22,5 Mesin Bensin dan Diesel
Dalam mesin bensin, enam proses terjadi pada setiap siklus, yang diilustrasikan dalam Gambar 22.11. Dalam diskusi ini, mari kita perhatikan bagian dalam silinder di atas piston menjadi sistem yang diambil melalui siklus berulang dalam operasi mesin. Untuk siklus tertentu, piston bergerak naik dan turun dua kali, yang merupakan siklus empat gerakan yang terdiri dari dua gerakan naik dan dua gerakan turun. Proses dalam siklus dapat didekati dengan siklus Otto ditunjukkan dalam diagram PV pada Gambar 22.12. Dalam diskusi berikut, lihat Gambar 22.11 untuk representasi bergambar dari gerakan dan Gambar 22.12 untuk signifikansi pada diagram PV di bawah ini:
1. Selama intake stroke (langkah isap) (Gambar. 22.11a dan O →A pada Gambar 22.12), piston bergerak ke bawah, campuran gas udara dan bahan bakar ditarik ke dalam silinder pada tekanan atmosfer. Itu adalah masukan energi bagian dari siklus: energi memasuki sistem (interior silinder) melalui transfer materi sebagai energi potensial yang tersimpan dalam bahan bakar. Dalam proses ini, volume meningkat dari V2 ke V1. Ini jelas penomoran mundur didasarkan pada langkah kompresi (proses 2 di bawah), di mana campuran udara-bahan bakar dimampatkan dari V1 ke V2.
2. Selama compression stroke (langkah pemampatan) (Gambar. 22.11b dan A → B dalam Gambar. 22.12), piston bergerak ke atas, campuran udara-bahan bakar dimampatkan adiabatik dari volume V1 ke volume V2, dan suhu meningkat dari TAke TB. Usaha yang dilakukan pada gas adalah positif, dan nilainya sama dengan negatif dari area di bawah kurva AB pada Gambar 22.12.
3. Pembakaran terjadi ketika plug percikan api (Gambar. 22.11c dan B → C dalam Gambar. 22.12). Itu bukan salah satu gerak dari siklus karena terjadi dalam interval waktu yang sangat singkat saat piston berada pada posisi tertinggi. Pembakaran merupakan transformasi energi cepat dari potensi energi yang tersimpan dalam ikatan kimia dalam bahan bakar menjadi energi internal yang terkait dengan gerakan molekul, yang berhubungan dengan suhu. Selama interval waktu ini, campuran tekanan dan temperatur meningkat dengan cepat, dengan suhu naik dari TBke TC. Volume, bagaimanapun, tetap mendekati konstan karena selang waktu singkat. Akibatnya, hampir tidak ada usaha yang dilakukan pada atau oleh gas. Kita dapat memodelkan proses ini dalam diagram PV (Gambar22.12.) Sebagai proses yang di mana energi |Qh| memasuki sistem. (Pada kenyataannya, bagaimanapun, proses ini adalah konversi energi yang sudah ada pada silinder dari proses O → A.)
4. Dalam power stroke (Gambar. 22.11d dan C → D dalam Gambar. 22.12), gas mengembang adiabatik dari V2 ke V1. Perluasan ini menyebabkan suhu turun dari TC ke TD. Usaha ini dilakukan oleh gas dalam mendorong piston ke bawah, dan nilai dari usaha ini adalah sama dengan area di bawah kurva CD.
5. Pelepasan gas-gas sisa terjadi ketika katup buang dibuka (Gambar. 22.11e dan D → A pada Gambar. 22.12). Tekanan tiba-tiba turun untuk interval waktu yang singkat. Selama interval waktu ini, piston hampir stasioner dan volume mendekati konstan. Energi dikeluarkan dari interior silinder dan terus dikeluarkan selama proses berikutnya.
6. Dalam proses akhir, exhaust stroke (Gambar. 22.11e dan A → O pada Gambar. 22.12), piston bergerak ke atas sementara katup buang tetap terbuka. Sisa gas habis pada tekanan atmosfer, dan volume berkurang dari V1 ke V2. Siklus kemudian berulang.
Jika campuran udara-bahan bakar dianggap gas ideal, efisiensi siklus Otto adalah:
(Otto cycle) (22,7)dimana V1/V2 adalah rasio kompresi dan γ adalah rasio kalor jenis molar CP/CVuntuk campuran udara-bahan bakar. Persamaan 22.7, yang diturunkan dalam Contoh 22.5, menunjukkan bahwa efisiensi meningkat ketika rasio kompresi meningkat. Untuk rasio kompresi khas dari 8 dan dengan γ =1,4, Persamaan 22,7 memprediksi efisiensi teoritis 56% untuk operasi mesin dalam siklus Otto ideal. Nilai ini jauh lebih besar daripada yang dicapai dalam mesin nyata (15% sampai 20%) karena efek seperti gesekan, transfer energi secara konduksi melalui dinding silinder, dan pembakaran tidak sempurna dari campuran udara-bahan bakar.
Mesin diesel beroperasi pada siklus yang sama dengan siklus Otto, tetapi tidak menggunakan busi. Rasio kompresi untuk mesin diesel jauh lebih besar dari itu untuk mesin bensin. Air dalam silinder dimampatkan dengan volume yang sangat kecil, sebagai akibatnya suhu silinder pada akhir langkah kompresi sangat tinggi. Pada titik ini, bahan bakar diinjeksikan ke dalam silinder. Suhu yang cukup tinggi untuk campuran udara-bahan bakar menyala tanpa bantuan busi. Mesin diesel lebih efisien daripada mesin bensin karena rasio kompresinya yang lebih besar dan menghasilkan suhu pembakaran yang lebih tinggi (Serway, 2010:636-637).
Tinggalkan komentar