1. 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.
2. Sejarah mesin diesel
• Di Augsburg, 10 Agustus 1893, Rudolf Diesel menciptakan mesin
pertamanya, sebuah silinder tunggal 10-foot (3.0 m) berbahan besi
dengan roda gila pada dasarnya. Diesel memerlukan waktu 2 tahun untuk
menyempurnakan mesinnya dan pada tahun 1896 ia mendemonstrasikan
model lainnya dengan efisiensi teoritis 75%, sangat jauh bila dibandingkan
dengan mesin uap yang hanya 10%. Tahun 1898, Diesel telah menjadi
jutawan. Mesin buatannya telah digunakan untuk menggerakkan
transportasi jalur pipa, pembangkit listrik dan air, mobil, truk, dan kapal,
kemudian juga menyebar sampai pertambangan, ladang minyak, pabrik,
dan transportasi antar benua
3. Cara kerja mesin diesel
• 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. 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.
4. Sistem injeksi generasi awal
• Mesin asli Diesel menginjeksikan bahan bakar dengan bantuan udara
bertekanan, yang mengatomisasi bahan bakar dan memaksa bahan bakar masuk
dalam ruang bakar melalui nosel (menggunakan prinsip yang sama dengan
semprotan aerosol). Bukaan nosel ditutup oleh katup yang dikontrol oleh
camshaft untuk mengawali injeksi bahan bakar sebelum titik mati atas/top dead
centre. Menggunakan 3 tahap kompresor memang memakan tenaga namun
efisiensi dan output tenaga bersih yang dihasilkan diatas mesin pembakaran
lainnya pada waktu itu.
•
• Mesin diesel saat ini menggunakaan tekanan sangat tinggi dengan pompa
mekanik dan menekan bahan bakar dengan injektor tanpa udara bertekanan.
Dengan diesel injeksi langsung, injektor akan menyemprot bahan bakar melalui
4-12 orifice kecil pada noselnya. Mesin diesel injeksi generasi awal selalu
mempunyai pembakaran awal tanpa kenaikan tekanan yang drastis ketika
pembakaran. Saat ini riset sedang dilakukan untuk menggunakan lagi beberapa
bentuk injeksi udara desain asli Rudolf Diesel untuk mengurangi polusi nitrogen
oksida. Pada semua mesin diesel, mesin diesel modern selalu mengacu pada
desain asli Rudolf Diesel, dimana bahan bakar menyala melalui kompresi tinggi.
5. Keuntungan menggunakan mesin
diesel
• 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]Templat:Better source karena suku cadang yang digunakan
telah diperkuat..
6. 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, dimana 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
7. Turbodiesel/turbocarger
• 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]
8. Penyalaan mesin
• 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.
9. Pengentalan bahan bakar
• 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.
•
10. Kelas mesin 2 tak dan 4 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.
•
• Keunggulan dan kelemahan dibanding dengan mesin busi-nya
11. Efisiensi bahan bakar
• Mesin S80ME-C7 milik MAN yang bermesin diesel
mengkonsumsi 155 grams (5.5 oz) bahan bakar per kWh dan
menghasilkan efisiensi sebesar 54.4%, sehingga
menjadikannya konversi bahan bakar tertinggi menjadi tenaga
untuk mesin pembakaran dalam maupun luar manapun[1]
(The efficiency of a combined cycle gas turbine system can
exceed 60%.[16]) Hal ini berarti mesin diesel lebih efisien
daripada mesin bensin untuk keluaran tenaga yang sama,
sehingga konsumsi bahan bakar lebih irit. Contoh lainnya
adalah Škoda Octavia, dimana mesin bensinnya
mengkonsumsi bahan bakar 6.2 L/100 km (46 mpg-imp;
38 mpg-US) untuk tenaga 102 bhp (76 kW) sedangkan mesin
dieselnya hanya mengkonsumsi 4.4 L/100 km (64 mpg-imp;
53 mpg-US) untuk keluaran tenaga 105 bhp (78 kW).
12. efisiensi bahan bakar
• Keefisienan mesin diesel disebabkan karena bahan bakar diesel lebih padat dan
kandungan energinya lebih banyak 15% berdasarkan volume. Meskipun nilai
kalornya sedikit lebih rendah daripada bensin (diesel 45,3 MJ/kg (megajoule per
kilogram, bensin 45.8 MJ/kg), namun karena densitasnya lebih tinggi, maka
massanya lebih besar.
•
• Selain itu, mesin diesel juga lebih irit karena rasio kompresi yang lebih tinggi,
terutama pada putaran rendah dan kondisi mesin diam. Tidak seperti mesin
bensin, mesin diesel tidak memiliki butterfly valve/throttle pada sistem inlet
yang menutup pada kondisi mesin diam. Hal ini menimbulkan kerugian dan
menurunkan adanya udara masuk, sehingga efisiensi mesin bensin menurun. Di
banyak penggunaan, seperti kapal laut, pertanian, dan kereta, mesin diesel
dibiarkan menyala diam berjam-jam. Kuntungan ini banyak digunakan pada
lokomotif kereta (liat dieselisasi).
•
• Mesin diesel pada bus, truk, dan mobil-mobil baru bermesin diesel dapat
mencapai efisiensi maksimum sekitar 45%,[17] dan sedang ditingkatkan sehingga
mencapai 55%.[18] Meskipun begitu, rata-rata efisiensinya tidak selalu sama,
tergantung pada kondisi dan penggunaan.[19]
