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
a)
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.
b)
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.
2)
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
pad akhir injeksi.
Komponen-komponen
di atas dijelaskan sebagai berikut:
(a) Pompa pemberi (feed
pump), Gambar 28
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.
(c)
Plunyer dan plat nok
Penyaluran bahan bakar pada pompa injeksi bahan bakar distributor tipe VE melalui kerja komponen-komponen yang dapat dilihat pada gambar 30 di bawah ini.
Pertautan antara komponen-komponen utama pada
gambar 30 di atas dijelaskan sebagai berikut:
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 ¼ 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. Lihat gambar 35. Bila kunci
kontak diputar ke posisi ON maka katup solenoid akan tertarik
oleh kemagnitan sehingga saluran isap akan terbuka (gambar
35a). Bila kuncikontak diputar ke arah OFF maka kemagnitan
pada solenoid hilang dan katup solenoid akan menutup saluran bahan bakar ke elemen pompa
d) 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
Nosel injeksi ditempatkan pada mesin diesel dengan
pemegang nosel (nozzle holder) yang dapat menentukan
jumlah bahan bakar dan mengatur tekanan injeksi. Pada
gambar 38 ditunjukkan konstruksi nosel 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.