Berdasarkan proses pembakarannya yang terjadi, motor bakar dapat dibedakan menjadi 2 yaitu:
1. Motor Pembakaran Luar (External Combustion Chamber)
Motor pembakaran luar adalah suatu motor bakar dimana proses pembakaran atau perubahan energi panas dilakukan diluar dari mekanisme/konstruksi mesin, dan dari ruang pembakaran energi panas tersebut dialirkan ke konstruksi mesin melalui media penghubung.
Gambar 1. Motor pembakaran luar (External Combustion Chamber)
Contoh aplikasinya adalah pada :
· mesin uap / turbin uap
· mesin nuklir / turbin nuklir
2. Motor pembakaran dalam (Internal combustion chamber)
Motor pembakaran dalam adalah suatu motor bakar dimana proses pembakaran atau perubahan energi panas dilakukan didalam konstruksi mesin itu sendiri, dan tempat terjadinya proses pembakaran itu disebut ruang bakar (combustion chamber).
Gambar 2. Motor pembakaran dalam (Internal Combustion Chamber)
Contoh aplikasinya adalah pada :
· motor bensin
· motor diesel
· mesin jet
B. Pengertian Motor Diesel
Motor Diesel ditemukan pada tahun 1892 oleh Rudolf Diesel, yang menerima paten pada 23 Februari 1893. Dia mempertunjukkannya pada Exposition Universelle (Pameran Dunia) tahun 1900 dengan menggunakan minyak kacang. Kemudian diperbaiki dan disempurnakan oleh Charles F. Kettering. (wikipedia)
Motor diesel dikategorikan dalam motor bakar torak dan mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) (simplenya biasanya disebut “motor bakar” saja). Prinsip kerja motor diesel adalah merubah energi kimia menjadi energi mekanis. Energi kimia di dapatkan melalui proses reakasi kimia (pembakaran) dari bahan bakar (solar) dan oksidiser (udara) di dalam silinder (ruang bakar). Pada motor diesel ruang bakarnya bisa terdiri dari satu atau lebih tergantung pada penggunaannya dan dalam satu silinder dapat terdiri dari satu atau dua torak. Pada umumnya dalam satu silinder motor diesel hanya memiliki satu torak.
Gambar 3. Bentuk ruang bakar motor diesel
C. Cara kerja motor diesel
Pada prinsipnya kerja mesin diesel memiliki empat langkah piston (4 stroke atau di pasaran dikenal dengan 4-tak) seperti halnya mesin bensin. Yaitu udara murni dihisap ke dalam silinder melalui saluran masuk (intake manifold) lalu dikompresikan oleh piston. Sehingga tekanan dan termperaturnya naik. Pada akhir langkah kompresi bahan bakar mesin diesel di injeksikan ke dalam silinder melalui nozzle dalam tekanan tinggi. Proses ini mengakibatkan terjadinya penyalaan dalam ruang bakar dan menghasilkan ledakan yang akan mendorong piston. Gerak translasi piston yang dihasilkan oleh ledakan tadi adalah sebuah usaha/gaya yang akan diteruskan ke poros engkol untuk dirubah menjadi gerak rotasi. Gerak rotasi poros engkol yang terhubung dengan fly wheel mengakibatkan piston terdorong kembali untuk menekan gas sisa pembakaran ke luar silinder melalui saluran buang (exhaust manifold).
Tekanan gas hasil pembakaran bahan bakan dan udara akan mendorong torak yang dihubungkan dengan poros engkol menggunakan batang torak, sehingga torak dapat bergerak bolak-balik (reciprocating). Gerak bolak-balik torak akan diubah menjadi gerak rotasi oleh poros engkol (crank shaft). Dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol juga diubah menjadi gerak bolak-balik torak pada langkah kompresi.
Gambar 4. Diagram siklus pada motor diesel empat langkah.
Proses pertama, adalah proses isap. Piston bergerak dari TMA menuju ke TMB, dan proses isap dimulai saat katup isap/masuk mulai terbuka. Kevacuman di dalam silinder menyebabkan terjadinya proses isap. Pada motor Diesel yang masuk kedalam silinder hanya udara. Proses kedua, adalah proses kompresi. Proses ini dimulai saat katup mulai tertutup dan piston bergerak dari TMB ke TMA. Piston mengkompresikan udara, hingga temperatur dan tekanan udara naik. Temperatur udara naik hingga mencapai titik nyala bahan bakar (solar). Proses kompresi salah tugasnya, adalah menyediakan salah satu syarat untuk terjadinya proses pembakkaran, yaitu panas untuk menyalakan.
Proses ketiga, adalah proses usaha. Pada akhir langkah kompresi bahan bakar diinjeksikan atau dikabutkan ke dalam silinder. Dengan demikian kini di dalam silinder terdapat tiga unsur proses pembakaran, yaitu oksigen (dari udara), CH (dari bahan bakar), dan panas (yang mencapai titik nyala bahan bakar). Berkumpulnya ketiga unsur tersebut menyebabkan terjadinya proses pembakaran di dalam silinder, dan terjadi kenaikan temperatur dan tekanan. Tekanan hasil pemabakaran dikalikan dengan luas piston akan terjadi gaya (force) yang mendorong piston melakukan proses usaha dari TMA menuju TMB.
Proses keempat, adalah proses buang. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, agar Motor Diesel dapat mengahasilkan tenaga/daya secara terus-menerus, maka akan terjadi proses pengulangan siklus yang terus menerus juga. Untuk bisa mengulang siklus berikutnya, maka segala sesuatu yang ada di dalam silinder yang merupakan sisa dari siklus sebelumnya harus dikeluarkan dari dalam silinder, atau dibuang. Oleh karena itu, piston bergerak dari TMB ke TMA untuk mengeluarkan hasil pembakaran yang telah di pergunakan untuk menghasilkan daya. Materi ini sering disebut dengan gas buang, yang masih mengandung panas/kalor dan tekanan yang cukup tinggi. Untuk itu agar tidak menjadi materi pencemar udara, gas buang dikelola menggunakan exhaust system. Sehingga exhaust system bertugas untuk memproses gas buang layak untuk dibuang keudara luar. Proses pembuangan ini dimulai saat katup buang mulai terbuka dan akan berakhir saat katup buang mulai tertutup.
Gambar 5. Diagram kerja katup motor diesel 4 tak
Prinsip kerja motor diesel dapat dipahami dengan mempelajari urutan langkah kerja dalam menghasilkan satu usaha untuk memutar poros engkol. Urutan langkah kerjanya sebagai berikut :
1. Langkah Hisap.
Piston (torak) bergerak dari TMA ke TMB, katup masuk membuka dan katup buang tertutup. Udara murni terhisap masuk ke dalam selinder diakibatkan oleh dua hal. Pertama, karena kevakuman ruang selinder akibat semakin memperbesar volume karena gerakan torak dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB), dan kedua, karena katup masuk (hisap) yang terbuka.
Gambar 5 (diagram kerja katup motor diesel 4 tak), tanda panah putih melambangkan derajad pembukaan katup hisap. Katup hisap ternyata mulai membuka beberapa derajat sebelum torak (piston) mencapai TMA (dalam contoh : 100 sebelum TMA) dan menutup kembali beberapa derajad setelah TMB (dalam contoh : 490 setelah TMB).
2. Langkah Kompresi.
Poros engkol berputar, kedua katup tertutup rapat, piston (torak) bergerak dari TMB ke TMA. Udara murni yang terhisap ke dalam selinder saat langkah hisap, dikompresi hingga tekanan dan suhunya naik mencapai 35 atm dengan temperatur 500-8000C (pada perbandingan kompresi 20 : 1).
Gambar 5 menunjukkan katup hisap baru menutup kembali setelah beberapa derajad setelah TMB (dalam contoh : 490 setelah TMB). Dengan kata lain, langkah kompresi efektif baru terjadi setelah katup masuk (hisap) benar-benar tertutup.
3. Langkah Usaha (pembakaran).
Poros engkol terus berputar, beberapa derajad sebelum torak mencapai TMA, injector (penyemprot bahan bakar) menginjeksikan bahan bakar ke ruang bakar (di atas torak / piston). Bahan bakar yang diinjeksikan dengan tekanan tinggi (150-300 atm) akan membentuk partikel-partikel kecil (kabut) yang akan menguap dan terbakar dengan cepat karena adanya temperatur ruang bakar yang tinggi (500-8000C). Pembakaran maksimal tidak terjadi langsung saat bahan bakar diinjeksikan, tetapi mengalami keterlambatan pembakaran (ignition delay). Dengan demikian meskipun saat injeksi terjadi sebelum TMA tetapi tekanan maksimum pembakaran tetap terjadi setelah TMA akibat adanya keterlambatan pembakaran (ignition delay). Proses pembakaran ini akan menghasilkan tekanan balik kepada piston (torak) sehingga piston akan terodorong ke bawah beberapa saat setelah mencapai TMA sehingga bergerak dari TMA ke TMB.
Gaya akibat tekanan pembakaran yang mendorong piston ke bawah diteruskan oleh batang piston (torak) untuk memutar poros engkol. Poros engkol inilah yang berfungsi sebagai pengubah gerak naik turun torak menjadi gerak putar yang menghasilkan tenaga putar pada motor diesel.
4. Langkah Pembuangan
Katup buang terbuka dan piston bergerak dari TMB ke TMA. Karena adanya gaya kelembamam yang dimiliki oleh roda gaya (fly wheel) yang seporos dengan poros engkol, maka saat langkah usaha berakhir, poros engkol tetap berputar. Hal tersebut menyebabkan torak bergerak dari TMB ke TMA. Karena katup buang terbuka, maka gas sisa pembakaran terdorong keluar oleh gerakan torak dari TMB ke TMA. Setelah langkah ini berakhir, langkah kerja motor diesel 4 langkah (4 tak) akan kembali lagi ke langkah hisap. Proses yang berulang-ulang tersebut diatas disebut dengan siklus diesel. Untuk lebih jelasnya perhatikan Gambar 4 (siklus kerja motor diesel 4 tak) dan Gambar 5 (diagram kerja katup motor diesel 4 tak).
Berdasarkan cara menganalisa sistim kerjanya, motor diesel dibedakan menjadi dua, yaitu motor diesel yang menggunakan sistim airless injection (solid injection) yang dianalisa dengan siklus dual dan motor diesel yang menggunakan sistim air injection yang dianalisa dengan siklus diesel (sedangkan motor bensin dianalisa dengan siklus otto).
Mesin diesel sulit beroperasi pada saat silinder dingin. Untuk membantu mesin melakukan gerak mula pada saat silinder dingin beberapa mesin menggunakan busi pemanas (glow plug) untuk memanaskan silinder sebelum penyalaan mesin. Lainnya menggunakan pemanas “resistive grid” dalam “intake manifold” untuk menghangatkan udara masuk sampai mesin mencapai suhu operasi. Setelah mesin beroperasi pembakaran bahan bakar dalam silinder dengan efektif memanaskan mesin. Busi pemanas ini tidak digunakan pada mesin diesel jenis direct injenction.
Komponen-komponen yang ada dan bekerja dalam mesin diproduksi dengan dengan sangat teliti. Sementara komponen-komponen tesebut bekerja dalam mesin dengan temperatur kerja mesin yang mencapai lebih dari 800 C dan beban kerja dalam ruang silinder yang mencapai temperature 3000 sampai 5000 C pada tekanan 2492 kPa (30 Kgf/cm2). (Training Manual, M-STEP 2: Gasoline Engine, Kramayudha Tiga Berlian).
Beban kompresi yang tinggi, konstruksi yang besar, dan momen puntir yang dihasilkan cukup besar, menghasilkan pula rendemen panas yang tinggi. Maka akan menjadi pertanda buruk jika banyak energi panas yang terbuang ketika mesin bekerja. Untuk mengatasinya adalah dengan mengoptimalkan kemampuan komponen-komponen pendukung yang bekerja dalam mesin agar tetap dalam kondisi prima sesuai dengan spesifikasi. Sehingga tidak banyak energi panas yang terbuang percuma.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar