Motor Diesel ( Continue…3 )

G.Pembakaran Bahan Bakar Pada Motor

 

Jumlah energi panas yang terkandung di dalam udara ( gas ). Pada kondisi normal, setiap gas ( udara ), panas atau dingin, mempunyai jumlah energi  normal, setiap gas ( udara ), panas atau dingin, mempunyai jumlah energi panas yang dapat diukur. Udara yang terjebak di dalam silinder, jika dikompresi maka vulome ruangan akan berkurang. Pengurangan volume ini menyebabkan perubahan 2 kondisi. Misalkan : Udara yang terjebak di dalam silinder ditekan dengan kecepatan piston yang sangat pelan.

Pada kondisi tersebut temperatur udara di dalam silinder relatif tetap ( constant ) karena panas yang terjadi merambat melalui dinding silinder. Pada kondisi ini juga, tekanannya naik, tapi kenaikannya sesuai ( proportional ) dengan besarnya compression ratio. Hal ini disebut ISOTHERMAL compression ( temperatur konstan ).

Jika udara yang terjebak di dalam silinder, dikompresi dengan kecepatan tinggi, maka tidak ada kesempatan bagi panas yang timbul ( terkandung dalam udara yang terkompresi ), untuk merambat melalui dinding silinder, dengan jumlah besar. Sehingga temperatur naik dengan tiba - tiba. Dan akibatnya tekanan naik lebih tinggi dari tekanan yang dihasilkan oleh isothermal compression. Kondisi ini disebut dengan ADIABATIC compression

 

Gambar diatas, memberikan perbandingan antara isothermal compression dan adiabatic compression, saat temperatur udara 25 ºC tekanan 1 ATM, ditekan sampai 1/16 volume ( compression ratio : 16 ).Dengan kondisi isothermal compression, tekanan naik menjadi 16 ATM dan temperatur 25 ºC.

Dengan kondisi adiabatic compession, temperaturnya naik sampai 630 ºC dan tekanan naik sampai 49 ATM. Contoh diatas dianggap bahwa tidak ada  tekanan naik sampai 49 ATM. Contoh diatas dianggap bahwa tidak ada kebocoran udara, jika udara ( tekanan kompresi ) bocor, maka harga tersebut menjadi lebih rendah.

Pada pengoperasian engine yang sebenarnya, kebocoran tekanan kompresi dan panas tak dapat dihindari, sehingga di dalam kenyataan, kondisi yang seperti ini adalah termasuk kondisi antara isothermal compression dan adiabatic compression.

Engine yang berputar dengan kecepatan tinggi dinyatakan bekerja pada kondisi ADIABATIC COMPRESSION. Sebagai contoh, engine berputar 2000 rpm, setiap langkah compresi dilaksanakan selama 1,5/1000 detik. Jadi hampir tidak ada kesempatan untuk udara yang termampatkan, bocor keluar melalui valve atau ring piston. Panas akibat kompresi tidak dapat hilang dengan mudah karena engine adalah panas saat beroperasi dengan kecepatan tinggi. Tekanan dan temperatur saat kompresi berkisar 37 ATM - 40 ATM dan 410 ºC - 470 ºC.Pada waktu menghidupkan engine yang, masih dingin, kondisinya adalah lebih mendekati isothermal. ( Lihat gambar ).

 

Hal ini dikarenakan :
* Komponen engine menyerap panas hasil kompresi dengan cepat.
* Kecepatan kompresi masih rendah, sehingga udara yang terkompresi cenderung bocor.

 

1. Tekanan dan Temperatur

Udara adalah merupakan gabungan dari molukel - molekul oksigen, nitrogen dan elemen lainya. Yang memiliki 21% oksigen ( O2 ) dan 79% nitrogen (O2). Molukel - molekul tersebut dapat dilukiskan berbentuk bola yang tidak dapat dilihat, karena ukurannya sangat kecil. Jutaan molekul yang terkandung di udara, selalu bergerak  ke segala arah dan bertumbukan satu sama dengan lainnya. Kecepatan gerak molukel ini sangat dipengaruhi oleh temperatur lainnya. Kecepatan gerak molukel ini sangat dipengaruhi oleh temperatur. Semakin tinggi temperaturnya, maka semakin cepat gerak molukel tersebut.

2. Kerugian Mekanis.
Panas yang hilang untuk menggerakan alat - alat tambahan seperti water pump, oil pump dan kerugian mekanis, besarnya antara 5 -6 %.

 

3. Pumping Loss.
Pada saat piston bergerak turun, kevakuman terjadi di dalam silinder untuk memasukan udara dan hal ini merupakan suatu kerugian. Hal seperti ini juga terjadi pada langkah buang dan kompresi. Kerugian ini disebut pumping loss, besarnya sekitar 3 %.

 

Continue……

 

Sumber : Diesel Engine Training Text

Klik disini untuk melanjutkan »»

Motor Diesel ( Continue…2 )

F. FIRING ORDER, TABLE SEQUENCE DAN VALVE TIMING PADA MOTOR DIESEL.

 

1.Firing Order.

Firing Order adalah urutan pembakaran yang terjadi pada engine yang mempunyai jumlah cylinder lebih dari 1 ( satu ).

Contoh :

Engine dengan 4 cylinder, mempunyai firing order ( F.O ) = 1 - 2 - 4 - 3, maka proses pembakaran dimulai dari cylinder No.1, dilanjutkan silinder No.2, No.4 dan No.3.

Tujuannya adalah untuk meratakan hasil power, agar gaya yang ditimbulkan oleh piston seimbang ( balance ). Baik pada saat kompresi, maupun pembakaran, tidak menimbulkan puntiran pada getaran yang tinggi.

Pada motor diesel 4 langkah dengan 1 cylinder, piston bergerak 4 kali, menghasilkan satu kali pembakaran. Atau dua kali putaran crank shaft, menghasilkan 1 kali pembakaran.

2.Table Sequence.

Adalah suatu table yang menyatakan urutan langkah dan urutan pembakaran yang terjadi pada engine, baik engine dengan satu cylinder atau lebih.

a. Table sequence untuk mesin diesel 1 cylinder.

Beda langkah dari TDC ke BDC = 180º

 

b. Table Sequence untuk mesin diesel 4 cyilinder.

Firing order ( F.O ) = 1 - 2 - 4 - 3.

Beda langkah setiap cylinder = 720 : 4 = 180

 

Firing order ( F.O ) = 1 - 3 - 4 - 2.

Beda langkah setiap cylinder = 720 : 4 = 180

 

c. Table Sequence untuk 6 cylinder.

 

 

Firing Order ( F O ) = 1 – 5 – 2 – 6 - 3 - 5 dan 1 – 5 – 3 - 6 - 2 - 4

 

Beda langkah setiap cylinder = 720 : 6 = 120

 

3.Valve Timing.

Adalah saat membuka dan menutup valve intake dan valve exhaust.Misalkan engine Komatsu 6D125 series dengan data - data sebagai berikut :

 

- Firing Order ( F O ) = 1 - 5 - 3 - 6 - 2 - 4.

- Valve intake terbuka = 20 B T D C ( Before top dead center ).

- Valve intake menutup = 30 A B D C ( After bottom dead center ).

- Valve exhaust membuka = 45 B B D C ( Before bottom dead center ).

- Valve exhaust menutup = 15 A T D C ( After top dead center ).

Dari data tersebut, dapat diketahui panjang langkah dari engine Komatsu 6D125 series adalah sebagai berikut :

- Intake stroke = 20 + 180 + 30 = 230.

- Compression stroke = 180 - 30 = 150.

- Power stroke = 180 - 45 = 135.

- Exhaust stroke = 45 + 180 + 15 = 240.

Total stroke = 230 + 150 + 135 + 240 = 755.

Jadi over lapping = 755 - 720 = 35.

Fungsi over lapping adalah untuk mengadakan pembilasan gas bekas sisa pembakaran di dalam cylinder ( ruang bakar ). Hal ini terjadi pada saat exhaust valve belum tertutup dan intake valve sudah terbuka.

Untuk pembuatan Table Sequence yang sebenarnya, dalam perhitungan sesuai dengan data diatas

- Akhir power = 0 + 135 = 135.

- Akhir exhaust = 135 + 240 = 375.

- Awal intake = 375 - 35 = 340.

- Akhir intake = 340 + 230 = 570.

- Akhir compression = 570 + 150 = 720.

Untuk silinder 2 dan seterusnya, dihitung dengan cara yang sama setelah perhitungan tersebut dibuat, dapat dibuat table sebagai berikut :

 

Kesimpulan :

Dilihat dari putaran crank shaft, maka terjadi over lapping power, yaitu power cylinder 1 belum berakhir sudah disusul dengan power cylinder 5 dan seterusnya.

Table sequence dapat digunakan untuk membuat table valve adjusment  dengan 2 putaran crank shaft.Seperti pada gambar dibawah ini :

 

 

Bersambung…….

 

Sumber : Motor Diesel Training Text.

Klik disini untuk melanjutkan »»

Motor Diesel ( Continue… )

C. PERBANDINGAN MOTOR DIESEL DAN MOTOR BENSIN.

Dibandingkan dengan motor bensin, diesel engine mempunyai beberapa keuntungan dan juga kerugian.

Keuntungan motor diesel :

1. Biaya pengoperasian lebih ekonomis, karena bahan bakar yang digunakan adalah oil dengan “ grade “ rendah. Seperti heavy oil atau light oil.

2. Thermal efficiency ( besarnya kalori yang terkandung pad fuel yang dibakar dapat menghasilkan output engine dan panas yang secara nyata lebih effectif ) tinggi sehingga konsumsi bahan bakar rendah.Thermal efficiency motor bensin adalah 20 - 30 % dan motor diesel adalah 30 - 35 %.

3. Bahaya kebakaran lebih rendah karena titik nyala ( flashing point ) fuel relatif lebih tinggi.

4. Tidak membutuhkan sistem penyalaan ( ignition device ) dan carburator.

5. Dapat menghasilkan tenaga yang besar pada putaran rendah.

Kerugian motor diesel adalah :

1. Berat output horse power lebih tinggi.

2. Getaran selama operasi lebih besar dan suara berisik ( noise ) lebih besar.

3. “ Start “ lebih sulit.

4. Biaya pembuatan ( manufacturing ) lebih tinggi.

D. RUANG PEMBAKARAN.

Ruang pembakaran adalah ruangan yang dilingkupi oleh permukaan bawah silinder head, permukaan atas silinder block dan permukaan atas silinder, saat piston berada di titik mati atas ( TMA )

Ada bermacam - macam tipe ruang bakar sesuai dengan bentuk ruang bakar, letak valve intake, exhaust dan busi dengan tujuan agar diperoleh thermal efficiency yang maksimal.

Umumnya, klasifikasi berikut ini disesuaikan dengan letak intake valve dan exhaust valve.

 

1. Over head valve type.

Intake valve dan exhaust valve dipasang di permukaan bagain atas silinder head. Dapat disebut juga tipe OHV atau tipe I - head. Ruang bakar tipe ini dibentuk agar berbentuk bulat ( bola ) agar dapat menghasilkan pusaran saat udara di kompresi. Oleh sebab itu, penyalaan dapat merata ke seluruh arah. Sehingga tipe ruang bakar ini lebih banyak digunakan.

 

2. Side valve type.

Letak Intake valve dan exhaust valve adalah sejajar lurus disatu sisi silinder block. Tipe ini juga disebut tipe L - head. Bentuk ruang bakar adalah rata ( flat ) sehingga struktur silinder head lebih sederhana dan biaya manufacturing lebih murah dibandingkan dengan tipe over head walaupun efisiensi pembakaran lebih buruk, strukturnya juga lebih menguntungkan terutama untuk perawatan dan bongkar pasang silinder head. Sehingga ruang bakar tipe ini banyak digunakan.

 

3. F - head type.

Intake dan exhaust valve masing - maing dipasang pada silinder head dan pada sisi silinder block. Tipe ini adalah gabungan ( perpaduan ) dari tipe over head valve dan tipe side valve. Bentuk ruang bakar ini agak mirip dengan tipe side valve. Bagaimanapun juga, mekanisme gerakan valve lebih komplek dibanding dengan tipe side valve. Sehingga tipe ini jarang digunakan.

4. T - head type.

Intake dan exhaust valve masing - masing dipasang secara terpisah di sisi dari silinder block. Tipe ini memudahkan udara masuk dan keluar. Sebaliknya, diperlukan waktu yang lebih lama untuk meratakan pembakaran dan pendinginan permukaan juga lebih besar sehingga efisiensi panas ( thermal efficiency ) lebih buruk. Karena itu, ruang bakar tipe ini sangat jarang digunakan.

 

 

E. PEMBAKARAN LANGSUNG DAN TIDAK LANGSUNG.

Bentuk ruang bakar pada motor diesel sangat menentukan terhadap kemampuan mesin, sebab itu ruang bakar direncanakan sedemikian rupa agar secepatnya campuran udara dan bahan bakar menjadi homogen dan mudah terbakar sekaligus. Berikut ini diterangkan tipe ruang bakar yang digunakan pada mesin diesel.

1. Tipe ruang bakar langsung ( direct combustion chamber ).

2. Tipe ruang bakar tambahan ( Auxiliary combustion chamber ).

    a. Ruang bakar muka ( Pre combustion chamber ).

    b. Ruang bakar pusar ( Swirl combustion chamber ).

1. Tipe Ruang Bakar Langsung ( Direct Combustion Chamber ).

Seperti yang ditunjukkan pada gambar, ruang bakar ditempatkan diantara silinder head dan bahan bakar langsung diinjeksikan ke dalam ruang bakar. Pada sistem ini, untuk mendapatkan campuran yang baik, bentuk nozzle dan arah injeksi merupakan faktor yang sangat menentukan.

 

 

Keuntungan :

~ Efisiensi panas lebih tinggi dan pemakaian bahan bakar lebih hemat karena bentuk ruang bakar yang sederhana.

~ Start dapat dilakukan dengan mudah pada waktu mesin dingin tanpa menggunakan alat pemanas.

~ Cocok untuk mesin - mesin besar ( high power ) karena konstruksi dari kepala silinder sederhana dan kerugian kecil.

~ Temperatur gas buang relatif lebih rendah.

Kerugian :

~ Sangat peka terhadap mutu bahan bakar dan membutuhkan mutu bahan bakar yang baik.

~ Membutuhkan tekanan injeksi yang lebih tinggi.

~ Sering terjadi gangguan pada nozzle dan umur nozzle lebih pendek karena menggunakan multiple hole nozzle ( nozzle lubang banyak ).

~ Dibandingkan dengan jenis ruang bakar tambahan, turbulensi lebih lemah, jadi sukar untuk kecepatan tinggi.

2. Tipe Ruang Bakar Tambahan ( Auxiliary Combustion Chamber ).

a. Ruang Bakar Muka ( Pre Combustion Chamber )

Seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah, bahan bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar muka oleh injection nozzle. Sebagian bahan bakar yang tidak terbakar dalam ruang bakar muka didorong melalui saluran kecil antara ruang bakar muka dan ruang bakar utama. Maka terjadilah percampuran yang baik dan terbakar seluruhnya di ruang bakar utama.

 

                  

 

Keuntungan :

1. Jenis bahan bakar yang dapat digunakan lebih luas, dikarenakan turbulensi sangat baik untuk mengabutkan bahan bakar.

2. Perawatan pada pompa injeksi lebih gampang karena tekanan penyemprotan lebih rendah dan tidak terlalu peka terhadap perubahan saat injeksi.

3. Detonasi berkurang dan bekerjanya mesin lebih baik sebab menggunakan throttle nozzle.

Kerugian :

1. Biaya pembuatan lebih mahal sebab perencanaan silinder head lebih rumit.

2. Membutuhkan motor starter yang besar. Kemampuan start lebih buruk, karena itu harus menggunakan alat pemanas.

3. Pemakaian bahan bakar boros.

 

b. Ruang Bakar Pusar ( Swirl Chamber )

 

Seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah, ruang bakar model pusar ( swirl chamber ) berbentuk bundar. Piston memampatkan udara, sehingga udara tersebut masuk ke dalam ruang bakar pusar dan membuat aliran turbulensi. Bahan bakar diinjeksikan ke dalam udara turbulensi dan terbakar didalam ruang bakar pusar. Tetapi sebagian bahan bakar yang belum terbakar masuk ke dalam ruang bakar utama melalui saluran untuk selanjutnya terbakar seluruhnya di ruang bakar utama.

Keuntungan :

1. Dapat menghasilkan putaran tinggi karena turbulensinya yang sangat baik pada saat kompresi.

2. Gangguan pada nozzle berkurang karena menggunakan nozzle tipe pin.

3. Putaran mesin lebih tinggi dan operasinya lambat, menyebabkan jenis ini cocok untuk automobil.

Kerugian :

1. Konstruksi silinder head rumit.

2. Efisiensi panas dan pemakaian bahan bakar lebih boros dibandingkan dengan tipe ruang bakar langsung.

3. Detonasi lebih besar pada kecepatan rendah.

 

Bersambung….

 

Sumber : Motor Diesel Training Handbook

Klik disini untuk melanjutkan »»

Motor Diesel

A. Prinsip Motor Diesel Dan Motor Bensin.

1. Motor Diesel.

Udara yang terhisap ke dalam ruang bakar dikompresi sehingga mencapai tekanan dan temperatur yang tinggi. Bahan bakar ( fuel ) diinjeksikan dan dikabutkan ke dalam ruang bakar. Sehingga terjadi pembakaran sesaat setelah terjadi pencampuran dengan udara.

2. Motor Bensin.

Udara dan bahan bakar yang tercampur didalam carburator, terhisap ke dalam ruang bakar dan dikompresikan hingga mencapai tekanan dan temperatur tertentu. Pada akhir langkah kompresi, busi memercikan api sehingga terjadi pembakaran.

Perbedaan Diesel engine & Gasoline Engine

B. Motor 4 Langkah dan Motor 2 Langkah.

1. Prinsip Kerja Motor Diesel 4 Langkah.

Gambar Prinsip kerja motor diesel 4 langkah.

a. Langkah hisap ( intake stroke ).

Piston bergerak dari Titik Mati Atas ( TMA ) ke Titik Mati Bawah ( TMB ). Intake valve terbuka dan exhaust valve tertutup, udara murni masuk ke dalam silinder melalui intake valve.

b. Langkah kompresi ( Compression stroke ).

Udara yang berada di dalam silinder dimampatkan oleh piston yang bergerak dari Titik Mati Bawah ( TMB ) ke Titik Mati Atas ( TMA ), dimana kedua valve intake dan exhaust tertutup. Selama langkah ini tekanan naik 30 - 40 kg/cm2 dan temperatur udara naik 400 - 500 derajat celcius.

c. Langkah Kerja ( power stroke ).

Pada langkah ini, intake valve dan exhaust valve masih dalam keadaan tertutup, partikel - partikel bahan bakar yang disemprotkan oleh nozzle akan bercampur dengan udara yang mempunyai tekaan dan suhu tinggi, sehingga terjadilah pembakaran yang menghasilkan tekanan dan suhu tinggi. Akibat dari pembakaran tersebut, tekanan nak 80 ~ 110 kg/cm2 dan temperatur menjadi 600 ~ 900 derajat celcius.

d. Langkah buang ( exhaust stroke ).

Exhaust valve terbuka sesaat sebelum piston mencapai titik mati bawah sehingga gas pembakaran mulai keluar. Piston bergerak dari TMB --- > TMA mendorong gas buang keluar seluruhnya.

Kesimpulan : Empat kali langkah piston atau dua kali putaran crank shaft, menghasilkan satu kali pembakaran.

2. Prinsip Kerja Motor Bensin 4 Langkah.

Gambar Prinsip kerja motor bensin 4 langkah.

a. Langkah hisap ( intake stroke ).

Piston bergerak dari Titik Mati Atas ( TMA ) ke Titik Mati Bawah ( TMB ). Intake valve terbuka dan exhaust valve tertutup, udara bersih yang tercampur di karburator, terhisap masuk ke dalam ruang silinder.

b. Langkah kompresi ( Compression stroke ).

Campuran udaradan bahan bakar dimampatkan oleh piston yang bergerak dari titik mati bawah ke titik mati atas sehingga tekanan dan temperatur campuran tersebut naik.

c. Langkah Kerja ( power stroke ).

Beberapa derajat sebelum mencapai titik mati atas, campuran udara dan bahan bakar tersebut diberi percikan api oleh busi, sehingga terjadi pembakaran.

Akibatnya, tekanan naik menjadi 30 - 40 kg/cm2 dan temperatur pembakaran menjadi 1500 derajat celcius. Tekanan tersebut bekerja pada luasan piston dan menekan piston menuju ke titik mati bawah.

d. Langkah buang ( exhaust stroke ).

Exhaust valve terbuka sesaat sebelum piston mencapai titik mati bawah sehingga gas pembakaran mulai keluar. Piston bergerak dari titik mati bawah ke titik mati atas mendorong gas buang keluar seluruhnya.

3. Langkah Kerja Motor 2 Langkah.

Pada dasarnya prinsip kerja motor bensin dan diesel adalah sama, proses intake, compresi, power, exhaust dilakukan secara lengkap dalam 2 langkah ( upward dan downward ) piston.

Gambar Prinsip kerja motor 2 langkah.

a. Langkah psiton ke atas ( Upward stroke ).

Piston bergerak ke atas dari TMB menuju TMA, campuran udara dan bahan bakar masih mengalir ke dalam silinder melalui saluran

( scavenging passage ). Sebaliknya gas hasil pembakaran secara terus menerus dikeluarkan sampi lubang exhaust tertutup. Saat lubang exhaust ditutup oelh gerakan piston yang menuju TMA, campuran udara dan bahan bakar ditekan, sehingga tekanan dan temperaturnya naik. Pada saat itu, lubang intake terbuka pada akhir langkah kompresi sehingga udara segar terhisap masuk ke dalam crank case.

b. Langkah Piston ke bawah ( Downward stroke ).

Campuran udara dan bahan bakar yang termampatkan diberi percikan bunga api dari busi yang menyebakan terjadinya pembakaran sehingga tekanan dan temperatur diruang bakar naik. Dan piston terdorong kearah titik mati bawah. Pada akhir langkah piston, lubang exhaust terbuka dan gas hasil pembakaran mulai keluar, yang diikuti oleh pembakaran scavenging passage, sehingga campuran bahan bakar dan udara yang berada di crank case masuk ke dalam silinder.

Kesimpulan : dua kali langkah piston atau satu kali putaran crank shaft menghasilkan satu kali tenaga.

4. Keuntungan dan Kerugian Engine 2 Langkah dan 4 Langkah.

Dibandingkan dengan engine 4 langkah, engine 2 langkah mempunyai keuntungan sebagai berikut:

a. Ukuran dan berat lebih kecil, dapat menghasilkan tenaga yang lebih besar.

b. Harga lebih rendah karena tidak menggunakan valve dan struktur yang lebih sederhana.

c. Putaran lebih halus karena ukuran flywheel lebih kecil.

Kerugian engine 2 langkah adalah :

a. Karena tidak menggunakan valve, maka gas pembakaran tidak terbuang seluruhnya dan menyebabkan pembakarna tidak sempurna.

b. Karena sebagian campuran bahan bakar dan udara, ikut keluar ( saat proses exhaust ) bersama dengan gas buang, maka penggunaan fuel tidak ekonomis.

c. Karena waktu yang siperlukan untuk langkah intake singkat, maka jumlah campuran yang masuk sedikit. Sehingga tidak mungkin dapat menaikkan tekanan kompresi dan efisiensi engine ( ratio fuel comsumption per-output ) lebih rendah dibandingkan dengen engine 4 langkah.

d. Crank case harus rapat tidak boleh ada kebocoran udara.

 

Bersambung…….

 

Sumber : Motor Diesel Training Handbook

Klik disini untuk melanjutkan »»