ENGINE
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.
