Rudolf Diesel 18 Maret 1858 - 29 September 1913
Mesin Diesel
Sebelum kita mengetahui apa itu mesin diesel ada baiknya sobat mengetahui sejarah mesin diesel tarlebih dahulu. Pepatah mengatakan belajarlah dari sejarah untuk mencapai kesuksesan.
Rudolf Christian Karl Diesel adalah sarjana mesin dari Jerman dan merupakan penemu dari Mesin Diesel.
Diesel lahir di Paris, Perancis pada tahun 1858 dari orangtua yang berkebangsaan Jerman dan berimigrasi ke Perancis. Sebagian masa kecil Diesel dihabiskan di Perancis sampai meletusnya perang Franco-Prussian di tahun 1870. Keluarganya terpaksa mengungsi pindah ke London, Inggris. Dan menjelang perang berakhir, ibunya mengirim Rudolf Diesel yang masih berusia 12 tahun untuk tinggal di Augsburg bersama paman dan bibinya agar dapat berbicara dalam bahasa Jerman dan bersekolah di Royal County Trade School, dimana pamannya menjadi mengajarkan matematika disana.
Pada usia 14 tahun, Rudolf Diesel mengirimkan surat kepada orangtuanya yang berisikan cita-citanya untuk menjadi seorang insinyur, dan setelah menyelesaikan pendidikan dasar dan menjadi murid terbaik di kelasnya pada tahun 1873, dia melanjutkan sekolahnya di School of Augsburg. Selanjutnya pada tahun 1875, dia menerima beasiswa dari Royal Bavarian Polytechnic di Munich, dimana saat itu Rudolf Diesel terpaksa menentang keinginan orangtuanya yang kesulitan keuangan dan mengharapkan agar Rudolf mulai bekerja untuk mencari penghasilan.
Sambil kuliah, Rudolf Diesel bekerja di sebuah pabrik dan mendapatkan banyak pengalaman dari tempatnya bekerja. Pada tahun 1880, Diesel lulus dari universitasnya dan mendapatkan kehormatan sebagai murid dengan nilai akademik terbaik.
Rudolf Diesel mengadakan penelitian, bagaimana agar penggunaan bahan bakar pada suatu mesin menjadi lebih efisien. Dia tahu bahwa mesin-mesin uap yang ada pada jamannya, hanya memiliki tingkat efisiensi sebesar 10-15%. Dia kemudian merancang sebuah mesin dengan bahan bakar yang disemprotkan kedalam ruang kompresi dimana bahan bakar tersebut akan terbakar akibat panas yang timbul akibat kompresi. Mesin inilah yang kita kenal sekarang dengan Mesin Diesel. Impian Diesel untuk menciptakan mesin dengan efisiensi tinggi menjadi tercapai, karena sumber bahan bakar untuk mesin diesel yang dipakai sekarang dan kita kenal dengan nama 'diesel' adalah minyak sisa dari hasil penyaringan bensin.
Setelah kematian Rudolf Diesel, mesin diesel menjadi pengganti mesin uap. Mesin Diesel adalah mesin yang berat dan memiliki bentuk yang lebih kaku dan kokoh dari mesin bensin sehingga mesin diesel tidak digunakan untuk mesin pesawat terbang, tetapi mesin diesel berkembang luas sehingga banyak dipakai oleh pabrik, kapal laut, kapal selam, lokomotif dan mobil modern. Mesin diesel mempunyai keuntungan karena lebih irit bahan bakar daripada mesin dengan bahan bakar bensin. Rudolf Diesel khususnya tertarik untuk menggunakan abu batu bara ataupun minyak sayur sebagai bahan bakar, dan kenyataannya, mesin yang dirancangnya memang dapat berjalan dengan menggunakan minyak sayur.
Diesel lahir di Paris, Perancis pada tahun 1858 dari orangtua yang berkebangsaan Jerman dan berimigrasi ke Perancis. Sebagian masa kecil Diesel dihabiskan di Perancis sampai meletusnya perang Franco-Prussian di tahun 1870. Keluarganya terpaksa mengungsi pindah ke London, Inggris. Dan menjelang perang berakhir, ibunya mengirim Rudolf Diesel yang masih berusia 12 tahun untuk tinggal di Augsburg bersama paman dan bibinya agar dapat berbicara dalam bahasa Jerman dan bersekolah di Royal County Trade School, dimana pamannya menjadi mengajarkan matematika disana.
Pada usia 14 tahun, Rudolf Diesel mengirimkan surat kepada orangtuanya yang berisikan cita-citanya untuk menjadi seorang insinyur, dan setelah menyelesaikan pendidikan dasar dan menjadi murid terbaik di kelasnya pada tahun 1873, dia melanjutkan sekolahnya di School of Augsburg. Selanjutnya pada tahun 1875, dia menerima beasiswa dari Royal Bavarian Polytechnic di Munich, dimana saat itu Rudolf Diesel terpaksa menentang keinginan orangtuanya yang kesulitan keuangan dan mengharapkan agar Rudolf mulai bekerja untuk mencari penghasilan.
Sambil kuliah, Rudolf Diesel bekerja di sebuah pabrik dan mendapatkan banyak pengalaman dari tempatnya bekerja. Pada tahun 1880, Diesel lulus dari universitasnya dan mendapatkan kehormatan sebagai murid dengan nilai akademik terbaik.
Rudolf Diesel mengadakan penelitian, bagaimana agar penggunaan bahan bakar pada suatu mesin menjadi lebih efisien. Dia tahu bahwa mesin-mesin uap yang ada pada jamannya, hanya memiliki tingkat efisiensi sebesar 10-15%. Dia kemudian merancang sebuah mesin dengan bahan bakar yang disemprotkan kedalam ruang kompresi dimana bahan bakar tersebut akan terbakar akibat panas yang timbul akibat kompresi. Mesin inilah yang kita kenal sekarang dengan Mesin Diesel. Impian Diesel untuk menciptakan mesin dengan efisiensi tinggi menjadi tercapai, karena sumber bahan bakar untuk mesin diesel yang dipakai sekarang dan kita kenal dengan nama 'diesel' adalah minyak sisa dari hasil penyaringan bensin.
Setelah kematian Rudolf Diesel, mesin diesel menjadi pengganti mesin uap. Mesin Diesel adalah mesin yang berat dan memiliki bentuk yang lebih kaku dan kokoh dari mesin bensin sehingga mesin diesel tidak digunakan untuk mesin pesawat terbang, tetapi mesin diesel berkembang luas sehingga banyak dipakai oleh pabrik, kapal laut, kapal selam, lokomotif dan mobil modern. Mesin diesel mempunyai keuntungan karena lebih irit bahan bakar daripada mesin dengan bahan bakar bensin. Rudolf Diesel khususnya tertarik untuk menggunakan abu batu bara ataupun minyak sayur sebagai bahan bakar, dan kenyataannya, mesin yang dirancangnya memang dapat berjalan dengan menggunakan minyak sayur.
MESIN DIESEL
Pada mesin diesel udara di dalam cylinder dikompresikan sehingga tekanan dan temperaturnya menjadi tinggi. Kemudian bahan bakar disemprotkan ke dalam cylinder sehingga terjadi proses pembakaran. Sedangkan pada mesin bensin, campuran bahan bakar dan udara dikompresikan dan kemudian dibakar dengan loncatan bunga api listrik Untuk memenuhi kebutuhan pembakaran, maka pada mesin diesel temperatur udara yang dikompresikan di dalam ruang bakar harus mencapai 500°C (932°F) atau lebih. Oleh karena itu, mesin diesel perbandingan kompresinya dibuat (15 – 23 : 1) lebih tinggi dari pada mesin bensin (7 – 12 :1) dan juga mesin diesel dibuat dengan konstruksi yang jauh lebih kuat dari pada mesin bensin. Dibandingkan dengan mesin bensin pada mesin diesel mempunyai keuntungan dan kerugian sebagai berikut :
KEUNTUNGAN
- Mesin diesel mempunyai efisiensi panas yang lebih besar. Hal ini berarti bahwa penggunaan bahan bakarnya lebih ekonomis dari pada mesin bensin.
- Mesin diesel lebih tahan lama dan tidak memerlukan electric igniter. Hal ini berarti bahwa kemungkinan kesulitan lebih kecil dari pada mesin bensin.
- Momen pada mesin diesel tidak berubah pada jenjang tingkat kecepatan yang luas. Hal ini berarti bahwa mesin diesel lebih fleksibel dan lebih mudah dioperasikan dari pada mesin bensin (Hal inilah sebabnya mesin diesel digunakan pada kendaraan-kendaraan yang besar).
KERUGIAN
- Tekanan pembakaran maksimum hampir dua kali mesin bensin. Hal ini berarti bahwa suara dan getaran mesin diesel lebih besar.
- Tekanan pembakarannya yang lebih tinggi, maka mesin diesel harus dibuat dari bahan yang tahan tekanan tinggi dan harus mempunyai struktur yang sangat kuat. Hal ini berarti bahwa untuk daya kuda yang sama, mesin diesel jauh lebih berat dari pada mesin bensin dan biaya pembuatannyapun menjadi lebih mahal.
- Mesin diesel memerlukan sistem injeksi bahan bakar yang presisi. Dan ini berarti bahwa harganya lebih mahal dan memerlukan pemeliharaan yang lebih cermat dibanding dengan mesin bensin.
- Mesin diesel mempunyai perbandingan kompresi yang lebih tinggi dan membutuhkan gaya yang lebih besar untuk memutarnya. Oleh karena itu, mesin diesel memerlukan alat pemutar seperti motor stater dan baterai yang berkapasitas lebih besar.
TAHAP PEMBAKARAN
Tahap Ignition Delay
1 Bahan bakar mulaidisemprotkan/ injection timing (titikA)
2 Udara dimampatkan di dalam cylinder sampai mendekati temperature ignition.
Catatan :
- Rangkaian pembakaran sangat dipengaruhi oleh tahap ini Tahap ini merupakan tahap Ignition.
- Tahap ignition delay adalah suatu tahap yang sangat singkat, yang secara normal merupakan kelipatan 1 / 1000 sampai 4 / 1000 detik.
- Jika tahap ignition delay ini menjadi panjang yang disebabkan oleh pengunaan bahan baker dengan cetane number yang rendah maupun injection timing yang terlalu maju maka engine akan knocking.
Tahap Flame Propagation
1 Gas campuran mencapai kadar campuran maksimum.
2 Pembakaran mulai terjadi, menyebar ke setiap bagian dan membakar seluruh campuran gas yang tertinggal secara bersamaan.
3 Temperatur dan tekanan di dalam engine meningkat dalam waktu yang sangat singkat.
4 Besar peningkatan temperatur dan tekanan dipengaruhi oleh jumlah dan atomisasi bahan baker yang disemprotkan dalam tahap ignition delay.
Tahap Direct Combustion
- Bahan bakar masih disemprotkan di dalam silinder meski telah melampaui titik C.
- Pembakaran dimulai di dalam silinder, tekanan dan temperature akan naik dengan perubahan yang sangat besar, dengan demikian ignition delay akan menjadi lebih singkat.
Tahap Final Combustion
- Bahan bakar tidak lagi disemprotkan ke dalam silinder.
- Semakin lama tahap pembakaran akhir, semakin tinggi temperature dan semakin rendah efisiensi thermalnya (Efisiensi thermal adalah ratio dari jumlah panas yang dirubah menjadi energi yang disuply oleh mesin).
Tipe Ruang Bakar Pada Mesin Diesel
Ruang bakar mesin diesel adalah merupakan bagian yang terpenting untuk menentukan kemampuan mesin diesel. Telah dikembangkan berbagai macam konfigurasi ruang bakar mesin diesel untuk menjamin bahan bakar yang disemprotkan ke dalamnya dapat mengurai, mengabut, dan bercampur rata dengan udara : Cara yang digunakan disini meliputi pembentukan saluran masuk pada kepala cylinder sedemikian rupa sehingga udara berputar di dalam cylinder, atau dengan jalan menambahkan ruang bakar bantu yang dapat mempercepat ekspansi gas pada tahap pembakaran awal untuk meningkatkan efisiensi pembakaran. Tipe ruang bakar yang digunakan pada kendaraan-kendaraan adalah :
1.Direct Injection
Keuntungan
a. Penampang permukaan ruang injeksi langsung yang kecil dapat mengurangi kerugian panas, sehingga menaikan temperatur udara yang dikompresikan dan menyempurnakan pembakaran. Pada tipe ini pemanasan awal tidak diperlukan untuk start dengan suhu udara sekitarnya normal. Efistensi panas yang tinggi disini juga dapat meningkatkan output dan menghemat penggunaan bahan bakar.
b. Struktur cylinder head lebih sederhana, jadi kemungkinan deformasi karena panas akan lebih kecil.
c. Karena kerugian panasnya kecil, maka perbandingan kompresinya dapat diturunkan.
Kerugian
a. Pompa injeksi harus mampu menghasilkan tekanan tinggi yang diperlukan untuk mengatomisasikan bahan bakar dengan memaksanya keluar melalui nozzle tipe berlubang banyak.
b. Kecepatan maksimumnya lebih rendah karena pusaran campuran bahan bakar lebih kecil dari pada tipe ruang bakar kamar depan (auxiliary combustion chamber).
c. Tekanan pembakaran yang tinggi menimbulkan suara yang lebih keras dan resiko diesel knocking lebih besar.
d. Mesin sangat peka terhadap kualitas bahan bakar, biasanya diperlukan bahan bakar yang bemutu tinggi.
2.Precombution Chamber
Seperti terlihat pada gambar, bahan bakar disemprotkan oleh injection nozzle ke kamar depan (precombustion-chamber). Sebagian akan terbakar ditempat dan sisa bahan bakar yang tidak terbakar ditekan melalui saluran kecil antara ruang bakar kamar depan dan ruang bakar utama dan selanjutnya terurai menjadi partikel yang halus dan terbakar habis di ruang bakar utama (main chamber).
Keuntungan
a. Pemakaian jenis bahan bakar lebih luas. Bahan bakar yang relatif kurang baik dapat digunakan dengan asap pembakaran yang tidak pekat.
b. Mudah pemeliharaannya karena tekanan injeksi bahan bakar relatif rendah dan mesin tidak begitu peka terhadap perubahan timing injeksi.
c. Karena disini digunakan throttle type nozzle, maka diesel knock dapat dikurangi dan kerja mesin lebih tenang.
Kerugian
a. Biaya pembuatan lebih tinggi karena bentuk`cylinder lebih rumit.
b. Diperlukan starter yang lebih besar. Starter mesin sulit oleh karena itu diperlukan glow plug.
c. Pemakaian bahan bakar relatif lebih boros.
3.Swirl Chamber
Seperti terlihat pada gambar di bawah, kamar pusar (swirl chamber) mempunyai bentuk spherical. Udara yang dikompresikan oleh piston memasuki kamar pusar dan membentuk aliran turbulensi ditempat bahan bakar yang di injeksikan. Tetapi sebagian bahan bakar yang belum terbakar akan mengalir keruang bakar utama (main combustion Chamber) melalui saluran transfer untuk menyelesaikan pembakaran.
Keuntungan
a. Dapat dicapai kecepatan mesin yang tinggi karena turbulensi kompresinya tinggi.
b. Gangguan pada nozzle lebih kecil karena merggunakan pin type nozzles
c. Tingkat kecepatan mesin lebih luas dan operanya yang halus membuatnya banyak digunakan untuk mobil penumpang.
Kerugian
a. Konstruksi cylinder head dan cylinder block rumt
b. Efesiensi panas dan konsumsi bahan bakar lebih buruk dari pada sistem injeksi langsung.
c. Menggunakan busi pijar, tetapi ini kurang efektif untuk kamar pusar yang besar, karena mesin tidak mudah start.
d. Diesel knock akan lebih besar pada kecepatan rendah.
CARA KERJA MESIN DIESEL
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) atau BTDC (Before Top Dead Center), 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 (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 dimana 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. Tenaga putar pada ujung poros crankshaft dimanfaatkan untuk berbagai keperluan.
Untuk meningkatkan kemampuan mesin diesel, umumnya ditambahkan komponen :
- Turbocharger atau supercharger untuk memperbanyak volume udara yang masuk ruang bakar karena udara yang masuk ruang bakar didorong oleh turbin pada turbo/supercharger.
- 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.
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.
Dalam cuaca yang sangat dingin, bahan bakar diesel mengental dan meningkatkan viscositas dan membentuk kristal lilin atau gel. Ini dapat mempengaruhi sistem bahan bakar dari tanki sampai nozzle, membuat penyalaan mesin dalam cuaca dingin menjadi sulit. Cara umum yang dipakai adalah untuk memanaskan penyaring bahan bakar dan jalur bahan bakar secara elektronik.
Untuk aplikasi generator listrik, komponen penting dari mesin diesel adalah governor, yang mengontrol suplai bahan bakar agar putaran mesin selalu para putaran yang diinginkan. Apabila putaran mesin turun terlalu banyak kualitas listrik yang dikeluarkan akan menurun sehingga peralatan listrik tidak dapat berkerja sebagaimana mestinya, sedangkan apabila putaran mesin terlalu tinggi maka bisa mengakibatkan over voltage yang bisa merusak peralatan listrik. Mesin diesel modern menggunakan pengontrolan elektronik canggih mencapai tujuan ini melalui elektronik kontrol modul (ECM) atau elektronik kontrol unit (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 hidrolik untuk mengatur kecepatan mesin.
