SEPUTAR MESIN DIESEL

 

Mesin diesel menggunakan bahan bakar diesel.
Mesin diesel empat tak beroperasi dengan siklus empat langkah yang sama dengan mesin bensin: Intake, compression, combustion dan exhaust.
Satu kelebihan mesin diesel adalah konsumsi bahan bakar lebih baik dibanding mesin bensin karena pumping loss lebih rendah dan rasio kompresi tinggi. Sebaliknya, ada kekurangannya, misalnya getaran dan kebisingan besar selama pengoperasian. Juga, jumlah bahan berbahaya dalam gas buang lebih besar dari pada mesin bensin.

1.	Intake stroke
Hanya udara yang dihisap ke dalam cylinder.

 

2.	Compression stroke
Piston menekan udara intake dan meningkatkan temperatur yang cukup bagi bahan bakar untuk terbakar. Rasio kompresi mesin diesel lebih besar dari pada mesin bensin.

Rasio kompresi:
Mesin bensin: 9 - 11
Mesin diesel: 14 – 23

3.	Combustion stroke
Bahan bakar diinjeksi ke dalam ruang bakar. Bahan bakar mengalami pengapian oleh udara kompresi, yang bertemperatur tinggi, lantas terbakar.

 

4.	Exhaust stroke
Piston mendorong gas buang ke luar dari cylinder.

 

 

Kondisi untuk Pengoperasian Mesin Diesel

Kompresi dan sistem bahan bakar merupakan faktor terpenting agar mesin diesel dapat berkerja efisien
Sistem preheating memanasi udara kompresi yang diperlukan untuk starting sewaktu mesin dingin.

1.	Kompresi
Mesin diesel mengkompresi  udara untuk mendapatkan panas yang diperlukan bahan bakar untuk menyala dengan sendirinya. Karena itu, kompresi dalam kinerja mesin diesel memiliki peran sama dengan pengapian pada mesin bensin. Seperti halnya mesin bensin, letupan tekanan yang besar dapat diperoleh dengan mengkompresi udara.

 

2.	Sistem bahan bakar
Mesin diesel tidak mempunyai throttle valve untuk mengontrol output mesin seperti mesin bensin. Output pada mesin bensin dikontrol dengan membuka dan menutup throttle valve, yang kemudian mengontrol jumlah campuran udara-bahan bakar yang diambil. Namun, mesin diesel mengontrol output mesin dengan mengatur volume injeksi bahan bakar. Kemudian, pembakaran dimulai dengan menginjeksi bahan bakar, juga mengatur timing injeksi bahan bakar. Ini seperti halnya dengan ignition timing pada mesin bensin.   PETUNJUK: Untuk berbagai tujuan, beberapa mesin dilengkapi dengan intake shutter untuk mengurangi kebisingan, mempermudah mesin berhenti, atau mengurangi getaran mesin ketika dimatikan.
3.	Sistem Preheating
Sistem preheating adalah ciri khas mesin diesel. Sistem preheating memanasi udara kompresi secara elektrik untuk start selagi mesin dingin. Ada dua tipe: tipe glow plug, yang memanasi udara di dalam ruang bakar, dan tipe intake heater, yang secara langsung memanasi udara yang berasal dari saringan udara.   Kontrol Output Mesin Diesel Pada mesin diesel, bahan bakar diinjeksi setelah udara dimampatkan hingga tekanan dan teperaturnya  tinggi. Untuk mendapatkan tekanan kompresi tinggi bahkan pada kecepatan rendah, sejumlah besar udara harus ditarik ke dalam cylinder. Karena itu, throttle valve tidak digunakan lantaran akan menghambat pemasukan. (Beberapa mesin menggunakan intake shutter, yang bentuknya sama dengan throttle valve.) Pada mesin diesel, output mesin dikontrol dengan mengatur jumlah bahan bakar yang diinjeksi. Volume injeksi bahan bakar kecil: Output kecil Volume injeksi bahan bakar besar: Output menjadi besar REFERENSI:   Kontrol Output Mesin Bensin Output pada mesin bensin dikontrol dengan membuka dan menutup throttle valve, yang kemudian mengontrol jumlah campuran udara-bahan bakar yang diambil. Volume campuran udara-bahan bakar kecil: Output kecil Volume campuran udara-bahan bakar besar: Output besar     Siklus Pembakaran 1. Kemampuan pembakaran bahan bakar diesel Meningkatnya suhu bahan bakar mengakibatkan bahan bakar terbakar secara spontan, meski tidak berwujud api. Temperatur minimum dimana kejadian itu berlangsung, disebut autogenous ignition point (self-ignition temperature). Bahan bakar diinjeksi ke dalam ruang bakar dan dipanaskan oleh suhu dan tekanan tinggi. Kemudian, bahan bakar mengalami penyalaan sendiri (self-ignite) dan terbakar. Pada mesin diesel, kemampuan pengapian bahan bakar meningkat  karena rasio kompresi meningkat, dan suhu meningkat dengan cepat. Selain itu, performa pengapian akan meningkat bila menggunakan angka cetane tinggi.   Angka cetane Angka cetane pada bahan bakar diesel seperti halnya dengan angka oktan pada bensin, yang melambangkan kemampuan pengapian bahan bakar. Semakin tinggi angkanya, semakin rendah titik pengapiannya (ignition point) dan bahan bakar semakin baik.   Untuk bahan bakar diesel, angka cetane yang biasanya diperlukan paling tidak 40 - 45. Umumnya menggunakan cetane antara 53 - 55.   Angka cetane tinggi berhubungan dengan efek berikut:   Kemampuan start yang baik Gas buangan yang bersih Output yang besar Membaiknya konsumsi bahan bakar Mesin beroperasi dengan halus dan sedikit suara bising.   2. Hubungan antara rasio kompresi dan tekanan atau temperatur kompresi Mesin diesel mengkompresi udara di dalam cylinder dan meningkatkan suhu untuk pembakaran. Grafik di kiri menunjukkan hubungan antara rasio kompresi dengan tekanan atau temperatur kompresi. Grafik itu dengan asumsi  tidak terjadi kebocoran udara dan kehilangan panas antara piston dan cylinder. Bila rasio kompresi 16, misalnya, pada grafik itu  menunjukkan tekanan kompresi dan suhu dapat naik tinggi, masing-masing sekitar 5 MPa (50 kgf/cm2) dan 560°C (1,040°F) . Namun, pada mesin sebenarnya, nilai tekanan kompresi dan suhu udara biasanya lebih rendah daripada nilai teoritis yang ditunjukkan di grafik karena panas dilepaskan.

 

3.	Proses pembakaran mesin diesel.
Supaya proses pembakaran terjadi dalam mesin diesel, di sini harus terdapat hubungan antara tekanan di dalam ruang bakar dan crank angle seperti diperlihatkan pada grafik sebelah kiri. Proses pembakaran ini dapat dibagi dalam empat tahap:
1)		Ignition delay (A-B)     Untuk mempersiapkan pembakaran, partikel butir-butir halus dari bahan bakar yang diinjeksikan akan menguap dan bercampur dengan udara di dalam cylinder guna membentuk campuran yang mudah terbakar.
2)		Penyebaran api (Flame propagation) (B-C)   Pada tingkat ini, mulai terjadi pengapian dari area yang du dalamnya memiliki gas udara-bahan bakar yang telah mencapai rasio yang baik, dan secara kontinu terbakar ke luar.  Dari titik B ke C, tekanan meningkat tajam. Meningkatnya tekanan diakibatkan oleh volume bahan bakar yang diinjeksi pada periode ignition delay, kondisi penyemprotan bahan bakar dan campuran udara-bahan bakar, dll.

 

3)

Pembakaran Langsung (Direct combustion) (C-D)   Pada tingkat ini, bahan bakar dibakar oleh panas di ruang bakar segera setelah diinjeksikan. Tekanan dari pembakaran meningkat bertahap karena bahan bakar terbakar segera setelah diinjeksikan. Tekanan pada saat ini dapat disesuaikan ke tahap tertentu dengan menyesuaikan volume injeksi bahan bakar.

 

4)

Setelah Pembakaran (After burning) (D-E)   Injeksi bahan bakar ke dalam ruang pembakaran berakhir pada titik D. Namun, bahan bakar yang tersisa, yang tidak dapat  terbakar pada periode pembakaran, akan terbakar pada periode ini. Bila periode setelah pembakaran ini terlalu lama, maka temperatur gas buang meningkat dan efisiensi panas*1 menjadi rendah. *1: Dengan mesin panas, efisiensi panas berarti rasio energi panas yang dapat dikonversi menjadi beban kerja dan energi panas yang disuplai oleh bahan bakar.

Diesel Knock

Bahan bakar yang terakumulasi selama periode penundaan pengapian (ignition delay period) dibakar ketika berlangsung periode perambatan api (flame propagation period). Saat itulah  tekanan di dalam ruang bakar akan meningkat tajam.
Tekanan di dalam ruang bakar meningkat tajam sebanding dengan jumlah bahan bakar yang diinjeksi selama ignition delay. Gelombang tekanan ini menyebabkan mesin bergetar dan membuat suara nyaring.
Suara ini disebut diesel knock. Mesin diesel menggunakan sistem pembakaran sendiri , sehingga sampai ukuran tertentu, diesel knocking  tak dapat dihindari.

 

Penyebab diesel knock sebagai berikut:

 

	Temperatur mesin rendah
	Temperatur udara intake  rendah
	Temperatur pengapian bahan bakar terlalu tinggi. (Angka cetane rendah.)
	Timing injeksi terlalu awal. (Bahan bakar diinjeksi ketika temperatur kompresi masih rendah.)
	Kondisi injeksi tidak baik. (Bahan bakar tidak bercampur sempurna dengan udara.)

 

Untuk mencegah diesel knock, dapat dilakukan dengan memperpendek periode ignition delay, agar dapat  menghindari peningkatan tekanan secara mendadak. Gunakan beberapa cara berikut untuk menghindari diesel knocking:

 

	Menggunakan bahan bakar dengan angka cetane tinggi.
	Meningkatkan tekanan kompresi dan temperatur udara  intake ketika terjadi injeksi bahan bakar.
	Meningkatkan suhu ruang bakar
	Menjaga temperatur cairan pendingin yang sesuai.
	Menjaga timing injeksi bahan bakar, tekanan injeksi, dan kondisi penyemprotan yang baik.

 

1.		Perbandingan antara diesel knock dan gasoline knocking
Diesel knock dan gasoline knocking keduanya mempunyai kenaikan tekanan kompresi yang mendadak selama periode pembakaran. Namun mereka berbeda secara mendasar dalam waktu, sebab, dan kondisinya.         ( 1 ) Diesel knock Diesel knock terjadi karena kesulitan dalam self-ignition. Juga, itu terjadi ketika percampuran udara-bahan bakar mudah terbakar terbakar semua hingga  menyebabkan peningkatan tekanan yang luar biasa secara  mendadak. Pada mesin diesel, adalah sulit membedakan antara pembakaran normal dan diesel knock. Karena itu, hanya dapat dibedakan dengan memperhatikan adanya peningkatan tiba-tiba dalam tekanan suara knocking yang dibangkitkan oleh atau bagian mesin mana yang mengalami kejutan.   ( 2 )Gasoline knocking Gasoline knocking terjadi ketika terjadi penyalaan sendiri. Pada mesin bensin, antara pembakaran normal dan knocking memiliki perbedaan yang nyata.

Piston

Piston pada mesin diesel dibuat kuat karena tekanan kompresi, temperatur pembakaran dan tekanan pembakaran lebih tinggi dari pada mesin bensin.
Pada beberapa model, sebuah heat dam dibuat di atas alur ring piston No.1 atau piston yang mengarah ke alur ring piston No.1 dari FRM (Fiber-Reinforced Metal), yang terbuat dari aluminum dan ceramic fiber.
Juga, beberapa piston dibuat dengan saluran pendinginan (cooling channel) di dalam kepala piston untuk mendinginkan alur ring piston No.1. Oli yang diinjeksi dari oil nozzle mengalir melalui cooling channel dan mendinginkan piston.

Piston Ring

1.	Uraian
Berikut adalah tipe piston ring: No.1 piston ring (No.1 compression ring) A. Semi-keystone ring No.2 piston ring (No.2 compression ring) B. Tapered ring C. Tapered under - cut ring No.3 piston ring (Oil ring) D. Solid ring dengan coil E. Ring tipe three piece
2.	Peran semi-keystone ring
Permukaan atas piston ring ini diruncingkan untuk mencegah piston ring menempel karena jelaga karbon. Ketika mesin berputar, piston juga bergerak sedikit pada arah radial, menyebabkan celah antara alur piston ring dan piston ring berubah. Hal ini menyebabkan jelaga karbon di dalam alur piston ring terkikis dan alur piston ring terdorong keluar bersama dengan oli.   Ruang Bakar 1. Deskripsi Pada mesin diesel, bahan bakar diinjeksikan dalam bentuk uap dari nozzle injeksi dan bercampur dengan udara dan disulut lalu terbakar. Untuk mendapatkan pembakaran yang baik, bahan bakar dan udara harus bercampur dengan baik dalam ruang bakar 2. Ruang bakar tipe injeksi langsung Disini, ruang bakar utama dibentuk di antara cylinder head dan piston. Tipe ini menyebabkan penyulutan dan pembakaran dengan menginjeksikan bahan bakar bertekanan amat tinggi ke dalam udara bertekanan dan bersuhu tinggi. Karena konstruksimnya sederhana, outputnya tinggi. efisiensi panas tinggi dan kehilangan kedinginanya rendah, konsumsi bahan bakar rendah dan kemampuan start-nya superior. Oleh karena itu, beberapa jenis mesin menggunakan pemanas intake atau glow plug walaupun beberapa mesin tidak memiliki sistem preheating. Seiring dengan meningkatnya tekanan pembakaran, suara dan getaran juga bertambah. 3. Ruang Pembakaran Tipe Swirl Chamber Ruang ini dibentuk dengan ruang berspiral melingkar termasuk ruang pembakaran utama. Ruang-ruang ini dihubungkan melalui transfer passage. Aliran udara melingkar dihasilkan dalam swirl chamber selama tidak ada kompresi dan kebanyakan bahan bakar disulut dan dibakar. Kemudian sisa bahan bakar dibakar di dalam ruang bakar utama. Dengan begini, rasa berkendara yang mulus akan didapatkan karena putaran mesin maksimal atau tekanan pembakaran dapat lebih tinggi dan rentang putaran mesin lebar. Kelemahannya,  Temperatur udara bersuhu tinggi di dalam swirl chamber akan menjadi rendah karena panasnya diserap oleh cylinder head. Oleh karenanya, kemampuan starting untuk ruang bakar model ini menjadi buruk dibanding pada tipe ruang bakar injeksi langsung. Ini sebabnya menggunakan glow plug sebagai sistem preheating. 4. Bentuk kepala piston Permukaan atas dari piston membentuk bagian dari ruang pembakaran, dan dibentuk khusus untuk membuat gerak putar (turbulensi) guna  meningkatkan percampuran antara udara dan bahan bakar. Bentuk cekung permukaan atas piston dibuat lebih dalam pada tipe injeksi langsung. Diantara piston itu, tipe troidal paling sering digunakan. Piston pada swirl chamber lebih dangkal karena hampir semua campuran udara-bahan bakar terbakar pada ruag bakar itu. Beberapa dari tipe ini berpermukaan rata. Cylinder Liner 1. Deskripsi Cylinder dibagi ke dalam dua tipe: Tipe linerless dan tipe di mana cylinder liner dimasukkan ke dalam cylinder block.      (1)   Tipe liner Ada dua tipe cylinder liner: Tipe basah, di mana cairan pendingin menyentuh bagian belakang secara langsung, dan tipe kering, di mana cairan pendingin tidak menyentuh secara langsung. Bagian atas cylinder liner dibuat menonjol sedikit di atas bagian atas block. Tonjolan (A) mencegah kebocoran gas dengan cara memasuki cylinder gasket.  (2)   Tipe linerless Tipe linerless menggunakan besi khusus yang lebih tahan terhadap aus. Mesin dibuat kecil dan ringan dengan mengecilkan diameter cylinder. PETUNJUK: Cylinder block pada kebanyakan mesin diesel terbuat dari besi tempaan. Belakangan ini, beberapa mesin menggunakan aluminum cylinder block, di mana cylinder liner dimasukkan.   Cylinder Head Gasket 1. Deskripsi Cylinder head gasket diletakkan di antara cylinder block dan cylinder head. Alat itu mencegah gas-gas pembakaran, cairan pendingin dan oli agar tidak bocor antara cylinder block dan cylinder head. Ini membutuhkan tekanan menahan (resisting pressure), tahanan panas dan elastisitas yang tepat. Cylinder head gasket tipe steel laminate digunakan untuk meningkatkan ketahanan cylinder head gasket sehingga kebocoran gas pembakaran dicegah. Ketebalan cylinder head gasket diseleksi untuk meningkatkan presisi rasio kompresi menurut mesin. Ketebalan cylinder head gasket ditentukan oleh jumlah tonjolan pada piston. Contoh: Mesin 3L Mesin 3L memiliki tiga tipe cylinder head gasket. Tanda B: 1.40 - 1.50 mm (0.0551 - 0.0591 in.) Tanda D: 1.50 - 1.60 mm (0.0591 - 0.0630 in.) Tanda F: 1.60 - 1.70 mm (0.0630 - 0.0669 in.)   Mekanisme Katup 1. Mekanisme empat katup Mekanisme katup pada mesin diesel pada dasarnya sama dengan mesin bensin. Namun, beberapa mekanisme katup adalah khas. Mekanisme empat katup terdiri dari valve rocker arm dan valve bridge. Ketika rocker arm didorong oleh camshaft, valve bridge bergeser sejajar dengan guide pin dan mendorong dua katup (valve) secara simultan untuk membukanya. Dengan cara ini, satu camshaft mampu mengoperasikan empat katup per cylinder. Melalui penggunaan empat katup, bukan hanya efektifitas intake dan exhaust ditingkatkan, namun juga nozzle injeksi dapat diletakkan di pusat ruang pembakaran. PETUNJUK: Celah katup disesuaikan menggunakan dua skrup penyetel (adjusting screw), (1) dan (2). 2. Interval penggantian timing belt Timing belt pada mesin diesel harus diganti setiap 100,000 km atau 150,000 km, bergantung pada model mesin. Pada beberapa mesin, disediakan lampu peringatan penggantian timing belt. Lampu ini akan menyala pada saat interval penggantian timing belt. Lampu peringatan timing belt harus diset kembali setelah mengganti timing belt. Metode bervariasi menurut model. Contoh 1: Keluarkan grommet di bawah speedometer dan dorong knob pengesetan kembali lampu peringatan dengan kawat tipis. Contoh 2: Ganti skrup switch pembatalan (cancel switch screw) dan pasang kembali pada lubang pemasangan lain.