Enjin diesel

Enjin diesel merupakan sejenis enjin pembakaran dalaman yang beroperasi melalui kitar diesel (dinamakan sempena Dr. Rudolf Diesel). Ciri utama enjin diesel adalah penggunaan udara termampat untuk membakar bahan api, yang disuntik ke dalam kebuk pembakaran semasa penghujung lejang mampatan [compression stroke]. Ia bertentangan dengan enjin petrol, di mana campuran udara-bahan api dinyalakan oleh palam pencucuh..

Enjin diesel dikeluarkan dalam bentuk 2 lejang dan 4 lejang. Asalnya ia dibina sebagai pengganti enjin wap pegun yang lebih cekap. Sejak 1910an ia digunakan dalam kapal dan kapal selam. Lama kemudian enjin diesel turut digunakan pada lokomotif kereta api, lori besar serta penjana elektrik. Pada 1930an, ia mula digunakan dalam beberapa model kereta. Setakat tahun 2007, lebih kurang 50 peratus daripada kereta baru di Eropah menggunakan enjin diesel.^[1]

Penjana diesel pada kapal tangki minyak.

Sejarah

Rudolf Diesel, seorang warganegara Jerman bangsa Bavaria^[2] memperoleh pendidikan di Politeknik München khususnya di kuliah diajar Carl von Linde. Setelah beliau berjaya lulus, beliau bekerja sebagai jurutera peti sejuk, tetapi keinginan utamanya adalah pada reka bentuk enjin. Diesel mereka bentuk pelbagai jenis enjin haba, termasuklah enjin udara kendalian kuasa solar. Pada tahun 1893, beliau menerbitkan satu kertas kerja mengenai sebuah enjin pembakaran dalaman; beliau mendapat ilhamnya daripada suatu alat unik iaitu gobek api antara yang dipelajarinya semasa di München.^[3] Pada tahun 1894, beliau memfailkan paten bagi ciptaan terbarunya iaitu enjin diesel. Diesel nyaris-nyaris terbunuh apabila enjin percubaannya itu meletup. Walau bagaimanapun, enjinnya itu adalah yang pertama membuktikan bahawa bahan api boleh dibakar tanpa memerlukan palam pencucuh. Beliau mengendalikan enjin pertamanya yang berjaya dibina pada tahun 1897.

Pada tahun 1898, Diesel dikurniakan U.S. Patent 608,845 bagi "enjin pembakaran dalaman".

Di Augsburg, pada 10 Ogos 1893, model perdana Rudolf Diesel, enjin silinder besi tunggal 3.0 m dengan roda tenaga pada bahagian dasarnya, bergerak sendiri buat pertama kalinya. Diesel menghabiskan masa dua tahun bagi menambah baik enjin tersebut dan pada tahun 1896 beliau melakukan demonstrasi model keduanya dengan kecekapan teori sejumlah 75%, tidak seperti enjin wap yang hanya menghasilkan kecekapan 10%. Menjelang tahun 1898, Diesel menjadi seorang jutawan. Enjinnya digunakan di loji janakuasa elektrik dan air, kereta dan lori, serta kapal air. Ia turut digunakan di lombong-lombong, loji carigali minyak, kilang-kilang, serta kapal-kapal besar.

Bagaimana enjin diesel berfungsi

Enjin diesel berbeza dengan enjin petrol melalui penggunaan nisbah mampatan udara yang lebih tinggi untuk membakar bahan api berbanding enjin petrol yang menggunakan palam pencucuh ("pembakaran mampatan" berbanding "pembakaran pencucuhan").

Selain nisbah mampatannya yang tinggi sehingga membolehkan pembakaran berlaku tanpa sistem penyalaan berasingan, nisbah mampatan yang tinggi juga meningkatkan kecekapan enjin. Pada enjin petrol pula, nisbah mampatan tidak boleh terlalu tinggi bagi mengelakkan kerosakan enjin akibat pra-nyalaan atau ketukan enjin [knocks].

Pada enjin diesel, udara dimampatkan dengan nisbah mampatan lazimnya di antara 15:1 ~ 22:1, meningkatkan suhu udara ke 532 °C. Pada suhu tersebut, udara di dalam kebuk pembakaran akan membakar campuran udara-bahan api. Seterusnya bahan api yang disuntik ke dalam kebuk pembakaran akan terbakar dengan sendirinya, menghasilkan kuasa kepada enjin.

Perbandingan dengan enjin petrol

Perbandingan	Enjin diesel	Enjin petrol
Bahan api	Diesel	Petrol
Cara pembakaran	Mampatan udara (tidak memerlukan sistem penyalaan)	Palam pencucuh (memerlukan sistem penyalaan)
Cara mematikan enjin	Menyekat bekalan bahan api	Mematikan sistem penyalaan
Sistem bahan api	Suntikan bahan api	Karburetor atau suntikan bahan api
Kawalan kelajuan	Kawalan kualiti (bahan api sahaja)	Kawalan kuantiti (campuran udara-bahan api)
Penghidupan semasa sejuk	palam pemanas ("heater plug")	Injap pencekik (bagi karburetor sahaja)
Nisbah mampatan	Tinggi (15:1 ke atas)	Sederhana (6:1 ~ 14:1)
Nisbah campuran udara-bahan api	Udara berlebihan	Menghampiri nisbah stoikiometrik (14.7:1)
Kelajuan enjin	Rendah (4,500 rpm ke bawah)	Tinggi (5,500 ~ 20,000 rpm)
Kilasan kemuncak	Kelajuan rendah (sekitar 1,600 ~ 2,000 rpm)	Kelajuan lebih tinggi (sekitar 2,500 rpm ke atas)
Kecekapan kemuncak	45%^[4]	30%

Kelebihan dan kelemahan

Kelebihan

Lebih menjimatkan bahan api berbanding enjin petrol.
Mempunyai kecekapan pembakaran bahan api yang lebih tinggi daripada enjin petrol. Nilai kecekapan pembakaran kemuncak sebenar bagi enjin diesel pada lori, bas dan kereta adalah setinggi 45%,^[4] serta mungkin akan mencecah 55% pada masa akan datang.^[5]
Menghasilkan kurang karbon monoksida kerana membakar bahan api dalam udara berlebihan.
Menghasilkan kilasan kemuncak pada kelajuan enjin rendah, menjadikannya sesuai digunakan pada kenderaan berat.
Lebih tahan lama serta lebih boleh diharap kerana selain ketiadaan sistem penyalaan elektrik, enjin diesel sememangnya dibina bagi menahan tekanan yang sangat tinggi.
Tidak memerlukan palam pencucuh sebagaimana enjin petrol.

Kelemahan

Enjin diesel lazimnya lebih berat daripada enjin petrol.
Kadar pecutan yang lebih lambat daripada enjin petrol. Walau bagaimanapun, pemasangan pengecas turbo serta teknologi baru seperti sistem suntikan terus rel sepunya membantu meningkatkan kadar pecutan enjin diesel.
Menghasilkan jelaga hitam semasa pelepasan asap ekzos. Masalah tersebut boleh dikurangkan dengan kawalan diesel elektronik serta penggunaan bahan api diesel yang lebih bersih (kurang kandungan sulfur).
Banjaran kuasa yang kecil disebabkan banjaran putaran enjin yang terhad. Ia merupakan sebab utama mengapa kebanyakan lori berat mempunyai kotak gear sehingga sebanyak 18 kelajuan. Pengecas turbo geometri boleh laras membolehkan kilasan enjin disebarkan pada banjaran kelajuan yang lebih meluas.
Enjin diesel lebih bising daripada enjin petrol disebabkan ketukan diesel.^[6] Penggunaan minyak diesel dengan nilai setana yang lebih tinggi boleh mengurangkan bunyi bising ketukan diesel.^[6]

Kelajuan enjin

Enjin diesel berkelajuan rendah marin 2 lejang, 5 silinder MAN B&W 5S50MC. Enjin sebegini digunakan pada kapal pembawa bahan kimia seberat 29,000 tan metrik.

Enjin diesel turut dikategorikan mengikut kelajuan enjin seperti berikut:-

Kelajuan tinggi (1,800 rpm ke atas) - digunakan pada lori, bas, kereta, traktor, pam serta penjana elektrik kecil. Setakat 2008, kebanyakan enjin diesel kelajuan tinggi menggunakan suntikan tidak terus, walaupun enjin-enjin yang lebih baru dan lebih moden mula menggunakan enjin suntikan terus rel sepunya.
Kelajuan sederhana (300 ~ 1,800 rpm) - digunakan pada stesen penjana elektrik, kapal serta lokomotif kereta api. Ia menggunakan sama ada minyak diesel ataupun minyak bahan api jenis berat, yang perlu dipanaskan terlebih dahulu sebelum digunakan. Setakat 2007, enjin kelajuan sederhana terbesar menghasilkan keluaran kuasa lebih kurang 22,400 kW (30,000 bhp). serta dibekalkan oleh syarikat seperti MAN B&W, Wartsila,^[7] dan Rolls-Royce (mengambil alih Ulstein Bergen Diesel pada tahun 1999). Enjin kelajuan sederhana dikeluarkan sama ada dalam bentuk 2 lejang atau 4 lejang.
Kelajuan rendah (60 ~ 300 rpm) - digunakan pada kapal besar. Ia dibina dalam bentuk 2 lejang sahaja dan menggunakan minyak bahan api jenis berat yang perlu dipanaskan dahulu sebelum digunakan. Setakat 2007, enjin 4 silinder sebaris Wärtsilä-Sulzer 14RTFLEX96-C 2 lejang diesel turbo yang dikeluarkan oleh pemegang lesen Wärtsilä, Doosan di Korea Selatan adalah enjin diesel paling berkuasa dalam perkhidmatan, dengan lubang silinder sebesar 960 mm, menghasilkan keluaran kuasa setinggi 84.42 MW (114,800 bhp). Ia mula digunakan pada September 2006, dipasang pada kapal kontena terbesar di dunia iaitu Emma Mærsk, dimiliki oleh A.P. Moller-Maersk Group.

Perkembangan semasa dan akan datang

Setakat 2008, kebanyakan sistem suntikan terus rel sepunya serta sistem suntikan unit menggunakan pemancit baru yang menggunakan wafer piezoelektrik tersusun bagi menggantikan unit pemancit solenoid, memberikan kawalan lebih halus semasa suntikan.^[8]

Pengecas turbo geometri boleh laras mempunyai bilah anjal, yang bergerak serta membenarkan lebih banyak udara memasuki enjin bergantung kepada beban enjin. Teknologi ini meningkatkan prestasi serta penjimatan bahan api. Lengahan turbo juga dikurangkan memandangkan inertia turbo telah dipampaskan.^[9]

Accelerometer pilot control (APC) menggunakan meter pemecut bagi menghantar tindak balas mengenai tahap kebisingan dan gegaran enjin dan dengan ini ia mengarahkan ECU untuk menyuntik jumlah bahan api yang minimum untuk menghasilkan pembakaran yang lebih senyap tetapi masih menghasilkan kuasa yang diperlukan (terutamanya semasa kelajuan melahu).^[10]

Enjin diesel rel sepunya generasi akan datang diramalkan bakal menggunakan suntikan geometri boleh laras, yang membenarkan sejumlah bahan api yang disuntik dilaraskan pada banjaran yang lebih luas, serta sistem pemasaan injap boleh laras sebagaimana enjin petrol. Di kebanyakan negara termasuklah di Amerika Syarikat, undang-undang pelepasan asap yang lebih ketat pada masa akan datang memberikan cabaran kepada pengeluar enjin diesel. Cara lain bagi memperoleh pembakaran yang lebih cekap, seperti HCCI (pembakaran mampatan bercas homogen) sedang dikaji.^[11]

Bahaya penyelenggaraan

Suntikan bahan api mendedahkan mekanik kepada potensi bahaya penyelenggaraan enjin kerana tekanan bahan api tinggi yang digunakan. Baki tekanan boleh kekal di dalam saluran bahan api dalam tempoh yang lama setelah enjin dimatikan. Baki tekanan ini mesti dilegakan, dan jika ia dilakukan melalui salur "bleed-off", bahan api tersebut mesti ditutup. Jika pemancit diesel bertekanan tinggi ditanggalkan dan dikendalikan di bawah udara terbuka, ia mungkin akan mendedahkan mekanik kepada kecederaan akibat suntikan jet hipodermik, walaupun dengan tekanan serendah 100 PSI (paun per inci persegi). ^[12]. Kes kecederaan sedemikian yang pertama adalah pada tahun 1937 semasa operasi penyelenggaraan enjin diesel^[13].

Lihat juga

Rujukan

^ "European Automobile Production Grows by 5.3% in 2007; Diesel Accounts for 53.3% of New Car Registrations".
^ Donald E. Thomas - Diesel: Technology and Society in Industrial Germany, University of Alabama Press, 1987, ISBN 0817302956, 9780817302955
^ Amirul Hazmi (16 Julai 2019). "How an ancient tool from Penang island inspired the Diesel engine". New Straits Times.
^ ^a ^b "Medium and Heavy Duty Diesel Vehicle Modeling Using a Fuel Consumption Methodology" (PDF). US EPA. 2004.
^ "Motivations for Promoting Clean Diesels" (PDF). US Department Of Energy. 2006.
^ ^a ^b . "Combustion in IC (Internal Combustion) Engines". Dicapai pada 2008-11-01.
^ http://www.wartsila-nsd.com/,en,press,0,,632349E8-AB2C-453F-8EB1-A7CEF0FF43D6,,,.htm |Wartsila 64
^ "Diesel Fuel Injection". Diarkibkan daripada yang asal pada 2008-09-23. Dicapai pada 2008-09-30.
^ "Variable Geometry Turbocharger (VGT)".
^ "Accelerometer Design and Applications".
^ "ABG Tech analysis and driving impression: GM's HCCI Engine".
^ Agha, F.P. (1978). "High-pressure paint gun injuries of hand: clinical and roentgen aspects". NY State Journal of Medicine. 78: 1955–6. Cite has empty unknown parameter: |coauthors= (bantuan)
^ Rees, C.E. (1937). "Penetration of Tissue by Fuel Oil Under High Pressure from a Diesel Engine". Journal of the American Medical Association. 109: 866–7. Cite has empty unknown parameter: |coauthors= (bantuan)

Pautan luar

U.S. Patent 608,845
Rencana HowStuffWorks
Muzium Enjin Anson
Marine Engine Digest
Rencana Kecekapan Diesel—Perbandingan kecekapan bahan api di antara varian diesel dan petrol bagi kereta yang sama
Gambar-gambar enjin diesel kapal kontena yang sangat besar Diarkibkan 2006-07-13 di Wayback Machine
Diesel Engine Fundamentals
Opel 1.7 CDTI - Rencana Bahasa Romania Diarkibkan 2009-03-07 di Wayback Machine (Romania)
NATEF Certified Diesel Mechanic Schools by State Diarkibkan 2008-12-05 di Wayback Machine
FactsAboutSCR.com, Teknologi pelepasan asap diesel pilihan penurunan bermangkin

[1] "European Automobile Production Grows by 5.3% in 2007; Diesel Accounts for 53.3% of New Car Registrations".

[2] Donald E. Thomas - Diesel: Technology and Society in Industrial Germany, University of Alabama Press, 1987, ISBN 0817302956, 9780817302955

[3] Amirul Hazmi (16 Julai 2019). "How an ancient tool from Penang island inspired the Diesel engine". New Straits Times.

[epa-4] "Medium and Heavy Duty Diesel Vehicle Modeling Using a Fuel Consumption Methodology" (PDF). US EPA. 2004.

[5] "Motivations for Promoting Clean Diesels" (PDF). US Department Of Energy. 2006.

[Comb_in_IC-6] . "Combustion in IC (Internal Combustion) Engines". Dicapai pada 2008-11-01.

[7] ttp://www.wartsila-nsd.com/,en,press,0,,632349E8-AB2C-453F-8EB1-A7CEF0FF43D6,,,.htm |Wartsila 64

[8] "Diesel Fuel Injection". Diarkibkan daripada yang asal pada 2008-09-23. Dicapai pada 2008-09-30.

[9] "Variable Geometry Turbocharger (VGT)".

[10] "Accelerometer Design and Applications".

[11] "ABG Tech analysis and driving impression: GM's HCCI Engine".

[12] Agha, F.P. (1978). "High-pressure paint gun injuries of hand: clinical and roentgen aspects". NY State Journal of Medicine. 78: 1955–6. Cite has empty unknown parameter: |coauthors= (bantuan)

[13] Rees, C.E. (1937). "Penetration of Tissue by Fuel Oil Under High Pressure from a Diesel Engine". Journal of the American Medical Association. 109: 866–7. Cite has empty unknown parameter: |coauthors= (bantuan)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]