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 _{1 : 10} ^{Kaya 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 :

 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.

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.

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

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.

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

suhu. Apabila perbandingan kompresi 16, maka tekanan kompresi dan temperatur adalah 30 kg/cm² dan 500°C.

Proses pembakaran engine diesel

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

 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

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 pada situasi tertentu dapat menyebabkan kerusakan total pada engine.

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

Gambar 3.19. Jenis ruang bakar injeksi langsung

Keterangan gambar:

Keuntungan :

 Effisiensi panas tinggi (tidak memerlukan glow plug).  Konstruksi cylinder head sederhana.

 Karena kerugian panas kecil, perbandingan kompresi dapat diturunkan.

Kerugian :

 Pompa injeksi harus menghasilkan tekanan yang tinggi.  Kecepatan maksimum lebih rendah.

 Suara lebih besar (berisik).

 Bahan bakar harus bermutu tinggi

Tipe Injeksi Tidak Langsung (Indirect Injection)

Bahan bakar disemprotkan oleh injection nozzle ke pre-combustion chamber. Sebagian akan terbakar di tempat dan sisanya yang tidak terbakar akan dibakar habis di ruang bakar utama (main chamber).

Gambar 3.20. Ruang bakar kamar depan injeksi tidak langsung