Aplikasi Siklus Otto dan Siklus Diesel

- Perbedaan langkah ICE 2 tak dan 4 tak

Didalam dunia otomotif, sebagai prime mover (pengerak utama) digunakan internal combustion engine (motor pembakaran dalam), baik itu motor bensin maupun motor disel, dan kedua jenis motor tersebut ada yang menggunakan proses kerja 4 tak atau menggunakan proses kerja 2 tak. Istilah motor 4 tak dan motor 2 talk adalah istilah dalam bahasa Belanda, dalam bahasa Inggris disebut four stroke engine dan two stroke engine, sedangkan dalam bahasa Indonesia disebut motor 4 langkah dan motor 2 langkah, tapi secara umum lebih populer motor 4 tak dan 2 tak.
Motor 4 tak adalah motor yang tiap satu kali proses kerjanya memerlukan 4 kali gerakan piston (seker : Belanda, torak : Indonesia) dari TMA (Titik Mati Atas) ke TMB (Titik Mati Bawah) dan dari TMB ke TMA atau dua kali putaran crank shaft (kruk as : Belanda, poros engkol : Indonesia).
Motor 2 tak adalah motor yang tiap satu kali proses kerjanya memerlukan 2 gerakan piston dari TMA ke TMB dan dari TMB ke TMA atau satu kali putaran crank shaft.

Karakteristik motor 4 tak :
1. Bahan bakarnya hemat.
2. Gas bekasnya lebih bersih (emisinya rendah).
3. Kontrusinya rumit, karena adanya klep, sehingga harganya mahal dan perawatannya sulit.

Karakteristik motor 2 tak :
1. Bahan bakarnya boros.
2. Gas bekasnya kotor (emisinya tinggi).
3. Konstruksinya sederhana, sehingga harganya murah dan perawatannya mudah.

Dengan pertimbangan konstruksi yang sederhana, maka motor 2 tak banyak diaplikasikan untuk kendaraan roda dua. Masalah bahan bakar yang boros, dengan kapasitas mesin untuk sepeda motor pada umumnya relatif kecil, hal itu tidak terlalu memberatkan. Begitu juga dengan polusi gas bekasnya, karena dulu populasi sepeda motor belum terlalu banyak dan juga isu tentang polusi udara belum mendapatkan perhatian secara serius maka pada periode dibawah tahun 1990 popularitas sepeda motor dengan pengerak motor 2 tak cukup tenar di Indonesia.

Perbedaan mendasar antara motor 4 tak dengan motor 2 tak :

1.  Pada motor 4 tak, satu kali proses kerja memerlukan 2 kali putaran crank shaft, sedangkan pada   motor 2 tak, satu kali proses kerja hanya memerlukan 1 kali putaran crank shaft, sehinga untuk   kedua motor ini apabila kapasitas silindernya sama (misalnya sama-sama 100 cc) maka pada putaran kerja yang sama secara teoritis konsumsi bahan bakar motor 2 tak dua kali lebih boros dibandingkan dengan motor 4 tak.
Akan tetapi sebetulnya pada waktu mendesain sebuah sepeda motor maka yang diperhitungkan adalah tenaga yang diperlukan. Artinya apabila direncanakan sebuah sepeda motor dengan kemampuan membawa beban katakan 150 kg didesain agar mampu melaju dengan kecepatan 100 km/jam, seandainya tenaga yang diperlukan untuk itu adalah 8 TK, maka apabila digunakan motor 4 tak tenaga sebesar itu dapat dihasilkan oleh motor dengan kapasitas silinder 100 cc pada putaran kerja 6.000 rpm, maka apabila digunakan motor 2 tak seharusnya cukup dengan kapasitas silinder 50 cc pada putaran kerja 6.000 rpm!

2.  Pada motor 4 tak, semua proses kerja seperti pengisian, kompresi, usaha dan pembuangan,    semuanya terjadi diatas piston, sehingga bagian bawah piston bebas berhubungan dengan karter yang berisi minyak pelumas/oli akibatnya proses pelumasan pada piston, cylinder liner dan crank shaft dapat berlangsung dengan efektif sekali.
Pada motor 2 tak, proses kerjanya melibatkan ruangan diatas dan dibawah piston, proses pengisan terjadi dengan dihisapnya campuran udara dan bahan bakar kedalam ruangan dibawah piston dahulu, baru kemudian ditranfer kebagian atas piston selama lubang bilas terbuka, sehingga ruangan dibawah piston harus merupakan ruang tertutup yang tidak boleh berhubungan dengan karter yang berisi minyak pelumas/oli. Dengan demikian piston, cylinder liner dan crank shaft tidak bisa dilumas oleh minyak pelumas/oli yang ada didalam karter. Oleh karena itu pelumasan dilakukan dengan cara mencampurkan minyak pelumas/oli pada bahan bakar yang dihisap oleh mesin sehingga sebagian dari minyak pelumas/oli akan menempel pada piston, cylinder liner dan crank shaft yang memerlukan pelumasan, sedangkan sebagian dari minyak pelumas/oli akan masuk kedalam silinder dan ikut dalam proses pembakaran sehingga mengakibatkan meningkatnya emisi gas buang dari motor 2 tak ini. Sistim pelumasan ini secara umum dikenal masyarakat dengan istilah “menggunakan oli samping”. Bagaimanapun juga efektifitas sistim pelumasan menggunakan oli samping tidak bisa mengungguli proses pelumasan dari karter mesin.

   3. Pada motor 4 tak, overlaping antara proses pembuangan dan pemasukan hanya terjadi beberapa saat yaitu pada fase akhir pembuangan dan awal pemasukan.
Pada motor 2 tak, seluruh proses pembilasan, yaitu perpindahan campuran udara dengan bahan bakar dari ruangan dibawah piston kedalam cylinder diatas piston, terjadi didalam proses pembuangan. Dengan demikian kemungkinan adanya campuran udara dengan bahan bakar yang langsung terbuang keluar dari cylinder pada waktu overlaping pada motor 2 tak jauh lebih besar dibandingkan dengan motor 4 tak, sehingga efisiensi motor 2 tak lebih rendah dari motor 4 tak. Hal ini juga memberikan kontribusi kenapa motor 2 tak boros pemakaian bahan bakarnya.
Uraian seperti tersebut pada butir 2 dan 3 itulah yang menjawab pertanyaan seperti pada butir 1, yaitu apabila tenaga yang dibutuhkan sama dan pada putaran kerja yang sama bukankah seharusnya kapasitas motor 2 tak adalah setengah dari kapasitas motor 4 tak?

Dari pertama kali diciptakan sampai sat ini, desain dan kostruksi dari motor 2 tak relatif tidak ada inovasi yang signifikan, apalagi kalau dikaitkan dengan usaha untuk mengeliminir kelemahan pada motor 2 tak seperti pada uraian butir 2 dan 3, sehingga pertanyaan butir 1 dapat direalisir. Padahal apabila ini bisa direlisir maka ukuran dari motor dapat diperkecil, sehingga kebutuhan materialnya lebih sedikit dan biaya produksi lebih murah yang pada akhirnya harga jual bisa ditekan.
Pertanyaannya adalah, apakah memungkinkan melakukan inovasi untuk itu?
Dan kami berani menjawab, amat sangat memungkinkan sekali!

Pada motor jenis disel, sudah ada yang menggunakan sistim 2 tak dengan inovasi sistim pembuangan menggunakan exhoust valve dan sistim “Super charge” dengan blower untuk pembilasannya sehinga bagian bawah piston dapat langsung berhubungan dengan karter sehinga pelumasan pada piston, cylinder liner dan crank sahft dapat berlangsung dengan sempurna. Aliran udara bilas dari blower masuk melalui intake port pada bagian bawah cylinder kemudian naik keatas dan keluar melalui exhoust valve pada cylinder head (over head valve), masuk kedalam exhoust manifold.

Pada motor disel, tidak ada kehilangan bahan bakar pada pada sistim pembilasan karena pembilasan hanya udara murni dan gas bekas saja, bahan bakar diinjeksikan pada akhir langkah kompresi.
Sejak tahun 2000 sistim “Fuel injection” (sistim injeksi bahan bakar) sudah mulai populer dipakai pada motor bensin, bahkan pada tahun 2005 mulai ada sepeda motor yang menggunakan sistim fuel injection, menggantikan sistim karburator. Tapi sepeda motor tersebut menggunakan motor 4 tak karena sejak tahun 2000 motor 2 tak mulai ditinggalkan.

Kembali pada uraian/kendala butir 3, bahwa motor 2 tak dengan menggunakan karburator mengalami kehilangan bahan bakar pada waktu overlaping, yaitu proses pembilasan (udara dengan bahan bakar) yang terjadi pada waktu proses pembuangan sedang berlangsung. Dengan meggunakan sistim fuel injection maka pada proses pembilasan hanya ada udara murni saja karena bahan bakar baru diinjeksikan kedalam silinder sesudah proses pembilasan selesai, bahkan sesudah proses pembuangan selesai, sehingga tidak mungkin ada bahan bakar yang hilang selama proses pembilasan dan pembuangan berlansung.

Kembali pada uraian butir 2, bahwa proses kerja motor 2 tak melibatkan ruangan diatas dan dibawah piston, sehinga pelumasan pada piston cylinder liner dan cank shaft tidak optimal. Dengan sistim pembilasan “Super charge” menggunakan blower/fan pada maka bagian bawah piston dapat dibebaskan dari fungsi pembilasan sehingga bagian bawah piston dapat berhubungan dengan karter yang besisi minyak pelumas/oli agar supaya pelumasan pada piston, cylinder liner dan cank shaft dapat berlangsung dengan sempurna dan tidak perlu lagi menggunakan oli samping. Penambahan komponen mesin berupa blower/fan untuk untuk pembilasan pada motor 2 tak tidak terlalu sulit dan mahal, sudah lama ada sepeda motor yang menggunakan fan cooling atau air injection sistem kedalam exhaoust manifold untuk menurunkan emisi gas buang. Jadi kira-kira tambahan komponen seperti itulah yang diperlkan untuk inovasi sistim pembilasan.

Dengan dua inovasi tersebut yaitu penggunan Fuel injection dan Super charge, maka kita dapat kembali menggunakan motor 2 tak namun dengan kateristik baru yaitu tidak boros bahan bakar, tingkat emisi gas buangnya rendah dan konstruksi tetap sederhana. Secara partial semua teknologi yang saya kemukakan tersebut sudah pernah diaplikasikan oleh produsen sepeda motor, sehingga secara teknologi sudah dikuasai, tidak ada yang baru. Keuntungan lainnya adalah untuk tenaga dan putaran kerja yang sama, kapasitas silinder motor 2 tak baru ini kira-kira hanya setengah dari motor 4 tak, desain dan konstruksi sederhana sehingga hemat material, biaya produksi murah dan harga jual dapat ditekan.