MESIN DIESEL
Motor bakar diesel biasa disebut juga dengan
Mesin diesel (atau
mesin pemicu kompresi) adalah
motor bakar pembakaran dalam yang menggunakan
panas kompresi untuk menciptakan
penyalaan dan membakar
bahan bakar yang telah diinjeksikan ke dalam
ruang bakar. Mesin ini tidak menggunakan
busi seperti
mesin bensin atau
mesin gas. Mesin ini ditemukan pada tahun
1892 oleh
Rudolf Diesel, yang menerima
paten pada
23 Februari 1893.
Diesel menginginkan sebuah mesin untuk dapat digunakan dengan berbagai
macam bahan bakar termasuk debu batu bara. Dia mempertunjukkannya pada
Exposition Universelle (
Pameran Dunia) tahun
1900 dengan menggunakan minyak kacang (lihat
biodiesel). Mesin ini kemudian diperbaiki dan disempurnakan oleh
Charles F. Kettering.
Mesin diesel memiliki
efisiensi termal terbaik dibandingkan dengan
mesin pembakaran dalam maupun
pembakaran luar lainnya, karena memiliki
rasio kompresi yang sangat tinggi. Mesin diesel kecepatan-rendah (seperti pada mesin kapal) dapat memiliki efisiensi termal lebih dari 50%.
[1][2]
Mesin diesel dikembangkan dalam versi
dua-tak dan
empat-tak. Mesin ini awalnya digunakan sebagai pengganti
mesin uap. Sejak tahun 1910-an, mesin ini mulai digunakan untuk kapal dan
kapal selam,
kemudian diikuti lokomotif, truk, pembangkit listrik, dan peralatan
berat lainnya. Pada tahun 1930-an, mesin diesel mulai digunakan untuk
mobil. Sejak saat itu, penggunaan mesin diesel terus meningkat dan menurut
British Society of Motor Manufacturing and Traders, 50% dari mobil baru yang terjual di
Uni Eropa adalah mobil bermesin diesel, bahkan di Perancis mencapai 70%.
CARA KERJA MESIN DIESEL
Mesin diesel menggunakan prinsip kerja
hukum Charles, yaitu ketika udara dikompresi maka suhunya akan meningkat. Udara disedot ke dalam
ruang bakar mesin diesel dan dikompresi oleh
piston
yang merapat dengan rasio kompresi antara 15:1 dan 22:1 sehingga
menghasilkan tekanan 40-bar (4.0 MPa; 580 psi), dibandingkan dengan
mesin bensin yang hanya 8 to 14 bar (0.80 to 1.40 MPa; 120 to 200 psi).
Tekanan tinggi ini akan menaikkan suhu udara sampai 550 °C (1,022 °F).
Beberapa saat sebelum piston memasuki proses kompresi,
bahan bakar diesel disuntikkan ke
ruang bakar langsung dalam
tekanan
tinggi melalui nozzle dan injektor supaya bercampur dengan udara panas
yang bertekanan tinggi. Injektor memastikan bahwa bahan bakar terpecah
menjadi butiran-butiran kecil dan tersebar merata. Uap bahan bakar
kemudian menyala akibat udara yang terkompresi tinggi di dalam ruang
bakar. Awal penguapan bahan bakar ini menyebabkan sebuah waktu tunggu
selagi penyalaan, suara detonasi yang muncul pada mesin diesel adalah
ketika uap mencapai suhu nyala dan menyebabkan naiknya tekanan diatas
piston secara mendadak. Oleh karena itu, penyemprotan bahan bakar ke
ruang bakar mulai dilakukan saat
piston
mendekati (sangat dekat) 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
di mana piston berada dinamakan injeksi tidak langsung (indirect
injection).
Ledakan tertutup ini menyebabkan gas dalam ruang pembakaran
mengembang dengan cepat, mendorong piston ke bawah dan menghasilkan
tenaga linear.
Batang penghubung (connecting rod) menyalurkan gerakan ini ke
crankshaft dan oleh crankshaft tenaga linear tadi diubah menjadi tenaga putar.
Tingginya kompresi menyebabkan pembakaran dapat terjadi tanpa dibutuhkan sistem penyala terpisah (pada mesin bensin digunakan
busi), sehingga
rasio kompresi yang tinggi meningkatkan efisiensi mesin. Meninggikan rasio kompresi pada mesin bensin hanya terbatas untuk mencegah kerusakan
pra-penyalaan.
JALUR BAHAN BAKAR
Untuk aplikasi generator listrik, komponen penting dari mesin diesel adalah
governor,
yang mengontrol suplai bahan bakar agar putaran mesin selalu pada
putaran yang diinginkan. Apabila putaran mesin turun terlalu banyak
kualitas listrik yang dikeluarkan akan menurun sehingga peralatan
listrik tidak dapat bekerja sebagaimana mestinya, sedangkan apabila
putaran mesin terlalu tinggi maka dapat mengakibatkan over voltage yang
bisa merusak peralatan listrik. Mesin diesel modern menggunakan
pengontrolan elektronik canggih untuk mencapai tujuan ini melalui
modul kontrol elektronik (ECM) atau
unit kontrol elektronik (ECU) - yang merupakan "komputer" dalam mesin. ECM/ECU menerima sinyal kecepatan mesin melalui sensor dan menggunakan
algoritma dan mencari tabel kalibrasi yang disimpan dalam ECM/ECU, dia mengontrol jumlah bahan bakar dan waktu melalui
aktuator elektronik atau hidraulik untuk mengatur kecepatan mesin.
Keuntungan utama
Mesin diesel memiliki beberapa keuntungan dibandingkan mesin pembakaran lain:
- Mesin diesel membakar lebih sedikit bahan bakar daripada mesin
bensin untuk menghasilkan kerja yang sama karena suhu pembakaran dan
rasio kompresi yang lebih tinggi.[1]
Mesin bensin umumnya hanya memiliki tingkat efisiensi 30%, sedangkan
mesin diesel bisa mencapai 45% (mengubah energi bahan bakar menjadi
energi mekanik[7] (lihat siklus Carnot untuk penjelasan lebih lanjut).
- Tidak ada tegangan listrik tinggi pada sistem penyalaan, sehingga
tahan lama dan mudah digunakan pada lingkungan yang keras. Tidak adanya
koil, kawat spark plug, dsb juga menghilangkan sumber gangguan frekuensi
radio yang dapat mengganggu peralatan navigasi dan komunikasi, sehingga
penting pada pesawat terbang dan kapal.
- Daya tahan mesin diesel umumnya 2 kali lebih lama daripada mesin bensin[8][butuh sumber yang lebih baik] karena suku cadang yang digunakan telah diperkuat..
Bus yang menggunakan biodiesel
- Bahan bakar diesel dapat dihasilkan langsung dari minyak bumi. Distilasi memang menghasilkan bensin, namun hasilnya tak akan cukup tanpa adanya catalytic reforming, yang berarti memerlukan ongkos tambahan.
- Bahan bakar diesel umumnya dianggap lebih aman daripada bensin.
Meskipun bahan bakar diesel dapat terbakar pada udara bebas jika disulut
dengan sumbu, namun tidak akan meledak dan tidak menghasilkan uap yang
mudah terbakar dalam jumlah besar. Tekanan uap yang rendah sangat
menguntungkan untuk aplikasi kapal laut, di mana campuran bahan bakar
dengan udara yang dapat meledak sangatlah berbahaya. Dengan alasan yang
sama, mesin diesel tahan terhadap vapor lock.
- Untuk beban parsial berapapun, efisiensi bahan bakar (massa yang
dibakar per energi yang dihasilkan) hampir konstan untuk mesin diesel,
sedangkan pada mesin bensin akan proporsional.[9][10][11][12]
- Mesin diesel menghasilkan panas yang terbuang lebih sedikit.[1]
- Mesin diesel dapat menerima tekanan dari supercharger atau
turbocharger tanpa batasan (tergantung dari kekuatan komponen mesinnya
saja). Tidak seperti mesin bensin yang dapat menimbulkan
detonasi/ketukan pada tekanan tinggi.
- Kandungan karbon monoksida pada gas buangnya minimal, oleh karena itu mesin diesel digunakan pada tambang bawah tanah.[13]
- Biodiesel mudah disintesis, bahan bakar berbasis non-minyak bumi (melalui proses transesterifikasi) dan dapat langsung digunakan di banyak mesin diesel, sedangkan mesin bensin membutuhkan banyak ubahan untuk dapat menggunakan bahan bakar sintetis untuk dapat digunakan (misalnya etanol ditambahkan ke gasohol).
SUPERCHARGER / TURBOCHARGER
Kebanyakan mesin diesel saat ini telah mempunyai
turbocharger dan beberapa diantaranya gabungan turbo dan
supercharger.
Karena bahan bakar pada mesin diesel tidak ada dalam silinder sebelum
pembakaran dimulai, maka tekanan udara lebih dari 1 bar (100 kPa) dapat
dimasukkan dalam silinder tanpa pra-pembakaran. Mesin dengan
turbocharger dapat memproduksi tenaga jauh lebih besar daripada mesin
biasa dengan konfigurasi yang sama, karena lebih banyak udara yang
dimasukkan berarti makin banyak bahan bakar yang dapat dibakar sehingga
tenaga lebih besar. Supercharger umumnya digerakkan mekanis oleh
crankshaft
mesin, sedangkan turbocharger digerakkan oleh gas buang mesin, tidak
membutuhkan tenaga mekanis apapun. Turbocharger dapat mengurangi
konsumsi bahan bakar
[14] pada mesin diesel dengan mengambil panas yang terbuang dari gas buang.
Karena mesin dengan turbocharger dan supercharger dapat memproduksi
tenaga lebih besar dengan kapasitas sama, maka perhatian lebih mesti
diperhatikan pada desain mekanikal komponen, pelumasan, dan pendinginan.
Piston umumnya didinginkan dengan minyak pelumas yang disemprotkan di
bagian bawah piston. Mesin-mesin yang besar dapat menggunakan air, air
laut atau minyak melalui pipa
teleskopi yang menempel pada crosshead.
[15]
Untuk meningkatkan kemampuan mesin diesel, umumnya ditambahkan
intercooler
untuk mendinginkan udara yang akan masuk ruang bakar. Udara yang panas
volumenya akan mengembang begitu juga sebaliknya, maka dengan
didinginkan bertujuan supaya udara yang menempati ruang bakar bisa lebih
banyak.
Kondisi dingin
Penyalaan
Mesin diesel sulit untuk hidup pada saat mesin dalam kondisi dingin.
Beberapa mesin menggunakan pemanas elektronik kecil yang disebut
busi menyala
(spark/glow plug) di dalam silinder untuk memanaskan ruang bakar
sebelum penyalaan mesin. Lainnya menggunakan pemanas "resistive grid"
dalam "intake manifold" untuk menghangatkan udara masuk sampai mesin
mencapai suhu operasi. Setelah mesin beroperasi pembakaran bahan bakar
dalam silinder dengan efektif memanaskan mesin.
Pengentalan
Dalam cuaca yang sangat dingin, bahan bakar diesel mengental dan meningkatkan
viscositas
dan membentuk kristal lilin atau gel. Kristal ini dapat terbentuk di
sepanjang jalur bahan bakar (terutama pada saringan), membuat penyalaan
mesin dalam cuaca dingin menjadi sulit. Pemanas listrik kecil pada
tanki bahan bakar dan di sepanjang sistem bahan bakar umumnya menjadi solusi. Selain itu, cara umum yang dipakai adalah untuk memanaskan
saringan bahan bakar dan jalur bahan bakar secara elektronik.
Seiring dengan meningkatnya teknologi bahan bakar, pengentalan saat
ini jarang terjadi, namun pada kondisi terdingin campuran adalah diesel
dan
minyak tanah dapat digunakan. Stasiun pengisian bahan bakar di kawasan dingin pada umumnya menyediakan
bahan bakar diesel musim dingin yang memungkinkan operasi di bawah semestinya. Di Eropa, karakteristik bahan bakar ini tercantum pada standar
EN 590.
TIPE MESIN DIESEL
Ada dua kelas mesin diesel: dua-tak dan empat-tak.
Biasanya jumlah
silinder dalam kelipatan dua, meskipun berapapun jumlah silinder dapat digunakan selama poros engkol dapat diseimbangkan untuk mencegah
getaran yang berlebihan.
Mesin 6 segaris paling banyak diproduksi dalam mesin tugas-medium ke tugas-berat, meskipun
V8 dan
4 segaris juga banyak diproduksi.
Mesin diesel bekerja dengan kompresi udara yang cukup tinggi,
sehingga pada mesin disel besar perlu ditambahkan sejumlah udara yang
lebih banyak. Maka digunakan Supercharger atau turbocharger pada intake
manifold, dengan tujuan memenuhi kebutuhan udara kompresi.