Memahami lebih dalam mesin 4 Tak
Posted: 13 September 2010 in Fungsi dan Cara Kerja, MESIN DAN BALAP
Tag:4 langkah, 4 tak, apa, balap, bore up, drag, dsara, honda, itu, Kencang, kohar, kompresi, korek, memahami, mesin, motor, proses, siklus, suzuki, Yamaha
taken from : mototuneusa
Head KIT for Jupiter Z
Banyak dari kita memahami mesin 4 tak ( 4 langkah ) adalah sebuah
kesautuan banyak komponen yang membentuk kinerja dimana dalam
menghasilkan sebuah tenaga konversi kalor menjadi kinetik dibutuhkan 4
siklus kerja berdasarkan rotasi kruk as dan translasi torak. Tidak ada
yang salah, karena kebanyakan buku kursus dan guru kita di STM
mengajarkan demikian, bahkan dari pemahaman sederhana ini saja mungkin
kita belum mengerti seutuhnya.

Coba kita ulang, 4 langkah gerak turun-naik piston itu adalah :
langkah hisap, langkah kompresi, langkah usaha (power) , langkah buang.
Betul?! Setiap langkah piston dari TMA (titik mati atas) ke TMB (titik
mati bawah) membutuhkan durasi kinerja kruk as sejauh 180 derajat, oleh
karenanya satu siklus utuh mesin 4 langkah membutuhkan 720 derajat
durasi kruk as, dan 360 derajat durasi noken as, atau 2 kali putaran
kruk as – 1 kali putaran noken as. Pemahaman dasar tentang cara kerja
mesin 4 langkah sangat penting sebelum kita mengembangkan tenaga lebih
dari standardnya.
1. proses hisap. Piston bergerak dari TMA ke TMB, klep intake terbuka, campuran udara/bahan-bakar terhisap masuk oleh piston.
2. proses kompresi. Piston bergerak dari TMB ke TMA, kedua klep
tertutup, campuran udara/bahan-bakar dipadatkan menuju kubah ruang bakar
oleh piston.
3. proses usaha. Busi menyala meledakkan campuran udara/bahan-bakar hingga mendorong piston bergerak dari TMA ke TMB.
4. proses buang. Klep buang terbuka, piston bergerak dari TMB ke TMA mendorong gas sisa pembakaran.
HI - PERFORMANCE Kit, YAMAHA JUPITER MX
ITU SAJA BELUM CUKUP!
Mentor kami dari negeri paman sam berkata lain, bahwasanya mesin
motor / mobil yang kita kendarai sehari-hari itu tidak hanyak 4 tak – 4
langkah, melainkan dapat dipilah lebih detail menjadi 8 langkah ( 8 tak
)!! Gila gak? Memang gila! Tapi kalau mau bikin mesin kencang, kita
harus mau belajar gila untuk memahami mesin 8 tak. Dan inilah rahasia
terbesar titik-titik penting pengembangan dapur pacu pembangkit tenaga.
Sebelumnya mari kita menyelaraskan pikiran kita tentang pemahaman torsi,
TORSI
, apa itu? Istilah torsi seringkali dipakai dengan salah untuk
mendeskripsikan kekuatan mesin di RPM Rendah. Dalam kenyataannya, Tenaga
( horsepower ) adalah satu-satunya yang berperan penting, karena torsi
tidak melibatkan satupun pergerakan! Torsi hanyalah pengukuran statis
dalam menilai kekuatan lenting, titik! Dalam sebuah event balap, tujuan
utama kita adalah menciptakan sebuah mesin motor yang mampu menghadirkan
kekuatan pergerakan linier akselerasi dari 8,000 RPM ke puncak limiter.
Kunci untuk mencapai tujuan itu tertanam pada pemahaman akan cara kerja
mesin menciptakan tenaga.
Ketika torsi ( Kekuatan Statis ) dikombinasikan oleh putaran kruk as
dalam satuan waktu –RPM- , hasilnya adalah Horsepower ( Kinerja /
Akselerasi ). Dari tiga faktor perhitungan, satu-satunya konstanta pasti
adalah RPM. Dengan kata lain, RPM akan selalu meningkat dalam sebuah
progresi numeric sempurna. ( missal : Akan selalu ada 1,000 RPM diantara
5,000 dan 6,000 RPM) sehingga, jika mesin dapat di setel untuk
menciptakan keluaran torsi konstan melalui rentang RPM yang lebar,
Horsepower akan “secara-otomatis” mengalikan progresi linier sempurna
yang sama dengan RPM!
KIT Honda Grand/Supra110
Sebuah keluaran torsi rata! Ini adalah jantung dari tantangan
menyeting mesin! Karena umumnya ketika mesin sudah di seting ulang untuk
menciptakan lebih banyak torsi di rentang RPM tertentu, akan terjadi
kehilangan di rentang RPM lainnya. Untuk melihat mengapa ini terjadi,
mari kita cermati kompromisasi setingan pada RPM yang berbeda. Harus
disadari bahwa setiap langkah dari suatu proses dimulai lebih dini
mendahului langkah piston sesungguhnya , maka akan semakin akurat untuk
berpikir tentang siklus mesin dalam 8 langkah ketimbang 4 langkah yang
dibagi 180 derajat.
Timing diagram
2 Fase Langkah Buang ( Exhaust Blowdown / Exhaust Return )
Exhaust Blowdown: Sisa gas hasil ledakan harus
dibersihkan tuntas dari silinder. Jalan satu-satunya adalah dengan
membuka klep buang lebih dini sekitar 30 – 40 derajat sebelum akhir
langkah buang ( TMB ) sehingga tekanan gas yang masih terbakar dapat
mulai melarikan diri keluar dari silinder. Jika ledakan dibiarkan
berlanjut mendorong piston hingga TMB, sedangkan kedua katup dalam
keadaan menutup menciptakan kevakuman silinder tingkat tinggi, maka
piston akan bekerja terlalu keras untuk mendorong balik ke atas melawan
tekanan yang diciptakan oleh gas yang masih terbakar dan menyerebak saat
melakukan langkah buang. Ketimbang demikian, sebaiknya sebagian tekanan
itu dipakai untuk meniup dirinya keluar dari silinder sementara piston
masih bergerak turun.
Hi Speed Exhaust
Exhaust Return: Seketika piston berganti arah translasi dalam fase
exhaust return,
sisa tekanan hilang. Jika silenser knalpot diposisikan sesuai teorema
Dinamika Gas Buang untuk menghasilkan tenaga, maka saat terbaik untuk
membuka klep buang adalah kompromi antara menciptakan tenaga terbesar
dari fase usaha pada RPM rendah, dan kehilangan tenaga akhir dari fase
buang di RPM tinggi, atau sebaliknya!
3 FASE HISAP
Ada 3 tahapan berbeda yang menstimulasi aliran udara/bahan-bakar memasuki mesin.
Intake Overlap: Fase pemasukan sebenarnya dimulai
saat akhir fase buang. Sekiranya 20 derajat sebelum TMA , klep masuk
mulai terbuka. Ini disebut juga periode overlap noken as dikarenakan
klep inlet & outlet saling terbuka dalam jumlah kecil pada saat yang
sama. ( Klep buang dalam proses menutup – Klep masuk dalam proses
terbuka )
Tekanan gas buang yang relatif rendah menciptakan pola aliran udara
di atas silinder yang menarik pengabutan campuran udara segar ke dalam
silinder menggantikan sisa gas buang. Hebatnya, perlu disardari
bahwasanya aliran udara/bahan-bakar masuk ke dalam silinder bahkan sudah
dimulai meski piston masih dalam translasi dari TMB ke TMA. Melawan
arah dari alirah udara yang seharusnya terpompa!!!
Intake Suction: Sekarang piston telah melewati 20
derajat setelah TMA dan berakselerasi turun, menciptakan tekanan yang
rendah dalam silinder sehingga menarik udara./bahan-bakar. Pada saat
yang sama, klep terbuka secara cepat mengijinkan campuran
udara/bahan-bakar untuk memasuki silinder tanpa halangan. Jumlah yang
terhisap dan kecepatan aliran udara ini akan meningkat seiring dengan
kombinasi porting, tinggi angkatan klep dan putaran mesin -RPM-.
Intake Charging: Ini adalah fase antara piston yang
telah melalui akhir langkah, dan mulai bergerak naik. Dikarenakan
momentum kecepatan tinggi tekanan udara tercipta oleh fase hisap, banyak
dari campuran udara/bahan-bakar masih terhisap bergerak turun melaui
jalur pemasukan untuk mengisi silinder meskipun piston mulai bergerak
naik. Ini adalah fenomena yang meningkat sesuai kecepatan mesin,
mencapai titik dimana secara progresif persentase tinggi dari pengisian
silinder terjadi setelah piston tak lagi secara fisik “menghisap”
campuran untuk masuk. Karenanya, penting untuk meningkatkan fase hisap
lebih dari sekedar mendeskripsikannya dalam 180 derajat kruk as.
Rata-rata, dalam mendesain mesin performa tinggi klep tidak sepenuhnya
tertutup meski piston sudah bergerak naik 55 – 70 derajat setelah
melampaui 180 derajat langkah hisap untuk mengoptimalkan pemasukan
bahan-bakar!!
catt : Sebagaimana dapat kamu lihat, panjangya fase
ini berhubungan dengan kecepatan mesin. Ini adalah sebuah kompromi
lainnya, dikarenakan sementara proses klep in yang tertunda untuk
menutup meningkatkan pengisian pada RPM tinggi, kecepatan muatan tidak
cukup tinggi pada RPM rendah, dan piston akan mendorong beberapa dari
campuran udara/bahan-bakar kembali ke porting bahkan lebih parah
tersembur ulang ke karburator menciptakan kekacauan kalibrasi.
Juga, dengan tujuan mencampur kekuatan utama dari fase hisap, muatan
yang terinduksi harus terbakar sepenuhnya. Jika karburator diseting
dengan jet yang tepat, campuran udara/bahan-bakar akan benar. Namun,
semenjak bahan-bakar lebih berat ketimbang udara, mungkin saja untuk
beberapa molekul bahan bakar terpisah dari campurannya saat bergerak
melalui porting memasuki silinder. Ini dapat menyebabkan campuran
menjadi kacau, dan menjadikan efisiensi pembakaran yang menyedihkan.
Muatan udara/bahan-bakar harus tetap berturbulensi dalam silinder
untuk menjaga keseragaman campuran keluar. Salah satu cara popular untuk
melakukannya pada mesin 2 klep adalah menciptaka kelokan lembut pada
porting untuk memutar campuran udara memasuki silinder. Ini tidak akan
berguna untuk mesin multi klep, dikarenankan terlalu banyak turbulensi
tercipta dalam porting, yang merusak volume dari aliran udara ke dalam
silinder.
Compression Phase
Momen dimana klep in tertutup dan klep buang belum terbuka sementara
piston bergerak naik melakukan tekanan menandai akhir fase hisap, dan
dimulainya fase kompresi. Inilah sebenarnya rasio kompresi dihitung,
yaitu kompresi Dinamis! Semakin banyak campuran udara/bahan-bakar yang
dapat ditekan — semakin besar pula total ledakan yang dapat dibakar.
Semakin besar ledakan, semakin kuat daya lenting piston memutar kruk as
dalam menghasilkan tenaga.
Batasan seberapa banyak yang mampu kita kompresikan? Seberapa kuat
kita boleh memadatkan bahan-bakar yang masuk? Satu-satunya batasan
adalah hingga tidak terjadi detonasi. Satu faktor yang menjadi efek
merusak terhebat dalam mesin adalah detonasi. Dan salah satu pencegah
terjadinya Detonasi adalah kekompakan dan efisiensi ruang bakar!!
2 FASE TENAGA
Pre Power Burning Phase Busi membutuhkan waktu beberapa
saat untuk menyebar menjadi api dan membakar semua bahan-bakar. Jika
waktu ini dipakai saat piston mulai bergerak turun, maka ada sejumlah
bahan-bakar yang potensial untuk dapat diubah menjadi tenaga akan
hilang. Jadi, momentum terbaik untuk menyalakan busi adalah sebelum
piston mencapai puncak dari langkah kompresi, biasanya antara 35 derajat
– 40 derajat sebelum TMA.
Balancing Kruk As, Penting
Power Production Stroke Seketika piston mencapai
TMA, inilah titik penting permukaan piston menerima tempaan ledakan
hasil pembakaran yang terfokus dalam menciptakan tenaga. Inilah inti
mesin, memproduksi tenaga. Hasil ledakan dipakai mendorong piston,
ditekan berat hingga melesat turun ke titik dimana fase exhaust
blowdown, sekitar 140 derajat dari TMA, disaat ini klep buang mulai
membocorkan kompresi dan meringankan beban kruk as serta meningkatkan
akselerasi daya lenting piston. Setelah itu semua langkah ini terulang
kembali dari mula.
KESIMPULAN Sebagaimana mesin empat langkah bekerja,
ternyata pemahaman itu saja masih jauh dari sempurna. Ditambah
permasalahan dasar menyetel mesin, banyak tenaga terbuang dipakai untuk
mengisi ulang silinder hanya untuk menyiapkan langkah usaha.
Kenyataanya, dalam siklus yang sempurna (720 derajat kruk as), rata-rata
fase langkah usaha hanya kurang dari 140 derajat!!! Banyak peningkatan
perbaikan dapat dilakukan untuk membuat sisa 580 derajat itu untuk
memaksimalkan siklus langkah USAHA, dan begitu pula pentingnya,
meminimalisir kehilangan pengisian ulang. Dari titik sederhana ini dapat
dipahami betapa poin penyetelan dimana klep in menutup dalam mengatur
kompresi, dan titik dimana klep buang mulai terbuka dalam mengatur
tenaga akan memberi perubahan drastis pada mesin.
Belum kemudian ditambahkan inspirasi oleh guru saya, mas Londo dari
bengkel TRB di bilangkan Kalasan – Klaten Jawa Tengah. “memang mesin 4
tak,kenyataanya bukan bener2 4 kali siklus.masih ditambah siklus
overlap.Pada siklus overlap ini aja masih banyak banget pr yang mesti
kita kerjakan…
-kenapa mesti ada siklus overlap?
-berapa tinggi lift idealnya ketika overlap?
-berapa derajat idealnya ketika overlap?
-Berapa sudut idealnya klep in dan ex?
-berapa ketinggian sitting klep in dan ex?
-apakah harus sejajar/tingginya sama?
-apakah harus tinggi yang in,atau sebaliknya?
Hmmm… diskusi kami akan berlanjut. Diskusi diantara kalian boleh
dilanjut. Di lintasan balap kita boleh menjadi rival, tapi di kehidupan
sehari-hari betapa indahnya jika kita dapat bersaudara… Itulah indahnya
silaturahmi.