sistem pembakaran motor diesel

SYSTEM PEMBAKARAN PADA MESIN MOTOR DISEL

Pembakaran

Pembakaran adalah reaksi kimia yang cepat antara oksigen dan bahan yang dapat terbakar, disertai timbulnya cahaya dan menghasilkan kalor. Pembakaran spontan adalah pembakaran dimana bahan mengalami oksidasi perlahanlahan sehingga kalor yang dihasilkan tidak dilepaskan, akan tetapi dipakai untuk menaikkan suhu bahan secara pelan-pelan sampai mencapai suhu nyala. Pembakaran sempurna adalah pembakaran dimana semua konstituen yang dapat terbakar di dalam bahan bakar membentuk gas CO2, air (= H2O), dan gas SO2, sehingga tak ada lagi bahan yang dapat terbakar tersisa.

Sistem pembakaran mesin diesel

Proses pembakaran dibagi menjadi 4 periode:

a) Periode 1: Waktu pembakaran tertunda (ignition delay) (A -B)

Pada periode ini disebut fase persiapan pembakaran, karenapartikel-partikel bahan baker yang diinjeksikan bercampur dengan udara di dalam silinder agar mudah terbakar.

b) Periode 2: Perambatan api (B-C)

Pada periode 2 ini campuran bahan bakar dan udara tersebut akan terbakar di beberapa tempat. Nyala api akan merambat dengan kecepatan tinggi sehingga seolah-olah campuran terbakar sekaligus, sehingga menyebabkan tekanan dalam silinder naik. Periode ini sering disebut periode ini sering disebut pembakaran letup.

c) Periode 3: Pembakaran langsung (C-D)

Akibat nyala api dalam silinder, maka bahan bakar yang diinjeksikan langsung terbakar. Pembakaran langsung ini dapat dikontrol dari jumlah bahan bakar yang diinjeksikan, sehingga periode ini sering disebut periode pembakaran dikontrol.

d) Periode 4: Pembakaran lanjut (D-E)

Injeksi berakhir di titik D, tetapi bahan bakar belum terbakar semua. Jadi walaupun injeksi telah berakhir, pembakaran masih tetap berlangsung. Bila pembakaran lanjut terlalu lama, temperatur gas buang akan tinggi menyebabkan efisiensi

panas turun.

Gambar 1. Proses pembakaran motor diesel

Teoritis pembakaran sempurna didapat dengan perbandingan udara/BB (Air to fuel ratio) adalah 14,7 dan sering disebut sebagai Stoichiometry dan sering disebut juga sebagai perbandingan Lambda=1.

Air to Fuel Ratio (sering disingkat AFR) > 14,7 disebut sebagai Lean Combustion sedangkan sebaliknya disebut sebagai Rich combustion.

Perhatikan Diagram dibawah ini,

Pada pembakaran ideal sudah disebutkan diatas akan menghasilkan H2O, CO2 serta N2, Namun secara praktis pembakaran pada mesin tidaklah sempurna walau pada mesin dengan technologi tinggi sekalipun.

Elemen penting

1.     Bahan Bakar

Bahan bakar fosil dan bahan bakar organik lainnya umumnya tersusun dari unsur-unsur C (karbon), H (hidrogen), O (oksigen), N (nitrogen), S (belerang), P (fosfor) dan unsur-unsur lainnya dalam jumlah kecil, namun unsur-unsur kimia yang penting adalah C, H dan S, yaitu unsur-unsur yang jika terbakar menghasilkan kalor, dan disebut sebagai “bahan yang dapat terbakar” atau “combustible matter”, disingkat dengan BDT. Unsur-unsur lain yang terkandung dalam bahan bakar namun tidak dapat terbakar adalah O, N, bahan mineral atau abu dan air. Komponen-komponen ini disebut sebagai “bahan yang tidak dapat terbakar” atau “non-combustible matter”, disingkat dengan non-BDT.

Secara singkat komposisi bahan bakar padat dinyatakan menurut:

a. Analisis pendekatan (proximate analysis), yaitu kandungannya akan BDT, air, abu.

BDT terdiri dari:

Ø Bahan yang bila terbakar membentuk gas atau uap, yaitu gas CO2, CO, SO2, uap air. Bahan ini disingkat dengan BTG.

Ø Bahan yang jika terbakar tidak membentuk gas, dan pembakaran lebih lanjut terhadap bahan ini menghasilkan kokas. Bahan ini disebut “karbon tetap” atau “fixed carbon” disingkat KT.

Setelah proses pembakaran:

Ø BTG: terbakar menghasilkan gas-gas CO2, CO, SO2, dan uap air yang keluar sebagai gas asap atau gas buang.

Ø Non-BDT: unsur O dan N membentuk gas-gas oksigen (O2) dan nitrogen (N2), dan keluar sebagai gas asap. Komponen abu tetap tinggal di ruang pembakaran, ditampung oleh penampung (“ash pit”), dan keluar sebagai sisa pembakaran (“refuse”) disingakt SB.

Ø KT: terbakar membentuk kokas. Kokas mempunyai kandungan karbon mendekati 100%.

b. Analisis tuntas (ultimate analysis), yaitu komposisi bahan sampai unsurunsurnya, seperti kandungan C, H, O, N, S, abu dan air. Air yang terkandung dalam bahan bakar mencakup:

- air yang menempel secara mekanis,

- air senyawa, yaitu air yang dapat terbentuk jika unsur O dan H dalam bahan-bakar mempunyai perbandingan stoikiometeris.

Bahan bakar cair terdiri dari seyawa hidrokarbon atau campuran beberapa macam senyawa hidrokarbon. Pada minyak bumi, kandungan hidrokarbon terdiri dari C5 sampai C16, meliputi seri parafin, napftena, olefin dan aromatik. Hidrokarbonhidrokarbon tersebut kadang-kadang merupakan senyawa ikatan dengan belerang, oksigen dan nitrogen, yang jumlahnya beragam. Bahan-bahan gas terdiri dari campuran senyawa-senyawa C dan H yang mudah terbakar (CH4, C2H6, C2H4, C2H2, CO, H2 dan lain-lain), serta gas -gas yang tidak terbakar (N2, CO2, SO2). Senyawa C dan H tersebut tidak selalu senyawa hidrokarbon (CO, H2).

1.     Bentuk ruang bakar mesin diesel

Ruang bakar pada motor diesel lebih rumit disbanding ruang bakar motor bensin. Bentuk ruang bakar pada motor diesel sangat menentukan kemampuan mesin, sebab ruang bakar tersebut direncanakan dengan tujuan agar campuran bahan udara dan bahan bakar menjadi homogen dan mudah terbakar sekaligus.

Ruang bakar motor diesel digolongkan menjadi 2 tipe,

yaitu:

a) Tipe ruang bakar langsung (direct combustion chamber)

b) Tipe ruang bakar tambahan (auxiliary combustion chamber)

Tipe ruang bakar tambahan terdapat dalm 3 macam, yaitu:

1). Ruang bakar kamar muka (precombustion chamber)

2). Ruang bakar pusar (swirl chamber)

3). Ruang bakar air cell (Air cell combustion chamber)

b) Ruang bakar tambahan.

1) Ruang bakar muka.

Dalam ruang bakar ini bahan bakar solar disemprotkan ke dalam ruang bakar muka oleh nozzle injeksi. Sebagian bahan bakar yang tidak terbakar di ruang bakar muka didorong melalui saluran kecil antara ruang bakar muka dan ruang bakar utama. Percampuran yang baik dan terbakar seluruhnya berada pada ruang bakar utama.

2) Ruang bakar pusar.

Ruang bakar model pusar ini berbentuk bundar. Ketika torak memampatkan udara, sebagian udara akan masuk ke dalam ruang bakar pusar dan membuat aliran turbulensi. Bahan bakar diinjeksikan ke dalam udara turbulensi dan terbakar di dalam ruang bakar pusar, tetapi sebagian bahan bakar yang belum terbakar masuk ke ruang bakar utama melalui saluran tersebut. Selanjutnya capuran tersebut akan terbakar di tuang bakar utama. Lihat gambar 4.

Gambar 4. Ruang bakar pusar

3) Ruang bakar Air Cell

Pada ruang bakar air cell ini bahan bakar disemprotkan langsung ke dalam air cell dan terbakar langsung di ruang bakar utama. Sebagian bahan bakar yang yang disemprotkan ke air cell dan terbakar, mengakibatkan tekanan dalam air cell bertambah. Bila torak bergerak ke TMB, udara dalam air cell keluar ke ruang bakar utama membantu menyempurnakan pembakaran. Pada ruangbakar ini tidak memerlukan pemanas.

Gambar 5. Ruang bakar Air Cell

4) Penyaluran bahan bakar pada mesin diesel

Berdasarkan uraian tentang prinsip kerja mesin diesel yang membakar bahan bakar berdasarkan suhu kompresi secara bertahap, maka penyaluran bahan bakar pada mesin

diesel harus memenuhi syarat:

(a) Mesin diesel harus mempunyai perbandingan kompresi yang tinggi agar mempunyai suhu dan tekanan kompresi yang tinggi sehingga mampu membakar bahan baker yang diinjeksikan ke dalam ruang bakar. Bahan baker mesin diesel mempunyai sifat titik nyalanya tinggi sehingga harus dibuat menjadi partikel atau butiran yang lebih kecil.

(b) Agar bahan bakar yang diinjeksikan ke dalam silinder mesin diesel dapat mudah terbakar maka diperlukan ruang bakar yang dapat memungkinkan bahan bakar dan udara dapat bercampur secara homogen dalam bentuk partikel yang lebih kecil-kecil dari sebelumnya.

(c) Di samping mesin diesel harus memiliki ruang bakar yang memungkinkan atomisasi bahan bakar, maka bahan baker yang disalurkan ke dalam ruang bakar harus dengan injeksi. Dengan injeksi maka bahan bakar akan berbentuk partikel-partikel atau butiran-butiran yang kecil. Oleh karena itu dalam mesin diesel diperlukan peralatan untuk 17 injeksi yaitu pompa injeksi dan injector (pengabut). Pompa injeksi berfungsi menekan bahan bakar dari tangki ke injector, sedangkan injector berfungsi menyemprotkan

bahan bakar tepat waktu ketika diperlukan pada akhir langkah kompresi.

(d) Berdasarkan 3 hal di atas maka pada mesin diesel diperlukan suatu sistem bahan bakar yang dapat memenuhi syarat agar terjadi pembakaran yang baik. Sistem bahan bakar yang baik harus terdiri dari komponen-komponen yang baik pula.