MESIN pembakaran dalam (mesin piston) sepertinya akan masih tetap dimanfaatkan hingga beberapa tahun mendatang. Saat ini para peneliti di National Institutes of Natural Sciences (NINS) Jepang tengah mengembangkan busi laser yang suatu saat nanti digunakan pada mesin.
Penggunaan busi berteknologi tinggi ini tidak hanya membuat performa mesin menjadi lebih baik dan efisien bahan bakar, tetapi juga memungkinkan terciptanya emisi yang rendah.
Busi konvensional ditempatkan di silinder bagian atas ruang bakar. Perangkat ini dapat mengeluarkan lompatan plasma listrik api akibat tegangan tinggi di antara kedua elektroda logam. Percikan api tersebut kemudian menyulut campuran bahan bakar dan udara di dalam silinder yang dikompresikan oleh piston sehingga timbul ledakan berupa ekspansi tekanan gas yang membuat piston terdorong ke bawah dan memutar poros engkol.
Salah satu produk sampingan dari proses ini adalah nitrogen oksida beracun (NOx) yang jika mencemari udara dalam skala besar dapat menyebabkan timbulnya kabut asap dan hujan asam yang berbahaya bagi lingkungan hidup.
Agar mesin tidak banyak memproduksi NOx, bisa dicapai dengan mengurangi rasio bahan bakar hingga lebih sedikit dari udara dalam campuran yang akan dikompresikan dalam silinder mesin. Akan tetapi langkah tersebut menuntut busi mengeluarkan percikan energi yang lebih besar untuk bisa membakar campuran yang kurus tersebut.
Bisa saja cara itu diterapkan pada busi konvensional, tetapi itu tidak akan lama berlangsung karena kedua elektroda busi tidak akan sanggup menahan gempuran tegangan listrik yang sangat tinggi sehingga kedua elektroda dapat meleleh.
Kelemahan busi konvensional lainnya adalah, karena posisinya lebih dekat ke bagian atas kepala silinder, maka campuran bahan bakar dan udara bagian atas yang terdekat dengan percikan busi saja yang mengalami penyalaan awal sehingga panas ledakan lebih banyak terserap oleh dinding silinder sebelum mencapai piston.
Untuk menjawab tantangan itu, hanya teknologi laser saja yang dapat membakar campuran kurus tadi tanpa efek merusak karena laser tidak membutuhkan elektroda. Lewat teknologi 'busi laser', para ilmuwan di NINS juga mampu menjawab keterbatasan penggunaan busi konvensional.
Pasalnya sinar laser dapat diarahkan kebagian tengah piston sehingga ledakan yang ditimbulkan lebih simetris dan tiga lebih cepat prosesnya ketimbang menggunakan busi konvensional.
Karena laser dapat berdenyut pada kecepatan nano-detik, sementara busi konvensional memiliki proses kerja dalam mili-detik, maka secara teoritis penggunaan busi laser mampu meningkatkan ketepatan waktu pengapian mesin.
Untuk mencapai terjadinya pembakaran campuran udara dan bahan bakar yang kurus, laser harus memiliki kakuatan sekitar 100 gigawatt setiap cm persegi dengan denyutan singkat lebih dari 10 milijoule di tiap penyalaannya.
Sebelumnya hal itu hanya dapat dicapai lewat laser yang besar, tidak efisien dan relatif tidak stabil. Namun para peneliti Jepang ini telah menciptakan sebuah laser berukuran kecil, kuat dan lebih efisien untuk tugas itu.
Mereka memanaskan bubuk keramik kemudian menggabungkannya ke dalam optikal transparan padat kemudia menanamkannya dengan ion-ion logam dalam upaya menyesuaikan dengan sifat-sifat mereka.
Busi laser terbuat dari material yttrium-gallium, pemantik laser ini hanya memiliki lebar 9 mm dan panjang 11 mm. Ia memiliki dua pancaran sinar laser yang dapat menghasilkan pembakaran yang lebih cepat dan lebih seragam dibanding menggunakan satu pemantik di dua tempat (double spark).
Bahkan para peneliti di Jepang ini telah mempertimbangkan untuk membuat busi laser dengan tiga sinar pancaran. Oleh karena tidak dapat menciptakan pembakaran hanya dengan satu denyutan sinar, maka busi laser ini menggunakan beberapa denyut pancaran dengan durasi 800 piko-detik.
Sejauh ini, sistem pengapian laser belum digunakan pada mobil sebenarnya. Para ilmuwan dilaporkan tengah bernegosiasi dengan produsen busi besar dan pabrik komponen otomotif global Denso Corporation.
Dengan mengganti busi (spark plug) konvensional dengan busi laser (pulse plug) NINS mengklaim hasil penelitiannya mampu meningkatkan efisiensi sekaligus performa lewat penyimpanan energi yang kemudian dilepas dalam bentuk bola plasma yang ditransmisikan secara intens di dalam silinder mesin.
Rencananya, penelitian dari NINS akan dipresentasikan bulan depan di sebuah acara bertajuk the Conference on Lasers and Electro Optics di Baltimore Amerika Serikat. (OL-07)
Tidak ada komentar:
Posting Komentar