Engine adalah suatu alat
yang memiliki kemampuan untuk merubah energi panas yang dimiliki oleh bahan
bakar menjadi energi gerak.
Dibawah ini
adalah bagan klasifikasi engine:
A. Internal
Combustion Engine (Mesin Pembakaran Dalam)
Mesin
pembakaran dalam merupakan sebuah mesin yang proses
pembakarannya berada di dalam ruang tertutup atau sering disebut dengan
istilah ruang
bakar (combustion chamber)
Campuran
udara dan bahan bakar akan dihisap masuk ke dalam ruang bakar lalu kemudian
akan di bakar di dalam ruang bakar tersebut untuk menghasilkan tenaga ledakan
pembakaran yang nantinya digunakan sebagai tenaga putar untuk menggerakkan
kendaraan.
Contoh
mesin pembakaran dalam sering kita temui pada kendaraan-kendaraan baik sepeda
motor, mobil, bus, truk dan lain sebagainya. Mesin pembakaran dalam sendiri
berdasarkan jenis bahan bakar yang digunakan antara lain mesin bensin dan mesin
diesel.
Macam-macam
mesin pembakaran dalam apabila dilihat dari prinsip kerjanya antara
lain mesin Piston, Wankel dan Rotational Motion Type.
Kelebihan
mesin pembakaran dalam dibandingkan dengan mesin pembakaran luar antara lain :
1. Pemakaian
bahan bakar yang digunakan akan lebih hemat karena mesin pembakaran dalam
memiliki efiiensi panas yang lebih baik.
2. Konstruksi
mesin lebih sederhana (kecil) karena tidak seperti pada mesin pembakaran luar
yang memerlukan komponen tambahan, misalnya pada mesin uap maka mesin tersebut
memerlukan ketel uap.
3. Karena
konstruksi mesin sederhana maka mesin pembakaran dalam ini tidak memerlukan
tempat yang luas atau tidak memakan tempat dibandingkan dengan mesin pembakaran
luar/
4. Lebih
cepat dan lebih mudah untuk dijalankan (dioperasikan).
1. Piston Engine Adalah sebuah internal combustion engine yang menggunakan piston dalam
pengoperasianya. Internal
combustion engine yang menggunakan piston ada dua tipe yaitu Diesel dan spark
ignited.
B. Spark Ignited
Engine (Motor Bensin)
Spark Ignited Engine atau biasa di sebut dengan
OTTO engine atau mesin bensin 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, umumnya udara dan bahan bakar
dicampur sebelum masuk ke ruang bakar, pencampuran udara dan bahan bakar
dilakukan oleh karburator atau sistem injeksi. Bahan bakar yang becampur udara
mengalir kedalam ruang bakar dan dikompresikan dalam ruang bakar, kemudian
dipercikan bunga api listrik yang berasal dari busi. Karena itu motor bensin
disebut juga sebagai spark ignation engine. Ledakan yang terjadi dalam ruang
bakar mendorong torak, kemudian mengerakan poros engkol untuk didistribusikan
ke roda.
Tipe-tipe
mesin bensin berdasarkan siklus proses pembakaran adalah:
A) Mesin Bensin 2 tak
Motor bakar dua tak adalah mesin pembakaran dalam
yang dalam satu siklus pembakaran akan mengalami dua langkah piston, berbeda
dengan putaran empat-tak yang mengalami empat langkah piston dalam satu kali
siklus pembakaran, meskipun keempat proses intake, kompresi, tenaga dan
pembuangan juga terjadi.
Prinsip kerja Motor bakar dua tak yakni dengan
menghasilkan satu siklus di setiap putarannya. Artinya satu putaran engkol
berarti satu siklus mesin.
Ini sangat berbeda dengan motor bakar 4 tak yang
memiliki dua putaran engkol dalam satu siklus kerja mesin. Motor 4 tak memiliki
4 langkah dimana setiap langkah itu memakan setengah putaran engkol, sementara
motor 2 tak itu hanya memiliki 2 langkah sehingga cukup 1 putaran untuk
menghasilkan siklus kerja mesin.
Langkah piston
Turun
Langkah pertama adalah ketika piston turun dari TMA
ke TMB. Pada proses ini terjadi pembesaran volume silinder karena saat posisi
piston diatas, volume silinder akan sangat minim. sementara ketika piston
bergerak bawah, maka volumenya berangsur membesar. Pembesaran volume silinder ini menyebabkan adanya
kevakuman (daya hisap). Sebaliknya, dibagian crankcase justru terjadi
pengecilan volume karena piston bergerak kearah bawah.
pada saat piston bergerak kebawah, dinding piston
akan menutup saluran intake, sehingga udara didalam crankcase akan
mengalir ke combustion chamber melalui transfer port.
Langkah Piston
Naik
Ketika piston bergerak dari TMB ke TMA, maka akan
terjadi pengecilan volume ruang bakar, pergerakan piston ke atas, juga akan
menutup transfer port dan exhaust port. Sehingga pergerakan piston ini akan
mengkompresi udara dan bensin yang sebelumnya sudah masuk ke ruang bakar.
Disisi lain pada crankcase, gerakan piston ke atas
menyebabkan pembesaran volume. Saat langkah ini, saluran intake akan kembali
terbuka dan campuran udara bensin kembali masuk ke crankcase. Ketika piston
sudah mencapai puncak, maka busi akan menyala. Saat ini tekanan kompresi sudah
sangat tinggi akibatnya terjadilah pembakaran. Pembakaran ini akan mendorong
piston berekspansi, sehingga piston bergerak ke arah bawah. ketika piston
bergerak kebawah, saluran exhaust dan transfer port akan terbuka sehingga udara
bersih dari crankcase akan mendorong gas sisa pembakaran keluar melalui exhaust
port.
Kelebihan
motor bakar dua tak
·
Top RPM mesin
lebih tinggi
·
Tenaga mesin
juga lebih besar
·
Suara lebih
nyaring
Kekurangan
motor bakar dua tak
·
Bensin lebih
boros
·
Perlu oli samping
·
Emisi sangat
buruk
B) Mesin Bensin 4 tak
Four stroke engine adalah sebuah mesin dimana untuk
menghasilkan sebuah tenaga memerlukan empat proses langkah naik-turun piston,
dua kali rotasi kruk as, dan satu putaran noken as (camshaft).
Empat proses
tersebut terbagi dalam siklus :
a) Langkah hisap
: Bertujuan untuk memasukkan kabut udara – bahan bakar
ke dalam silinder. Sebagaimana tenaga mesin diproduksi
tergantung dari jumlah bahan-bakar yang terbakar selama proses pembakaran.
Prosesnya
adalah :
1. Piston
bergerak dari Titik Mati Atas (TMA) menuju Titik Mati Bawah (TMB).
2. Klep inlet terbuka, bahan bakar masuk ke silinder,
3. Kruk As
berputar 180 derajat,
4. Noken As
berputar 90 derajat,
5. Tekanan
negatif piston menghisap kabut udara-bahan bakar masuk ke silinder.
b) Langkah
Kompresi : Langkah Kompresi Dimulai saat klep inlet menutup dan piston
terdorong ke arah ruang bakar akibat momentum dari kruk as dan flywheel.Tujuan
dari langkah kompresi adalah untuk meningkatkan temperatur sehingga campuran
udara-bahan bakar dapat bersenyawa. Rasio kompresi ini juga nantinya
berhubungan erat dengan produksi tenaga.
Prosesnya
sebagai berikut :
1. Piston
bergerak kembali dari TMB ke TMA
2. Klep In
menutup, Klep Ex tetap tertutup
3. Bahan Bakar
termampatkan ke dalam kubah pembakaran (combustion chamber)
4. Sekitar 15
derajat sebelum TMA , busi mulai menyalakan bunga api dan memulai proses
pembakaran
5. Kruk as
mencapai satu rotasi penuh (360 derajat)
6. Noken as
mencapai 180 derajat
c) Langkah Tenaga : Dimulai ketika campuran udara/bahan-bakar dinyalakan
oleh busi. Dengan cepat campuran yang terbakar ini merambat dan terjadilah
ledakan yang tertahan oleh dinding kepala silinder sehingga menimbulkan
tendangan balik bertekanan tinggi yang mendorong piston turun ke silinder bore.
Gerakan linier dari piston ini dirubah menjadi gerak rotasi oleh kruk as.
Enersi rotasi diteruskan sebagai momentum menuju flywheel yang bukan hanya
menghasilkan tenaga, counter balance weight pada kruk as membantu piston
melakukan siklus
berikutnya.
Prosesnya
sebagai berikut :
1. Ledakan
tercipta secara sempurna di ruang bakar
2. Piston
terlempar dari TMA menuju TMB
3. Klep inlet
menutup penuh, sedangkan menjelang akhir langkah usaha klep buang mulai sedikit
terbuka.
4. Terjadi
transformasi energi gerak bolak-balik piston menjadi energi rotasi kruk as
5. Putaran Kruk
As mencapai 540 derajat
6. Putaran Noken
As 270 derajat
d) Langkag Buang : Langkah buang menjadi sangat
penting untuk menghasilkan operasi kinerja mesin yang lembut dan efisien.
Piston bergerak mendorong gas sisa pembakaran keluar dari silinder menuju pipa
knalpot. Proses ini harus dilakukan dengan total, dikarenakan sedikit saja
terdapat gas sisa pembakaran yang tercampur bersama pemasukkan gas baru akan
mereduksi potensial tenaga yang dihasilkan.
Prosesnya
adalah :
1. Counter
balance weight pada kruk as memberikan gaya normal untuk menggerakkan piston
dari TMB ke TMA
2. Klep Ex
terbuka Sempurna, Klep Inlet menutup penuh
3. Gas sisa hasil
pembakaran didesak keluar oleh piston melalui port exhaust menuju knalpot
4. Kruk as
melakukan 2 rotasi penuh (720 derajat)
5. Noken as
menyelesaikan 1 rotasi penuh (360 derajat)
OVERLAPING
Overlap adalah
sebuah kondisi dimana kedua klep intake dan out berada dalam posisi sedikit
terbuka pada akhir langkah buang hingga awal langkah hisap.
Berfungsi
untuk efisiensi kinerja dalam mesin pembakaran dalam. Adanya hambatan dari
kinerja mekanis klep dan inersia udara di dalam manifold, maka sangat
diperlukan untuk mulai membuka klep masuk sebelum piston mencapai TMA di akhir
langkah buang untuk mempersiapkan langkah hisap. Dengan tujuan untuk
menyisihkan semua gas sisa pembakaran, klep buang tetap terbuka hingga setelah
TMA. Derajat overlaping sangat tergantung dari desain mesin dan seberapa cepat
mesin ini ingin bekerja.
manfaat dari
proses overlaping :
·
Sebagai
pembilasan ruang bakar, piston, silinder dari sisa-sisa pembakaran
·
Pendinginan
suhu di ruang bakar
·
Membantu
exhasut scavanging (pelepasan gas buang)
·
memaksimalkan
proses pemasukkan bahan-bakar
Dari jenis
bahan bakarnya otto engine memiliki dua klasifikasi yaitu bahan bakar gas dan
bahan bakar minyak yaitu bensin.
C) Wankel / Rotari engine
Mesin wankel atau disebut juga mesin rotary adalah
mesin pembakaran dalam yang digerakkan oleh tekanan yang dihasilkan oleh
pembakaran diubah menjadi gerakan berputar pada rotor yang menggerakkan sumbu.
Mesin ini dikembangkan oleh insinyur Jerman Felix
Wankel. Dia memulai penelitiannya pada awal tahun 1950an di NSU Motorenwerke AG
(NSU) dan prototypenya yang bisa bekerja pada tahun 1957. NSU selanjutnya
melisensikan konsepnya kepada beberapa perusahaan lain di seantero dunia untuk
memperbaiki konsepnya.
Prinsip Kerja
mesin Wankel
- Posisi rotor
sisi a merupakan proses langkah hisap, pada langkah hisap campuran udara dan
bahan bakar dihisap masuk ke ruang vakum.
- Posisi rotor
sisi b awal merupakan proses langkah kompresi, pada langkah ini campuran udara
dan bahan bakar dikompresikan, posisi rotor sisi b akhir merupakan proses
langkah usaha, pada langkah ini busi membakar campuran udara dan bahan bakar,
tekanan tinggi hasil dari pembakaran menghasilkan ledakan dan menimbulkan
tenaga untuk menggerakkan rotor.
- Posisi rotor
sisi c merupakan proses langkah pembuangan, pada langkah ini tekanan tinggi
hasil pembakaran keluar melalui exhaust port menuju knlapot.
B. External
combustion Engine (Mesin Pembakaran Luar)
Mesin pembakaran luar atau dalam bahasa inggrisnya
disebut eksternal combustion engine adalah mesin yang menghasilkan sebuah usaha
atau tenaga dimana pembakarannya dilakukan diluar mesin itu sendiri contohnya
adalah mesin uap. pada mesin uap ini air yang dipanaskan lalu diubah menjadi
uap, uap yang berhembus kencang tersebut diarahkan pada bilah-bilah atau daun
turbin, dimana daun atau bilah turbin tersebut dihubungkan dengan sebuah as,
kalau daun turbin tersebut ditendang oleh uap yang diarahkan padanya maka
otomatis as juga akan ikut berputar.
External combustion Engine menggunakan piston
External combustion Engine menggunakan turbin
A) BERDASARKAN LOKASI VALVE/KATUP
1. I-HEAD ENGINE
Mesin pembakaran internal dengan katup intake
dan exhaust ditempatkan langsung di atas piston. Disebut juga mesin
overhead-valve , valve-in-head engine overhead-valve
yaitu jenis mesin pembakaran internal di mana katup masuk dan knalpot berada di
kepala silinder di atas piston nama AS valve-in-head engine.
2. L-HEAD ENGINE
mesin pembakaran internal yang memiliki katup
intake dan exhaust yang tersusun di ruangan di sepanjang satu sisi piston.
3. F-HEAD ENGINE
Mesin intake / inlet over knalpot (IOE), yang
juga dikenal sebagai F-head (di AS) dan katup kantung, adalah konfigurasi
valvetrain yang digunakan pada mesin pembakaran internal awal empat langkah .
Konfigurasi terdiri dari katup inlet yang terletak di kepala silinder dan katup
pembuangan yang terletak di blok silinder atau mesin.
Pada mesin F-head / IOE, manifold intake dan
katupnya terletak di atas silinder, di kepala silinder , dan dioperasikan oleh
lengan rocker yang membalikkan gerak pushrods sehingga katup intake terbuka ke
bawah ke ruang bakar. . Manifold knalpot dan katupnya terletak disamping atau
sebagai bagian dari silinder, di blok. Katup knalpot sejajar atau persis
sejajar dengan piston; wajah mereka mengarah ke atas dan tidak dioperasikan
oleh pushrods terpisah, namun melalui kontak dengan camshaft melalui tappet
atau pengangkat katup dan batang katup pushrod terpadu.
Katup diimbangi ke satu sisi, membentuk apa yang
tampak seperti saku, yang mengarah ke istilah "katup kantung" yang
digunakan untuk mesin IOE. Mesin F-head menggabungkan fitur dari mesin jenis
overhead-valve dan flathead , katup masuk yang beroperasi melalui lengan
pushper dan rocker dan membuka ke bawah seperti mesin katup overhead, sementara
katup buang diimbangi dari silinder dan terbuka ke atas. melalui batang pushrod
/ valve terintegrasi yang langsung digerakkan oleh camshaft, seperti katup di
mesin flathead.
B) BERDASARKAN POSISI DAN JUMLAH SILINDER DARI MESIN
RECIPROCATING
1. SINGLE CYLINDER
Mesin satu silinder adalah konfigurasi mesin
piston dasar dari mesin pembakaran dalam . Hal ini sering terlihat pada sepeda
motor , becak otomatis , skuter motor , moped , sepeda motor trail , go-kart ,
model yang dikendalikan oleh radio , dan memiliki banyak kegunaan pada alat
portabel dan mesin kebun . Beberapa mobil dan traktor silinder tunggal telah
diproduksi, namun langka saat ini karena perkembangan teknologi mesin.
Mesin silinder tunggal sederhana dan kompak, dan
seringkali akan memberikan daya maksimum yang mungkin ada dalam amplop yang
diberikan. Pendingin lebih sederhana daripada dengan beberapa silinder, yang
berpotensi menghemat berat lebih lanjut, terutama jika pendinginan udara dapat
digunakan.
Mesin silinder tunggal membutuhkan roda gila
lebih banyak daripada mesin multi silinder, dan massa yang berputar relatif
besar, membatasi percepatan dan perubahan kecepatan yang tajam. Dalam
pengaturan dasar mereka rentan terhadap getaran - meskipun dalam beberapa kasus
dimungkinkan untuk mengendalikannya dengan poros keseimbangan .
Variasi yang dikenal sebagai split-single
menggunakan dua piston yang berbagi ruang bakar tunggal.
2. IN-LINE
Dalam penerbangan , mesin inline adalah mesin
reciprocating dengan silinder silinder, satu di belakang yang lain, bukan
deretan silinder, dengan masing-masing bank memiliki sejumlah silinder, tapi
jarang lebih dari enam.
Konfigurasi mesin inline :
Mesin dengan satu silinder silinder yang bisa
diatur pada setiap sudut tapi biasanya tegak atau terbalik, (misalnya tegak ADC
Cirrus , terbalik de Havilland Gipsy Major ).
3. V ENGINE
Mesin dengan dua silinder silinder dengan kurang
dari 180 ° di antara mereka mengendarai poros engkol yang umum, biasanya diatur
tegak lurus atau terbalik (misalnya, dengan jujur Liberty L-12 , Argus As 410
).
4. OPPOSED CYLINDER ENGINE
Mesin dengan dua silinder silinder yang
disusun pada 180 ° satu sama lain mengendarai poros engkol yang umum, hampir
dipasang secara universal dengan horisontal untuk penggunaan pesawat terbang,
atau dengan poros engkol vertikal
untuk penggunaan helikopter, (misalnya HV-up
Continental O-190 , dipasang vertikal Franklin 6ACV- 245 ).
5. W ENGINE
Mesin dengan tiga bank mengendarai poros engkol
yang umum, diatur sedemikian rupa sehingga bank pertama dan terakhir terpisah
180 ° atau kurang, (misalnya Lorraine 12Eb yang benar , menyerbu Napier Singa
).
6. OPPSED PISTON ENGINE
adalah mesin pembakaran internal reciprocating
dimana masing asing silinder memiliki piston pada kedua ujungnya, dan tidak ada
kepala silinder
7. RADIAL ENGINE
Mesin radial adalah konfigurasi mesin pembakaran
internal tipe reciprocating dimana silinder "memancarkan" keluar dari
bak mesin pusat seperti jari-jari roda. Ini menyerupai bintang bergaya saat
dilihat dari depan, dan disebut "mesin bintang" (German Sternmotor ,
bahasa Prancis , bahasa Jepang hoshigata enjin , bahasa Italia Motore Stellare)
dalam beberapa bahasa. Konfigurasi radial biasanya digunakan untuk mesin
pesawat terbang sebelum mesin turbin gas menjadi dominan.
