IKR Modul 1 b

download IKR Modul 1 b

of 34

  • date post

    07-Jul-2015
  • Category

    Documents

  • view

    77
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of IKR Modul 1 b

BAB VIIPEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSINBab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran pada motor SI konvensional.

7.1. Pembentukan CampuranRasio udara merupakan parameter penting yang mempengaruhi daya (IMEP) dan efisiensi (konsumsi bahan bakar spesifik), lihat Gambar 7.1. Campuran hanya menyala dalam suatu batas-batas penyalaan. Dari titik keluaran daya optimum, campuran yang sedikit kaya dengan nilai kalor maksimum sangat diinginkan. Untuk meminimalkan konsumsi bahan bakar, campuran yang sedikit miskin adalah yang terbaik.

Gambar 7. 1. Pengaruh dari Rasio Udara

Penyiapan campuran pada motor bensin konvensional harus memenuhi kriteriakriteria berikut: Rasio udara harus berada di dalam batas-batas penyalaan untuk semua kondisi operasi dan semua silinder. Selama penyalaan dingin(cold start) dan putaran stasioner, kondensasi bahan bakar harus dapat ditentukan.

1

-

Pada beban rendah, konsumsi bahan bakar minimum dan karenanya campuran miskin harus disediakan. Pada beban tinggi, daya maksimum membutuhkan campuran kaya.

Kebutuhan-kebutuhan ini dipenuhi oleh karburator atau sistem injeksi bahan bakar yang menginjeksikan bahan bakar ke dalam saluran masuk pada manifold. Setelah menggunakan konverter-konverter katalis untuk penanganan gas buang, rasio udara harus sama dengan satu pada semua kondisi operasi, yang hanya dapat dicapai oleh sistem-sistem injeksi bahan bakar.

Karburator Prinsip kerja karburator diperlihatkan pada Gambar 7.2. Udara masuk ke dalam bagian hisap karburator dan mengalir ke dalam venturi (6) karburator, sebuah konvergen dan divergen nosel, dimana kecepatan meningkat dan tekanan menurun. Perbedaan tekanan bergantung pada aliran massa. Hal ini menyebabkan bahan bakar cair mengalir ke ruang bakar (3), dimana level bahan bakar dijaga konstan, melalui main jet (4), calibrated orifice, ke dalam tabung saluran discharge bahan bakar. Di sini penguapan bahan bakar dimulai dan berlanjut di dalam manifold. Aliran tersebut kemudian melalui katup gas (5) dan memasuki saluran masuk pada manifold. Rasio udara diatur oleh permukaan menyilang dari main jet(4). Kuantitas campuran ditentukan oleh posisi katup gas(throttle).

Gambar 7. 2. Skema Karburator

2

Untuk menghitung rasio udara, aliran massa udara dan bahan bakar harus ditentukan menggunakan persamaan-persamaan untuk aliran cairan melalui suatu orifice dengan koefisien aliran :

& m A = AA . A 2 A .p A & mF = AF . F 2 F .pF mA Lst .mF AA . A A .p A Lst . AF . F F .pF

= =

Seperti halnya perbedaan-perbedaan tekanan untuk udara dan bahan bakar yang hampir sama dan semua parameter lain yang hampir konstan, demikian pula rasio udara tetap konstan dan tidak bergantung pada laju aliran massa.

Gambar 7. 3. Skema Karburator

Untuk merealisasikan kebutuhan-kebutuhan karburator, fitur-fitur tambahan dimasukkan, lihat Gambar 7.3: Beban sedang (posisi katup gas(throttle) 6b): main jet didukung oleh jet (7) yang menambah udara melalui bukaan (9) untuk menjaga rasio udara miskin.

3

-

Beban penuh (posisi katup gas 6c): sistem memperkaya campuran (10), (11) dengan menambah bahan bakar. Operasi stasioner tanpa beban (posisi katup gas 6a): sistem terpisah (13), (14), (15) menyediakan bahan bakar. Akselerasi: untuk mengurangi efek inersia dan kondensasi, ditambahkan sebuah pompa untuk akselerasi. Penyalaan dingin: sebuah choke (17) ditambahkan untuk memperkaya campuran dengan meningkatkan perbedaan tekanan.

Sistem Injeksi Bahan Bakar

Pada motor SI modern, bahan bakar diinjeksikan ke dalam sistem hisap. Jumlah bahan bakar yang tepat dihitung untuk setiap titik operasi secara elektronik. Sistem injeksi menjadi pengendali dengan adanya konverter katalis yang harus dioperasikan pada rasio udara tepat satu pada semua kondisi. Sejumlah sistem digunakan , seringkali dikombinasikan dengan sistem penyalaan dan deteksi detonasi. Sebagai contoh, Gambar 7.4 memperlihatkan skema KEJetronik. Unit pemroses pusat (17) menerima sejumlah sinyal dan mengendalikan aktuator tekanan (16) mendistribusikan bahan bakar ke injektor (6).

Gambar 7. 4. Skema KE-Jetsonic Buatan Bosch.

4

7.2. Penyalaan BusiPada motor dengan penyalaan busi, lompatan bunga api listrik yang diproduksi di antara elektrode-elektrode busi memulai proses pembakaran. Voltase tinggi yang cukup (15kV-40kV) harus disediakan dan didistribusikan ke silinder-silinder oleh sistem penyalaan. Tersedia sejumlah sistem, seperti sistem penyalaan magnetis sederhana, sistem penyalaan baterai dengan penyalaan coil dengan atau tanpa transistor, atau sistem kapasitor, lihat Gambar 7.5

Gambar 7. 5. Sistem Penyalaan

Gambar 7. 6. Pemetaan Sudut Penyalaan

Tugas penting suatu sistem penyalaan adalah penentuan waktu

penyalaan

berdasarkan kondisi-kondisi operasi motor. Pada motor dengan kecepatan tinggi, penyalaan harus dipercepat, yang dapat diperoleh dengan mekanisme sentrifugal. 5

Pada beban rendah, kecepatan propagasi nyala api dikurangi sehingga penyalaan harus diperlambat. Hal ini dapat dilakukan dengan mekanisme vakum pada intake manifold. Pada motor modern, pewaktuan penyalaan dikendalikan secara elektronik, yang memungkinkan pewaktuan penyalaan optimal pada seluruh kondisi operasi. Selain beban dan kecepatan motor, seringkali temperatur, akselerasi, atau pengurangan emisi buang juga dimasukkan ke dalam perhitungan. Pemetaan sudut penyalaan untuk sistem-sistem mekanik konvensional dan sistem-sistem elektronik diperlihatkan pada Gambar 7.6.

7.3. PembakaranPlasma kerne dengan temperatur yang tinggi dihasilkan oleh penyalaan yang berlanjut pada self sustaining and perambatan nyala awal. Ini adalah lapisan tipis tempat reaksi kimia pembakaran berlangsung. Karakteristik nyala awal ini (kecepatan propagasi,bentuk) berpengaruh langsung pada operasi motor. Pada pembakaran normal, Nyala api awal harus menyebar melalui ruang bakar secepat mungkin dan se-uniform mungkin sebelum dipadamkan pada dinding-dinding, lihat Gambar 7.7a. Pembakaran tidak normal disebabkan oleh detonasi atau penyalaan awal.

Gambar 7. 7. Laju Perambatan.

6

Detonasi merupakan penyalaan spontan sebagian campuran didepan awal

penyalaan yang disebabkan oleh tekanan dan temperatur tinggi, lihat Gambar 7.7b. Pelepasan energi kimia yang cepat menyebabkan gelombang-gelombang tekanan lokal yang sangat tinggi yang mengakibatkan suara detonasi, lihat Gambar 7.8. Beban mekanik dan termal yang tinggi pada pembakaran detonasi dapat merusak komponen-komponen motor.

Gambar 7. 8. Pembakaran abnormal

Gambar 7. 9. Laju rata-rata perambatan api

Penyalaan Permukaan disebabkan oleh titik-titik panas pada dinding ruang

bakar (busi, katup buang) yang menyebabkan pra- atau paska- penyalaan, lihat Gambar 7.7c. Untuk pembakaran normal dengan efisiensi yang baik, turbulensi yang tinggi yang menyebabkan kecepatan perambatan nyala yang tinggi seperti diinginkan. Kecepatan nyala rata-rata meningkat seiring dengan kecepatan piston rata-rata. Kecepatan penyalaan juga bergantung pada rasio udara, lihat Gambar 7.9. Sejalan dengan turunnya kecepatan penyalaan pada sebagian beban, jeda penyalaan meningkat dan pewaktuan penyalaan harus diperlambat. Jeda penyalaan atau pembakaran adalah waktu (atau sudut engkol) di antara awal penyalaan dan awal pembakaran, ditandai oleh kenaikan tekanan di dalam silinder atau kenaikan laju panas yang dilepaskan, lihat Gambar 7.10. Bagian terendah Gambar 7.10 menunjukkan laju pelepasan panas.

7

x = panas yang dilepaskan / panas keseluruhan atau x = massa bahan bakar yang terbakar / massa bahan bakar

Gambar 7. 10. Penyalaan dan Pembakaran.

Menimbang tingginya turbulensi pada ruang bakar, variasi-variasi siklus cukup beragam pada motor bensin, lihat Gambar 7.11.

8

Gambar 7. 11. Variasi Siklus pada Motor Bensin

Pembakaran juga dipengaruhi oleh rancangan motor. Rancangan yang diinginkan adalah yang memiliki ruang bakar dengan bentuk yang kompak dan yang posisi businya di tengah-tengah. Beberapa variasi rancangan diperlihatkan pada Gambar 7.12.

Gambar 7. 12

Untuk meningkatkan kecepatan penyalaan dan mengurangi detonasi, akhir-akhir ini banyak digunakan inlet manifold dengan bentuk khusus yang menyebabkan efek putaran fluida(swirl) yang dapat meningkatkan turbulensi, lihat Gambar 7.13. Penginduksian gerakan campuran menggunakan sejumlah energi dan menyebabkan transfer panas yang lebih tinggi.

Gambar 7. 13 Pergerakan Campuran yang diakibatkan Intake Manifold.

9

BAB VIIIPEMBENTUKAN CAMPURAN DAN PEMBAKARAN CAMPURAN PADA MOTOR DIESELBab ini berhubungan dengan pembentukan campuran dan pembakaran campuran pada motor diesel konvensional. Prosesnya sangat kompleks dan membutuhkan teknik-teknik pengukuran yang canggih (misalnya metode optik) dan simulasisimulasi matematis (CFD 3D) untuk pendeskripsiannya.

8.1. Pembentukan CampuranPada motor diesel, bahan bakar diinjeksikan ke dalam udara terkompresi di dekat TMA. Pembakaran diawali oleh penyalaan sendiri (penyalaan kompresi), pada saat bahan bakar menguap dan bercampur dengan udara silinder yang bertekanan dan bertemperatur tinggi. Injeksi bahan bakar harus disertai dengan tekanan tinggi dan pewaktuan tertentu. Tujuan utamanya adalah untuk memperoleh pencampuran bahan bakar udara yang cukup cepat di dalam ruang bakar. Beberapa karakteristik yang penting adalah: Campuran tidak homogen. Karena rasio udara lokal dapat berada di dalam batas-batas penyalaan, walaupun rasio udara rata-ratanya tidak, beban parsial dan kecepatan dapat dikontrol oleh kuantitas bahan bakar yang diinjeksikan. Oleh karena itu, motor diesel dioperasikan pada rasio udara miskin yang rentangnya lebar, lihat Gambar