Tentang Motor Diesel (saya copy dari bab 2 Tugas Akhir saya saat kuliah)

BAB II

DASAR TEORI

 2.1       Pendahuluan

Motor diesel adalah motor bakar torak yang berbeda dengan motor bensin dan proses penyalaanya bukan dengan loncatan bunga api listrik. Pada langkah isap hanyalah udara segar saja yang masuk ke dalam silinder. Pada waktu torak hampir mencapai TMA bahan bakar disemprotkan ke dalam silinder. Maka terjadilah penyalaan untuk pembakaran, pada saat udara di dalam silinder bertemperatur tinggi.

Persyaratan ini dapat dipenuhi apabila digunakan perbandingan kompresi yang cukup tinggi yaitu berkisar antara 12 sampai 25. Perbandingan kompresi yang rendah pada umumnya digunakan pada motor diesel berukuran besar dan dengan putaran yang rendah. Perbandingan kompresi yang tinggi banyak dipakai pada motor diesel berukuran kecil dengan putaran tinggi (± 4000 rpm). Perancang cenderung mempergunakan perbandingan kompresi yang serendah-rendahnya berdasarkan pertimbangan kekuatan material serta berat mesinnya. Oleh karena itu, pada umumnya motor diesel bekerja dengan perbandingan kompresi antara 14 dan 17.

  

 2.2       Sistem Bahan Bakar

Beberapa sistem penyaluran bahan bakar dari tangki bahan bakar sampai masuk ke dalam silinder yang banyak dipergunakan pada motor diesel adalah :

a.       Sistem pompa pribadi

b.      Sistem distribusi

c.          Sistem akumulator

Ketiga sistem ini mempergunakan beberapa komponen yang sama yaitu tangki, beberapa saringan, dan pompa (tekanan rendah) penyalur. Saringan bahan bakar sangat diperlukan untuk mencegah masuknya kotoran ke dalam pompa penyalur, pompa tekanan tinggi dan penyemprot bahan bakar. Pompa penyalur mengalirkan bahan bakar dari tangki ke pompa tekanan tinggi agar pompa tekanan tinggi selalu terisi bahan bakar dalam segala keadaan operasinya. Tekanan alirannya harus selalu lebih tinggi daripada tekanan atmosfer sekitarnya, terutama untuk mencegah masuknya udara kedalam saluran bahan bakar apabila terjadi kebocoran.

Ketiga sistem bahan bakar tersebut menggunakan pompa tekanan tinggi, tetapi terdapat perbedaaan dalam jumlah atau fungsinya. Sistem pompa pribadi menggunakan satu pompa tekanan tinggi untuk setiap silindernya. Jadi, setiap penyemprot dilayani oleh satu pompa tekanan tinggi. Pompa ini adalah pompa plunyer yang dilengkapi dengan pengatur kapasitas. Daya yang diperlukan untuk menggerakkan pompa diambil dari daya yang dihasilkan oleh mesin itu sendiri. Sistem distribusi dan akumulator, masing-masing hanya menggunakan satu pompa tekanan tinggi untuk melayani semua penyemprot yang ada di setiap silinder. Pada sistem distribusi pompa tersebut mengalirkan bahan bakar bertekanan tinggi ke dalam distributor. Distributor adalah alat untuk membagi bahan bakar ke dalam setiap penyemprot sesuai dengan urutan yang telah ditentukan.

Pada sistem akumulator, pompa itu mengalirkan bahan bakar masuk ke dalam sebuah akumulator yang dilengkapi dengan katup pengatur tekanan sehingga tekanan bahan bakar di dalam akumulator dapat konstan. Apabila tekanan tersebut lebih besar daripada yang ditentukan, katup pengatur akan terbuka dan bahan bakar akan mengalir kembali ke dalam pipa isap dari pompa tekanan tinggi. Dari akumulator bahan bakar mengalir ke dalam alat pengatur kapasitas, baru kemudian ke penyemprot lalu masuk ke dalam silinder, sesuai dengan urutan yang telah ditentukan.

Sudah barang tentu ketiga sistem bahan bakar tersebut memiliki faktor untung rugi dan ciri khas. Beberapa pertimbangan pemilihannya adalah kesederhanaan konstruksi dan peralatan, keterandalan, kondisi operasi, umur, perawatan dan harga. Sistem pompa pribadi merupakan sistem yang kompak. Akan tetapi, harganya relatif mahal oleh karena menggunakan satu pompa untuk setiap silinder dan semua pompa harus bekerja dalam susunan yang serasi. Untuk menekan harga yang tinggi itu diciptakan sistem distribusi yang hanya menggunakan satu pompa, lengkap dengan alat pengatur kapasitas. Akan tetapi kerja pompa akan menjadi lebih berat, terutama apabila harus melayani jumlah silinder yang banyak. Pada kedua sistem ini tekanan dan kapasitas penyemprotan bahan bakar berubah-ubah sesuai dengan kecepatan putar poros mesin, karena pompa tersebut digerakkan oleh mesin melalui sistem roda gigi.

Jadi, berbeda dengan sistem akumulator yang tekanan penyemprotannya konstan (tidak bergantung pada kecepatan putar poros pompa). Pada sistem ini pengaturan kapasitas dilakukan oleh alat tersendiri sehingga sistem akumulator tidak memerlukan ketelitian pembuatan yang terlalu tinggi. Namun demikian, sistem akumulator memerlukan konstruksi penyemprot yang baik sehingga ke dalam setiap silinder dapat dimasukkan jumlah bahan bakar yang sama banyaknya. Sistem akumulator biasanya digunakan pada motor diesel yang berukuran besar dengan kecepatan rendah.

Motor diesel memerlukan suatu alat penting yang dinamakan governor, terutama untuk mesin stasioner. Governor adalah suatu alat untuk mengatur putaran mesin supaya tetap konstan meskipun bebannya berubah-ubah. Dalam melaksanakan tugasnya governor menggerakkan batang pengatur kapasitas. Apabila putaran mesin naik karena beban berkurang, jumlah bahan bakar yang dimasukkan ke dalam silinder harus dikurangi supaya putaran mesin dapat kembali pada keadaan semula.

 2.3       Penyemprotan Bahan Bakar

Penyemprotan bahan bakar ke dalam silinder dilaksanakan dengan menggunakan sebuah alat yang dinamakan penyemprot bahan bakar/nosel (nozzle). Dapat dikatakan fungsi penyemprot bahan bakar adalah :

a.       Memasukkan bahan bakar ke dalam silinder sesuai dengan kebutuhan.

b.      Mengabutkan bahan bakar sesuai dengan derajat pengabutan yang diminta.

c.       Mendistribusikan bahan bakar untuk memperoleh pembakaran yang sempurna dalam waktu yang ditetapkan.

Tekanan udara di dalam silinder sangat tinggi (35–50 atm) ketika bahan bakar disemprotkan. Dengan sendirinya tekanan penyemprotan haruslah lebih tinggi dari tekanan udara tersebut. Kelebihan tekanan itu juga diperlukan untuk memperoleh kecepatan penyempotan (kecepatan bahan bakar keluar dari penyemprot) tertentu, yaitu sesuai dengan derajat pengabutan yang diinginkan. Makin besar kecepatan penyemprotan makin tinggi derajat pengabutannya. Kecepatan tersebut dapat mencapai 400 m/detik dengan tekanan penyemprotan 70–1000 kg/cm².

Dengan sendirinya konstruksi dan harga sistem penyemprotan bertambah mahal, sesuai dengan tekanan penyemprotan yang diinginkan. Ada beberapa macam nozzle, dua diantaranya yang banyak digunakan pada motor diesel modern adalah nozzle katup jarum dan nozzle pasak seperti pada gambar di bawah.

4.Ruang tekan

Gambar 2.2 Penyemprot bahan bakar

Kedua jenis nosel (nozzle) ini berbeda bentuk ujung katupnya. Kabut bahan bakar yang keluar dari nosel katup jarum berbentuk kerucut sedangkan dari nosel pasak berbentuk selubung kerucut. Nosel katup jarum dapat berlubang satu atau lebih, berdiameter sangat kecil kira-kira 0,25 mm atau lebih sedikit. Diameter lubang nosel pasak bisa  sampai 3 mm. Boleh dikatakan, nosel katup jarum pada umumnya digunakan pada motor diesel dengan ruang terbuka sedangkan nosel pasak banyak digunakan pada motor diesel dengan ruang bakar kamar muka.

Tekanan penyemprotan dihasilkan oleh pompa bahan bakar tekanan tinggi. Melalui pipa tekanan tinggi yang berdiameter antara 1,5–4 mm (bergantung pada jumlah bahan bakar yang harus disemprotkan) bahan bakar mengalir ke penyemprot dan akhirnya masuk ke ruang tekan di dalam nosel. Di dalam nosel, katup menutup lubang nosel karena adanya gaya pegas yang besarnya dapat diatur sesuai dengan tekanan penyemprotan yang dikehendaki. Apabila gaya bahan bakar yang ada di dalam ruang tekan tersebut lebih besar dari pada gaya pegas, katup nosel akan terangkat sehingga lubang nosel terbuka. Dengan kecepatan tinggi mengalirlah bahan bakar ke dalam silinder melalui lubang nosel. Jadi, bahan bakar barulah dapat masuk ke dalam ruang bakar apabila tekanannya cukup besar untuk melawan gaya pegas yang menekan katup nosel tersebut.

 2.4       Pompa Bahan Bakar Tekanan Tinggi

Fungsi pompa bahan bakar adalah memasukkan bahan bakar ke dalam ruang bakar pada saat yang telah ditetapkan dalam jumlah sesuai dengan daya yang harus dihasilkan.

1.      Katup keluar 2.      Lubang masuk 3.      Ruang penyediaan bahan bakar 4.      Jalur 5.      Pegas katup keluar 6.      Lubang limpah 7.      Ruang penyediaan bahan bakar 8.      Batang bergigi 9.      Pemutar plunyer 10.  Plunyer dan silindernya

Gambar 2.3 Pompa bahan bakar tekanan tinggi

Pada gambar di atas, dapat dilihat penampang sebuah pompa tekanan tinggi. Di dalam silinder terdapat sebuah plunyer yang digerakkan (translasi) oleh poros (cam) dari pompa tersebut. Plunyer merupakan sebuah batang yang sebagian kulitnya terkelupas membentuk jalur seperti terlihat pada gambar di atas. Pada dinding silindernya terdapat lubang isap sedangkan pada kepala silinder terdapat katup yang akan terbuka apabila tekanan di dalam silinder telah mencapai harga tertentu. Lubang isap akan terbuka dan tertutup oleh batang plunyer.

Jadi, suatu proses penekanan akan terjadi hubungan antara ruang di sebelah atas plunyer dan ruang isap ada dalam tertutup. Kapasitas pompa diatur dengan jalan mengubah (memutar) posisi plunyer terhadap lubang isap, yaitu mengatur posisi saluran pada plunyer terhadap lubang isap. Jadi, panjang langkah plunyer adalah konstan. Dengan jalan memutar plunyer, kita mengatur saat berakhirnya langkah tekan. Pada kapasitas nol ruang sebelah atas plunyer selalu berhubungan dengan ruang isap. Sedangkan saat penyemprotan bahan bakar dapat diatur dengan mengubah posisi poros (cam) pompa relatif terhadap poros engkol.

Gambar 2.4 Posisi plunyer sesuai dengan kapasitasnya

 2.5       Proses Pembakaran dan Bahan Bakar

Proses pembakaran adalah suatu reaksi kimia cepat antara bahan bakar (hidrokarbon) dengan oksigen dari udara. Proses pembakaran ini tidak terjadi sekaligus tetapi memerlukan waktu dan terjadi dalam beberapa tahap.

Di samping itu penyemprotan bahan bakar juga tidak dapat dilakukan sekaligus tetapi berlangsung antara 30–40 derajat sudut engkol.

Gambar 2.5 Grafik  tekanan versus sudut engkol

Pada gambar di atas dapat dilihat tekanan udara akan naik selama langkah kompresi berlangsung. Beberapa derajat sebelum torak mencapai TMA bahan bakar mulai disemprotkan. Bahan bakar akan segera menguap dan bercampur dengan udara yang sudah bertemperatur tinggi. Oleh karena itu temperaturnya sudah melebihi temperatur penyalaan bahan bakar, bahan bakar akan terbakar sendiri dengan cepat. Waktu yang diperlukan antara saat bahan bakar mulai disemprotkan dengan saat mulai terjadinya pembakaran dinamai periode persiapan pembakaran (1).

Waktu persiapkan pembakaran beragantung pada beberapa faktor, antara lain pada tekanan dan temperatur udara pada saat bahan bakar mulai disemprotkan, gerakan udara dan bahan bakar, jenis dan derajat pengabutan bahan bakar, serta perbandingan bahan bakar dan udara. Jumlah bahan bakar yang disemprotkan selama periode persiapan pembakaran tidaklah merupakan faktor yang terlalu menentukan waktu persiapan pembakaran.

Sesudah melampaui periode persiapan pembakaran, bahan bakar akan terbakar dengan cepat. Hal tersebut dapat dilihat pada gambar di atas sebagai garis lurus yang menanjak, karena proses pembakaran tersebut terjadi dalam suatu proses pengecilan volume (selama torak masih bergerak menuju TMA). Sampai torak bergerak kembali beberapa derajat sudut engkol sesudah TMA, tekanannya masih bertambah besar tetapi laju kenaikan tekanannya berkurang. Hal ini disebabkan karena kenaikan tekanan yang seharusnya terjadi dikompensasi oleh bertambah besarnya volume ruang bakar sebagai akibat bergeraknya torak dari TMA ke TMB.

Periode pembakaran, ketika terjadi kenaikan tekanan yang berlangsung dengan cepat (garis tekanan yang curam dan lurus, garis BC pada gambar di atas) dinamai  periode pembakaran cepat (2). Periode pembakaran ketika masih terjadi kenaikan tekanan sampai melewati tekanan yang maksimum dalam tahap berikutnya (garis CD), dinamai periode pembakaran terkendali (3).

Dalam hal terakhir ini jumlah bahan bakar yang masuk ke dalam silinder sudah mulai berkurang, bahkan mungkin sudah dihentikan. Selanjutnya dalam periode pembakaran lanjutan (4) terjadi proses penyempurnaan pembakaran dari bahan bakar yang belum sempat terbakar.

Laju kenaikan tekanan yang selalu tinggi tidaklah dikehendaki karena dapat menyebabkan beberapa kerusakan. Maka haruslah agar periode persiapan pembakaran terjadi sesingkat-singkatnya sehingga belum teralalu banyak bahan bakar yang siap untuk terbakar selama waktu persiapan pembakaran. Dipandang dari segi kekuatan mesin, di samping laju kenaikan tekanan pembakaran itu, perlu pula diperhatikan tekanan gas maksimum yang diperoleh. Supaya diperoleh efisiensi yang setinggi-tingginya, pada umumnya diusahakan agar tekanan gas maksimum terjadi pada saat torak berada di antara 25–20 derajat sudut engkol sebelum TMA. Hal tersebut dapat dilaksanakan dengan jalan mengatur saat penyemprotan yang tepat.

Saat penyemprotan bahan bakar yang optimum bergantung kepada cara pembentukan campuran serta kecepatan dan beban mesin yang bersangkutan. Untuk setiap mesin saat penyemprotan tersebut ditentukan berdasarkan hasil pengujian. Untuk motor diesel dengan ruang bakar terbuka saat penyemprotan yang optimum berkisar di sekitar 18 derajat sudut engkol sebelum TMA. Sebenarnya tekanan maksimum juga ditentukan oleh laju kenaikan takanan yang terjadi selama periode pembakaran cepat. Karena itu segenap usaha haruslah ditujukan untuk mempersingkat periode persiapan pembakaran, antara lain dengan cara sebagai berikut :

a.       Menggunakan perbandingan kompresi yang tinggi.

b.      Memperbesar tekanan dan temperatur yang masuk.

c.       Memperbesar volume silinder sedemikian rupa sehinggga dapat memperoleh perbandingan luas dinding terhadap volume yang sekecil-kecilnya untuk mengurangi kerugian panas.

d.      Menyemprotkan bahan bakar pada saat yang tepat dan mengatur pemasukan jumlah bahan bakar yang sesuai dengan kondisi pembakaran.

e.       Menggunakan jenis bahan bakar yang sebaik-baiknya.

f.       Mengusahakan adanya gerakan udara yang turbulen untuk menyempurnakan proses pencampuran bahan bakar dengan udara.

g.      Menggunakan jumlah udara untuk memperbasar kemungkinan bertemunya bahan bakar dengan oksigen dari udara.

Hal tersebut terakhir merupakan persyaratan mutlak bagi motor diesel karena proses pencampuran bahan bakar dan udara hanya terjadi dalam waktu yang sangat singkat. Jadi, berlainan dengan motor bensin dimana bahan bakar telah mulai tercampur dengan udara sejak dalam karburator. Oleh karena itu, kecepatan motor diesel belum dapat menyamai kecepatan motor bensin. 

 2.6       Ruang Bakar

Untuk memperoleh proses pembakaran yang sebaik-baiknya, di samping menyederhanakan sistem bahan bakar, konstruksi ruang bakar juga perlu disempurnakan. Beberapa jenis ruang bakar yang banyak digunakan motor diesel antara lain :

a.       Ruang bakar terbuka

b.      Ruang bakar kamar muka

c.       Ruang bakar turbulen

d.      Ruang bakar lanova

Sudah barang tentu keempat jenis ruang bakar tersebut merupakan beberapa alternatif yang pemilihannya bergantung pada kecenderungan perancang untuk menonjolkan beberapa aspek, dengan harapan dapat diperoleh hasil yang sebaik-baiknya.

a.             Ruang Bakar Terbuka

Konstruksi ruang bakar terbuka termasuk paling sederhana. Meskipun demikian, tugas penyemprot bahan bakar sangatlah berat yaitu disamping mengabutkan, harus juga mendistribusikan bahan bakar untuk memperoleh campuran bahan bakar-udara yang merata. Partikel bahan bakar harus  dapat menerobos lapisan udara yang padat sampai mencapai bagian yang terjauh dari penyemprot. Akan tetapi jangan sampai menyentuh dinding silinder karena bahan bakar dapat merusak lapisan minyak pelumas. Hal terakhir ini dapat dicegah dengan jalan membuat tepi kepala torak yang tinggi. Mengingat akan kondisi ruang bakar tersebut, haruslah dipergunakan penyemprot yang tinggi, yaitu antara 180–300 kg/cm², bahkan kadang-kadang sampai 1500–2000 kg/cm² untuk unit yang besar.

Ruang bakar terbuka tidak dapat menjamin pembatasan jumlah campuran bahan bakar dan udara yang telah ada di dalam silinder selama periode persiapan pembakaran, atau usaha lain untuk memperpendek waktu persiapan pembakaran. Karena itu ruang bakar terbuka lebih cocok untuk motor diesel kecepatan rendah. Motor diesel ruang bakar terbuka merupakan motor diesel yang paling ekonomis dipandang dari penggunaan bahan bakar. Pemakaian bahan bakar spesifiknya berkisar antara 150–185 g/PS jam. Prestasinya sangat tergantung pada kondisi penyemprot yang digunakan.

1.      Penyemprot bahan bakar 2.      Ruang bakar 3.      Torak 4.      Dinding silinder

Gambar 2.6 Ruang bakar terbuka

b.            Ruang Bakar Kamar Muka

Ruang bakar kamar muka terdiri atas dua bagian yaitu kamar muka dan ruang bakar utama. Kamar muka adalah ruang kecil di sebelah ruang bakar utama. Bervolume 30–40% dari volume sisa dan di dalamnya ditempatkan penyemprot bahan bakar. Kedua ruangan tersebut dipisahkan oleh satu atau beberapa saluran sempit.

Menjelang akhir langkah kompresi (±25–35) derajat engkol sebelum torak mencapai TMA) bahan bakar mulai disemprotkan ke dalam kamar muka. Sudah barang tentu tak dapat diharapkan terjadi pembakaran sempurna karena jumlah udara di dalam kamar muka itu terbatas. Namun demikian, kenaikan tekanan yang terjadi cukup besar sehingga terdapat perbedaan tekanan yang besar pula antara kamar muka dengan ruang bakar utama. Akibatnya, bahan bakar menyembur ke dalam ruang  bakar utama dengan kecepatan tinggi, bersama-sama dengan bahan bakar yang belum terbakar sempurna dan gas pembakaran yang bertamperatur tinggi. Proses ini merupakan proses pengabutan kedua, bahan bakar cepat bercampur dengan udara di dalam ruang  bakar utama dan segera terbakar. Setelah proses pembakaran itu berlangsung, akhirnya tekanan ruang bakar itu menjadi sama basarnya. Dari keterangan di atas jelaslah ruang bakar kamar muka tidak memerlukan penyemprot tekanan tinggi.

Penyemprot yang digunakan adalah jenis nosel pasak dengan tekanan penyemprotan antara 85–140 kg/cm². Hal ini sangat menguntungkan karena harga sistem bahan bakar menjadi lebih murah disamping dapat menggunakan bahan bakar dengan viskositas yang lebih tinggi. Perbandingan kompresi yang biasa digunakan berkisar antara 16–17, tetapi dapat dibuat lebih tinggi agar supaya jangan peka terhadap kualitas bahan bakar yang digunakan.

Dibandingkan dengan motor diesel dengan ruang bakar terbuka, pemakaian bahan bakar spesifik dari motor diesel dengan ruang bakar kamar muka kira-kira 15% lebih tinggi, yaitu diantara 190–220 g/PS jam. Hal ini disebabkan oleh luas permukaan pendingin yang lebih besar sehingga kerugian kalornya lebih besar pula. Di samping itu terjadi kerugian energi karena sebagian diperlukan untuk memasukkan udara ke dalam kamar muka dan karena adanya kelambatan proses pembakaran.

Kerugian panas pada saat menghidupkan (start) mesin dalam keadaan dingin merupakan gejala yang tidak diinginkan. Dalam keadaan dingin kadang-kadang mesin sukar dijalankan karena besarnya perpindahan kalor dari udara dari dinding ruang bakar (terutama kamar muka) yang relatif masih dingin sekali sehingga udara tidak dapat menyalakan bahan bakar. Hal ini dapat diatasi dengan jalan memanaskan kamar muka terlebih dahulu sebelum mesin di-start, yaitu dengan menggunakan alat pemanas khusus. Apabila mesin sudah bekerja beberapa saat, berangsur-angsur dinding kamar muka menjadi panas dan proses pembakaran akan berlangsung lebih baik. Laju kenaikan tekanan dalam periode pembakaran cepat berkisar antara 2-3,5 (kg/cm²/derajat sudut engkol).

1.      Penyemprot bahan bakar 2.      Alat pemanas (glow plug) 3.      Kepala silinder 4.      Torak 5.      Dinding silinder

Gambar 2.7 Ruang bakar kamar muka

c.             Ruang Bakar Turbulen

Seperti konstruksi ruang bakar kamar muka, ruang bakar ini juga dibagi dua bagian tetapi kamar turbulen bervolume antara 80–90% dari volume sisa. Di samping itu kedua ruang bakar tersebut dihubungkan oleh suatu saluran yang berpenampang lebih luas. Pada langkah kompresi, udara dipaksa masuk ke dalam ruang turbulen sehingga terjadi gerak udara berputar-putar.

Sudah barang tentu udara itu akan berputar makin kencang jika kecepatan torak mendorong udara tersebut masuk ke dalam kamar turbulen bertambah besar. Bahan bakar disemprotkan ke dalam arus udara yang berputar di dalam kamar turbulen. Putaran udara itu turut membantu proses pengabutan bahan bakar dan pencampurannya dengan udara. Oleh karena itu motor diesel dengan ruang bakar turbulen tidak memerlukan penyemprot tekanan tinggi. Seperti motor diesel dengan ruang bakar kamar muka, motor diesel dengan ruang bakar turbulen menggunakan penyemprot jenis nosel pasak dengan tekanan penyemprot antara 85–140 kg/cm². Motor diesel dengan ruang bakar turbulen juga memerlukan alat pemanas ruang turbulen. Sesudah mesin bekerja dengan baik alat pemanas tidak diperlukan lagi.

Semakin tinggi temperatur dinding kamar turbulen makin cepat pula periode persiapan pembakaran. Karena itu dalam periode pembakaran cepat dapatlah dicegah terjadinya laju kenaikan tekanan yang terlalu tinggi. Di samping itu, udara yang berputar kencang itupun akan menyebabkan makin singkatnya periode pembakararn terkendali. Maka ruang bakar turbulen sangat baik untuk motor diesel kecepatan tinggi. Tekanan maksimumnya berkisar antara 60-70 kg/cm². Laju kenaikan tekanan dalam periode pembakaran cepat berkisar diantara 2,5–4 kg/cm²/derajat sudut engkol. Pemakaian bahan bakar spesifiknya mendekati motor diesel dengan ruang bakar terbuka, yaitu 185–210 kg/PS jam.

1.      Kepala silinder 2.      Penyemprot bahan bakar 3.      Ruang turbulen 4.      Alat pemanas 5.      Torak 6.      Dinding silinder

Gambar 2.8 Ruang bakar turbulen

d.            Ruang Bakar Lanova

Prinsip kerja motor diesel dengan ruang bakar lanova mirip dengan prinsip kerja ruang bakar kamar muka. Dari segi konstruksi, perbedaan utamanya terletak pada posisi penyemprot terhadap ruang lanova, yaitu tidak di dalam ruang tersebut tetapi di sebelah luarnya. Penyemprot dari ruang lanova terletak berhadapan dengan lubang ruang lanova pada jarak tertentu. Kira-kira 60% dari bahan bakar yang disemprotkan masuk ke dalam ruang lanova yang bervolume kurang lebih  10% dari volume sisa. Ruang lanova sendiri terbagi atas dua bagian, yaitu ruang lanova besar dan kecil. Proses penyalaan pertama terjadi di dalam ruang bakar utama. Sementara penyemprotan bahan bakar masih berlangsung, terjadilah pembakaran di dalam ruang lanova kecil. Kenaikan tekanan yang terjadi karenanya menyebabkan bahan bakar yang belum terbakar sempurna itu tersembur keluar dari penyemprot. Maka terjadilah proses pencampuran yang lebih efektif karena ruang bakar utama dibentuk demikian rupa sehingga dapat menyebabkan arus berputar.

Pada waktu torak mulai turun dari TMA menuju TMB, terjadilah perbedaan tekanan yang cukup besar antara ruang lanova dan ruang bakar utama. Karena itu proses penyemburan gas dan bahan bakar dari ruang lanova ke dalam ruang bakar utama berlangsung dalam kecepatan lebih  tinggi. Dengan demikian diharapkan terjadi proses pembakaran yang lebih halus. Penyemprotnya menggunakan nosel pasak dengan tekanan penyemprotan disekitar 125-130 kg/cm² dan sudut pancaran yang lebih kecil.

Jika dibandingkan dengan ruang bakar kamar muka, ruang bakar lanova lebih hemat. Di samping itu dapat digunakan perbandingan kompresi yang relatif lebih rendah (±13–15) sehinggga tidak diperlukan momen putar start yang lebih tinggi. Akan tetapi haruslah diingat 60% dari bahan bakar yang disemprotkan harus dapat masuk ke dalam ruang lanova. Penggunaan ruang lanova sangat menguntungkan terutama pada motor diesel yang harus dapat bekerja pada bermacam-macam kecepatan, termasuk kecepatan tinggi.

Diantara keempat jenis ruang bakar itu motor diesel dengan ruang bakar terbuka adalah yang paling hemat, apabila dilihat dari segi pemakaian bahan bakarnya. Akan tetapi dari segi kehalusan pembakaran motor diesel ini termasuk yang paling kasar. Laju kenaikan tekanan dalam periode pembakaran cepat berkisar antara 2,4-12 kg/cm²/derajat sudut  engkol, sedangkan tekanan gas maksimum dapat mencapai 120–160 kg/cm².

	1.      Penyemprot bahan bakar 2.      Ruang lanova

 

 2.7       Supercharger

Sebuah motor 4-langkah yang bekerja dengan supercharger tekanan isapnya lebih tinggi daripada tekanan udara atmosfer sekitarnya. Hal ini diperoleh dengan jalan memaksa udara atmosfer masuk ke dalam silinder selama langkah isap, dengan pompa udara yang biasa dinamai supercharger. Supercharger digerakkan dengan daya yang dihasilkan oleh mesin itu sendiri  atau dengan jalan memanfaatkan energi gas buang untuk menggerakkan turbin gas yang menggerakkan supercharger. Supercharger yang digerakkan oleh turbin gas buang dinamakan turbo-supercharger. Dengan supercharger udara atau campuran bahan bakar-udara segar yang biasa dimasukkan lebih besar daripada dengan proses pengisapan oleh torak pada waktu langkah isap. Tekanan udara masuk silinder berkisar antara 1,2–2,2 kg/cm².  

Gambar 2.10  Sebuah turbo-supercharger dengan katup udara dan katup gas buang

 dalam keadaan tertutup

Gambar 2.11 Diagram aliran udara dan gas buang pada motor torak

dengan turbo-supercharger

Tujuan utama penggunaan supercharger adalah memperbesar daya motor (±30–80%) mesinpun menjadi lebih kompak lagi pula ringan. Boleh dikatakan motor diesel dengan supercharger dapat bekerja lebih efisien, pemakaian bahan bakar spesifiknya lebih rendah (5–15%). Khususnya pada unit besar, dengan supercharger sangat menguntungkan karena biasanya lebih murah harganya.

Pada motor diesel, supercharger dapat mempersingkat periode persiapan pembakaran sehingga karakteristik pada pembakaran menjadi lebih baik. Di samping itu terbuka kemungkinan untuk menggunakan bahan bakar dengan bilangan setana yang lebih rendah. Akan tetapi hendaknya jangan melupakan tekanan dan temperatur gas pembakarannya karena hal tersebut akan menyangkut persoalan pendinginan, konstruksi, kekuatan material serta umurnya. Untuk mencegah terjadinya tekanan maksimum yang terlalu tinggi ada kecenderungan untuk menggunakan perbandingan kompresi yang sekaligus memperingan start mesin. Karena supercharger dapat memasukkan udara lebih banyak, dapat diharapkan pembakaran menjadi lebih baik dan gas buangnya lebih bersih. Kiranya perlu pula diperhatikan, campuran bahan bakar yang lebih miskin akan memperkecil pemakaian bahan bakar spesifik. Kini banyak motor diesel yang semula dirancang untuk bekerja tanpa supercharger diperlengkapi dengan supercharger untuk mencapai tujuan tersebut di atas.

Udara atmosfer masuk ke dalam kompresor, mengalami proses kompresi sehingga tekanannya naik. Kompresor digerakkan oleh turbin dan hal ini dapat dilihat pada adanya poros yang menghubungkan rotor kompresor dan rotor turbin yang digerakkan oleh gas buang motor bakar torak yang menggunakan turbo-supercharger tersebut. Udara yang keluar dari kompresor mengalir ke dalam saluran isap motor, melalui penyemprot bahan bakar yang selanjutnya udara mengalir ke dalam silinder.

Apabila motor dirancang untuk mencapai efisiensi maksimum pada daerah pembebanan tinggi, maka pada pembebanan rendah daya dan efisiensinya turun karena pembakaran kurang sempurna. Pada beban rendah, gas buang yang terjadi tidak cukup kuat untuk menggerakkan turbo-supercharger, atau pada kondisi baban rendah tidak diperlukan supercharger, maka gas buang dapat dibuat tidak (semuanya) melalui turbin dengan mengatur pembukaan katup simpang tersebut dapat disesuaikan dengan katup gas. Apabila katup gas terbuka penuh, katup simpang tertutup. Demikianlah, turbo-supercharger harus cocok dan terpadu dengan motor yang menggunakan, sesuai dengan tujuan penggunaannya untuk memenuhi  kebutuhan daya, daerah putaran, karakteristik momen putar, tingkat emisi gas buang, pemakaian bahan bakar spesifik, ketahanan, berat, ukuran, suara, dan beberapa parameter pilihan lain yang diinginkan.

 2.8       Statika

Statika adalah ilmu yang mempelajari tentang statika dari suatu beban terhadap gaya-gaya dan juga beban yang mungkin ada pada bahan tersebut. Dalam ilmu statika keberadaan gaya-gaya yang mempengaruhi sistem menjadi suatu obyek tinjauan utama.

a.              Gaya luar.

Adalah gaya yang diakibatkan oleh beban berasal dari luar sistem yang pada umumnya menciptakan kestabilan konstruksi.

 

      

Gambar 2.12  Sketsa prinsip statika kesetimbangan  

Jenis bebannya dibagi menjadi :

1.    Beban hidup adalah beban sementara dan dapat dipindahkan pada konstruksi.

2.    Beban mati adalah beban yang tetap dan tidak dapat dipindahkan pada konstruksi.

3.    Beban terpusat adalah beban yang bekerja pada suatu titik.

4.    Beban terbagi adalah beban yang terbagi merata sama pada setiap satuan luas.

5.    Beban terbagi variasi adalah beban yang tidak sama besarnya tiap satuan luas.

6.    Beban momen adalah hasil gaya dengan jarak antara gaya dengan titik yang ditinjau.

7.    Beban torsi adalah beban akibat puntiran.

b.             Gaya dalam.

                                       

Gambar 2.13  Sketsa gaya dalam  

Gaya dalam dapat dibedakan menjadi :

1.    Gaya normal (Normal force) adalah gaya yang bekerja sejajar sumbu batang.

2.    Gaya lintang/geser (Shearing force) adalah gaya yang bekerja tegak lurus sumbu batang.

3.    Momen lentur (Bending moment).

Persamaan kesetimbangannya adalah :

-   Σ F  = 0 atau   Σ Fx    =   0

            Σ Fy    =   0  (tidak ada gaya resultan yang bekerja pada  suatu benda)

-   Σ M = 0 atau   Σ Mx    =  0

Σ My   =  0  (tidak ada momen resultan yang bekerja pada     suatu benda)

c.              Reaksi.

Reaksi adalah gaya lawan yang timbul akibat adanya beban. Reaksi sendiri terdiri dari :

1.    Momen

Momen       (M)      =   F  x  s

di mana      M    =   momen (N.mm).

                   F     =   gaya (N).

                   s      =   jarak (mm).

2.    Torsi

3.    Gaya

d.             Tegangan (Stress).

Umumnya, gaya yang bekerja pada luas yang kecil takberhingga sebuah potongan, akan terdiri dari bermacam-macam besaran arah. Dalam mekanika bahan diperlukan penentuan intensitas dari gaya-gaya ini dalam berbagai bagian potongan, sebagai perlawanan terhadap deformasi sedang kemampuan bahan untuk menahan gaya tersebut tergantung pada intensitas ini. Dalam praktek keteknikan biasanya intensitas gaya diuraikan menjadi tegak-lurus dan sejajar dengan irisan yang diselidiki. Intensitas gaya yang tegak-lurus atau normal terhadap irisan disebut tegangan normal (normal stress). Di pihak lain, tegangan normal yang mendorong potongan disebut tegangan tekan (compressive stress). Sedangkan tegangan normal yang bekerja sejajar dengan bidang  dari luas elementer disebut tegangan geser (shearing stress). (E.P. Popov : 1996)

σ     =            dan        τ   = 

Keterangan :

σ     =     tegangan tekan (N/mm²).

τ      =     tegangan geser (N/mm²).           

F     =     gaya (N).

A     =     luas penampang (mm²).

e.              Tumpuan

Dalam ilmu statika tumpuan dibagi atas :

1.    Tumpuan rol

Tumpuan ini dapat menahan gaya pada arah tegak lurus penumpu, biasanya penumpu ini disimbolkan dengan :

 

Gambar 2.14  Sketsa reaksi tumpuan rol

2.    Tumpuan sendi

Tumpuan ini dapat menahan gaya dalam segala arah

 

Gambar 2.15 Sketsa reaksi tumpuan sendi

3.    Tumpuan jepit

Tumpuan ini dapat menahan gaya dalam segala arah dan dapat menahan momen.

 

Gambar 2.16 Sketsa reaksi tumpuan jepit

f.              Diagram gaya dalam.

Diagram gaya dalam adalah diagram yang menggambarkan besarnya gaya dalam yang terjadi pada suatu konstruksi. Macam-macam diagram gaya dalam itu sendiri adalah sebagai berikut :

1.    Diagram gaya normal (NFD = Normal Force Diagram), diagram yang menggambarkan besarnya gaya normal yang terjadi pada suatu konstruksi.

2.    Diagram gaya geser (SFD = Shearing Force Diagram), diagram yang menggambarkan besarnya gaya geser yang terjadi pada suatu konstruksi.

3.    Diagram momen (BMD = Bending Moment Diagram), diagram yang menggambarkan besarnya momen lentur yang terjadi pada suatu konstruksi.

 2.9       Perhitungan Baut

Beban Tegak Lurus Terhadap Sumbu Baut.

Gambar 2.17  Beban tegak lurus terhadap sumbu baut

Pada gambar diatas baut menerima baban geser langsung (W_s), sehingga :

Selain itu, baut juga menerima beban tarik karena momen putar (W_t2). Berat yang menerima beban tarik tersebut adalah :

Karena baut menerima beban kombinasi, maka beban kombinasi/ekivalen ditentukan dengan :

-     Beban tarik eksentrik (W_te)

-     Beban geser eksentrik (W_se)

Setelah diketahui W_s, W_t2, W_te dan W_se, maka dapat dihitung jenis baut yang digunakan yaitu dengan menggunakan rumus :

 ,

ghgs

Keterangan :

W_s       =  Baban geser langsung

W         =  Beban pada baut per satuan jarak dari tumpuan karena momen   puntir,

W_t2=W_t =  Beban tarik karena momen putar

n          =  Jumlah baut s

W_te       =  Beban tarik eksentrik

W_se       =  Beban geser eksentrik

σ_t            =  Tegangan tarik ijin

σ_s           = Tegangan geser ijin

π                      =  3.14

d_c         = Diameter minor/core diameter

d                      = Diameter mayor dari baut