SISTEM PEMBAKARAN PADA MESIN MOTOR DISEL
Pembakaran
Pembakaran adalah
reaksi kimia yang cepat antara oksigen dan bahan yang dapat terbakar,
disertai timbulnya cahaya dan menghasilkan kalor. Pembakaran spontan
adalah pembakaran dimana bahan mengalami oksidasi perlahanlahan sehingga
kalor yang dihasilkan tidak dilepaskan, akan tetapi dipakai untuk
menaikkan suhu bahan secara pelan-pelan sampai mencapai suhu nyala.
Pembakaran sempurna adalah pembakaran dimana semua konstituen yang dapat
terbakar di dalam bahan bakar membentuk gas CO2, air (= H2O), dan gas
SO2, sehingga tak ada lagi bahan yang dapat terbakar tersisa.
Sistem pembakaran mesin diesel
Proses pembakaran dibagi menjadi 4 periode:
a) Periode 1: Waktu pembakaran tertunda (ignition delay) (A -B)
Pada periode ini
disebut fase persiapan pembakaran, karenapartikel-partikel bahan baker
yang diinjeksikan bercampur dengan udara di dalam silinder agar mudah
terbakar.
b) Periode 2: Perambatan api (B-C)
Pada periode 2 ini
campuran bahan bakar dan udara tersebut akan terbakar di beberapa
tempat. Nyala api akan merambat dengan kecepatan tinggi sehingga
seolah-olah campuran terbakar sekaligus, sehingga menyebabkan tekanan
dalam silinder naik. Periode ini sering disebut periode ini sering
disebut pembakaran letup.
c) Periode 3: Pembakaran langsung (C-D)
Akibat nyala api dalam
silinder, maka bahan bakar yang diinjeksikan langsung terbakar.
Pembakaran langsung ini dapat dikontrol dari jumlah bahan bakar yang
diinjeksikan, sehingga periode ini sering disebut periode pembakaran
dikontrol.
d) Periode 4: Pembakaran lanjut (D-E)
Injeksi berakhir di
titik D, tetapi bahan bakar belum terbakar semua. Jadi walaupun injeksi
telah berakhir, pembakaran masih tetap berlangsung. Bila pembakaran
lanjut terlalu lama, temperatur gas buang akan tinggi menyebabkan
efisiensi
panas turun.
Gambar 1. Proses pembakaran motor diesel
Teoritis pembakaran sempurna didapat dengan perbandingan udara/BB
(Air to fuel ratio) adalah 14,7 dan sering disebut sebagai Stoichiometry
dan sering disebut juga sebagai perbandingan Lambda=1.Air to Fuel Ratio (sering disingkat AFR) > 14,7 disebut sebagai Lean Combustion sedangkan sebaliknya disebut sebagai Rich combustion.
Perhatikan Diagram dibawah ini,
Pada pembakaran ideal
sudah disebutkan diatas akan menghasilkan H2O, CO2 serta N2, Namun
secara praktis pembakaran pada mesin tidaklah sempurna walau pada mesin
dengan technologi tinggi sekalipun.
Elemen penting
- Bahan Bakar
Bahan bakar fosil
dan bahan bakar organik lainnya umumnya tersusun dari unsur-unsur C
(karbon), H (hidrogen), O (oksigen), N (nitrogen), S (belerang), P
(fosfor) dan unsur-unsur lainnya dalam jumlah kecil, namun unsur-unsur
kimia yang penting adalah C, H dan S, yaitu unsur-unsur yang jika
terbakar menghasilkan kalor, dan disebut sebagai “bahan yang dapat
terbakar” atau “combustible matter”, disingkat dengan BDT. Unsur-unsur
lain yang terkandung dalam bahan bakar namun tidak dapat terbakar adalah
O, N, bahan mineral atau abu dan air. Komponen-komponen ini disebut
sebagai “bahan yang tidak dapat terbakar” atau “non-combustible matter”,
disingkat dengan non-BDT.
Secara singkat komposisi bahan bakar padat dinyatakan menurut:
a. Analisis pendekatan (proximate analysis), yaitu kandungannya akan BDT, air, abu.
BDT terdiri dari:
Ø Bahan yang bila terbakar membentuk gas atau uap, yaitu gas CO2, CO, SO2, uap air. Bahan ini disingkat dengan BTG.
Ø Bahan
yang jika terbakar tidak membentuk gas, dan pembakaran lebih lanjut
terhadap bahan ini menghasilkan kokas. Bahan ini disebut “karbon tetap”
atau “fixed carbon” disingkat KT.
Setelah proses pembakaran:
Ø BTG: terbakar menghasilkan gas-gas CO2, CO, SO2, dan uap air yang keluar sebagai gas asap atau gas buang.
Ø Non-BDT:
unsur O dan N membentuk gas-gas oksigen (O2) dan nitrogen (N2), dan
keluar sebagai gas asap. Komponen abu tetap tinggal di ruang pembakaran,
ditampung oleh penampung (“ash pit”), dan keluar sebagai sisa
pembakaran (“refuse”) disingakt SB.
Ø KT: terbakar membentuk kokas. Kokas mempunyai kandungan karbon mendekati 100%.
b. Analisis tuntas
(ultimate analysis), yaitu komposisi bahan sampai unsurunsurnya, seperti
kandungan C, H, O, N, S, abu dan air. Air yang terkandung dalam bahan
bakar mencakup:
- air yang menempel secara mekanis,
- air senyawa, yaitu air yang dapat terbentuk jika unsur O dan H dalam bahan-bakar mempunyai perbandingan stoikiometeris.
Bahan bakar cair
terdiri dari seyawa hidrokarbon atau campuran beberapa macam senyawa
hidrokarbon. Pada minyak bumi, kandungan hidrokarbon terdiri dari C5
sampai C16, meliputi seri parafin, napftena, olefin dan aromatik.
Hidrokarbonhidrokarbon tersebut kadang-kadang merupakan senyawa ikatan
dengan belerang, oksigen dan nitrogen, yang jumlahnya beragam.
Bahan-bahan gas terdiri dari campuran senyawa-senyawa C dan H yang mudah
terbakar (CH4, C2H6, C2H4, C2H2, CO, H2 dan lain-lain), serta gas -gas
yang tidak terbakar (N2, CO2, SO2). Senyawa C dan H tersebut tidak
selalu senyawa hidrokarbon (CO, H2).
- Bentuk ruang bakar mesin diesel
Ruang bakar pada motor
diesel lebih rumit disbanding ruang bakar motor bensin. Bentuk ruang
bakar pada motor diesel sangat menentukan kemampuan mesin, sebab ruang
bakar tersebut direncanakan dengan tujuan agar campuran bahan udara dan
bahan bakar menjadi homogen dan mudah terbakar sekaligus.
Ruang bakar motor diesel digolongkan menjadi 2 tipe,
yaitu:
a) Tipe ruang bakar langsung (direct combustion chamber)
b) Tipe ruang bakar tambahan (auxiliary combustion chamber)
Tipe ruang bakar tambahan terdapat dalm 3 macam, yaitu:
1). Ruang bakar kamar muka (precombustion chamber)
2). Ruang bakar pusar (swirl chamber)
3). Ruang bakar air cell (Air cell combustion chamber)
Ruang bakar langsung dapat dilihat pada gambar 2.
b) Ruang bakar tambahan.
1) Ruang bakar muka.
Dalam ruang bakar ini
bahan bakar solar disemprotkan ke dalam ruang bakar muka oleh nozzle
injeksi. Sebagian bahan bakar yang tidak terbakar di ruang bakar muka
didorong melalui saluran kecil antara ruang bakar muka dan ruang bakar
utama. Percampuran yang baik dan terbakar seluruhnya berada pada ruang
bakar utama. Lihat gb. 3.
2) Ruang bakar pusar.
Ruang bakar model pusar
ini berbentuk bundar. Ketika torak memampatkan udara, sebagian udara
akan masuk ke dalam ruang bakar pusar dan membuat aliran turbulensi.
Bahan bakar diinjeksikan ke dalam udara turbulensi dan terbakar di dalam
ruang bakar pusar, tetapi sebagian bahan bakar yang belum terbakar
masuk ke ruang bakar utama melalui saluran tersebut. Selanjutnya capuran
tersebut akan terbakar di tuang bakar utama. Lihat gambar 4.
3) Ruang bakar Air Cell
Pada ruang bakar air
cell ini bahan bakar disemprotkan langsung ke dalam air cell dan
terbakar langsung di ruang bakar utama. Sebagian bahan bakar yang yang
disemprotkan ke air cell dan terbakar, mengakibatkan tekanan dalam air
cell bertambah. Bila torak bergerak ke TMB, udara dalam air cell keluar
ke ruang bakar utama membantu menyempurnakan pembakaran. Pada ruangbakar
ini tidak memerlukan pemanas.
4) Penyaluran bahan bakar pada mesin diesel
Berdasarkan uraian
tentang prinsip kerja mesin diesel yang membakar bahan bakar berdasarkan
suhu kompresi secara bertahap, maka penyaluran bahan bakar pada mesin
diesel harus memenuhi syarat:
(a) Mesin diesel harus
mempunyai perbandingan kompresi yang tinggi agar mempunyai suhu dan
tekanan kompresi yang tinggi sehingga mampu membakar bahan baker yang
diinjeksikan ke dalam ruang bakar. Bahan baker mesin diesel mempunyai
sifat titik nyalanya tinggi sehingga harus dibuat menjadi partikel atau
butiran yang lebih kecil.
(b) Agar bahan bakar
yang diinjeksikan ke dalam silinder mesin diesel dapat mudah terbakar
maka diperlukan ruang bakar yang dapat memungkinkan bahan bakar dan
udara dapat bercampur secara homogen dalam bentuk partikel yang lebih
kecil-kecil dari sebelumnya.
(c) Di samping mesin
diesel harus memiliki ruang bakar yang memungkinkan atomisasi bahan
bakar, maka bahan baker yang disalurkan ke dalam ruang bakar harus
dengan injeksi. Dengan injeksi maka bahan bakar akan berbentuk
partikel-partikel atau butiran-butiran yang kecil. Oleh karena itu dalam
mesin diesel diperlukan peralatan untuk 17 injeksi yaitu pompa injeksi
dan injector (pengabut). Pompa injeksi berfungsi menekan bahan bakar
dari tangki ke injector, sedangkan injector berfungsi menyemprotkan
bahan bakar tepat waktu ketika diperlukan pada akhir langkah kompresi.
(d) Berdasarkan 3 hal
di atas maka pada mesin diesel diperlukan suatu sistem bahan bakar yang
dapat memenuhi syarat agar terjadi pembakaran yang baik. Sistem bahan
bakar yang baik harus terdiri dari komponen-komponen yang baik pula.