Proses Pembakaran Motor Bensin & Diesel

  Motor bakar adalah suatu pesawat yang digunakan untuk  merubah energi kimia  bahan bakar menjadi energi panas (termal), dan menggunakan energi tersebut untuk melakukan kerja mekanik. Proses kompresi adalah suatu keadaan dimana pada saat ruang bkar terjdi kompresi dan campuran bahan bakar dan udara mulai terbakar sampai habis, prosesnya pun berbeda baik pada motor bensin dan motor diesel.

A. PADA MOTOR BENSIN

1.  Proses Pembakaran

Pembakaran di dalam silinder adalah reaksi kimia tu reaksi persenyawaan bahan bakar dengan udara (oxygen), yang diikuti dengan timbulnya panas. Panas yang dilepas selama proses pembakaran inilah yang digunakan untuk tenga/power.

Mekanisme pembakaran dipengaruhi oleh keseluruhan proses pembakaran di mana atom-atom dari bahan bakar dapat bereaksi dengan oxigen dan membentuk gas. Perbandingan campuran kira-kira 12 sampai 15 berbading 1, artinya  12 – 15  kg udara dalam 1 kg bahan bakar.

Pada motor bensin menggunakan bahan bakar bensin yang mudah terbakar dan mudah menguap. Campuran  udara dan bensin yang masuk kedalam silinder dan dikompresikan oleh torak pada tekanan 8-15 bar atau 8-15 kg/cm² dinyalakan oleh loncatan bunga api listrik (busi). Kecepatan pembakaran 10 -25 m/det, suhu udara naik hingga 2000-2500⁰ C , tekanan pembakaran berkisar 30- 40 bar.

Proses pembakaran  pada motor bensin dapat terjadi apabila :

a.  Campuran bahan bakar udara masuk kedalam silinder.

b.   Campuran dikompresikan.

c.    Bahan bakar dinyalakan dengan bunga api listrik (busi).

 Bensin mengandung unsur-unsur carbon dan hydrogen yang dapat terbakar apabila :

     a.   Hydrocarbon terbakar bersama oxygen sebelum carbon bergabung dengan      oxygen. 

2. Carbon terbakar lebih dahulu daripada hydrogen.
3. Senyawa hydrocarbon terlebih dahulu bergabung dengan oxygen dan membentuk senyawa (senyawa hydroxilasi) dan kemudian terbakar (thermis).

 Jika pembakaran berlangsung, diperlukan :

1.      Bahan bakar dan udara dimasukan kedalam silinder.

2.      BahaN bakar dipanaskan hingga suhu nyala.

Dalam pembakaran hydrocarbon yang normal tidak akan terjadi jelaga jika kondisinya memungkinkan untuk proses hydroxilasi. Hal ini dimungkinkan bila pencampuran pendahuluan (premixture) antara bahan bakar dan udara mempunyai waktu yang cukup untuk memasukan oxygen kedalam molekul hydrocarbon.

Bila oxygen dan hydrogen tidak bercampur dengan baik, maka akan terjadi proses cracking di mana pada nyala akan timbul asap. Pembakaran semacam ini disebut pembakaran tidak sempurna.

Ada 2 kemungkinan yang dapat terjadi pada pembakaran motor bensin, yaitu:

1. Pembakaran sempurna (normal), di mana bahan bakar dapat terbakar seluruhnya pada saat dan kondisi beban yang dikehendaki.

2. Pembakaran tidak sempurna (tidak normal), di mana sebagian bahan bakar tidak ikut terbakar, atau atau tidak terbakar bersama-sama pada saat dan kondisi yang dikehendaki.

a.      Pembakaran Sempurna (normal)

Grafik pembakaran sempurna dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

  

Gambar  1.1. Grafik Pembakaran Sempurna.

Pada gambar memperlihatkan suatu grafik yang menunjukan hubungan antara tekanan dari sudut engkol mulai dari saat penyalaan sampai akir pembakaran. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa beberapa derajat setelah TMA.

Mekanisme pembakaran normal dalam motor bensin dimulai pada saat terjadinya loncatan bunga api pada busi. Selanjutnya api membakar gas bakar yang berada di sekelilingnya dan terus menjalar ke seluruh bagian sampai semua partikel gas bakar terbakar habis. Mekanisme pembakaran normal dalam motor bensin dimulai pada saat terjadinya loncatan api pada busi. Selanjutnya api membakar gas bakar yang berada disekelilingnya dan terus menjalar sampai seluruh partikel terbakar. Pada saat gas bakar dikompresikan , tekanan dan suhunya naik sehingga terjadi reaksi kimia dimana molekul hidro karbon terurai dan bercampur dengan oxygen dan udara. Bentuk ruang bakar yang dapat menimbulkan turbulensi pada gas tadi akan membuat gas dapat bercampur secara homogen.

b. Pembakaran Tidak Sempurna (Autoignition)

Pembakaran tidak sempurna merupakan proses pembakaran dimana sebagian bahan bakar tidak ikut terbakar, atau tidak terbakar bersama pada saat keadaan yang dikehendaki. Bila oxygen dan hdrokarbon tidak bercampur dengan baik maka akan terjadi proses pembakaran tidak normal timbul asap. Pembakaran semacam ini disebut pembakaran tidak sempurna. Akibat pembakaran tidak sempurna yaitu: Detonasi, dan Pre-ignition

1). Detonasi

Dalam hal ini gas baru yang belum terbakar terdesak oleh gas yang yang telah terbakar, sehingga tekanan dan suhu naik sampai keadaan hampir tebakar. Jika pada saat ini gas terbakar dengan sendirinya maka akan timbul ledakan (detonasi) yang menghasilkan gelombang kejutan (explosip) berupa suara ketukan (knocking noise) yang terjadi pada akhir pembakaran. Tekanan pembakaran dalam silinder lebihcept dari 40kg/cm2 tiap 0,001 detik. Akibatnya tenaga mesin berkurang dan akan memperpendek umur mesin. Hal-hal yang menyebabkan knocking adalah:

a. Perbandingan kompresi yang tinggi, tekanan kompresi, suhu pemanasan  campuran, dan suhu silinder yang terlalu tinggi.

b.  Pengapian yang terlalu cepat.

c.   Putaran mesin rendah dan penyebaran api lambat.

d. Penempatan busi dan konstruksi ruang bakar tidak tepat, serta jarak   penyebaran api terlampau jauh.

Penyebab detonasi pada motor bensin terbagi dalam dua jenis :

a). Detonasi karena campurab bahan bakar sudah menyala sebelum busi mengeluarkan bunga api.. Hal ini disebabkan karena kotoran-kotoran arang  yang tertimbun diatas kepla torak dan ruang bakar dan menyala terus menerus.. Untuk menghilangkannnya kotoran-kotoran yang menenpel perlu dibersihkan.

b).  Detonasi karena kecepatan pembakaran bahan bakar di sekitar busi sangat tinggi. Hal ini mengakibatkan bahan bakar tidak dapat terbakar secara sempurna dan meninggalkan sisa bahan bakar yang belum terbakar terkompresikan, menyebabka suhu pembakaran naik. Bahan bakar  terbakar dengan sendiirinya tanpa melalui busi. Artinya pembakaran bahan bakar lebih cepat daripada pembakaran normal. 

                                  

Gambar 1. 2. Garafik Detonasi motor.

2). Pre-ignition

Gejala pembakaran tidak sempurna adalah pre-ignation peristiwanya hampir sama dengan knocking tetapi terjadi hanya pada saat busi belum memercikan bunga api. 

                                                             Pre-ignition

Gambar 1. 3.  Grafik Pre Ignation motor.

Bahan bakar terbakar dengan sendirinya sebagai akibat dari tekanan dan suhu yang cukup tinggi sebelum terjadinya percikan bunga api pada busi.

 Jadi pre-ignation adalah peristiwa pembakaran yang terjadi sebelum sampai pada waktu yang dikehendaki. 

c.  Pembakaran Tidak Lengkap
      Pembakaran tidak lengkap yaitu apabila saat terjadinya loncatan bunga api pada busi untuk membakar semua hydrogen dan oxygen yang terkandung dalam campuran bahan bakar masih ada kelebihan atau kekurangan oxygen atau hydrogen

B,  PADA MESIN DIESEL

          Proses pembakaran pada mesin diesel Udara yang diisap ke dalam ruang bakar akan dikompresi oleh gerakan piston. Bahan bakar diinjeksikan pada + 150 sebelum TMA pada langkah kompresi hingga + 100 setelah TMA ke udara tekan dan bersuhu tinggi. Akibatnya, bahan bakar terbakar dengan sendirinya oleh udara kompresi. Suhu udara kompresi harus di atas 500 C0 (9320 F). Proses pembakaran pada mesin diesel dibagi menjadi 4 periode. perubahan tekanan mulai awal sampai akhir proses pembakaran. Perubahan tekanan ini yang menyebabkan bahan bakar terbakar dengan sendirinya. Untuk lebih jelasnya 4 periode proses pembakaran pada mesin diesel ini yaitu :

a. Periode pertama : Waktu pembakaran tertunda (A-B)

Persiapan ini merupakan fase persiapan pembakaran dimana partikelpartikel bahan bakar yang diinjeksikan bercampur dengan udara di dalam silinder agar mudah terbakar. Penambahan tekanan dalam hal ini diakibatkan oleh perubahan posisi poros engkol.

b. Periode kedua : Perambatan api (B-C) Pada akhir langkah pertama, campuran akan terbakar di beberapa tempat dalam silinder sehingga pembakaran mulai di beberapa tempat. Nyala api ini akan merambat dengan kecepatan tinggi seolah-olah campuran terbakar sekaligus menyebabkan tekanan dalam silinder cepat naik. Karena itu periode ini kadang-kadang disebut pembakaran letup. Kenaikan tekanan pada periode ini sesuai dengan jumlah campuran yang tersedia pada langkah pertama

c. Periode ketiga : Pembakaran langsung (C-D) Akibat nyala api di dalam silinder maka bahan bakar yang diinjeksikan langsung terbakar. Pembakaran langsung ini dapat sikontrol dari jumlah bahan bakar yang diinjeksikan, jadi periode ini sering disebut proses pembakaran dikontrol.

d. Periode keempat : Pembakaran lanjut (D-E) Injeksi berakhir pada titik D, tetapi bahan bakar belum terbakar semua. Jadi walaupun injeksi telah berakhir, pembakaran masih tetap berlangsung. Bila pembakaran lanjut ini terlalu lama, temperatur gas buang akan tinggi menyebabkan efisiensi turun.