Anda mungkin tahu mesin diesel empat langkah. Itu adalah pekerja keras di bawah kap truk pickup Anda atau blok mesin sedan Anda. Ia menarik napas, mengompres, menembakkan, dan menghembuskan napas dalam tarian empat bagian yang berirama. Lalu ada mesin dua langkah yang mungkin Anda kenali dari deru gergaji mesin atau deru jet ski. Mesin kecil ini lebih sederhana, lebih ringan, dan menyala pada setiap revolusi lainnya.
Namun apa yang terjadi jika Anda meningkatkan efisiensi dua langkah tersebut hingga seukuran rumah?
Anda akan menemukan raksasa yang membuat perdagangan global terus bergerak. Mesin diesel raksasa yang menggerakkan lokomotif, kapal kontainer, dan bahkan fasilitas pembangkit listrik berskala besar tidak hanya menggunakan bahan bakar diesel. Mereka sering menggabungkan efisiensi pembakaran solar dengan siklus cepat mesin dua langkah. Pendekatan hibrida ini menciptakan beberapa perangkat mekanis paling kuat yang pernah dibuat.
Kita akan mendalami cara kerja mesin diesel dua langkah raksasa ini. Ini bukan hanya versi mesin mobil Anda yang ditingkatkan. Fisika, teknik, dan skalanya berada pada level yang berbeda sepenuhnya.
Mekanisme Siklus Raksasa
Untuk memahami mengapa mesin ini berbeda, Anda harus melihat siklusnya sendiri. Pada mesin diesel empat langkah standar, piston bergerak naik dan turun dua kali untuk setiap langkah tenaga. Intake, kompresi, tenaga, knalpot. Itu dapat diandalkan. Itu sudah dewasa. Namun hal ini juga dibatasi oleh berapa kali Anda dapat menggerakkan piston tersebut dalam satu jam.
Mesin dua langkah memotongnya menjadi dua. Satu ke atas, satu ke bawah. Kekuatan pada setiap revolusi.
Untuk gergaji mesin, ini berarti lebih banyak tenaga dengan bobot lebih sedikit. Untuk mesin kapal seberat 60 ton, ini berarti torsi yang terus menerus dan tanpa henti tanpa kerumitan katup overhead dan poros bubungan dalam pengertian tradisional. Tapi ada kendalanya. Bagaimana cara memasukkan udara segar dan membuangnya jika piston melakukan semua pekerjaan?
Jawabannya terletak pada pemulungan.
“Pemulasan adalah proses mengeluarkan gas buang dari silinder dan menggantinya dengan udara segar.”
Dalam dua langkah kecil, hal ini sering dilakukan melalui port di dinding silinder. Piston itu sendiri bertindak sebagai katup. Saat bergerak ke bawah, lubang pembuangan akan terlihat. Saat bergerak ke atas, itu menutupi lubang masuk. Itu kasar. Ini berantakan. Itu membuang-buang bahan bakar. Namun untuk mesin berukuran besar, kesederhanaannya lebih besar daripada inefisiensinya.
Namun, ini bukan hanya gergaji mesin berukuran besar. Itu adalah instrumen presisi. Ukurannya mengubah segalanya. Mesin diesel dua langkah 9 silinder bisa setinggi rumah tiga lantai. Pistonnya sendiri bisa berbobot beberapa ton. Dan mereka beroperasi pada kecepatan yang jauh lebih lambat dibandingkan mesin mobil Anda, sering kali berputar pada kecepatan kurang dari 100 RPM.
Mengapa Dua Langkah? Mengapa Sekarang?
Anda mungkin bertanya-tanya mengapa pabrikan tidak menggunakan mesin empat tak untuk semuanya. Bagaimanapun, empat langkah lebih efisien dalam hal konsumsi bahan bakar per mil dalam aplikasi yang lebih kecil. Mereka memiliki pengendalian emisi yang lebih baik. Mereka lebih mudah untuk disetel.
Jadi mengapa memilih mesin dua tak untuk raksasa?
Torsi.
Mesin kapal tidak perlu putaran tinggi. Mereka tidak perlu berpindah gigi. Mereka perlu mendorong
Mengapa Diesel Mengalahkan Gas dalam Dua Langkah
Jika Anda sudah mengetahui dasar-dasar cara kerja mesin dua langkah, Anda mungkin mengetahui statistik utama: mesin tersebut menyalakan busi dua kali lebih sering daripada mesin empat langkah. Sekali per putaran poros engkol. Potensi teoretis ini berarti mesin dua langkah dapat memompa tenaga dua kali lipat dibandingkan mesin empat langkah yang sebanding. Tapi ada batasannya.
Bensin dua langkah tradisional menyedot muatan udara-bahan bakar yang sudah dicampur sebelumnya. Siklus itu berantakan. Sebagian bahan bakar yang tidak terbakar bocor setiap kali silinder diisi ulang. Ini membuang-buang bahan bakar dan menimbulkan polusi.
Masukkan pendekatan diesel.
Mesin diesel memampatkan udara murni terlebih dahulu. Kemudian, mereka menyuntikkan bahan bakar langsung ke udara bertekanan panas tersebut. Metode ini jauh lebih cocok untuk siklus dua langkah. Karena Anda tidak memompa bahan bakar mentah keluar dari knalpot, efisiensi meroket. Emisi turun. Itulah sebabnya produsen besar mesin diesel besar menggunakan tata letak ini untuk membangun monster berkekuatan tinggi.
Anatomi Diesel Dua Tak
Lihatlah tata letak khas mesin diesel dua langkah. Ini tidak seperti apa yang Anda temukan di bawah kap mobil.
Di bagian atas silinder terdapat dua atau empat katup buang. Semuanya terbuka secara bersamaan. Di sana juga terdapat injektor bahan bakar diesel (disorot dengan warna kuning pada diagram). Pistonnya memanjang. Panjang ekstra ini memungkinkan piston itu sendiri bertindak sebagai katup masuk. Di bagian bawah perjalanannya, piston membuka lubang untuk pemasukan udara.
Udara masuk diberi tekanan oleh turbocharger atau supercharger. Bak mesin tersegel dan menampung oli, seperti mesin empat langkah standar.
Inilah cara kerja siklus diesel dua langkah :
- Piston berada pada titik puncak pergerakannya. Silinder berisi udara bertekanan tinggi. Injektor bahan bakar diesel menyemprotkan bahan bakar ke dalam ruangan. Panas dan tekanan langsung menyalakannya. Fisika pengapian sama dengan diesel standar.
- Tekanan pembakaran mendorong piston ke bawah. Ini adalah kekuatan pukulan.
- Dekat bagian bawah langkah, semua katup buang terbuka. Gas buang keluar dengan cepat, menghilangkan tekanan.
- Di bagian bawah, piston membuka lubang pemasukan udara. Udara bertekanan membanjiri masuk, memaksa keluar sisa asap knalpot.
- Katup buang menutup. Piston bergerak kembali ke atas, menutupi lubang masuk dan mengompresi udara segar. Ini adalah langkah kompresi.
- Di dekat bagian atas, siklus berulang.
Perbedaannya dengan mesin bensin dua langkah sangat mencolok. Hanya udara yang mengisi silinder. Tidak ada bahan bakar yang tidak terbakar yang bocor. Tidak ada mimpi buruk lingkungan. Tapi ada trade-off. Mesin diesel dua langkah membutuhkan turbo atau supercharger. Hal ini menambah biaya dan kompleksitas. Anda tidak akan pernah menemukan mesin diesel dua langkah di gergaji mesin. Itu akan menjadi tindakan yang berlebihan. Dan terlalu mahal.
Mesin EMD General Motors
Jajaran mesin General Motors EMD mendefinisikan jenis diesel dua langkah. Diperkenalkan pada tahun 1930-an, mesin raksasa ini menggerakkan sebagian besar lokomotif diesel yang beroperasi di jalur AS.
Ada tiga seri berturut-turut: 567, 645, dan 710. Angka-angka tersebut mengacu pada inci kubik per silinder. Pengaturan tipikal memiliki 16 silinder. Perpindahan total? Sekitar 10.000 inci kubik. Pertimbangkan bahwa mesin 5 liter (305 inci kubik) dianggap besar di dalam mobil. Mesin EMD adalah spesies yang sama sekali berbeda.
Ambil EMD 645E3. Berikut spesifikasinya:
- Diameter silinder: 9-1/16 inci
- Langkah piston: 10 inci
- Perpindahan per silinder: 654 inci kubik
- Silinder: 16 atau 20
- Rasio kompresi: 14,5:1
- Katup buang per silinder: 4
- Berat (16 silinder): 34.526 lbs (15.661 kg)
- Berat (20 silinder): 40.144 lbs (18.209 kg). Catatan: Wajan minyak saja memiliki berat lebih dari satu ton.
- Kecepatan idle: 315 rpm
- Kecepatan penuh: 900 rpm
- Tenaga kuda: ~4.300 hp
Itu bukan mobil. Itu adalah pembangkit listrik yang bergerak.
Untuk informasi lebih lanjut tentang diesel dua langkah dan arsitektur mesin lainnya, lihat tautan di halaman berikutnya.
