Proses Pembakaran
Secara umum pembakaran didefinisikan sebagai reaksi
kimia atau reaksi persenyawaan bahan bakar oksigen (O2) sebagai oksidan
dengan temperaturnya lebih besar dari titik nyala. Mekanisme
pembakarannya sangat dipengaruhi oleh keadaan dari keseluruhan proses
pembakaran dimana atom-atom dari komponen yang dapat bereaksi dengan
oksigen yang dapat membentuk produk yang berupa gas. (Sharma, S.P,
1978).
Untuk memperoleh daya maksimum dari suatu operasi hendaknya
komposisi gas pembakaran dari silinder (komposisi gas hasil pembakaran)
dibuat seideal mungkin, sehingga tekanan gas hasil pembakaran bisa
maksimal menekan torak dan mengurangi terjadinya detonasi. Komposisi
bahan bakar dan udara dalam silinder akan menentukan kualitas pembakaran
dan akan berpengaruh terhadap performance mesin dan emisi gas buang.
Sebagaimana telah diketahui bahwa bahan bakar bensin mengandung
unsur-unsur karbon dan hidrogen.
Terdapat 3 (tiga) teori mengenai pembakaran hidrogen tersebut yaitu :
a. Hidrokarbon terbakar bersama-sama dengan oksigen sebelum karbon bergabung dengan oksigen.
b. Karbon terbakar lebih dahulu daripada hidrogen.
c.
Senyawa hidrokarbon terlebih dahulu bergabung dengan oksigen dan
membentuk senyawa (hidrolisasi) yang kemudian dipecah secara terbakar.
(Yaswaki, K, 1994).
Dalam sebuah mesin terjadi beberapa tingkatan
pembakaran yang digambarkan dalam sebuah grafik dengan hubungan antara
tekanan dan perjalanan engkol. Berikut adalah gambar dari grafik
tingkatan pembakaran :
Gambar 2.5. Tingkat pembakaran dalam sebuah mesin
(Maleev.V.L, 1995)
Proses
atau tingkatan pembakaran dalam sebuah mesin terbagi menjadi empat
tingkat atau periode yang terpisah. Periode-periode tersebut adalah :
1. Keterlambatan pembakaran (Delay Periode)
Periode
pertama dimulai dari titik 1 yaitu mulai disemprotkannya bahan bakar
sampai masuk kedalam silinder, dan berakhir pada titik 2. perjalanan ini
sesuai dengan perjalanan engkal sudut a. Selama periode ini berlangsung
tidak terdapat kenaikan tekanan yang melebihi kompresi udara yang
dihasilkan oleh torak, dan selanjutnya bahan bakar masuk terus menerus
melalui nosel.
2. Pembakaran cepat
Pada titik 2 terdapat sejumlah
bahan bakar dalam ruang bakar, yang dipecah halus dan sebagian menguap
kemudian siap untuk dilakukan pembakaran. Ketika bahan bakar dinyalakan
yaitu pada titik 2, akan menyala dengan cepat yang mengakibatkan
kenaikan tekanan mendadak sampai pada titik 3 tercapai. Periode ini
sesuai dengan perjalanan sudut engkol b. yang membentuk tingkat kedua.
3. Pembakaran Terkendali
Setelah
titik 3, bahan bakar yang belum terbakar dan bahan bakar yang masih
tetap disemprotkan (diinjeksikan) terbakar pada kecepatan yang
tergantung pada kecepatan penginjeksian serta jumlah distribusi oksigen
yang masih ada dalam udara pengisian. Periode inilah yang disebut dengan
periode terkendali atau disebut juga pembakaran sedikit demi sedikit
yang akan berakhir pada titik 4 dengan berhentinya injeksi. Selama
tingkat ini tekanan dapat naik, konstan ataupun turun. Periode ini
sesuai dengan pejalanan engkol sudut c, dimana sudut c tergantung pada
beban yang dibawa beban mesin, semakain besar bebannya semakin besar
c.
4. Pembakaran pasca (after burning)
Bahan bakar sisa dalam
silinder ketika penginjeksian berhenti dan akhirnya terbakar. Pada
pembakaran pasca tidak terlihat pada diagram, dikarenakan pemunduran
torak mengakibatkan turunnya tekanan meskipun panas panas ditimbulkan
oleh pembakaran bagian akhir bahan bakar.
Dalam pembakaran
hidrokarbon yang biasa tidak akan terjadi gejala apabila memungkinkan
untuk proses hidrolisasi. Hal ini hanya akan terjadi bila pencampuran
pendahuluan antara bahan bakar dengan udara mempunyai waktu yang cukup
sehingga memungkinkan masuknya oksigen ke dalam molekul hidrokarbon.
(Yaswaki. K, 1994)
Bila oksigen dan hidrokarbon tidak bercampur
dengan baik maka terjadi proses cracking dimana akan menimbulkan asap.
Pembakaran semacam ini disebut pembakaran tidak sempurna.
Ada 2 (dua) kemungkinan yang terjadi pada pembakaran mesin berbensin, yaitu :
a. Pembakaran normal
Pembakaran normal terjadi bila bahan bakar dapat terbakar seluruhnya
pada saat dan keadaan yang dikehendaki. Mekanisme pembakaran normal
dalam motor bensin dimulai pada saat terjadinya loncatan bunga api pada
busi, kemudian api membakar gas bakar yang berada di sekitarnya sehingga
semua partikelnya terbakar habis. Didalam pembakaran normal, pembagian
nyala api terjadi merata diseluruh bagian. Pada keadaan yang sebenarnya
pembakaran bersifat komplek, yang mana berlangsung pada beberapa phase.
Dengan timbulnya energi panas, maka tekanan dan temperatur naik secara
mendadak, sehingga piston terdorong menuju TMB. Pembakaran normal pada
motor bensin dapat ditunjukkan pada (gambar grafik 2.6) dibawah sebagai
berikut :
Gambar 2.6.
Pembakaran campuran udara-bensin dan perubahan tekanan didalam silinder
(Sumber : Anonim, 1996, New Traning Manual, penerbit PT. Toyota Astra Motor,1996 Jakarta)
Gambar grafik diatas dengan jelas memperlihatkan hubungan antara
tekanan dan sudut engkol, mulai dari penyalaan sampai akhir pembakaran.
Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa beberapa derajat sebelum piston
mencapai TMA, busi memberikan percikan bunga api sehingga mulai terjadi
pembakaran, sedangkan lonjakan tekanan dan temperatur mulai point 2,
sesaat sebelum piston mencapai TMA, dan pembakaran point 3 sesaat
sesudah piston mencapai TMA.
b. Pembakaran tidak normal
Pembakaran
tidak normal terjadi bila bahan bakar tidak ikut terbakar atau tidak
terbakar bersamaan pada saat dan keadaan yang dikehendaki. Pembakaran
tidak normal dapat menimbulkan detonasi (knocking) yang memungkinkan
timbulnya gangguan dan kesulitan-kesulitan pada motor bakar bensin.
Fenomena-fenomena yang menyertai pembakaran tidak sempurna, diantaranya :
1. Detonasi
Seperti telah diterangkan sebelumnya, pada peristiwa pembakaran normal
api menyebar keseluruh bagian ruang bakar dengan kecepatan konstan dan
busi berfungsi sebagai pusat penyebaran. Dalam hal ini gas baru yang
belum terbakar terdesak oleh gas yang sudah terbakar, sehingga tekanan
dan suhunya naik sampai mencapai keadaan hampir terbakar. Jika pada saat
ini gas tadi terbakar dengan sendirinya, maka akan timbul ledakan
(detonasi) yang menghasilkan gelombang kejutan berupa suara ketukan
(knocking noise)
2. Hal-hal yang menyebabkan terjadinya Detonasi
Pada lapisan yang telah terbakar akan berekspansi. Pada kondisi lapisan
yang tidak homogen, lapisan gas tadi akan mendesak lapisan gas lain
yang belum terbakar, sehingga tekanan dan suhunya naik. Bersamaan dengan
adanya radiasi dari ujung lidah api, lapisan gas yang terdesak akan
terbakar tiba-tiba. Peristiwa ini akan menimbulkan letupan mengakibatkan
terjadinya gelombang tekanan yang kemudian menumbuk piston dan dinding
silinder sehingga terdengarlah suara ketukan (knocking) yaitu yang
disebut dengan detonasi. Hal-hal yang menyebabkan terjadinya detonasi
antara lain sebagai berikut :
a) Perbandingan kompresi yang tinggi, tekanan kompresi, suhu pemanasan campuran dan suhu silinder yang tinggi.
b) Masa pengapian yang cepat.
c) Putaran mesin rendah dan penyebaran api lambat.
d) Penempatan busi dan konstruksi ruang bakar tidak tepat, serta jarak penyebaran api terlampau jauh.
Proses terjadinya detonasi dapat ditunjukkan pada (gambar 2.7) dibawah :
Gambar 2.7. Proses terjadinya detonasi
(Wiranto Arismunandar, 2002)
Gambar
diatas menjelaskan bahwa detonasi (knocking) terjadi karena bahan bakar
terbakar sebelum waktunya. Hal ini terjadi pada saat piston belum
mencapai posisi pembakaran, tetapi bahan bakar telah terbakar lebih
dahulu.
(sumber)