Prinsip Kerja Motor Bensin 4 Langkah

Prinsip kerja motor bensin 4 (empat) langkah tak adalah 2 (dua) kali putaran poros engkol (crank shaft) dan 4 (empat) kali gerakan Piston (gerakan naik atau turun) menghasilkan satu kali usaha (ekspansi). Jadi, pada saat putaran pertama (gbr. 1), kerja motor 4 (empat)  tak adalah langkah pemasukan (pengisapan) campuran bahan bakar dan udara melalui valve intake (biasa disebut klep isap) dan langkah kompresi setelah klep isap menutup beberapa derajat sesudah poros engkol (crank shaft) pada titik mati bawah (TMB),. Pada langkah pemasukan (isap), langkah psiton bergerak dari TMA ke TMB.

Kemudian sebelum piston mencapai titik mati atas (TMA), gas yang telah mendapat tekanan pada langkah kompresi akan dibakar oleh nyala api pada busi (plug). Letikan bunga api pada busi umumnya terjadi pada 5 – 10 derajat sebelum piston mencapai TMA, yang akan mengakibatkan terjadinya gaya dorong (ledakan) dan naiknya temperatur ruang bakar pada permukaan piston. Pada saat langkah kompresi, piston bergerak dari TMB ke TMA. 

Tenaga dorong akibat ledakan yang disebabkan terbakarnya campuran  bahan bakar dan udara oleh api busi ini disebut ekspansi. Maka pada putaran poros engkol (crank shaft) kedua (gbr. 2) adalah terjadinya langkah ekspansi yang berakhir beberapa derajat sebelum poros engkol (crank shaft) mencapai titik mati bawah (TMB). Pada langkah ini, piston bergerak dari TMA ke TMB. 

Pada akhir langkah ekspansi, exhoust valve (klep exhose) mulai terbuka dan menutup pada beberapa derajat setelah piston berada pada TMA. Pada saat exhoust valve terbuka, maka sisa pembakaran yang berupa gas buang keluar menuju udara luar melalui saluran gas buang dan muffler (knalpot). Pada saat exhoust valve (klep exhose) akan menutup , intake valve juga mulai terbuka pada beberapa derajat sebelum TMA. Kejadian terbukanya Valve intake dan Exhoust secara bersamaan disebut overlap.. Pada saat langkah pembuangan ini, piston bergerak dari TMB ke TMA.

Dari penjabaran singkat prinsip kerja motor 4 (empat) tak terlihat, bahwa pada proses kerjanya motor bakar dengan 2 (dua) kali putaran crank shaft (4 kali gerakan naik dan turun piston dari TMA ke TMB atau sebaliknya) hanya menghasilkan sekali tenaga dorong (ekspansi). Pada proses kerja motor bakar 4 (empat) tak memerlukan 4 (empat) langkah utama, yaitu langkah pemasukan (isap), langkah kompresi dan pembakaran, langkah ekspansi dan langkah pembuangan. 

Tentu masih ada beberapa hal lain yang menjadi pendukung pada proses kerja motor bakar, yaitu: system pelumasan, system pendinginan (baik pendingan udara langsung atau dengan air pendingin), dan pendukung lainnya yang akan dijabarkan secara praktis satu per satu sebagai bahan perbandingan dalam melakukan riset/pengembangan sepeda motor.  

Gbr. 1. Putaran Pertama Crank Shaft

Pada gbr. 1 dari (a) hinggá (d) merupakan proses kerja motor bakar 4 tak pada saat langkah pemasukan. Langkah ini pada prinsipnya adalah memasukan bahan bakar pada karburator dan udara yang diakibatkan oleh hisapan piston dan perbedaan tekanan yang diakibatkan oleh gas buang diakhir langkah pembuangan. Terlihat gbr. 1.(a) intake valve mulai membuka pada beberapa derajat sebelum TMB dan exhoust valve akan menutup beberapa derajat setelah TMA (gbr.1.d). Pada saat intake valve dan exhoust valve terbuka secara bersamaan beberapa derajat biasa disebut posisi atau dalam keadaan Overlap Valve.

Gbr. 1 dari (e) adalah akhir awal dari langkah kompresi, yaitu menekan gas bahan bakar dan udara yang telah dihisap oleh piston pada saat langkah pemasukan. Langkah kompresi ini tujuanlah adalah agar campuran bahan bakar dan udara bertekanan tinggi, akibatnya pada ruang bakar terkonsentrasi campuran bahan bakar bertekanan tinggi dan padat. Diakhir langkah kompresi, yaitu saat piston bergerak dari TMB ke TMA campuran bahan bakar bertekanan pada ruang bakar (combustion chamber) dibakar oleh letikan bunga api dari busi pada beberapa derajat sebelum TMA (gbr.1. g). Hasil dari pembakaran ini akan menghasilkan energi dorong atau tekan pada kepala piston (gbr. 2), sehingga piston akan terdorong dari TMA ke TMB. 

Pada gbr. 1. terdapat 2 lingkaran, yaitu: lingkaran kecil dibawah  dan lingkaran besar diatasnya menggambarkan perbandingan putaran crank shaft dengan putaran Cam Shaft sebagai penggerak valve in dan out. Perbandingan antara crank shaft dengan cam chaft adalah 2 :1, yaitu 2 kali putaran crank shaft (360 º X 2 putaran = 720 º), sedangkan cam shaft hanya 1 putaran saja (360 º). Pada gbr. 1. crank shaft berputar 360 º yang menyebabkan piston bergerak dari TMA turun ke TMB dan kembali ke TMA. Cam shaft hanya berputar 180 º, saat ini cam shaft  menggerakkan rocker arm (pelatuk) agar menekan intake valve (klep isap) sesuai dengan waktu (durasi) yang ada dan juga menggerakan rocker arm (pelatuk) pada exhoust valve (klep exhos) diakhir langkah pembuangan.

Pada gbr. 1 dapat dijadikan acuan dalam mengembangkan atau meriset sepeda motor, terutama dalam pengaturan bahan bakar dan udara yang diperlukan oleh engine, sehingga diperoleh kapasitas campuran bahan bakar dan udara yang sesuai dengan kapasitas perubahan pada bagian kepala silinder dan blok silinder. Sistim pengapian juga terjadi pada saat putaran pertama crank shaft, tentu sistim pengapian ini juga menentukan besar atau kecilnya hasil pembakaran yang berupa langkah expansi. 

Dengan mengacu pada gbr. 1, periset bisa memulai membuat rencana kerja apa saja yang akan dilakukan sesuai dengan prinsip kerja motor 4 tak pada putaran poros engkol (crank shaft) pertama kali.


Gbr. 2 adalah saat poros engkol melakukuan putaran kedua menggerakkan piston dari TMA ke TMB melakukan langkah ekspansi, kemudian bergerak dari TMB ke TMA untuk melakukan langkah pembuangan.

                

Gbr. 2. Putaran Kedua Crank Shaft

Gbr. 2. h adalah gerakan piston dari TMA ke TMB akibat gaya dorong yang dihasilkan oleh pembakaran diakhir kompresi oleh letikan bunga api busi. Akibat gaya dorong yang diteruskan ke poros engkol melalui connecting rod, maka gerakan tersebut diubah menjadi gerakan putar oleh poros engkol (crank shaft). Tenaga inilah yang menyebabkan motor bakar bisa berjalan, tentu perlu beberapa penerus atau penghubung tenaga seperti kopling (clutch), gigi tranmisi dan seterusnya hinggá ke roda-roda.

Pada gbr.2 dari (h) hinggá beberapa derajat sebelum TMB (gbr.2. k), seluruh valve tertutup, dengan durasi penutupan juga sesuai dengan spesifikasi yang ditentukan atau keinginan periset. Saat inilah temperatur engine meningkat akibat terjadinya proses pembakaran campuran bahan bakar dan udara hingga  pada akhirnya menghasilkan langkah ekspansi. Besar dan kecilnya tenaga dorong hasil pembakaran pada langkah ekspsansi adalah merupakan hasil dari kerja pada prinsip kerja sebelumnya (gbr.1).

Gbr. 2. (l) menunjukkan akhir langkah kompresi dan awal langkah pembuangan, karena pada saat ini exhoust valve mulai terbuka. Dengan terbukanya exhoust valve pada saat poros engkol berada pada beberapa derajat sebelum TMB, maka hasil pembakaran akan keluar menuju udara bebas melalui saluran gas buang dan muffler (knalpot). Langkah pembuangan berakhir pada saat piston berada pada beberapa derajat setelah TMA bersamaan dengan terbukanya intake valve pada beberapa derajat sebelum TMA (gbr.2. o).

Setelah melihat prinsip kerja motor bakar pada gbr. 2 dari (h) hinggá (o), periset juga harus merencanakan riset pada sepeda motor, terutama terhadap temperatur yang berhubungan dengan daya tahan engine dan dapat memilih jenis muffler (knalpot) yang sesuai dengan kebutuhan engine.

Begitu pentingnya para periset sepeda motor untuk mengetahui prinsip kerja motor bakar 4 tak, apabila ingin melakukan pengembangan pada jenis sepeda motor 4 tak, baik itu pemula ataupun yang telah memiliki pengetahuan tentang teknik automotive. Tanpa penguasaan dan pengetahuan tentang prinsip kerja motor bakar 4 tak, kemungkinan hasil risetnya tidak maksimal. 

Dengan pengetahuan yang memadai tentang prinsip motor bakar 4 tak, setidaknya bagi para pemula atau yang tidak mahir dalam bongkar pasang pun dapat merencanakan pengembangan sepeda motor sesuai dengan keinginan dan tujuannya. Minimal, para periset pemula dapat mempersiapkan dan menyesuaikan pendanaan dengan pekerjaan pengembangan (riset) yang akan dilakukan.