Injector dalam kesatuan terdapat katup penyemprotan bahan bakar (Nozzle) di dalam buku Permesinan Kapal III yang diterbitkan oleh Japan International Coperation Agency (JICA, 1983: 74) mengatakan bahwa katup penyemprotan bahan bakar merupakan suatu cara pemasukan bahan bakar ke
19
dalam ruang pembakaran. Jika bahan bakar disemprotkan kedalam silinder melalui lubang yang diameternya kira-kira 0,2 sampai 0,8 mm dengan kecepatan tinggi terjadi pengabutan oleh gerakan udara sekitar, banyaknya Nozzle, diameter dan sudut ditentukan oleh tipe mesin besar silinder dan bentuk ruang pembakaran”.
Lubang pada ujung Nozzle berdiameter kira-kira 0,2 - 0,8 mm, biasanya berjumlah 4 sampai 10 batang katup jarum dibuat sependek mungkin agar mengurangi massa. Katup tidak diberi pengepakan supaya mengurangi inertia dan aus karena itu dudukan katup ditambah dengan tepat untuk mencegah kebocoran bahan bakar melalui cela antara jarum dan dudukan katup.
2.6.1 Jenis-Jenis Nozzle
a. Nozzle Lubang Tunggal (Single Hole Nozzle)
Semprotan atau kabutan bahan bakar yang dihasilkan berbentuk tirus.
Daerah sudut kira-kira 4° - 5° yang dikeluarkan oleh ujung Nozzle yang berlubang satu. Pengabutan yang kurang sempurna dan seksama menyebabkan penyemprotan bahan bakar tidak merata bila sudutnya terlalu besar. Keadaan ini dapat membatasi sudut semprotan yang bisa dipakai. Karena itu Nozzle lubang tunggal dipakai pada mesin-mesin dimana bentuk ruang bakar akan menimbulkan pusaran dan karenanya tisak membutuhkan pengabutan bahan bakar yang halus dan semprotan yang merata. Nozzle lubang tunggal semacam imi juga baik karena pembukaan lubang Nozzle yang luas bahkan pada mesin-mesin putaran tinggi ukuran kecil.
20
Sumber: Injector tipe_hole_pintel.png
Gambar 2.9 Injector Lubang Tunggal b. Nozzle Berlubang Banyak (Multi Hole Nozzle)
Nozzle ini banyak dipakai pada motor diesel dengan penyemprotan secara langsung (Direct Injection) dimana diperlukan penyemprotan bahan bakar meluas kesemua bagian ruang bakar yang dangkal. Makin banyak jumlah pembukaan semprotan diameter 0,0006inch sampai 0,0033 inch. Jumlah dapat berbedaa antara tiga sampai delapan belas lubang pada mesin mesin yang mempunyai ukuran besar diameter silindernya.
21
Sumber: Injector_tipe_hole_dan_pintel.png Gambar 3.0 Injector Berlubang Banyak c. Nozzle Model Pintle Type
Nozzle jenis ini dipergunakan untuk motor diesel dengan system kamar depan dan kamar pusar, dipasang dengan katup-katup ujung ujungnya mempunyai batang atau pena yang disebut “pintle”. Yang bentuknya disesuaikan dengan bentuk semprotan yang diinginkan.
Dengan pembentukan pena yang cocok, diperoleh akan penyemprotan bahan bakar silindris yang berlubang dengan daya tinggi ataupun semprotan bahan bakar berbentuk konis yang berongga dengan sudut 60°. Nozzle jenis ini bekerja secara seragam dan teliti gerakannya akan mencegah kerak dan karbon diujung Nozzle.
22
Sumber: Injector_tipe_hole_dan_pintel.png Gambar 3.1 Pintle Type
2.6.2. Cara Kerja Pengabutan Nozzle a. Sebelum Proses Penginjeksian
Sebelum bahan bakar masuk kedalam nozzle, bahan bakar yang disalurkan ke nozzle harus memiliki tekanan 60 sampai 200𝑘𝑔/𝑐𝑚2 yang diberikan oleh injection pump. Setelah bahan bakar masuk kedalam nozzle dan langsung menuju oil pool / nozzle body.
Sumber: www.teknik-otomotif.com
23
Gambar 3.2 Sebelum Proses Penginjeksian b. Proses Penginjeksian Bahan Bakar
Setelah bahan bakar masuk kedalam nozzle body / oil pool maka bahan bakar yang bertekanan tadi akan meningkat melebihi tekanan pegas atau pressure spring sehingga akan mengangkat atau naiknya nozzle needle ke atas dan menyebabkan bahan bakar keluar dan terjadilah proses pengabutan atau penyemprotan bahan bakar.
Sumber: www.teknik-otomotif.com
Gambar 3.3 Saat Proses Penginjeksian c. Setelah Penginjeksian Bahan Bakar
Setelah proses penginjeksian selesai maka injection pump pun juga akan berhenti mengalirkan bahan bakar yang bertekanan. Maka pressure spring dan nozzle needle pun kembali ke posisi awalnya dengan menutub kembali lubang pengabutan nozzle. Sisa bahan bakar yang terdapat didalam nozzle akan melumasi komponen dalam nozzle dan bahan
24
bakar akan terhisap atau kembali kedalam tangki bahan bakar dan injection pump melalui over flow pipe.
Sumber: www.teknik-otomotif.com Gambar 3.4 Akhir Penginjeksian
Menurut Maneen (1983: 7.1) mengemukakan bahwa pada sebuah motor Diesel bahan bakar yang di semprotkan ke dalam silinder dengan kelambatan sekecil- kecilnya, maka harus terbentuk suatu campuran homogen dari udara/bahan bakar sebagai syarat pertama, selanjutnya campuran bahan bakar/udara harus memiliki suhu yang tinggi yang dikehendaki untuk menyalakan sendiri campuran tersebut.
Suhu yang tinggi tersebut dapat dicapai dengan mengkomprimir udara pembakaran dalanm silinder dengan suhu akhir kompresi antara (800- 1000° K).
Untuk mendapatkan pembagian yang halus dari bahan bakar serta suatu campuran yang baik dengan udara pembakaran, diperlukan energi. Energi tersebut sebagian diperoleh dari gerakan udara pembakaran dan sebagian lagi diperoleh dari pengabutan pada bahan bakar itu sendiri. Yang terpenting dalam pembentukan campuran adalah
25
energi pengabutan dari bahan bakar. Untuk pembentukan secara cepat dari sebuah campuran gas yang mudah terbakar dikehendaki bahwa butir bahan bakar yang disemprotkan secepat mungkin dipanasi dan diuapkan. Pembagian bahan bakar dalam bentuk butiran-butiran dengan diameter yang sangat kecil merupakan persyaratan, khusus bila dalam silinder akan dibakar residu dengan kadar tinggi dari asselteen.
Dari penyelidikan Collin (1990) disimpulkan bahwa semakin halus pengabutannya, maka waktu pemanasan dari bahan bakar semakin kecil. Sedangkan pengabutan yang lebih besar membutuhkan waktu yang amat lama sehingga terjadi kelambatan penyalaan (waktu saat penyemprotan dimulai dan penyalaan dimulai) terlalu panjang, demikian pula waktu pembakaran dari bagian tersebut, sehingga dengan gas pembakaran akan terbawa bagian bahan bakar yang tidak terbakar.
Perlu diingat bahwa waktu yang disediakan untuk mencampur, menyalakan, dan membakar pada motor putaran rendah lebih besar dibandingkan dengan motor putaran menengah dan tinggi.
Bila tiap bagian kecil bahan bakar sewaktu memasuki ruang pembakaran dengan cepat dapat terbakar dengan sempurna, maka lintasan tekan dan suhu dalam silinder sewaktu pembakaran dapat dihitung dari karasteristik penyemprotan oleh pengabut. Ternyata memerlukan waktu untuk mengadakan reaksi kimia yang mengantar pada penyalaan campuran bahan bakar udara. Dalam campuran yang meliputi butir bahan bakar yang di semprotkan akibat pengaruh dari tekanan dan suhu yang menguasai ruang pembakaran, akan
26
mengakibatkan beberapa molekul dioksidasi sehingga membebaskan panas. Sebagai akibat dari suhu yang mengikat, maka kecepatan oksidasi akan meningkat begitu juga dengan pembentukan panasnya 2.7. Pembakaran Didalam Silinder
Motor pembakaran didefinisikan sebagai mesin kalor yang berfungsi mengkonversikan energy kimia yang terkandung dalam bahan bakar menjadi energy mekanis dan prosesnya terjadi didalam suatau ruang bakar yang tertutup.
Energi kimia dalam bahan bakar terlebih dahulu diubah menjadi energy ternal melalui proses yang kemudian menggerakan pada mesin seperti torak, batang torak, dan poros engkol.
Dalam mesin diesel injeksi langsung, bahan bakar disemprotkan kedalam ruang bakar tepat diatas piston. Pada umumnya piston memiliki mangkuk (bowl) yang dirancang untuk membatasi udara kedalam daerah yang sesuai dengan lintasan semprotan sehingga terjadi campuran bahan bakar dengan udara.
Kelemahan dari system semacam ini adalah besarnya kemungkinan bahan bakar yang tidak terbakar menempel pada dinding silinder dapat melewati ring piston ke crankcase. Ketika mesin ini dioperasikan pada bahan bakar dengan volatilitas yang rendah, sebagian dari bahan bakar yang lambat menguap dapat menempel pada dinding silinder sehingga berakibat menipiskan minyak pelumas.
27
Sumber://www.Direct-Injection-Diesel_Engine-4.png Gambar 3.5 Model Geometri Injeksi Langsung Proses injeksi bahan bakar pada mesin Diesel terjadi persis sebelum TMA, dengan tekanan yang sangat tinggi menggunakan satu atau lebih injector, injector akan menghasilkan pola semprotan dengan keadaan 100% bahan bakar diintinya dan 100% udara dibagian luarnya. Percampuran semprotan bahan bakar dan udara harus terjadi, dengan udara berputar-putar, sehinga terjadi percampuran optimal dan tercapailah kinerja yang menghasilkan emisi yang sesuai standar.
Secara garis besar proses pembakaran pada motor diesel terbagi menjadi 4 tahap, yaitu Ignition delay, Premixed or rapid combustion phase, Mixing–controlled combustion phase, Late combustion phase
28
Sumber://www.rate-of-heat-release-Diesel-Engine-4.png Gambar 3.6 Diagram Heat Release a) Fase persiapan pembakaran a-b (ignition delay).
Ignition delay adalah waktu yang diperlukan antara bahan bakar mulai disemprotkan dengan saat mulai terjadinya pembakaran. Waktu pembakaran bergantung pada beberapa factor, antara lain pada tekanan dan temperature udara pada saat bahan bakar mulai disemprotkan, gerakan udara dan bahan bakar, jenis dan derajat pengabutan bahan bakar, serta perbandingan bahan bakar – udara lokal. Jumlah bahan bakar yang disemprotkan selam periode persiapan pembakaran tidaklah merupakan faktor yang terlalu menentukan waktu persiapan pembakaran
29
b) Fase pembakaran cepat b-c (premixed or rapid combustion phase)
Pada fase ini udara dan bahan bakar yang telah tercampur (air-fuel mixture) akan terbakar dengan cepat dalam beberapa drajat. Proses pembakaran tersebut terjadi dalam suatu pengecilan volume (selama piston masih bergerak menuju ke top dead center). Sampai piston bergerak kembali beberapa drajat sudut engkol sesudah TDC, tekanannya masih bertambah besar tetapi laju kenaikan tekanan yang seharusnya dikonvensasikan oleh bertambah besarnya volume ruang bakar sebagai akibat bergerak piston dari TDC ke BDC (buttom dead center). Pada premixed terjadi kenaikan tekanan dan temperatur secara drastic.
c) Fase pembakaran terkendali c-d (mixing controlled combustion phase)
Setelah campuran bahan bakar – udara (air-fuel mixture) terbakar pada fase premixed, kecepatan pembakaran ditentukan oleh tersedianya campuran yang siap terbakar.
Beberapa proses yang terjadi disini adalah antara lain atomisasi bahan bakar, penguapan, pencampuran dengan udara dan reaksi kimia, sehingga proses pembakaran ditentukan oleh proses pencampuran antara udara dan bahan bakar.
30
d) Fase pembakaran lanjut d-e (late combustion phase)
Pada fase ini terjadi proses penyempurnaan pembakaran dan pembakaran bahan bakar yang belum sempat terbakar.
Pelepasan energy akan terus berlangsung dengan kecepatan rendah sampai langkah ekspansi. Ada beberapa faktor yang menyebabkan terjadinya pembakaran lanjut ini antara lain sebagian kecil bahan bakar belum terbakar dan sebagian energi bahan bakar tersebut menjadi soot dan produk pembakaran campuran kaya, yang energinya masih dapat terlepas.