EH, BETUL KE DIESEL LAGI POWER?

Persoalan ini ditimbulkan oleh pembaca beberapa hari lepas apabila kami menyiarkan artikel bertajuk “Mengapa Enjin Bersesaran Kecil Tidak Efisyen”. Artikel berkenaan membahaskan mengapa enjin petrol bersaiz kecil gagal memberikan penjimatan bahan api yang dijanjikan oleh pengeluar. Artikel ini memberikan idea bagaimana enjin petrol beroperasi dan masalah ketukan yang berlaku pada enjin petrol disebabkan oleh haba yang dihasilkan dari sistem turbo itu sendiri. Ia juga menjadi sebab utama Toyota tidak mahu bertukar kepada enjin turbo walaupun Honda sudah berbuat demikian.

Operasi Enjin Diesel

Walaupun abam botak Vin Diesel terkenal dalam lakonan Fast & Furious, namun dia bukanlah pencipta enjin diesel. Enjin diesel direka dan dipatenkan rekaannya oleh Rudolf Christian Karl Diesel seorang jurutera berbangsa Jerman pada tahun 1879. Rudolf mencipta enjin ini kerana menurut kajiannya enjin stim pada masa tersebut membazirkan 90% tenaganya. Semasa kajian, terdapat beberapa kemalangan dan letupan yang hampir meragut nyawa beliau

Enjin Diesel beroperasi mengikut Kitaran Enjin Diesel (sebagai penghormatan pada Rudolf Diesel) dan berlainan dengan kitaran Otto atau Atkinson yang digunakan oleh enjin petrol. Enjin diesel masih menggunakan 4 prinsip asas kitaran enjin iaitu lejang kemasukan, lejang mampatan, lejang kuasa dan juga lejang ekzos. Namun yang membezakan antara diesel dengan petrol ialah enjin diesel boleh beroperasi tanpa kehadiran palam pencucuh

Enjin diesel juga menyedut 100% udara masuk ketika lejang kemasukan berbeza dengan ejin petrol yang boleh mengambil udara atau campuran udara dan petrol ketika lejang kemasukan. Udara dalam enjin diesel ini akan dimampatkan pada ratio yang lebih tinggi berbanding dengan enjin petrol sekitar 16:1 sehingga 20:1. Pada akhir lejang mampatan, diesel akan disembur ke dalam silinder dengan menggunakan sistem pancitan bahan api tekanan tinggi. Suhu yang tinggi terhasil akibat mampatan dan juga tekanan yang tinggi akan menyebabkan campuran semburan diesel dan udara meletup dengan sendiri dan terbakar secara serentak

Letupan ini dipanggil “self ignite” atau knocking atau ketukan merupakan ciri istimewa enjin diesel. Jika perkara yang sama berlaku pada enjin petrol, ia akan merosakkan enjin dan merencatkan proses pembakaran. Namun perkara sebaliknya yang berlaku pada enjin diesel. Suhu yang tinggi dan tekanan yang tinggi merupakan elemen asas pembakaran enjin diesel. Istimewanya letupan ini ialah, ia terjadi secara serentak pada semua molekul diesel yang disembur tadi menghasilkan tekanan yang tinggi, menolak piston ke bawah dengan daya yang lebih tinggi.

Jadi tork yang dihasilkan oleh enjin diesel jauh lebih tinggi berbanding enjin petrol pada RPM yang lebih rendah. Berbanding dengan enjin petrol yang memulakan pembakaran dengan percikan api dari palam pencucuh, letupan petrol dan udara berlaku dalam bentuk bebola api dan pembakaran merebak dari tengah silinder ke bahagian tepi dalam bentuk “fireball propagation”. Oleh itu tekanan yang dihasilkan oleh petrol kurang berkuasa sedikit kerana semakin jauh bebola api merebak, semakin rendah tekanan pada piston yang dihasilkan.

Perbezaan antara bahan api petrol dan diesel

Petrol dan diesel adalah produk yang dihasilkan dari petroleum melalui proses penyulingan petroleum mentah. Petroleum pada asasnya ialah satu sebatian kompleks yang terdiri daripada atom Karbon dan juga Hidrogen yang boleh menghasilkan pelbagai produk melalui proses penyulingan kerana sebatian karbon dan Hidrogen tadi mempunyai bilangan atom karbon dan Hidrogen yang berbeza.

Semakin kompleks sebatian karbon dan Hidrogen tadi, semakin tinggi suhu yang diperlukan untuk proses penyulingan. Petrol disuling pada suhu sekitar 120 darjah Celcius manakala disel disuling pada suhu 270 darjah Celsius. Petroleum yang dihasilkan melalui proses penyulingan boleh diasingkan berdasarkan bilangan atom karbon yang ada pada sebatian tersebut. Sebatian yang ada satu atom karbon dikenali sebagai methane dan 8 atom karbon dikenali sebagai octhene. Jadual di bawah menjelaskan nama gabungan molekul:

Namun terdapat lagi satu kelas molekul karbon dan Hidrogen yang dikenali dengan istilah aromatics, iaitu kumpulan atom karbon dan hidrogen bergabung dalam bentuk bulatan “rings” yang dengan asas ikatan molekul ini dikenali dengan nama Benzene Rings.

Disebabkan petrol dan diesel diasingkan secara proses penyulingan, ketumpatan dan bilangan molekul Karbon dan Hidrogen petrol dan diesel adalah jauh berbeza. Petrol umumnya memiliki rantaian karbon dan hidrogen dalam formula C₈H₁₈ manakala diesel memiliki formula C₁₅H_28. Jika diperhatikan dengan teliti, diesel memiliki atom karbon dan hidrogen yang lebih banyak di dalam rantaian sebatian berbanding dengan rantaian petrol. Jadi secara kimia, jumlah tenaga diesel lebih banyak berbanding dengan petrol kerana ia mengandungi lebih banyak atom karbon dan hidrogen.

1 liter petrol menyimpan kira-kira 34.2 Megajoule tenaga yang akan berubah bentuk menjadi tenaga haba dan tenaga kinetik. Namun oleh kerana kecekapan mekanikal enjin adalah terhad, hanya 30-40% sahaja tenaga yang disimpan dalam petrol ditukar kepada tenaga kinetik. Sebagai perbandingan, 1 liter disel menyimpan kira-kira 38.8 Megajoule tenaga.

Jadi Kenapa Enjin Diesel Lebih Jimat?

1. Enjin diesel memiliki nisbah mampatan yang lebih tinggi, iaitu sekitar 14:1 sehingga 20:1. Walaupun nisbah mampatan 14:1, ia cukup tinggi jika dibandingkan dengan enjin petrol yang biasa memiliki ratio sekitar 9-11.5. Semakin tinggi nisbah mampatan, semakin bagus kecekapan termodinamik enjin dan semakin jimat enjin tersebut. Disebabkan bahan api diesel sendiri memang perlu beroperasi dengan suhu dan tekanan yang tinggi bagi menggalakkan proses knocking atau self ignite, maka tiada masalah diesel menggunakan nisbah mampatan yang tinggi.

2. Seperti yang diterangkan di perenggan di atas, bahan api diesel sendiri 30% lebih tenaga berbanding petrol. Oleh yang demikian, seliter diesel boleh memberikan jarak perjalanan kilometer yang lebih berbanding dengan petrol.

3. Operasi enjin diesel semasa lejang kemasukan ialah hanya udara sahaja yang disedut masuk ke dalam silinder menjadikan kecekapan volume atau volumetric efficiency lebih tinggi. Enjin petrol yang menggunakan port injection EFI di mana sistem pemancit bahan api berada di belakang injap kemasukan akan menyembur petrol semasa lejang kemasukan. Proses ini akan mengurangkan kecekapan volumetric efficiency enjin.

4. Proses pembakaran diesel di dalam silinder berlaku dimana kesemua atom diesel yang bercampur udara akan meletup dengan serentak menghasilkan tekanan yang kuat (brake mean effective pressure) pada piston menghasilkan tork yang tinggi. Tork yang tinggi ini boleh dihasilkan pada RPM yang rendah tanpa perlu enjin bekerja keras pada RPM yang tinggi seperti enjin petrol. Enjin diesel kekal bekeja dalam julat RPM yang lebih efisyen. Ini bermakna semakin kurang bahan api diperlukan

5. Enjin diesel biasanya dipadankan dengan sistem pendesak turbo. Sistem turbo ini akan dijana oleh asap ekzos yang dikitar semula lantas meningkatkan kecekapan haba enjin (high thermal efficiency). Malah turbo juga membantu enjin diesel mendapatkan tork yang cukup tinggi pada RPM yang rendah dan anda boleh memandu dengan santai pada tork maksima

Namun kereta yang dilengkapi dengan enjin diesel juga biasanya lebih mahal berbanding dengan enjin petrol. Sebagai contoh Hyundai Santa Fe Executive 2400cc petrol berharga RM169,888 manakala varian turbodiesel berharga RM 191,888. Sila ikut gerak bibir anda, tengok dalam cermin dan berikan pandangan anda berkenaan perbezaan harga antara diesel dan petrol dan adakah perbezaan harga tersebut berbaloi di ruangan komen.