Ruang Bakar.........

1

Rencana Pembelajaran Kegiatan Mingguan (RPKPM). Pe

rtem

uan

ke

Capaian Pembelajaran

Topik

(pokok, subpokok bahasan, alokasi

waktu)

Media Ajar Metode Evaluasi

dan Penilaian

Metode Ajar

Aktivitas Mahasiswa

Aktivitas Dosen/ Nama

Pengajar

Sumber Ajar (pustaka)

Teks

Pres

enta

si

Gam

bar

Audi

o/Vi

deo

Soal

-tug

as

Web

6. Mahasiswa dapat menjelaskan tipe-tipe ruang bakar dan cara kerjanya

Ruang Bakar (combustion chamber)

Waktu: 1x pertemuan @100 menit

Ѵ Ѵ Ѵ - Ѵ - Quis -Mahasis wa menerima materi kuliah

- Mahasiswa

Mengerjakan Quiz secara individu di kelas

-Menerima materi kuliah

-Mengerjakan Quiz secara individu di kelas

-Menyampai

kan materi

kuliah

-Memberi-kan soal dan mengawasi mahasiswa mengerjakan Quiz di kelas

Pengajar: Greg. Sukartono

1. Wiranto A M., 1979, Motor Diesel Putaran Tinggi, Ed. 3, Pradnya Paramita, Jakarta

2.Maleev V L., Bambang Priambodo, 1991, Operasi dan Perawatan Mesin Diesel, Erlangga, Jakart

2

Bab VI. Ruang Bakar ( Combustion Chamber )

Diskripsi singkat :

Pada mesin diesel penyemprotan Bahan bakar ke dalam ruang bakar berlangsung

dalam periode (20-35) derajat sudut engkol. Dengan demikian untuk meningkatkan

pencampuran maka perlu ditimbulkan gerakan udara (air swirl) di dalam ruang bakar

sehingga ada gerakan relative antara bahan bakar dan udara, yang akan menghasilkan

pencampuran yang lebih baik. Untuk itu perencanaan (konstruksi dan bentuk) dari ruang

bakar pada mesin diesel adalah hal yang sangat penting dan menentukan.

Beberapa jenis ruang bakar yang digunakan pada motor diesel adalah ruang bakar

terbuka (Direct Injection) dan ruang bakar terpisah (divided chamber) yang terdiri dari ruang

bakar kamar muka, ruang bakar turbulen (swirl chamber), ruang bakar kamar udara (air cell

chamber).

a. Manfaat :

Mahasiswa dapat menjelaskan fungsi ruang bakar pada motor diesel

b. Learning Outcomes :

Mahasiswa dapat menjelaskan tipe-tipe ruang bakar motor diesel.

c. Relevansi :

Mahasiswa dapat menjelaskan tipe ruang bakar saat menghadapi mesin diesel yang

dipakai dikendaraan.

PENYAJIAN URAIAN:

a. Contoh :

Memberikan contoh-contoh ruang bakar baik pada mesin dengan kapasitas kecil

sampi kapasitas besar yang dipakai di industri.

b. Ilustrasi :

Memberikan penjelasan jenis ruang bakar disertai dengan gambar di dalam kelas.

c. Aktivitas

Berdiskusi dengan mahasiswa tentang materi jenis-jenis ruang bakar di dalam

kelas .

3

d. Tugas

Mahasiswa mencari contoh aplikasi salah satu jeis ruang bakar pada internet

dengan disertai sumber yang jelas.

e. Rangkuman

Dengan penjelasan dari dosen waktu kuliah dan diskusi serta tugas yang harus

dikumpulkan kemudian dapat dibuat rangkuman tentang materi ruang bakar motor

diesel .

4

BAB VI

RUANG BAKAR (COMBUSTION CHAMBER)

Pada motor bakar penyalaan api, pencampuran bahan bakar dengan udara

berlangsung selama langkah isap dan langkah kompresi dan terjadi di dalam karburator dan

saluran masuk (intake manifold) serta di dalam silinder atau hampir 360 derajad sudut

engkol.

Pada mesin diesel penyemprotan bahan bakar ke dalam ruang bakar berlangsung dalam

periode 20 – 35 derajat sudut engkol, sehingga pencampuran berlangsung dalam waktu

singkat.

Dengan demikian untuk meningkatkan pencampuran maka perlu ditimbulkan gerakan

udara (air swirl) di dalam ruang bakar sehingga ada gerakan relative antara Bb dan udara,

yang akan menghasilkan pencampuran yang lebih baik.

Untuk itu perencanaan (konstruksi dan bentuk) dari ruang bakar pada mesin diesel adalah

hal yang sangat penting dan menentukan.

Metode untuk menimbulkan pusaran udara:

1. Dengan mengarahkan aliran udara ketika memasuki silinder disebut induction

swirl.

Metode ini dipakai pada open combustion chambers.

2. Dengan mengarahkan aliran udara dengan arah tangensial masuk ke dalam ruang

pemusar, selama langkah kompresi.

Metode ini dipakai pada swirl chambers.

3. Dengan menggunakan kenaikan tekanan oleh karena pembakaran pada sebagian Bb

untuk menimbulkan pusaran turbulen dan disebut combustion induced swirl.

Metode ini digunakan pada precombustion chamber dan air-cell chambers.

5

CI engine combustion chambers

Open chamber or non Divided chambers or turbulen

Turbulen chamber chamber

(induction swirl)

Swirl chamber Precombustion chamber Air-cell chamber

(compression swirl) r.b awal/ rb kamar muka ruang udara Lanova

r. bakar pusaran

r.b turbulen

COMBUSTION INDUCED SWIRL

Ruang bakar (Rb) motor Diesel lebih rumit bila dibandingkan dengan Rb pada motor

bensin dan direncanakan sedemikian rupa agar dapat menghasilkan campuran udara dan

Bb yang baik dan berlangsung dengan cepat dan merata.

6

Beberapa jenis ruang bakar yang digunakan pada motor diesel dewasa ini adalah:

6.1 Ruang Bakar Terbuka (Open chamber)

Sistim Injeksi Langsung(Direct Injection)

Gambar Berbagai macam bentuk Ruang bakar terbuka

Ruang bakar dibentuk oleh ruangan antara bagian atas silinder dengan kepala torak dan

kepala silinder.

Bahan bakar disemprotkan langsung ke dalam Rb melalui nosel.

Untuk memperoleh mutu campuran yang baik dalam sistim ini maka factor-faktor penting

yang harus diperhatikan adalah:

1. Bentuk nosel

2. Diameter mulut nosel

3. Arah penyemprotan

7

Kebaikannya:

1. Bentuk Rb sederhana sehingga daya guna panas tinggi dan pemakaian Bb rendah/

irit.

2. Mudah dihidupkan dalam keadaan dingin tanpa menggunakan alat pemanas/

pemijar, walaupun pada motor yang kecil dengan perbandingan kompresi +15 atau

rendah.

3. Sesuai dengan motor bertenaga besar dengan konstruksi kepala silinder yang

sederhana dan distorsi panasnya kecil.

4. Pusaran diperoleh pada akhir langkah kompresi sehingga tidak diperlukan tenaga

tambahan, maka efisiensinya menjadi tinggi.

5. Penggunaan luas dan biasanya untuk mesin kecepatan rendah dan kapasitas kecil

hingga besar (lebih dari 200mm bore).

Pada mesin putaran rendah penyemprotan berlangsung dalam waktu yangh lebih lama

sehinggan ignition delay adalah faktor yang tidak begitu penting sehingga dapat digunakan

Bb yang lebih murah/ kwalitas rendah yaitu yang mempunyai ignition delay lebih panjang.

Pada ruang bakar ini excess air (kelebihan udara) adalah kecil, sehingga turbulennya juga

kecil, maka kerugian kalor akan semakin kecil atau efisiensi termalnya lebih tinggi.

Keburukannya :

1. Peka terhadap mutu Bb (selain terhadap sifat ignition delay) sehingga harus selalu

memakai Bb bermutu tinggi

2. Memerlukan tekanan penyemprotan tinggi

3. Sering terjadi gangguan pada nosel dan umurnya menjadi lebih pendek karena

menggunakan multiple orifice, sedang kondisi penyemprotan sangat mempengaruhi

kinerja motor.

4. Dibandingkan dengan sistim Rb bantu turbulensi yang terjadi lebih lemah sehingga

sulit bekerja pada putaran tinggi.

5. Lubang/ mulut nosel berukuran kecil sehingga mudah tersumbat dan mudah

terbentuk endapan karbon, sehingga bentuk pancaran dari Bb mudah berubah

sehingga memerlukan maintenance yang lebih berat.

8

6.2 Ruang Bakar Bantu/ Ruang Bakar Terpisah (Divided chamber)

Berdasarkan konstruksi dan bentuknya Ruang bakar bantu dapat diklasifikasikan :

a. Sistim ruang bakar kamar muka

Gambar Ruang bakar kamar muka

a – d ruang bakar kamar pusar

e – g ruang bakar kamar muka

Gambar Macam-macam Ruang Bakar Bantu (Ruang Bakar Terpisah)

9

Pada sistim ini bahan bakar disemprotkan oleh nosel ke dalam Rb kamar muka

(precombustion chamber). Sebagian Bb terbakar di sini dan akan mendesak Bb yang belum

terbakar, melalui saluran kecil antara Rb muka dan Rb utama sehingga Bb pecah menjadi

partikel-partikel yang halus agar dapat dicapai pembakaran sempurna.

Di dalam sistim ini terjadi dua pembakaran, yaitu sebagian kecil terjadi di dalam Rb muka

dan selanjutnya terjadi di dalam Rb utama.

Jika motor masih dalam keadaan dingin dan suhu kompresi belum mampu membakar Bb

maka mesin sulit dihidupkan. Akan tetapi hal ini dapat diatasi dengan cara memasang busi

pijar (yang terbuat dari campuran Nikkel & Chrome dan dialiri arus listrik dari battery).

Kebaikannnya:

1. Dapat menggunakan Bb dari berbagai mutu, sehingga memungkinkan memakai

mutu Bb yang relative lebih rendah dengan tanpa timbulnya asap yang berlebihan.

2. Pemeliharaan lebih mudah karena tekanan injeksi relative rendah dan motor tidak

terlampau peka terhadap perubahan-perubahan yang terjadi pada saat penyalaan.

3. Dengan menggunakan throttle nozzle dengan hanya satu lubang/ mulut (sehingga

kekurangan karena banyak lubang dapat dihindari)

4. Timbulnya shock pada pembakaran dapat dikurangi oleh precombustion chamber

sehingga peak-pressure dalam Rb utama adalah rendah/ halus.

Keburukan:

1. Biaya pembuatan tinggi karena perencanaan silinder/ Rb cukup rumit

2. Diperlukan starter lebih besar dan harus menggunakan busi pemijar

3. Pemakaian Bb lebih banyak karena kerugian panas besar

b. Sistim kamar pusar / ruang bakar turbulen (swirl chamber)

Salah satu dari Rb in I ditempatkan pada tutup atau samping atas silinder dan ini

dinamakan kamar pusaran. Ruang lainnya diapit antara puncak torak dengan tutup silinder

ini dinamakan kamar muka pusaran yang terjadi tinggi maka Bb dan nosel tidak meminta

persyaratan yang tinggi dan oleh karena pusaran tersebut maka excess air relative rendah.

Pada leher akan bertemperatur cukup tinggi sehingga dapat membantu memperpendek

kelambatan penyalaan pada waktu pembakaran (gas mengalir balik ke ruang bakar utama/

silinder).

Kebaikan yang lain:

10

1. Cocok untuk bekerja pada kecepatan tinggi

2. Waktu pengapian tertunda pendek sehingga kemungkina knock lebih kecil

3. Bekerja tenang/ halus, umur motor lebih panjang

Gambar Ruang bakar Turbulen (kamar pusar)

c. Ruang bakar kamar udara (air cell chamber)

Seperti halnya pada Rb turbulen dan Rb kamar muka Rb kamar udara ini

bermaksud untuk menciptakan turbulensi sekunder pada akhir proses pembakaran.

Pada sistim ini Bb diinjeksikan diarahkan ke cel udara lalu terkar di dalam Rb utama, tetapi

oleh karena momentum semprotan Bb tersebut maka sebagian butir-butir Bb terseret

masuk ke dalam kamar udara dan pada saat torak mencapai TMA bahan bakar dalam

kamar udara tersebut terbakar.

11

Pada awal langkah ekspansi yakni kira-kira 20 derajat engkol sesudah TMA tekanan gas di

dalam Rb utama menurun , bersamaan dengan itu udara dari kamar udara menyembur ke

ruang bakar utama, terjadilah turbulensi sekunder sehingga membantu penyempurnaan

pembakaran selanjutnya.

Pada ruang bakar Lanova + 60% Bb yang disemprotkan masuk ke dalam kamar udara

Lanova yaitu pada Rb minor.

Proses penyalaan terjadi di dalam Rb utama.

Sementara penyemprotan Bb masih berlangsung, terjadilah pembakaran di dalam ruang

Lanova kecil sehingga Bb yang belum terbakar sempurna tersebut tersembur keluar maka

berlangsunglah proses pencampuran yang efektif dan terjadilah turbulensi.

Pada waktu torak mulai turun ke TMA terjadilah perbedaan tekanan yang cukup besar

antara ruang Lanova dengan Rb utama. Dengan demikian dapat terjadi proses pembakaran

yang lebih halus.

Kebaikan:

1. Bunyi mesin tidak begitu berisik sebab pembakaran terjadi berangsur-angsur

2. Bb disemprotkan langsung ke ruang bakar sehingga dipandang dari segi mudahnya

start adalah nomor 2 setelah sistim injeksi langsung dan dalam banyak hal busi

pijar tidak digunakan

3. Gangguan pada nosel berkurang dengan digunakan nosel jenis pin/ pentil

4. Untuk memudahkan start dapat dilakukan dengan menaikkan perbandingan

kompresi yaitu dengan menutup kamar udaranya

5. Tipe ini cocok untuk mesin kecil sampai medium

Kerugian :

1. Saat injeksi Bb mempunyai pengaruh besar terhadap kemampuan mesin

2. Suhu gas buang tinggi dikarenakan sisa pembakaran yang besar

3. Pemakaian Bb tinggi/ boros

12

Kamar ruang pusar ini berbentuk bola, udara yang dikompresikan oleh torak

memasuki kamar pusar dan menghasilkan aliran turbulen.

Bb disemprotkan ke dalam pusaran udara ini, sebagian Bb terbakar di dalam kamar pusar

ini, tetapi sebagian lagi terdorong keluar melalui celah dan masuk ke Rb untuk

penyempurnaan pembakaran.

Keuntungan:

Pusaran kuat sehingga injector yang dipilih adalah yang bermulut satu dengan tekanan

injeksi rendah, sehingga gangguan dan kerusakan akan relative kecil, pompa Bb relative

kecil.

Biasanya dipilih injector tipe pintle yang dapat membersihkan ketrak/ endapan karbon

pada mulutnya dengan gerakan membuka dan menutup katupnya, maka memperingan

maintenance.

Oleh karena kuatnya pusaran maka semakin baik tercampurnya sehingga campuran

semakin baik (dan udara yang terpakai semakin banyak), sehingga tekanan efektif akan

lebih tinggi dan mesin akan menghasilkan daya yang lebih besar.

Dengan konstruksi/ penempatan injector yang demikian maka tersedia tempat yang leluasa

untuk menempatkan katup, sehingga akan menaikkan efisiensi volumetric dan tekanan

efektif meningkat meskipun pada kecepatan tinggi, disamping itu katup dapat dibuat lebih

besar.

Pusaran berbanding lurus dengan kecepatan, sehingga akan baik untuk kecepatan yang

bervariasi, sehingga cocok untuk kendaraan.

Pada sistim ini menghasilkan operasi mesin halus, sebab Rb dapat mengabsorbsi shock

dari peak-pressure dan memperpanjang umur piston dan perlengkapannya.

Keburukan:

1. Konstruksi silinder dan kepala silinder rumit sehingga mahal

2. Daya guna panas dan pemakaian Bb kurang baik

3. Diperlukan pemijar, tetapi tidak efektif untuk kamar pusar yang besar

13

4. Cenderung terjadi knock pada putaran rendah

Karena pusaran besar maka banyak panas yang hilang pada dinding Rb sehingga akan

mengalami kesulitan pada start jadi harus menggunakan busi pemijar yang memadai.

Gambar Ruang bakar Kamar Udara (ruang bakar Lanova)

14

Rangkuman Ruang Bakar (Combustion Chamber) Untuk perencanaan (konstruksi dan bentuk) dari ruang bakar pada mesin diesel

dibutuhkan yaitu mengarahkan aliran (induction swirl), adanya ruang pemusar (swirl

chambers), dan menimbulkan pusaran (precombustion chamber).

Beberapa jenis ruang bakar yang digunakan pada motor diesel dewasa ini adalah

ruang bakar terbuka, ruang bakar terpisah, ruang bakar kamar muka dan ruang bakar

turbulen.

Pada ruang bakar terbuka bahan bakar disemprotkan langsung ke dalam ruang

bakar melalui nosel. Pada ruang bakar terpisah bahan bakar disemprotkan oleh nosel ke

dalam ruang bakar kamar muka (precombustion chamber).

Pada ruang bakar turbulen salah satu dari ruang bakar ditempatkan pada tutup atau

samping atas silinder dan ini dinamakan kamar pusaran. Ruang lainnya diapit antara

puncak torak dengan tutup silinder ini dinamakan kamar muka pusaran.

Knocking pada motor diesel adalah pembakaran yang terjadi apabila periode

persiapan panjang akan diikuti oleh laju kenaikan tekanan yang besar sehingga akan

menghasilkan operasi mesin yang kasar dan keras .

Sudut pembukaan katup adalah waktu pembukaan katup isap dan katup buang yang terjadi

pada siklus pembakaran. Di dalam mesin yang sebenarnya katup-katup dibuka dan ditutup

tidak pada titik mati, hal tersebut dikarenakan dua faktor yaitu mekanis katup dan dinamika

fluida yang yang digunakan

Latihan Soal :

1. Sebutkan syarat-syarat ruang bakar pada motor diesel

2. Sebutkan jenis ruang bakar pada motor diesel.

3. Jelaskan dengan singkat kelebihan dan kekurangan jenis ruang bakar terbuka

pada motor diesel

15

4. Jelaskan dengan singkat kelebihan dan kekurangan jenis ruang bakar turbulen

pada motor diesel

5. Jelaskan tentang direct injeksi hubungannya dengan ruang bakar pada motor

diesel

Jawaban soal akan didiskusikan di kelas