2.3 Teori Pembakaran
2.3.3 Jenis Ruang Bakaran
Jenis ruang bakar yang digunakan kendaraan adalah:
1. Ruang bakar langsung (Direct injection)
Injection Nozzle menyemprotkan bahan bakar langsung ke ruang bakar utama (main combustion chamber) yang terdapat diantara cylinder head dan piston (torak). Ruang yang ada pada bagian atas piston (torak) merupakan salah satu bentuk yang dirancang untuk meningkatkan efisiensi dalam pembakaran.
Macam macam ruang injeksi langsung : a. Multi-spherical
b. Hemispherical c. Spherical
Gambar 2.4 Ruang bakar langsung (Direct injection) (Sumber: Daryanto, 2004)
Keuntungan ruang bakar tipe injeksi langsung
a. Penampang permukaan ruang injeksi langsung yang kecil dapat mengurangi kerugian panas sehingga menaikan temperatur udara yang dikompresikan dan menyempurnakan pembakaran.
Pada tipe ini pemanasan awal tidak diperlukan untuk start dengan suhu udara sekitarnya normal. Efisiensi panas yang tinggi disini juga dapat meningkatkan output dan menghemat penggunaan bahan bakar Diesel.
b. Struktur cylinder head lebih sederhana, jadi detonation karena panas akan lebih kecil.
c. Karena kerugian panasnya kecil, maka perbandingan kompresinya dapat diturunkan.
Kerugian ruang bakar tipe injeksi langsung :
18
a. Pompa injeksi harus mampu menghasilkan tekanan tinggi yang diperlukan untuk mengatomisasikan bahan bakar dengan memaksanya keluar melalui nozzle tipe berlubang banyak (multi hole).
b. Kecepatan maksimumnya lebih rendah karena pusaran campuran bahan bakar lebih kecil daripada tipe ruang bakar tambahan (auxilary combustion chamber).
c. Tekanan pembakaran yang tinggi menimbulkan suara yang lebih keras dan resiko knocking lebih besar.
d. Mesin sangat peka terhadap kualitas bahan bakar, biasanya diperlukan bahan bakar yang bermutu tinggi.
2. Ruang bakar tambahan (Auxilary Combustion Chamber) a. Tipe ruang bakar kamar depan (Precombustion Chamber)
Mesin dengan ruang bakar kamar depan (pre chamber) dipasangkan pada kendaraan penumpang dimana kenyamanan lebih penting dari pada kendaraan komersial, disamping itu mesin diesel dengan ruang bakar pre chamber menghasilkan sangat rendah racun emisi (HC dan NOx) dan biaya pembuatan lebih rendah daripada mesin injeksi langsung. Keistimewaan mesin Diesel adalah sangat cocok jika menggunakan dengan turbocharger atau supercharger mekanis, dengan menggunakan turbocharger pada mesin Diesel tidak hanya meningkat tenaga/dayanya saja tetapi juga meningkatkan
efisiensi, mereduksi suara pembakaran dan kandungan racun pada gas buang.
Pada ruang bakar motor Diesel injeksi tidak langsung untuk kendaraan penumpang, bahan bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar pendahuluan (pre chamber) yang telah dipanaskan dan disinilah awal pembakaran terjadi untuk mencapai formasi campuran yang baik dengan mereduksi pengapian susulan untuk proses pembakaran utama.
Gambar 2.5 Indirect Injection (Sumber: Daryanto,2004)
Bahan bakar diinjeksikan oleh ,injektor jenis throttling pintle nozzle/satu lubang (single hole) dengan tekanan rendah relatif(di bawah 300 bar). Permukaan ruang pre chamber didesain secara khusus agar penyemprotan bahan bakar berada sedemikian rupa di tengahnya serta membentur dan bercampur dengan udara secara terus menerus. Pembakaran dimulai dan merambat campuran bahan bakar udara serta dibakar secara
20
parsial melaui lubang-lubang di bawah ruang bakar pre chamber ke ruang bakar utama (main combustion chamber) di atas silinder, campuran dipanaskan terus selama proses pembakaran terjadi. Disini pencampuran terus terjadi dengan udara dalam ruang bakar utama dan pembakaran dilanjutkan sampai sempurna. Perlambatan proses pembakaran dan pengontrolan pelepasan energi pada segala tingkat tekanan dalam ruang bakar utama, menghasilkan suara lebih rendah dan beban yang lebih ringan dalam silinder motor. Versi jenis ruang bakar pre chamber yang telah dioptimalkan menghasilkan kadar racun HC dan NOx rata-rata 40 % lebih rendah pada gas buang. Bentuk ruang bakar pre chamber yang telah dimodifikasi secara khusus akan dapat meningkatkan pusaran gerakan udara dari silinder ke ruang pre chamber.
Bahan bakar diinjeksikan pada sudut 5 derajat dari garis tengah ruang bakar ini, busi pijar (glow plug) diletakkan di bawah aliran udara untuk melindunginya dari proses pembakaran.
Pengontrolan pemanasan ruang bakar melalui busi pijar sampai 1 menit setelah star (tergantung dari temperatur air pendingin mesin) dimaksudkan memperbaiki gas buang dan mengurangi suara dalam periode pemanasan.
Keuntungan:
a) Pemakaian jenis bahan bakar lebih luas. Bahan bakar yang relatif kurang baik dapat digunakan, dengan asap yang tidak pekat.
b) Mudah pemeliharaannya karena tekanan injeksi bahan bakar relatif rendah dan mesin tidak begitu peka terhadap perubahan timing injeksi.
c) Karena disini digunakan throtle type nozzle, maka Diesel knocking dapat dikurangi dan kerja mesin lebih tenang.
Kerugian :
a) Biaya pembuatan lebih tinggi karena bentuk silinder lebih rumit.
b) Diperlukan starter yang lebih besar.
c) Pemakaian bahan bakar relatif lebih boros.
b. Ruang bakar kamar pusar (Swirl Combustion Chamber)
Gambar 2.6 Swirl Combustion Chamber (Sumber: Daryanto,2004)
22
Pada ruang bakar motor diesel injeksi tidak langsung untuk kendaraan penumpang, bahan bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar pendahuluan (pre chamber) yang telah dipanaskan dan disinilah awal pembakaran terjadi untuk mencapai formasi campuran yang baik dengan mereduksi pengapian susulan untuk proses pembakaran utama. Bahan bakar diinjeksikan oleh injektor jenis throttling pintle nozzle/satu lubang dengan tekanan rendah relative (dibawah 300 bar). Permukaan ruang pre chamber didesain secara khusus agar penyemprotan bahan bakar berada sedemikian rupa di tengahnya serta membentur dan bercampur dengan udara secara terus menerus.
Pembakaran dimulai dan merambat campuran bahan bakar udara serta dibakar secara parsial melaui lubang-lubang di bawah ruang bakar tambahan ke ruang bakar utama di atas silinder, campuran dipanaskan terus selama proses pembakaran terjadi. Disini pencampuran terus terjadi dengan udara dalam ruang bakar utama dan pembakaran dilanjutkan sampai sempurna. Pada awal proses pembakaran, campuran bahan bakar udara dibuat dalam ruang bakar utama melalui area batang/leher dan dicampur dengan udara pembakaran residual.
Dibandingkan dengan proses ruang bakar pre chamber, kerugian-kerugian aliran antara ruang bakar utama dan ruang bakar tambahan lebih rendah untukruang bakar kamar pusar, karena aliran penampang-silang (cross-section) lebih besar, hal
ini menjadikan kerja putaran/beban lebih rendah, konsumsi bahan bakar dan efisiensi lebih baik. Hal yang penting adalah bahwa formasi campuran ditempatkan secara sesempurna mungkin dalam ruang bakar kamar pusar desain ruang bakar kamar pusar, pengaturan dan pembentukan semprotan nozzle dan juga kontak busi pijar (glow plug) yang tepat akan menjadikan formasi campuran yang bagus pada segala kecepatan dan segala kondisi beban. Hal lain yang diperlukan adalah pemanasan yang cepat ruang kamar pusar setelah start dingin, hal ini akan mengurangi keterlambatan pengapian dan menghindari produksi hidrokarbon yang tak terbakar (asap biru) dalam gas buang selama proses pemanasan.
Keuntungan:
a) Dapat dicapai kecepatan mesin yang tinggi karena turbulensi kompresinya tinggi.
b) Gangguan pada nozzle lebih kecil karena menggunakan pin type nozzles
c) Tingkat kecepatan mesin lebih luas dan operasinya yang halus membuat banyak digunakan untuk mobil penumpang Kerugian:
a) Kontruksi cylinder head dan cylinder block (block silinder) rumit.
b) Efisiensi panas dan konsumsi bahan bakarnya lebih buruk daripada sistem injeksi langsung
24
c) Menggunakan busi pijar, tetapi ini kurang efektif untuk kamar pusar yang besar, karena mesin tidak mudah start.
d) Diesel knock akan lebih besar pada kecepatan rendah c. Kamar energi sel (Energy Cell Chamber).
Ruang bakar bantu ini ditempatkan berseberangan dengan injektor Pada dasarnya konstruksi ruang bakar ini, mengkombinasikan konsep yang dikembangkan pada ruang bakar kamar muka dan kamar pusar. Pertama bahan bakar diiinjeksikan dalam bentuk lurus melewati ruang bakar utama.
Kedua, bahan bakar menyerap panas dari ruang utama. Ketiga, bahan bakar masuk ke dalam ruang energy cell, sebagian besar di ruang utama dan sebagian kecil masuk ruang cell kedua.
Keempat, terjadi pembakaran di ruang kedua hingga tekanan naik mendorong bahan bakar di ruang utama dan membentuk pusaran dan terbakar.
Keuntungan ruang bakar energy cell:
a) Mesin bekerja lebih lembut karena pembakaran terjadi secara berangsur-angsur
b) Tidak memerlukan pemanas,
c) Gangguan nozzle berkurang karena menggunakan tipe pin.
Kerugian raung bakar energy cell:
a) Saat injeksi bahan bakar sangat mempengaruhi kemampuan mesin.
b) Suhu gas buang sangat tinggi karena pembakaran lanjut sangat panjang,
c) Bahan bakar boros.