar biasanya akan lebih bertenaga dan torsinya lebih besar pada putaran rendah, tapi konsumsi bensinnya juga lebih boros, meskipun keluaran tenaga dan konsumsi bensin juga banyak dipengaruhi faktor lain.

Sumber: http://id.wikipedia.org/wiki/Mesin_piston

Read more »

Mesin Dua Tak

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.

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.

Langkah kesatu

Piston bergerak dari TMA ke TMB.

1.    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.

2.    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.

3.    Pada saat ring piston melewati lubang pembuangan, gas di dalam ruang bakar keluar melalui lubang pembuangan.

4.    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.

5.    Piston terus menekan ruang bilas sampai titik TMB, sekaligus memompa gas dalam ruang bilas masuk ke dalam ruang bakar

Langkah kedua

Piston bergerak dari TMB ke TMA.

1.    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.

2.    Saat melewati lubang pemasukan dan lubang pembuangan, piston akan mengkompresi gas yang terjebak dalam ruang bakar.

3.    Piston akan terus mengkompresi gas dalam ruang bakar sampai TMA.

4.    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.

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 4 tak menggunakan oli samping.

Kelebihan dan kekurangan

Kelebihan mesin dua tak

Dibandingkan mesin empat tak, kelebihan mesin dua tak adalah :

1.    Mesin dua tak lebih bertenaga dibandingkan mesin empat tak.

2.    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.

3.    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

1.    Efisiensi mesin dua tak lebih rendah dibandingkan mesin empat tak.

2.    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.

3.    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.

4.    Pelumasan mesin dua tak tidak sebaik mesin empat tak, mengakibatkan usia suku cadang dalam komponen ruang bakar relatif lebih rendah.

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.

Sumber: http://id.wikipedia.org/wiki/Mesin_dua_tak

Read more »

Mesin Pembakaran Dalam

Mesin pembakaran dalam adalah sebuah mesin yang sumber tenaganya berasal dari pengembangan gas-gas panas bertekanan tinggi hasil pembakaran campuran bahan bakar dan udara, yang berlangsung di dalam ruang tertutup dalam mesin, yang disebut ruang bakar (combustion chamber).

"Mesin pembakaran dalam" sendiri biasanya merujuk kepada mesin yang pembakarannya dilakukan secara berselang-seling. Yang termasuk dalam mesin pembakaran dalam adalah mesin empat tak danmesin dua tak, dan beberapa tipe mesin lainnya, misalnya mesin enam tak dan juga mesin wankel. Selain itu, mesin jet dan beberapa mesin roket termasuk dalam mesin pembakaran dalam.

Animasi dari cara kerja mesin 2 tak

Mesin pembakaran dalam agak berbeda dengan mesin pembakaran luar (contohnya mesin uap dan mesin Stirling), karena pada mesin pembakaran luar, energinya tidak disalurkan ke fluida kerja yang tidak bercampur dengan hasil pembakaran. Fluida kerja ini dapat berupa udara, air panas, air bertekanan, atau cairan natrium yang dipanaskan di semacam boiler.

Sebuah mesin piston bekerja dengan membakar bahan bakar hidrokarbon atau hidrogen untuk menekan sebuahpiston, sedangkan sebuah mesin jet bekerja dengan panas pembakaran yang mendorong bagian dalam nozzle dan ruang pembakaran, sehingga mendorong mesin ke depan.

Secara kontras, sebuah mesin pembakaran luar seperti mesin uap, bekerja ketika proses pembakaran memanaskan fluida yang bekerja terpisah, seperti air atau uap, yang kemudian melakukan kerja.

Mesin jet, kebanyakan roket dan banyak turbin gas termasuk dalam mesin pembakaran dalam, tetapi istilah "mesin pembakaran dalam" seringkali menuju ke "mesin piston", yang merupakan tipe paling umum mesin pembakaran dalam.

Mesin pembakaran dalam ditemukan di Cina, dengan penemuan kembang api pada Dinasti Song. Mesin pembakaran dalam resiprokat (mesin piston) ditemukan oleh Samuel Morey yang menerima patenpada 1 April.

Tipe-tipe mesin pembakaran dalam

Mesin dapat diklasifikasikan dalam banyak macam: siklus mesin yang digunakan, layout yang dipakai, sumber enerfi, penggunaan mesin, atau dari sistem pendinginnya.

Konfigurasi mesin

Mesin pembakaran dalam dapat dikelompokkan berdasarkan konfigurasinya.

Layout mesin yang umum adalah:

Mesin piston:

§  Mesin dua-tak

§  Mesin empat-tak

§  Mesin enam-tak

§  Mesin diesel

§  Siklus Atkinson

Mesin rotari:

§  Mesin Wankel

Pembakaran terus-menerus:

§  Turbin gas

§  Mesin jet (termasuk turbojet, turbofan, ramjet, Rocket, dll.)

Cara kerja

Siklus empat-tak (atau siklus Otto)
1. Masukan
2. Kompresi
3. Pembakaran
4. Pembuangan

Seperti namanya, mesin pembakaran dalam 4 tak mempunyai 4 tahap dasar yang terus diulangi setiap 2 putaran mesin:

(1) Siklus masukan (2) Siklus kompresi (3) Siklus pembakaran (4) Sillus pembuangan

1. Siklus masukan: Siklus yang pertama dari mesin pembakaran dalam disebut dengan siklus masukan karena pada saat ini, posisi piston berpindah ke bawah silinder. Membukanya klep menyebabkan perubahan posisi piston, dan campuran bahan bakar yang sudah diuapkan memasuki ruang bakar. Di akhir siklus ini, klep masukan tertutup.

2. Siklus kompresi: Di siklus ini, kedua klep tertutup dan pistonnya kembali bergerak ke atas ke volume minimum, sehingga menekan campuran bahan bakar. Selagi proses penekanan, tekanan, suhu, dan kepadatan campuran bahan bakar meningkat.

3. Siklus pembakaran: Ketika pistonnya mencapai volume minimum, lalu busi akan memantikkan api lalu campuran bahan bakar pun terbakar. Terbakarnya bahan bakar ini memberikan tenaga pada piston sehingga piston kembali bergerak ke bawah dan menggerakkan crankshaft.

4. Siklus pembuangan: Di akhir siklus pembakaran, maka klep buang pun membuka. Selama siklus ini, pistonnya kembali bergerak ke atas menuju volume silinder minimum. Ketika klep buangan membuka, maka gas sisa pembakaran keluar dari silinder. Di akhir siklus ini, klep buangan menutup, klep masukan kembali membuka, dan siklus ini dimulai dari awal lagi.

Pembakaran

Semua mesin pembakaran dalam bergantung pada pembakaran dari bahan bakar kimia, yang biasanya dibakar dengan campuran oksigen dari udara (memungkinkan juga untuk menginjeksikan nitrogen oksida, yang gunanya untuk mendapatkan tenaga tambahan). Proses pembakaran ini menghasilkan panas dalam jumlah besar, ditambah dengan bahan kimia lain misalnya karbon dioksida.

Bahan bakar yang paling umum digunakan saat ini tersusun dari hidrokarbon yang berasal dari bahan bakar fosil. Bahan bakar fosil mencakup bahan bakar diesel,bensin, LPG, dan juga propana. Mesin yang bahan bakarnya menggunakan bensin, mereka juga dapat menggunakan bahan bakar natural gas atau LPG tanpa perlu banyak perubahan.

Sumber: http://id.wikipedia.org/wiki/Mesin_pembakaran_dalam

Read more »