CARA KERJA MESIN DIESEL

Cara Kerja MESIN DIESEL

Pada prinsipnya kerja mesin diesel memiliki empat langkah piston (4-stroke atau di pasaran dikenal dengan 4-tak) sepeti halnya mesin bensin. Yaitu udara murni dihisap ke dalam silinder melalui saluran masuk (intake manifold) lalu dikompresikan oleh piston. Sehingga tekanan dan termperaturnya naik. Pada akhir langkah kompresi bahan bakar mesin diesel di-injeksikan ke dalam silinder melalui nozzle dalam tekanan tinggi. Proses ini mengakibatkan terjadinya penyalaan dalam ruang bakar dan menghasilkan ledakan yang akan mendorong piston.
Gerak translasi piston yang dihasilkan oleh ledakan tadi adalah sebuah usaha/gaya yang akan diteruskan ke poros engkol untuk dirubah menjadi gerak rotasi. Gerak rotasi poros engkol yang terhubung dengan fly wheel mengakibatkan piston terdorong kembali untuk menekan gas sisa pembakaran ke luar silinder melalui saluran buang (exhaust manifold).

Mesin diesel sulit beroperasi pada saat silinder dingin. Untuk membantu mesin melakukan gerak mula pada saat silinder dingin beberapa mesin menggunakan busi pemanas (glow plug) untuk memanaskan silinder sebelum penyalaan mesin. Lainnya menggunakan pemanas “resistive grid” dalam “intake manifold” untuk menghangatkan udara masuk sampai mesin mencapai suhu operasi. Setelah mesin beroperasi pembakaran bahan bakar dalam silinder dengan efektif memanaskan mesin. Busi pemanas ini tidak digunakan pada mesin diesel jenis direct injenction.
Komponen-komponen yang ada dan bekerja dalam mesin diproduksi dengan dengan sangat teliti. Sementara komponen-komponen tesebut bekerja dalam mesin dengan temperatur kerja mesin yang mencapai lebih dari 800 C dan beban kerja dalam ruang silinder yang mencapai temperature 3000 sampai 5000 C pada tekanan 2492 kPa (30 Kgf/cm2). (Training Manual, M-STEP 2: Gasoline Engine, Kramayudha Tiga Berlian)

Teknologi internnal combustion chamber, seperti yang ditulis pada harian republika edisi 16 juli 1993, sebagai teknologi lawas yang dianggap para ilmuwan sebagai lompatan terbesar dalam teknologi otomotif yang sampai saat ini belum tergantikan memerlukan perhatian dan perlakuan yang baik.
Beban kompresi yang tinggi, konstruksi yang besar, dan momen puntir yang dihasilkan cukup besar, menghasilkan pula rendemen panas yang tinggi. Maka akan menjadi pertanda buruk jika banyak energi panas yang terbuang ketika mesin bekerja. Perlu Untuk mengatasinya adalah dengan mengoptimalkan kemampuan komponen-komponen pendukung yang bekerja dalam mesin agar tetap dalam kondisi prima sesuai dengan spesifikasi. Sehingga tidak banyak energi panas yang terbuang percuma.

Antara mesin diesel dan mesin bensin memiliki keunggulan dan kelemahan masing-masing. Salah satu yang biasanya dirasakan adalah mesin bensin lebih responsif dibandingkan diesel. Sementara mesin diesel memiliki output momen (torsi) yang lebih baik daripada mesin bensin pada putaran yang sama. Dilihat dari konstruksinya, mesin diesel lebih besar dan berat daripada mesin bensin pada spesifikasi tenaga yang sama.

Air fuel Ratio (AFR) atau rasio udara dan bahan bakar mesin diesel berlebih dibandingkan mesin bensin. AFR mesin diesel mencapai 1 : 16 sampai dengan 160. Artinya satu bagian bahan bakar membutuhkan 16 s/d 160 bagian udara untuk melayani proses pembakaran di dalam silinder. Hal lain yang berhubungan erat dengan AFR adalah emisi gas buang yang dihasilkan. Dilihat dari sisi emisi gas buang, gas NOx yang dihasilkan dari pembakaran mesin diesel mengandung kelebihan oksigen karena mesin diesel dioperasikan dengan AFR yang lebih kurus dari AFR secara teoritis yang mencapai 1 : 14,7. Normalnya konsentrasi oksigen di gas buang adalah 1 – 2 %. Tingginya konsentrasi oksigen di gas buang akan menyebabkan tingginya konsentrasi senyawa NOx. Senyawa NOx ini sangat tidak stabil dan bila terlepas ke udara bebas, akan berikatan dengan oksigen untuk membentuk Nitrat oksida (NO2). Inilah yang amat berbahaya karena senyawa ini amat beracun dan bila terkena air akan membentuk asam nitrat. Keuntungan lain dari AFR yang kurus pada mesin diesel adalah rendahnya kandungan Karbon monoksida (CO) dan Hidrokarbon (HC) pada gas buang.

Konstruksi mesin diesel yang lebih berat dan besar dibandingkan mesin bensin, selain memakan tempat pada kompartement mesin, juga mengakibatkan putaran maksimum yang rendah. Yaitu hanya mencapai kurang lebih 5000 Rpm. Dan berimplikasi pada out put maksimum yang rendah pula.

Meskipun tekanan maksimumnya lebih tinggi dari mesin bensin, yaitu bisa mencapai 5,8 sampai dengan 8,8 kpa (60 – 90 kgf/cm2), tidak mampu mendongkrak out put maksimum dari mesin diesel. Karena tingginya tekanan tersebut dikarenakan perbandingan kompresi yang tinggi. Perbandingan kompresi mesin diesel bisa mencapai 1 : 15 s/d 23. nilai perbandingan kompresi diperoleh dari jumlah volume langkah ditambah volume kompresi dibandingkan dengan volume kompresi. Tingginya perbandingan kompresi tersebut dalam mesin diesel sangat dibutuhkan untuk memperoleh tekanan dan temperatur yang tinggi dari udara yang masuk ke dalam silinder. Sementara di mesin bensin tidak diperlukan kompresi setinggi itu untuk menghasilkan pembakaran. Karena pembakaranya dilakukan oleh percikan api dari busi.

Sebelumnya banyak orang beranggapan bahwa mesin diesel itu kotor, kasar dan lambat. Maka, mesin diesel diidentikan dengan truk, kendaraan berat, traktor dan yang lainnya. Tapi, seiring dengan perkembangan teknologi otomotif anggapan harus dihilangkan. Penyempurnaan pembakaraan dan teknologi catalyc converter berhasil membersihkan gas buang. Audi R40 telah membuktikan ketahanan mesin diesel dengan menjuarai lomba ketahanan mesin 24 jam di Le Mans 2006. Dan yang menarik dari mesn diesel adalah mesin diesel dikenal hemat dalam hal konsumsi bahan bakar dan memiliki torsi yang besar. Menurut pabrikan mobil PSA, teknologi diesel terbaru bisa mencapai efesiensi bahan bakar sebesar 20 % dibandingkan teknologi tahun 1980-an dengan peningkatan tenaga dua kali lipat. Kendaraan dengan mesin diesel terbaru bisa mencapai jarak 100 km hanya dengan 3 liter bahan bakar.

SISTEM KERJA MOTOR DIESEL DAN KOMPONENNYA

Dasar teori

Sejarah motor diesel

Pada tahun 1893, mesin diesel pertama kali ditemukan oleh Rudolf Diesel dari jerman. Sebelum adanya mesin diesel sudah ditemukan terlebih dahulu motor bakar yang beroperasi dengan bahan bakar murah yang ditemukan oleh dua orang Amerika Meltz dan Weiss. Mesin tersebut mengubah panas menjadi energi mekanik, disertai tekanan udara murni dalam silinder.

Pada mesin diesel, udara didalam silinder dikompresikan hingga menjadi panas. Bahan bakar diesel yang terbentuk kabut kemudian disemprotkan kedalam silinder. Oleh karena itu, mesin diesel perbandingan kompresinya dibuat (15:1-22:1) lebih tinggi daripada mesin bensin.

Keuntungan mesin diesel
• Mempunyai efisiensi panas yang lebih besar, penggunaan bahan bakar lebih ekonomis
• Lebih tahan lama dan tidak memerlukan elektrik igniter
• Momen tidak berubah pada rentang tingkat kecepatan yang luas

Kerugian
• Tekanan pembakaran mksimum hampir dua kali mesin bensin, suara dan getaran mesin diesel lebih besar karena tekanan pembakaran yang tinggi maka mesin diesel harus dibuat dari bahan yang tahan terhadap tekanan tinggi dan harus mempunyai struktur yang kuat, jauh lebih berat dan biaya pembuatannya lebih mahal
• Memerlukan sistem injeksi yang presisi
• Mempunyai kompresi yang tinggi dan membutuhkan gaya yang lebih besar untuk memutarnya, perlu motor starter dan batery dengan kapasitas yang lebih besar.
Panas tinggi yang dimiliki oleh udara yang dikompresi sanggup untuk membakar sendiri bahan bakar yang disemprotkan tadi. Namun karena hasil yang kurang memuaskan, maka bahan bakar diganti dengan bahan bakar cair yang disemprotkan kedalam silinder pada akhir langkah kompresi, dngan menggunakan udara tekan.
Pada saat ini motor diesel tidak lagi menggunakan sistem penyemprotan udara tekan, melainkan dengan digunakan pompa yang menyemprotkan bahan bakar kedalam silinder melalui suatu iject

 Prinsip kerja motor diesel.

Proses kerja dari sebuah mesin diesel terbagi menjadi 4 proses yaitu:
a. Intake stroke
pada langkah hisap, udara dimasukkan kedalam silinder. Piston membentuk kevakuman didalam silinder. Piston bergerak kebawah dari titik mati atas ke titik mati bawah. Katup hisap terbuka selama langkah ini dan katup buang tertutup.

b. compression stroke
udara yang dihisap kedalam silinder kemudian dimampatkan, posisi kedua katup baik hisap maupun buang tertutup, sehingga suhunya naik.

c. langkah kerja (power stroke)
pada akhir langkah kompresi, bahan bakar disemprotkan kedalam ruang bakar. Posisi kedua katup masih tertutup,karena suhu tinggi dari udara yang dimampatkan tadi maka bahan bakar akan terbakar. Suhunya semakin tinggi diikuti dengan tekanannya tinggi juga sehingga mendorong piston turun menuju TMB.

d. langkah buang (exhaust stroke)
setelah sampai di TMB piston bergerak naik menuju TMA, katup buang terbuka, sehingga sisa gas hasil pembakaran dibuang keluar. Proses ini terjadi secara berulang-ulang sehingga dihasilkan putaran yang kontinu.

Persyaratan agar mesin dapat bekerja dengan baik :
• tekanan kompresi yang tinggi
• waktu penyemprotan bahan bakar yang tepat.
• campuran bahan bakar dan udara yang tepat.

Bagian mesin
Sebuah motor diesel terdiri dari kepala silinder, blok silinder, piston, batang piston, mekanisme katup dan sebagainya. Bila mesin dioperasikan dalm waktu yang lama maka komponennya akan mengalami aus, dan celah antara komponen-komponen bertambah besar. Akibatnya kemampuan mesin menurun, timbul suara abnormal, konsumsi minyak pelumas bertambah, dan penggunaan bahan bakar menjadi boros. Dalam keadaan demikian, mesin harus dioverhaul dan komponen yang rusak harus diperbaiki atau diganti.seperti :
• kepala silinder
• katup dan mekanismenya
• blok silinder
• piston
• poros engkol dan batang torak

• Kepala Silinder

Kepala silinder dipasang pada permukaan blok silinder dan membentuk sebagian ruang bakar utama. Pada kepala silinder dipasang nozzle untuk menginjeksi bahan bakar, manifold masuk untuk memasukkan udara yang diperlukan dalam pembakaran, manifold keluar untuk membuang gas pembakaran ke udara luar, system katup untuk mengatur penghisapan , pembuangan, system pemanas untuk memanasi udara. Dalam ruang bakar pada waktu motor masih dingin untuk memudahkan menghidupkan motor. Kepala silinder umunya dibuat dari besi tuang.

• Piston

Piston selalu bergerak bolak-balik didalam silinder dan dihubungkan dengan batang piston dengan pin piston. Piston memutar poros engkol (crank shaft) melalui batang piston selalu bersinggungan dengan tekanan dan temperatur tinggi. Oleh sebab itu piston harus dibuat oleh bahan yang ringan, kuat, tahan panas dan tahan aus. Bahan piston umumnya terbuat dari campuran almunium. Tipe lainnya yang keliling luar dilapisi timah agar tahan singgungan dengan dinding silinder. Permukaan piston terbentuk atas bermacam-macam tipe dengan tujuan untuk membentuk ruang bakar dan menimbulkan pusaran bahan bakar pada saat penyemprotan.

• Pena piston ( Pin Piston )

Pin piston berfungsi untuk menghubungkan piston dengan batang piston. Pin piston menerima beban yang besar yang bekerja diantara piston dan batang piston (piston rod), sehingga untuk mengatasi beban ini bagian tengahnya dibuat lebih tebal.

• Ring Piston

Ring torak ada dua macam yaitu ring kompresi dan ring oli, ring kompresi untuk mencegah kebocoran kompresi dan gas pembakarannya, serta menyalurkan sebagian panas dari torak ke air pendingin melalui dinding silinder. Ring oli berfungsi untuk mengikis sisa oli yang telah melumasi pada dinding dalam silinder, serta memberi oli pelumas pada bagian ujung kecil batang torak. Umumnya ring torak terbuat dari besi tuang khusus dan mempunyai sifat tahan panas, tahan aus dan mempunyai gaya pegas. Ada juga ring torak yang permukaan luarnya dilapisi chrome agar lebih tahan terhadap keausan serta untuk memperbaiki penyesuaian permukaan antara ring dengan dinding silinder.

• Batang piston ( piston rod )

Batang piston berfungsi untuk menghubungkan piston dengan poros engkol (crankshaft) dan mengubah gerakan bolak-balik menjadi gerakan berputar poros engkol. Agar bagian batang piston ini dapat berayun maka pada bagian pemasangan piston digunakan bos dan pada bagian pemasangan poros engkol digunakan bantalan.

• Poros engkol ( crankshaft )

Poros engkol berfungsi untuk mengubah gerak bolak-balik torak menjadi gerak putar melalui batang torak. Poros engkol terdiri dari pena engkol, jurnal engkol da lengan engkol yang ditempa dari baja karbon atau baja khusus. Poros engkol dipasang terhadap blok silinder pada bagian jurnal ini. Baik jurnal engkol maupun pena engkol dikeraskan dengan cara induksi untuk mengatasi pengausan. Pada bagian depan poros engkol dipasang gigi poros engkol untuk menggerakkan sistem klep dan pulley engkol untuk memutar kipas, pompa air, alternator dan bagian belakang dipasang roda gila (fly wheel). Bobot pengimbang (Balancing weight) dipasang pada lengan engkol untuk menghilangkan ketidakseimbangan dalam perputaran motornya.

• Bantalan jurnal (Jurnal bearing)

Bantalan jurnal umumnya trimetal yang terdiri dari bagian atas dengan bahan kelmet metal dan bagian belakang dibuat dari bahan baja lunak. Pada bantalan jurnal dibuat lubang dan alur oli untuk saluran oli dari blok silnder.

• Roda penerus

Roda penerus berfungsi untuk meratakan putaran poros engkol yang berubah ubah akibat pembakaran (kerja) pada tiap satu kali putaran poros engkol pada motor dua tak atau pada tiap kali putaran poros engkol motor empat tak. Pada waktu putaran poros engkol dipercepat oleh gaya pembakaran, sebagian gaya pembakaran ini tersimpan pada roda penerus. Setelah selesai pembakaran, putaran poros engkol semakin menurun pada langkah lainnya. Gaya yang tersimpan pada poros engkol yang disebut gaya inersia dikeluarkan kembali untuk memperkecil perubahan kecepatan putaran. Oleh sebab itu putaran menjadi tidak rata.

• Katup ( Inlet & Outlet valve )

Klep berfungsi untuk memasukkan udara dan membuang gas hasil pembakaran dengan cara membuka dan menutup klep pada saat yang tepat. Sistem klep terdiri dari klep dan pegas untuk membuka dan menutup langsung ruang bakar, gigi timing untuk memindahkan putaranporos engkol ke poros nok, tappet (pengangkat klep) untuk membuka dan menutup klep oleh perputaran poros nok, batang pendorong (push rod), lengan pengungkit (rocker arm), pada motor dua tak tidak ada klep hisap, akan tetapi ada lubang bilas (scavenging port). Dibagian silinder untuk memasukkan udara. Pembukaan klep oleh poros nok yang diputar poros engkol dengan kecepatan putaran setengah putaran poros engkol, pada batang katup terpasang pegas katup dan dudukan pegas katup.

• Cam Shaft

Cam shaft mempunyai satu nok untuk hisap dan satu nok untuk buang pada silinder. Bentuk nok dibuat seperti elips atau telur untuk meningkatkan effisiensi dan agar putaran motor tenang. Diameter panjang nok disebut tinggi nok dan perbedaan antara diameter panjang dan diameter pendek disebut pengangkatan nok (cam lift).

• Gigi timing ( timing gear )

Gigi timing berfungsi untuk melaksanakan saat yang tepat penginjeksian bahan bakar dan pembukaan serta penutupan katup. Gigi timing terdiri camshaft diputar dengan setengah kecepatan putar gigi poros engkol. Pada masing-masing roda gigi diberi tanda untuk menghindari kesalahan pemasangan.

• Injektor
Mensuplay, membersihkan, dan mengabutkan bahan bakar ke dalam ruang bakar.
• Feed Pump
Feed pump memompa bahan bakar dari tangki bahan bakar kemudian disalurkan ke filter bahan bakar kemudian disalurkan menuju injector.
• Cooling system ( radiator dan oil cooler )
Radiator merupakan pendingin mesin yang menggunakan media air, yang berfungsi untuk mendinginkan dan mengatur sushu kerja masin dalam keadaan yang normal.Oil cooler berfungsi untuk mendinginkan minyak pelumas dengan perantara udara.
• Rocker Arm
Rocker arm berfungsi untuk menekan katup agar terbuka atau menutup dengan bantuan atau gerakkan dari camshaft, dan juga berfungsi untuk mensetting kerenggangan/clearance katup.
• Oil Pump
Oil pump berfungsi untuk memompa minyak pelumas dari sump tank atau carter yang kemudian didistribusikan ke semua bagian-bagian dan komponen-komponen mesin, terutama yang saling bergesekkan agar pelumasan dalam mesin terjadi secara baik dan merata.

 • Sump Tank ( Tangki Carter )
Sump tank berfungsi sebagai tempat penampungan minyak pelumas yang akan didistribusikan ke mesin oleh oil pump.

• Oil filter dan Strainer
Oil filter dan strainer berfungsi untuk menyaring semua kotoran dan geram-geram yang terkandung pada minyak pelumas sebelum didistribusikan ke bagian-bagian mesin.
• Fuel Filter
Fuel filter berfungsi untuk menyaring semua kotoran-kotoran yang akan masuk ke fuel pump, sehingga bahan bakar yang diinjeksikan benar-benar bersih dan menyebabkan pembakaran yang optimal.
• Push Rod ( pin rod )
Push rod berfungsi sebagai pendorong rocker arm agar dapat menekan katup, melalui mekanisme gerak camchaft.
• Water Pump
Water pump berfungsi sebagai pemompa air yang berada di radiator agar masuk ke dalam mesin melalui water jacket pada dinding silinder dan air pendingin tersebut dapat bersirkulasi.

• Thermostat
Thermostat berfungsi sebagai katup lewatnya air pendingin, ketika air pendingin ada pada suhu 80˚C air akan disirkulasikan kembali ke water jacket, dan apabila suhunya melebihi 80˚C maka air tersebut akan langsung dimasukkan ke radiator untuk didinginkan.

2. Sistem pelumasan

Sistem pelumasan adalah suatu sistem yang berfungsi untuk melumasi bagian-bagian pada mesin yang sangat memelukannya dengan baik seperti pada dinding silinder, bantalan-bantalan dari poros engkol, piston rod, piston dan katup-katup (inlet/outlet).akan tetapi minyak pelumas berfungsi untuk :

1. Melindungi mesin dari sifat korosi ( Anti Oksidasi )

2. Melepas kerak-kerak yang terjadi akibat proses pembakaran ( Detergen )

3. Membantu mengurangi panas Yang terjadi akibat proses pembakaran ( Pendingin )

4. Mencegah encernya oli akibat suhu tinggi ( Pengental )

5. Bertindak sebagai seal / perapat

II.1. 3. Sistem Pendingin

Sistem pendingin adalah suatu sistem yang berfungsi untuk melindungi mesin akibat dari poses pembakaran didalam silinder. Cara pendingin mesin terdapat beberapa macam, antara lain :

1. Sistem pendinginan udara ( Langsung ), mesin menggunakan pendingin langsung harus mempunyai sirip-sirip pada kepaa silinder, udara dialirkan melalui sirip-sirip untuk mendingikan bagian yang panas,untuk mesin jenis ini cenderung mengeluarkan suara yang bising jika dibandingkan dengan menggunakan pendingin air, karena air dapat menyerap / meredam suara.

2. sistem pendingin air ( tak langsung ), sistem pendingi ini menggunakan air sebagai media pendinginan mesin, air dipilih karena cenderung lebih cepat menyerap panas jika dibandingkan dengan udara,kerugian dari penggunaan air itu sendiri, jika dilihat dari sifat air yang dapat menyebabkan korosi maka dapat mengganggu pada saluran air pendingin, oleh karena itu air pendingun dicampur oleh cairan anti karat untuk melindungi bagian-bagian yang didinginkan.

II.1. 4. Sistem bahan bakar

Sistem bahan bakar adalah suau sistem ang berfungsi sebagai pengatur, penyedia bahan bakar yang akan masuk kedalam silinder. Perbedaan cara pemasukan bahan bakar antara mesin diesel dengan bensin adalah untuk mesin menggunakan bensin bahan bakar dan udara dicampur menjadi satu daam karburator sebelum masuk kesilinder, sedangkan pada mesin diesel bahan bakar langsung diinjeksikan langsung kedalan silinder untuk udara dimasukan seperti biasa kedalam silinder, dikarenakan bahan bakar diesel mempunya nilai cetan yang lebih rendah dari nilai oktan bensin maka diperlkan proses pengkabutan untuk membantu proses pembakaran yang sempurna.

II.1. 5. Sistem Timming gear

Timing gear berfungsi untuk mengatur waktu penyemprotan bahan bakar kedalam silinder, mengatur saat pembukaan dan penutupan katup, serta menyesuaikan posisi piston dalam silinder.timing gear biasanya menghubungkan antara poros engkol, poros nok, dan fuel injection pump.hal ini perlu dilakukan agar saat penyemprotan bahan bakar sesuai dengan posisi piston saat kompresi yang berarti juga bahwa katup hisap dan buang harus tertutup.

II.1. 6. Sistem Start dan pengisian

Sistem Start berfungsi untuk memutar Roda gila / Fly Wheel agar mesin dapat hidup. Sistem start ini digerakkan oleh sebuah dinamo listrik yang diberikan oleh akumulator untuk dirubah menjadi energi gerak ( mekanik ) yang digunakan untuk memutar roda gila.

Sistem pengisian adalah rangkaian kelistrikan yang digunakan untuk mengisi kembali accumulator yang telah digunakan agar tenaganya tetap seperti semula, sistem ini mnggunakan sebuah alternator yang berfungsi untuk mengubah gerakan mekanis dari poros engkol menjadi energi lstrik untuk mengisi kembali baterai,gerakan alternator ini didapat dari gerakan piston yang dihubungkan dengan menggunakan belt agar alternator dapat beputar.