Prinsip Kerja Mesin Diesel
Mesin/motor diesel (diesel engine) merupakan salah satu bentuk motor pembakaran dalam (internal combustion engine) di samping motor bensin dan turbin gas. Motor diesel disebut dengan motor penyalaan kompresi (compression ignition engine) karena penyalaan bahan bakarnya diakibatkan oleh suhu kompresi udara dalam ruang bakar. Dilain pihak motor bensin disebut motor penyalaan busi (spark ignition engine) karena penyalaan bahan bakar diakibatkan oleh percikan bunga api listrik dari busi.
Cara pembakaran dan pengatomisasian (atomizing) bahan bakar pada motor diesel tidak sama dengan motor bensin. Pada motor bensin campuran bahan bakar dan udara melelui karburator dimasukkan ke dalam silinder dan dibakar oleh nyala listrik dari busi. Pada motor diesel yang diisap oleh torak dan dimasukkan ke dalam ruang bakar hanya udara, yang selanjutnya udara tersebut dikompresikan sampai mencapai suhu dan tekanan yang tinggi. Beberapa saat sebelum torak mencapai titik mati atas (TMA) bahan bakar solar diinjeksikan ke dalam ruang bakar. Dengan suhu dan tekanan udara dalam silinder yang cukup tinggi maka partikel-partikel bahan bakar akan menyala dengan sendirinya sehingga membentuk proses pembakaran. Agar bahan bakar solar dapat terbakar sendiri, maka diperlukan rasio kompresi 15-22 dan suhu udara kompresi kira-kira 600 derajat C. Meskipun untuk motor diesel tidak diperlukan system pengapian seperti halnya pada motor bensin, namun dalam motor diesel diperlukan sistem injeksi bahan bakar yang berupa pompa injeksi (injection pump) dan pengabut (injector) serta perlengkapan bantu lain. Bahan bakar yang disemprotkan harus mempunyai sifat dapat terbakar sendiri (self ignition).
Perbedaan utama mesin diesel dan mesin bensin
Motor diesel dan motor bensin mempunyai beberapa perbedaan utama,Motor diesel juga mempunyai keuntungan dibanding motor bensin, yaitu:
a) Pemakaian bahan bakar lebih hemat, karena efisiensi panas lebih baik, biaya operasi lebih hemat
karena solar lebih murah.
b) Daya tahan lebih lama dan gangguan lebih sedikit, karena tidak menggunakan sistem pengapian
c) Jenis bahan bakar yang digunakan lebih banyak
d) Operasi lebih mudah dan cocok untuk kendaraan besar, karena variasi momen yang terjadi pada
perubahan tingkat kecepatan lebih kecil.
Di samping itu motor diesel memiliki kerugian, yaitu:
a) Suara dan getaran yang timbul lebih besar (hampir 2 kali) daripada motor bensin. Hal ini disebabkan tekanan yang sangat tinggi (hampir 60 kg/cm2) pada saat pembakaran
b) Bobot per satuan daya dan biaya produksi lebih besar, karena bahan dan konstruksi lebih rumit untuk rasio kompresi yang tinggi
c) Pembuatan pompa injeksi lebih teliti sehingga perawatan lebih sulit
d) Memerlukan kapasitas baterai dan motor starter yang besar agar dapat memutar poros engkol dengan kompresi yang tinggi.
Secara singkat prinsip kerja motor diesel 4 tak adalah sebagai berikut:
a) Langkah isap, yaitu waktu torak bergerak dari TMA ke TMB. Udara diisap melalui katup isap sedangkan katup buang tertutup.
b) Langkah kompresi, yaitu ketika torak bergerak dari TMB ke TMA dengan memampatkan udara
yang diisap, karena kedua katup isap dan katup buang tertutup, sehingga tekanan dan suhu udara
dalam silinder tersebut akan naik.
c) Langkah usaha, ketika katup isap dan katup buang masih tertutup, partikel bahan bakar yang
disemprotkan oleh pengabut bercampur dengan udara bertekanan dan suhu tinggi, sehingga
terjadilah pembakaran. Pada langkah ini torak mulai bergerak dari TMA ke TMB karena
pembakaran berlangsung bertahap
d) Langkah buang, ketika torak bergerak terus dari TMA ke TMB dengan katup isap tertutup dan
katup buang terbuka, sehingga gas bekas pembakaran terdorong keluar.
Proses pembakaran mesin diesel
Proses pembakaran dibagi menjadi 4 periode:
a) Periode 1: Waktu pembakaran tertunda (ignition delay) (A -B) Pada periode ini disebut fase
persiapan pembakaran, karena partikel-partikel bahan bakar yang diinjeksikan bercampur dengan
udara di dalam silinder agar mudah terbakar.
b) Periode 2: Perambatan api (B-C) Pada periode 2 ini campuran bahan bakar dan udara tersebut
akan terbakar di beberapa tempat. Nyala api akan merambat dengan kecepatan tinggi sehingga
seolah-olah campuran terbakar sekaligus, sehingga menyebabkan tekanan dalam silinder naik. Periode ini sering disebut periode ini sering disebut pembakaran letup.
c) Periode 3: Pembakaran langsung (C-D) Akibat nyala api dalam silinder, maka bahan bakar yang
diinjeksikan langsung terbakar. Pembakaran langsung ini dapat dikontrol dari jumlah bahan
bakar yang diinjeksikan, sehingga periode ini sering disebut periode pembakaran dikontrol.
d) Periode 4: Pembakaran lanjut (D-E) Injeksi berakhir di titik D, tetapi bahan bakar belum terbakar
semua. Jadi walaupun injeksi telah berakhir, pembakaran masih tetap berlangsung. Bila
pembakaran lanjut terlalu lama, temperatur gas buang akan tinggi menyebabkan efisiensi panas
turun.
Bentuk ruang bakar mesin diesel
Ruang bakar pada motor diesel lebih rumit dibanding ruang bakar motor bensin. Bentuk ruang bakar pada motor diesel sangat menentukan kemampuan mesin, sebab ruang bakar tersebut dirancanakan dengan tujuan agar campuran bahan udara dan bahan bakar menjadi homogen dan mudah terbakar sekaligus.
Ruang bakar motor diesel digolongkan menjadi 2 tipe, yaitu:
a) Tipe ruang bakar langsung (direct combustion chamber)
b) Tipe ruang bakar tambahan (auxiliary combustion chamber)
Tipe ruang bakar tambahan terdapat dalm 3 macam, yaitu:
1) Ruang bakar kamar muka (precombustion chamber)
2) Ruang bakar pusar (swirl chamber)
3) Ruang bakar air cell (Air cell combustion chamber)
Keuntungan ruang bakar langsung adalah: (1) efisiensi panas lebih tingi, pemakaian bahan bakar lebih hemat karena bentuk ruang bakar yang sederhana, (2) start dapat mudah dilakukan pada waktu mesin dingin tanpa menggunakan alat bantu start busi pijar (glow plug), dan (3) cocok untuk mesinmesin besar karena konstruksi kepala silinder sederhana.
Kerugian ruang bakar langsung adalah: (1) memerlukan kualitas bahan bakar yang baik, (2) memerlukan tekanan injeksi yang lebih tinggi, (3) sering terjadi gangguan nozzle, umur nozzle lebih pendek karena menggunakan nozzle lubang banyak (multiple hole nozzle), dan (4) dibandingkan dengan jenis ruang bakar tambahan, turbulensi lebih lemah, jadi sukar untuk kecepatan tinggi.
Ruang bakar tambahan.
Ruang bakar muka.
Dalam ruang bakar ini bahan bakar solar disemprotkan ke dalam ruang bakar muka oleh nozzle injeksi. Sebagian bahan bakr yang tidak terbakar di ruang bakar muka didorong melalui saluran kecil antara ruang bakar muka dan ruang bakar utama. Percampuran yang baik dan terbakar seluruhnya berada pada ruang bakar utama
Keuntungan ruang bakar muka adalah: (1) jenis bahan bakar yang digunakan lebih luas, karena turbulensinya sangat baik untuk pengabutan, (2) perawatan pompa injeksi lebih mudah karena tekanan injeksi lebih rendah dan tidak terlalu peka terhadap perubahan saat injeksi, dan (3) detonasi berkurang serta mesin bekerja lebih baik karena menggunakan nozzle lubang banyak.
Kerugian ruang bakar muka adalah: (1) biaya pembuatan lebih mahal sebab perencanaan kepala silinder lebih rumit, (2) memerlukan motor starter yang besar dan kemampuan start lebih jelek sehingga harus menggunakan alat pemanas, dan (3) pemakaian bahan bakar boros.
Ruang bakar pusar.
Ruang bakar model pusar ini berbentuk bundar. Ketika torak memampatkan udara, sebagian udara akan masuk ke dalam ruang bakar pusar dan membuat aliran turbulensi. Bahan bakar diinjeksikan ke dalam udara turbulensi dan terbakar di dalam ruang bakar pusar, tetapi sebagian bahan bakar yang belum terbakar masuk ke ruang bakar utama melalui saluran tersebut. Selanjutnya capuran tersebut akan terbakar di tuang bakar utama.
Keuntungan ruang bakar pusar adalah: (1) dapat menghasilkan putaran tinggi, karena turbulensi yang sangat baik pada saat kompresi, (2) Gangguan pada nozzle berkurang karena menggunakan nozzle tipe pin, dan (3) putaran mesin lebih tinggi dan operasinya lebih lembut, menyebabkan jenis ini cocok untuk mobil.
Kerugian ruang bakar pusar adalah: (1) konstruksi kepala silinder rumit, (2) efisiensi panas dan pemakaian bahan bakar lebih boros dibandingkan dengan tipe ruang bakar langsung, (3) penggunaan alat pemanas tidak begitu efektif, sebab ruang bakar sangat luas, dan (4) detonasi lebih besar pada kecepatan rendah.
Ruang bakar Air Cell
Pada ruang bakar air cell ini bahan bakar disemprotkan langsung ke dalam air cell dan terbakar langsung di ruang bakar utama. Sebagian bahan bakar yang yang disemprotkan ke air cell dan terbakar, mengakibatkan tekanan dalam air cell bertambah. Bila torak bergerak ke TMB, udara dalam air cell keluar ke ruang bakar utama membantu menyempurnakan pembakaran. Pada ruang bakar ini tidak memerlukan pemanas.
Keuntungan ruang bakar air cell adalah: (1) mesin bekerja lebih lembut karena pembakaran terjadi secara berangsur-angsur, (2) tidak memerlukan pemanas, (3) gangguan nozzle berkurang karena menggunakan nozzle tipe pin.
Kerugian ruang bakar air cell adalah: (1) saat injeksi bahan bakar sangat mempengaruhi kemampuan mesin, (2) suhu gas buang sangat tinggi karena pembakaran lanjut sangat panjang, dan (3) bahan bakar boros.
Penyaluran bahan bakar pada mesin diesel
Berdasarkan uraian tentang prinsip kerja mesin diesel yang membakar bahan bakar berdasarkan suhu kompresi secara bertahap, maka penyaluran bahan bakar pada mesin diesel harus memenuhi syarat:
a) Mesin diesel harus mempunyai perbandingan kompresi yang tinggi agar mempunyai suhu dan tekanan kompresi yang tinggi sehingga mampu membakar bahan bakar yang diinjeksikan ke dalam ruang bakar. Bahan bakar mesin diesel mempunyai sifat titik nyalanya tinggi sehingga harus dibuat menjadi partikel atau butiran yanglebih kecil.
b) Agar bahan bakar yang diinjeksikan ke dalam silinder mesin diesel dapat mudah terbakar maka diperlukan ruang bakar yang dapat memungkinkan bahan bakar dan udara dapat bercampur secara homogen dalam bentuk partikel yang lebih kecil-kecil dari sebelumnya.
c) Di samping mesin diesel harus memiliki ruang bakar yang memungkinkan atomisasi bahan bakar, maka bahan bakar yang disalurkan ke dalam ruang bakar harus dengan injeksi. Dengan injeksi maka bahan bakar akan berbentuk partikel-partikel atau butiran-butiran yang kecil. Oleh karena itu dalam mesin diesel diperlukan peralatan untuk injeksi yaitu pompa injeksi dan injector (pengabut). Pompa injeksi berfungsi menekan bahan bakar dari tangki ke injector, sedangkan injector berfungsi menyemprotkan bahan bakar tepat waktu ketika diperlukan pada akhir langkah kompresi.
d) Berdasarkan 3 hal di atas maka pada mesin diesel diperlukan suatu sistem bahan bakar yang dapat memenuhi syarat agar terjadi pembakaran yang baik. Sistem bahan bakar yang baik harus terdiri dari komponen-komponen yang baik pula.
Pengertian Sistem Injeksi Bahan Bakar Mesin Diesel
Sistem injeksi bahan bakar pada mesin diesel merupakan sistem paling penting di antara sistem-ssitem yang lain. Dengan sistem injeksi bahan bakar yang baik dan tepat akan menghasilkan tenaga mesin yang optimal. Sebaliknya system 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 matinya mesin.
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 rangfka memperoleh tenaga.
Fungsi Sistem Injeksi Bahan Bakar
Berdasarkan pengertian sistem injeksi bahan bakar pada mesin diesel di atas, maka fungsi sistem injeksi bahan bakar mesin 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.
Syarat sistem injeksi bahan bakar mesin diesel
Sistem injeksi bahan bakar mesin diesel harus memenuhi syarat 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.
Komponen-komponen Sistem Injeksi Bahan Bakar Mesin Diesel
Sistem injeksi bahan bakar mesin diesel dapat dibedakan menjadi 2 (dua) cara yaitu:
a) Sistem injeksi bahan bakar dengan pompa injeksi sebaris
b) Sistem injeksi bahan bakar dengan pompa injeksi distributor
Sistem injeksi bahan bakar dengan pompa injeksi sebaris (inline fuel injection pump)
injeksi bahan bakar yang menggunakan pompa injeksi sebaris
Pada sistem injeksi bahan bakar dengan pompa injeksi sebaris seperti di atas, terdiri dari empat elemen pompa yang melayani empat buah silinder. Dengan demikian tiap silinder mesin diesel akan dilayani oleh satu elemen pompa secara individual.
Sistem injeksi bahan bakar dengan pompa injeksi distributor
Pada sistem injeksi bahan bakar dengan pompa injeksi distributor, pompa injeksinya hanya memiliki satu buah elemen pompa. Dengan demikian satu elemen pompa akan melayani empat buah silinder mesin diesel melalui saluran distribusi pada pompa. Sebagai contoh sistem bahan bakar dengan pompa distributor menunjukkan sistem bahan bakar dengan pompa injeksi distributor tipe DPA dan gambar 10 adalah dengan pompa injeksi distributor tipe VE. Pompa injeksi distributor tipe DPA saat ini sudah jarang digunakan, sedangkan pompa injeksi distributor tipe VE masih banyak digunakan Pompa injeksi sebaris pada umumnya digunakan untuk mesin diesel bertenaga besar dengan ruang bakar langsung dan penyemrotan langsung (direct injection), sedangkan pompa injeksi distributor banyak digunakan untuk mesin diesel bertenaga menengah dan kecil dengan ruang bakar tambahan.
Berdasarkan gambar 8, gambar 9 dan gambar 10 di atas maka secara umum komponen-komponen injeksi bahan bakar mesin diesel adalah:
a) Tangki bahan bakar (fuel tank)
b) Saringan bahan bakar (fuel filter)
c) Pompa pemindah bahan bakar (fuel transfer pump)
d) Pompa injeksi bahan bakar (fuel injection pump)
e) Pipa-pipa injeksi bahan bakar (fuel injection lines)
f) Injektor (fuel injector)
g) Pipa-pipa pengembali bahan bakar (fuel return lines)
Di samping komponen-komponen utama di atas, komponen sistem injeksi tambahan yang lain adalah:
h) Pengatur kecepatan (governor)
i) Pengatur untuk memajukan saat injeksi otomatis (advancer/automatic timer)
Komponen-komponen tersebut di atas terangkai menjadi satu kesatuan dan saling berhubungan dan saling membantu dalam rangka penginjeksian bahan bakar ke dalam silinder mesin dengan saat yang tepat dengan jumlah yang tepat pula.
a) Tangki bahan bakar (fuel tank)
Tangki bahan bakar berfungsi menyimpan atau menampung bahan bakar. Tangki bahan bakar dibuat dengan berbagai ukuran dan tiap ukuran serta bentuk tangki tersebut dirancang untuk maksud persyaratan tertentu.
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).
b) Saringan bahan bakar (fuel filter)
Penyaringan bahan bakar mesin diesel sangat penting karena bahan bakar diesel cenderung tidak bersih baik dari kotoran partikel atau dari air, sedangkan elemen pompa injeksi dan injector dibuat presisi. Untuk memisahkan air dari bahan bakar digunakan juga water sedimenter yang bekerja atas sifat gravitasi air sendiri yang lebih besar daripada bahan bakarnya.
Bila air sampai masuk ke dalam elemen pompa maka dapat menyebabkan kerusakan pada elemen pompa karena korosi dan pengabutan menjadi terganggu.
Untuk mengetahui bahwa air yang berada dalam sedimenter telah banyak maka diketahui dari sistem lampu peringatan yang sirkit kelistrikannya
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 member peringatan kepada pengendara bahwa air yang berada pada sedimenter perlu segera dikeluarkan. Konstruksi sedimenter dan bagian-bagiannya
Pada sistem injeksi bahan bakar sering dijumpai lebih dari satu penyaringan bahan bakar, yaitu:
a) Penyaring pada tangki (filter screen) atau pada pompa pemindah, yang berfungsi Manahan partikel besar,
b) Penyaring primer (primary filter) berfungsi menyaring partikel-partikel kecil, dan
c) Penyaring sekunder (secondary filter) berfungsi menyaring partikel yang lembut.
C) Pompa pemindah bahan bakar (fuel transfer pump)
Pompa pemindah bahan bakar ini berfungsi untuk mengisap bahan bakar dari tangki dan menekan bakar melalui saringan bahan bakar ke ruang pompa injeksi. Pompa ini dinamakan juga pompa pemberi (feed pump) atau pompa pencatu bahan bahan bakar (fuel supply pump) atau priming pump.
Pompa pemindah bahan bakar untuk sistem injeksi bahan bakar dengan pompa injeksi sebaris
Pompa pemindah untuk pompa injeksi sebaris adalah model pompa kerja tunggal (sigle acting) dipasang pada sisi pompa injeksi dan digerakkan oleh poros nok pompa injeksi. Pompa pemindah ini dilengkapi dengan pompa tangan untuk membuang 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).
Cara kerja pompa pemindah pada pompa injeksi sebaris
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 dalm 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.
Pompa pemindah atau priming pump untuk pompa injeksi distributor
Priming pump untuk pompa injeksi distributor ini dilengkapi dengan penyaring bahan bakar dan sedimenter. Cara kerja priming pump ini adalah sebagai berikut:
Tekan handle pompa diafragma ke bawah dan bahan bakar atau udara dalam ruang pompa akan akan membuka outlet check valve dan mengalir ke saringan bahan bakar. Pada saat yang sama inlet check valve akan menutup dan mencegah bahan bakar mengalir kembali.
Bila handle poma dibebaskan, tegangan pegas mengembalikan diafragma ke posisi semula danmenimbulkan vakum di dalam ruang pompa. Hal tersebut menyebabkan inlet valve terbuka disebabkan adanya kevakuman dan bahann bakar akan mengalir ke dalam ruang pompa. Pada saat yang sama outlet valve akan menutup mencegah kembalinya aliran bahan bakar. Bekerjanya turun dan naik dengan berulangulang dan menyebabkan bahan bakar dikirim ke saringan bahan bakar
d) Pompa injeksi bahan bakar (fuel injection pump)
Pompa injeksi bahan bakar berfungsi untuk menekan bahan bakar dengan tekanan yang cukup melalui kerja elemen pompa. Seperti telah diuraikan di atas bahwa pompa injeksi bahan bakar berupa pompa injeksi sebaris (gambar 19) dan pompa injeksi distributor
1) Pompa injeksi sebaris
Pompa injeksi sebaris banyak digunakan untuk mesin diesel yang bertenaga besar, karena pompa injeksi ini mempunyai kelebihan bahwa tiap elemen pompa melayani satu silinder mesin.
Gambar 21 menunjukkan elemen pompa yang terdiri dari plunyer (plunger) dan silinder (barrel) yang keduanya sangat presisi, sehingga celah antara plunyer dan silindernya sekitar 1/1000 mm. Ketelitian ini cukup baik untuk menahan tekanan tinggi saat injeksi, walaupun pada putaran rendah. Sebuah alur diagonal yang disebut alur pengontrol (control groove), adalah bagian dari plunyer yang dipotong pada bagian atas. Alur ini berhubungan dengan bagian atas plunyer oleh sebuah 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. Gerakan bolak-balik ini sesuai dengan cara kerja sebagai berikut
(a) Pada saat plunyer berada pada titik terbawah, bahan bakar mengalir melalui lubang masuk (feed hole) pada silinder ke ruang penyalur (delivery chamber) di atas plunyer.
(b) Pada saat poros nok pada 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 injector.
(c) Plunyer tetap bergerak ke atas, tetapi pada saat bibir atas control groove bertemu dengan bibir bawah lubang masuk, maka penyaluran bahan bakar terhenti.
(d) Gerakan pluyer 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.
Ukuran elemen pompa dapat dilihat pada gambar 24. Tinggi pengangkatan nok adalah 8 mm, sehingga gerakan plunyer naik turun juga sebesar 8 mm. Pada saat plunyer pada posisi terbawah, plunyer menutup lubang masuk kirakira 1,1 mm dari besar diameter lubang masuk sebesar 3 mm. Dengan demikian plunyer baru akan menekan setelah bergerak ke atas kira-kira 1,9 mm. Langkah ini disebut prestroke dan pengaturannya dapat dilakukan dengan menyetel baut pada tappet roller. Prestroke ini berkaitan dengan saat injeksi (injection timing) bahan bakar keluar pompa.
Jumlah pengiriman bahan bakar dari pompa diatur oleh governor sesuai dengan kebutuhan mesin. Governor mengatur gerakan control rack yang berkaitan dengan control pinion yang diikatkan pada control sleeve. Control sleeve ini berputar bebas terhadap silinder. Bagian bawah plunyer (flens) berkaitan dengan bagian bawah control sleeve. Jumlah bahan bakar yang dikirim tergantung pada posisi plunyer dan perubahan besarnya langkah efektif (Gambar 25). 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.
Penekanan bahan bakar dari elemen pompa ke injector diatur oleh katup penyalur (delivery valve). Katup penyalur ini berfungsi ganda, yaitu selain mencegah bahan bakar dalam pipa tekanan tinggi mengalir kembali ke plunyer juga berfungsi mengisap bahan bakar dari ruang injector setelah penyemprotan Dengan demikian katup penyalur pada pompa injeksi ini menjamin injektor akan menutup dengan cepat pada saat akhir injeksi, karena untuk mencegah bahan bakar menetes yang dapat menyebabkan pembakaran awal (pre-ignition) selama siklus pembakaran berikutnya.
(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 nosel injeksi.
(b) Bila tekanan penyaluran menurun dan pegas katup penyalur menekan katup penyalur ke bawah,
maka relief valve akan menutup hubungan antara ruang penyalur dengan pipa injeksi dan
selanjutnya katup akan masuk ke dalam sampai dudukan bersentuhan dengan body mencegah
menurunnya katup.
Pompa injeksi distributor (VE)
Pompa injeksi distributor tipe VE ini dirancang dengan plunyer tunggal untuk mengatur banyaknya bahan bakar yang diinjeksikan dengan tepat dan membagi pemberian bahan bakar ke setiap silinder mesin sesuai dengan urutan penginjeksiannya.
Kelebihan pompa injeksi distributor tipe VE adalah:(a) Kompak dan ringan, karena hanya 4,5 kg dan komponenkomponennya sedikit jumlahnya, (b) mampu digunakan untuk mesin diesel putaran tinggi, (c) seragam dalam jumlah penginjeksian bahan bakar, (d) mudah dalam menghidupkan mesin, (e) putaran idle yang stabil, (f) pelumasan dengan bahan bakar sendiri, (g) mudah dalam penyetelan jumlah bahan bakar yang diinjeksikan, (h) dilengkapi dngen solenoid penghenti bahan bakar, (i) alat pengatur saat penginjeksian yang bekerja secara hidrolik, dan (j) konstruksinya dirancang sedemikian rupa sehingga kalau terjadi mesin berputar balik, pompa tidak akan memberikan bahan bakar ke silinder.
Pompa injeksi distributor terdiri dari komponen komponen:
(a) Pompa pemberi (feed pump) tipe sudu rotary yang mengalirkan bahan bakar dari tangki ke dalam rumah pompa injeksi,
(b) Katup pengatur tekanan bahan bakar di dalam feed pump (pressure regulating valve)
(c) Katup pelimpah (overflow) untuk menyalurkan kelebihan bahan bakar dari pompa ke tangki.
(d) Plat nok (cam plate) yang digerakkan oleh poros pompa (drive shaft) yang menggerakkan plunyer
dalam bentuk berputar dan bolak-balik, karena plunyer bersatu dengan cam plate
(e) Governor mekanik (mechanical governor) yang mengatur jumlah bahan bakar yang diinjeksikan
ke dalam ruang bakar
(f) Pewaktu otomatis (automatic timer) yang mengatur saat injeksi (injection timing) yang bekerja
menurut tekanan bahan bakar.
(g) Solenoid penutup bahan bakar (fuel cut-off solenoid) yang digunakan untuk menutup aliran bahan
bakar ke dalam elemen pompa.
(h) Katup penyalur (delivery valve) berfungsi mencegah bahan bakar dari dalam pipa tekanan tinggi
masuk ke dalam ruang elemen pompa dan mengisap sisa bahan bakar dari injector pada akhir
injeksi.
Komponen-komponen di atas dijelaskan sebagai berikut:
Pompa pemberi (feed pump)
Pompa pemberi tipe rotari ini berada dalam pompa injeksi yang menyalurkan bahan bakar dari tangki ke dalam rumah pompa melalui sedimenter dan filter. Pompa pemberi ini digerakkan oleh poros penggerak (drive shaft) dan selama rotor berputar sudu pompa menekan keluar akibat gaya sentrifugal. Rotor yang tidak sepusat (eksentrik) ini menyebabkan bahan bakar akan terisap dan ditekan ke ruang pompa.
Besarnya tekanan bahan bakar pada pompa pemberi ditentukan oleh tekanan pegas pada piston katup pengatur ini, sedangkan piston tertekan oleh tekanan bahan bakar. Bila kecepatan pompa bertambah maka bertambah pula tekanan bahan bakarnya.
Plunyer dan plat nok
Penyaluran bahan bakar pada pompa injeksi bahan bakar distributor tipe VE melalui kerja komponen-komponen. Pompa pemberi dan plat nok digerakkan oleh poros penggerak (drive shaft). Plunyer dan plat nok ditekan oleh dua buah pegas plunyer melawan roller. Plat nok mempunyai 4 buah muka nok (cam face), yang bila berputar muka nok berada di atas roller dan plunyer bergerak maju, sehingga bila plat nok dan plunyer berputar satu kali maka plunyer bergerak 4 kali maju mundur. Bahan bakar disalurkan ke tiap silinder setiap putaran plunyer dan satu kali plunyer bergerak bolak-balik. Plunyer mempunyai 4 alur pengisian (suction groove) dan satu lubang distribusi (distribution port). Dengan
demikian pada silinder pompa terdapat 4 saluran distribusi (distribution passage). Pengisapan terjadi bila salah satu alur pengisian segaris dengan lubang isap, dan penyaluran bahan
bakar berlangsung bila lubang distribusi segaris dengan salah satu dari 4 saluran distribusi.
Proses penyaluran bahan bakar terdiri dari pengisapan (suction), penyaluran (delivery), akhir penekanan (termination),dan penyamaan tekanan (pressure equalization).
Pada pompa injeksi distributor tipe VE ini dilengkapi dengan penutup aliran bahan bakar ke pompa yang disebut dengan fuel cut-off solenoid. Bila kunci kontak diputar ke posisi ON maka katup solenoid akan tertarik oleh kemagnitan sehingga saluran isap akan terbuka. Bila kuncikontak diputar ke arah OFF maka kemagnitan pada solenoid hilang dan katup solenoid akan menutup saluran bahan bakar ke elemen pompa.
Injektor Bahan bakar (fuel injector)
Injektor bahan bakar kadangkala disebut juga dengan pengabut atau ada yang menyebut dengan nosel (nozzle). Disebut injector karena tugas dari komponen ini adalah menginjeksi, dan disebut pengabut karena bahan bakar keluar dari komponen ini dalam bentuk kabut,
sedangkan disebut nosel karena ujung komponen ini luas penampangnya makin mengecil.
Secara garis besar nosel injeksi dapat diklasifikasikan ke dalam 2 tipe yaitu:
(1) tipe lubang (hole type), dan(2) tipe pin (pin type)
Tipe lubang terdapat dalam 2 jenis yaitu: (a) lubang satu(single hole type) dan, dan (b) lubang banyak multiple hole type). Tipe pin terdapat dalam 2 jenis yaitu: (a) tipe throttle (throttle type), dan (b) tipe pintle (pintle type). Tipe nosel 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 nosel injeksi model pin adalah yang berjenis throttle yang pada saat permulaan injeksi jumlah bahan bakar yang ditekan ke dalam ruang bakar muka hanya sedikit, tetapi pada akhir injeksi jumlah bahan bakar semakin banyak. Kerja nosel injeksi tipe pin osel injeksi ditempatkan pada mesin diesel dengan pemegang nosel (nozzle holder) yang dapat menentukan jumlah bahan bakar dan mengatur tekanan injeksi. Jarum nosel ditahan oleh pena tekanan (pressure pin) dan pegas
tekan (pressure spring) yang dapat diatur oleh sekrup penyetel (adjusting screw) sehingga membukanya nosel injeksi dapat diatur.
Mesin/motor diesel (diesel engine) merupakan salah satu bentuk motor pembakaran dalam (internal combustion engine) di samping motor bensin dan turbin gas. Motor diesel disebut dengan motor penyalaan kompresi (compression ignition engine) karena penyalaan bahan bakarnya diakibatkan oleh suhu kompresi udara dalam ruang bakar. Dilain pihak motor bensin disebut motor penyalaan busi (spark ignition engine) karena penyalaan bahan bakar diakibatkan oleh percikan bunga api listrik dari busi.
Cara pembakaran dan pengatomisasian (atomizing) bahan bakar pada motor diesel tidak sama dengan motor bensin. Pada motor bensin campuran bahan bakar dan udara melelui karburator dimasukkan ke dalam silinder dan dibakar oleh nyala listrik dari busi. Pada motor diesel yang diisap oleh torak dan dimasukkan ke dalam ruang bakar hanya udara, yang selanjutnya udara tersebut dikompresikan sampai mencapai suhu dan tekanan yang tinggi. Beberapa saat sebelum torak mencapai titik mati atas (TMA) bahan bakar solar diinjeksikan ke dalam ruang bakar. Dengan suhu dan tekanan udara dalam silinder yang cukup tinggi maka partikel-partikel bahan bakar akan menyala dengan sendirinya sehingga membentuk proses pembakaran. Agar bahan bakar solar dapat terbakar sendiri, maka diperlukan rasio kompresi 15-22 dan suhu udara kompresi kira-kira 600 derajat C. Meskipun untuk motor diesel tidak diperlukan system pengapian seperti halnya pada motor bensin, namun dalam motor diesel diperlukan sistem injeksi bahan bakar yang berupa pompa injeksi (injection pump) dan pengabut (injector) serta perlengkapan bantu lain. Bahan bakar yang disemprotkan harus mempunyai sifat dapat terbakar sendiri (self ignition).
Perbedaan utama mesin diesel dan mesin bensin
Motor diesel dan motor bensin mempunyai beberapa perbedaan utama,Motor diesel juga mempunyai keuntungan dibanding motor bensin, yaitu:
a) Pemakaian bahan bakar lebih hemat, karena efisiensi panas lebih baik, biaya operasi lebih hemat
karena solar lebih murah.
b) Daya tahan lebih lama dan gangguan lebih sedikit, karena tidak menggunakan sistem pengapian
c) Jenis bahan bakar yang digunakan lebih banyak
d) Operasi lebih mudah dan cocok untuk kendaraan besar, karena variasi momen yang terjadi pada
perubahan tingkat kecepatan lebih kecil.
Di samping itu motor diesel memiliki kerugian, yaitu:
a) Suara dan getaran yang timbul lebih besar (hampir 2 kali) daripada motor bensin. Hal ini disebabkan tekanan yang sangat tinggi (hampir 60 kg/cm2) pada saat pembakaran
b) Bobot per satuan daya dan biaya produksi lebih besar, karena bahan dan konstruksi lebih rumit untuk rasio kompresi yang tinggi
c) Pembuatan pompa injeksi lebih teliti sehingga perawatan lebih sulit
d) Memerlukan kapasitas baterai dan motor starter yang besar agar dapat memutar poros engkol dengan kompresi yang tinggi.
Secara singkat prinsip kerja motor diesel 4 tak adalah sebagai berikut:
a) Langkah isap, yaitu waktu torak bergerak dari TMA ke TMB. Udara diisap melalui katup isap sedangkan katup buang tertutup.
b) Langkah kompresi, yaitu ketika torak bergerak dari TMB ke TMA dengan memampatkan udara
yang diisap, karena kedua katup isap dan katup buang tertutup, sehingga tekanan dan suhu udara
dalam silinder tersebut akan naik.
c) Langkah usaha, ketika katup isap dan katup buang masih tertutup, partikel bahan bakar yang
disemprotkan oleh pengabut bercampur dengan udara bertekanan dan suhu tinggi, sehingga
terjadilah pembakaran. Pada langkah ini torak mulai bergerak dari TMA ke TMB karena
pembakaran berlangsung bertahap
d) Langkah buang, ketika torak bergerak terus dari TMA ke TMB dengan katup isap tertutup dan
katup buang terbuka, sehingga gas bekas pembakaran terdorong keluar.
Proses pembakaran mesin diesel
Proses pembakaran dibagi menjadi 4 periode:
a) Periode 1: Waktu pembakaran tertunda (ignition delay) (A -B) Pada periode ini disebut fase
persiapan pembakaran, karena partikel-partikel bahan bakar yang diinjeksikan bercampur dengan
udara di dalam silinder agar mudah terbakar.
b) Periode 2: Perambatan api (B-C) Pada periode 2 ini campuran bahan bakar dan udara tersebut
akan terbakar di beberapa tempat. Nyala api akan merambat dengan kecepatan tinggi sehingga
seolah-olah campuran terbakar sekaligus, sehingga menyebabkan tekanan dalam silinder naik. Periode ini sering disebut periode ini sering disebut pembakaran letup.
c) Periode 3: Pembakaran langsung (C-D) Akibat nyala api dalam silinder, maka bahan bakar yang
diinjeksikan langsung terbakar. Pembakaran langsung ini dapat dikontrol dari jumlah bahan
bakar yang diinjeksikan, sehingga periode ini sering disebut periode pembakaran dikontrol.
d) Periode 4: Pembakaran lanjut (D-E) Injeksi berakhir di titik D, tetapi bahan bakar belum terbakar
semua. Jadi walaupun injeksi telah berakhir, pembakaran masih tetap berlangsung. Bila
pembakaran lanjut terlalu lama, temperatur gas buang akan tinggi menyebabkan efisiensi panas
turun.
Bentuk ruang bakar mesin diesel
Ruang bakar pada motor diesel lebih rumit dibanding ruang bakar motor bensin. Bentuk ruang bakar pada motor diesel sangat menentukan kemampuan mesin, sebab ruang bakar tersebut dirancanakan dengan tujuan agar campuran bahan udara dan bahan bakar menjadi homogen dan mudah terbakar sekaligus.
Ruang bakar motor diesel digolongkan menjadi 2 tipe, yaitu:
a) Tipe ruang bakar langsung (direct combustion chamber)
b) Tipe ruang bakar tambahan (auxiliary combustion chamber)
Tipe ruang bakar tambahan terdapat dalm 3 macam, yaitu:
1) Ruang bakar kamar muka (precombustion chamber)
2) Ruang bakar pusar (swirl chamber)
3) Ruang bakar air cell (Air cell combustion chamber)
Keuntungan ruang bakar langsung adalah: (1) efisiensi panas lebih tingi, pemakaian bahan bakar lebih hemat karena bentuk ruang bakar yang sederhana, (2) start dapat mudah dilakukan pada waktu mesin dingin tanpa menggunakan alat bantu start busi pijar (glow plug), dan (3) cocok untuk mesinmesin besar karena konstruksi kepala silinder sederhana.
Kerugian ruang bakar langsung adalah: (1) memerlukan kualitas bahan bakar yang baik, (2) memerlukan tekanan injeksi yang lebih tinggi, (3) sering terjadi gangguan nozzle, umur nozzle lebih pendek karena menggunakan nozzle lubang banyak (multiple hole nozzle), dan (4) dibandingkan dengan jenis ruang bakar tambahan, turbulensi lebih lemah, jadi sukar untuk kecepatan tinggi.
Ruang bakar tambahan.
Ruang bakar muka.
Dalam ruang bakar ini bahan bakar solar disemprotkan ke dalam ruang bakar muka oleh nozzle injeksi. Sebagian bahan bakr yang tidak terbakar di ruang bakar muka didorong melalui saluran kecil antara ruang bakar muka dan ruang bakar utama. Percampuran yang baik dan terbakar seluruhnya berada pada ruang bakar utama
Keuntungan ruang bakar muka adalah: (1) jenis bahan bakar yang digunakan lebih luas, karena turbulensinya sangat baik untuk pengabutan, (2) perawatan pompa injeksi lebih mudah karena tekanan injeksi lebih rendah dan tidak terlalu peka terhadap perubahan saat injeksi, dan (3) detonasi berkurang serta mesin bekerja lebih baik karena menggunakan nozzle lubang banyak.
Kerugian ruang bakar muka adalah: (1) biaya pembuatan lebih mahal sebab perencanaan kepala silinder lebih rumit, (2) memerlukan motor starter yang besar dan kemampuan start lebih jelek sehingga harus menggunakan alat pemanas, dan (3) pemakaian bahan bakar boros.
Ruang bakar pusar.
Ruang bakar model pusar ini berbentuk bundar. Ketika torak memampatkan udara, sebagian udara akan masuk ke dalam ruang bakar pusar dan membuat aliran turbulensi. Bahan bakar diinjeksikan ke dalam udara turbulensi dan terbakar di dalam ruang bakar pusar, tetapi sebagian bahan bakar yang belum terbakar masuk ke ruang bakar utama melalui saluran tersebut. Selanjutnya capuran tersebut akan terbakar di tuang bakar utama.
Keuntungan ruang bakar pusar adalah: (1) dapat menghasilkan putaran tinggi, karena turbulensi yang sangat baik pada saat kompresi, (2) Gangguan pada nozzle berkurang karena menggunakan nozzle tipe pin, dan (3) putaran mesin lebih tinggi dan operasinya lebih lembut, menyebabkan jenis ini cocok untuk mobil.
Kerugian ruang bakar pusar adalah: (1) konstruksi kepala silinder rumit, (2) efisiensi panas dan pemakaian bahan bakar lebih boros dibandingkan dengan tipe ruang bakar langsung, (3) penggunaan alat pemanas tidak begitu efektif, sebab ruang bakar sangat luas, dan (4) detonasi lebih besar pada kecepatan rendah.
Ruang bakar Air Cell
Pada ruang bakar air cell ini bahan bakar disemprotkan langsung ke dalam air cell dan terbakar langsung di ruang bakar utama. Sebagian bahan bakar yang yang disemprotkan ke air cell dan terbakar, mengakibatkan tekanan dalam air cell bertambah. Bila torak bergerak ke TMB, udara dalam air cell keluar ke ruang bakar utama membantu menyempurnakan pembakaran. Pada ruang bakar ini tidak memerlukan pemanas.
Keuntungan ruang bakar air cell adalah: (1) mesin bekerja lebih lembut karena pembakaran terjadi secara berangsur-angsur, (2) tidak memerlukan pemanas, (3) gangguan nozzle berkurang karena menggunakan nozzle tipe pin.
Kerugian ruang bakar air cell adalah: (1) saat injeksi bahan bakar sangat mempengaruhi kemampuan mesin, (2) suhu gas buang sangat tinggi karena pembakaran lanjut sangat panjang, dan (3) bahan bakar boros.
Penyaluran bahan bakar pada mesin diesel
Berdasarkan uraian tentang prinsip kerja mesin diesel yang membakar bahan bakar berdasarkan suhu kompresi secara bertahap, maka penyaluran bahan bakar pada mesin diesel harus memenuhi syarat:
a) Mesin diesel harus mempunyai perbandingan kompresi yang tinggi agar mempunyai suhu dan tekanan kompresi yang tinggi sehingga mampu membakar bahan bakar yang diinjeksikan ke dalam ruang bakar. Bahan bakar mesin diesel mempunyai sifat titik nyalanya tinggi sehingga harus dibuat menjadi partikel atau butiran yanglebih kecil.
b) Agar bahan bakar yang diinjeksikan ke dalam silinder mesin diesel dapat mudah terbakar maka diperlukan ruang bakar yang dapat memungkinkan bahan bakar dan udara dapat bercampur secara homogen dalam bentuk partikel yang lebih kecil-kecil dari sebelumnya.
c) Di samping mesin diesel harus memiliki ruang bakar yang memungkinkan atomisasi bahan bakar, maka bahan bakar yang disalurkan ke dalam ruang bakar harus dengan injeksi. Dengan injeksi maka bahan bakar akan berbentuk partikel-partikel atau butiran-butiran yang kecil. Oleh karena itu dalam mesin diesel diperlukan peralatan untuk injeksi yaitu pompa injeksi dan injector (pengabut). Pompa injeksi berfungsi menekan bahan bakar dari tangki ke injector, sedangkan injector berfungsi menyemprotkan bahan bakar tepat waktu ketika diperlukan pada akhir langkah kompresi.
d) Berdasarkan 3 hal di atas maka pada mesin diesel diperlukan suatu sistem bahan bakar yang dapat memenuhi syarat agar terjadi pembakaran yang baik. Sistem bahan bakar yang baik harus terdiri dari komponen-komponen yang baik pula.
Pengertian Sistem Injeksi Bahan Bakar Mesin Diesel
Sistem injeksi bahan bakar pada mesin diesel merupakan sistem paling penting di antara sistem-ssitem yang lain. Dengan sistem injeksi bahan bakar yang baik dan tepat akan menghasilkan tenaga mesin yang optimal. Sebaliknya system 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 matinya mesin.
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 rangfka memperoleh tenaga.
Fungsi Sistem Injeksi Bahan Bakar
Berdasarkan pengertian sistem injeksi bahan bakar pada mesin diesel di atas, maka fungsi sistem injeksi bahan bakar mesin 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.
Syarat sistem injeksi bahan bakar mesin diesel
Sistem injeksi bahan bakar mesin diesel harus memenuhi syarat 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.
Komponen-komponen Sistem Injeksi Bahan Bakar Mesin Diesel
Sistem injeksi bahan bakar mesin diesel dapat dibedakan menjadi 2 (dua) cara yaitu:
a) Sistem injeksi bahan bakar dengan pompa injeksi sebaris
b) Sistem injeksi bahan bakar dengan pompa injeksi distributor
Sistem injeksi bahan bakar dengan pompa injeksi sebaris (inline fuel injection pump)
injeksi bahan bakar yang menggunakan pompa injeksi sebaris
Pada sistem injeksi bahan bakar dengan pompa injeksi sebaris seperti di atas, terdiri dari empat elemen pompa yang melayani empat buah silinder. Dengan demikian tiap silinder mesin diesel akan dilayani oleh satu elemen pompa secara individual.
Sistem injeksi bahan bakar dengan pompa injeksi distributor
Pada sistem injeksi bahan bakar dengan pompa injeksi distributor, pompa injeksinya hanya memiliki satu buah elemen pompa. Dengan demikian satu elemen pompa akan melayani empat buah silinder mesin diesel melalui saluran distribusi pada pompa. Sebagai contoh sistem bahan bakar dengan pompa distributor menunjukkan sistem bahan bakar dengan pompa injeksi distributor tipe DPA dan gambar 10 adalah dengan pompa injeksi distributor tipe VE. Pompa injeksi distributor tipe DPA saat ini sudah jarang digunakan, sedangkan pompa injeksi distributor tipe VE masih banyak digunakan Pompa injeksi sebaris pada umumnya digunakan untuk mesin diesel bertenaga besar dengan ruang bakar langsung dan penyemrotan langsung (direct injection), sedangkan pompa injeksi distributor banyak digunakan untuk mesin diesel bertenaga menengah dan kecil dengan ruang bakar tambahan.
Berdasarkan gambar 8, gambar 9 dan gambar 10 di atas maka secara umum komponen-komponen injeksi bahan bakar mesin diesel adalah:
a) Tangki bahan bakar (fuel tank)
b) Saringan bahan bakar (fuel filter)
c) Pompa pemindah bahan bakar (fuel transfer pump)
d) Pompa injeksi bahan bakar (fuel injection pump)
e) Pipa-pipa injeksi bahan bakar (fuel injection lines)
f) Injektor (fuel injector)
g) Pipa-pipa pengembali bahan bakar (fuel return lines)
Di samping komponen-komponen utama di atas, komponen sistem injeksi tambahan yang lain adalah:
h) Pengatur kecepatan (governor)
i) Pengatur untuk memajukan saat injeksi otomatis (advancer/automatic timer)
Komponen-komponen tersebut di atas terangkai menjadi satu kesatuan dan saling berhubungan dan saling membantu dalam rangka penginjeksian bahan bakar ke dalam silinder mesin dengan saat yang tepat dengan jumlah yang tepat pula.
a) Tangki bahan bakar (fuel tank)
Tangki bahan bakar berfungsi menyimpan atau menampung bahan bakar. Tangki bahan bakar dibuat dengan berbagai ukuran dan tiap ukuran serta bentuk tangki tersebut dirancang untuk maksud persyaratan tertentu.
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).
b) Saringan bahan bakar (fuel filter)
Penyaringan bahan bakar mesin diesel sangat penting karena bahan bakar diesel cenderung tidak bersih baik dari kotoran partikel atau dari air, sedangkan elemen pompa injeksi dan injector dibuat presisi. Untuk memisahkan air dari bahan bakar digunakan juga water sedimenter yang bekerja atas sifat gravitasi air sendiri yang lebih besar daripada bahan bakarnya.
Bila air sampai masuk ke dalam elemen pompa maka dapat menyebabkan kerusakan pada elemen pompa karena korosi dan pengabutan menjadi terganggu.
Untuk mengetahui bahwa air yang berada dalam sedimenter telah banyak maka diketahui dari sistem lampu peringatan yang sirkit kelistrikannya
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 member peringatan kepada pengendara bahwa air yang berada pada sedimenter perlu segera dikeluarkan. Konstruksi sedimenter dan bagian-bagiannya
Pada sistem injeksi bahan bakar sering dijumpai lebih dari satu penyaringan bahan bakar, yaitu:
a) Penyaring pada tangki (filter screen) atau pada pompa pemindah, yang berfungsi Manahan partikel besar,
b) Penyaring primer (primary filter) berfungsi menyaring partikel-partikel kecil, dan
c) Penyaring sekunder (secondary filter) berfungsi menyaring partikel yang lembut.
C) Pompa pemindah bahan bakar (fuel transfer pump)
Pompa pemindah bahan bakar ini berfungsi untuk mengisap bahan bakar dari tangki dan menekan bakar melalui saringan bahan bakar ke ruang pompa injeksi. Pompa ini dinamakan juga pompa pemberi (feed pump) atau pompa pencatu bahan bahan bakar (fuel supply pump) atau priming pump.
Pompa pemindah bahan bakar untuk sistem injeksi bahan bakar dengan pompa injeksi sebaris
Pompa pemindah untuk pompa injeksi sebaris adalah model pompa kerja tunggal (sigle acting) dipasang pada sisi pompa injeksi dan digerakkan oleh poros nok pompa injeksi. Pompa pemindah ini dilengkapi dengan pompa tangan untuk membuang 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).
Cara kerja pompa pemindah pada pompa injeksi sebaris
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 dalm 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.
Pompa pemindah atau priming pump untuk pompa injeksi distributor
Priming pump untuk pompa injeksi distributor ini dilengkapi dengan penyaring bahan bakar dan sedimenter. Cara kerja priming pump ini adalah sebagai berikut:
Tekan handle pompa diafragma ke bawah dan bahan bakar atau udara dalam ruang pompa akan akan membuka outlet check valve dan mengalir ke saringan bahan bakar. Pada saat yang sama inlet check valve akan menutup dan mencegah bahan bakar mengalir kembali.
Bila handle poma dibebaskan, tegangan pegas mengembalikan diafragma ke posisi semula danmenimbulkan vakum di dalam ruang pompa. Hal tersebut menyebabkan inlet valve terbuka disebabkan adanya kevakuman dan bahann bakar akan mengalir ke dalam ruang pompa. Pada saat yang sama outlet valve akan menutup mencegah kembalinya aliran bahan bakar. Bekerjanya turun dan naik dengan berulangulang dan menyebabkan bahan bakar dikirim ke saringan bahan bakar
d) Pompa injeksi bahan bakar (fuel injection pump)
Pompa injeksi bahan bakar berfungsi untuk menekan bahan bakar dengan tekanan yang cukup melalui kerja elemen pompa. Seperti telah diuraikan di atas bahwa pompa injeksi bahan bakar berupa pompa injeksi sebaris (gambar 19) dan pompa injeksi distributor
1) Pompa injeksi sebaris
Pompa injeksi sebaris banyak digunakan untuk mesin diesel yang bertenaga besar, karena pompa injeksi ini mempunyai kelebihan bahwa tiap elemen pompa melayani satu silinder mesin.
Gambar 21 menunjukkan elemen pompa yang terdiri dari plunyer (plunger) dan silinder (barrel) yang keduanya sangat presisi, sehingga celah antara plunyer dan silindernya sekitar 1/1000 mm. Ketelitian ini cukup baik untuk menahan tekanan tinggi saat injeksi, walaupun pada putaran rendah. Sebuah alur diagonal yang disebut alur pengontrol (control groove), adalah bagian dari plunyer yang dipotong pada bagian atas. Alur ini berhubungan dengan bagian atas plunyer oleh sebuah 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. Gerakan bolak-balik ini sesuai dengan cara kerja sebagai berikut
(a) Pada saat plunyer berada pada titik terbawah, bahan bakar mengalir melalui lubang masuk (feed hole) pada silinder ke ruang penyalur (delivery chamber) di atas plunyer.
(b) Pada saat poros nok pada 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 injector.
(c) Plunyer tetap bergerak ke atas, tetapi pada saat bibir atas control groove bertemu dengan bibir bawah lubang masuk, maka penyaluran bahan bakar terhenti.
(d) Gerakan pluyer 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.
Ukuran elemen pompa dapat dilihat pada gambar 24. Tinggi pengangkatan nok adalah 8 mm, sehingga gerakan plunyer naik turun juga sebesar 8 mm. Pada saat plunyer pada posisi terbawah, plunyer menutup lubang masuk kirakira 1,1 mm dari besar diameter lubang masuk sebesar 3 mm. Dengan demikian plunyer baru akan menekan setelah bergerak ke atas kira-kira 1,9 mm. Langkah ini disebut prestroke dan pengaturannya dapat dilakukan dengan menyetel baut pada tappet roller. Prestroke ini berkaitan dengan saat injeksi (injection timing) bahan bakar keluar pompa.
Jumlah pengiriman bahan bakar dari pompa diatur oleh governor sesuai dengan kebutuhan mesin. Governor mengatur gerakan control rack yang berkaitan dengan control pinion yang diikatkan pada control sleeve. Control sleeve ini berputar bebas terhadap silinder. Bagian bawah plunyer (flens) berkaitan dengan bagian bawah control sleeve. Jumlah bahan bakar yang dikirim tergantung pada posisi plunyer dan perubahan besarnya langkah efektif (Gambar 25). 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.
Penekanan bahan bakar dari elemen pompa ke injector diatur oleh katup penyalur (delivery valve). Katup penyalur ini berfungsi ganda, yaitu selain mencegah bahan bakar dalam pipa tekanan tinggi mengalir kembali ke plunyer juga berfungsi mengisap bahan bakar dari ruang injector setelah penyemprotan Dengan demikian katup penyalur pada pompa injeksi ini menjamin injektor akan menutup dengan cepat pada saat akhir injeksi, karena untuk mencegah bahan bakar menetes yang dapat menyebabkan pembakaran awal (pre-ignition) selama siklus pembakaran berikutnya.
(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 nosel injeksi.
(b) Bila tekanan penyaluran menurun dan pegas katup penyalur menekan katup penyalur ke bawah,
maka relief valve akan menutup hubungan antara ruang penyalur dengan pipa injeksi dan
selanjutnya katup akan masuk ke dalam sampai dudukan bersentuhan dengan body mencegah
menurunnya katup.
Pompa injeksi distributor (VE)
Pompa injeksi distributor tipe VE ini dirancang dengan plunyer tunggal untuk mengatur banyaknya bahan bakar yang diinjeksikan dengan tepat dan membagi pemberian bahan bakar ke setiap silinder mesin sesuai dengan urutan penginjeksiannya.
Kelebihan pompa injeksi distributor tipe VE adalah:(a) Kompak dan ringan, karena hanya 4,5 kg dan komponenkomponennya sedikit jumlahnya, (b) mampu digunakan untuk mesin diesel putaran tinggi, (c) seragam dalam jumlah penginjeksian bahan bakar, (d) mudah dalam menghidupkan mesin, (e) putaran idle yang stabil, (f) pelumasan dengan bahan bakar sendiri, (g) mudah dalam penyetelan jumlah bahan bakar yang diinjeksikan, (h) dilengkapi dngen solenoid penghenti bahan bakar, (i) alat pengatur saat penginjeksian yang bekerja secara hidrolik, dan (j) konstruksinya dirancang sedemikian rupa sehingga kalau terjadi mesin berputar balik, pompa tidak akan memberikan bahan bakar ke silinder.
Pompa injeksi distributor terdiri dari komponen komponen:
(a) Pompa pemberi (feed pump) tipe sudu rotary yang mengalirkan bahan bakar dari tangki ke dalam rumah pompa injeksi,
(b) Katup pengatur tekanan bahan bakar di dalam feed pump (pressure regulating valve)
(c) Katup pelimpah (overflow) untuk menyalurkan kelebihan bahan bakar dari pompa ke tangki.
(d) Plat nok (cam plate) yang digerakkan oleh poros pompa (drive shaft) yang menggerakkan plunyer
dalam bentuk berputar dan bolak-balik, karena plunyer bersatu dengan cam plate
(e) Governor mekanik (mechanical governor) yang mengatur jumlah bahan bakar yang diinjeksikan
ke dalam ruang bakar
(f) Pewaktu otomatis (automatic timer) yang mengatur saat injeksi (injection timing) yang bekerja
menurut tekanan bahan bakar.
(g) Solenoid penutup bahan bakar (fuel cut-off solenoid) yang digunakan untuk menutup aliran bahan
bakar ke dalam elemen pompa.
(h) Katup penyalur (delivery valve) berfungsi mencegah bahan bakar dari dalam pipa tekanan tinggi
masuk ke dalam ruang elemen pompa dan mengisap sisa bahan bakar dari injector pada akhir
injeksi.
Komponen-komponen di atas dijelaskan sebagai berikut:
Pompa pemberi (feed pump)
Pompa pemberi tipe rotari ini berada dalam pompa injeksi yang menyalurkan bahan bakar dari tangki ke dalam rumah pompa melalui sedimenter dan filter. Pompa pemberi ini digerakkan oleh poros penggerak (drive shaft) dan selama rotor berputar sudu pompa menekan keluar akibat gaya sentrifugal. Rotor yang tidak sepusat (eksentrik) ini menyebabkan bahan bakar akan terisap dan ditekan ke ruang pompa.
Besarnya tekanan bahan bakar pada pompa pemberi ditentukan oleh tekanan pegas pada piston katup pengatur ini, sedangkan piston tertekan oleh tekanan bahan bakar. Bila kecepatan pompa bertambah maka bertambah pula tekanan bahan bakarnya.
Plunyer dan plat nok
Penyaluran bahan bakar pada pompa injeksi bahan bakar distributor tipe VE melalui kerja komponen-komponen. Pompa pemberi dan plat nok digerakkan oleh poros penggerak (drive shaft). Plunyer dan plat nok ditekan oleh dua buah pegas plunyer melawan roller. Plat nok mempunyai 4 buah muka nok (cam face), yang bila berputar muka nok berada di atas roller dan plunyer bergerak maju, sehingga bila plat nok dan plunyer berputar satu kali maka plunyer bergerak 4 kali maju mundur. Bahan bakar disalurkan ke tiap silinder setiap putaran plunyer dan satu kali plunyer bergerak bolak-balik. Plunyer mempunyai 4 alur pengisian (suction groove) dan satu lubang distribusi (distribution port). Dengan
demikian pada silinder pompa terdapat 4 saluran distribusi (distribution passage). Pengisapan terjadi bila salah satu alur pengisian segaris dengan lubang isap, dan penyaluran bahan
bakar berlangsung bila lubang distribusi segaris dengan salah satu dari 4 saluran distribusi.
Proses penyaluran bahan bakar terdiri dari pengisapan (suction), penyaluran (delivery), akhir penekanan (termination),dan penyamaan tekanan (pressure equalization).
Pada pompa injeksi distributor tipe VE ini dilengkapi dengan penutup aliran bahan bakar ke pompa yang disebut dengan fuel cut-off solenoid. Bila kunci kontak diputar ke posisi ON maka katup solenoid akan tertarik oleh kemagnitan sehingga saluran isap akan terbuka. Bila kuncikontak diputar ke arah OFF maka kemagnitan pada solenoid hilang dan katup solenoid akan menutup saluran bahan bakar ke elemen pompa.
Injektor Bahan bakar (fuel injector)
Injektor bahan bakar kadangkala disebut juga dengan pengabut atau ada yang menyebut dengan nosel (nozzle). Disebut injector karena tugas dari komponen ini adalah menginjeksi, dan disebut pengabut karena bahan bakar keluar dari komponen ini dalam bentuk kabut,
sedangkan disebut nosel karena ujung komponen ini luas penampangnya makin mengecil.
Secara garis besar nosel injeksi dapat diklasifikasikan ke dalam 2 tipe yaitu:
(1) tipe lubang (hole type), dan(2) tipe pin (pin type)
Tipe lubang terdapat dalam 2 jenis yaitu: (a) lubang satu(single hole type) dan, dan (b) lubang banyak multiple hole type). Tipe pin terdapat dalam 2 jenis yaitu: (a) tipe throttle (throttle type), dan (b) tipe pintle (pintle type). Tipe nosel 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 nosel injeksi model pin adalah yang berjenis throttle yang pada saat permulaan injeksi jumlah bahan bakar yang ditekan ke dalam ruang bakar muka hanya sedikit, tetapi pada akhir injeksi jumlah bahan bakar semakin banyak. Kerja nosel injeksi tipe pin osel injeksi ditempatkan pada mesin diesel dengan pemegang nosel (nozzle holder) yang dapat menentukan jumlah bahan bakar dan mengatur tekanan injeksi. Jarum nosel ditahan oleh pena tekanan (pressure pin) dan pegas
tekan (pressure spring) yang dapat diatur oleh sekrup penyetel (adjusting screw) sehingga membukanya nosel injeksi dapat diatur.
Komentar
Posting Komentar