1. TUJUAN 1. Mahasiswa memahami prinsip kerja bakar 2. Mahasiswa dapat memahami perbedaam komponen pada motor bakar 3. Mengetahui komponen dan fungsi dan fungsi dari motor bakar 2. DASAR TEORI: 1. Sejarah Motor Diesel Mesin diesel adalah sejenis mesin pembakaran dalam; lebih spesifik lagi, sebuah mesin pemicu kompresi, dimana bahan bakar dinyalakan oleh suhu tinggi gas yang dikompresi, dan bukan oleh alat berenergi lain (seperti busi).mesin ini ditemukan pada tahun 1892 oleh Rudolf Diesel, yang menerima paten pada 23 Februari 1893. Diesel menginginkan sebuah mesin untuk dapat digunakan dengan berbagai macam bahan bakar termasuk debu batu bara. Dia mempertunjukkannya pada Exposition Universelle (Pameran Dunia) tahun 1900 dengan menggunakan minyak kacang (lihat biodiesel). Kemudian diperbaiki dan disempurnakan oleh Charles F. Kettering. 2. Prinsip kerja motor diesel Motor diesel dikategorikan dalam motor bakar torak dan mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) Prinsip kerja motor diesel adalah merubah energi kimia menjadi energi mekanis. Energi kimia di dapatkan melalui proses reaksi kimia (pembakaran) dari bahan bakar (solar) dan oksidiser (udara) di dalam silinder (ruang bakar). Pembakaran pada mesin Diesel terjadi karena kenaikan temperatur campuran udara dan bahan bakar akibat kompresi torak hingga mencapai temperatur nyala. Pada motor diesel ruang bakarnya bisa terdiri dari satu atau lebih tergantung pada penggunaannya dan dalam satu silinder dapat terdiri dari satu 1
atau dua torak/. Pada umumnya dalam satu silinder motor diesel hanya memiliki satu torak. Tekanan gas hasil pembakaran bahan bakan dan udara akan mendorong torak yang dihubungkan dengan poros engkol menggunakan batang torak, sehingga torak dapat bergerak bolak-balik (reciprocating). Gerak bolak-balik torak akan diubah menjadi gerak rotasi oleh poros engkol (crank shaft).dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol juga diubah menjadi gerak bolak-balik torak pada langkah kompresi. Berdasarkan cara menganalisa sistim kerjanya, motor diesel dibedakan menjadi dua, yaitu motor diesel yang menggunakan sistim airless injection (solid injection) yang dianalisa dengan siklus dual dan motor diesel yang menggunakan sistim air injection yang dianalisa dengan siklus diesel (sedangkan motor bensin dianalisa dengan siklus otto). 3. Langkah kerja motor diesel Berikut urutan langkah kerja dari mesin diesel: 1. Periode pemasukan = 18` = 180` = 48` = 246` 2. Pemampatan (Kompresi ) = Semua katup trtutup 3. Expansi = Semua katup tertutup 4. Pembuangan = 46` = 180` = 18` = 246` 2
1. Langkah Masuk Pada saat langah pemasukan, piston bergerak dari TMA ke TMB. Dengan bergeraknya piston maka akan menghisap udara luar. Adapun katup yang membuka adalah katup masuk dan katup buang tertutup. 2. Langkah Kompresi Setelah piston mengadakan atau pemasukan maka piston akan bergerak dari TMB ke TMA, gerakan ini dimaksudkan agar udara yang ada di ruang bakar segera dikompresikan atau dipampatkan. Adapun katup masuk dan katup buang dalam keadaan tertutut dengan demikian udara tidak akan keluar. 3. Langkah Tenaga atau Pembakaran Pada saat langkah kompresi maka langkah piston TMA bahan bakar yang berada dalam nozel disemprotkan dalam ruang bakar berupa kabut, maka dengan sendirinya akan terjadi pembakaran. Dari proses ini lah akan terdorong piston dari TMA ke TMB sedang katup masuk dan buang masih dalam keadaan tertutup. 4. Langkah Buang Setelah langkah terakhir maka piston akan bergerak dari TMB ke TMA, dengan gerakan piston ini maka akan mendorong gas hasil pembkaran pada saat langkah tenaga, pada saat ini katup buang membuka sedang katup masuk akan tertutup. 3
5. Waktu Injeksi Injeksi dimulai pada saat piston dalam keadaan 62` sebelum TMA dan langkah diakhiri 18` sesudah TMA. Diantara 60` sebelum TMA dan sesudah TMA digunakan injector untuk injeksi kan bahan bakar didalam ruang bakar itu sendiri. 4. Jenis-jenis mesin diesel 1. Mesin diesel Silinder satu garis. Jenis mesin diesel Ini merupakan pengeturan yang paling sederhana, dengan semua silinder sejajar, satu garis (inline) seperti dalam gambar 1-2. Konstruksi ini biasa digunakan untuk mesin diesel yang mempunyai silinder sampai delapan. Mesin diesel satu baris biasanya mempunyai silinder vertikal. Tetapi mesin diese ldengan silinder horisontal digunakan untuk bus. Mesin diesel seperti ini pada dasarnya adalah mesin vertikal yang direbahkan pada sisinya untuk mengurangi beratnya. 2. Mesin diesel Pengaturan V Kalau jenis mesin diesel mempunyai lebih dari delapan silinder, sulit untuk membuat poros engkol dan rangka yang tegar dengan pengaturan satu garis. Pengaturan V (gambar 1-3 a) dengan dua batang engkol yang dipasangkan pada pena engkol masing-masing, memungkinkan panjang mesin dipotong setengahnya jhingga lebih tegar, dengan poros engkol lebih kaku. Iini merupakan pengaturan yang paling umum untuk mesin diesel dengan derlapan sampai enambelas silinder. Silinder yang terletak pada satu bidang disebut sebuah bank; sudut a antara dua bank bervariasidari 30 sampai 120 derajat, sudut yang paling umum adalah antara 40 dan 70 derajat. 3. Mesin diesel Radial Jenis mesin diesel radial Mempunyai silinder yang semuanya terletakpada satu bidang dengan garis tengahnya berada pada sudut yang sama dan hanya ada 4
satu engkol untuk tempat memasangkan semua batang engkol. Mesin jenis mesin diesel ini dibangun dengan lima, tujuh, sembilan dan sebelas silinder. 4. Mesin diesel Datar. Pengaturan jenis mesin diesel semacam ini digunakan untuk bus dan truk. 5. Unit Mesin diesel Jamak. Berat tiap daya kuda, yang disebut berat mesin diesel spesifik, makin besar dengan makin bertambahnya ukuran mesin diesel, lubang dan langkah mesin diesel. Untuk mendapatkan mesin dengan keluaran daya sangat tinggi tanpa menambah berat spesifiknya, maka dua dan empat mesin lengkap, yang memiliki enam atau delapan silinder masing-masing dikombinasikan dalam satu kesatuan dengan menghubungkan tiap mesin diesel kepada poros penggerak utama s (gb1-4a dan b) dengan bantuan kopling dan rantai rol atau kopling dan roda gigi. 6. Mesin diesel torak berlawanan Mesin diesel derngan dua torak tiap silinder yang menggerakkan doa poros engkol digunakan dalam kapal dan ketreta rel. Disainya menunjukan banyak keuntungan dari pembakaran bahan bakar, menyeimbangkan masa ulak-alik, pemeliharaan mesin dan mudah dicapai. 5. Nama komponen dan cara kerja pada mesin diesel 1. Fuel Tank Tangki bahan bakar (fuel tank) berfungsi untuk menyimpan bahan bakar, terbuat dari plat baja tipis yang bagian dalamnya dilapisi anti karat. Dalam tangki bahan bakar terdapat fuel sender gauge yang berfungsi untuk menunjukkan jumlah bahan bakar yang ada dalam tangki dan juga separator yang berfungsi sebagai damper bila kendaraan berjalan atau berhenti secara tiba-tiba atau bila berjalan di jalan yang tidak rata. Fuel inlet ditempatkan 2-3 mm dari bagian dasar tangki, ini dimaksudkan untuk mencegah ikut t 5
Bagian bagian fuel tank 1. tutup tanki tutup tanki ini di lengkapi dengan lubang pernapasan yang berfungsi untuk mencegah kevakuman dan tekanan yang berlebihan di dalam tanki, pada lobang pengisian biasanya dilengkapi strainer yang berfungsi menyaring kotoran yang terbawa oleh bahan bakar. 2. drain valve adalah lubang untuk menguras tanki atau untuk mengeluarkan kotoran/ air yang mengendap pada tanki. 3. Stand pipe Adalah pipa hisap transfer pump yang ujungnya diletakkan kurang lebih 5m di atas dasar tanki agar endapan kotoran/air tidak masuk ke dalam sistem. 4. Buffle Adalah penyekat yang berfungsi untuk menjaga permukaan bahan bakar pada stand pipe selalu stanby pada saat mesin beroperasi pada nedan yang bergelombang. Water Separator Adalah komponen yang berfungsi menyaring partikel kotoran yang kasar/air agar tidak ikut terbawa bahan bakar ke dalam sistem, dengan tujuan melindungi Transfer Pump dari partikel kasar/melindungi komponen dari kemungkinan karat. 6
Elemen filter ini terbuat dari strainer/kawat- kawat halus yang bisa di bersihkan, sedangkan untuk water separatornya digunakan hanya untuk sekali pakai. Gambar water separator Pompa Injeksi ( Fuel Injection Pump ) Adalah suatu komponen yang berfungsi untuk mendistribusikan bahan bakar dengan tekanan tinggi kedalam masing- masing silinder melalui injektor sesuai jumlah yang di butuhkan dan waktu yang tepat serta urutan pembakaran. pompa injeksi masih dibedakan lagi menjadi dua model, yaitu: a. Pompa injeksi tipe inline Pompa injeksi inline banyak digunakan pada mesin diesel yang bertenaga besar karena pompa injeksi mempunyai kelebihan yaitu tiap satu pompa melayani satu silinder, elemen pompa yang terdiri dari satu silinder dan plunger keduanya sangat presisi sehingga celah antara plunger dengan silinder sekitar 1/1000 mm, ketelitian ini sangat baik untuk mencegah terjadinya kebocoran saat injeksi walaupun pada putaran rendah, sebuah alur diagonal yang disebut alur pengontrol adalah bagian dari plunger yang di potong pada bagian atas. Alur ini berhubungan dengan bagian atas plunger oleh sebuah lubang Gambar pompa injeksi inline Elemen Pompa Injeksi Inline ( Injection Pump Element ) a) Plunger Jenis Plunger menurut tpenya digolongkan atas : 1. Jenis tipe normal 7
2. Jenis tipe Counter Kedua tipe plunger ini sama pekerjaannya hanya berbeda caranya. Silinder mempunyai 2 buah lubang : 1. Lubang pintu pemasukan ( Inlet port ) 2. Lubang pintu simpangan/ pembocoran ( Spill Port ) b) Rack/Sleeve Adalah komponen yang fungsinya menentukan jumlah konsumsi fuel yang akan diinjeksikan ke dalam silinder, sesuai dengan gerakan: Rack : bergerak ke kanan dan ke kiri untuk menentukan posisi plunger saat dilakukan perubahan konsumsi fuel yang akan diinjeksikan Sleeve : Bergerak naik dan turun untuk menentukan posisi plunger saat diperlukan perubahan konsumsi fuel yang akan diinjeksikan B. pompa injeksi tipe Rotary Pompa injeksi rotary dirancang menggunakan plunger tipe tunggal untuk mengatur banyaknya bahan bakar yang di injeksikan dengan tepat dan pemberian bahan bakar ke setiap silinder mesin sesuai dengan urutan penginjeksiannya. Kelebihan pompa injeksi rotary sendiri antara lain yaitu: a. Kompak dan ringan karena hanya 4,5 kg dan komponennya hanya sedikit jumlahnya b. Mampu digunakan untuk mesin diesel putaran tinggi 8
c. Seragam dalam jumlah penginjeksian bahan bakar d. Mudah dalam menghidupkan mesin & memiliki putaran idle yang stabil e. Mudah dalam penyetelan jumlah bahan bakar yang di injeksikan f. Dilengkapi dengan solenoid penghenti bahan bakar g. Konstruksinya dirancang sedemikian rupa sehingga jika terjadi mesin berputar balik pompa tidak akan memberikan bahan bakar ke silinder 3. Solenoid Dalam menghentikan semua jenis motor diesel diperlukan suatu metode penghentian penyaluran bahan bakar pada injektor, yang berarti akan menghentikan motor. Pada kebanyakan motor diesel kendaraan kecil hal tersebut dilakukan dengan cara menggunakan sebuah selenoid listrik yang dikontrol oleh saklar pengapian dan jika selenoid pada posisi bekerja maka tidak ada aliran bahan bakar yang masuk ke plunger pump sehingga tidak ada bahan bakar yang diinjeksikan. Cara kerja Pada saat kunci kontak on, arus mengalir kekumparan solenoid, medan magnet yang ditimbulkan menarik inti besi kedalam kumparan, katup membuka, dengan demikian solar mengalir masuk keruang tekanan tinggi mesin siap dihidupkan. Pada saat kunci off, medan magnet hilang, pegas mendorong inti besi keluar katup menutup.bahan bakar, solar terhenti, Ü motor mati. 9
Delivery valve Delivery valve adalah katup yang berfungsi memberikan tekanan tinggi bahan bakar ke injector melalui pipa tekanan tinggi dan mencegah aliran balik bahan bakar dari pipa bertekanan tinggi ke barrel. Bahan bakar yang terkompresikan oleh tekanan tinggi oleh plunger mendorong delivery valve ke atas dan bahan bakar menyembur keluar. Segera setelah bahan bakar terkompresikan dengan sempurna, delivery valve akan kembali ke posisi semula karena dorongan dari valve spring untuk menutup lubang bahan bakar (fuel Passage), dengan demikian dapat mencegah kembalinya bahan bakar Delivery valve bergerak turun sampai permukaan valve seat ditahan dengan kuat. Selama langkah ini bahan bakar ditarik kembali ke injection pipe, seketika itu juga menurunkan residual pressure antara delivery valve dan nozzle. Penarikan tersebut memperbaiki akhir peninjeksian dan sekaligus mencegah menetesnya bahan bakar setelah penginjeksian. Mechanic pengatur Kecepatan ( Mechanical Governor ) Fungsi Governor adalah : 1. Mengatur putaran engine agar konstan 2. Merubah putaran engine sesuai dengan power yang dinginkan 3. Mengatur respon engine Fungsi dari governor adalah mengatur secara otomatis pemberian bahan bakar sesuai dengan beban mesin. Mnurut mekanismenya governor dapat dibagi menjadi 2 yaitu jenis pneumatic dan sentrifugal dan menurut fungsinya dapat dibedakan antara jenis kecepatan dan jenis semua kecepatan. Jumlah bahan 10
bakar yang disemprotkan diatur menurut posisi control rack yang diatur oleh governor Seperti yang ditunjukan pada gambar, governor terdapat dua ruangan yang dibatasi diafragma, Ruang A dihubungan oleh selang venture yang menghadap ke saringan udara dan ruangan B dihubungkan ke Intake manifold atau venturi tambahan. Salah satu ujung diafragma berkaitan dengan Control rack dan selalu ditahan oleh pegas utama ke arah penyemprotan yang banyak. Bila mesin sudah bekerja diafragma bergerak akibat perbedaan tekanan pada saringan udara dan venture tambahan dan pengontrolan bahan bakar diperoleh dari keseimbangan antara diafragma dan pegas utama Bagian-Bagian dari Governor : Drive Gear Adalah komponen yang dapat mendeteksi/mengetahui putaran engine Flyweight Adalah komponen yang berfungsi merubah gaya putar engine menjadi gaya translasi Governor Spring Adalah spring yang berfungsi membalance atau mengimbangi gaya translasi flyweight sehingga didapatkan posisi posisi tertentu yang stabil sesuai dengan putaran engine Lever Adalah bagian yang di yang dihubungkan secara mekanis dengan pedal throttle untuk mengatur speed ( menambah/mengurangi ) putaran/power engine Output Linkage 11
Adalah bagian yang dihubungkan dengan mekanisme perubahan jumlah konsumsi fuel pada injection pump Governor yang terpasang pada pompa injeksi digunakan untuk mengatur kecepatan mesin. Kecepatan mesin ini sebanding dengan mengalirnya bahan bakar ke dalam silinder ruang bakar Pada governor mekanik, pengaturan injeksi bahan bakarnya sesuai dengan kerja governor yang bekerja berdasarkan gaya sentrifugal. Plunger dari pompa injeksi berputar oleh gerakan dari batang gerigi pengatur bahan bakar ( Control Rod ), dengan demikian mengatur jumlah bahan bakar yang diinjeksikan ke dalam silinder. Control Rod dihubungkan ke governor melalui floating lever. Bila putaran mesin naik, batang gerigi pengatur bahan bakar bergerak mengurangi jumlah bahan bakar yang di injeksikan. Bila putaran mesin turun, batang gerigi pengatur bahan bakar ( Control Rod ) bergerak menambah bahan bakar yang di injeksikan. Dengan demikian governor adalah suatu mekanisme untuk lever ratio dari floating lever. Jika mesin berputar idling, gaya sentrifugal dari bobot Flyweight adalah kecil. Jika gaya sentrifugal ini tidak cukup besar untuk mengatasi tahanan dari batang gerigi pengatur bahan bakar ( control Rod ) mesin dapat mati. Cara Kerja Governor Sentrifugal Jenis RQ a). Posisi start Batang pengatur ditekan lebih dari maksimum (posisi start), Plunyer diputar maksimum, langkah efektif paling besar. Dengan demikian volume penyemprotan menjadi paling banyak. Bobot sentrifugal membuka karena pedal gas pada posisi maksimum. 12
b). Posisi putaran idle Setelah mesin hidup pedal gas dilepas, batang pengatur kembali ke posisi putaran idle. Plunyer diputar sedikit, volume penyemprotan juga sedikit. Bobot sentrifugal membuka tergantung pada putaran mesin. Putaran mesin naik, bobot sentrifugal membuka dan volume injeksi diperkecil. Putaran mesin turun, bobot sentrifugal menutup dan volume injeksi diperbesar. c). Posisi putaran menengah Pada putaran menengah posisi batang pengatur hanya ditentukan oleh sopir. Pedal gas sedikit ditekan, putaran mesin naik diatas putaran idle, bobot sentrifugal membuka bebas dari pegas pengatur putaran idle dan terletak pada pegas putaran maksimum. Dengan demikian pada posisi putaran menengah governor tidak bekerja. d). Pembatasan putaran maksimum Batang pengatur pada posisi maksimum, putaran mesin juga maksimum. Bobot sentrifugal membuka sesuai dengan putaran maksimum. Apabila putaran mesin lebih tinggi dari putaran maksimum, bobot sentrifugal membuka penuh maka batang pengatur tertarik ke arah stop sedikit dengan demikian governor dapat membatasi putaran maksimum. e). Pegas pengatur governor jenis RQ Pada governor jenis RQ pegas pengatur dipasang menjadi satu dengan bobot sentrifugal Pegas pengatur terdiri dari 3 buah pegas yang berfungsi untuk mengatur putaran idle dan putaran maks. Pada putaran idle, pengaturan dilakukan oleh pegas bagian luar (pegas idle). Bobot sentrifugal membuka tergantung dari 13
putaran idle dan dapat membuka tergantung dari putaran idle dan dapat membuka maksimum = 6 mm Pada pembatasan putaran maksimum, diatur oleh semua peges pengatur bobot sentrifugal membuka maksimum = 5 mm dari posisi gambar B ( lihat gambar) B. Governor Sentrifugal Jenis RSV Governor sentrifugal jenis RSV adalah satu governor yang dapat meregulasi setiap putaran mesin (putaran idle sampai putaran maksimum). Huruf V (verstell) berarti penyetel/pemindah.pada governor sentrifugal jenis RSV hanya terdapat satu pegas tarik sebagai pengatur yang terpasang diluar bobot sentrifugal. 1. Cara kerja governor sentrifugal jenis RSV a. Posisi start Pada saat mesin belum hidup, batang pengatur selalu pada posisi start karena tarikan dari pegas start.dengan demikian mesin dapat lebih mudah dihidupkan walaupun tuas penyetel pada posisi idle. b. Posisi idle Tuas penyetel pada posisi putaran idle. Pegas pengatur tertarik sedikit bobot sentrifugal membuka tergantung putaran idle dan kekuatan pegas pengatur. Putaran mesin naik, bobot sentrifugal membuka, volume injeksi diperkecil. Putaran mesin turun, bobot sentrifugal menutup volume injeksi diperbesarsupaya putaran idle dapat stabil, maka untuk meregulasi putaran dipasang pegas tambahan untuk putaran idle. 14
c. Regulasi pada putaran menengah Tuas penyetel pada posisi putaran menengah, pegas pengatur tertarik kuat, batang pengatur bergerak kearah maksimum, bobot sentrifugal masih sedikit terbuka. Dengan demikian volume injeksi menjadi besar / banyak, putaran mesin naik. Bobot sentrifugal membuka. Apabila gaya sentrifugal lebih besar dari kekuatan pegas. Dengan demikian pengatur tertarik kearah volume injeksi yang kecil / sedikit sampai terjadi keseimbangan antara gaya sentrifugal dengan kekuatan pegas pengatur. d. Posisi putaran maksimum dan pembatasan Tuas penyetel pada posisi maksimum pegas pengatur tertarik penuh. Volume injeksi banyak putaran mesin tinggi dan bobot sentrifugal membuka. Putaran maksimum dapat tercapai apabila gaya sentrifugal sebanding dengan kekuatan pegas pengatur. Putaran mesin bertambah naik bobot sentrifugal membuka tambah kuat batang pengatur tertarik kearah stop / sedikit. 4. Injektor Adalah komponen yang bertugas untuk mengkabutkan bahan bakar ke dalam ruang silinder sesuai waktu yang di yang tepat agar terjadi pembakaran yang sempurna. Gambar injektor Pembukaan injector ada berbagai macam cara antara lain menggunakan tekanan bahan bakar solar yang tinggi, menggunakan solenoid, dan menggunakan cam. 15
Tetapi yang banyak digunakan pada motor diesel pada umumnya menggunakan tekanan solar yang tinggi karena lebih sederhana dan lebih mudah. Cara kerja injector: Bahan bakar dari pompa tekanan tinggi masuk ke injector, karena penampung injector berbebtuk kerucut sehingga ada tekanan ke atas dari bahan bakar untuk melawan tekanan dari pegas, bila pegasnya kalah maka bahan bakar akan menyembur lewat celah yang ada dan berupa kabut karena tekanannya tinggi. Ini berlangsung selama tekanan bahan bakar melebihi tekanan pegas. Pompa Pengalir Pompa pengalir kerja tunggal a) Langkah antara Cara kerja : Penumbuk rol ditekan kebawah oleh eksentrik, volume dibawah torak menjadi kecil, katup tekan membuka Solar mengalir keruang diatas torak karena, volume diatas torak menjadi lebih besar Pada langkah ini tidak terjadi pengisapan dan penekanan solar b) Langkah isap dan tekan Cara kerja : Eksentrik tidak menekan penumbuk rol, torak ditekan keatas oleh pegas, Volume dibawah torak menjadi besar katup hisap membuka Solar dihisap dari tangki lewat 16
saringan kasa, volume diatas torak menjadi lebih kecil, katup tekan menutup, solar ditekan kesaringan halus Pompa pengalir kerja ganda a) Langkah melawan pegas Cara kerja : Penumbuk rol ditekan oleh eksentrik Volume dibawah torak menjadi lebih kecil, solar mengalir keluar melalui KT1 volume diatas torak menjadi lebih besar Solar mengalir melalui KI2 kedalam ruang atas torak. b) Langkah pengembali Cara kerja : Torak bergerak keatas karena tekanan pegas, volume diatas torak menjadi lebih kecil, solar mengalir keluar melalui KT2 volume dibawah torak menjadi lebih besar, solar mengalir dari tangki melalui KI1 keruang dibawah torak Pompa ini digunakan untuk motor Diesel besar Pompa pengalir sistem membran Cara kerja : Tuas ditekan oleh eksentrik. Membran turun kebawah, Volume diatas membran menjadi besar, katup hisap membuka, solar masuk keruang diatas membran Langkah tekan Cara kerja : 17
Membran bergerak keatas karena tekanan pegas volume diatas membran menjadi kecil, katup tekan akan membuka, solar ditekan keluar melalui katup tekan 5. Turbocharger Motor Bakar Dengan Turbocharger Sebuah motor 4 langkah dikatakan turbocharger apabila tekanan isapnya lebih tinggi daripada tekanan atmosfer sekitarnya. Hal ini diperoleh dengan jalan memaksa udara atmosfer masuk ke dalam silinder selamalangkah isap, dengan pompa udara yang disebut turbocharger. Turbocharger memanfaatkan energy yang terkandung dalam gas buang untuk menggerakkan kompresor sehingga lebih efektif menaikkan mean effective pressure (mep) dibandingkan dengan metode supercharger, tanpa perlu menaikkan kecepatan mesin, jumlah maupun langkah silinder, maupun kecepatan rata-rata piston. Tekanan efektif rata-rata (mep) mesin diesel menggunakan turbocharger mencapai sekitar 160 230 psi dengan penambahan daya sekitar 75% 100 % dibandingkan mesin diesel tanpa turbocharger. Persyaratan utama turbocharger terletak pada ketahanan dinding silinder dalam menerima gaya tekan yang meningkat dalam silinder. Dan perbandingan berat dan daya yang dulunya 10 : 1 sekarang dapat mencapai 6 : 1. Untuk mencapai daya output optimum maka efisiensi volumetris dan laju pembilasan gas bekas harus ditingkatkan. Untuk mencapai keadaan ini maka kompresi rasio harus dikurangi sedikit dan perubahan katup overlap. Secara keseluruhan, semua turbocharger memiliki tiga sistem dasar yaitu turbin, kompressor dan assembling bantalan. 18
Perbedan-perbedaan yang ada adalah pada variasi peningkatan tekanan dan debit udara yang dimasukkan dalam ruang silinder. Rumah turbin, desain roda turbin dan konstruksi yang berbentuk volute ataupun nozzle sangat menentukan kecepatan aliran gas yang akan menggerakkan poros kompressor. Ketika mesin mulai digerakkan maka gas buang akan memasuki rumah turbin yang berbentuk volute dengan variasi ruang yang semakin kecil dengan kecepatan yang sangat tinggi. Kecepatan gas yang sangat tinggi ini akan digunakan untuk memutar turbin, yang kemudian keluar melalui pipa buang ke atmosfir. Akibat perputaran turbin maka compressor juga akan ikut berputar dan menyebabkan terjadinya tekanan vakum pada sisi hisap compressor. Akibatnya tekanan atmosfer akan memaksa udara ke dalam saluran hisap compressor pada kecepatan relative tinggi. Udara ini kemudia memasuki diffuser dan mengalami penekanan lagi pada rumah compressor dan dikeluarkan melalui sisi tekan ke ruang silinder. Cara pengoperasian turbocharger 1. Turbocharger dua tingkat Jenis ini digunakan untuk meningkatkan batas torsi mesin dan tekanan efektif rata-rata (mep). Beberapa jenis mesin V dan inline menggunakan dua atau empat turbocharger dan aftercooler (masing-masing satu untuk pipa manifold buang). Cara kerja: Udara mengalir dari saringan udara ke rumah kompressor tingkat pertama (low pressure turbocharger), kemudian keluar dari kompressor tingkat pertama dan 19
masuk kompressor tingkat kedua. Setelah udara ditekan pada kompressor tingkat dua maka udara keluar melewati aftercooler menuju pipa hisap silinder. Pada keadaan ini temperatur udara dikurangi sampai 223 F (1060 C) dan tekanan berkisar 204,5 kpa. Gas buang hasil pembakaran memasuki pipa manifold tipe pulsa yang kemudian memasuki rumah turbin tingkat dua. Gas buang kemudian meninggalkan turbin tingkat dua dan memasuki turbin tingkat pertama yang akan menggerakkan roda turbin dengan sisa-sisa energi yang terkandung dalam gas buang. Kemudian gas ini dibuang melalui pipa saluran buang ke atmosfer. Dengan metode ini diperkirakan diperoleh daya tambahan sebesar 75 HP dan torsinya meningkat sampai putaran 700 rpm. 2. Turbocharger majemuk Berdasarkan uji coba eksperimental, maka dengan metode ini efisiensi total mesin diesel dapat mencapai 46,5%. Sistem yang mencakup roda turbin dan porosnya dihubungkan ke sebuah kopling fluida. Kemudian turbin ini dihubungkan dengan roda gigi reduksi dan poros outputnya dihubungkan dengan crankshaft. Cara kerja: Gas buang menggerakkan roda turbin yang selanjutnya akan menggerakkan kopling fluida yang akan menyebabkan turbin ikut berputar. Perputaran turbin akan menggerakkan ruda gigi reduksi yang akan membantu pergerakan crankshaft. Gas buang yang meninggalkan rumah turbin diarahkan ke turbocharger yang akan menggerakkan turbin dan kompressor didalamnya. Akibat pergerakan kompressor maka udara atmosfer 20
akan ditarik ke dalam kompressor dan ditekan melalui aftercooler masuk ke dalam ruang silinder sehingga suhunya senantiasa konstan 1. Komponen Utama Turbocharger 1. Turbin Roda turbin yang memulai proses keseluruhan kompresi udara ke silinder, turbin turbocharger dapat dibuat dari aluminium atau keramik, dewasa ini penggunaan keramik lebih diutamakan karena ringan dan tahan panas, semakin ringan turbin akan menghasilkan putaran yang lebih cepat dan mencegah turbo lag. Turbo lag adalah jeda saat mesin tidak merespon tekanan udara yang dihasilkan turbocharger, biasanya terjadi saat mesin masih pada putaran rendah. Roda turbin dapat berputar antara 80.000 150.000 rpm, untuk itu diperlukan pelimasan yang sangat baik untuk mencegah kerusakan pada turbin. Turbin dihubungkan dengan batang turbin (turbine shaft). Bantalan dan sambungan yang sesuai antara turbin dan batang turbin sangat dibutuhkan karena mereka bekerja pada putaran yang sangat tinggi. 2. Kompressor Saat kompressor berputar, menghisap udara sekitar ke dalam air inlet yang letaknya berlawanan dengan turbin untuk mendapatkan udara dingin. Kompressor meningkatkan tekanan udara 6 8 psi. Pada tekanan permukaan laut, kepadatan udara 14,7 psi. Sehingga kompressor dapat meningkat hingga 50%. 1. Komponen Pundukung Turbocharger 1. Blow off valve Blow off valve merupakan komponen yang dapat mencegah kebocoran tekanan udara (boost) terlalu awal saat meningkatkan tekanan udara yang biasanya terjadi 21
saat pergantian roda gigi transmisi. Banyak faktor untuk menggunakan blow off valve bergantung pada dimana blow off valve tersebut dipasang, kapasitas dan ukuran turbocharger dan daya mesin yang dihasilkan pada tiap kendaraan. 2. Wastegates Salah satu komponen penting dari turbocharger penyetelan turbocharger untuk mendapatkan hasil yang maksimal perlu diperhatikanpenggunaan wastegates yang sesuai. Penggunaan wastegates dengan kapasitas terlalu kecil mengakibatkan kenaikan tekanan udara (boost) berlangsung lambat dan penggunaan wastegates dengan kapasitas terlalu besar dapat meningkatkan boost lag dan menurunkan performamesin. Wastegates dapat disetel sesuai dengan kemampuan turbocharger. 3. Relief Valve Relief valve dapat digunakan sebagai komponen pengaman tekanan udara ganda (secondary boost safety device). Dengan menyetel baut dapat mengontrol titik pembuangan tekanan udara (dari 0,8 kg/mm2 hingga 2,0 kg/mm2). Melindungi intake manifold dan mesin dari tekanan udara tiba-tiba dan overboosting. 4. Tachometer menampilkan putaran mesin per menit sebagai indikator untuk pengemudi. Dengan memperhatikan kecepatan putaran mesin, pengemudi dapat segera mematikan mesin saat mesin bekerja berlebihan. Tachometer juga dapat meyakinkan bahwa turbocharger dan mesin bekerja dengan selaras. 22
5. Boost Gauge Menunjukkan besarnya tekanan udara yang dihasilkan turbocharger dalam psi atau bar. Selama turbocharger dan mesin bekerja bersama-sama, besarnya tekanan udara yang masuk ke dalam mesin sangat perlu diperhatikan, besarnya harus selalu tetap dalam kapasitas yang di ijinkan (jangan sampai melebihi batas spesifikasi atau overboost). 6. Turbo Timer Turbin turbocharger berputar hingga 150.000 rpm, untuk itudibutuhkan pelumasan yang sangat baik pada shaft turbin turbocharger. Jika mesin dengan turbocharger tiba-tiba dimatikan maka turbin tidak dapat berhenti berputar dengan seketika karena gaya sentrifugal yang dihasilkan. Jika mesin berhenti berputar, berhenti juga sulpai oli pada poros turbin, apa jadinya jika turbin yang masih berputar 150.000 rpm bekerja tanpa pelumas. Untuk mencegah hal tersebut maka bagi pemilik kendaraan yang dilengkapi dengan turbo hendaknya membiarkan mesin berputar stationer selama 30 detik sebelum mesin dimatikan agar turbocharger tidak berputar terlalu cepat. Kebanyakan pemilik kendaran enggan untuk menunggu selama 30 detik sebelum mesin dimatikan, untuk itulah dibuat turbo timer. Gunanya untuk menyalakan mesin selama waktu yang ditentukan (30 60 detik) setelah kunci kontak off untuk mencegah kerusakan akibat kurangnya pelumasan pada komponen turbocharger. 1. Intercooler Intercooler merupakan suatu alat yang berfungsi untuk melepas kalor. Intercooler biasanya dipakai untuk mendinginkan udara keluaran dari supercharger atau turbocharger. Temperatur udara keluaran turbocharger diatas 120 C, tergantung dari tekanan (boost) yang dihasilkan maka dari itu temperatur udara yang sangat tinggi sudah pasti memiliki kerapatan yang sangat rendah sehingga pembakaran yang terjadi didalam silinder kekurangan oksigen sehingga menyebabkan 23
kemampuan unjuk kerja motor menurun. Dari sinilah muncul pemikiran untuk membuat kerapatan udara yang masuk kedalam silinder bertambah supaya kandungan oksigennya kaya. Maka dari itu pada motor bakar yang dilengkapi sepercharger atau turbocharger harus disertai dengan penambahan intercooler. Ditinjau dari pendinginannya intercooler dibagi 2 macam yaitu intercooler berpendingin udara (air to aor intercooler) dan intercooler berpendingin air (air to liquid intercooler) a) Intercooler berpendingin udara (air to air intercooler) Pendinginan intercooler umumnya menggunakan udara bebas yang mengalir melalui fin-fin intercooler akibat mobil berjalan. Ada juga yang berpendingin udara yang dihasilkan oleh kipas pendingin yang dihembuskan ke permukaan intercooler sehingga angin tersebut melewati fin-fin intercooler. Ada juga yang pendinginannya dengan media udara dan cairan (semprot air), ada juga yang cairan saja. Penurunan temperatur keluaran intercooler dengan pendinginan udara sekitar 15%-25%, dengan media udara dan semprotan air sekitar 20%-35%. Dan yang paling extreme yang sering dilakukan pada mobilmobil balap (Drag race) pendinginan intercooler dengan menyemprotkan air dingin pada permukaan intercooler sehingga temperatur keluarannya diharapkan sekitar 24-27 C (dari temperatur awal 120 C). b) Intercooler berpendingin air (air to liquid intercooler)intercooler dengan media pendinginan cairan (air to liquid intercooler), cairan yang digunakan yaitu cairan pendingin yang biasa dipakai untuk cairan pendingin radiator mobil (coolant). Karena cairan pendingin mempunyai titik didih lebih tinggi dari pada titik didih air (diatas 100 C) sehingga lebih baik untuk meredam panas. Prinsip kerjanya sederhana, cairan 24
pendingin disirkulasikan oleh pompa sehingga cairan pendingin bersirkulasi melalui pipa-pipa pendingin yang sisi luarnya merupakan udara yang didinginkan. 3. DAFTAR PERALATAN 1 Set Motor Diesel 4. LANGKAH KERJA Disesuaikan dengan petunjuk pengoprasian mesin 5. TUGAS 1. Mendata hasil praktikum dengan cermat dan rapi (menyerahkan copy data praktikum) 2. Membuat laporan hasil praktikum ( dikumpulkan 1 minggu setelah praktikum) berisi: a. Judul, b. Dasar teori, c. Gambar rangkaian, d. Penyajian data, e. Analisa & grafik, f. Kesimpulan. 25