Mesin diesel tidak hanya menghasilkan torsi; mereka bekerja dengan logika yang berbeda secara fundamental dari mesin gas yang ada di sebagian besar kap mesin Anda. Meskipun kedua sistem mengandalkan pembakaran internal untuk menggerakkan bahan bakar, mekanisme yang mewujudkannya berbeda dalam menjelaskan mengapa mesin diesel 2.0 liter dapat mengungguli mesin V6 yang jauh lebih besar. Untuk memahami alasannya, Anda harus melihat melewati piston dan waktu pembakaran.
Akar teknologi ini lebih tua dari yang Anda kira. Nikolaus August Otto mematenkan mesin bensin empat langkah pada tahun 1876, menciptakan apa yang masih kita sebut Siklus Otto. Itu adalah tulang punggung pergerakan otomotif awal, tapi tidak efisien. Mesin uap juga tidak lebih baik. Pada masa-masa awal tersebut, hanya sekitar 10 persen bahan bakar yang benar-benar menggerakkan kendaraan. 90 persen lainnya? Buang panas. Itu adalah sejumlah besar energi yang keluar dari knalpot.
Rudolf Diesel melihat pemborosan itu dan ingin memperbaikinya. Pada tahun 1878, dia sedang mengerjakan “mesin tenaga pembakaran” yang menghasilkan lebih banyak tenaga dari setiap tetes bahan bakar. Dia mendapatkan patennya pada tahun 1892. Hasilnya adalah mesin yang tidak bergantung pada percikan api. Itu bergantung pada fisika.
Bagaimana Pengapian Kompresi Mengubah Segalanya
Pada mesin bensin, prosesnya mudah. Anda mencampur udara dan bahan bakar, Anda mengompres campuran tersebut, dan busi menyala. Sederhana.
Pada mesin diesel, urutannya terbalik. Piston hanya memampatkan udara. Saat udara diperas, suhunya melonjak. Kemudian, bahan bakar disuntikkan langsung ke udara panas tersebut. Panas dari kompresi cukup untuk menyalakan bahan bakar tanpa busi. Tidak diperlukan pengaturan waktu listrik. Hanya termodinamika.
Inilah sebabnya mengapa mesin diesel memiliki rasio kompresi yang lebih tinggi. Mereka dapat menoleransi stres karena mereka tidak khawatir terhadap pra-penyalaan atau kerusakan seperti yang terjadi pada mesin gas kompresi tinggi.
Mesin Diesel vs. Mesin Bensin: Perbedaan Inti
Di atas kertas, kedua mesin tersebut mengubah energi kimia menjadi energi mekanik. Keduanya menggunakan piston, poros engkol, dan silinder. Gerakan linier piston mengubah poros engkol menjadi gerakan berputar, yang memutar roda Anda. Tapi “bagaimana” adalah di mana mereka berpisah.
- Metode Pengapian: Mesin gas menggunakan busi. Mesin diesel menggunakan panas kompresi.
- Pengiriman Bahan Bakar: Mesin gas sering kali mencampur bahan bakar dengan udara sebelum kompresi (dalam pengaturan karburator atau injeksi port). Mesin diesel menyuntikkan bahan bakar ke dalam silinder setelah kompresi dimulai.
- Efisiensi: Karena bahan bakar diesel padat energi dan proses pembakarannya lebih sempurna karena karakteristik pembakarannya yang ramping, mesin diesel secara historis menghasilkan mil per galon lebih banyak dibandingkan mesin gas sejenis.
Masalah Reputasi
Selama beberapa dekade, jika Anda mengendarai diesel, Anda pasti akan melihat jelaga, bunyi gemerincing, dan kepulan asap hitam. Di Eropa, pertukaran ini bermanfaat bagi penghematan bahan bakar. Di Amerika Serikat, sebagian besar masyarakat menolak teknologi tersebut. Rasanya industri. Kotor. Keras.
Kemudian tibalah tahun 2014. Skandal diesel Volkswagen tidak hanya merugikan satu merek; itu meracuni sumur untuk seluruh segmen. Ketika terungkap bahwa pemasaran “diesel bersih” telah menutupi perangkat lunak yang menipu pengujian emisi, kepercayaan pun menguap.
Namun teknologi itu sendiri berkembang. Mesin diesel modern lebih senyap, lebih bersih, dan lebih efisien dibandingkan mesin apa pun di tahun 90an. Injeksi langsung, turbocharger geometri variabel, dan kontrol emisi tingkat lanjut telah mengubah pengalaman berkendara. Pasar perlahan pulih, didorong oleh perhitungan sederhana mengenai biaya bahan bakar.
Apa Artinya Bagi Anda
Jika Anda mempertimbangkan diesel, Anda membeli serangkaian trade-off tertentu. Anda mendapatkan penghematan bahan bakar yang lebih baik. Anda mendapatkan torsi tinggi pada RPM rendah, yang membantu saat menarik dan menjelajah jalan raya. Anda tidak lagi melakukan penyempurnaan dibandingkan mesin gas modern, dan Anda menghadapi persyaratan perawatan yang lebih ketat untuk sistem emisi.
Siklus empat langkah tetap dengan struktur yang sama: pemasukan, kompresi, tenaga, pembuangan. Namun dalam langkah tersebut, mesin diesel melakukan keajaibannya secara berbeda. Ini adalah mesin yang dibangun untuk efisiensi terlebih dahulu, dan kinerja kedua. Dan dalam iklim bahan bakar saat ini, efisiensi tersebut kembali menjadi nilai jual utama.
Cara Kerja Kompresi Diesel Sebenarnya
Rudolf Diesel tidak menebak-nebak. Dia menghitung bahwa menekan udara lebih keras akan menghasilkan tenaga lebih besar dan efisiensi lebih baik. Fisikanya sederhana namun mendalam. Ketika piston memampatkan udara di dalam silinder, ia memusatkan molekul-molekulnya. Bahan bakar diesel mengandung energi yang sangat besar, sehingga molekul udara yang dikemas tersebut menciptakan lingkungan dengan kemungkinan besar untuk bereaksi.
Anggap saja seperti ini: ketika molekul udara dipaksa mendekat, bahan bakar memiliki peluang lebih besar untuk bereaksi dengan oksigen. Diesel benar. Mesin bensin biasanya dijalankan pada rasio kompresi antara 8:1 dan 12:1. Mesin diesel mendorongnya menjadi 14:1, dan beberapa mencapai hingga 25:1. Rasio yang lebih tinggi itulah yang menyebabkan mesin diesel tidak membutuhkan busi. Panas dari kompresi tersebut langsung menyulut bahan bakar.
Hal ini membawa kita ke inti sistem: proses injeksi.
Perbedaan Metode Injeksi Antara Mesin Diesel dan Bensin
Mesin bensin mengacaukan segalanya. Mesin tersebut menggunakan pengaturan hybrid, beralih antara port injection dan injeksi bahan bakar langsung tergantung pada kinerja mesin. Port injection menyemprotkan bahan bakar tepat di luar silinder, tepat sebelum langkah hisap. Itu stabil. Bagus untuk menganggur. Bagus untuk kecepatan rendah. Injeksi langsung mengenai silinder secara langsung. Ini agresif, menawarkan lebih banyak tenaga pada RPM lebih tinggi dan mengurangi risiko ketukan, ping yang mengganggu ketika campuran terbakar terlalu dini karena kompresi yang berlebihan.
Mesin diesel tidak memainkan permainan itu. Mereka benar-benar injeksi langsung. Bahan bakar langsung masuk ke silinder, tidak ada jalan memutar.
Mengapa Injektor Diesel Merupakan Bagian yang Paling Sulit Dibuat
Injektor adalah permata mahkota mesin diesel. Juga yang paling rumit. Para insinyur telah menghabiskan waktu puluhan tahun untuk mengubah lokasinya, cara penyemprotannya, dan bagaimana ia bertahan terhadap lingkungan di dalam ruang bakar. Ia harus menahan tekanan dan suhu yang luar biasa sambil mengatomisasi bahan bakar menjadi kabut halus.
Membuat kabut bercampur secara merata dengan udara adalah teka-teki fisika. Jika bahan bakar tidak berputar dengan baik, pembakaran menjadi berantakan. Itu sebabnya Anda melihat ruang pra-pembakaran, katup induksi khusus, atau perangkat pengontrol aliran lainnya pada kepala diesel. Mereka memaksa udara berputar, memastikan kabut dan udara bertemu tepat di tempat dan waktu yang seharusnya untuk pembakaran yang efisien.
Apakah Diesel Anda Sebenarnya Membutuhkan Glow Plug?
Mungkin. Mungkin tidak.
Saat mesin diesel dalam keadaan dingin, panas kompresi mungkin tidak cukup untuk menyalakan bahan bakar. Masukkan busi pijar. Ini pada dasarnya adalah kawat tebal yang dipanaskan dengan listrik, mirip dengan elemen dalam pemanggang roti. Ini menghangatkan ruang bakar sehingga udara cukup panas untuk menangkap semprotan bahan bakar.
Teknologi injeksi langsung modern sangat presisi sehingga Anda sering kali tidak memerlukan busi pijar hanya untuk menyalakan mesin. Namun produsen tetap menyimpannya. Mengapa? Karena panas ekstra itu membantu pembakaran bahan bakar lebih bersih. Ini bukan tentang memulai, tapi lebih pada efisiensi dan emisi.
Bahan Bakar Itu Sendiri: Diesel vs. Bensin
Perangkat kerasnya bukan satu-satunya perbedaan. Bahan bakar adalah masalah tersendiri.
Mengapa bahan bakar diesel ditangani secara berbeda di dalam mesin
Minyak mentah ditindak di kilang ke aliran tertentu. Bensin, bahan bakar jet, minyak tanah, solar. Mereka terlihat serupa di dalam jerigen, namun molekulnya tidak peduli dengan penampakannya. Diesel lebih berat. Lebih berminyak. Ia tidak mau menguap.
Laju penguapan yang lambat ini disebabkan oleh panjang rantai karbon. Molekul solar lebih panjang, mengandung lebih banyak atom karbon dibandingkan bensin. Titik didihnya berada di atas air. Bobot struktural ini berarti solar memiliki kepadatan energi yang lebih tinggi. Satu galon (3,8 liter) solar menampung sekitar 139.000 BTU. Bensin mengelola 124.000 BTU dalam volume yang sama.
Energi ekstra tersebut, dikombinasikan dengan efisiensi termodinamika mesin pengapian kompresi, menjadi alasan mengapa truk ini menarik lebih keras dan melaju lebih jauh per galonnya dibandingkan kembarannya yang berbahan bakar bensin. Itu juga mengapa solar dulunya lebih murah. Untuk itu diperlukan lebih sedikit pemurnian. Menurut Badan Informasi Energi A.S., bahan bakar diesel mencakup sekitar 24 persen produk minyak bumi di A.S., sementara bensin mendominasi sebesar 56 persen.
Bagaimana diesel menggerakkan mesin industri modern
Anda melihatnya di jalan raya. truk kelas 8. Tapi solar ada di mana-mana.
- Bus sekolah
- Armada transit kota
- Kapal laut
- Lokomotif kereta api
- Derek konstruksi
- Mesin pertanian
- Generator darurat
Profil lingkungannya beragam. Kabar baiknya: efisiensi yang lebih tinggi berarti lebih sedikit bahan bakar yang dibakar per unit kerja, sehingga menghasilkan emisi karbon dioksida per mil yang lebih rendah. Kabar buruknya: pembakaran solar melepaskan senyawa nitrogen dalam jumlah tinggi. Hal ini memicu kabut asap, hujan asam, dan masalah pernapasan.
Mengapa era diesel tahun 1970an gagal (dan apa yang berubah)
Pabrikan Eropa memasukkan bahan bakar diesel ke dalam mobil penumpang selama krisis minyak tahun 1970an. Itu adalah kegagalan bagi pengemudi harian. Suara mesinnya keras. Mobil-mobil pulang ke rumah dilapisi jelaga hitam. Partikulat tersebut sama saja dengan yang mencekik udara kota.
Teknik modern sebagian besar memperbaiki kebisingan dan jelaga. Injeksi langsung kini diatur oleh sistem komputer yang memantau pembakaran secara real time. Efisiensi meningkat. Emisi turun.
Lalu tibalah tahun 2014. Volkswagen. Mesin pemasaran “diesel bersih” ternyata merupakan perangkat lunak yang curang. Perusahaan menggunakan kontrol komputer canggih yang sama untuk mendeteksi kondisi pengujian dan menekan emisi hanya selama siklus laboratorium. Dampaknya sangat besar. Denda miliaran. Pembelian kembali. Eksekutif di penjara.
Bahan bakarnya sendiri juga berubah. Sejak 2010, semua bahan bakar diesel yang dijual di Amerika Serikat adalah ultra-low sulfur diesel (ULSD). Belerang menjadi masalah karena meracuni konverter katalitik dan filter partikulat yang dirancang untuk menangkap polusi. Hilangkan belerang, dan perangkat tersebut akan berfungsi sebagaimana mestinya. Konverter katalitik diesel modern memiliki efisiensi sekitar 90 persen. Tidak ada lagi awan asap hitam. Tidak ada lagi bau belerang.
Apakah biodiesel menggantikan bahan bakar solar?
Tidak tepat. Biodiesel merupakan salah satu alternatif atau bahan tambahan. Secara kimiawi berasal dari minyak nabati atau lemak hewani, bukan minyak bumi. Rudolf Diesel sebenarnya mempertimbangkan minyak biji nabati untuk desain mesin aslinya.
Anda bisa memadukannya dengan solar biasa. Dalam beberapa kasus, mesin menggunakan 100 persen biodiesel dengan sedikit atau tanpa modifikasi. Ini membakar lebih bersih dalam hal partikulat dan keluaran karbon. Namun bahan bakar ini berbeda dengan bahan bakar berbasis minyak bumi yang menggerakkan sebagian besar armada tugas berat saat ini.
Arah selanjutnya dari pembatasan bahan bakar diesel
Meskipun sistem aftertreatment modern memiliki efisiensi 90 persen, solar masih mengeluarkan partikulat. Di daerah perkotaan yang padat, hal ini masih menjadi masalah kesehatan masyarakat.
Beberapa kota, negara bagian, dan negara telah mengamanatkan larangan kendaraan diesel dalam dekade berikutnya. Teknologi menjadi lebih bersih, namun lingkungan kebijakan menjadi lebih ketat. Pertanyaannya adalah apakah powertrain tanpa emisi generasi berikutnya dapat menandingi torsi dan jangkauan yang masih dihasilkan diesel dalam aplikasi tugas berat.
