Diesel berasal dari nama seorang insinyur dari Jerman yang
menemukan mesin ini pada tahun 1893, yaitu Dr. Rudolf Diesel. Ia mendapatkan
paten (RP 67207) berjudul 'Arbeitsverfahren und für Ausführungsart
Verbrennungsmaschinen'. Pada waktu itu mesin tersebut tergantung pada panas
yang dihasilkan ketika kompresi untuk menyalakan bahan bakar. Bahan bakar ini
diteruskan ke silinder oleh tekanan udara pada akhir kompresi.
Pada
tahun 1924, Robert Bosch, seorang insinyur dari Jerman, mencoba mengembangkan
pompa injeksi daripada menggunakan metode tekanan udara yang akhirnya berhasil
menyempurnakan ide dari Rudolf Diesel. Keberhasilan Robert Bosch dengan mesin
dieselnya tersebut sampai saat ini digunakan oleh masyarakat.
1. Prinsip Kerja Mesin Diesel
Mesin/motor
diesel (diesel engine) merupakan salah satu bentuk motor pembakaran dalam
(internal combustion engine) di samping motor bensin dan turbin gas. Motor
diesel disebut dengan motor penyalaan kompresi (compression ignition engine)
karena penyalaan bahan bakarnya diakibatkan oleh suhu kompresi udara dalam
ruang bakar. Dilain pihak motor bensin disebut motor penyalaan busi (spark
ignition engine) karena penyalaan bahan bakar diakibatkan oleh percikan bunga
api listrik dari busi.
Cara
pembakaran dan pengatomisasian (atomizing) bahan bakar pada motor diesel tidak
sama dengan motor bensin. Pada motor bensin campuran bahan bakar dan udara
melelui karburator dimasukkan ke dalam silinder dan dibakar oleh nyala listrik
dari busi. Pada motor diesel yang diisap oleh torak dan dimasukkan ke dalam
ruang bakar hanya udara, yang selanjutnya udara tersebut dikompresikan sampai
mencapai suhu dan tekanan yang tinggi. Beberapa saat sebelum torak mencapai
titik mati atas (TMA) bahan bakar solar diinjeksikan ke dalam ruang bakar.
Dengan suhu dan tekanan udara dalam silinder yang cukup tinggi maka
partikel-partikel bahan bakar akan menyala dengan sendirinya sehingga membentuk
proses pembakaran. Agar bahan bakar solar dapat terbakar sendiri, maka
diperlukan rasio kompresi 15-22 dan suhu udara kompresi kira-kira 600ºC.
Meskipun
untuk motor diesel tidak diperlukan system pengapian seperti halnya pada motor
bensin, namun dalam motor diesel diperlukan sistem injeksi bahan bakar
yang berupapompa injeksi (injection pump) dan pengabut (injector) serta
perlengkapan bantu lain. Bahan bakar yang disemprotkan harus mempunyai sifat
dapat terbakar sendiri (self ignition).
2.
Perbedaan Utama Mesin Diesel Dan Mesin Bensin
Motor
diesel dan motor bensin mempunyai beberapa perbedaan utama, bila ditinjau dari
beberapa item di bawah ini, yaitu (lihat Tabel 1)
Motor
diesel juga mempunyai keuntungan dibanding motor bensin, yaitu:
a. Pemakaian bahan bakar lebih
hemat, karena efisiensi panas lebih baik, biaya operasi lebih hemat karena
solar lebih murah.
b. Daya tahan lebih lama dan
gangguan lebih sedikit, karena tidak menggunakan sistem pengapian
c. Jenis bahan bakar yang
digunakan lebih banyak
d. Operasi lebih mudah dan
cocok untuk kendaraan besar, karena variasi momen yang terjadi pada perubahan
tingkat kecepatan lebih kecil.
Secara
singkat prinsip kerja motor diesel 4 tak adalah sebagai berikut:
a. Langkah isap, yaitu waktu torak
bergerak dari TMA ke TMB. Udara diisap melalui katup isap sedangkan katup buang
tertutup.
b. Langkah kompresi, yaitu ketika
torak bergerak dari TMB ke TMA dengan memampatkan udara yang diisap, karena
kedua katup isap dan katup buang tertutup, sehingga tekanan dan suhu udara
dalam silinder tersebut akan naik.
c. Langkah usaha, ketika katup isap
dan katup buang masih tertutup, partikel bahan bakar yang disemprotkan oleh
pengabut bercampur dengan udara bertekanan dan suhu tinggi, sehingga terjadilah
pembakaran. Pada langkah ini torak mulai bergerak dari TMA ke TMB karena
pembakaran berlangsung bertahap.
d. Langkah buang, ketika torak
bergerak terus dari TMA ke TMB dengan katup isap tertutup dan katup buang
terbuka, sehingga gas bekas pembakaran terdorong keluar.
3.
Proses 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, karena partikel-partikel bahan bakar 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.
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 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
Keuntungan
ruang bakar langsung adalah: (1) efisiensi panas lebih tingi, pemakaian bahan
bakar lebih hemat karena bentuk ruang bakar yang sederhana, (2) start dapat
mudah dilakukan pada waktu mesin dingin tanpa menggunakan alat bantu start busi
pijar (glow plug), dan (3) cocok untuk mesinmesin besar karena konstruksi
kepala silinder sederhana.
Kerugian
ruang bakar langsung adalah: (1) memerlukan kualitas bahan bakar yang baik, (2)
memerlukan tekanan injeksi yang lebih tinggi, (3) sering terjadi gangguan nozzle,
umur nozzle lebih pendek karena menggunakan nozzle lubang banyak (multiple hole
nozzle), dan (4) dibandingkan dengan jenis ruang bakar tambahan, turbulensi
lebih lemah, jadi sukar untuk kecepatan tinggi.
4. Komponen-komponen Mesin Diesel
Komponen-komponen
mesin Diesel tidak berbeda jauh dengan komponen mesin bensin. Kumpulan
dari komponen-komponen (elemen) tersebut membentuk satu kesatuan dan saling
bekerja sama disebut dengan engine. Engine tersebut akan bekerja
dan menghasilkan tenaga dari proses pembakaran kemudian mengubahnya menjadi
energi gerak serta mengubah gerak lurus piston menjadi gerak putar. Engine
merupakan bagian utama untuk penggerek dalam rangkaian kendaraan. Sebagian
besar dari kendaraan menggunakan model pembakaran dalam (Combussion Engine).
Pada model tersebut proses pembakaran terjadi didalam silinder. Pada siklus
kerja pembakaran, setelah didapat udara untuk dimampatkan dalam silinder oleh
piston, bahan bakar (solar) disemprotkan kedalam silinder dengan menggunakan Fuel
Injector, maka terjadilah proses pembakaran dan ekspansi dari proses
tersebut menghasilkan tenaga. Dalam rangkaian mesin terdapat beberapa komponen
yang membentuk satu kesatuan untuk menghasilkan tenaga. Komponen-komponen tersebut
adalah :
4.1. Crankcase dan Cyclinder
Sleeve
Crankcase atau bak engkol ditempatkan dibawah bagian blok silinder.
Pada bagian atasnya dibuat sedemikian rupa untuk tempat poros engkol (crankshaft)
yang ditumpu oleh bantalan-bantalan. Crankcase dibuat dari cast iron dan
dibentuk rigid dengan konsentrasi tegangan dan perubahan bentuk yang sangat
kecil. Cyclinder sleeve adalah dinding silinder atau dinding tempat
pembakaran yang mempunyai permukaan halus.
4.2.
Piston dan Ring Piston
Piston
adalah komponen yang berfungsi untuk
menerima tekanan atau ekspansi pembakaran kemudian diteruskan ke crankshaft
melalui connecting rod. Komponen yang menghubungkan antara piston
dengan connecting rod disebut piston pin. Untuk mencegah agar
tidak terjadi kebocoran antara piston dengan dinding silinder dan
masuknya minyak pelumas keruang bakar, maka pada bagian atas piston
dipasang tiga buah ring piston yaitu dua ring untuk kompresi dan
satu ring untuk pelumasan. Piston harus mempunyai sifat tahan
terhadap tekanan tinggi dan dapat bekerja dalam kecepatan tinggi.
Pada
mesin Colt Diesel ini, piston dibuat dari bahan alluminium
alloys casting yang mempunyai sisi atau clereance antara piston
dengan cyclinder sleeve. Piston pin yang digunakan adalah full
floating, dimana tidak bebas bergerak terhadap piston pin, tetapi
bebas bergerak terhadap conecting rod.
Piston
ring berfungsi sebagai seal perapat
untuk mencegah terjadinya kebocoran antara piston dengan dinding
silinder dan mencegah masuknya minyak pelumas kedalam ruang bakar serta
memindahkan sebagian besar panas piston ke dinding silinder.
Piston
ring terbuat dari special cast
iron dan diberi cut joint untuk memudahkan pemasangan kedalam alur
yang terdapat pada piston. Untuk mesin Colt Diesel ini, permukaan
setiap ring yang bergesekan adalah hard chrome plated, kecuali
untuk yang kedua. Pada piston terdapat tiga ring yang terpasang,
yaitu dua compression ring dan satu oil ring. Compression ring
berfungsi untuk mencegah kebocoran gas selama langkah kompresi dan langkah
kerja, sedangkan oil ring berfungsi untuk mengikis kelebihan minyak
pelumas dari dinding silinder dan mencegahnya masuk kedalam ruang bakar.
Keterangan
gambar 7 :
1. Piston
2. Oil Ring
3. 2 nd Compression
Ring
4. 1 st Compression
Ring
4.3.
Connecting Rod dan Connecting Rod Bearing
Connecting
rod adalah bagian yang menghubungkan
antara piston dengan crankshaft. Connecting rod ini secara
berulang-ulang bekerja dengan penuh kekuatan menerima beban. Oleh karena itu connecting
rod dibuat dari bahan baja spesial.
Connecting
rod bearing terdiri dari dua jenis yaitu jenis bearing
model sisipan (insert bearing) dan jenis bearing model
tuangan. Pada umumnya bearing model sisipan banyak digunakan karena
dapat dipasang dengan tepat dan dapat diganti apabila rusak.
Keterangan
gambar 8 :
- Connecting Rod Bushing 5. Upper Connecting Rod Bearing
- Connecting Rod 6. Lower Connecting Rod Bearing
- Connecting Rod Cap A. Tanda Untuk Meluruskan
- Connecting Rod Bolt B. Mass Mark
4.4.
Crankshaft
Crankshaft mempunyai tugas penting mengubah gerak lurus menjadi gerak
putar. Pada Colt Diesel ini, crankshaft yang digunakan adalah highly
rigid die forging integral dengan balance weight. Balance weight
dipasang untuk menjamin keseimbangan perputarannya. Pada ujung depan crankshaft,
terdapat crankshaft pulley dan crankshaft gear yang diikat dengan
baut. Crankshaft pulley memutar alternator dan water pump
melalui V-Belt.
Pada
mesin Colt Diesel ini, bahan main bearing terbuat dari bahan
paduan khusus kelmet, yaitu bahan yang terbuat dari steel backing dengan
campuran tembaga dan timah sebagai lapisannya. Lapisan ini lebih keras dari
logam putih dan lebih tahan terhadap panas. Upper main bearing mempunyai
oil groove dan lubang oil yang segaris dengan lubang oil
pada crankshaft.
4.5.
Flywheel
Flywheel merupakan piringan yang terbuat dari cast iron dan
dibaut pada ujung crankshaft. Crankshaft hanya mendapatkan tenaga
putaran dari langkah kerja saja. Agar crankshaft dapat bekerja pada
langkah lainnya, crankshaft harus dapat menyimpan daya putaran yang
diperolehnya. Bagian yang menyimpan tenaga putaran ini adalah flywheel.
Pada sekeliling flywheel dipasang ring gear yang berhubungan
dengan starter pinion.
4.6.
Mekanisme Katup
Bagian-bagian
yang menggerakkan membuka dan menutup katup pada waktu yang teratur disebut
mekanisme katup. Mekanisme katup dibagi dalam beberapa susunan katup yaitu
jenis katup sisi (side valve) dan jenis katup kepala (overhead valve).
Pada mesin Colt Diesel ini katup yang digunakan adalah jenis overhead
valve.
Bagian-bagian
yang terdapat dalam mekanisme katup antara lain adalah sebagai berikut :
- Kepala Katup: Merupakan bagian katup yang mempunyai bentuk kerucut 45o atau 30o. Bila katup tertutup, katup akan menempel dengan rapat pada kedudukan katup. Kepala katup dibuat dalam berbagai bentuk untuk mengurangi tahanan hisap dan menyempurnakan pendinginan.
- Batang Katup: Batang katup dibuat untuk bergerak didalam penghantar batang katup, karena itulah katup harus dapat bergerak dengan baik. Pada bagian bawah batang katup terdapat alur untuk tempat penahanan pegas.
- Pegas Katup: Pegas katup adalah pegas spiral yang bekerja menutupkan katup. Kebanyakan mesin dilengkapi dengan satu pegas katup pada setiap katup, tetapi ada juga yang menggunakan dua buah pegas yang mempunyai tegangan yang berbeda. Apabila tegangan pegas lemah, kemungkinan gas akan keluar dari katup dan tenaga mesin menjadi berkurang.
- Push Rod: Push rod merupakan bagian batang kecil yang menghubungkan rocker arm dan valve lifter, yang berfungsi memindahkan gerakan lifter ke ujung rocker arm.
- Rocker Arm: Rocker arm merupakan bagian yang dipasangkan diatas kepala silinder dan didukung pada bagian tengahnya oleh poros rocker arm. Bila push rod mengangkat keatas (menekan) salah satu rocker arm, maka akan menekan ujung batang katup dan menyebabkan katup terbuka.
5.
SISTEM PELUMASAN
5.1.
Pelumasan pada Mesin Colt Diesel
Dalam
kontruksi mesin banyak sekali terdapat bagian komponen yang bergerak, komponen
tersebut seperti piston, coneccting rod, crank shaft, cam
shaft, katup, dan masih banyak komponen-komponen lain. Pelumasan
dimaksudkan untuk mengurangi gesekan langsung antara dua bagian (komponen) yang
berhubungan.
Pada
mesin Colt Diesel ini, minyak pelumas dipompakan oleh oil pump.
Tipe oil pump yang digunakan adalah tipe gear. Selain sebagai
bahan untuk pelumasan, minyak pelumas mempunyai fungsi-fungsi lain yaitu :
- Mengurangi panas dengan cara mengambil panas dari komponen-komponen mesin yang dilaluinya dan mengusahakan gesekan sekecil mungkin.
- Mengeluarkan (mengambil) kotoran-kotoran yang terdapat pada komponen-komponen mesin yang dilaluinya sehingga dapat mencegah proses korosi.
5.2.
Komponen-komponen utama Sistem Pelumasan
5.2.1.
Oil Pump
Oil
pump menghisap oli dari crankcase
dan menyalurkan keseluruh komponen mesin. Oil filter dipasangkan pada
lubang masuk pompa oli (oil pump inlet) untuk menyaring
kotoran-kotoran. Pada Colt Diesel untuk engine 4D31 dan 4D34 oil
pump digerakkan oleh camshaft skew gear. Sedangkan untuk engine
4D33 oil pump digerakkan oleh camshaft gear. Oil pump yang
digunakan adalah model roda gigi. Pada model ini, terdapat dua buah roda gigi
yang berkaitan. Bila salah satu roda gigi berputar, maka roda gigi lain akan
ikut berputar berlawanan arah. Oleh karena itu, oli yang terdapat diantara
celah-celah dua buah roda gigi didesak dari lubang masuk kelubang buang.
Oil
pump jenis ini sangat sederhana tetapi
dapat bekerja dengan baik. Oil pump digerakkan oleh putaran crankshaft
melalui crankshaft gear yang putarannya berlawanan arah dengan putaran oil
pump gear. Apabila tekanan oli meningkat menjadi lebih tinggi dari tekanan
standar, oli akan dikembalikan ke oil pump oleh kerja relief valve.
Hal ini dilakukan untuk mencegah kemacetan pada sistem pelumasan oleh karena
tekanan yang berlebihan. Relief valve dipasang pada oil pump.
5.2.2. Oil Cooler
Oil
cooler adalah alat yang digunakan untuk
merubah panas antara coolant dan oli yang bertekanan. Oil cooler
mempunyai sebuah bypass valve.
Bypass
valve akan bekerja apabila kekentalan oli
tinggi atau saat oil cooler element tersumbat. Hal tersebut akan
menyebabkan tahanan aliran menjadi tinggi, sehingga bypass valve akan
terbuka agar oli kembali secara langsung ke oil filter element tanpa
melalui oil cooler.
Regulator
valve akan bekerja bila tekanan oli pada
main oil gallery menjadi lebih tinggi dari nilai standar. Regulator
valve akan membuka agar oli kembali ke oil pan. Dengan demikian
tekanan oli akan kembali standar.
5.2.3.
Oil Filter
Dalam
jangka waktu tertentu, oli akan kotor. Hal ini di sebabkan adanya
partikel-partikel logam, kotoran dari udara, karbon serta bahan-bahan lain yang
masuk ke dalam oli. Bagian-bagian berat akan mengendap, sedangkan bagian-bagian
yang ringan akan ikut terbawa melumasi mesin yang akan memperbesar keausan dan
kemungkinan panas yang berlebihan (over heating)
Pada
oil pump cover terdapat sebuah relief valve yang berfungsi
mengembalikan oli ke oil pan apabila tekanan melebihi nilai standar. Hal
ini di lakukan untuk menghindari overload pada sistem pelumasan.
5.3.
Beberapa Pelumasan pada Komponen-komponen Mesin
Komponen-komponen
mesin yang saling berhubungan perlu dilumasi untuk memperkecil keausan serta
menghindari korosi, sehingga umur pemakaian mesin akan lebih panjang dan
menjadikan kinerja mesin lebih baik lagi.
5.3.1.
Pelumasan pada Conecting Rod, Piston dan Main Bearing
Pada
pelumasan ini, terdapat lubang oli yang menghubungkan main oil gallery
ke setiap bearing. Oli mengalir masuk melalui lubang oli yang terdapat
pada crankshaft untuk melumasi connecting rod bearing kemudian
masuk melalui lubang yang terdapat pada connecting rod untuk melumasi connecting
rod small end bushing. Oli disemprotkan dari oil jet yang terdapat
pada connecting rod small end untuk melumasi piston.
5.3.2.
Pelumasan pada Camshaft dan Mekanisme katup
Camshaft bushing dilumasi oleh oli yang mengalir melalui
saluran main oil gallery ke setiap bushing. Pada bagian ujung
depan camshaft journal terdapat lubang oli yang menyalurkan oli untuk
melumasi camshaft gear dan mekanisme katup. Oli masuk ke rocker shaft
braket bagian depan, kemudian masuk ke rocker shaft dan melumasi
setiap rocker bushing. Pada saat yang sama, oli memancar dari lubang
yang terdapat pada bagian atas rocker arm untuk melumasi permukaan atas
dimana terdapat valve cam dan valve stem. Oli masuk ke lubang push
rod pada cyclinder head dan crankshaft untuk melumasi cam
sebelum kembali ke oil pan.
5.3.3.
Pelumasan Timming Gear
Oli
yang melewati main oil gallery mengalir melalui bagian dalam camshaft
dan idler shaft, untuk melumasi setiap gear selama berputar. Pada
bagian dalam timming gear case terdapat oil jet yang secara
otomatis memberikan tekanan pelumasan secara konstan. Pada idler gear, shaft
dilengkapi oil jet untuk pelumasan auto timmer.
Oil
jet dipasang pada bagian bawah komponen
main oil gallery pada setiap silinder dan mendinginkan piston
dengan menyemprotkan oli kearah bagian dalam piston. Oil jet
dipasang dengan check valve yang membuka dan menutup berdasarkan tekanan
yang ditentukan. Check valve menutup pada putaran rendah, hal ini
dilakukan untuk mencegah meningkatnya tekanan volume oli pada komponen sistem
pelumasan.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar