MESIN DIESEL

Mengenal sedikit motor diesel

Mesin yang ditemukan oleh RUDOLF DIESEL konsturksinya tidak berbeda jauh dengan motor bensin yang dikenal dengan sebutan mesin OTTO . Beberapa bagian komponennya punya tugas yang sama dengan motor bensin, seperti cylinder blok, cylinder head, poros engkol, poros bumbunga, assembly penggerak, mekanisme penggerak katupnya, dan sebagainya. Perbedaan antara motor diesel dengan motor bensin adalah cara pemberian dan penyalaan bahan bakarnya, perbandingan kompresinya, desain komponennya, daya dan kecepatannya yang dihasilkan oleh proses pembakaran/kompresi pada ruang bakar.

1. Cara Pemberian dan Penyalaan Bahan Bakar

Perbedaan utama terletak pada bagaimana memulai sesuatu pembakaran dalam ruang silinder. Motor bensin mengawali pembakaran dengan disuplainya listrik tegangan tinggi, sehingga menimbulkan percikan bunga api di antara celah busi untuk memulai pembakaran gas. Sedangkan Motor diesel memanfaatkan udara yang dikompresi dan pengkabutan dari bahan bakar solar yang di semprotkan oleh injector bertekanan tinggi untuk memulai pembakaran bahan bakar solar.
Baca Selengkapnya

Dengan perbandingan kompresinya sangat tinggi sampai berkisar 22 : 1, akibatnya tekanan naik secara mendadak ( berlansung dalam beberapa milidetik ) suhunya dapat mencapai 800-1000^o celcius pada silinder. Suhu setinggi itu dapat menyalakan bahan bakar solar.

Menjelang akhir langkah kompresi, solar disemprotkan ke udara yang sangat panas itu. Akibatnya, bahan bakar langsung terbakar sebab titik nyala solar sendiri sekitar 40-100^o celcius. Karena pembakaran terjadi akibat tekanan kompresi yang sangat tinggi tadi, maka mesin diesel di sebut juga mesin penyalaan kompresi ( compression ignition engine ). Sedangkan mesin bensin di kenal dengan mesin penyalaan bunga api (spark ignition engine).
Dalam mesin bensin bahan bakar dan udara dicampur di luar silinder yaitu dalam karburator dan saluran masuk ( intake manifold ). Sebaliknya mesin diesel tidak ada campuran pendahuluan udara dan bahan bakar di luar slinder, hanya udara murni yang terhisap dari langkah isap yang disalurkan ke ruang bakar/silinder ( liner ) melalui intake manifold. 

2. Perbandingan Kompresi Mesin Diesel dengan Motor Bensin

Perbandingan kompresi adalah perbandingan volume udara dalam silinder sebelum langkah kompresi dengan volume sesudah langkah kompresi. Perbandingan kompresi untuk motor-motor bensin adalah berkisar 8 : 1 sedangkan perbandingan yang umum untuk motor-motor diesel adalah 16-22 : 1. Perbandingan kompresi yang tinggi pada motor diesel menimbulakan kenaikan suhu udara cukup tinggi untuk menyalakan bahan bakar tanpa ada letikan bunga api. Hal ini menyebabkan motor diesel mempunyai efisiensi daya yang besar sebab kompresi yang tinggi menghasilkan pemuaian yang besar dari gas-gas hasil pembakaran dalam slinder.

Efisiensi daya yang tinggi, yang dihasilkan pembakaran motor diesel harus diimbangi dengan kekuatan komponen-komponen enginenya agar dapat menahan gaya-gaya maupun getaran yang besar dari pembakaran yang sangat besar.

3.Disain Komponen Mesin Diesel dan Bensin

Sudah dikatakan bahwa mesin diesel haruslah dibuat kokoh dan kuat untuk dapat menahan gaya pembakaran yang sangat besar. Pada umumnya bagian-bagian yang dikuatkan adalah conneting rod , crankshaft, camshaft, serta sejumlah komponen-komponen  utama engine untuk mendukung poros engkol. Mesin yang saat ini banyak dipakai adalah mesin kalor atau biasa disebut motor bakar. Motor bakar memanfaatkan energi panas untuk menghasilkan energi mekanik. Energi panas tersebut diperoleh dari proses pembakaran yang terjadi baik di dalam silinder maupun di luar silinder. Jika pembakaran berlangsung di dalam silinder maka disebut Internal Combustion Engine (mesin pembakaran dalam). Sedangkan mesin dengan proses pembakarannya di luar silinder disebut External Combustion engine (mesin pembakaran luar). Sementara kendaraan roda dua atau roda empat yang banyak ditemui di jalan umumnya menggunakan Internal combustion engine. Internal combustion engine sendiri terbagi ke dalam beberapa jenis seperti motor bensin, motor diesel, motor gas, turbin gas, dan propulsi pancar gas.

Mesin bensin adalah mesin yang bekerja dengan cara memasukan panas dari percikan bunga api listrik dari busi pada campuran udara dan bahan bakar yang dikompresikan. Berbeda sekali dengan kerja mesin diesel. Mesin diesel adalah mesin yang bekerja dengan cara menginjeksikan bahan bakar pada udara yang telah dikompresikan sehingga memiliki tekanan dan temperature tinggi. Selain itu mesin diesel pun bekerja dalam kompresi yang cukup tinggi, yaitu mencapai 1 : 18. Dibandingkan dengan mesin bensin yang hanya mencapai 1 : 8. Perbedaan – perbedaan ini sangat signifikan. Akibatnya perawatan dan penanganannya berbeda sekali. Kadang-kadang orang dengan salah kaprah menyamakan begitu saja perawatan diantara kedua jenis mesin tersebut.

Mesin ini ditemukan pada tahun 1892 oleh Rudolf Diesel, yang menerima paten pada 23 Februari 1893. Dia mempertunjukkannya pada Exposition Universelle (Pameran Dunia) tahun 1900 dengan menggunakan minyak kacang. Kemudian diperbaiki dan disempurnakan oleh Charles F. Kettering.

    Cara Kerja Mesin Diesel

Pada prinsipnya kerja mesin diesel memiliki empat langkah piston ( 4-stroke atau di pasaran dikenal dengan 4-tak ) sepeti halnya mesin bensin. Yaitu udara murni dihisap ke dalam silinder melalui saluran masuk (intake manifold) lalu dikompresikan oleh piston. Sehingga tekanan dan termperaturnya naik. Pada akhir langkah kompresi bahan bakar mesin diesel di-injeksikan ke dalam silinder melalui nozzle dalam tekanan tinggi.

Proses ini mengakibatkan terjadinya penyalaan dalam ruang bakar dan menghasilkan ledakan yang akan mendorong piston. Gerak translasi piston yang dihasilkan oleh ledakan tadi adalah sebuah usaha/gaya yang akan diteruskan ke poros engkol untuk dirubah menjadi gerak rotasi. Gerak rotasi poros engkol yang terhubung dengan fly wheel mengakibatkan piston terdorong kembali untuk menekan gas sisa pembakaran ke luar silinder melalui saluran buang (exhaust manifold).

Mesin diesel sulit beroperasi pada saat silinder dingin. Untuk membantu mesin melakukan gerak mula pada saat silinder dingin beberapa mesin menggunakan busi pemanas (glow plug) untuk memanaskan silinder 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. Busi pemanas ini tidak digunakan pada mesin diesel jenis direct injenction.

Komponen-komponen yang ada dan bekerja dalam mesin diproduksi dengan dengan sangat teliti. Sementara komponen-komponen tesebut bekerja dalam mesin dengan temperatur kerja mesin yang mencapai lebih dari 80⁰ C dan beban kerja dalam ruang silinder yang mencapai temperature 300⁰ sampai 500⁰ C pada tekanan 2492 kPa                 (30 Kgf/cm²).

Teknologi internnal combustion chamber, seperti yang ditulis pada harian republika edisi 16 juli 1993, sebagai teknologi lawas yang dianggap para ilmuwan sebagai lompatan terbesar dalam teknologi otomotif yang sampai saat ini belum tergantikan memerlukan perhatian dan perlakuan yang baik.

Beban kompresi yang tinggi, konstruksi yang besar, dan momen puntir yang dihasilkan cukup besar, menghasilkan pula rendemen panas yang tinggi. Maka akan menjadi pertanda buruk jika banyak energi panas yang terbuang ketika mesin bekerja. Perlu Untuk mengatasinya adalah dengan mengoptimalkan kemampuan komponen-komponen pendukung yang bekerja dalam mesin agar tetap dalam kondisi prima sesuai dengan spesifikasi. Sehingga tidak banyak energi panas yang terbuang percuma.  

 Keunggulan dan kelemahan

Antara mesin diesel dan mesin bensin memiliki keunggulan dan kelemahan masing-masing. Salah satu yang biasanya dirasakan adalah mesin bensin lebih responsif dibandingkan diesel. Sementara mesin diesel memiliki output momen (torsi) yang lebih baik daripada mesin bensin pada putaran yang sama. Dilihat dari konstruksinya, mesin diesel lebih besar dan berat daripada mesin bensin pada spesifikasi tenaga yang sama.

Air fuel Ratio (AFR) atau rasio udara dan bahan bakar mesin diesel berlebih dibandingkan mesin bensin. AFR mesin diesel mencapai 1 : 16 sampai dengan 160. Artinya satu bagian bahan bakar membutuhkan 16 s/d 160 bagian udara untuk melayani proses pembakaran di dalam silinder. Hal lain yang berhubungan erat dengan AFR adalah emisi gas buang yang dihasilkan. Dilihat dari sisi emisi gas buang, gas NOx yang dihasilkan dari pembakaran mesin diesel mengandung kelebihan oksigen karena mesin diesel dioperasikan dengan AFR yang lebih kurus  dari AFR secara teoritis yang mencapai 1 : 14,7.  Normalnya konsentrasi oksigen di gas buang adalah 1 – 2 %. Tingginya konsentrasi oksigen di gas buang akan menyebabkan tingginya konsentrasi senyawa NOx.  Senyawa NOx ini sangat tidak stabil dan bila terlepas ke udara bebas, akan berikatan dengan oksigen untuk membentuk Nitrat oksida (NO2). Inilah yang amat berbahaya karena senyawa ini amat beracun dan bila terkena air akan membentuk asam nitrat. Keuntungan lain dari AFR yang kurus pada mesin diesel adalah rendahnya kandungan Karbon monoksida (CO) dan Hidrokarbon (HC) pada gas buang.

Konstruksi mesin diesel yang lebih berat dan besar dibandingkan mesin bensin, selain memakan tempat pada kompartement mesin, juga mengakibatkan putaran maksimum yang rendah. Yaitu hanya mencapai kurang lebih 5000 Rpm. Dan berimplikasi pada out put maksimum yang rendah pula.

Meskipun tekanan maksimumnya lebih tinggi dari mesin bensin, yaitu bisa mencapai 5,8 sampai dengan 8,8 kpa (60 – 90 kgf/cm2), tidak mampu mendongkrak out put maksimum dari mesin diesel. Karena tingginya tekanan tersebut dikarenakan perbandingan kompresi yang tinggi. Perbandingan kompresi mesin diesel bisa mencapai 1 : 15 s/d 23. nilai perbandingan kompresi diperoleh dari jumlah volume langkah ditambah volume kompresi dibandingkan dengan volume kompresi. Tingginya perbandingan kompresi tersebut dalam mesin diesel sangat dibutuhkan untuk memperoleh tekanan dan temperatur yang tinggi dari udara yang masuk ke dalam silinder. Sementara di mesin bensin tidak diperlukan kompresi setinggi itu untuk menghasilkan pembakaran. Karena pembakaranya dilakukan oleh percikan api dari busi.

Sebelumnya banyak orang beranggapan bahwa mesin diesel itu kotor, kasar dan lambat. Maka, mesin diesel diidentikan dengan truk, kendaraan berat, traktor dan yang lainnya. Tapi, seiring dengan perkembangan teknologi otomotif anggapan harus dihilangkan. Penyempurnaan pembakaraan dan teknologi catalyc converter berhasil membersihkan gas buang. Audi R40 telah membuktikan ketahanan mesin diesel dengan menjuarai lomba ketahanan mesin 24 jam di Le Mans 2006. Dan yang menarik dari mesn diesel adalah mesin diesel dikenal hemat dalam hal konsumsi bahan bakar dan memiliki torsi yang besar. Menurut pabrikan mobil PSA, teknologi diesel terbaru bisa mencapai efesiensi bahan bakar sebesar 20 % dibandingkan teknologi tahun 1980-an dengan peningkatan tenaga dua kali lipat. Kendaraan dengan mesin diesel terbaru bisa mencapai jarak 100 km hanya dengan 3 liter bahan bakar.

Pada masa mendatang mesin diesel akan semakin efesien dengan dikembangkannya bahan bakar biodiesel. Ini berarti akan membantu mengurangi ketergantungan kepada bahan bakar fosil yang cadangannya terbatas dan tidak bisa tergantikan. Peralihan ke mesin diesel akan membantu pemeliharaan lingkungan dan penghematan devisa yang pada tahun 2007 ditargetkan pemerintah sebesar 25 miliar rupiah pertahun melalui penggunaan biodiesel.