Pengertian dan Sejarah Mesin Diesel Dalam Perkembangan Aplikasi

Mesin Diesel, setiap mesin pembakaran internal di mana udara dikompresi ke suhu yang cukup tinggi untuk menyalakan bahan bakar diesel yang diinjeksikan ke dalam silinder, tempat pembakaran dan ekspansi menggerakkan piston.
Pengertian dan Sejarah Mesin Diesel Dalam Perkembangan Aplikasi

Ini mengubah energi kimia yang disimpan dalam bahan bakar menjadi energi mekanik, yang dapat digunakan untuk menggerakkan truk pengangkut barang, traktor besar, lokomotif, dan kapal laut. Sejumlah mobil terbatas juga bertenaga diesel, seperti beberapa genset bertenaga listrik.

Pembakaran Diesel Mesin diesel adalah perangkat silinder piston pembakaran intermiten. Ini beroperasi pada siklus dua langkah atau empat langkah (lihat gambar); Namun, tidak seperti mesin bensin penyalaan percikan, mesin diesel hanya memasukkan udara ke dalam ruang pembakaran pada langkah hisap.

Mesin diesel biasanya dibuat dengan rasio kompresi dalam kisaran 14: 1 hingga 22: 1. Baik desain mesin dua langkah dan empat tak dapat ditemukan di antara mesin dengan lubang (diameter silinder) kurang dari 600 mm (24 inci). Mesin dengan lubang lebih besar dari 600 mm hampir secara eksklusif merupakan sistem siklus dua langkah.
Pengertian dan Sejarah Mesin Diesel Dalam Perkembangan Aplikasi

Mesin diesel mendapatkan energinya dengan membakar bahan bakar yang diinjeksikan atau disemprotkan ke dalam muatan udara panas terkompresi di dalam silinder. Udara harus dipanaskan hingga suhu yang lebih besar dari suhu di mana bahan bakar yang diinjeksikan dapat menyala. Bahan bakar yang disemprotkan ke udara yang memiliki suhu lebih tinggi dari suhu “penyalaan otomatis” bahan bakar secara spontan bereaksi dengan oksigen di udara dan terbakar.

Suhu udara biasanya melebihi 526 ° C (979 ° F); namun, pada saat mesin dinyalakan, pemanasan tambahan silinder kadang-kadang digunakan, karena suhu udara di dalam silinder ditentukan oleh rasio kompresi mesin dan suhu pengoperasian saat ini. Mesin diesel kadang-kadang disebut mesin pengapian kompresi karena inisiasi pembakaran mengandalkan udara yang dipanaskan oleh kompresi daripada percikan listrik.

Pada mesin diesel, bahan bakar dimasukkan saat piston mendekati titik mati atas dari langkahnya. Bahan bakar dimasukkan di bawah tekanan tinggi baik ke dalam ruang pra-pembakaran atau langsung ke ruang bakar silinder-piston. Dengan pengecualian sistem kecil berkecepatan tinggi, mesin diesel menggunakan injeksi langsung. Sistem injeksi bahan bakar mesin diesel biasanya dirancang untuk memberikan tekanan injeksi dalam kisaran 7 hingga 70 megapascal (1.000 hingga 10.000 pon per inci persegi). Namun demikian, ada beberapa sistem bertekanan tinggi.

Kontrol injeksi bahan bakar yang tepat sangat penting untuk kinerja mesin diesel. Karena seluruh proses pembakaran dikendalikan oleh injeksi bahan bakar, injeksi harus dimulai pada posisi piston yang benar (yaitu, sudut engkol). Pada awalnya bahan bakar dibakar dalam proses dengan volume yang hampir konstan sementara piston berada di dekat titik mati atas. Saat piston menjauh dari posisi ini, injeksi bahan bakar dilanjutkan, dan proses pembakaran kemudian muncul sebagai proses bertekanan hampir konstan.

Proses pembakaran dalam mesin diesel bersifat heterogen yaitu, bahan bakar dan udara tidak dicampur sebelumnya sebelum pembakaran dimulai. Akibatnya, penguapan dan pencampuran bahan bakar yang cepat di udara sangat penting untuk pembakaran bahan bakar yang diinjeksikan secara menyeluruh. Ini sangat menekankan pada desain nosel injektor, terutama pada mesin injeksi langsung.

Kerja mesin diperoleh selama power stroke. Stroke daya mencakup proses tekanan konstan selama pembakaran dan perluasan produk panas pembakaran setelah injeksi bahan bakar berhenti.

Mesin diesel sering kali dilengkapi dengan turbocharger dan aftercooler. Penambahan turbocharger dan aftercooler dapat meningkatkan performa mesin diesel dari segi daya dan efisiensinya.

Fitur paling menonjol dari mesin diesel adalah efisiensinya. Dengan mengompresi udara daripada menggunakan campuran udara-bahan bakar, mesin diesel tidak dibatasi oleh masalah preignition yang mengganggu mesin pengapian dengan kompresi tinggi. Dengan demikian, rasio kompresi yang lebih tinggi dapat dicapai dengan mesin diesel dibandingkan dengan jenis pengapian percikan; sepadan, efisiensi siklus teoritis yang lebih tinggi, bila dibandingkan dengan yang terakhir, seringkali dapat direalisasikan.

Perlu dicatat bahwa untuk rasio kompresi tertentu, efisiensi teoritis mesin pengapian busi lebih besar daripada efisiensi mesin pengapian kompresi; namun, dalam praktiknya, dimungkinkan untuk mengoperasikan mesin pengapian kompresi pada rasio kompresi yang cukup tinggi untuk menghasilkan efisiensi yang lebih besar daripada yang dapat dicapai dengan sistem pengapian percikan. Selain itu, mesin diesel tidak mengandalkan throttling campuran intake untuk mengontrol tenaga. Dengan demikian, efisiensi mesin diesel saat diam dan berkurangnya daya jauh lebih unggul daripada mesin pengapian busi.

Kelemahan utama mesin diesel adalah emisi polutan udara. Mesin ini biasanya mengeluarkan materi partikulat tingkat tinggi (jelaga), senyawa nitrogen reaktif (biasanya disebut NOx), dan bau dibandingkan dengan mesin pengapian percikan. Akibatnya, pada kategori mesin kecil, penerimaan konsumen rendah.

Mesin diesel dihidupkan dengan mengendarainya dari beberapa sumber daya eksternal hingga kondisi ditetapkan di mana mesin dapat dijalankan dengan tenaga sendiri. Metode awal yang paling sederhana adalah memasukkan udara dari sumber bertekanan tinggi sekitar 1,7 hingga hampir 2,4 megapascal ke masing-masing silinder pada langkah penyalaan normalnya. Udara terkompresi menjadi cukup panas untuk menyalakan bahan bakar.

Metode start lainnya melibatkan peralatan tambahan dan termasuk memasukkan semburan udara terkompresi ke motor yang diaktifkan udara yang diarahkan untuk memutar roda gila mesin besar; memasok arus listrik ke motor starter listrik, yang juga diarahkan ke flywheel mesin; dan menerapkan mesin bensin kecil yang diarahkan ke roda gila mesin. Pemilihan metode penyalaan yang paling sesuai bergantung pada ukuran fisik mesin yang akan dihidupkan, sifat beban yang terhubung, dan apakah beban dapat diputuskan atau tidak selama penyalaan.

Jenis Utama Mesin Diesel


Dibagi Menjadi Tiga Kelompok Ukuran Dasar

Ada tiga kelompok ukuran dasar mesin diesel berdasarkan tenaga yaitu : kecil, sedang, dan besar.
Pengertian dan Sejarah Mesin Diesel Dalam Perkembangan Aplikasi
1. Mesin kecil memiliki nilai keluaran tenaga kurang dari 188 kilowatt, atau 252 tenaga kuda. Ini adalah jenis mesin diesel yang paling banyak diproduksi. Mesin ini digunakan pada mobil, truk ringan, dan beberapa aplikasi pertanian dan konstruksi dan sebagai generator tenaga listrik stasioner kecil (seperti yang ada di kapal pesiar) dan sebagai penggerak mekanis. Mereka biasanya mesin injeksi langsung, in-line, empat atau enam silinder. Banyak yang dilengkapi turbocharger dengan aftercooler.

2. Mesin sedang memiliki kapasitas tenaga mulai dari 188 hingga 750 kilowatt, atau 252 hingga 1.006 tenaga kuda. Mayoritas mesin ini digunakan pada truk tugas berat. Mereka biasanya mesin injeksi langsung, in-line, enam silinder turbocharger dan aftercooler. Beberapa mesin V-8 dan V-12 juga termasuk dalam kelompok ukuran ini.

3. Mesin diesel besar memiliki peringkat daya lebih dari 750 kilowatt. Mesin unik ini digunakan untuk aplikasi penggerak kelautan, lokomotif, dan mekanis serta untuk pembangkit tenaga listrik. Dalam kebanyakan kasus, mereka adalah sistem injeksi langsung, turbocharger, dan aftercooler. Mereka dapat beroperasi serendah 500 putaran per menit ketika keandalan dan daya tahan sangat penting.

Mesin dua tak dan empat tak Seperti disebutkan sebelumnya, mesin diesel dirancang untuk beroperasi pada siklus dua atau empat langkah. Pada mesin siklus empat langkah tipikal, katup masuk dan keluar serta nosel injeksi bahan bakar terletak di kepala silinder (lihat gambar). Seringkali, pengaturan katup ganda — dua katup masuk dan dua katup buang — digunakan.

Penggunaan siklus dua langkah dapat menghilangkan kebutuhan akan satu atau kedua katup dalam desain mesin. Pembuangan dan udara masuk biasanya disediakan melalui port di liner silinder. Knalpot dapat melalui katup yang terletak di kepala silinder atau melalui port di liner silinder. Konstruksi mesin disederhanakan saat menggunakan desain port, bukan desain yang memerlukan katup buang.

Bahan Bakar Untuk Mesin Diesels


Produk minyak bumi yang biasanya digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel adalah sulingan yang terdiri dari hidrokarbon berat, dengan setidaknya 12 hingga 16 atom karbon per molekul. Distilat yang lebih berat ini diambil dari minyak mentah setelah bagian yang lebih mudah menguap yang digunakan dalam bensin dihilangkan. Titik didih dari distilat yang lebih berat ini berkisar antara 177 hingga 343 ° C (351 hingga 649 ° F). Jadi, suhu penguapannya jauh lebih tinggi daripada bensin, yang memiliki lebih sedikit atom karbon per molekul. Di Amerika Serikat, spesifikasi bahan bakar diesel diterbitkan oleh American Society of Testing and Materials (ASTM). ASTM D975 "Spesifikasi Standar untuk Bahan Bakar Diesel" mencakup spesifikasi untuk lima tingkat minyak bahan bakar diesel:

Grade Low Sulfur No. 1-D
Bahan bakar distilat ringan dengan tujuan khusus untuk mesin diesel otomotif yang membutuhkan bahan bakar sulfur rendah dan membutuhkan volatilitas yang lebih tinggi daripada yang disediakan oleh Grade Low Sulphur No. 2-D.

Grade Low Sulfur No. 2-D
Bahan bakar distilat menengah serbaguna untuk mesin diesel otomotif yang membutuhkan bahan bakar sulfur rendah. Ini juga cocok untuk digunakan dalam aplikasi non-otomotif, terutama dalam kondisi kecepatan dan beban yang bervariasi.

Grade No. 1-D
Bahan bakar distilat ringan dengan tujuan khusus untuk mesin diesel otomotif dalam aplikasi yang membutuhkan volatilitas lebih tinggi daripada yang disediakan oleh bahan bakar Grade No. 2-D.

Grade No. 2-D
Bahan bakar distilat menengah untuk keperluan umum untuk mesin diesel otomotif, yang juga cocok untuk digunakan dalam aplikasi non-otomotif, terutama dalam kondisi kecepatan dan beban yang sering berubah-ubah.

Grade No. 4-D
Bahan bakar distilat berat, atau campuran minyak sulingan dan sisa, untuk engine diesel kecepatan rendah dan menengah dalam aplikasi non-otomotif yang terutama melibatkan kecepatan dan beban konstan.

Air dan sedimen dalam bahan bakar dapat membahayakan pengoperasian mesin; Bahan bakar bersih penting untuk sistem injeksi yang efisien. Bahan bakar dengan residu karbon tinggi dapat ditangani paling baik oleh mesin dengan putaran kecepatan rendah. Hal yang sama berlaku untuk mereka yang memiliki kandungan abu dan sulfur tinggi. Nomor cetane, yang menentukan kualitas penyalaan bahan bakar, ditentukan dengan menggunakan "Metode Uji Standar untuk Cetane Number dari Bahan Bakar Diesel" ASTM D613.

Pengembangan Mesin Diesel


Pekerjaan awal


Rudolf Diesel, adalah seorang insinyur dari Jerman, mendapatkan ide untuk mesin yang sekarang menggunakan namanya setelah dia mencari perangkat untuk meningkatkan efisiensi mesin Otto (mesin siklus empat langkah pertama, dibuat oleh insinyur Jerman abad ke-19. Nikolaus Otto). Diesel menyadari bahwa proses penyalaan listrik pada mesin bensin dapat dihilangkan jika, selama langkah kompresi perangkat silinder-piston, kompresi dapat memanaskan udara ke suhu yang lebih tinggi daripada suhu penyalaan otomatis bahan bakar tertentu. Diesel mengusulkan siklus seperti itu dalam patennya pada tahun 1892 dan 1893.

Awalnya, baik batubara bubuk atau minyak cair diusulkan sebagai bahan bakar. Diesel melihat bubuk batu bara, produk sampingan dari tambang batu bara Saar, sebagai bahan bakar yang tersedia. Udara bertekanan akan digunakan untuk memasukkan debu batubara ke dalam silinder mesin; namun, mengontrol laju injeksi batubara itu sulit, dan, setelah mesin eksperimental dihancurkan oleh ledakan, Diesel berubah menjadi minyak bumi cair. Dia terus memasukkan bahan bakar ke dalam mesin dengan udara terkompresi.

Mesin komersial pertama yang dibangun di atas paten Diesel dipasang di St. Louis, Mo., oleh Adolphus Busch, seorang pembuat bir yang telah melihatnya dipajang di sebuah pameran di Munich dan telah membeli lisensi dari Diesel untuk pembuatan dan penjualan mesin tersebut. di Amerika Serikat dan Kanada. Mesin tersebut beroperasi dengan sukses selama bertahun-tahun dan merupakan cikal bakal dari mesin Busch-Sulzer yang menggerakkan banyak kapal selam Angkatan Laut AS dalam Perang Dunia I.

Mesin diesel lain yang digunakan untuk tujuan yang sama adalah Nelseco, yang dibuat oleh New London Ship and Engine Company. di Groton, Conn. Mesin diesel menjadi pembangkit tenaga utama untuk kapal selam selama Perang Dunia I. Tidak hanya ekonomis dalam penggunaan bahan bakar tetapi juga terbukti dapat diandalkan dalam kondisi masa perang. Bahan bakar diesel, lebih tidak mudah menguap dibandingkan bensin, lebih aman disimpan dan ditangani. Pada akhir perang, banyak orang yang mengoperasikan mesin diesel mencari pekerjaan di masa damai. Produsen mulai menyesuaikan mesin diesel untuk ekonomi masa damai.

Salah satu modifikasinya adalah pengembangan dari apa yang disebut semidiesel yang beroperasi pada siklus dua langkah pada tekanan kompresi yang lebih rendah dan memanfaatkan bola atau tabung panas untuk menyalakan pengisian bahan bakar. Perubahan ini menghasilkan mesin yang lebih murah untuk dibangun dan dirawat.

Teknologi Injeksi Bahan Bakar


Salah satu fitur yang tidak menyenangkan dari diesel lengkap adalah kebutuhan akan kompresor udara injeksi bertekanan tinggi. Tidak hanya energi yang dibutuhkan untuk menggerakkan kompresor udara, tetapi efek pendinginan yang menunda penyalaan terjadi ketika udara terkompresi, biasanya pada 6,9 megapascal (1.000 pon per inci persegi), tiba-tiba meluas ke dalam silinder, yang berada pada tekanan sekitar 3,4. hingga 4 megapascal (493 hingga 580 pound per inci persegi). Diesel membutuhkan udara bertekanan tinggi untuk memasukkan bubuk batubara ke dalam silinder; ketika minyak bumi cair menggantikan bubuk batu bara sebagai bahan bakar, pompa dapat dibuat untuk menggantikan kompresor udara bertekanan tinggi.

Ada beberapa cara pompa dapat digunakan. Di Inggris, Vickers Company menggunakan apa yang disebut metode rel umum, di mana baterai pompa mempertahankan bahan bakar di bawah tekanan dalam pipa yang menjalankan panjang mesin dengan lead ke setiap silinder. Dari jalur suplai bahan bakar rel (atau pipa) ini, serangkaian katup injeksi memasukkan pengisian bahan bakar ke setiap silinder pada titik yang tepat dalam siklusnya. Metode lain yang digunakan pump jerk yang dioperasikan bubungan, atau jenis pendorong, untuk menyalurkan bahan bakar di bawah tekanan tinggi sesaat ke katup injeksi setiap silinder pada waktu yang tepat.

Penghapusan kompresor udara injeksi adalah langkah ke arah yang benar, tetapi masih ada masalah lain yang harus dipecahkan: knalpot mesin mengandung terlalu banyak asap, bahkan pada keluaran yang baik dalam peringkat tenaga kuda mesin dan meskipun ada ada cukup udara di dalam silinder untuk membakar bahan bakar tanpa meninggalkan knalpot yang berubah warna yang biasanya menunjukkan kelebihan beban.

Para insinyur akhirnya menyadari bahwa masalahnya adalah bahwa udara injeksi tekanan tinggi sesaat yang meledak ke dalam silinder mesin telah menyebarkan pengisian bahan bakar lebih efisien daripada yang dapat dilakukan oleh nozel bahan bakar mekanis pengganti, sehingga tanpa kompresor udara bahan bakar harus melakukannya. mencari atom oksigen untuk menyelesaikan proses pembakaran, dan, karena oksigen hanya membentuk 20 persen dari udara, setiap atom bahan bakar hanya memiliki satu dari lima kesempatan untuk bertemu dengan atom oksigen. Hasilnya adalah pembakaran bahan bakar yang tidak tepat.

Desain biasa dari nosel injeksi bahan bakar memasukkan bahan bakar ke dalam silinder dalam bentuk semprotan kerucut, dengan uap memancar dari nosel, bukan dalam aliran atau jet. Sangat sedikit yang bisa dilakukan untuk mendifusi bahan bakar secara lebih menyeluruh. Peningkatan pencampuran harus dilakukan dengan memberikan gerakan tambahan ke udara, paling sering dengan pusaran udara yang dihasilkan induksi atau gerakan radial udara, yang disebut squish, atau keduanya, dari tepi luar piston ke arah tengah.

Berbagai metode telah digunakan untuk membuat pusaran dan squish ini. Hasil terbaik tampaknya diperoleh ketika pusaran udara memiliki hubungan yang pasti dengan laju injeksi bahan bakar. Pemanfaatan udara yang efisien di dalam silinder menuntut kecepatan rotasi yang menyebabkan udara yang terperangkap bergerak terus menerus dari satu semprotan ke semprotan berikutnya selama periode injeksi, tanpa penurunan yang ekstrim antar siklus.

Harga mesin Pada tahun 1914, seorang insinyur muda Amerika, William T. Price, mulai bereksperimen dengan mesin yang akan beroperasi dengan rasio kompresi yang lebih rendah daripada diesel dan pada saat yang sama tidak memerlukan lampu atau tabung panas. Begitu eksperimennya mulai menunjukkan harapan, dia mengajukan paten.

Di mesin Price, tekanan kompresi yang dipilih hampir 1,4 megapascal (203 pon per inci persegi) tidak memberikan suhu yang cukup tinggi untuk menyalakan pengisian bahan bakar saat memulai. Pengapian dilakukan dengan kumparan kawat halus di ruang bakar. Kawat Nichrome digunakan untuk ini karena dapat dengan mudah dipanaskan hingga berpijar ketika arus listrik melewatinya.

Mesin eksperimental memiliki silinder horizontal tunggal dengan lubang 43 cm (17 inci) dan stroke (gerakan piston maksimum) 48 cm (19 inci) dan dioperasikan pada 257 putaran per menit. Karena kawat nichrome membutuhkan penggantian yang sering, tekanan kompresi dinaikkan menjadi 2,4 megapascal (348 pon per inci persegi), yang memberikan suhu yang cukup tinggi untuk penyalaan saat start. Beberapa bahan bakar disuntikkan sebelum akhir langkah kompresi dalam upaya untuk meningkatkan waktu siklus dan untuk menjaga kawat nichrome bersinar panas.

Sementara itu, banyak mesin dari siklus dua langkah, jenis semidiesel sedang dipasang. Beberapa digunakan untuk menghasilkan listrik untuk kota kecil, sementara yang lain dipasang di pabrik pompa air. Banyak yang menyediakan tenaga untuk kapal tunda, kapal penangkap ikan, kapal pukat, dan perahu kerja.

Pada awal 1920-an, General Electric Company menyarankan kepada Perusahaan Ingersoll-Rand, tempat Price bekerja, agar mereka bekerja sama dalam pembangunan lokomotif diesel-listrik. Saat itu banyak lokomotif yang beroperasi menggunakan mesin bensin. Lokomotif diesel-listrik dengan mesin Price selesai dibangun pada tahun 1924 dan digunakan untuk tujuan peralihan di New York City.

Keberhasilan lokomotif ini menghasilkan pesanan dari rel kereta api, pabrik, dan tambang terbuka. Mesin yang digunakan di sebagian besar instalasi ini adalah sistem langkah enam silinder, 25-cm (10 inci), 30-cm (12 inci), dengan 300 tenaga kuda rem pada 600 putaran dan berat 6.800 kg (15.000 pon) .

Perkembangan dan Aplikasi


Selanjutnya Banyak mesin diesel dibeli untuk penggerak laut. Mesin diesel, bagaimanapun, biasanya berputar lebih cepat daripada yang diinginkan untuk baling-baling kapal besar karena kecepatan tinggi dari baling-baling besar cenderung menciptakan area berlubang di dalam air di sekitar baling-baling (kavitasi), dengan akibat hilangnya daya dorong.

Masalahnya tidak ada, bagaimanapun, dengan baling-baling yang lebih kecil, dan mesin diesel terbukti sangat cocok untuk yacht, yang menginginkan kecepatan. Masalah tersebut diselesaikan dengan memanfaatkan instalasi diesel-listrik di mana mesin terhubung ke generator arus searah yang melengkapi listrik untuk menggerakkan motor listrik yang terhubung ke baling-baling kapal.

Ada juga banyak instalasi di mana solar dihubungkan baik secara langsung atau melalui roda gigi ke baling-baling. Ketika mesin diesel dengan tenaga kuda yang lebih besar dan kecepatan rotasi yang lebih lambat tersedia, mesin tersebut dipasang di kapal kargo dan penumpang.

Mesin diesel menjadi pembangkit listrik utama untuk peralatan militer di darat dan laut selama Perang Dunia II. Sejak itu telah diadopsi untuk digunakan dalam mesin konstruksi berat, traktor pertanian bertenaga tinggi, dan sebagian besar truk dan bus besar. Mesin diesel juga telah dipasang di rumah sakit, sentral telepon, bandara, dan berbagai fasilitas lainnya untuk menyediakan tenaga darurat pada saat listrik padam.

Selain itu, mereka telah digunakan dalam mobil, meskipun dalam skala terbatas. Meskipun mesin diesel memberikan penghematan bahan bakar yang lebih baik daripada mesin bensin, mesin diesel tidak bekerja semulus mesin bensin dan mengeluarkan tingkat polutan yang lebih tinggi.

Belum ada Komentar untuk "Pengertian dan Sejarah Mesin Diesel Dalam Perkembangan Aplikasi"

Posting Komentar

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel