Proses Pembakaran Normal dan Tidak Normal

1. Pembakaran Normal 

Proses ini terjadi bilamana penyalaan campuran udara bahan bakar semata-mata diakibatkan oleh percikan bunga api yang berasal dari busi. Adapun nyala api akan menyebar secara merata dalam ruang bakar dengan kecepatan normal sehingga campuran udara bahan bakar terbakar pada suatu periode yang sama.

Tekanan gas yang diakibatkan oleh proses ini akan merata (tanpa fluktuasi tekanan) dalam ruang bakar. Pembakaran dimulai sebelum akhir langkah kompresi dan diakhiri sesaat setelah melewati titik mati atas. Suhu dalam ruang bakar akan mencapai kisaran 2100K–2500K (1800-2200 0 C) . 

2. Pembakaran Tidak Normal 

Terjadi karena sebagian campuran bahan bakar mengalami penyalaan sendiri yang biasanya tidak disebabkan oleh percikan bunga api dari busi. Hal ini dikarenakan temperatur campuran bahan bakar udara terlalu tinggi yang salah satunya disebabkan hasil dari langkah kompresi, hingga mencapai titik nyalanya, sehingga menyebabkan campuran tersebut akan menyala dengan sendirinya. Ataupun titik panas pada permukaan ruang bakar yang menimbulkan percikan api dengan sendirinya baik sebelum ataupun sesudah penyalaan.

Detonasi dapat terjadi pada semua jenis motor bakar torak. Sifat dari timbulnya detonasi ini sangat merugikan karena :

• Mengurangi rendemen motor bakar torak, sebab panas yang dihasilkan lebih banyak diserap oleh dinding silinder ruang bakar daripada yang diubah menjadi tenaga mekanis. 
• Proses detonasi ini bisa menyebabkan kerusakan komponen mesin seperti: keretakan pada piston dan setang piston. 
• Menyebabkan proses pembakaran berjalan tidak sesuai dengan timing (waktu) yang telah ditentukan, yakni pembakaran berlangsung terlalu dini. 

Pada motor bakar bensin dikenal dua macam detonasi, sebagai berikut: 

• Detonasi karena campuran bahan bakar menyala sebelum busi mengeluarkan nyala api. Hal ini disebabkan karena adanya kotorankotoran arang yang tertimbun pada dinding silinder dan kepala piston yang menyala terus menerus. Disamping itu juga bisa disebabkan oleh adanya tekanan kompresi yang terlalu besar, sehingga menyebabkan kenaikan temperatur yang mencapai titik nyala campuran bahan bakar dan udara tersebut. 
• Detonasi yang disebabkan karena kecepatan pembakaran disekitar busi yang terlalu tinggi, hingga pada proses ekspansi, sisa bahan bakar yang belum terbakar akan termampatkan, temperaturnya sangat tinggi sampai sisa tersebut seluruhnya terbakar dengan sendirinya. Akibat dari detonasi ini maka massa gas dalam silinder akan bergetar hingga terjadi tekanan-tekanan setempat yang lebih tinggi dari biasanya. 

Hal ini terjadi karena proses pembakaran yang tidak normal menimbulkan gelombang tekanan yang berbenturan dengan gelombang tekanan yang terjadi akibat pembakaran yang berjalan normal (akibat percikan api dari busi semata). Kejadian ini terjadi disertai dengan suara pukulan pada dinding ruang bakar, hingga terdengar suara ketukan logam (knocking). Knocking yang berat akan menyebabkan kerusakan pada komponen mesin, terutama pada kepala piston. Gambar 2.8 menunjukan terjadinya peristiwa detonasi di dalam silinder.

Gambar 2.7 Keadaan dalam ruang bakar sebelum dan sesudah detonasi [Ref.2

Faktor-faktor yang menyebabkan terlalu tingginya temperatur campuran bahan bakar dan udara, sehingga menimbulkan detonasi tersebut adalah sebagai berikut : 

• Nilai oktan (octane number) dari bahan bakar yang terlalu rendah. Nilai oktan adalah bilangan yang menyatakan prosentase kandungan isooktana (C8H18) pada campuran iso-oktana dengan heptana (C7H16) dalam bahan bakar. Pada iso-oktana bebas dari knocking, sedang heptana mempunyai nilai knocking yang buruk. Semakin tinggi nilai oktan maka semakin bagus anti knocking bahan bakar tersebut. 
• Waktu pengapian yang terlalu cepat. Waktu pengapian yang terlalu cepat menyebabkan timbulnya sebagian dari bahan bakar yang belum sempat terbakar. Sampai proses ekspansi sisa bahan bakar tersebut akan termampatkan, sampai temperaturnya tinggi hingga menyebabkan timbulnya (self ignition). 
• Busi terlalu panas. Busi yang terlalu panas akan menyebabkan suhu disekitarnya tidak merata, sehingga ketika busi menyala terdapat daerah-daerah dengan suhu yang berbeda yang menyebabkan pembakaran bahan bakar berjalan tidak merata. 
• Temperatur nyala bahan bakar Bahan bakar dengan temperatur nyala yang tinggi akan menyebabkan sulit untuk berdetonasi, dengan kata lain pada bahan bakar dengan temperatur nyala yang tinggi akan sulit untuk terbakar dengan sendiri. 
• Sistem pendinginan dinding silinder ruang bakar kurang baik Fungsi dari sistem pendinginan adalah untuk mendinginkan mesin saat terjadinya pembakaran dalam silinder. Jika pendinginannya tidak merata, maka dimungkinkan akan menyebabkan proses pembakaran dalam ruang bakar tidak merata pada seluruh ruang. 
• Terjadinya pembesaran perbandingan kompresi Perbandingan kompresi merupakan perbandingan volume silinder terbesar dengan volume terkecil. Dengan kenaikan perbandingan kompresi ini akan mengakibatkan tekanan kompresi menjadi naik, sehingga bila sampai mencapai tekanan nyala bahan bakar, maka akan menyebabkan terjadinya pembakaran sendiri tanpa pemicu dari busi. 

Hasil atau produk yang didapat dari reaksi pembakaran dapat dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan jenis pembakarannya, yaitu : 

1. Pembakaran sempurna (ideal) Setiap pembakaran sempurna pasti akan menghasilkan karbondioksida dan air. Reaksi pembakaran sempurna ini hanya dapat berlangsung jika campuran udara-bahan bakar sesuai dengan kebutuhan atau campuran stoikiometris dan cukup waktu untuk pembakaran campuran udara-bahan bakar. 
2. Pembakaran tak sempurna Proses pembakaran tak sempurna terjadi bila kebutuhan oksigen untuk pembakaran tidak cukup terpenuhi. Produk yang dihasilkan dari proses pembakaran tak sempurna adalah hidrokarbon tak terbakar (HC), dan bila hanya sebagian dari hidrokarbon yang terbakar, maka aldehide, ketone, asam karbosiklis, dan karbon monoksida akan menjadi polutan dalam gas buang. 
3. Pembakaran dengan udara berlebih Pada kondisi temperatur yang tinggi, nitrogen dan oksigen yang terdapat dalam udara pembakaran akan bereaksi dan akan membentuk oksida nitrogen (NO dan NO2). 

Disamping itu produk yang dihasilkan dari proses pembakaran dapat berupa oksida timah, oksida halogenida, oksida sulfur, serta emisi evaporatif seperti hidrokarbon ringan yang teremisi dari sistem bahan bakar.