Tahap 5 Menganalisis dan mengevaluasi
2.2.5 Sistem Bahan Bakar Diesel Pompa Injeksi In-line a. Pengertian Sistem Injeksi Bahan Bakar Mesin Diesel
Sistem injeksi bahan bakar pada mesin diesel merupakan sistem paling penting di antara sistem-ssitem yang lain. Dengansistem injeksi bahan bakar yang baik dan tepat akan menghasilkan tenaga mesin yang optimal.
Sebaliknya sistem injeksi bahan bakar yang kurang baik dan kurang tepat dapat menyebabkan tenaga mesin diesel kurang optimal, bahkan mungkin saja mesin diesel tidak dapat dijalankan sama sekali. Banyak orang yang menyatakan bahwa sistem injeksi bahan bakar pada mesin diesel merupakan jantung hidup matinyamesin.
Sistem injeksi bahan bakar mesin diesel mencakup rangkaian komponen- komponen yang berhubungan dengan bahan bakar, yang berfungsi mengisap bahan bakar dari tangki bahan bakar, memompakan bahan bakar, sampai bahan bakar tersebut diinjeksikan ke dalam ruang bakar silinder mesin dalam rangka memperoleh tenaga.
b. Fungsi Sistem Injeksi Bahan Bakar
Berdasarkan pengertian sistem injeksi bahan bakar pada mesin diesel di atas, maka fungsi sistem injeksi bahan bakarmesin diesel yaitu:
a) Menyimpan bahan bakar b) Menyaring bahan bakar
c) Memompa atau menginjeksi bahan bakar ke dalam ruang bakar silinder mesin
d) Mengabutkan bahan bakar ke dalam ruang bakar silinder mesin e) Memajukan saat penginjeksian bahan bakar
f) Mengatur kecepatan mesin sesuai dengan bebannya melalui pengaturan penyaluran bahan bakar
g) Mengembalikan kelebihan bahan bakar ke dalam tangki bahan bakar c. Syarat Sistem Injeksi Bahan Bakar Mesin Diesel
Sistem injeksi bahan bakar mesin diesel harus memenuhi syarat, diantaranya sebagai berikut :
a) Memberikan sejumlah tertentu bahan bakar. Sistem injeksi bahan bakar harus setiap saat tertentu memberikan sejumlah tertentu bahan bakar ke tiap-tiap silinder mesin diesel.
b) Menepatkan saat penginjeksian bahan bakar. Bahan bakar harus diinjeksikan ke dalam silinder tepat pada saat kemungkinan mesin diesel mampu menghasilkan tenaga yang maksimum. Bahan bakar yang diinjeksikan terlalu cepat atau terlalu lambat selama langkah usaha menyebabkan terjadinya kerugian tenaga.
c) Mengendalikan kecepatan pengiriman bahan bakar. Kerja mesin diesel yang halus pada tiap-tiap silinder tergantung pada lama waktu yang diperlukan untuk menginjeksikan bahan bakar. Kecepatan mesin yang lebih tinggi harus dicapai dengan pemasukan bahan bakar yang lebih cepat pula.
d) Mengabutkan bahan bakar. Bahan bakar harus sepenuhnya tercampur dengan udara untuk pembakaran sempurna. Dalam hal ini bahan bakar harus dikabutkan menjadi partikel-pertikeal yang halus. Dengan demikian penginjeksian bahan bakar ke dalam silinder mesin diesel harus pada saat yang tepat dan jumlah yang tepat pula sesuai dengan jumlah yang diperlukan.
d. Pengertian Sistem Bahan Bakar Diesel Pompa Injeksi In-line
Sistem bahan bakar dengan pompa injeksi in-line merupakan pompa injeksi yang dirancang dengan satu injektor memiliki satu plunyer sehingga jumlah plunyer sama dengan jumlah injektor. Pada sistem bahan bakar dengan pompa injeksi in-line terdiri atas empat elemen pompa injektor yang melayani empat buah silinder. Dengan demikian setiap silinder mesin diesel akan dilayani oleh satu elemen pompa injektor secara individual. Pompa injeksi in-line biasanya umum digunakan untuk mesin diesel bertenaga besar dengan ruang bakar langsung dan penyemprotan langsung.
Pompa injeksi dalam motor diesel memiliki peran yang sangat penting terutama dalam menyediakan bahan bakar yang dibutuhkan untuk proses pembakaran yang menghendaki bahan bakar memiliki jumlah yang tepat, waktu yang tepat, kualitas yang baik, dan tekanan yang tinggi agar mudah
dikabutkan oleh nozzle. Oleh karena itu, kontruksi pompa injeksi dibuat lebih keras dan kuat. Rumah pompa dibuat dari bahan alumunium tuang (besi tuang) agar mampu menghasilkan tekanan bahan bakar yang tinggi dan memiliki kemampuan yang tinggi pula.
Elemen pompa terdiri dari punyer dan silinder merupakan bagian pompa yang paling penting. Plunyer dan silinder ini dikerjakan dengan penyelesaian presisi tinggi, dan ditempatkan dalam toleransi kecil sekali untuk memungkinkan elemen pompa bertahan dalam tekanan tinggi sekali tanpa adanya kebocoran. Untuk alasan ini, plunyer dan silinder tidak boleh diganti sendiri-sendiri atau secara terpisah, tetapi harus diganti satu set.
Gambar 2. 1 Pompa injeksi in-line e. Jenis-jenis Pompa Injeksi In-line
a) Jenis pompa injeksi in-line ukuran M, memiliki kapasitas yang paling kecil yaitu mampu menghasilkan tekanan hingga 400 bar.
Gambar 2. 2 Pompa injeksi in-line ukuran M
b) Jenis pompa injeksi in-line ukuran A, memiliki kapasitas penyaluran bahan bakar lebih besar dari jenis pompa injeksi in-line ukuran M.
Tekanan injeksi jenis pompa ukuran A ini mampu menghasilkan tekanan hingga 600 bar.
Gambar 2. 3 Pompa injeksi in-line ukuran A
c) Jenis pompa injeksi in-line ukuran MW, jenis pompa injeksi in-line ukuran MW dirancang agar mampu memberikan tekanan hingga mencapai 900 bar. Berbeda dengan jenis pompa injeksi in-line ukuran A atau M, pompa injeksi in-line ukuran MW ini disebut dengan tipe tertutup karena pada jenis pompa injeksi ini unit plunyer, barel serta unit katup deliverinya dipresskan melalui bagian atas rumah pompa dan diikatkan dengan dua buah baut dan flens. Pompa injeksi tipe ini dibuat dengan kapasitas sampai 8 barel atau untuk mesin 8 silinder.
Gambar 2. 4 Pompa injeksi in-line ukuran MW
d) Jenis pompa injeksi in-line ukuran P, seperti pada jenis pompa injeksi i n-line lainnya, pompa jenis ini memiliki kapasitas yang lebih besar, sehingga biasanya banyak digunakan untuk kendaraan dengan kapasitas engine yang lebih besar.
Gambar 2. 5 Pompa injeksi in-line ukuran P f. Komponen Sistem Bahan Bakar Diesel Pompa Injeksi In-line
a) Tangki bahan bakar (fuel tank)
Tanki bahan bakar yang berfungsi menampung semua bahan bakar sementara yang akan digunakan untuk proses pembakaran. Kapasitas tangki tangki harus cukup untuk suatu jarak tempuh tertentu atau cukup untuk digunakan dalam jangka waktu tertentu. Bentuk dan ukuran tangki tergantung pada ketersediaan tempat (space) serta kapasitas yang
dikehendaki. Misalnya untuk ruang mesin yang panjang atau pendek, berbentuk bulat atau persegi.
Tangki bahan bakar harus tertutup untuk mencegah masuknya kotoran, namun demikian harus mempunyai lubang pernafasan (ventilation) dan untuk lubang pengisian bahan bakar sebagai pengganti bahan bakar yang telah dipakai. Dengan demikian paling tidak harus ada tiga buah lubang, yaitu untuk mengisi, mengalirkan keluar dan lubang untuk mengeringkan (draining). Kadangkala terdapat lubang untuk saluran kebocoran bahan bakar (fuel overflow/fuel leak-off).
Gambar 2. 6 Tanki Bahan Bakar b) Water sedimenter
Water sedimenter berfungsi untuk memisahkan kotoran dan kandungan air dari bahan bakar. Cara kerjanya yaitu untuk bisa mengetahui perbedaan antara bahan bakar solar dengan air, water sedimenter memanfaatkan perbedaan berat di antara keduanya. Pada dasarnya berat solar lebih ringan daripada air. Inilah yang membuat air selalu ada di bawah solar.
Bila air sampai masuk ke dalam elemen pompa maka dapat menyebabkan kerusakan pada elemen pompa karena korosi dan menjadikan proses pengkabutan terganggu. Untuk mengetahui bahwa air yang berada dalam sedimenter telah banyak maka diketahui dari sistem lampuperingatan.
Gambar 2. 7 Sistem kelistrikan sedimenter
Bila volume air dalam sedimenter telah cukup banyak(200 cc) maka pelampung akan menghubungkan water switch(lead switch) dengan masa.
Akibatnya arus listrik akan mengalir dari baterai ke lampu filter terus ke masa, akibantnya lampu filter akan menyala untuk memberi peringatan kepada pengendara bahwa air yang berada pada sedimenter perlu segera dikeluarkan.
c) Saringan bahan bakar (fuel filter)
Saringan bahan bakar berfungsi sebagai penyaring bahan bakar dari kotoran yang terkandung didalamannya. Ada dua jenis fuel filter yaitu fuel filter yang menjadi satu dengan water sedimenter dan fuel fileter yang
terpisah dari water sedimenter tetapi untuk perbedaan tersebut memiliki fungsi yang masih sama.
Gambar 2. 8 Saringan bahan bakar dan sedimenter d) Priming pump
Priming pump berfungsi untuk menghisap bahan bakar dari tangki bahan bakar dan menekan bahan bakar melalui saringan bahan bakar menuju ke ruang pompa injeksi. Pompa ini juga dinamakan sebagai pompa pemberi (feed pump) atau pompa pemasok bahan bakar (fuel supply pump ). Pompa bahan bakar ini digunakan untuk sistem bahan bakar diesel pompa injeksi in-line.
Gambar 2. 9 Pompa pemindah untuk pompa injeksi in-line
Pompa pemindah untuk pompa injeksi in-line adalah model pompa kerja tunggal (sigle acting) dipasang pada sisi pompa injeksi dan digerakkan oleh porosnok pompa injeksi. Pompa pemindah ini dilengkapi dengan pompa tangan untukmembuang udara yang terdapat pada aliran bahan bakar sebelum mesin dihidupkan.
Bahan bakar di dalam pompa injeksi selamanya harus cukup, untuk itu perlu pengiriman bahan bakar ke pompa injeksi dengan tekanan tertentu. Bila tekanan rendah di bawah spesifikasi, elemen pompa tidak mampu memberikan bahan bakar yang cukup pada kecepatan tinggi. Oleh karena itu, tekanan pengisian harus di atas 1,8–2,2 kg/cm2 (2,56–3,11 psi).
Gambar 2. 10 Cara kerja pompa pemindah pada pompa injeksi in- line
Pompa pemindah ini digerakkan oleh poros nok (1) sehingga piston (5) bergerak bolak-balik untuk mengisap dan menekan bahan bakar bila tekanan masih rendah. Bahan bakar yang diisap akan ditekan ke dalam pompa injeksi melalui saluran keluar (8) dan katup tekan (9) membuka sedangkan katup masuk (6) menutup. Bila poros nok tidak menekan tappet roller(2) maka katup tekan tetutup sedangkan katup isap terbuka terjadilah pengiapan. Jika tekanan bahan bakar telah melebihi spesifikasi maka tegangan pegas (7) tidak mampu mendorong piston. Akibatnya piston
tidak bergerak dan pompa pemindah ini tidak bekerja lagi. Setelah tekanan turun maka pompa pemindah ini akan bekerja lagi.
e) Pompa injeksi bahan bakar tipe in-line
Pompa injeksi bahan bakar berfungsi untuk menekan bahan bakar dengan tekanan yang cukup melalui kerja elemen pompa. Ada 2 tipe pompa injeksi yaitu pompa injeksi distributor dan pompa injeksi in-line.
Perbedaan dari kedua pompa injeksi tersebut yang paling mendasar yaitu pompa injeksi distributor dirancang dengan satu plunyer untuk melayani semua nozzle. Sedangkan tipe in-line dirancang dengan satu nozzle memiliki satu plunyer sehingga jumlah plunyer sama dengan jumlah nozzle. Namun pada materi ini hanya membahas pada pompa injeksi in- line.
Gambar 2. 11 Kontruksi pompa injeksi in-line
Pompa injeksi in-line banyak digunakan untuk mesin diesel yang bertenaga besar. Hal ini dikarenakan pompa injeksi in-line mempunyai kelebihan bahwa tiap elemen pompa melayani satu silinder mesin. Gambar diatas menunjukkan elemen pompa yang terdiri dari plunyer dan silinder yang keduanya sangat presisi, sehingga celah antara plunyer dan
silindernya sekitar 1/1000 mm. Ketelitian yang dimiliki ini cukup baik untuk menahan tekanan tinggi saat injeksi, walaupun pada putaran rendah.
Gambar 2. 12 Cara kerja elemen pompa injeksi in-line
Cara kerja elemen pompa injeksi in-line diantaranya sebagai berikut:
(1) Pada saat plunyer berada pada titik terbawah, bahan bakar akan mengalir melalui lubang masuk (feed hole) pada silinder ke ruang penyalur (delivery chamber) di atas plunyer.
(2) Pada saat poros nok pompa injeksi berputar dan menyentuh tappet roller maka plunyer bergerak ke atas. Apabila permukaan atas plunyer bertemu dengan bibir atas lubang masuk maka bahan bakar mulai tertekan dan mengalir keluar pompa melalui pipa tekanan tinggi ke injektor.
(3) Plunyer tetap bergerak ke atas, tetapi pada saat bibir atas control groove bertemu dengan bibir bawah lubang masuk, maka penyaluran bahan bakar terhenti.
(4) Gerakan plunyer ke atas selanjutnya menyebabkan bahan bakar yang tertinggal dalam ruang penyaluran masuk melalui lubang pada permukaan atas plunyer dan mengalir ke lubang masuk
menuju ruang isap, sehingga tidak ada lagi bahan bakar yang disalurkan.
f) Nozzle atau injektor
Nozzle atau injektor berfungsi untuk mengabutkan bahan bakar bertekanan ke dalam ruang bakar agar mudah bercampur dengan oksigen sehingga mudah terbakar dalam ruang bakar. Secara garis besar nozzle injeksi dapat diklasifikasikan ke dalam 2 tipe yaitu tipe lubang (hole type) dan tipe pin (pin type).
Tipe pin (pin type) terdapat 2 jenis yaitu tipe throttle (thorottle type) dan tipe pintle (pintle type). Sedangkan pada tipe lubang (hole type) terdapat 2 jenis yaitu tipe lubang satu (single hole type) dan tipe lubang banyak (multiple hole type).
Gambar 2. 13 Kontruksi dan tipe nozzle injeksi
Tipe nozzle injeksi sangat menentukan bagi proses pembakaran dan bentuk ruang bakar. Tipe lubang banyak pada umumnya digunakan untuk mesin diesel dengan injeksi langsung (direct injection), sedangkan tipe pin pada umumnya digunakan untuk mesin diesel yang mempunyai ruang bakar muka (precombustion chamber) dan ruang bakar pusar (swirl chamber). Kebanyakan nozzle injeksi model pin adalah yang berjenis
throttle yang pada saat permulaan injeksi jumlah bahanbakar yang ditekan ke dalam ruang bakar muka hanyasedikit, tetapi pada akhir injeksi jumlah bahan bakarsemakin banyak.
Gambar 2. 14 Kerja nozzle injeksi tipe pin
Nozzle injeksi ditempatkan pada mesin diesel dengan pemegang nozzle (nozzle holder) yang dapat menentukan jumlah bahan bakar dan mengatur tekanan injeksi. Pada gambar 2. 21 ditunjukkan konstruksi nozzle injeksi. Jarum nozzle ditahan oleh pena tekanan (pressure pin) dan pegas tekan (pressure spring) yang dapat diatur oleh sekrup penyetel (adjusting screw) sehingga membukanya nozzle injeksi dapat diatur.
Gambar 2. 15 Kontruksi nozzle injeksi g. Elemen Pompa Injeksi
Elemen pompa injeksi terdiri dari plunyer yang terpasang dalam silinder dengan toleransi kecil sekitar 1/1000 mm. Ketepatan pemasangan menjamin kerapatan minyak bahan bakar pada saat tekanan injeksi yang sangat tinggi sekalipun, baik pada putaran tinggi maupun pada putaran rendah.
Sebuah alur diagonal yang disebut alur pengontrol (control groove) merupakan bagian dari plunyer yang dipotong pada bagian atas. Alur ini berhubungan dengan bagian atas plunyer oleh satu lubang. Bahan bakar yang dikirimkan oleh pompa pemindah masuk ke pompa injeksi dengan tekanan rendah. Plunyer bergerak turun naik dengan putaran poros nok pompa injeksi.
Jumlah bahan bakar yang dikirimkan tergantung pada posisi plunyer dan perubahan besarnya langkah efektif. Langkah efektif adalah langkah plunyer dimulai dari tertutupnya lubang masuk oleh plunyer sampai control groove bertemu dengan lubang masuk. Langkah efektif akan berubah sesuai dengan posisi plunyer dan jumlah bahan bakar yang diinjeksikan sesuai dengan besarnya langkah efektif
Gambar 2. 16 Pengontrolan jumlah bahan bakar yang diinjeksikan Penekanan bahan bakar dari elemen pompa ke injektor diatur oleh katup penyalur (delivery valve). Katup penyalur ini berfungsi ganda, yaitu
mencegah bahan bakar dalam pipa tekanan tinggi mengalir kembali ke plunyer dan berfungsi untuk mengisap bahan bakar dari ruang injektor setelah penyemprotan. Dengan demikian katup penyalur pada pompa injeksi akan menutup dengan cepat pada akhir injeksi, karena untuk mencegah bahan bakar menetes yang dapat menyebabkan pembakaran awal (pre-ignition) selama siklus pembakaran berikutnya.
Gambar 2. 17 Katup penyalur
Cara kerja katup penyalur dapat diantaranya sebagai berikut :
a) Pada saat awal penginjeksian, maka katup penyalur pada posisi terangkat dari dudukan, dengan adanya tekanan bahan bakar yang dipompa keluar dari pompa plunyer. Hal ini memungkinkan bahan bakar dengan tekanan dialirkan ke nozzle injeksi.
b) Bila tekanan penyaluran menurun dan pegas katup penyalur menekan katup panyalur ke bawah, maka relief valve akan menutup hubungan anatara ruang penyalur dengan pipa injeksi dan selanjutnya katup akan masuk ke dalam sampai dudukan bersentuhan dengan body mencegah menurunnya katup.
Gambar 2. 18 Cara kerja katup penyalur Aliran bahan bakar pompa injeksi in-line sebagai berikut :
Tangki bahan bakar – pipa bahan bakar – feed pump – water sedimenter – saringan bahan bakar – pompa injeksi – pipa injeksi – injektor – ruang bakar – over flow pipe – tangki bahan bakar.
Gambar 2. 19 Skema aliran bahan bakar dengan pompa injeksi in-line Keterangan :
1. Tangki bahan bakar 7. Noozle
2. Feed pump 8. Pipa tekanan tinggi
3. Fuel filter 9. Busi pijar
4. Pompa injeksi 10. Battery
5. Automatic timer 11. Kunci kontak
6. Governor 12. Relay
h. Pengontrolan Volume Bahan Bakar
Pada mesin diesel terdapat berbedaan yang mendasar jika dibandingkan dengan mesin bensin, volume penyemprotan bahan bakar pada mesin diesel diatur sedemikian rupa dan tidak tergantung dari pembukaan katup gas, hanya saja governor akan bekerja sesuai dengan gerakan katup gas. Pada waktu pedal gas ditekan secara konstan maka putaran mesin akan turun bila beban mesin bertambah, misalnya pada saat tanjakan, untuk mengatasi hal ini maka governor akan menambah volume penyemprotan bahan bakar agar mesin tidak mati dan putaran mesin dapat dipertahankan. Untuk mengontrol jumlah (volume) bahan bakar yang diinjeksikan pada pompa injeksi dilengkapi dengan unit governor. Governor dirancang untuk mengatur secara otomatis putaran dan daya mesin dengan mengontrol volume penyemprotan berdasarkan beban mesin dan penekanan pedal gas. Governor bekerja dengan menggerakkan rak pengontrol pompa injeksi dan rak pengontrol akan mengatur langkah efektif plunyer. Governor untuk pompa injeksi in-line secara strukturnya dapa digolongkan diantaranya sebagai berikut :
a) Mecahanical governor (governor mekanik). Keseimbangan dijaga oleh gaya sentrifugal dari flyweight dan tegangan spring.
b) Pneumatic governor (governor pneumatik). Perbedaan tekanan antara tekanan volume pada intake manifold dan atsmosfier dideteksi oleh sebuah diafraghma.
i. Pengontrolan Saat Injeksi Bahan Bakar
Pada mesin bensin saat pengapian harus dimajukan sesuai dengan mutaran mesin melalui advans sentrifugal yang ditempatkan pada unit
distributor pengapian, pada mesin diesel juga dilengkapi suatu bagian yang dapat mengajukan saat penyemprotan sesuai dengan putaran mesin yang disebut automatic timer. Mesin diesel putaran tinggi untuk penggunaan kendaraan, daya mesin dapat dinaikkan dengan memajukan waktu injeksi sesuai dengan kenaikan putaran. Ini sama seperti memajukan waktu pengapian dalam mesin-mesin bensin, untuk tujuan ini timer digunakan. Ada dua tipe timer yang dipakai, yang pertama adalah timer tangan (hand timer) dan timer otomatis (automatic timer). Timer otomatis lebih umum digunakan sekarang ini, dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2. 20 Timer otomatis
Timer otomatis menggunakan gaya sentrifugal secara otomatis memajukan waktu penyemprotan sesuai dengan putaran mesin. Seperti ditunjukkan dalam gambar, timer otomatis disusun oleh dua buah pemberat sentrifugal (centrifugal waight), 2 pegas (spring), pelindung (cover), dan flens penghubung (diving flange). Flens dihubungkan ke poros penggerak pompa injeksi dengan tonjolan keluar dari permukaanya. Poros dipasang ke poros nok pompa injeksi.