Langkah buang

Motor Diesel

Temperatur gas buang 500–600 oC

Motor Otto

Temperatur gas buang 700–1000 oC

Diagram indikator tekanan motor Otto 4 tak

Diagram indikator tekanan motor Disel 4 tak

Keterangan:

A = Saat pengapian B = Tekanan maksimum C = Akhir pembakaran D = Katup buang membuka

Keterangan: A = Mulai penyemprotan B = Mulai penyalaan C = Tekanan maksimum D = Akhir penyemprotan E = Akhir pembakaran F = Katup buang terbuka

Direktorat Pembinaan SMK 2013 118  Perbedaan pembentukan campuran

Motor Diesel

Pembentukan campuran

bahan bakar dan udara berada di dalam ruang bakar

Motor Otto

Pembentukan campuran

bahan bakar dan udara

berada di luar silinder

(karburator, manifold isap)  Perbedaan cara penyalaan

Motor Disel

Terjadi dengan sendirinya

akibat temperatur akhir

kompresi yang tinggi dan titik penyalaan bahan bakar yang relatif rendah

Motor Bensin

Terjadi akibat dari

loncatan bunga api

pada busi

 Perbedaan proses pembakaran

Gambar 3.6. Penyalaan motor disel dan bensin Gambar 3.5. Pembentukan campuran motor disel dan bensin

Direktorat Pembinaan SMK 2013 119

Keterangan: lai A = penyemprotan B = Mulai penyalaan B` = Saat pengapian C = Tekanan maksimum C` = Tekanan maksimum D = Akhir penyemprotan E = Akhir pembakaran E` = Akhir pembakaran F = Katup buang membuka F` = Katup buang membuka

Direktorat Pembinaan SMK 2013 120

Motor Disel Motor Bensin



Tekanan pembakaran

maksimum jauh lebih tinggidaripada motor

otto; dan



Proses pembakaran

dapat dikendalikan oleh sistem injeksi (misalnya : lama penyemprotan menentukan lama pembakaran)



Tekanan pembakaran maksimum lebih

rendah dari pada

motor disel; dan



Proses pembakaran

tidak dapat

dikendalikan.

 Perbedaan perbandingan campuran Putaran

idle

Beban menengah Beban penuh

Bensin Kaya 1 : 10 Sedikit kurus 1 : 17 Sedikit kaya 1 : 12 Diesel Kurus sekali 1:300 Kurus 1:30 Sedikit kurus 1:17

 Perbedaan momen putar, putaran, daya & efisiensi Momen putar/dm3 volume silinder Putaran maksimu m Daya/dm3 volume silinder Efisiensi Bensin 70–90 Nm/dm3 5000– 6000 rpm 25–40 kw/dm3 20–30 % Disel 80–90 Nm_/ dm3 2000– 5000 rpm 20–30 Km_/ dm3 30–50 %

Pemakaian bahan bakar motor disel lebih hemat dari pada motor bensin karena :

Direktorat Pembinaan SMK 2013 121  Perbandingan campuran selalu kurus

Daya motor disel lebih rendah dari pada motor bensin, karena putarannya lebih rendah

Prinsip kerja diesel engine empat langkah

Seluruh diesel engine Caterpillar menggunakan sistem pembakaran

dalam (internal combustion system) dengan prinsip kerja empat

langkah atau sering juga disebut empat tak.

Konsep empat langkah adalah dalam menghasilkan satu kali kerja dibutuhkan empat langkah piston dan dua kali putaran crankshaft

yaitu:

 Langkah pemasukan (intake stroke)

 Langkah kompresi (compression stroke)

 Langkah kerja ( power stroke)

 Langkah pembuangan/ pembilasan (exhaust stroke).

Caterpillar diesel engine menggunakan prinsip empat langkah karena

mempunyai keuntungan sebagai berikut:  Tingkat efisiensi tinggi

 Pembakaran lebih sempurna  Umur komponen panjang  Pemakaian bahan bakar hemat  Gas buang bersih

 Suara engine relatif lebih halus

Prinsip kerja empat langkah pada engine diesel sama dengan engine

bensin, perbedaannya adaiah pada engine bensin yang

dikompresikan adaiah campuran udara dan bensin, sedangkan pada

diesel engine hanya udara yang dikompresikan didalam cylinder dan bahan bakar baru diinjeksikan beberapa derajat sebelum langkah

kompresi berakhir yang disebut injection timing. Terjadinya

pembakaran di dalam cylinder diesel engine diakibatkan oleh panas yang timbul secara alamiah, karena udara yang dikompresikan, hal ini

dapat terjadi karena perbandingan kompresi pada diesel engine relatif

sangat tinggi.

Direktorat Pembinaan SMK 2013 122

Langkah pemasukan udara (intake stroke)

Langkah pemasukan udara kedalam ruang bakar (intake stroke)

dimulai pada saat intake valve secara bertahap membuka beberapa derajat sebelum piston mencapai Titik mati atas (TDC).

Pada saat ini valve exhaust masih tetap dalam kondisi terbuka.

Exhaust gas yang terdorong keluar menuju exhaust manifold

menimbulkan tekanan rendah didalam ruang pembakaran sehingga

udara bersih masuk kedalam cylinder dari saluran intake dan

mendorong exhaust gas keluar melalui saluran exhaust, proses ini disebut dengan proses pembilasan. Proses pembilasan berfungsi untuk mempercepat terbuangnya exhaust gas sehingga tidak tersisa lagi didalam silinder.

Posisi terbukanya intake valve dan exhaust valve secara bersamaan disebut dengan Valve Overlap. Beberapa derajat setelah piston mencapai Titik mati atas (TDC), valve exhaust tertutup penuh dan udara bersih yang berasal dari saluran intake masih terhisap kedalam silinder.

Gambar 3.8. Akhir langkah pemasukan (intake stroke)

Langkah intake berakhir saat valve intake tertutup beberapa derajat

setelah piston mencapai Titik mati bawah (BDC). Kecepatan langkah

piston bergerak pada langkah intake akan mempengaruhi jumlah udara yang dapat masuk kedalam silinder yang disebut efficiency volumetric.

Direktorat Pembinaan SMK 2013 123 Derajat pembukaan dan penutupan valve intake dan exhaust engine- engine Caterpillar tidak dijelaskan secara spesifik, tergantung dari jenis dan rancangannya masing-masing.

Gambar 3.9. Langkah kompresi (Compression stroke)

Langkah kompresi (compression stroke)

Setelah langkah intake berakhir, valve intake dan exhaust sama-sama

tertutup dan piston bergerak menuju TDC. Gerakan piston menuju TDC

menyebabkan volume ruang bakar semakin mengecil sehingga tekanan udara akan meningkat dan temperature udarapun naik Kenaikan temperature pada langkah kompresi dapat mencapai 1000 °F

Direktorat Pembinaan SMK 2013 124

Beberapa derajat sebelum piston mencapai TDC bahan bakar

diinjeksikan. Karena temperature udara pada posisi ini sudah sangat tinggi maka bahan bakar yang diinjeksikan akan terbakar sendiri (self ignited). Proses pembakaran berakhir di dalam cylinder pada 3-5° setelah TDC

Gambar 3.11. Langkah usaha (Power Stroke)

Langkah usaha (power stroke )

Setelah bahan bakar terbakar dengan sempurna, tekanan diruang bakar menjadi sangat tinggi, karena pada saat tersebut intake dan

exhaust valve sama-sama tertutup, tekanan tinggi yang dihasilkan

mendorong piston menuju Titik mati bawah (BDC). Peristiwa ini disebut

dengan langkah usaha (power stroke). Temperature pada saat

pembakaran terjadi dapat mencapai 3000 °F. Langkah pembuangan (exhaust stroke)

Beberapa derajat sebelum piston mencapai BDC pada langkah usaha

(power stroke), valve exhaust membuka. Pada saat tersebut exhaust

gas akan mengalir ke exhaust manifold dan proses ini berlanjut

hingga piston bergerak menuju TDC. Exhaust valve akan menutup

beberapa derajat setelah TDC yaitu pada saat piston melakukan

langkah hisap.

Exhaust gas yang terdorong keluar dapat mencapai temperature sekitar 600 - 1100° F.

Direktorat Pembinaan SMK 2013 125 Demikian siklus ini terjadi secara terus menerus pada motor bakar

diesel. Ilustrasi dari proses kerja diesel empat langkah dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 3.12. Langkah pembuangan (exhaust Stroke)

Gambar 3.13. Siklus disel empat

Siklus Pembakaran

Perbandingan Kompresi dan Temperatur Udara dalam silinder dikompre- sikan oleh adanya gerakan naik piston yang menyebabkan temperatur meningkat. Grafik di bawah memperlihat-kan hubungan secara teori antara perbandingan kompresi,tekanan kompresi dan

Direktorat Pembinaan SMK 2013 126 suhu. Apabila perbandingan kompresi 16, maka tekanan kompresi

dan temperatur adalah 30 kg/cm2 dan 500°C.

Proses pembakaran enginediesel

Proses pembakaran pada motor disel dibagi menjadi 4 tahap :

 Saat pembakaran tertunda (Ignition Delay)=A–B, tahap di mana

bahan bakar yang diinjeksikan baru bercampur dengan udara agar terbentuk campuran yang homogen

 Saat perambatan api (Flame propagation) = B–C Terjadi

pembakaran di beberapa tempat yang menyebabkan terjadinya letupan api yang mengakibatkan kenaikan tekanan dan temperatur secara drastis.

 Saat pembakaran langsung (Direct Combustion) = C–D Pada

phase ini, bahan bakar yang diinjeksikan langsung terbakar.

 Saat Pembakaran Lanjut (After Burning) = D–E, Phase ini

membakar sisa campuran bahan bakar dan udara yang belum terbakar

Detonasi (knocking)

Detonasi adalah getaran atau suara ledakan yang ditimbulkan oleh pembakaran yang tidak sempurna. Metoda di bawah ini adalah cara mengatasinya

Direktorat Pembinaan SMK 2013 127  Menaikkan tekanan dan temperatur udara.

 Mengurangi volume injeksi saat mulai injeksi.  Menaikkan temperatur ruang bakar

Kondisi operasi diesel engine

Governor menentukan rpm engine yang tepat untuk beban yang diberikan dan sebuah sistem pengaturan yang memberikan bahan bakar dalam jumlah banyak atau sedikit untuk menghasilkan rpm yang

dibutuhkan. Dengan rancangan yang efisien, mekanisme timing

advance merasakan peningkatan atau penurunan rpm dan mengatur siklus injeksi bahan bakar untuk memulai burn window pada derajat rotasi crankshaft yang tepat. Bermacam kondisi operasi engine diesel

didiskusikan dan dijelaskan dengan menggunakan kurva horsepower.

Gambar 3.14. Kecepatan Low Idle

Low Idle

Direktorat Pembinaan SMK 2013 128

Gambar 3.15. Kecepatan High Idle

High Idle

High idle adalah engine dengan rpm tertinggi tanpa beban (Gambar 1.15).

Gambar 3.16. Rated Speed

Rated Speed

Semua engine diesel diberikan rating kecepatan yang disebut full load pada rated speed. Ini adalah rpm dimana engine beroperasi dengan beban penuh (Gambar 3.16).

Gambar 3.17. Overspeed

Overspeed

Terkadang engine beroperasi sedemikian rupa sehingga rpm dipaksa melebihi rpm high idle (Gambar 3.17). Hal ini disebut overspeed dan

Direktorat Pembinaan SMK 2013 129

Lug

Engine diesel dirancang untuk dibebani melebihi kondisi beban penuh

(Gambar 3.18). Governor atau Electronic Control Module (ECM)

memungkinkan untuk memberikan bahan bakar maksimum, namun

beban yang diterima engine sangat tinggi sehingga mampu untuk

menurunkan kecepatan engine. Pada kondisi ini karena tidak ada lagi

penambahan bahan bakar, sehingga governor tidak mampu

menghasilkan horsepower yang dibutuhkan. Kondisi tersebut dikenal dengan istilah lug.

Gambar 3.18. Lug

Ruang bakar

Macam-macam Ruang Injeksi Langsung