Pengetahuan Dasar Gas Buang Mesin Diesel

Komposisi Udara Kita

Atmosfir bumi yang biasa kita sebut “udara” utamanya terdiri dari : Oksigen (O2) = 21% volume, dan Nitrogen (N2) = 78% volume. Sisanya 1% volume terdiri dari bermacam-macam gas diantaranya : Argon (Ar) = 0,94% Volume, dan Karbondioksida (CO2). Gas O2 (oksigen) sangat bermanfaat bagi kelangsungan makhluk hidup dimuka bumi ini untuk semua kegiatannya. Namun dengan adnya aktivitas manusia maka atmosfir bumi kita mulai tercemar dan rusak.

Bahan Bakar

Komposisi solar

Solar terdiri dari dua elemen pokok yaitu:

1. Normal cetane (C16H34)

2. Alpha - methylnaptalene (C16H7CH3)

Ditambah dengan unsur lain:

3. Sulfur (belerang) 1% lebih besar daripada bensin

4. Unsur dasar lain sama dengan bensin

Sifat Utama Solar

1. Tidak berwarna atau berwarna kuning muda dan berbau

2. Tidak mudah menguap pada temperatur normal

3. Minimum mulai terbakar bila dekat api pada temperatur 40-1000oC

4. Titik nyala sendiri (flash point) pada temperatur 3500oC

5. Berat Jenis kira-kira 0,82-0,86

6. Tenaga panas/kalori pada setiap kilogramnya adalah 10500 Kcal (10500Kcal/Kg)

Angka Cetane

Pada motor bensin dikenal dengan istilah bilangan atau angka oktane, namun pada diesel digunakan istilah bilangan atau angka cetane. Cetane number atau bilangan cetane adalah sebuah angka yang menetukan titik bakar dari bahan bakar. Angaka ini diperlukan sbagai batasan pemakaaian bahan bakar terhadap mesin. Apabila angka cetane yang dipergunakan tidak sesuai dengan rancangan mesin, maka akan timbul masalah-masalah sebagai berikut:

1. Bila terlalau tinggi; akan timbul efek panas yang berlebihan terhadap mesin sehingga komponen mesin cepat rusak.

2. Bila terlalu rendah; akan mengakibatkan timbulnya gejala ngelitik/Knocking , sehingga opasitas gas buang akan berlebihan karena pembakaran mesin tidak terjadi dengan sempurna, sehingga asap gas buangan mesin menjadi hitam pekat.

Proses Pembakaran Diesel

Prinsip kerja Mesin diesel 4 langkah

Mesin diesel 4 langkah siklus kerjanya sama dengan mesin bensin 4 langkah, disebut siklus tertutup karena prosesnya merupakan rangkaian ulangan tetap 4 langkah terdiri dari:

1. Langkah hisap/pemasukan

2. Langkah kompresi 

3. Langkah usaha/tenaga/Pembakaran

4. Langkah buang

Kesimpulan:

1. Pada mesin diesel pembakaran terjadi karena solar diinjeksikan/dikabutkan didalam ruang bakar yang telah berisi udara panas akibat kompresi, sehingga bahan bakar akan terbakar dengan sendirinya.

2. Tenaga pada mesin diesel dikontrol oleh banyaknya solar yang diinjeksikan kedalam ruang bakar

3. Perhatian utama dalam perawatan mesin diesel adalah tekanan kompresi yang cukup.

hal utama dalam proses pembakaran mesin diesel

Tekanan Kompresi

Perlu diingat bahwa kunci utama untuk menghasilkan pembakaran sempurna dalam mesin diesel adalah tekanan kompresi. Udara dalam silinder dikompreikan oleh gerakan piston ke TMA, hal tersebut mengakibatkan temperatur udara dalam silinder meningkat. Semakin tinggi panas yang dihasilkan maka pembakaran akan terjadi makin baik. 

Perhatikan grafik hubungan antara tekanan, perbandingan kompresi dan panas disamping ini, diasumsikan bahwa tidak ada kebocoran antara piston dan silinder serta tidak ada kehilangan panas selama kompresi. Pada perbandingan kompresi 16, maka tekanan maksimal bisa didapatkan 50 kg/cm2 dan temperatur bisa mencapai maksimal 560oC.

Jumlah udara yang masuk kedalam silinder akan mempengaruhi titik penyalaan sendiri (self-ignition point). Maka dari itu, sistim pemasukan udara menjadi hal yang sangat penting pada mesin diesel.

Bahan Bakar

Bahan bakar solar yang digunakan mesin diesel juga memerlukan perhatian, karena solar tersebut harus bisa terbakar dengan sendirinya ketika diinjeksikan didalam udara tinggi. Makin rendah titik nyala sendiri dari solar maka akan menghasilkan peningkatan kinerja pembakaran bahan bakar yang berarti meningkatkan kinerja mesin. Di dalam mengukur kemampuan solar untuk menyala dengan sendirinya digunakan angka cetane number , rata-rata mesin diesel membutuhkan solar dengan bilangan cetane antara 40 hingga 45.

Tahapan pembakaran dalam mesin diesel

1. Tahap pertama: pembakaran tertunda , tahap ini adalat persiapan pembakaran dimana solar yang dikabutkan ke uadara panas dalam ruang bakar dapat bercampur dengan dengan udara panas sehingga menjadi campuran yang mudah terbakar. Peningkatan tekanan terjadi secara konstan seiring dengan sudut engkol.

2. Tahap kedua: perambatan api , campuaran yang mudah terbakar telah terbentuk merata diseluruh bagian dalam silinder, pembakaran mulai terjadi dibeberapa bagian dalam silinder, pembakaran ini berlangsung sangat cepat sehingga campuran terjadi secara mendadak dan terjadilah letupan (explosive). Letupan ini berakibat tekanan dalam silinder meningkat dengan cepat. Akhir tahap ini disebut tahap pembakaran letupan. 

3. Tahap ketiga: pembakaran langsung , injeksi bahan-bakar masih belangsung, karena tekanan dan suhu yang tinggi didalam silinder maka solar yang dinjeksi langsung terbakar oleh api dalam silinder, pembakaran dikontrol oleh jumlah bahan bakar yang diinjeksikan, sehingga tahap ini disebut juga tahap pengontrolan pembakaran.

4. Tahap keempat: pembakaran lanjutan , pada titik D injeksi bahan bakar berhenti, namun solar masih ada yang belum terbakar, maka pada Bahan Bakar

Bahan bakar solar yang digunakan mesin diesel juga memerlukan perhatian, karena solar tersebut harus bisa terbakar dengan sendirinya ketika diinjeksikan didalam udara tinggi. Makin rendah titik nyala sendiri dari solar maka akan menghasilkan peningkatan kinerja pembakaran bahan bakar yang berarti meningkatkan kinerja mesin. Di dalam mengukur kemampuan solar untuk menyala dengan sendirinya digunakan angka cetane number , rata-rata mesin diesel membutuhkan solar dengan bilangan cetane antara 40 hingga 45.

Knocking pada diesel

Ketika pembakaran tertunda terjadi lebih panjang, disebabkan oleh terlalu banyaknya bahan bakar yang diinjeksikan pada tahapan pembakaran tertunda, akan menyebabkan terlalu banyak bahan bakar yang terbakar pada tahapan kedua dan mengakibatkan tekanan dalam silinder meningkat dengan tajam dan menghasilkan getaran dan suara, inilah yang disebut diesel knock.

Untuk mencegah diesel knock, maka harus dihindari terjadinya peningkatan tekanan secara mendadak dengan cara membuat campuran yang mudah terbakar pada temperatur rendah atau mengurangi jumlah bahan bakar yang diinjeksikan ketika tahapan penundaan penyalaan.

Metode Khusus berikut ini digunakan untuk menghilangkan diesel knock:

1. Menggunkan bahan bakar dengan angka cetane lebih tinggi

2. Menaikkan temperatur udara dan tekanannya saat mulai injeksi

3. Mengurangi volume injeksi saat mulai menginjeksikan bahan bakar

4. Menaikkan temperatur ruang bakar, khususnya daerah dekat titik bahan bakar diinjeksikan.

komposisi gas buang diesel

Gas buang mesin diesel sangat banyak mengandung partikulat karena banyak dipengaruhi oleh faktor dari bahan bakar yang tidak bersih. Apabila dikelompokkan secara keseluruhan makagas buangan mesin diesel memiliki komposisi seperti yang diperlihatkan pada gambar berikut ini.

Faktor lain yang sangat dominan dalam memberikan sumbangan zat cemaran keudara adalah faktor Campuran udara kompresi dengan bahan bakar yang disemprotkan. Pencampuran yang tidak sebanding (terlalu banyak bahan)akan menghasilkan gas buangan yang mengandung partikulat berlebihan. Grafik dibawah ini menunjukkan dimana pada kondisi pencampuran yang sangat kaya (lambda mendekati nol) maka partikulat akan meningkat dengan tajam.

Grafik hubungan partikulat dengan perbandingan H/C dalam bahan bakar

Pelumas tidak terbakar

Komponen ini menempati penyumbang terbesar dalam gas buang, yaitu 40%, berasal dari minyak pelumas dalam silinder yang tidak terbakar selama proses pembakaran, komponen ini menyumbangkan asap berwarna yang keputih-putihan. Semakin banyak minyak pelumas yang ikut dalam proses pembakaran maka akan semakin banyak warna putih dalam gas buang.

Minyak pelumas yang tidak terbakar tersebut mengandung susunan karbon (C dan H)

residu / Kotoran

Partikulat pada gas buang mesin diesel berasal dari partikel susunan bahan bakar yang masih berisikan kotoran kasar (abu, debu) dikarenakan pemrosesan bahan bakar yang kurang baik. 

Terutama bahan bakar diesel di Indonesia, biasanya solar tidak berwarna atau bening, namun bahan bakar solar kita pasti berwarna agak ke gelapan. Ini menandakan adanya kotoran dalam bahan bakar. 

Sehingga pada saat terjadi pembakaran, kotoran tersebut akan tyerurai dari susunan partikel yang lain dan tidak terbakar. Semakin banyak residu dalam bahan bakar, dengan mesin secanggih apapun akan dihasilkan gas buangan dengan kepulan asap hitam.

Sulfat

Sulfur yang ada pada bahan bakar yang berasal dari fosil adalah hal yang sudah lumrah., sulfur tersebut berbentuk sulfur organik maupun non organik. Pembakarn pada mesin diesel dengan menggunakan bahan bakar fosil biasanya akan menghasilkan sulfur dioksida (SO2) dan sulfur trioksida (SO3) dengan perbandingan 30 : 1, berarti sulfur dioksida merupakan bagian yang sangat dominan dalam gas buang diesel. 

Sulfur dioksida yang ada diudara bila bertemu dengan uap air akan membentuk susunan asam, selanjutnya bisa terjadi hujan asam yang sangat merugikan.

Lain-lain

8% gas buang diesel merupakan kumpulan dari bermacam-macam gas beracun diantaranya: CO, HC, CO2, NOx,. Sudah diuraikan dalam bab pendahuluan bahwa gas buangan susunan tersebut meskipun hanya dalam jumlah yang kecil (8%), namun tetap memberikan andil dalam pencemaran udara. 

Gas-gas beracun tersebut bisa dikurangi dengan cara membuat proses pembakaran di dalam mesin menjadi lebih sempurna dengan cara meningkatkan kemampuan kompresi dan injeksi bahan bakar yang tepat waktu dan jumlah dengan bahan bakar yang lebih baik kualitasnya.

Solar tidak terbakar

Solar yang tidak terbakar setelah proses pembakaran ada 7% dari seluruh gas buang diesel. Solar yang tidak terbakar ini berupa Karbon ( C ) yang terpisah dari HC akibat prengkahan selama terjadi pembakaran. Semakin banyak solar tidak terbakar yang keluar maka akan semakin hitam warna asap gas buangan yang dikeluarkan oleh mesin.