Bagaimana cara kerja mesin diesel? Mesin ini memampatkan udara di dalam silinder dengan sangat kuat hingga suhunya mencapai beberapa ratus derajat Celsius, lalu menyemprotkan bahan bakar ke dalam udara panas tersebut, tempat bahan bakar menyala dengan sendirinya. Ini disebut penyalaan kompresi: tidak ada busi, dan daya dikendalikan oleh jumlah bahan bakar yang diinjeksikan, bukan dengan membatasi aliran udara. Karena mesin diesel bekerja dengan rasio kompresi sekitar 14:1 hingga 22:1, mesin ini mengubah lebih banyak energi bahan bakar menjadi kerja dibandingkan mesin bensin, sehingga digunakan untuk menggerakkan truk, kapal, genset, dan mesin konstruksi.
Poin utama
- Mesin diesel menyalakan bahan bakar melalui panas udara yang dimampatkan, bukan melalui percikan api; rasio kompresi umumnya sekitar 14:1 hingga 22:1, dibandingkan sekitar 8:1 hingga 12:1 pada mesin bensin.
- Sebagian besar mesin diesel menggunakan siklus empat langkah (isap, kompresi, usaha, buang); mesin kapal yang sangat besar dan beberapa desain lama menggunakan siklus dua langkah.
- Mesin diesel tidak memiliki busi; banyak yang memiliki busi pijar atau pemanas udara masuk yang hanya membantu penyalaan saat dingin.
- Paten Rudolf Diesel diberikan di Jerman pada 1893, dan mesin pertamanya yang berfungsi didemonstrasikan di Augsburg pada 1897 dengan efisiensi sekitar 26 persen.
- Mesin diesel tugas berat modern mencapai efisiensi termal poros di kisaran pertengahan 40 persen, dan mesin diesel kapal besar berputaran rendah melampaui 50 persen.
Bagaimana cara kerja mesin diesel, langkah demi langkah?
Mesin diesel empat langkah menyelesaikan satu siklus kerja dalam dua putaran poros engkol. Setiap piston menjalani empat langkah, dan sistem bahan bakar mengatur waktu injeksi pada akhir langkah kompresi.
- Langkah isap. Piston bergerak turun dengan katup masuk terbuka dan hanya mengisap udara. Pada mesin dengan turbocharger, udara masuk dalam kondisi bertekanan, sehingga lebih banyak oksigen masuk ke dalam silinder.
- Langkah kompresi. Kedua katup menutup dan piston bergerak naik, memampatkan udara hingga hanya menjadi sebagian kecil dari volume awalnya. Kompresi meningkatkan suhu udara jauh di atas titik penyalaan sendiri bahan bakar diesel.
- Langkah usaha. Menjelang titik teratas langkah, injektor menyemprotkan bahan bakar yang dikabutkan secara halus ke dalam udara panas. Bahan bakar menyala setelah jeda yang sangat singkat, gas mengembang, dan tekanannya mendorong piston ke bawah sehingga memutar poros engkol.
- Langkah buang. Katup buang terbuka dan piston yang bergerak naik mendorong gas hasil pembakaran keluar, bersiap untuk langkah isap berikutnya.
Singkatnya, begitulah cara kerja mesin diesel pada setiap siklus. Perbedaan utama dari mesin bensin terletak pada langkah 1 dan 3. Mesin bensin mengisap campuran udara dan bahan bakar serta menggunakan percikan api untuk menyalakannya, sedangkan mesin diesel hanya mengisap udara dan mengendalikan keluarannya sepenuhnya melalui jumlah bahan bakar yang diinjeksikan.
Apakah mesin diesel memiliki busi?
Tidak. Mesin diesel tidak menggunakan busi karena bahan bakar menyala akibat panas kompresi. Yang dimiliki banyak mesin diesel adalah alat bantu penyalaan saat dingin: busi pijar yang memanaskan ruang bakar, atau pemanas kisi yang menghangatkan udara masuk.
Alat bantu ini paling penting saat cuaca dingin dan pada mesin yang lebih kecil, ketika dinding silinder menyerap lebih banyak panas selama kompresi. Setelah mesin berjalan, panas pembakaran sudah mencukupi dan busi pijar dimatikan, meskipun beberapa mesin modern tetap mengaktifkannya sebentar setelah mesin menyala untuk mengurangi asap putih dan kebisingan.
Bagaimana mesin diesel mulai menyala?
Mesin diesel mulai menyala ketika motor starter memutar poros engkol cukup cepat agar kompresi memanaskan udara hingga melampaui suhu penyalaan. Sistem kontrol atau pompa injeksi kemudian menyalurkan bahan bakar, pembakaran pertama terjadi di silinder, dan putaran mesin meningkat dengan sendirinya.
Mesin besar dapat menggunakan sistem starter udara bertekanan sebagai pengganti starter listrik. Kesulitan menghidupkan mesin biasanya menunjukkan salah satu dari beberapa penyebab: putaran starter rendah akibat baterai lemah, udara dalam sistem bahan bakar, injektor aus, kompresi rendah akibat ring piston atau katup aus, atau alat bantu penyalaan dingin yang rusak. Setelah setiap penggantian filter bahan bakar, udara harus dibuang dari sistem bahan bakar atau sistem harus diisi awal sebelum mesin dapat dihidupkan dengan andal; panduan penggantian filter bahan bakar diesel membahas langkah tersebut.
Apa saja komponen utama mesin diesel?
Mesin diesel memiliki arsitektur dasar yang sama dengan mesin piston lainnya, tetapi dibuat lebih kokoh untuk menahan tekanan silinder yang lebih tinggi. Tabel ini berfungsi sebagai diagram sederhana mesin diesel dalam bentuk uraian.
| Komponen | Fungsi | Catatan khusus mesin diesel |
|---|---|---|
| Blok dan liner silinder | Menampung silinder dan saluran cairan pendingin | Sering menggunakan liner basah atau kering yang dapat diganti pada mesin tugas berat |
| Kepala silinder | Menjadi tempat katup, injektor, dan lubang saluran | Dibuat untuk menahan tekanan puncak yang tinggi; dapat dilengkapi busi pijar |
| Piston dan ring piston | Merapatkan ruang bakar dan meneruskan gaya | Sering memiliki cekungan pembakaran yang dikerjakan dengan pemesinan pada mahkota piston |
| Batang penghubung dan poros engkol | Mengubah gerak piston menjadi putaran | Lebih berat daripada pada mesin bensin berukuran sama |
| Poros nok dan mekanisme katup | Membuka dan menutup katup masuk dan buang | Prinsipnya sama dengan mesin bensin |
| Sistem injeksi bahan bakar | Menakar dan menginjeksikan bahan bakar pada tekanan tinggi | Pompa mekanis atau common rail elektronik |
| Turbocharger dan intercooler | Mendorong lebih banyak udara ke dalam silinder | Dipasang pada sebagian besar mesin diesel modern selain yang berukuran kecil |
| Sistem pendinginan | Membuang panas melalui cairan pendingin atau udara | Pendinginan cairan paling umum; mesin kecil dapat menggunakan pendinginan udara |
| Sistem pengolahan gas buang | Membersihkan gas buang | DPF, SCR dengan urea (DEF), dan katalis oksidasi pada mesin modern untuk penggunaan jalan raya dan nonjalan raya |
Sistem injeksi bahan bakar apa yang digunakan mesin diesel?
Injeksi bahan bakar diesel telah berkembang dari pompa yang sepenuhnya mekanis menjadi sistem bertekanan tinggi yang dikendalikan secara elektronik. Kedua jenis masih digunakan, terutama dalam aplikasi industri dan kelautan.
- Pompa mekanis segaris atau rotari menakar bahan bakar menggunakan nok dan plunger serta mengirimkannya ke setiap injektor pada saat yang tepat. Konstruksinya sederhana dan mudah diperbaiki di lapangan, sehingga tetap populer untuk mesin generator dan kapal kerja seperti mesin enam silinder tipe 6BT.
- Injektor unit menggabungkan elemen pompa dan injektor dalam satu badan pada setiap silinder.
- Injeksi common rail menyimpan bahan bakar pada tekanan sangat tinggi di dalam rel bersama, dan injektor yang dikendalikan secara elektronik dapat menyemprotkan bahan bakar beberapa kali per siklus. Hal ini memungkinkan pembakaran yang lebih senyap, emisi lebih rendah, dan konsumsi bahan bakar yang lebih hemat, tetapi memerlukan bahan bakar bersih dan alat diagnostik.
Mesin juga berbeda dalam hal lokasi masuknya bahan bakar. Sebagian besar mesin diesel modern menggunakan injeksi langsung ke dalam cekungan pada mahkota piston. Beberapa mesin lama dan mesin yang lebih kecil menggunakan injeksi tidak langsung ke dalam ruang pendahuluan, yang lebih senyap tetapi kurang efisien dan biasanya memerlukan busi pijar.
Mengapa mesin diesel begitu efisien?
Efisiensi diesel berasal dari tiga hal: kompresi tinggi, pembakaran dengan campuran miskin bahan bakar, dan tidak adanya rugi akibat pembatasan udara masuk. Rasio kompresi dan ekspansi yang lebih tinggi menghasilkan lebih banyak kerja dari jumlah panas yang sama, dan karena mesin diesel tidak membatasi udara masuknya, mesin ini menghindari rugi pemompaan yang dialami mesin bensin pada beban parsial.
Bahan bakar diesel juga mengandung lebih banyak energi per galon. Badan Informasi Energi AS mencantumkan sekitar 137381 Btu per galon untuk bahan bakar diesel dibandingkan sekitar 120214 Btu untuk bensin kendaraan, sekitar 14 persen lebih banyak. Situs penghematan bahan bakar pemerintah AS menyatakan bahwa kendaraan diesel umumnya sekitar 30 hingga 35 persen lebih hemat bahan bakar dibandingkan kendaraan bensin sejenis.
| Jenis mesin | Efisiensi termal poros puncak yang umum |
|---|---|
| Mesin bensin kecil | Sekitar 25–35% |
| Mesin diesel otomotif modern | Sekitar 35–42% |
| Mesin diesel truk tugas berat dan industri | Sekitar 40–46% |
| Mesin diesel kapal dua langkah besar berputaran rendah | Di atas 50% |
Angka-angka ini merupakan nilai puncak indikatif; efisiensi aktual bergantung pada beban, putaran, dan perawatan. Untuk perbandingan langsung kedua jenis mesin, lihat mesin diesel vs mesin bensin.
Siapa yang menemukan mesin diesel, dan kapan?
Mesin diesel ditemukan oleh insinyur Jerman Rudolf Diesel. Ia mengajukan patennya pada 1892, paten tersebut diberikan pada 1893, dan setelah bertahun-tahun pengembangan di pabrik Maschinenfabrik Augsburg (kemudian menjadi MAN), mesin pertama yang praktis digunakan beroperasi pada 1897, dengan efisiensi sekitar 26 persen, jauh melampaui mesin uap pada masa itu.
Diesel pada awalnya membayangkan mesin yang dapat dijalankan dengan berbagai bahan bakar, termasuk debu batu bara dan minyak nabati. Dalam beberapa dekade, mesin diesel telah menyebar ke kapal, kapal selam, lokomotif, dan pembangkit listrik stasioner, lalu ke truk dan traktor pertanian.
Apa saja jenis mesin diesel?
Mesin diesel biasanya diklasifikasikan berdasarkan siklus, putaran, dan aplikasi. Putaran merupakan pembagian yang paling berguna bagi pembeli karena berkorelasi dengan ukuran, berat, dan daya tahan.
- Mesin diesel berputaran tinggi (di atas sekitar 1000 rpm) menggerakkan truk, genset, mesin konstruksi, serta kapal kecil hingga menengah.
- Mesin diesel berputaran menengah (sekitar 300 hingga 1000 rpm) menggerakkan kapal yang lebih besar, lokomotif, dan pembangkit listrik.
- Mesin diesel berputaran rendah (di bawah sekitar 300 rpm), yang hampir selalu menggunakan siklus dua langkah, menggerakkan baling-baling kapal niaga besar secara langsung.
Sistem diesel-elektrik memasangkan mesin diesel dengan generator dan motor listrik, seperti pada lokomotif serta banyak feri dan kapal lepas pantai. Untuk keluarga mesin yang digunakan dalam industri, lihat panduan mesin diesel industri, dan untuk unit kecil berpendingin udara dan cairan, lihat panduan mesin diesel kecil.
Apakah mesin diesel lebih andal?
Dalam pekerjaan berat, mesin diesel umumnya bertahan lebih lama daripada mesin bensin dengan keluaran daya serupa. Mesin ini dibuat dengan blok, poros engkol, dan bantalan yang lebih kuat untuk menangani tekanan silinder tinggi, beroperasi pada rpm lebih rendah, dan tidak memiliki sistem pengapian yang dapat mengalami kerusakan.
Keandalan tetap bergantung pada kualitas bahan bakar, penyaringan udara, pendinginan, dan kedisiplinan penggantian oli. Mesin diesel modern dengan pengendalian emisi memiliki komponen tambahan seperti filter partikulat dan sistem SCR yang memerlukan perawatan tersendiri. Shanghai Mars Industrial (MARS) memasok mesin diesel untuk kapal, genset, truk, dan mesin industri, dan setiap mesin dapat diuji operasi sebelum dikirim dengan laporan tertulis dan video; minta spesifikasi untuk aplikasi tertentu.
Pertanyaan yang sering diajukan
Apakah mesin diesel memiliki busi?
Tidak. Bahan bakar diesel menyala akibat panas udara yang dimampatkan, sehingga tidak ada busi. Banyak mesin diesel memiliki busi pijar atau pemanas udara masuk yang hanya membantu penyalaan saat dingin.
Berapa rasio kompresi mesin diesel?
Sebagian besar mesin diesel modern beroperasi pada rasio sekitar 14:1 hingga 22:1, sedangkan beberapa desain injeksi tidak langsung yang lebih lama mencapai sekitar 23:1 atau lebih tinggi. Mesin bensin biasanya beroperasi pada rasio sekitar 8:1 hingga 12:1.
Bisakah mesin diesel menggunakan bensin?
Tidak. Bensin memiliki angka setana yang sangat rendah dan tidak dapat menyala sendiri dengan benar dalam mesin diesel, serta tidak memiliki daya lumas yang dibutuhkan sistem injeksi. Mengisi tangki diesel dengan bensin dapat merusak pompa dan injektor, sehingga sistem bahan bakar harus dikuras sebelum mesin dihidupkan.
Apa itu propulsi diesel-elektrik?
Ini adalah sistem di mana mesin diesel menggerakkan generator, dan motor listrik menggerakkan roda atau baling-baling. Sistem ini digunakan pada lokomotif serta banyak feri, kapal lepas pantai, dan kapal pesiar karena memungkinkan penataan mesin yang fleksibel dan pengoperasian yang efisien pada beban parsial.
Mengapa mesin diesel menghasilkan torsi lebih besar?
Mesin diesel biasanya memiliki langkah piston panjang, tekanan silinder tinggi, dan turbocharger, yang menghasilkan torsi kuat pada rpm rendah. Hal ini membuatnya sangat cocok untuk beban berat, penarikan, dan penggerak baling-baling.
