commit to user
4
BAB II DASAR TEORI
2.1 GAMBARAN UMUM TENTANG MESIN DIESEL
2.1.1. Penjelasan Mesin Diesel 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.
Motor diesel adalah motor bakar yang berbeda dengan motor bensin, proses penyalaan bukan dengan loncatan bunga api listrik. Pada langkah hisap
hanyalah udara saja yang masuk ke dalam silinder. Pada waktu torak hampir mencapai titik mati atas TMA bahan bakar disemprotkan ke dalam silinder.
Terjadilah proses penyalaan bahan bakar, pada saat udara di dalam silinder sudah bertemperatur tinggi. Persyaratan ini dapat dipenuhi apabila digunakan tekanan
udara kompresi yang cukup tinggi, dan bahan bakar harus berkabut dengan halus.
Untuk mengkabutkan bahan bakar dengan halus digunakan peralatan injeksi bahan bakar. Alat ini digunakan untuk mengkabutkan bahan bakar pada
ruang bakar dengan volume dan saat penyemprotan tertentu sesuai dengan putaran mesin. Selain itu juga berfungsi membagikan bahan bakar pada tiap-tiap silinder
sesuai urutan pengapian mesin. Sistem injeksi bahan bakar diesel berfungsi untuk melayani kebutuhan bahan bakar selama motor diesel tersebut bekerja.
commit to user
Proses pembakaran tidak terjadi sekaligus tetapi memerlukan waktu dan terjadi dalam beberapa tahap. Di samping itu pembakaran akan berlangsung antara
30-40 derajat sudut engkol. Gambar 2.1 merupakan grafik tekanan dengan sudut poros engkol yang menggambarkan secara grafis periode saat pembakaran.
Gambar 2.1 Proses pembakaran motor 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 pembakaran
letup.
commit to user
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.
Dibandingkan dengan motor bensin pada motor diesel mempunyai keuntungan dan kerugian sebagai berikut :
Keuntungan a. Mesin diesel tidak memerlukan
electric igniter
karena proses pembakaran dilakukan oleh udara bertekanan tinggi. Hal ini berarti
mesin diesel memiliki tingkat kesulitan lebih kecil dari pada mesin bensin.
b. Penggunaan bahan bakar pada mesin diesel lebih ekonomis daripada mesin bensin, hal ini dikarenakan rasio kompresinya lebih tinggi dari
pada mesin bensin sehingga kemungkinan bahan bakar terbakar sempurna lebih tinggi dari pada bensin.
Kerugian a. Tekanan pembakaran maksimum lebih besar dari mesin bensin. Hal ini
berarti bahwa suara dan getaran mesin diesel lebih besar. b. 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 pembuatannya pun jadi lebih lama dan mahal daripada mesin bensin.
commit to user
c. Mesin diesel memerlukan sistem injeksi bahan bakar yang presisi. Dan ini berarti bahwa harganya lebih mahal dan memerlukan pemeliharaan
yang lebih cermat dibanding mesin bensin. d. Mesin diesel mempunyai perbandingan kompresi yang lebih tinggi dan
membutuhkan gaya lebih besar untuk memutarnya. Oleh karena itu mesin diesel memerlukan alat pemutar seperti motor stater dan baterai
yang berkapasitas lebih besar.
Terdapat beberapa alasan mengapa mesin diesel tidak hanya menyaingi mesin motor bakar yang lain tetapi dalam banyak hal mengusai medan. Kelas
pelayanan adalah faktor penting dalam banyak kasus.Salah satu penggunaan yang menonjol dari mesin diesel adalah transportasi, di darat dan di air, pada truck,
kereta rel, lokomotif, perahu dan kapal. Dalam banyak hal instalasi ukuran kecil dan sedang, pada pertanian dan perusahaan indrusti kecil, maka kesederhanaan
dan biaya rendah dari operasi menentukan bahwa pemakaian mesin diesel sangat cocok digunakan karena konsumsi bahan bakar diesel lebih hemat dan
memerlukan biaya operasional yang lebih murah.
2.1.2 Cara Kerja Mesin Diesel Seperti pada motor empat tak dengan bahan bakar bensin, motor diesel
empat tak juga dalam empat langkah selama dua putaran poros engkol 720°. Berturut-turut dalam silinder terdapat langkah hisap, langkah kompresi, langkah
pembakaran dan langkah buang. Cara kerja dari motor diesel yaitu pada langkah hisap, udara dimasukkan
ke dalam silinder. Piston membentuk kevakuman di dalam silinder seperti pada motor bensin, piston bergerak ke bawah dari TMA ke TMB. Kevakuman dalam
ruang bakar menyebabkan udara masuk atau terhisap ke dalam silinder melalui katup masuk yang terbuka disekitar awal langkah hisap dan akan terbuka sampai
torak mencapai TMB.
commit to user
Pada langkah kompresi, piston bergerak dari titik mati bawah menuju titik mati atas, pada saat ini kedua katup tertutup sehingga udara yang ada dalam
silinder dapat dimampatkan dengan kuat dan menyebabkan temperatur naik sekitar 500-800°C.
Pada akhir langkah kompresi sebelum torak mencapai TMA, bahan bakar cair dalam bentuk halus disemprotkan kedalam udara panas dalam silinder, bahan
bakar menyala dan terbakar sehingga menaikkan takanan dalam silinder, langkah ini disebut langkah kerja. Gas panas mendorong torak menuju TMB, gas
mengembang dari volume silinder yang kemudian meneruskan energi yang timbul pada batang torak dan poros yang kemudian dirubah menjadi gerak putar memberi
tenaga pada mesin. Gambar 2.2 adalah cara kerja mesin diesel.
Gambar 2.2 Cara Kerja Mesin Diesel
Pada langkah buang katup pembuangan terbuka. Torak bergerak dari TMB ke TMA dan mendorong gas-gas hasil pembakaran ke luar melalui katup buang
yang terbuka. Selama mesin menyelesaikan empat langkah hisap, kompresi, pembakaran dan buang poros engkol berputar dua kali dan menghasilkan satu
tenaga. Ini disebut dengan siklus diesel empat langkah.
commit to user
Tabel 1 menunjukkan perbandingan antara mesin diesel dengan mesin bensin.
Tabel 1 Perbandingan Mesin Diesel Dengan Mesin Bensin Item
Mesin Bensin Mensin Diesel
Langkah Hisap Campuran udara bahan bakar
dihisap ke dalam Hanya udara yang dihisap
masuk Langkah
Kompresi Piston
mengkompresikan campuran udara bahan bakar
Piston mengkompresikan
udara untuk
menaikkan tekanan dan temperatur
Langkah Pembakaran
Busi menyalakan campuran udara yang bertekanan
Bahan bakar disemprotkan ke
dalam udara
yang bertemperatur
dan bertekanan tinggi sehingga
terbakar sendirinya Langkah Buang
Piston mendorong gas buang ke luar silinder
Piston mendorong
gas buang ke luar silinder
Pengatur Output Tenaga
Diatur oleh
banyaknya campuran udara dan bahan
bakar yang dimasukkan Diatur
oleh banyaknya
bahan bakar
yang diinjeksikan
2.2 BAGIAN-BAGIAN MESIN DIESEL
2.2.1. Komponen mesin bagian luar Bagian luar mesin dapat dilihat seperti pada gambar 2.3 dan gambar 2.4
commit to user
Gambar 2.3 Komponen mesin bagian luar kiri
Keterangan : 1.
Pengukur ketinggian oli 2.
Alternator 3.
Intake manifold
4.
Exhaust manifold
5. Tutup silinder head
6.
Fly wheel
commit to user
Gambar 2.4 Komponen mesin bagian luar kanan
Keterangan : 1.
Kipas pendingin 2.
Fan belt
3. Puli kipas
4. Pipa udara
5. Pipa injeksi
6. Nosel injeksi
7.
Water hose
8. Saringan oli
9. Ventilasi udara
10.
Water hose 11.
Thermostat
commit to user
2.3.2. Komponen mesin bagian dalam Bagian dalam mesin dapat diperiksa seperti pada gambar 2.5 berikut
Gambar 2.5 Komponen mesin bagian dalam
Keterangan : 1.
Tappet
2. Poros engkol dan bantalannya
3. Metal samping
4.
Main bearing
5. Sil oli
6. Plat belakang
7.
Fly wheel
8. Plat depan
9. Poros kam
10. Piston dan tangkai piston
11. Metal jalan
12.
Oiling jet
13. Pompa oli
14.
Crank case
15. Gasket
16. Silinder head
17.
Push rod
18. Rangkaian
rocker arm
commit to user
2.3
Cylinder head
Kepala Silinder
Cylinder Head
ditempatkan di atas blok silinder. Pada bagian bawah kepala silinder terdapat ruang bakar dan katup – katup. Karena
perbandingan kompresinya lebih tinggi, ruang bakar motor diesel lebih kecil dari pada ruang bakar motor bensindan konstruksi nya lebih rumit. Kepala silinder
harus tahan terhadap temperatur dan tekanan yang tinggi selama mesin bekerja. Oleh sebab itu umumnya kepala silinder di buat dari besi tuang.
Cylinder head
berfungsi sebagai dudukan mekanisme katup, injektor, dan
glow plug
juga sebagai ruang bakar. Gambar 2.6 merupakan tipe-tipe
cylinder head
Gambar 2.6 Kepala silinder
Dalam mesin diesel, kita mengenal ada 2 jenis ruang bakar, yaitu ruang bakar langsung dan ruang bakar tambahan.
Ruang bakar
Ruang bakar langsung
Ruang bakar tambahan
Tipe injeksi langsung Tipe ruang bakar kamar depan
Tipe kamar pusar
commit to user
a. Tipe Injeksi langsung
Direct Injection Injection nozzle
menyemprotkan bahan bakar langsung ke ruang bakar utama
main combustion
yang terdapat diantara
cylinder head
dan piston. Ruang bakar yang ada pada bagian atas piston merupakan salah satu bentuk yang
dirancang untuk meningkatkan efisiensi pembakaran. Gambar 2.7 merupakan ruang bakar tipe langsung.
Keuntungan 1 Penampang permukaan ruang injeksi langsung yang kecil dapat mengurangi
kerugian panas, sehingga dapat menaikkan temperatur udara yang dikompresikan dan menyempurnakan pembakaran. Pada tipe ini pemanasan
awal tidak diperlukan untuk menghidupkan mesin dengan suhu udara sekitarnya normal. Efisiensi panas yang tinggi dapat juga meningkatkan
output dan menghemat bahan bakar. 2 Struktur
cylinder head
yang lebih sederhana dibandingkan tipe lainnya, sehingga kemungkinan terjadinya deformasi karena panas akan lebih kecil.
Kerugian 1 Pompa injeksi harus mampu menghasilkan tekanan tinggi yang diperlukan
untuk mengatomisasikan bahan bakar dengan memaksanya keluar dari nosel tipe berlubang banyak.
injektor
Ruang bakar
Gambar 2.7 Ruang Bakar Pembakaran
commit to user
2 Kecepatan maksimumnya lebih rendah karena pusaran campuran bahan bakar lebih kecil dari pada tipe ruang bakar kamar depan.
3 Tekanan pembakaran yang tinggi menimbulkan suara yang lebih keras dan resiko diesel
knocking
lebih besar. 4 Mesin sangat peka terhadap kualitas bahan bakar, biasanya diperlukan bahan
bakar yang bermutu tinggi.
b. Tipe Injeksi Tak Langsung Dengan Ruang Bakar Kamar Depan Bahan bakar disemprotkan oleh nosel injeksi ke kamar depan. Sebagian
akan terbakar di tempat, 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. Gambar 2.8 adalah ruang bakar tipe kamar depan.
Gambar 2.8 Ruang Bakar Kamar Depan
Keuntungan 1 Pemakaian jenis bahan bakar lebih luas. Bahan bakar yang relatif kurang baik
dapat digunakan dengan asap pembakaran yang tidak pekat. 2 Mudah pemeliharaanya karena tekanan injeksi bahan bakar relatif rendah dan
mesin tidak begitu peka terhadap perubahan
timing injeksi.
3 Kerja mesin lebih tenang dan resiko diesel
knocking
dapat dikurangi.
commit to user
Kerugian 1 Biaya pembuatannya lebih tinggi karena bentuk silindernya lebih rumit.
2 Starter mesin sulit oleh karena itu diperlukan
glow plug
. 3 Pemakaian bahan bakar lebih boros.
c. Tipe Injeksi Tak Langsung Dengan Ruang Bakar Tipe Kamar Pusar Kamar pusar di kontruksi miringtangensial. Udara yang dikompresikan
oleh piston memasuki kamar pusar dan membentuk aliran turbulensi di tempat bahan bakar yang dinjeksikan. Sebagian dari bahan bakar yang belum terbakar
akan mengalir ke ruang utama melalui saluran transfer untuk menyelesaikan pembakaran. Gambar 2.9 merupakan ruang bakar tipe kamar pusar.
Gambar 2.9 Tipe Ruang Bakar Kamar Pusar Keuntungan
1 Dapat dicapai kecepatan mesin yang tinggi karana turbulensi kompresinya tinggi.
2 Tingkat kecepatan mesin lebih tinggi dan operasinya yang halus membuatnya banyak digunakan untuk mobil penumpang.
Kerugian 1 Diesel
knocking
akan lebih besar pada kecepatan rendah. 2 Menggunakan busi pijar, tetapi kurang efektif untuk kamar pusar yang besar,
karena mesin tidak mudah dihidupkan. Bagian – bagian :
1. Injektor 2. Busi pijar
3. Ruang bakar 4. saluran Penghubung
commit to user
2.3.1 Mekanisme katup 2.3.1.1 Cara kerja mekanisme katup
Gambar 2.10 Mekanisme Katup
Pada gambar 2.10 ketika poros engkol berputar, maka akan menyebabkan roda gigi antara ikut berputar. Karena roda gigi antara menghubungkan poros
engkol dengan
cam shaft,
maka
cam shaft
juga akan ikut berputar. Berputarnya
cam shaft
pada saat tertentu akan menyebabkan
nok
mendorong
tappe
t naik menekan
push rod
yang ada di atas nya
. Push rod
akan menekan rocker arm, sehingga katup akan terbuka. Jika
cam shaft
terus berputar, maka
nok
juga akan berputar sehingga
tappet
dan
push rod
akan bebas dan akan kembali ke bawah karena adanya tekanan pegas pada katup. Setiap
cam shaft
berputar satu kali, akan membuka dan menutup katup hisap dan katup buang satu kali pada setiap 2
putaran poros engkol. Langkah ini terjadi pada katup hisap maupun katup buang saat membuka
dan menutupnya daun katup yang mempunyai waktu berbeda sesuai dengan langkah mesin. Untuk mesin diesel katup masuk terbuka kurang lebih 10 derajat
putaran sudut engkol sebelum TMA dan menutup pada 49 derajat setelah TMB. Sedang katup buang terbuka 46 derajat sebelum TMB dan menutup 13 derajat
sesudah TMA.
commit to user
Kelambatan menutup katup masuk ini dimaksudkan agar kelambatan masuknya udara dapat dimanfaatkan sebesar-besarnya. Saat membukanya katup
buang juga dipercepat untuk memaksimalkan pembuangan gas sisa pembakaran. Gambar 2.11 adalah diagram kerja motor diesel.
Gambar 2.11 Diagram Kerja Motor Diesel
2.3.1.2 Mekanisme penggerak katup Pada saat ini, terdapat 3 jenis mekanisme penggerak katup, yaitu
timing belt, timing gear, dan timing chain
. Pada mesin diesel metode penggerakan katup hanya menggunakan
timing gear
dan
timing chain
saja, hal ini dikarenakan pada mesin diesel tenaga yang dihasilkan pembakaran lebih besar dari pada motor
bensin, sehingga apabila menggunakan
timing belt
tidak akan awet.
a Tipe timing belt
Pada tipe ini untuk memutar
camshaft
digunakan sabuk yang dihubungkan ke poros engkol.
Timing belt
terbuat dari
fiberglass
yang diperkuat dengan karet. Keuntungannya adalah tidak membutuhkan pelumasan dan relatif
lebih halus suaranya dibanding tipe lainnya. Gambar 2.12 adalah mekanisme katup tipe
timing belt.
commit to user
Gambar 2.12 Mekanisme katup tipe
timing belt
b Tipe
timing gear
Tipe ini digunakan pada mekanisme katup jenis mesin OHV
over head valve
, yang letak
cam shaft
nya di dalam blok silinder.
Timing gear
biasanya menimbulkan bunyi yang paling berisik diantara tipe-tipe lainnya. Gambar 2.13 merupakan mekanisme katup tipe
timing gear
.
Gambar 2.13 Mekanisme katup tipe
timing gear
c Tipe
timing chain
Pada tipe ini
cam shaft
digerakkan oleh rantai dan hanya sedikit menimbulkan bunyi dibanding dengan
timing gear
dan jenis ini amat populer.
commit to user
Tipe ini digunakan pada mesin OHC
over head camshaft
dan DOHC
double overhead camshaft
.C
am shaft
terletak diatas kepala silinder dan digerakkan oleh rantai dan roda gigi
sprocket
yang dilumasi dengan oli. Gambar 2.14 adalah mekanisme katup tipe
timing chain
.
Gambar 2. 14 Mekanisme katup tipe
timing chain
2.3.2 Komponen-komponen
cylinder head
dan mekanisme katup a Gasket
cylinder head
Gambar 2.15 gasket
cylinder head
Gasket kepala silinder
cylinder head gasket
terletak diantara blok silinder dan kepala silinder, dan berfungsi untuk mencegah kebocoran gas
pembakaran kompresi, air pendingin dan minyak pelumas. Umumnya gasket terbuat dari gabungan karbon dan lempengan baja
carbon clad sheet steel
atau
steel laminated.
commit to user
b
Camshaft Cam shaft
berfungsi untuk menggerakkan mekanisme katup dan pompa oli. Untuk motor bensin ditambah menggerakkan pompa bahan bakar dan
distributor. Gambar 2.16 adalah gambar poros kam.
Gambar 2. 16 Poros kamnok
camshaft
c Pengangkat katup
tappet valve
Gambar 2.17 Pengangkat katup
Pengangkat katup
valve lifter valve tappet
adalah komponen yang berbentuk silinder pada mesin OHV, masing – masing dihubungkan
commit to user
dengan nok yang berhubungan dengan katup melalui batang penekan
push rod
. Pengangkat katup berfungsi untuk meneruskan gerakan
camshaft
ke
push rod
. Pada motor yang menggunakan lifter konvensional celah katupnya harus distel, tetapi ada mesin yang menggunakan
hydraulic lifter
pada mesin OHV dan katup
last adjuster
terdapat pada mesin tipe OHC tidak perlu melakukan penyetelan celah katup karena celahnya selalu 0 mm.
d Batang penekan
push rod
Batang penekan push rod berfungsi untuk meneruskan gerakan lifter ke rocker arm. Gambar 2.18 adalah komponen-komponen mekanisme katup.
Gambar 2.18
Push rod
e
Rocker arm
dan
shaft
Rocker arm berfungsi untuk menekan katup saat tertekan ke atas oleh push rod. Rocker arm dilengkapi sekrup dan mur pengunci untuk penyetelan
celah katup. Pada motor yang menggunakan lifter hidraulis tidak dilengkapi sekrup dan mur pengunci
commit to user
Gambar 2.19
rocker arm
dan
shaft
f Celah katup
Celah katup adalah celah yang terdapat pada mekanisme katup dari
cam shaft.
Apabila tidak terdapat celah katup akan menyebabkan katup tidak menutup rapat. Gambar 2.20 merupakan celah katup.
Gambar 2.20 celah katup g
Katup Katup terbuat dari baja khusus
special steel
, karena katup berhubungan dengan tekanan dan temperatur tinggi. Pada umumnya katup masuk lebih
besar dari katup buang. Agar katup menutup rapat pada dudukannya, maka
commit to user
permukaan sudut katup
valve face angle
dibuat pada 44,5° atau 45,5°. Gambar 2.21 adalah gambar katup.
Gambar 2.21 Katup
h Pegas katup
Gambar 2.22 Pegas katup
Pegas katup gambar 2.22 digunakan untuk menutup katup. Pada umumnya motor menggunakan satu pegas katup untuk tiap katupnya,
tetapi ada juga yang menggunakan 2 pegas. Penggunaan pegas yang jarak
pitch
nya berbeda
uneven pitch spring
pegas ganda
double spring
commit to user
adalah untuk mencegah katup melayang. Katup melayang adalah gerakan katup yang tidak seirama dengan gerakan cam saat putaran tinggi.
Pegas dengan jarak
pitch
berbeda tipe
asymetrical
dipasang dengan bagian yang lebih renggang pada posisi atas.
i Dudukan katup
valve seat
Dudukan katup dipasang dengan cara dipres pada kepala silinder. Dudukan katup berfungsi untuk dudukan katup sekaligus memindahkan
panas dari katup ke kepala silinder. Dudukan katup terbuat dari baja khusus tahan panas dan aus. Lebar persinggungan katup adalah 1,2 – 1,8
mm. Gambar 2.23 adalah dudukan katup.
Gambar 2.23 Dudukan katup
j
Bushing
Pengantar Katup dan
Oil Seal Bushing
pengantar katup terbuat dari besi tuang dan berfungsi untuk mengarahkan katup agar duduk tepat pada dudukan katup. Gerakan katup
yang tidak lembut atau batang katup yang macet pada
bushing
penghantar katup disebut katup macet
valve stinking
.
Oil seal
berfungsi untuk mencegah oli motor masuk ke ruang bakar melalui bushing katup. Bila
oil seal
rusak akan menyebabkan oli masuk ke dalam ruang bakar , akibatnya oli menjadi boros. Biasanya lebih mudah
masuk ke ruang bakar melalui katup masuk.
commit to user 26
BAB III PERENCANAAN DAN GAMBAR