BAB XVII PENGISIAN TEKAN Pengisian adalah pemasukan udara kedalam silinder motor. Udara tersebut diperlukan untuk proses kompresi sekali gas untuk proses pembakaran bahan bakar. 1. Pada dasarnya pengisian dibedakan kepada : a. Pengisian hisap adalah pengisian udara masuk silinder tanpa alat bantu (pompa bilas ), udara masuk karena perbedaan tekanan udara luar yang lebih besar dari pada tekanan dalam silinder, dimana udara bergerak dari tekanan yang lebih besar kepada tekanan yang lebih rendah, dan karena fungsi torak sebagai pengisap, sambil bergerak kebawah sekali gas mengisap udara luar melalui katup masuk yang sedang terbuka. b. Pengisian tekan adalah pengisian udara masuk silinder menggunakan pompa bilas, udara masuk silinder dengan tekanan yang lebih besar dari 1 atmosfir karena adanya pompa bilas tersebut, sehingga udara didalam silinder pada awal kompresinya mempunyai tekanan jauh lebih besar dari 1 atmosfir, dengan demikian dihasilkan pembakaran yang lebih sempurna didalam silinder karena pengaruh jumlah udara lebih banyak, berarti juga jumlah molekul oksigan lebi banyak lagi. 2. Pengisian tekan motor diesel 4 takt ( lihat gambar ) atau supercharged Pada motor diesel 4 takt dilengkapi dengan : a. Katup masuk ( inlet valve ). b. Katup buang ( exhaust valve ) c. Pompa bilas ( bagian bawah torak ) d. Katup hisap ( suction valve ) dari pompa bilas e. Katup tekan ( discharge valve ) dari pompa bilas Bila tidak menggunakan pompa bilas, maka menggunakan turbin gas untuk memutar poros turbin.
Kerja Supercharged Prinsip kerja supercharge ( pompa bilas, tanpa turbin gas ) adalah sbb : a. Torak bergerak dari TMB ke TMA - Suction valve dari pompa bilas terbuka, sedang discharge valve tertutup - Udara dihisap pompa bilas melalui suction valve yang terbuka, udara ini berkumpul dibagian bawah torak yang berfungsi sebagai pompa bilas. b. Torak bergerak dari TMA ke TMB - Suction valve tertutup, disscharge valve terbuka - Udara ditekan oleh pompa bilas ke inlet memifold melalui discharge valve yang terbuka, selanjutnya udara tersebut masuk silinder melalui inlet valve yang terbuka. 4. Prinsip kerja Turbo charge ( lihat gambar ) - Pada saat langkah buang, dimana exhaust valve terbuka, gas gas pembakaran dikeluarkan dari dalam silinder melalui exhaust valve. - Dalam perjalanannya menuju cerobong, gas ini harus memutar sudu jalan (moving blades ), sehingga poros turbin terputar. - Diujung poros turbin dipasangkan blower. Blower yang terputar ini akan mengisap udara dari kamar mesin dan menekannya kedalam silinder melalui inlet valve yang terbuka pada saat langkah pemasukan. Bila supply gas memutar moving blade cukup banyak, maka poros turbin berputar cepat, dengan demikian supply udara oleh turbo charge juga cukup banyak yang masuk silinder, berarti juga berat udara masuk silinder lebih berat, mengakibatkan pembakaran akan menjadi sempurna. Karena pembakaran sempurna dihasilkan, maka tenaga motor akan bertambah (±15 % hingga 40% tenaga, dibandingkan tanpa turbo charge). - Pada pengisian tekan 4 takt, akan pernah terjadi overlapping dimana katup masuk mulai trerbuka bersamaan dengan katup buang juga masih terbuka, sehingga tekanan udara masuk lebih besar dari pada tekanan gas dalam silinder. Udara ini mendorong gas keluar untuk membersihkan silinder ( pembilasan ) - Untuk menjamin lebih besar lagi ruang pembakaran ( silinder ), maka sudut pembilasan diperbesar menjadi 135 0 / katup masuk terbuka 75 0 sebelum TMA dan katup buang baru tertutup pada 60 0 setelah TMA.
Bila sudut pembilasan lebih kecil karena terbuka katup masuk lebih kecil dan tertutupnya katup buang juga lebih kecil masing masing sebelum TMA, mengakibatkan ruang silinder lebih kotor. 5. Pengisian tekan motor 2 takt Pada pengisian diesel 2 takt, sistem denyut pada gas buangnya dan sistem serie pada udaranya dengan pembilasan memanjang ( B&W Diesel Engine ), lihat gambar. Pompa bilas digerakkan oleh batang (Rod) yang dihubungkan dengan piston Rod akan menggerakkan plunger dari pompanya. Pompa bilas ini mempunyai katup katup seperti : section valve dan discharge valve bekerja ganda. Pada saat langkah torak dimana terjadi prises pembuangan, maka gas dikeluarkan dari silinder melalui katup buang ( exhaust valve ) yang terbuka. Gas gas ini menggerakkan moving blade dari turbin, sehingga poros turbin terputar, yang mengakibatkan juga blower berputar, mengisap udara kamar mesin dan mendorongnya melalui inter coobr masuk ke pompa bilas ( serie system ). Udara ini oleh pompa bilas ditekan masuk silinder melalui inlet port yang dibuka oleh torak ( piston ) nya sendiri. Inlet port terbuka pada 50 0 sebelum TMB dan tertutup pada 50 0 setelah TMB, sedangkan exhaust port terbuka 65 0 sebelum TMB dan tertutup 25 0 setelah TMB ( pembilasan melintang ). Pada pengisian tekan dengan pembilasan melintang, terdapat kesulitan kesulitan dimana pada saat inlet port sudah tertutup, pada hal exhaust port masih terbuka, sehingga udara yang masuk silinder untuk kompresi keluar lagi dari dalam silinder melalui exhaust port yang terbuka, hal ini mengakibatkan udara kompresi berkurang jumlahnya, udara yang berkurang ini mengakibatkan mempengaruhi eflect pembakaran. Untuk mengatasi hal tersebut maka pada exhaust port dipasang sebuah ROTARY VALVE yang mengatur saat penutupan exhaust port, yaitu sesaat sebelum inlet port tertutup, Rotary valve telah tertutup terlebih dahulu, sehingga udaranya tidak terbuang keluar silinder. Pemasangan Rotary Valve selain di exhaust port, juga dipasang di inlet port, namun inlet port lebih tinggi dari pada exhaust port, sehingga lubang lubang ini tertutup yang paling akhir. Hal tersebut mengakibatkan pada saat exhaust port masih terbuka udara kompresi tidak terbuang ke luar silinder, sehingga udara kompresi lebih banyak.
6. Pendingin Udara ( Inlet Coobr ) Sebelum udara dimasukkan kedalam silinder melalui inlet port, maka udara tersebut didinginkan terlerbih dahulu di inter coobr. Bila udara didinginkan, maka udara tersebut menjadi padat dan berat, sehingga molekul molekul oksigennya bertambah banyak, molekul molekul oksigen yang banyak ini, akan menimbulkan pembakaran yang sempurna yang menghasilkan power meningkat. Jadi untuk menambah pembakaran yang lebih baik diperlukan molekul molekul oksigen yang lebih banyak, pembakaran sempurna menghasilkan tenaga bertambah. Dari segi tekanan udara masuk silinder yang lebih besar dari tekanan udara luar mengakibatkan tekanan rata rata indikator bertanbah, dan akhirnya dengan perhitungan tekanan rata rata indikator bertambah mengakibatkan daya indikator juga bertambah. Penambahan daya ini berkisar 15 40 %. 7. Keuntungan pengisian tekan a. Tenaga motor bertambah 15 40% b. Pembakaran lebih sempurna, karena udara didinginkan di inlet coobr. c. Jumlah udara masuk silinder lebih banyak, sehingga tekanan udara masuk lebih tinggi dari pada tekana udara luar. d. Perbandingan kompresi kecil, karena tekanan awal kompresi lebih besar, sementara tekanan akhir kompresi tetap ( 35 40 kg / cm 2 ). e. Rendemen thernis lebih besar, karena panas hasil pembakaran lebih banyak. f. Rendemen mekanis lebih besar. 8. Kerugian pengisian tekan a. Pemakaian BBM lebih boros b. Pemakaian pelumas silinder lebih boros c. Harga beli motor lebih mahal d. Perawatan lebih banyak e. Biaya perawatan lebih banyak ( besar ) f. Waktu perawatan lebih lama g. Untuk over haul torbo charge memerlikan keahlian extra
9. Sistem gas buang ( gas system ) Pada sistem gas buang, kita membedakan : a. Sistem denyut ( pulse system ), tanpa gas receiver b. Sistem tekanan tetap ( constant pressure system ) menggunakan gas receiver a. Sistem denyut ( pulse system ), lihat gambar Gas buang dialirkan langsung ke turbin melalui pipa pipa gas yang pendek, sehingga energi kinetis dari denyutan gas yang keluar dari silinder dimanfaatkan didalam turbin, sehingga dapat dihasilkan lebih banyak udara didalam blowernya. Namun tidak semua silinder yang dapat dihubungkan dengan satu turbin, sehingga sistem denyut membutuhkan lebih dari 1 turbin, yang berarti setiap 3 silinder dihubungkan pada 1 turbin. Ke 3 silinder dimaksud tergantung dari urutan pembakaran ( firing order ) nya, supaya aliran ( debit ) gas buang masuk turbin tidak tersendat sendat. Misalnya untuk 6 silinder dengan urutan pembakaran adalah 1 4 2 6 3 5 berarti silinder 1, 2 dan 4 untuk turbin unit I, sedangkan silinder 3, 5 dan 6 untuk turbin unit II. Keuntungan sistem ini : - Supply udara cukup banyak, karena energi gas buang, langsung Menggerakkan turbin dengan pipa pipa yang pendek. - Pembakaran lebih sempurna. - Tenaga motor lebih besar. - Saat olah gerak atau saat awal start tidak perlu menggunakan blower bantu, karena begitu gas memutar turbin langsung dapat menggerakkan blower. Kerugiannya : - Harga motor lebih mahal karena lebih dari 1 turbo. - Biaya perawatan bertambah - Waktu perawatan lebih lama
- Bila ada patahan patahan ( piston ring, valve ) maka langsung mempunyai moving blade, mengakibatkan rusak fatal karena pipa gas buamg yang pendek b. Sistem tekanantetap ( constant pressare system ) Sistem ini menggunakan gas receiver ( tabung pengumpul gas ), artinya gas yang keluar dari masing masing silinder dikumpulkan di gas receiver, dimana gas buang dari semua silinder dialirkan ke gas receiver. Bila supply gas yang memutar turbin sedikit, mengakibatkan putaran poros turbin berkurang, dan putaran blower juga berkurang, sehingga supply udara oleh blower berkurang dan pembakaran tidak sempurna. Keuntungan : - Harga motor lebih murah - biaya perawatan lebih murah - waktu perawatan lebih cepat - bila ada patahan patahan yang keluar dari cylinder maka patahan patahan tersebut tidak mengenai langsung tirbin karena pipa gas cukup panjang Kerugian : - Awal start, memerlukan blower bantu, setelah putaran engine di tambah, supply udara start cukup, namun bila putaran turbin berkurang, supply udara juga berkurang. Blower bantu di stop, bila putaran motor bertambah, sehingga blower turbin menghasilkan cukup supply udara. Sistem Udara (lihat gambar ) Udara yang dihasilkan oleh blower dibedakan dalam beberapa sistem yaitu : - serie system - paralel system - kombinasi serie paralel system 1. Serie system ( lihat gambar ) Dalam sistem serie, dimana udara yang dihasilkan blower diteruskan ke pompa bilas dan dari pompa bilas melalui inlet part masuk silinder, dengan urutan sbb :
Blower Inter cooler Pompa bilas Inter port cylinder Udara setelah pompa bilas mempunyai tekanan yang lebih tinggi, artinya udara dari blower yang tekanan lebih besar dari tekanan udara luar, tekanan udaranya lebih ditingkatkan lagi setelah pompa bilas. 2. Paralel system ( lihat gambar ) Pada sistem paralel udara dari blower dialrkan ke inter cooler, selanjutnya ke air receiver, sedangkan pompam bilas juga secara bersamaan mengisap udara kamar mesin dan menekannya ke air receiver lagi. Udara yang sudah terkumpul di air receiver baik dari blower maupun dari pompa bilas secara bersama sama udara ini masuk silinder melalui inlet port. Secara urutan dapat di lihat : a. Blower inter cooler air receiver b. Pompa bilas air receiver c. Air receiver inlet port cylinder Bila pada saat olah gerak dimana supply udara dari blower berkurang, berarti juga tekanan udaranya berkurang, sementara tekanan udara dari pompa bilas tetap walaupun saat olah gerak, sehingga tekanan udara dari pompa bilas lebih besar dari pada tekanan udara dari blower. Hal ini akan terjadi tekanan balik, dan tekanan ini berbenturan di blower yang menimbulkan bunyi seperti suara kucing. Kejadian ini disebut SURGING. Surging ini harus dihilangkan, karena bila tidak dihilangkan akan merusak difluser dari blower dan akan bengkok atau patah. Hal tersebut membawa dampak terhadap supply udara yang berkurang atau ball bearing dari blower rusak karena takanan benturan dari surgin ini. Mengatasi Surging a. Naikkan RPM mesin, sebelumnya komunikasi dengan anjungan untuk posisi kapal, dengan menaikkan putaran tekanan udara blower menjadi lebih besar dari pada tekanan udara pompa bilas. b. Blow down udara dari pompa bilas, sehingga tekanan udara pompa bilas lebih kecil dari pada tekanan udara blower ( lihat gambar ) menggunakan safety valve yang sudah tersedia. c. Udara pompa bilas dihisap oleh blower secara injector, sehingga tekanan udara popmpa bilas lebih kecil dari pada tekanan udara blower ( lihat gambar ). 3. Serie paralel system ( lihat gambar )
Pada sistem ini, satu silinder bekerja secara serie, sedangkan silinder lainnya bekerja secara paralel, sehingga dengan 6 silinder berarti, 3 silinder bekerja serie dan 3 silinder lainnya bekerja paralel. Sistem serie paralel ini didapati antara lain pada motor MAN Diesel Engine dengan pembilasan membalik. 4. Penataan pipa gas buang Dalam penataan pipa gas buang kita bedakan, untuk : a. Motor 4 takt sistem BUSCH 1dengan FO = 1 5 3 6 2 4 (lihat skets). Supaya aliran gas tidak tersendat sendat, maka pipa gas silinder NO : 1, 3 dan 5 masuk menjadi satu pipa dan langsung masuk ke turbin, sedangkan pipa gas silinder 2, 4 dan 6 dihubungkan satu pipa dan masuk keturbin. Sedangkan aliran udaranya tidak bergantung FO nya, dari blover melalui Inter Cooler langsung masuk ke masing masing silinder. b. Motor 2 takt 6 silinder sistem denyut dengan FO = 1 4 2 6 3 5 (lihat skets).aliran gasnya sistem dunyut tanpa gas receiver dan turbinnya 2 unit ( setiap 3 silinder melayani 1 turbin ). Pipa pipa gas buang dari silinder 1, 2 dan 4 digabung menjadi menjadi 1 pipa dan pipa ini masuk ke turbin unit I, sedangkan pipa gas 3, 5 dan 6 di gabung menjadi 1 pipa langsung keturbin unit II. pipa udara tidak tergantung dari FO nya, artinya silinder 1, 2 dan 3 langsung ke blover I sedangkan pipa udara silinder 4, 5 dan 6 langsung ke blover II. c. Motor 2 takt 6 silinder sistem tekanan tetap dengan gas receiver menggunakan 1 unit turbin ( lihat skest ) dengan FO = 1 4 2 6 3 5. Aliran gas melalui pipa gas silinder 1, 2 dan 4 digabung menjadi 1 pipa gas langsung masuk ke gas receiver, sedangkan pipa gas silinder 3, 5 dan 6 digabung menjadi 1 pipa langsung ke gas receiver, dari gas receiver ini dengan 1pipa langsung masuk keturbin.
Pengisian Tekan Diesel 4 Takt, Bagian Bawah Piston Sebagai Pompa Bilas (Supercharged) Gambar 54 Prinsip kerja 1. piston bergerak dari TMB ke TMA. - Gas buang dikeluarkan dari dalam silinder melalui katup buang pada saat langkah buang
- Katup masuk tertutup, udara dihisap oleh pompa bilas II Piston bergerak dari TMA ke TMB - Katup buang tertutup, katup masuk terbuka - Udara dibawah piston ditekan ke inlet manifold melalui katup tekan (discharge valve ) - Udara didinginkan di Inter Cooler, selanjutnya melalui inlet valve yang terbuka udara masuk silinder Catatan : - Bagian atas piston dipergunakan untuk proses pembakaran - Bagian bawah piston diperginakan sebagai pompa bilas - Udara didinginkan agar suhunya menjadi dingin, sehingga molekul molekul Oxygen dalam udara menjadi padat, hal tersebut mengakibatkan pembakaran sempurna.
Gambar 55 PENGISIAN TEKAN DIESEL 4 TAKT ( Turbo Charge )
Gambar 56 Pengisian 1. pengisian isap, pemasukan udara kedalam silinder tanpa ada alat tambahan. 2. pengisian tekan, pemasukan udara kedalam silinder menggunakan alat tambahan. Alat tambahan = Pompa bilas Supercharge = pengisian tekan tanpa menggunakan turbin gas, hanya menggunakan pompa bilas saja. Turbocharge = pengisian tekan menggunakan turbin gas. Gambar 56 Kerugiannya 1. harga beli lebih mahal 2. perawatan extra keahlian Prinsip Kerjanya - Gas buang dari motor dikeluarkan dari silinder melalui katup buamg yang terbuka, gas ini memutar sudu turbin gas. Mengakibatkan poros turbin berputar. - Di ujung poros turbin dipasang blower, dengan berputarnya poros turbin mengakibatkan blower turut berputar. - Udara dari kamar mesin dihisap oleh blower dan di tekan ke inter cooler, dimana udara didinginkan selanjutnya udara ini dengan tekanan > 1 atau, masuk ke silinder motor.
Gambar 57
Gambar 58 Pengisian Tekan Diesel 2 Takt, Sistem Denyut, Sistem Serie Dengan Pembilasan Memanjang ( B&W Diesel Engine )
Gambar 59 T = Turbine B = Blower F = Funnel EV = Exhaust Valve IC = Inter Cooler SP = Scavenging Port SPP = Scavenge Pump SV = Suction Valve DV = Discharge Valve = Gas System ( pulse ) = Air System ( serie ) Gas system Denyut ( pulse ) gas pembakaran yang Keluar dari engine langsung menggerakkan Turbin gas Air System gambar 59 Serie Udara dari blower langsung Dihisap oleh pompa bilas dan ditekan Masuk silinder Pengisian tekan diesel 2 takt, sistem tekanan rata ( gas ), sistem serie (udara) dengan pembilasan memanjang ( B&W Diesel Engine )
Gambar 60 B = Blower T = Turbin GR = Gas Receiver IC = Inter Cooler = Gas System = Air System Gas = mesin Gas Reciever Turbine Udara = Blower Inter Cooler pump Bilas lubang bilas gambar 60
Pengisian tekan diesel 2 takt, sistem denyut ( gas ), sistem paralel ( udara ) dengan pembilasan melintang ( Sulzer Diesel Engine ) Gambar 61 T = Turbine B = Blower IC = Inter Cooler AR = Air Receiver IP = Inlet Port EP = Exhaust Port = Gas System ( pulse ) = Air System ( paralel ) GR = Gas Receiver F = Funnel SP = Scavange Pump
Gas System : Exhaust port Turbine Funnel ( pulse system ) Exhaust port Gas Receiver Turbine Funnel ( Const. Press ) Air System : Blower Inter Cooler Air Receiver Scavenge Air Receiver Air Receiver Inlet Port Gambar 61 Pengisian Tekan Diesel 2 takt, Sistem Denyut ( Gas ), Sistem Serie Paralel (Udara ) Dengan Pembilasan Membalik ( MAN DIESEL ENGINE ) Gambar 62 T = Turbin B = Blower AR = Air Receiver GR = Gas Receiver IP = Inlet Port EP = Exhaust Port F = Funnel SP = Scavenge Pump
Gas System : Exhaust Port Turbine Funnel ( Pulse System ) Exhaust Port Gas Receiver Turbine (Const. Press.) Air System : Blower Scavenge Pump Inlet Port ( Serie ) Blower Air Receiver Scavenge Pump Air Receiver Air Receiver Inlet Port Gambar. 62
Gambar 63 PRINCIPLE OF INJECTOR IN TURBO CHARGE Gambar 64 T = Turbine B = Blower = Gas System = Air System Prinsip Kerja : Udara blower a mengisap udara pompa Bilas b, sehingga tekanan udara pompa Bilas lebih kecil dari pada tekanan udara blower
Peralatan ini dimaksud untuk mengatasi kondisi Surging pada paraler system. Gambar 64 Penataan Pipa Gas Buang Gambar 65 Gambar 66
Gambar 67
Gambar 68
Gambar 69
Gambar 70
Gambar 71