Rencana Pembelajaran Kegiatan Mingguan (RPKPM). Pertemuan ke Capaian Pembelajaran Topik (pokok, subpokok bahasan, alokasi waktu) Teks Presentasi Media Ajar Gambar Audio/Video Soal-tugas Web Metode Evaluasi dan Penilaian Metode Ajar Aktivitas Mahasiswa Aktivitas Dosen/ Nama Pengajar Sumber Ajar (pustaka) 6. Mahasiswa dapat menjelaskan tipe-tipe ruang bakar dan cara kerjanya Ruang Bakar (combustion chamber) Waktu: 1x pertemuan @100 menit Ѵ Ѵ Ѵ - Ѵ - Quis -Mahasis wa menerima materi kuliah - Mahasiswa Mengerjakan Quiz secara individu di kelas -Menerima materi kuliah -Mengerjakan Quiz secara individu di kelas -Menyampai kan materi kuliah -Memberikan soal dan mengawasi mahasiswa mengerjakan Quiz di kelas Pengajar: Greg. Sukartono 1. Wiranto A M., 1979, Motor Diesel Putaran Tinggi, Ed. 3, Pradnya Paramita, Jakarta 2.Maleev V L., Bambang Priambodo, 1991, Operasi dan Perawatan Mesin Diesel, Erlangga, Jakart 1
Bab VI. Ruang Bakar ( Combustion Chamber ) Diskripsi singkat : Pada mesin diesel penyemprotan Bahan bakar ke dalam ruang bakar berlangsung dalam periode (20-35) derajat sudut engkol. Dengan demikian untuk meningkatkan pencampuran maka perlu ditimbulkan gerakan udara (air swirl) di dalam ruang bakar sehingga ada gerakan relative antara bahan bakar dan udara, yang akan menghasilkan pencampuran yang lebih baik. Untuk itu perencanaan (konstruksi dan bentuk) dari ruang bakar pada mesin diesel adalah hal yang sangat penting dan menentukan. Beberapa jenis ruang bakar yang digunakan pada motor diesel adalah ruang bakar terbuka (Direct Injection) dan ruang bakar terpisah (divided chamber) yang terdiri dari ruang bakar kamar muka, ruang bakar turbulen (swirl chamber), ruang bakar kamar udara (air cell chamber). a. Manfaat : Mahasiswa dapat menjelaskan fungsi ruang bakar pada motor diesel b. Learning Outcomes : Mahasiswa dapat menjelaskan tipe-tipe ruang bakar motor diesel. c. Relevansi : Mahasiswa dapat menjelaskan tipe ruang bakar saat menghadapi mesin diesel yang dipakai dikendaraan. PENYAJIAN URAIAN: a. Contoh : Memberikan contoh-contoh ruang bakar baik pada mesin dengan kapasitas kecil sampi kapasitas besar yang dipakai di industri. b. Ilustrasi : Memberikan penjelasan jenis ruang bakar disertai dengan gambar di dalam kelas. c. Aktivitas Berdiskusi dengan mahasiswa tentang materi jenis-jenis ruang bakar di dalam kelas. 2
d. Tugas Mahasiswa mencari contoh aplikasi salah satu jeis ruang bakar pada internet dengan disertai sumber yang jelas. e. Rangkuman Dengan penjelasan dari dosen waktu kuliah dan diskusi serta tugas yang harus dikumpulkan kemudian dapat dibuat rangkuman tentang materi ruang bakar motor diesel. 3
BAB VI RUANG BAKAR (COMBUSTION CHAMBER) Pada motor bakar penyalaan api, pencampuran bahan bakar dengan udara berlangsung selama langkah isap dan langkah kompresi dan terjadi di dalam karburator dan saluran masuk (intake manifold) serta di dalam silinder atau hampir 360 derajad sudut engkol. Pada mesin diesel penyemprotan bahan bakar ke dalam ruang bakar berlangsung dalam periode 20 35 derajat sudut engkol, sehingga pencampuran berlangsung dalam waktu singkat. Dengan demikian untuk meningkatkan pencampuran maka perlu ditimbulkan gerakan udara (air swirl) di dalam ruang bakar sehingga ada gerakan relative antara Bb dan udara, yang akan menghasilkan pencampuran yang lebih baik. Untuk itu perencanaan (konstruksi dan bentuk) dari ruang bakar pada mesin diesel adalah hal yang sangat penting dan menentukan. Metode untuk menimbulkan pusaran udara: 1. Dengan mengarahkan aliran udara ketika memasuki silinder disebut induction swirl. Metode ini dipakai pada open combustion chambers. 2. Dengan mengarahkan aliran udara dengan arah tangensial masuk ke dalam ruang pemusar, selama langkah kompresi. Metode ini dipakai pada swirl chambers. 3. Dengan menggunakan kenaikan tekanan oleh karena pembakaran pada sebagian Bb untuk menimbulkan pusaran turbulen dan disebut combustion induced swirl. Metode ini digunakan pada precombustion chamber dan air-cell chambers. 4
CI engine combustion chambers Open chamber or non Turbulen chamber (induction swirl) Divided chambers or turbulen chamber Swirl chamber Precombustion chamber Air-cell chamber (compression swirl) r.b awal/ rb kamar muka ruang udara Lanova r. bakar pusaran r.b turbulen COMBUSTION INDUCED SWIRL Ruang bakar (Rb) motor Diesel lebih rumit bila dibandingkan dengan Rb pada motor bensin dan direncanakan sedemikian rupa agar dapat menghasilkan campuran udara dan Bb yang baik dan berlangsung dengan cepat dan merata. 5
Beberapa jenis ruang bakar yang digunakan pada motor diesel dewasa ini adalah: 6.1 Ruang Bakar Terbuka (Open chamber) Sistim Injeksi Langsung(Direct Injection) Gambar Berbagai macam bentuk Ruang bakar terbuka Ruang bakar dibentuk oleh ruangan antara bagian atas silinder dengan kepala torak dan kepala silinder. Bahan bakar disemprotkan langsung ke dalam Rb melalui nosel. Untuk memperoleh mutu campuran yang baik dalam sistim ini maka factor-faktor penting yang harus diperhatikan adalah: 1. Bentuk nosel 2. Diameter mulut nosel 3. Arah penyemprotan 6
Kebaikannya: 1. Bentuk Rb sederhana sehingga daya guna panas tinggi dan pemakaian Bb rendah/ irit. 2. Mudah dihidupkan dalam keadaan dingin tanpa menggunakan alat pemanas/ pemijar, walaupun pada motor yang kecil dengan perbandingan kompresi +15 atau rendah. 3. Sesuai dengan motor bertenaga besar dengan konstruksi kepala silinder yang sederhana dan distorsi panasnya kecil. 4. Pusaran diperoleh pada akhir langkah kompresi sehingga tidak diperlukan tenaga tambahan, maka efisiensinya menjadi tinggi. 5. Penggunaan luas dan biasanya untuk mesin kecepatan rendah dan kapasitas kecil hingga besar (lebih dari 200mm bore). Pada mesin putaran rendah penyemprotan berlangsung dalam waktu yangh lebih lama sehinggan ignition delay adalah faktor yang tidak begitu penting sehingga dapat digunakan Bb yang lebih murah/ kwalitas rendah yaitu yang mempunyai ignition delay lebih panjang. Pada ruang bakar ini excess air (kelebihan udara) adalah kecil, sehingga turbulennya juga kecil, maka kerugian kalor akan semakin kecil atau efisiensi termalnya lebih tinggi. Keburukannya : 1. Peka terhadap mutu Bb (selain terhadap sifat ignition delay) sehingga harus selalu memakai Bb bermutu tinggi 2. Memerlukan tekanan penyemprotan tinggi 3. Sering terjadi gangguan pada nosel dan umurnya menjadi lebih pendek karena menggunakan multiple orifice, sedang kondisi penyemprotan sangat mempengaruhi kinerja motor. 4. Dibandingkan dengan sistim Rb bantu turbulensi yang terjadi lebih lemah sehingga sulit bekerja pada putaran tinggi. 5. Lubang/ mulut nosel berukuran kecil sehingga mudah tersumbat dan mudah terbentuk endapan karbon, sehingga bentuk pancaran dari Bb mudah berubah sehingga memerlukan maintenance yang lebih berat. 7
6.2 Ruang Bakar Bantu/ Ruang Bakar Terpisah (Divided chamber) Berdasarkan konstruksi dan bentuknya Ruang bakar bantu dapat diklasifikasikan : a. Sistim ruang bakar kamar muka Gambar Ruang bakar kamar muka a d ruang bakar kamar pusar e g ruang bakar kamar muka Gambar Macam-macam Ruang Bakar Bantu (Ruang Bakar Terpisah) 8
Pada sistim ini bahan bakar disemprotkan oleh nosel ke dalam Rb kamar muka (precombustion chamber). Sebagian Bb terbakar di sini dan akan mendesak Bb yang belum terbakar, melalui saluran kecil antara Rb muka dan Rb utama sehingga Bb pecah menjadi partikel-partikel yang halus agar dapat dicapai pembakaran sempurna. Di dalam sistim ini terjadi dua pembakaran, yaitu sebagian kecil terjadi di dalam Rb muka dan selanjutnya terjadi di dalam Rb utama. Jika motor masih dalam keadaan dingin dan suhu kompresi belum mampu membakar Bb maka mesin sulit dihidupkan. Akan tetapi hal ini dapat diatasi dengan cara memasang busi pijar (yang terbuat dari campuran Nikkel & Chrome dan dialiri arus listrik dari battery). Kebaikannnya: 1. Dapat menggunakan Bb dari berbagai mutu, sehingga memungkinkan memakai mutu Bb yang relative lebih rendah dengan tanpa timbulnya asap yang berlebihan. 2. Pemeliharaan lebih mudah karena tekanan injeksi relative rendah dan motor tidak terlampau peka terhadap perubahan-perubahan yang terjadi pada saat penyalaan. 3. Dengan menggunakan throttle nozzle dengan hanya satu lubang/ mulut (sehingga kekurangan karena banyak lubang dapat dihindari) 4. Timbulnya shock pada pembakaran dapat dikurangi oleh precombustion chamber sehingga peak-pressure dalam Rb utama adalah rendah/ halus. Keburukan: 1. Biaya pembuatan tinggi karena perencanaan silinder/ Rb cukup rumit 2. Diperlukan starter lebih besar dan harus menggunakan busi pemijar 3. Pemakaian Bb lebih banyak karena kerugian panas besar b. Sistim kamar pusar / ruang bakar turbulen (swirl chamber) Salah satu dari Rb in I ditempatkan pada tutup atau samping atas silinder dan ini dinamakan kamar pusaran. Ruang lainnya diapit antara puncak torak dengan tutup silinder ini dinamakan kamar muka pusaran yang terjadi tinggi maka Bb dan nosel tidak meminta persyaratan yang tinggi dan oleh karena pusaran tersebut maka excess air relative rendah. Pada leher akan bertemperatur cukup tinggi sehingga dapat membantu memperpendek kelambatan penyalaan pada waktu pembakaran (gas mengalir balik ke ruang bakar utama/ silinder). Kebaikan yang lain: 9
1. Cocok untuk bekerja pada kecepatan tinggi 2. Waktu pengapian tertunda pendek sehingga kemungkina knock lebih kecil 3. Bekerja tenang/ halus, umur motor lebih panjang Gambar Ruang bakar Turbulen (kamar pusar) c. Ruang bakar kamar udara (air cell chamber) Seperti halnya pada Rb turbulen dan Rb kamar muka Rb kamar udara ini bermaksud untuk menciptakan turbulensi sekunder pada akhir proses pembakaran. Pada sistim ini Bb diinjeksikan diarahkan ke cel udara lalu terkar di dalam Rb utama, tetapi oleh karena momentum semprotan Bb tersebut maka sebagian butir-butir Bb terseret masuk ke dalam kamar udara dan pada saat torak mencapai TMA bahan bakar dalam kamar udara tersebut terbakar. 10
Pada awal langkah ekspansi yakni kira-kira 20 derajat engkol sesudah TMA tekanan gas di dalam Rb utama menurun, bersamaan dengan itu udara dari kamar udara menyembur ke ruang bakar utama, terjadilah turbulensi sekunder sehingga membantu penyempurnaan pembakaran selanjutnya. Pada ruang bakar Lanova + 60% Bb yang disemprotkan masuk ke dalam kamar udara Lanova yaitu pada Rb minor. Proses penyalaan terjadi di dalam Rb utama. Sementara penyemprotan Bb masih berlangsung, terjadilah pembakaran di dalam ruang Lanova kecil sehingga Bb yang belum terbakar sempurna tersebut tersembur keluar maka berlangsunglah proses pencampuran yang efektif dan terjadilah turbulensi. Pada waktu torak mulai turun ke TMA terjadilah perbedaan tekanan yang cukup besar antara ruang Lanova dengan Rb utama. Dengan demikian dapat terjadi proses pembakaran yang lebih halus. Kebaikan: 1. Bunyi mesin tidak begitu berisik sebab pembakaran terjadi berangsur-angsur 2. Bb disemprotkan langsung ke ruang bakar sehingga dipandang dari segi mudahnya start adalah nomor 2 setelah sistim injeksi langsung dan dalam banyak hal busi pijar tidak digunakan 3. Gangguan pada nosel berkurang dengan digunakan nosel jenis pin/ pentil 4. Untuk memudahkan start dapat dilakukan dengan menaikkan perbandingan kompresi yaitu dengan menutup kamar udaranya 5. Tipe ini cocok untuk mesin kecil sampai medium Kerugian : 1. Saat injeksi Bb mempunyai pengaruh besar terhadap kemampuan mesin 2. Suhu gas buang tinggi dikarenakan sisa pembakaran yang besar 3. Pemakaian Bb tinggi/ boros 11
Kamar ruang pusar ini berbentuk bola, udara yang dikompresikan oleh torak memasuki kamar pusar dan menghasilkan aliran turbulen. Bb disemprotkan ke dalam pusaran udara ini, sebagian Bb terbakar di dalam kamar pusar ini, tetapi sebagian lagi terdorong keluar melalui celah dan masuk ke Rb untuk penyempurnaan pembakaran. Keuntungan: Pusaran kuat sehingga injector yang dipilih adalah yang bermulut satu dengan tekanan injeksi rendah, sehingga gangguan dan kerusakan akan relative kecil, pompa Bb relative kecil. Biasanya dipilih injector tipe pintle yang dapat membersihkan ketrak/ endapan karbon pada mulutnya dengan gerakan membuka dan menutup katupnya, maka memperingan maintenance. Oleh karena kuatnya pusaran maka semakin baik tercampurnya sehingga campuran semakin baik (dan udara yang terpakai semakin banyak), sehingga tekanan efektif akan lebih tinggi dan mesin akan menghasilkan daya yang lebih besar. Dengan konstruksi/ penempatan injector yang demikian maka tersedia tempat yang leluasa untuk menempatkan katup, sehingga akan menaikkan efisiensi volumetric dan tekanan efektif meningkat meskipun pada kecepatan tinggi, disamping itu katup dapat dibuat lebih besar. Pusaran berbanding lurus dengan kecepatan, sehingga akan baik untuk kecepatan yang bervariasi, sehingga cocok untuk kendaraan. Pada sistim ini menghasilkan operasi mesin halus, sebab Rb dapat mengabsorbsi shock dari peak-pressure dan memperpanjang umur piston dan perlengkapannya. Keburukan: 1. Konstruksi silinder dan kepala silinder rumit sehingga mahal 2. Daya guna panas dan pemakaian Bb kurang baik 3. Diperlukan pemijar, tetapi tidak efektif untuk kamar pusar yang besar 12
4. Cenderung terjadi knock pada putaran rendah Karena pusaran besar maka banyak panas yang hilang pada dinding Rb sehingga akan mengalami kesulitan pada start jadi harus menggunakan busi pemijar yang memadai. Gambar Ruang bakar Kamar Udara (ruang bakar Lanova) 13
Rangkuman Ruang Bakar (Combustion Chamber) Untuk perencanaan (konstruksi dan bentuk) dari ruang bakar pada mesin diesel dibutuhkan yaitu mengarahkan aliran (induction swirl), adanya ruang pemusar (swirl chambers), dan menimbulkan pusaran (precombustion chamber). Beberapa jenis ruang bakar yang digunakan pada motor diesel dewasa ini adalah ruang bakar terbuka, ruang bakar terpisah, ruang bakar kamar muka dan ruang bakar turbulen. Pada ruang bakar terbuka bahan bakar disemprotkan langsung ke dalam ruang bakar melalui nosel. Pada ruang bakar terpisah bahan bakar disemprotkan oleh nosel ke dalam ruang bakar kamar muka (precombustion chamber). Pada ruang bakar turbulen salah satu dari ruang bakar ditempatkan pada tutup atau samping atas silinder dan ini dinamakan kamar pusaran. Ruang lainnya diapit antara puncak torak dengan tutup silinder ini dinamakan kamar muka pusaran. Knocking pada motor diesel adalah pembakaran yang terjadi apabila periode persiapan panjang akan diikuti oleh laju kenaikan tekanan yang besar sehingga akan menghasilkan operasi mesin yang kasar dan keras. Sudut pembukaan katup adalah waktu pembukaan katup isap dan katup buang yang terjadi pada siklus pembakaran. Di dalam mesin yang sebenarnya katup-katup dibuka dan ditutup tidak pada titik mati, hal tersebut dikarenakan dua faktor yaitu mekanis katup dan dinamika fluida yang yang digunakan Latihan Soal : 1. Sebutkan syarat-syarat ruang bakar pada motor diesel 2. Sebutkan jenis ruang bakar pada motor diesel. 3. Jelaskan dengan singkat kelebihan dan kekurangan jenis ruang bakar terbuka pada motor diesel 14
4. Jelaskan dengan singkat kelebihan dan kekurangan jenis ruang bakar turbulen pada motor diesel 5. Jelaskan tentang direct injeksi hubungannya dengan ruang bakar pada motor diesel Jawaban soal akan didiskusikan di kelas 15