BAB III KAJIAN TEORI 3.1 Fundamental Engine Engine adalah suatu alat yang memiliki kemampuan untuk mengubah energi panas menjadi energi gerak. Melalui hasil pembakaran dan panas yang dihasilkan oleh 3 faktor: 1.Panas (Heat) 2.Udara (Air) 3.Bahan Bakar (Fuel) Prinsip kerja engine 2 & 4 langkah adalah sama, yakni:pengisapan, kompresi, power (kerja), dan pembuangan.Sedangkan perbedaannya pada jumlah putaran crank-shaft per siklus yang menghasilkan kerja a) 2 Langkah: Dua kali langkah piston - satu kali putaran crankshaft - menghasilkan satu kali langkah kerja. b) 4 Langkah: Empat kali langkah piston - dua kali putaran crankshaft - menghasilkan satu kali langkah kerja.
Sebagian besar alat berat menggunakan diesel engine karena alasan kebutuhan dan juga efisiensi, rata –rata diesel engine juga mempunyai kompresi dan torque yang lebih besar dibanding engine petrol itulah mengapa srtruktur diesel engine cenderung lebih kuat.berikut tabel perbandingan diesel engine dan engine petrol/gasoline.
I T E M
GASOLINE
DIESEL
Siklus Pembakaran Perbandingan Kompresi Metode Pemasukan Bahan Bakar Metode Penyalaan Sistem Bahan Bakar Konstruksi Efisiensi Panas Getaran & Suara
Siklus OTTO Rendah (6:1 – 10:1) Fuel + Udara Bensin Busi (spark plug) Karburator Ringan Rendah (25 – 30%) Kecil
Siklus SABATHE Tinggi (12:1 – 23:1) Udara Solar Kompresi Pompa Injeksi + Injektor Berat Tinggi (30 – 37%) Besar
3.2 Air Intake end exhaust system Kerja engine diesel yang effisien memerlukan jumlah udara yang tepat pada ruang pembakaran dan gas buang dapat keluar dengan hambatan yang minimal. Suhu udara masuk dan gas buang yang keluar juga merupakan hal yang penting pada performa dan usia pakai engine.
System pemasukan udara dibagi menjadi 2 yaitu : 1. Natural aspirated merupakan system pemasukan udara kedalam ruang bakar secara alamiah. Hisapan piston saat langkah intake mengakibatkan udara luar mengalir
melewati precleaner, air cleaner, intake manifold karena terjadi kevakuman diruang bakar. Apabila terjadi hambatan pada air cleaner dan system intake, kerapatan udara yang dihisap menjadi sangat rendah dibanding kerapatan udara atmosfer. Karena jumlah udara terbatas maka bahan bakar yang diinjeksikan juga terbatas sehingga tenaga yang dihasilkan juga terbatas. 2. Turbocharger Merupakan sytem pemasukan ke dalam ruang bakar dengan `1WA bantuan turbocharger .turbocharger bekerja dengan memanfaatkan pressure dari exhaust manifold untuk memutar turbin dan karna turbin satu shaft dengan wheel compresor maka compresor ikut berputar, dengan turbocharger suplay udara ke ruang bakar akan bertambah pada ketinggian permukaan laut dan menormalkan suplay udara saat berada diatas ketinggian permukaan laut . Turbocharger
engine yang menggunakan turbocharger terbagi menjadi 2 jenis yaitu: a) turbocharger b) turbocharger aftercooler
turbocharger yang menggunakan aftercooler dibagi menjadi 3 : a) air to air aftercooler b) jacket water aftercooler c) separate circuit aftercooler
3.3 Komponen – Komponen Air Intake and exhaust System 3.3.1
Precleaner
Pada beberapa engine juga dilengkapi dengan precleaner. Precleaner terletak pada lokasi sebelum udara memasuki air cleaner. Tujuan penggunaan precleaner adalah untuk menyaring partikel debu atau kotoran yang lebih besar sebelum memasuki air cleaner. Hal ini akan meningkatkan usia pakai air cleaner.
3.3.2
Air Cleaner
Udara memasuki engine melalui air cleaner. Pada air cleaner terdapat elemen penyaring yang akan memisahkan material debu pada udara sebelum memasuki engine. Terdapat beberapa jenis air cleaner yang saat ini tersedia untuk masing masing engine. Gunakan buku Operation & Maintenance Manual (Pengoperasian & Perawatan) untuk prosedur yang benar dalam perawatan.
Air cleaner engine harus dirawat secara berkala. Pada beberapa air cleaner dilengkapi dengan service indicator (penunjuk perawatan). Indikator ini memantau besarnya hambatan melalui air cleaner sehingga bisa diketahui apabila filter tersumbat.
Service indicator merupakan metode yang paling akurat untuk menentukan kapan air cleaner harus dibersihkan. Air cleaner harus dibersihkan atau diganti apabila diafragma warna kuning memasuki area merah atau piston warna merah terlihat.
3.3.3 Turbocharger Beberapa engine diesel dilengkapi dengan turbocharger untuk meningkatkan performa dan effisiensi engine. Turbocharger menerima aliran udara yang telah dibersihkan oleh air cleaner. Putaran compressor pada turbocharger mengisap udara untuk masuk, dan menekan dan mengalirkannya menuju cylinder.
Keuntungan Menggunakan Turbocharger
Keuntungan menggunakan Turbocharger antara lain: 1.
Tenaga. Udara bertekanan memiliki lebih banyak oksigen per satuan volume. Dengan lebih banyak oksigen pada cylinder maka lebih banyak juga bahan bakar yang dapat disemprotkan untuk dapat menghasilkan tenaga yang lebih besar.
2.
Effisiensi. Proses penekanan dengan jumlah udara yang lebih mencukupi menghasilkan effisiensi pembakaran lebih tinggi sehingga akan menurunkan emisi dan konsumsi bahan bakar yang lebih bagus.
Turbo engine V8 SCANIA R580 Pada saat turbocharger menekan udara (menaikkan tekanan udara pada intake), suhu udara akan naik. Bila suhu udara naik, maka density (kerapatan udara) akan menurun sehingga jumlah oksigennya tidak maksimal. Bila udara bertekanan ini dialirkan menuju engine, maka effisiensi yang dihasilkan oleh udara bertekanan akan hilang. Hal inilah yang menyebabkan mengapa aftercooler diperlukan. Aftercooler akan menurunkan suhu udara sebelum
memasuki cylinder.
3.3.4 Aftercooler Aftercooler digunakan bersama dengan turbocharger untuk menurunkan suhu udara yang akan memasuki ruang bakar. Ini menyebabkan kerapatan udara menjadi meningkat, sehingga jumlah udara menjadi lebih banyak dan effisiensi dan tenaga yang dihasilkan engine meningkat.
Terdapat tiga jenis aftercooler yang digunakan engine diesel. Semua jenis aftercooler berfungsi sama. Aftercooler akan menyerap panas dari udara sehingga udara menjadi lebih dingin dan kerapatan udaranya menjadi meningkat.
3.3.4A Air To Air Aftercooler (ATAAC)
Dengan menggunakan aftercooler jenis ini, inti pendingin (cooler core) yang terpisah dipasang di bagian depan radiator engine. Udara dengan suhu luar yang dihembuskan oleh fan engine akan mengalir melintasi aftercooler core. Udara bertekanan dari turbocharger didinginkan oleh air to air aftercooler sebelum memasuki intake manifold. Ini merupakan metode yang sangat effektif untuk mendinginkan udara bertekanan apabila terdapat udara yang dingin dalam jumlah besar yang dapat melewati aftercooler. Karena alasan inilah mengapa sistem ini banyak digunakan pada kendaraan berkecepatan tinggi (on-highway truck).
3.3.4B Jacket Water Aftercooler (JWAC)
Sistem jacket water aftercooler memiliki core assembly yang berisi coolant. Coolant yang digunakan adalah coolant yang sama yang digunakan untuk mendinginkan engine. Coolant ini digunakan untuk mendinginkan udara yang akan memasuki ruang bakar. Coolant dari water pump mengalir melalui aftercooler core. Udara bertekanan dari turbocharger didinginkan oleh aftercooler ini sebelum memasuki intake manifold
3.3.4CSeparate Circuit Aftercooler (SCAC)
Sistem aftercooler rangkaian terpisah (separate circuit aftercooler) mirip dengan sistem jacket water aftercooler dengan beberapa perbedaan yang kecil. Rangkaian pendingin udara terpisah dari sistem pendingin yang digunakan untuk mendinginkan engine (jacket water). Jacket water bekerja untuk mendinginkan engine head, engine block, oli transmissi dan lain- lain. Sistem separate circuit aftercooler memiliki pompa, saluran air dan pemindah panas tersendiri. Sistem ini umumnya digunakan pada aplikasi dimana proses pendinginan udara yang maksimum diperlukan. Beberapa aplikasi marine menggunakan sistem ini dengan pemindah panas (heat exchanger) yang dirancang untuk menggunakan air laut untuk sirkuit pendingin. Pada truck besar yang digunakan pada pertambangan juga menggunakan aftercooler jenis ini.
3.3.5 Inlet Manifold Dari air cleaner (atau turbocharger/aftercooler bila dilengkapi), udara memasuki inlet manifold yang kemudian meneruskan udara menuju cylinder head.
3.4 Langkah Pembakaran 3.4.1 Langkah Isap
Udara mengisi saluran masuk pada cylinder head. Saat langkah isap, ketika piston bergerak menuju titik mati bawah, intake valve membuka sehingga udara mengisi ruang pada cylinder.
Tabel diatas menunjukkan temperatur udara pada inlet manifold pada berbagai macam jenis aftercooler. Terlihat bahwa pendinginan yang paling baik terjadi pada separate circuit aftercooler. Penggunaan aftercooler memberikan keuntungan yang terdiri dari: 1. Meningkatkan
effisiensi bahan bakar sebesar 7% pada beberapa rating
engine. 2. Meningkatkan 3. Mengurangi
kemampuan engine
kadar Nox dan partikel pada gas buang
3.4.2 Langkah Kompressi
Pada langkah kompresi, saat piston bergerak naik, intake valve menutup. Udara yang terjebak dalam cylinder ditekan. Karena tekanan udara naik maka suhu udara juga akan naik mencapai titik dimana suhu udara akan membakar bahan bakar pada saat bahan bakar disemprotkan kedalam cylinder. 3.4.3 Langkah Tenaga
Beberapa derajat sebelum piston mencapai titik mati atas, bahan bakar disemprotkan kedalam cylinder. Bahan bakar tercampur dengan udara panas dan pembakaran dimulai. Tenaga yang dihasilkan oleh proses pembakaran ini akan menekan piston turun dan menghasilkan langkah tenaga.
3.4.4 Langkah Buang
Sesaat sebelum langkah buang berakhir, exhaust valve membuka. Tekanan sisa dari pembakaran akan keluar dengan cepat menuju exhaust manifold. Pada saat piston bergerak menuju titik mati atas lagi atau pada langkah buang, gas hasil pembakaran didorong keluar dari cylinder oleh piston. Pada akhir langkah buang exhaust valve menutup dan siklus empat langkah akan dimulai lagi.