Siklus Udara Volume Konstan (Siklus Otto)Nikolaus August Otto(14 Juni183228 Januari1891) ialah penemumesin pembakaran dalamasal Jerman. Sebagai lelaki muda ia mulai percobaan dengan mesin gas dan pada1864ikut serta dengan 2 kawan untuk membentuk perusahaannya sendiri. Perusahaan itu dinamaiN. A. Otto & Cie., yang merupakan perusahaan pertama yang menghasilkanmesin pembakaran dalam. Perusahaan ini masih ada sampai kini dengan namaDeutz AG.Mesin atmosferpertamanya selesai pada Mei1867. 5 tahun kemudian ia disusul olehGottlieb DaimlerdanWilhelm Maybachdan bersama mereka ciptakan gagasanputaran empat takatauputaran Otto.Pertama kali dibuat pada1876, tak itu merupakan gerakan naik atau turun pada piston silinder. Paten Otto dibuat tak berlaku pada1886saat ditemukan bahwa penemu lain,Alphonse Beau de Rochas, telah membuat asas putaran 4 tak dalam selebaran yang diterbitkan sendirian. Menurut studi sejarah terkini, penemu ItaliaEugenio BarsantidanFelice Matteuccimempatenkan versi efisien karya pertama dari mesin pembakaran dalam pada1854diLondon(nomor paten 1072). Mesin Otto dalam banyak hal paling tidak diilhami dari penemuan itu.Siklus ideal volume kostan ini adalah siklus untuk mesin otto. Siklus volume konstan sering disebut dengan siklus ledakan ( explostion cycle) karena secara teoritis proses pembakaran terjadi sangat cepat dan menyebabkan peningkatan tekanan yang tiba-tiba. Penyalaan untuk proses pembakaran dibantu dengan loncatan bunga api. Nikolaus August Otto menggunakan siklus ini untuk membuat mesin sehingga siklus ini sering disebut dengan siklus otto.Pada siklus otto atau siklus volume konstan proses pembakaran terjadi pada volume konstan, sedangkan siklus otto tersebut ada yang berlangsung dengan 4 (empat) langkah atau 2 (dua) langkah. Untuk mesin 4 (empat) langkah siklus kerja terjadi dengan 4 (empat) langkah piston atau 2 (dua) poros engkol. Adapun langkah dalam siklus otto yaitu gerakan piston dari titik puncak (TMA=titik mati atas) ke posisi bawah (TMB=titik mati bawah) dalam silinder.Mesin empat langkah pertama kali didemonstrasikan oleh Nikolaus Otto pada tahun 1876. Mesin empat langkah sekarang ini semakin populer. Hampir semua jenis kendaraan telah menggunakan mesin empat langkah. Di Indonesia produsen sepeda motor yang dulunya dua langkah kini beralih ke empat langkah. Ini karena mesin empat langkah lebih hemat dalam penggunaan bahan bakar. Motor empat langkah ada yang berbahan bakar bensin dan ada pula yang solar. Sebenarnya yang didemonstrasikan oleh Otto merupakan prinsip kerja dari motor bensin, dan karena itulah prinsip kerja motor bensin sering disebut siklus Otto. Motor bensin sering pula disebut motor penyalaan cetus (spark ignition engine). Daya yang dihasilkan di dalam silinder disebut daya indikasi (indicated horse power). Sebagian daya itu hilang selama proses transmisi karena gesekan mekanis dan gesekan fluida. Sebagian lagi dipakai untuk menggerakkan alat bantu mesin seperti pompa bahan bakar, generator dan pompa air pendingin.

a.Proses yang terjadi padaSiklus Udara Volume Konstan (Siklus Otto)

Langkah Isap (Intake stroke).Katup masuk terbuka sedangkan katup buang tertutup. Piston bergerak dari titik mati atas, TMA, (top dead center, TDC) menuju ke titik mati bawah, TMB (Bottom Dead Center, BDC), menyebabkan tekanan di dalam silinder vakum (lebih rendah dari tekanan atmosfir). Akibatnya campuran udara bahan bakar tersedot masuk. Saat piston sampai di bawah katup pemasukan tertutup.

Langkah hisap

Langkah kompressi (Compression stroke).langkah kompresi yaitu piston bergerak dari TMB menuju TMA, kedua katup isap dan buang tertutup. Karena dikompresi volume campuran menjadi kecil dengan tekanan dan temperatur naik, dalam kondisi tersebut campuran bahan-bakar udara sangat mudah terbakar. Sebelum piston sampai TMA campuran dinyalakan terjadilah proses pembakaran menjadikan tekanan dan temperatur naik, sementara piston masih naik terus sampai TMA sehingga tekanan dan temperatur semakin tinggi. Setelah sampai TMA kemudian torak didorong menuju TMB dengan tekanan yang tinggi, katup isap dan buang masih tertutup.Langkah kompressiLangkah kerja(Power stroke).Kedua katup masih tertutup. Saat piston mendekati TMA gas di dalam silinder dibakar oleh cetusan bunga api dari busi. Hasil pembakaran ini menghasilkan tekanan yang sangat besar dan mendorong piston ke TMB. Gerakan translasi piston diubah menjadi gerakan rotasi poros engkol yang selanjutnya akan menggerakkan kendaraan.

Langkah kerjaLangkah Buang (Exhaust stroke).Katup masuk tertutup, katup buang terbuka. Pada akhir langkah kompressi yaitu saat piston di TMB, katup buang terbuka. Piston bergerak dari TMB ke TMA mendorong gas hasil pembakaran ke luar. Sampai di TMA katup buang tertutup dan katup masuk terbuka langkah isap dimulai lagi.

Langkah buang

b.Diagram P-V dan T-sSiklus ideal motor bensin (a) Diagram P-V (b) Diagram T-s(c ) Sistem piston silinder

Dari gambar di atas proses di dalam silinder sebagai berikut :Proses 1-2:proses kompresi; diasumsikan bahwa proses ini berlangsung secara isentrofis (reversible adiabatic). Piston bergerak dari BDC ke TDC. Temperature di titik 2 lebih besar dari pada temperature di titik 1.

Atau

Prosese 2-3:pemasukan kalor pada volume konstan, temperature, tekanan dan entropy meningkat, system tidakmelakukan atau dikenai kerja sehinggaW=0. Kalor di masukkan ke system.

Proses 3-4: proses ekspansi; diasumsikan bahwa proses ini berlangsung secara isentrofis (adiabatic reversible). Piston bergerak dari TDC ke BDC, temperature dan tekanan menurun.

Atau

Proses 4-1:proses pengeluaran kalor. Setelah torak mencapai TMB sejumlah kalor dikeluarkan dari dalam silinder sehingga temperatur fluida kerja akan turun dari T4menjadi T1. Proses ini berlangsung pada volume-konstan (V4= V1atau v4= v1) sehingga W4-1= 0. Maka jumlah kalor yang harus dikeluarkan adalah sebanyak