Mesin 4 Tak

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?