BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN METODOLOGI PENELITIAN 2.1. Sejarah Singkat Motor Diesel Diesel berasal dari nama seorang insinyur dari jerman yang menemukan mesin ini pada tahun 1893, yaitu Dr. Rudolf Diesel. Pada waktu itu mesin tersebut tergantung pada panas yg dihasilkan ketika kompresi untuk menyalakan bahan bakar. Bahan bakar ini diteruskan ke silinder oleh tekanan udara pada akhir kompresi. Pada tahun 1924, Robert Bosch, seorang insyinyur dari jerman, mencoba mengembangkan pompa injeksi dari pada menggunakan metode tekanan udara yang akhirnya berhasil menyempurnakan ide dari Rudolf Diesel. Keberhasilan Robert Bosch dengan mesin dieselnya tersebut sampai saat ini digunakan oleh masyarakat.
2.2. Mesin Diesel Motor diesel dikategorikan dalam motor bakar torak dan mesin pembakaran dalam (internal combustion engine). Penggunaan motor diesel bertujuan untuk mendapatkan tenaga mekanik dan energi panas yang ditimbulkan oleh energi kimiawi bahan bakar, energi kimiawi tersebut diperoleh dari proses pembakaran antara bahan bakar dan udara didalam ruang bakar. Pada motor diesel ruang bakarnya bisa terdiri dari satu atau lebih tergantung pada tujuan perancangan mesin itu sendiri, dan dalam satu silinder dapat terdiri dari satu atau dua torak. Mesin diesel disini berfungsi sebagai penghasil tenaga mekanis yang dipergunakan untuk memutar rotor generator dsb. Mesin diesel adalah jenis motor bakar yang penyalaannya dengan cara bahan bakar diinjeksikan kedalam silinder, yang berisi tekanan udara dalam silinder mesin maka suhu udara meningkat, sehingga ketika bahan bakar dalam bentuk kabut halus bersinggungan dan bercampur dengan udara panas ini mulai terbakar sendiri. Sekalipun mesin diesel memiliki kekurangan dalam hal kebisingan dibandingkan mesin bensin. Mesin diesel karena keunggulan effisiensi bahan bakar menjadi pilihan banyak pengguna motor bakar untuk kendaraannya. Sebagai efek dari semakin ketatnya peraturan terhadap pencemaran lingkungan hidup, mesin diesel menjadi salah satu pilihan dalam pemakaian sistem internalcombustion engine. Internal cobustion engine ini kita temui dalam sistem mobil, kapal, alat pembangkit listrik portable, bus, traktor dsb.
Salah satu keunggulan mesin diesel adalah sistem pembakarannya menggunakan compression-ignition (pembakaran-tekan), yang tidak memerlukan busi (lihat gambar 2.1) Gambar 2.1. Cara kerja mesin diesel Sumber : Diesel-stroke. < http://images.google.co.id > Sistem ini memungkinkan tercapainya tekanan awal yang tinggi sebelum terjadi proses pembakaran, hal ini akan meningkatkan effisiensi panas dibandingkan sistem yang lain. Keunggulan yang lain adalah fleksibilitasi jenis bahan bakar yang bisa digunakan, karena pembakaran yang terjadi tidak memerlukan pengontrolan bunga api, berbagai jenis bahan bakar bisa dipakai.
Misalnya : minyak tanah, minyak sawit, produk minyak berat dari minyak mentah, alkohol, emulsi (campuran air dan bahan bakar solar) dsb. Applikasi dari sistem pembakaran diesel ini bisa ditemui di dunia automotif untuk angkutan berat, traktor, bulldozer, pembangkit listrik didesa-desa, generator listrik darurat di rumah sakit, kampus, hotel dsb. Namun disamping keunggulan yang dimiliki mesin diesel, juga memiliki problem khusus yang berhubungan dengan pencemaran lingkungan adalah smoke/asap serta gas buang khususnya Nitrogen Oxide (NOx). Kedua pollutant ini saling bertolak belakang dalam pemunculannya. Smoke/soot/asap terbentuk ketika bahan bakar tidak mampu tercampur dengan baik dengan oksigen sehingga reaksi pembakaran tidak sempurna, dalam kondisi seperti ini suhu pembakaran tidak terlalu tinggi atau nitrogent oxide tidak banyak tebentuk. Namun ketika pencampuran bahan bakar dan udara terjadi dengan baik sehingga pembakaran sempurna tercapai, maka suhu pembakaran tinggi, hal ini mengakibatkan tejadinya reaksi antara gas N 2 yang ada di udara dengan oksigen membentuk senyawa nitrogen oxide, sekalipun produksi asap akan mengecil. Untuk mengatasi dilema diatas, berbagai penelitian telah dilakukan khususnya untuk memungkinkan reduksi antara asap dan nitrogen oxide secara bersamasama.
2.3. Klasifikasi Mesin Diesel Motor diesel dapat diklasifikasikan berdasarkan susunan silinder, siklus kerja, sistem pendinginan, pengoperasian injektor, pemasukan udara dan bahan bakar. Berdasarkan pengaturan susunan silinder mesin diesel dapat dikategorikan sebagai berikut : a. Susunan segaris vertikal b. Susunan segaris horizontal c. Susunan bentuk V Berdasarkan siklus kerja mesin diesel dapat dikategorikan sebagai berikut : a. Motor diesel 4 langkah b. Motor diesel 2 langkah Berdasarkan sistem pendinginan mesin diesel dapat dikategorikan sebagai berikut: a. Pendinginan udara b. Pendinginan air Berdasarkan sistem injektor mesin diesel dapat dikategorikan sebagai berikut : a. Injeksi langsung b. Injeksi tidak langsung
Berdasarkan pemasukan udara dan bahan bakar mesin diesel dapat dikategorikan sebagai berikut : a. Injeksi yang menggunakan sedikit udara b. Injeksi yang menggunakan lebih banyak 2.4. Sifat-sifat Mesin Diesel Mesin diesel disebut juga motor tekan rata, karena pembakaran bahan bakarnya terjadi dalam volume yang membesar hingga tinggi tekanan pembakarannya hampir sama atau rata. Pembakaran bahan bakarnya dilakukan tanpa perantaraan nyala api, tetapi dengan suhu kompresinya. Untuk mencapai tekanan dan suhu yang tinggi kompresi dinaikkan. Pada saat tekanan tertinggi tercapai, bahan bakar dimasukkan ke dalam silinder dan segera terbakar karena bersentuhan dengan udara yang sangat panas (500 o C 600 o C). Pembangkitan panas akibat pembakaran menaikkan suhu dan tekanan gas. 2.5. Metodologi Penelitian Ketika udara dikompresi suhunya akan meningkat, seperti dinyatakan oleh Hukum Charles, mesin diesel menggunakan sifat ini untuk proses pembakaran. Udara disedot ke dalam ruang bakar mesin diesel dan dikompresi oleh piston yang merapat, jauh lebih tinggi dari rasio kompresi dari mesin bensin. Beberapa saat sebelum piston pada posisi titik mati atas (TMA) bahan bakar diesel disuntikkan ke ruang bakar dalam tekanan tinggi melalui nozzle supaya bercampur dengan udara panas yang bertekanan tinggi.
Hasil pencampuran ini menyala dan membakar dengan cepat. Penyemprotan bahan bakar ke ruang bakar mulai dilakukan saat piston mendekati (TMA) untuk menghindari detonasi. Penyemprotan bahan bakar yang langsung ke ruang bakar di atas piston dinamakan injeksi langsung (direct injection) sedangkan penyemprotan bahan bakar kedalam ruang khusus yang berhubungan langsung dengan ruang bakar utama dimana piston berada dinamakan injeksi tidak langsung (indirect injection). 2.6. Pemilihan Mesin Diesel Untuk suatu mesin kontruksi khususnya yang bermesin diesel sebagai penggerak mula didasarkan atas : 2.6.1. Faktor Mesin Mesin diesel dibagi menjadi beberapa kelas kecepatan, yaitu mesin kecepatan rendah, mesin kecepatan sedang dan mesin kecepatan tinggi. Kecepatan untuk berbagai mesin diesel yang ada dibagi menjadi 3 kelas berdasarkan putaran mesinnya yaitu : 1. Mesin kecepatan rendah, dengan kecepatan 500 1000 rpm 2. Mesin kecepatan sedang, dengan kecepatan 1000 1500 rpm 3. Mesin kecepatan tinggi dengan kecepatan lebih dari 1500 rpm. Jika mesin dipasang untuk operasi kontinyu dan kalau di inginkan umur panjang dengan biaya perawatan murah, maka sebuah mesin kecepatan rendah atau sedang yang paling sesuai.
2.6.2. Jumlah Silinder Makin banyak jumlah silinder juga berpengaruh pada makin seragam putaran mesin dan keseimbangan mesin lebih baik jumlah silinder lebih dari enam terutama digunakan untuk meningkatkan daya mesin tanpa menambah tinggi dan beratnya. Dilain pihak makin banyak jumlah silinder akan makin besar jumlah bagian yang bergerak, lebih banyak tempat yang menderita keausan, makin banyak jumlah kerja perawatan yang diperlukan dan makin besar peluang untuk rusaknya suatu bagian. Dan yang saya bahas ditugas akhir ini mesin yang jumlah silinder nya hanya satu tipe horizontal. Deret vertikal Susunan deret vertikal sebagian besar digunakan pada generator, mobil, alat berat dsb. Semua silinder dipasang secara pararel dan jumlah silinder di dalamnya masing-masing ada yang 4 silinder, 6 silinder bahkan ada yang sampai 16 silinder. Tipe horizontal Susunan mesin horizontal ditempatkan berlawanan satu sama lainnya. Susunan ini lebih istimewa, karena ruangan atas merupakan masalah besar. Mesin ini harus memakai tipe multi silinder seperti yang saya bahas pada tugas akhir ini.
2.6.3. Proses Kerja Menurut proses bekerjanya mesin diesel dalam 4 langkah dan mesin 2 langkah. Yang dimaksud dengan mesin 4 langkah ialah bahwa torak harus membuat 4 langkah untuk memperoleh satu langkah kerja. Berarti poros engkol harus berputar dua kali untuk mendapatkan daya satu kali. Yang dimaksud dengan mesin 2 langkah ialah bahwa torak harus membuat 2 langkah untuk memperoleh satu langkah kerja. Berarti poros engkol harus berputar satu kali untuk mendapatkan daya satu kali. Keuntungan dari 4 langkah : 1. Proses pelumasannya lebih sederhana 2. Efisiensinya tinggi Kerugian dari mesin 4 langkah : 1. Dalam tiap dua putaran poros engkol hanya diperoleh satu langkah kerja (daya). 2. Ukuran mesin lebih besar sehingga ruangan yang diperlukan juga lebih besar. 3. Harganya lebih mahal. Keuntungan dari mesin 2 langkah : 1. Dalam setiap satu putaran poros engkol diperoleh satu langkah. 2. Setengah dari perpindahan torak untuk daya yang berikan, yang berarti mesin tersebut praktis berat setengahnya sehingga lebih murah.
3. Roda gilanya kira-kira beratnya hanya setengahnya untuk keseragaman putaranya yang sama karena langkah kerja berjumlah dua kali lipat. 4. Ukuran mesin lebih kecil sehingga ruangan yang diperlukan juga lebih kecil. Kerugian mesin 2 langkah : 1. Pembilasan dan pembakaran kurang sempurna. 2. Pemakaian bahan bakar tidak hemat 3. Suhu torak dan dinding silinder tinggi, sehingga air pendingin yang dibutuhkan lebih banyak. Keputusan akhir apakah memilih mesin dua langkah ataukah empat langkah biasanya lebih dipengaruhi oleh tersedianya mesin dari daya dan faktor kecepatan yang cocok. Pemilihan mesin diesel untuk suatu instalasi daya sebaiknya dipilih dari jenis mesin yang sama. Pemilihan jenis mesin yang sama yaitu dari merk dengan lubang dan jumlah langkah yang sama akan diperoleh beberapa keuntungan yaitu mengurangi jumlah suku cadang yang harus disediakan untuk mencegah lamanya kerusakan memudahkan operasi dan perawatan untuk pengguna mesin kontruksi khususnya kubota. 2.6.4 Siklus Mesin Diesel 4 langkah Yang dimaksud dengan mesin 4 langkah ialah bahwa torak harus membuat 4 langkah untuk memperoleh satu langkah kerja. Berarti poros engkol harus berputar dua kali untuk mendapatkan daya satu kali.
Untuk memperjelas siklus mesin diesel 4 langkah dapat dilihat (pada gambar 2.2), untuk memperjelas siklus mesin diesel 4 langkah. Perbedaan antara motor diesel dan motor bensin yang nyata adalah terletak pada proses pembakaran bahan bakar, pada motor bensin pembakaran bahan bakar terjadi karena adanya loncatan api listrik yang ditimbulkan oleh dua elektroda busi, sedangkan pada motor diesel pembakaran terjadi karena kenaikan temperatur campuran udara dan bahan bakar hingga mencapai temperatur nyala akibat kompresi torak. Karena prinsip penyalaan bahan bakarnya akibat tekanan, maka motor diesel juga disebut motor bakar tekan (compression ignition engine) sedangkan motor bensin disebut (spark ignition engine). Gambar 2.2. Siklus kerja motor bakar 4 langkah Sumber : p-v diagram diesel engine. < http://images.google.co.id >
2.7. Bagian-bagian Motor Bakar Motor bakar memiliki beberapa bagian yang disebut komponen inti sebuah motor bakar. Komponen-komponen tersebut dapat dilihat (pada gambar 2.3) 2.7.1. Rasio Langkah Diameter (stroke-bore ratio) Stoke adalah panjang langkah dari kerja piston diukur dari titik mati atas (TMA) sampai titik mati bawah (TMB). Sedangkan bore adalah diameter lubang sebelah dalam dari silinder. Perbandingan antara langkah dan diameter menentukan karakteristik mesin, dan dinamakan stroke-bore ratio merupakan istilah yang umumnya digunakan di amerika serikat, inggris, australia dan beberapa negara. Mesin yang mempunyai ukuran diameter lebih besar dari langkah mempunyai rasio lebih besar dari satu, disebut mesin langkah pendek (short stroke). Jika mesin mempunyai ukuran diameter lebih pendek dari langkah atau mempunyai rasio lebih kecil dari satu, disebut mesin langkah panjang (long stroke). Mesin balap untuk formula satu mempunyai rasio bore-stroke 2,5 : 1 dan dapat dipacu hingga 19.000 rpm. Mesin langkah pendek (short stroke) Suatu mesin dikatakan langkah pendek (short stroke), jika ukuran diameter lebih besar dari langkah mesin shortstroke disebut mempunyai karakter positif, karena stroke yang pendek berarti mempunyai friksi yang lebih kecil serta poros engkol yang lebih kuat. Mesin short stroke juga biasanya handal dan dapat dioperasikan pada kecepatan tinggi.
Mesin jenis ini tidak mengalami kerugian daya, namun pada kecepatan rendah torsi relatif rendah. Kelemahan mesin shortstroke antara lain tidak bisa mempunyai perbandingan kompresi setinggi tipe mesin longstroke, sehingga menyebabkan mesin shortstroke lebih boros bahan bakar dengan emisi gas buang yang lebih jelek dibandingkan dengan mesin longstroke. Walaupun mesin dimodifikasi dengan memendekkan langkah untuk mencapai putaran maksimum dengan kompensasi torsi rendah pada putaran rendah. Mesin shortstroke lebih ringan dan pendek ukurannya namun cenderung mudah panas (overhead). Mesin langkah panjang Motor bakar torak disebut undersquare atau longstroke jika silindernya mempunyai ukuran diameter yang lebih pendek dibandingkan dengan ukuran langkah mesin tipe ini karakteristik negatif karena langkah yang panjang berarti friksi yang lebih besar dan poros engkol yang lemah, dan diameter yang lebih kecil dan ukuran katup juga kecil sehingga membatasi pertukaran gas. Mesin jenis ini umumnya mempunyai torsi putaran rendah yang lebih besar, juga dapat mempunyai rasio kompresi yang lebih tinggi, berarti lebih hemat bahan bakar dan menghasilkan gas buang yang lebih bersih. Walaupun mempunyai keunggulan torsi maksimum, mesin jenis ini jarang diproduksi sebab lebih berat dan lebih tinggi.
Gambar 2.3. Komponen inti motor bakar Sumber : Komponen diesel-engine. < http://inti motor-bakarimages.google.co.id > 2.7.2. Poros Engkol Dan Urutan Pembakaran Dan Kesetimbangan Statis Dan Dinamis Pada mesin dengan jumlah silinder lebih dari 1, maka poros engkol umumnya mempunyai konfigurasi, agar berbeda fase satu piston dengan lainnya. Urutan penyalaan atau firing order adalah urutan penyalaan busi pada motor bensin atau urutan injeksi bahan bakar kedalam setiap silinder pada motor diesel. Pada motor bakar yang mempunyai lebih dari 2 silinder, maka urutan penyalaan tidak terjadi berurut secara seri, namun dengan urutan tertentu agar kestabilan mesin terjaga.
Urutan penyalaan ini sangat kritis untuk memperkecil vibrasi dan mencapai pengoperasian yang halus, agar didapatkan kenyamanan pengguna dan umur mesin yang lebih lama. Berbagai tipe susunan piston terlihat (pada gambar 2.4). Gambar 2.4. Contoh susunan piston pada motor bakar Sumber : < http://colection diesel-engine.images.google.co.id > 2.7.3. Desain Katup Cam Katup ini berfungsi untuk membuka dan menutup aliran udara bahan bakar yang masuk dan keluar dari ruang bakar, (lihat pada gambar 2.5). contoh desain katup dan cam pada sebuah motor bakar. Katup ini digerakkan oleh cam shaft yang berputar seiring dengan bergeraknya piston. Pada saat langkah masuk, cam akan mengerakkan katup masuk terbuka dan udara murni akan mengalir masuk kedalam silinder. Dan pada langkah kedua (langkah kompresi), katup masuk akan tertutup dan katupbuang juga tertutup.
Pada saat langkah ketiga (langkah usaha) terjadi penyalaan dan pembakaran bahan bakar, pada saat ini posisi katup masuk dan katup buang masih dalam posisi tertutup. Lalu pada saat langkah ke-empat (langkah buang) katup masuk akan tertutup dan katup buang akan terbuka dan membuang (melepaskan) gas-gas sisa pembakaran. Dalam design katup ini, design dibuat harus sesuai dengan keperluan yang dumaksud, sehingga pada saat bekerja tidak dijumpai kesalahan. Bentuk penutup katup harus disesuaikan dengan besar dan bentuk mulut ruang bakar agar katup berada tepat pada dudukan yang benar sehingga kebocoran-kebocoran yang tidak diharapkan dapat dibuat sekecil mungkin. Bagian-bagian yang penting pada katup adalah : a. Katup, berfungsi sebagai penutup lubang ruang bakar. b. Pegas pembalik, berfungsi sebagai pembalik posisi katup setelah penekanan. c. Batang pengungkit, berfungsi untuk meneruskan gerak menekan dari batang penekan. d. Batang penekan, berfungsi sebagai penerima tekanan dari cam.
Gambar 2.5. Contoh katup dan cam pada motor bakar Sumber : < http://cam-katup motorbakar images.google.co.id > 2.7.4. Ruang Bakar Pada motor diesel kontruksi ruang bakar sangat penting. Ruang bakar adalah ruangan yang dibentuk antara kepala silinder dengan piston bagian atas, dengan maksud agar pembakaran dapat terlaksana dengan sempurna dan
menyeluruh pada langkah tenaga. Ada 4 jenis ruang bakar yang umum digunakan yaitu : 1. Ruang bakar terbuka 2. Ruang bakar kamar muka 3. Ruang bakar turbulen, dan 4. Ruang bakar lenova Ruang bakar terbuka Ruang bakar terbuka adalah design ruang bakar yang paling sederhana lihat (pada gambar 2.6). disini tugas penyemprotan bahan bakar (injektor) sangat berat, karena harus mengkabutkan dan menistribusikan secara merata agar terjadi pembakaran sempurna. Bahan bakar ini harus bercampur dengan udara yang dipadatkan sampai bagian terjauh, namun harus dijaga agar tidak menembus sampai silinder karena dapat merusak kualitas pelumas. Tipe ruang pembakaran ini menggunakan tekanan injektor 180 300 kg/cm 2 bahkan dapat mencapai 1500 2000 kg/cm 2 mesin diesel besar. Ruang bakar ini lebih cocok dipergunakan pada motor diesel putaran rendah. Motor diesel putaran rendah dikatakan paling ekonomis konsumsi bahan bakarnya spesifiknya yaitu antara 152 187 g/hp-jam.
Gambar 2.6. Ruang bakar terbuka Sumber : < http://ruang bakar-torak.images.google.co.id > Ruang bakar kamar muka Ruang bakar kamar muka, terdiri dari dua bagian yaitu kamar muka dan ruang bakar utama seperti ditunjukkan (pada gambar 2.7), kamar muka berupa ruang kecil (30 40% volume ruang sisa) disebelah ruang bakar utama, dimana injektor ditempatkan. Menjelang 25 30 derajat sebelum TMA bahan bakar disemprotkan. Pembakaran yang terjadi dikamar muka, namun karena jumlah udara dalam kamar muka terbatas maka pembakaran masih belum sempurna. Namun demikian, adanya tekanan udara yang tinggi hasil pembakaran awal ini mendorong bahan bakar ke-ruang bakar utama dengan kecepatan tinggi sehingga pembakaran lanjutan dapat dilakukan lebih sempurna. Proses ini disebut proses pengabutan kedua. Ruang bakar tipe ini tidak membutuhkan injektor tekanan tinggi,
biasanya digunakan tipe nozzle pasak dengan tekanan semprot antara 85 140 kg/cm 2 dengan rasio kompresi berkisar antara 16 17. Ini menguntungkan karena bahan bakarnya lebih murah, dan dapat menggunakan bahan bakar dengan viskositas lebih tinggi. Tekanan gas maksimum berkisar antara 50 60 kg/cm 2. Dibandingkan dengan ruang bakar kamar terbuka, pemakaian bahan bakar spesifik sekitar 15% lebih boros, yaitu antara 192 223 g/hp-jam. Kerugian kalor ini disebabkan volume ruang bakarnya yang lebih besar, sehingga banyak panas yang hilang karena proses pindah panas melalui dinding ruang terbakar. Pada saat dingin kadang sulit dihidupkan, sehingga perlu ditambahkan pemanas di kamar muka. Gambar 2.7. Ruang bakar kamar muka Sumber : < http://ruang bakar-torak.images.google.co.id >
Ruang bakar turbulen Ruang bakar turbulen mempunyai konstruksi yang mirip dengan ruang bakar kamar muka, yaitu mempunyai 2 bagian. Namun demikian bagian turbulen merupakan 80 90% dari volume sisa, seperti (pada gambar 2.8). Dengan desain seperti angka 9, maka udara yang ditekan pada langkah kompresi mengalami turbulensi, dan begerak makin kencang seiring dengan kecepatan torak yang mendorong udara tersebut. Pada saat bahan bakar disemprotkan, turbelensi ini membantu proses pengkabutan bahan bakar dan pencampurannya dengan udara. Karena itu mesin dengan ruang bakar ini juga tidak memerlukan injektor dengan tekanan tinggi, umumnya antara 85 140 kg/cm 2. Seperti juga ruang bakar muka, mesin dengan ruang bakar ini juga memerlukan pemanas (glow plug). Adanya turbelensi mempersingkat perioda pembakaran terkendali, sehingga ruang bakar ini sangat baik untuk motor diesel tekanan tinggi. Tekanan gas maksimum berkisar 60 70 kg/cm 2. pemakaian bahan bakar spesifik pada jenis ruang bakar ini juga cukup irit, yaitu berkisar 187 213 g/hp-jam.
Gambar 2.8. Ruang bakar turbulen Sumber : < http://power ruang bakar-torak btk9.images.google.co.id > Ruang bakar lanova Prinsif kerja ruang bakar lanova mirip dengan ruang bakar terbuka, perbedaan utamanya terletak pada penempatan injektornya tidak dalam ruang lanova terdapat di sebelah luarnya. Sekitar 60% bahan bakar disemprotkan di ruang lanova kecil ( yang volumenya hanya 10% dari ruang sisa ). Ruang lanova terbagi dua, yaitu ruang lanova kecil dan ruang lanova besar. Pada saat bahan bakar disemprotkan, mula-mula terjadi pembakaran pada ruangan lanova kecil. Kenaikan tekanan karena pembakaran ini menyebabkan campuran bahan bakar yang belum terbakar menyembur ke ruang lanova besar pada kecepatan tinggi, maka terjadi proses pencampuran yang lebih efektif dan menyebabkan arus turbelen. Pada saat torak mulai turun dari TMA menuju ke TMB terjadi perbedaan tekanan yang sangat besar antara ruang lanova dan ruang bakar utama,
sehingga campuran bahan bakar dan udara memasuki ruang bakar utama dengan kecepatan yang lebih tiggi dan terjadi proses pembakaran yang lebih sempurna. Ruang bakar ini menggunakan tekanan nosel 125 130 kg/cm 2, dengan sudut pancaran yang lebih kecil. Jenis ruang bakar ini cocok untuk bahan bakar dengan nilai oktan yang lebih tiggi. Perbandingan kompresi umumnya untuk mesin dengan ruang bakar jenis ini berkisar 13 15 (cukup rendah). Tekanan gas maksimum mencapai 60 100 kg/cm 2. Pemakaian bahan bakar spesifik juga lebih irit jika dibandingkan dengan ruang bakar kamar terbuka. Ruang bakar jenis ini sangat menguntungkan, terutama penggunaannya pada mesin diesel dengan beragam kecepatan, termasuk kecepatan tinggi. Gambar 2.9. Ruang bakar lenova Sumber : < http://ruang bakar semprot-torak.images.google.co.id >
2.8. Sistem Pendingin Adanya proses pembakaran akan mengakibatkan suhu ruang bakar menjadi naik sehingga dapat mengakibatkan kerusakan dinding ruang bakar katub-katub puncak torak dan kemacetan cincin torak. Disamping itu minyak pelumas yang melumasi torak akan menguap dengan cepat dan silinder dapat rusak, dan menimbulkan gangguan kerja mesin. Oleh sebab itu diperlukan suatu sistem pendingin yang baik. Metode pendingin dapat dibedakan berdasarkan jumlah jenis medium pendingin yang digunakan dan sistem yang digunakan. Berdasarkan jenis medium pendingin yang digunakan ada dua yaitu medium pendingin udara yang digunakan pada unit mesin kecil dan medium pendingin air yang digunakan pada unit mesin besar. Mesin diesel yg saya bahas ini sistem pendinginnya adalah hopper, memerlukan air 8,5 liter untuk mendinginkan setiap daya kuda setiap jamnya. Adapun bagian yang perlu didinginkan di mesin adalah bagian silinder, karena bagian atasnya terpanas dan sebagian panas gas pembakaran dipindahkan langsung kependinginya bagian bawah silinder, perpindahan panas ke pendingin tidak langsung tetapi lewat torak dan cincin torak jika pendingin tidak berfungsi baik, maka suhu silinder naik dan menyebabkan kerusakan dinding ruang bakar, minyak pelumas akan menguap. Batas pemanas yang diperbolehkan adalah 70 o C. Fungsi dari sistem pendingin dapat diklasifikasikan menjadi : 1. Pendingin mesin, berfungsi untuk memelihara beban temperatur yang dapat diterima piston dan tutup silinder.
2. Pendingin oli, berfungsi untuk mengontrol temperatur sehingga viskositas oli pelumasan berada dalam batas yang diperlukan untuk menghasilkan pelumasan yang efektif. Oli pelumas juga berfungsi untuk mendinginkan piston. 3. Pendingin udara, berfungsi untuk menaikkan densitas udara yang masuk silinder hingga output mesin diesel naik dengan membakar lebih banyak bahan bakar, selain juga berfungsi untuk memelihara temperatur yang dapat diterima oleh katup pengeluaran udara. 2.8.1. Perbandingan Untung Rugi Perbandingan untung rugi mesin dengan pendingin udara dan mesin dengan pendingin air. 1. Mesin dengan pendinginan udara tidak memerlukan air sebagai fluida pendingin : karena itu tidak memerlukan pompa sirkulasi dan radiator. 2. Berat mesin dengan pendingin udara (untuk daya yang sama) biasanya lebih ringan. 3. Temperatur udara atmosfer jarang melampaui 38 o C sedangkan temperatur air pendingin yang keluar dari blok mesin biasanya berkisar antara 70 80 o C. Dengan demikian pada mesin dengan pendinginan udara terdapat perbedaan temperatur yang lebih besar antara udara atmosfer dan dinding silinder sehingga proses pendinginannya lebih efektif, terutama pada hari yang sangat panas. 4. Pada kondisi operasi yang sama mesin dengan pendingin udara pada umumnya bekerja dengan katup, lubang, dan saluran pembuangan serta busi yang lebih panas.
5. Untuk megatasi kerumitan proses pendingin pada mesin dengan diameter silinder yang besar (misalnya lebih dari 150 mm) biasanya dipergunakan sistem pendingin air. 6. Sistem pendingin udara sangat cocok untuk mesin kecil bersilinder satu atau dua saja. Sirip dapat dibuat lebih leluasa berdasarkan ruang mesin yang tersedia, terutama jika pengunaan radiator dipandang tidak menguntungkan. Itulah sebabnya sistem pendinginan udara banyak dipakai pada mesin stasioner dan portable, mesin untuk speda motor, dan mesin dengan kontruksi silinder berhadapan. 7. Untuk mesin dengan kontruksi satu baris atau V dengan jumlah silinder lebih dari empat, untung rugi mesin dengan pendinginan udara, dan mesin dengan pendinginan air itu adalah : a. Berat mesin secara keseluruhan, termasuk sistem pendinginannya kirakira sama jika kedua jenis mesin itu mempergunakan silinder dan ruang engkol dari alumunium. Tentu saja mesin dengan pendinginan air akan lebih berat jika balok mesin dibuat dari besi tuang. Sedangkan balok mesin dengan pendinginan udara dibuat dari alumunium. b. Mesin dengan pendinginan udara berukuran lebih panjang karena jarak sumbu silinder harus dibuat lebih panjang agar sirip pendingin bisa dipasang sebaik-baiknya. c. Mesin dengan pendingin air yang konvensional (enbloc design) bisa lebih murah daripada mesin dengan pendinginan udara yang mempunyai kontruksi silinder terpisah, sistem kipas udara, dan saluran udara pendingin yang semunya harus dirancang dan dibuat lebih teliti.
d. Bunyi mesin dengan pendinginan udara lebih keras dan berisik karena udara tidak memiliki sifat meredam bunyi sebaik air, disamping kecepatan arusnya yang lebih tinggi. e. Dahulu kerugian utama motor dengan pendinginan air disebabkan oleh seringnya terjadi kebocoran, korosi, kerusakan pada pompa, dan perapatannya serta penguapan air pendingin. Akan tetapi sekarang kelemahan tersebut berangsur-angsur dapat diatasi dengan menggunakan kontruksi dan material yang lebih baik. f. Untuk keperluan militer rupanya mesin dengan pendinginan udara lebih disukai. Mesin itu tidak terlalu lemah terhadap, atau tidak terganggu oleh peluru atau pecahan logam : lebih leluasa terhadap temperatur udara atmosfer dan tidak bergantung kepada persediaan air. 2.9. Sistem Pelumasan Bagaimana baiknya sebuah mesin dirancang dari segi efisiensi panas dan kekuatannya dan bagaimanapun baiknya pembuatan dari segi bahan dan pengerjaannya kalau pelumasan dan semua bagian yang bergerak tidak diperhatikan dengan baik, maka mesin tidak akan berjalan sama sekali. Kegunaan dari pelumasan adalah : 1. Mengurangi keausan permukaan bantalan dengan menurunkan gesekan diantaranya. 2. Mendinginkan permukaan bantalan dengan mambawa pergi panas yang dibangkitkan oleh gesekan. 3. Membersihkan permukaan dengan membawa butiran logam yang dihasilkan dari keausan.
Sistem pelumasan memerlukan pompa sirkulasi minyak pelumas pada dasarnya umur dan efisiensi sangat tergantung pada sistem ini. Pelumasan ini berfungsi melumasi bagian mesin yang bergerak. 2.9.1. Beberapa Sifat Penting Minyak Pelumas Sifat minyak pelumas dibawah ini, jika diinginkan minyak pelumas memenuhi fungsinya-khusus pada motor bakar torak yaitu sebagai berikut : 1. Kekentalan Kekentalan minyak pelumas harus sesuai dengan fungsi minyak itu untuk mencegah keausan permukaan bagian yang bergesekan, terutama pada beban yang besar dan pada putaran rendah. Minyak pelumas yang terlalu kental sukar mengalir melalui salurannya, disamping menyebabkan kerugian daya mesin yang terlalu besar. Biasanya kekentalan minyak pelumas diuji pada temperatur 210 o F dan dinyatakan dengan bilangan SAE : misalnya SAE 30, SAE 40, SAE 50, dan seterusnya. Makin kental makin tinggi bilangan itu. Ada kalanya pengujian tersebut pada temperatur 0 o F : untuk membedakannya, di belakang bilangan SAE tadi ditambahkan huruf w, misalnya, SAE 20w. 2. Indek kekentalan Kekentalan minyak pelumas itu berubah-rubah menurut perubahan temperatur. Dengan sendirinya minyak pelumas yang baik tidak terlalu peka terhadap perubahan temperatur, sehingga dapat berfungsi sebagaimana mestinya, baik dalam keadaan dingin, pada waktu mesin mulai berputar (start) maupun pada temperatur kerja.
Untuk mengukur perubahan kekentalan tersebut dipakai indeks kekentalan yang diperoleh dengan cara sebagai berikut. Minyak pelumas didinginkan dari 210 o F sampai 100 o F lalu perubahan kekentalannya dicatat. Sebagai bahan bandingan diambil perubahan (dalam proses yang sama) yang terjadi pada minyak pelumas dasar-parafin yang kekentalannya tidak peka terhadap perubahan temperatur dan minyak pelumas dasar-naftenik yang kekentalannya peka terhadap perubahan temperatur. Apabila perubahan kekentalannya sama seperti pada minyak pelumasan dasar-parafin, indeks kekentalannya adalah 100 :.jika sama seperti minyak pelumas dasarnaftenik, indeks kekentalannya 0. Dengan memasukkan zat tambahan kedalam minyak pelumas, dapatlah diperoleh indeks kekentalan yang lebih besar dari 100. 3. Titik tuang Pada temperatur tertentu, yang disebut titik tuang, minyak pelumas akan membentuk jaringan kristal yang menyebabkan minyak itu sukar mengalir. Karena itu sebaiknya dipergunakan minyak pelumas dengan titik tuang yang serendah-rendahnya untuk menjamin agar minyak pelumas dapat mengalir dengan lancar kedalam pompa dan salurannya pada setiap keadaan operasi. 4. Stabilitas Beberapa minyak pelumas pada temperatur tinggi akan berubah susunan kimianya sehingga terjadilah endapan yang mengakibatkan cincin torak melekat pada alurnya.
Dalam beberapa hal minyak pelumas dapat membentuk lumpur apabila bercampur dengan air dan beberapa komponen hasil pembakaran. Selain itu lumpur tersebut akan mengubah kekentalan dan menutup saluran minyak. Karena itu bak minyak pelumas haruslah mendapat ventilasi yang cukup baik agar minyak pelumas atau gas pembakaran dapat keluar dengan leluasa dari bak minyak pelumas. 5. Kelumasan Minyak pelumas harus memilki kelumasan, atau sifat melumasi, yang cukup baik, yaitu dapat membasahi permukaan logam. Hal ini berarti bahwa dalam segala keadaan selalu akan terdapat lapisan minyak pelumas pada permukaan bagian mesin yang bersentuhan. Sifat ini sangat penting untuk melindungi permukaan bagian tersebut, misalnya pada waktu start, yaitu pada saat minyak pelumas belum cukup banyak atau pompa minyak pelumas belum bekerja sebagaimana mestinya. 2.10. Sistem Bahan Bakar Pada mesin diesel, bahan bakar yang digunakan adalah solar. Dalam bahan bakar dibutuhkan tangki sebagai penyediaan bahan bakar. Ada 2 macam tangki bahan bakar : Tangki harian : tangki ini biasanya diletakkan diruang mesin dan harus barisi minyak yang cukup untuk mengoperasikan mesin selama satu hari kerja penuh atau 8 sampai 9 jam.
2.11. Sistem Pembuangan Gas Kegunaan dari sistem pembuangan gas adalah untuk membawa gas buang dari silinder mesin ke atmosfer, melindungi lingkungan terhadap gas buang dan meredam kebisingan yang dibuat oleh gas buang yang keluar. Pada akhir langkah ekspansi gas didalam silinder mesin masih bertekanan cukup tinggi yaitu 30 sampai 50 psi. Kalau tiba-tiba dilepaskan kedalam pipa yang berisi gas pada tekanan atmosfer, maka gas buang menimbulkan kenaikan tekanan dalam pipa dan memberikan kecepatan kepada gas dalam pipa. Aliran dan kelembabannya menghasilkan penurunan tekanan dalam silinder dan kenaikan tekanan dalam pipa buang. Kenaikan tekanan ini karena kelembaban gas, diikuti dengan penurunan tekanan. Tekanan yang naik turun/bergelombang tersebut tidak hanya terjadi pada pipa buang, tetapi dapat dikembalikan ke dalam silinder mesin, keadaan gas buang ini disebut tekanan balik. Suatu kenaikan 1% dalam tekanan balik, akan menurunkan keluaran daya sebesar kira-kira 1,5%. Untuk mesin empat langkah panjang pipa yang paling baik adalah sependek mungkin, tetapi untuk mesin dua langkah pipa disesuaikan sehingga memberikan tekanan balik yang terjadi serendah mungkin dalam saluran ketika gas buang mulai keluar pada daur berikutnya. 2.12. Perawatan (maintenance) Pemeliharaan/perawatan adalah hal yang sangat penting agar mesin selalu dalam kondisi yang baik dan siap pakai. Dilakukan pengontrolan pada komponen mesin, contohnya pada bahan bakar jangan sampai telat/ke-habisan,
maka mesin akan susah dihidupkan kembali, isi hopper dengan air jangan sampai ke-habisan jika tidak mau terjadi over heat, yaitu rusaknya suatu mesin. Tujuan dari perawatan ini adalah : 1. Menjaga agar mesin dapat berjalan dengan baik dan lancar. 2. Memperpanjang umur mesin. 3. Menjaga agar kualitas yang dihasilkan tetap baik. Perawatan memberikan pemeriksaan yang teratur pada mesin. Perbaikanperbaikan preventif dalam jangka waktu tertentu sesuai dengan jadwal diluar jadwal perawatan harian. Panjang dari jangka waktu yang ditentukan tergantung pada perencanaan mesin, tujuan pemakaiannya dan kondisi kerjanya. Metode yang dipergunakan untuk melakukan perawatan terdiri dari dua macam yaitu : 1. Preventif maintenance Preventif maintenace dilakukan dengan melakukan perawatan secara berkala tanpa menunggu mesin dan komponen di dalamnya mengalami kerusakan terlebih dahulu. Preventif maintenance yang dilakukan antara lain : Menjaga kebersihan mesin dan menjahui tercampurnya bahan bakar dengan air. Mengganti minyak pelumas mesin bagi mesin yang membutuhkan penggantian secara berkala.
2. Repair maintenance Repair maintenance dilakukan dengan jalan memperbaiki mesin, dengan cara pengecekan terhadap komponen utama mesin tersebut yang masih layak pakai atau tidak. Repair maintenance yang dilakukan antara lain : Mengganti suhu cadang yang rusak dengan persediaan yang ada Apabila tidak ada maka akan dilakukan pembelian suku cadang tersebut. Menggantikan sementara mesin dan juga komponen yang lain dengan suku cadang. Sehingga mesin atau komponen di dalamnya rusak dapat diperbaiki ditempat tersebut.
2.13. Diagram Alir Start Pengumpulan Data Pada Mesin Diesel Sistem Kerja Mesin Diesel Faktor Mesin Proses Kerja Siklus Komponen Motor Bakar dan Pembahasan Sistem Ruang Bakar Trouble Shooting Engine Pengetesan Komponen Bahan Bakar Pada Sistem Pompa Injeksi Analisa Data Kesimpulan Gambar 2.10. Diagram Alir Analisa Penelitian Sumber : Makalah analisa teknis gangguan sistem injeksi
Pertama star permulaan dari gambar 2.10 diatas, kemudian mengumpulkan data yang terdapat pada mesin diesel yaitu sejarah awal dari kerja mesin diesel tersebut, selanjutnya menjelaskan sistem kerja mesin diesel dari proses awal hingga akhir pembakaran. Selanjutnya mengetahui komponen bahan bakar beserta pembahasan sistem ruang bakar yang terdapat pada motor diesel, kemudian menjelaskan secara perinci gangguan sistem injeksi pada injektor nozzle khususnya, dilanjutkan dengan pengetesan sistem pompa injeksi bahan bakar, pengumpulan data setelah pengetesan sistem injeksi, dan terakhir kesimpulan dari analisa sistem injeksi pada injektor nozzle.