INJECTION CUTITYPE IN LINE

2.1 Landasan Teori

2.1.1 Pengertian Motor Diesel

Motor bakar ada dua macam yaitu motor pembakaran dalam (internal combustion angine) dan motor pembakaran luar (external combustion engine), contoh motor pembakaran luar (external combustion engine) adalah mesin uap, mesin turbin dan lain sebagainya, contoh motor pembakaran dalam (internal combustion engine) adalah motor Diesel, motor bensin dan lainya.

Jenis mobil atau kendaraan didasarkan atas mekanisme pembakaran yang digunakan dibedakan menjadi dua yaitu motor Diesel dan motor bensin (motor pembakaran dalam). Mekanisme pembakaran motor Diesel dikenal dengan sebutan penyalaan kompresi. Bahan bakar dikompresi sampai tekanan ± 25 s/d 32 Kg/cm2 (Daryanto : 1995) agar mencapai titik nyala dan bahan bakar terbakar dengan sendirinya, sedangkan motor bensin menggunakan mekanisme penyalaan dengan bunga api. Bahan bakar ditekan sampai tekanan tertentu yaitu : ± 15 s/d 22 Kg/cm2 (Daryanto : 1995) kemudian diberi percikan bunga api dari busi agar terjadi proses pembakaran.

Motor Diesel menggunakan bahan bakar solar selain pemakaiannya lebih hemat, bahan bakar solar juga lebih ramah lingkungan karena pada solar campuran timbel (timah hitam) yang menyebabkan polusi dan mengganggu saluran pernapasan lebih sedikit dibandingkan motor bensin, namun karena perbandingan tekanan pada mekanisme penyalaan kompresi yang sangat tinggi dan memerlukan konstruksi yang lebih kokoh, pada umumnya harga mobil dengan menggunakan mesin Diesel lebih mahal dari pada mobil dengan menggunakan motor bensin untuk kelas yang sama.

Roda-roda suatu kendaraan memerlukan adanya tenaga yang memungkinkan kendaraan dapat bergerak serta dapat mengatasi keadaan jalan, udara, dan lain sebagainya. Sumber yang menghasilkan tenaga merupakan sebutan dari mesin yang dapat mengubah tenaga panas, listrik, angin atau sumber tenaga lainnya menjadi tenaga mekanik. Mesin yang mengubah tenaga panas menjadi tenaga mekanik disebut motor bakar.

Mesin (engine) yang digunakan pada mobil, merupakan salah satu rangkaian komponen (sistem) yang sangat penting yaitu sebagai sistem yang mengubah panas yang dihasilkan dari proses pembakaran kemudian diubah menjadi kerja melalui mekanisme dengan gerak translasi lurus bolak-balik (reciprocal) dari piston menjadi gerak putar (rotasi) pada poros engkol (cankshaft). Mesin yang tenaganya digunakan pada mobil harus kompak, ringan dan mudah ditempatkan pada ruangan terbatas. Mesin harus dapat menghasilkan kecepatan yang tinggi dan tenaga yang besar, mudah dioperasikan dan sedikit menimbulkan bunyi, oleh sebab itu mesin bensin dan mesin Diesel umumnya lebih banyak digunakan pada kendaraan atau mobil.

Keuntungan mesin Diesel dibandingkan dengan motor bensin secara umum :

a. Mesin Diesel mempunyai efisiensi panas yang besar, hal ini berarti bahwa penggunaan bahan bakarnya lebih ekonomis dari pada motor bensin.

b. Mesin Diesel lebih tahan lama dan tidak memerlukan penyalaan elektrik (electrik igniter) untuk membantu pembakaran sehingga kesulitan lebih kecil dari pada motor bensin.

c. Kecepatannya lebih rendah dibandingkan dengan motor bensin.

Kerugian motor Diesel dibandingkan dengan motor bensin secara umum:

a.       Tekanan pembakaran maksimum hampir dua kali motor bensin 25 s/d 32 Kg/cm2 (Daryanto 1995), hal ini menyebabkan getaran dan suara motor Diesel lebih besar.

b.      Tekanan pembakaran yang lebih tinggi, maka motor Diesel harus dibuat dari bahan yang tahan tekanan tinggi dan struktur bahan yang lebih kuat, hal ini menyebabkan getaran dan struktur bahan yang lebih kuat, hal ini menyebabkan pembuatannya menjadi lebih mahal dibandingkan dengan motor bensin.

c.       Motor Diesel memerlukan sistem injeksi bahan bakar yang presisi yang menyebabkan harganya mahal dan memerlukan perawatan serta pemeliharaan yang cermat dibandingkan dengan motor bensin.

2.2 Prinsip kerja motor diesel

d.       

e.        

Gambar 2.1 Cara Kerja mesin 4 langkah

A.  LANGKAH HISAP

Pada langkah hisap, udara dimasukkan ke dalam silinder. Piston membentuk kevakuman didalam silinder seperti pada motor bensin. Piston bergerak dari titik mati atas menuju titik mati bawah dan pada langkah ini hanya katup hisap yang terbuka dan memungkinkan udara masuk ke dalam silinder dan katup buang tertutup selama langkah hisap ini.

B.  LANGKAH KOMPRESI

Pada langkah kompresi, piston bergerak dari titik mati bawah menuju titik mati atas, dan pada saat langkah kompresi ini kedua katup dalam keadaan tertutup. Udara yang dihisap selama langkah hisap ditekan sampai tekanannya naik dengan temperatur sekitar 5000^oC sampai 8000^oC.

C.  LANGKAH PEMBAKARAN

Pada langkah pembakaran, udara yang terdapat didalam silinder didorong oleh piston ke dalam ruang bakar yang terdapat di bagian atas masing-masing silinder, pada saat akhir langkah pembakaran, nozzle menyemprotkan bahan bakar dan kemudian campuran bahan bakar dan udara selanjutnya terbakar oleh panas yang dibangkitkan oleh tekanan panas yang dibangkitkan oleh tekanan energi pembakaran mengekspansikan gas dengan sangat cepat dan piston terdorong ke bawah. Gaya yang mendorong piston ke bawah diteruskan ke batang torak (connecting rod) kemudian diteruskan ke poros engkol (crankshaft) dan mengubah dari gerak translasi lurus bolak balik menjadi gerak putar (rotasi) untuk memberi tenaga pada mesin.

D.  LANGKAH BUANG

Pada langkah buang, piston menuju dari titik mati bawah menuju titik mati atas. Pada langkah buang ini hanya katup buang yang terbuka dan gas pembakaran dikeluarkan melalui katup buang. Gas akan terbuang habis pada saat piston mencapai titik mati atas, setelah proses langkah buang dimulai lagi langkah hisap, begitu seterusnya. Proses ini terjadi berulang-ulang. Selama, mesin menyelesaikan empat langkah (langkah hisap, kompresi, pembakaran, buang) poros engkol (crankshaft) berputar dua kali dan menghasilkan satu kali pembakaran (tenaga), atau juga disebut motor Diesel empat langkah.

Sebagaimana proses injeksi bahan bakar pada motor diesel dengan silinder tunggal yakni diberikan pada akhir kompresi juga dilakukan pada motor-motor diesel dengan 4 silinder atau lebih dimana masing-masing silinder memperoleh injeksi bahan bakar adalah pada akhir kompresi.

Gerakan-gerakan piston yang digerakkan oleh poros engkol melalui batang torak (connecting rod) dirancang agar torak yang satu dengan torak yang lainnya bergerak secara berurutan dalam ekspansinya sehingga dengan demikian injeksi bahan bakarnya pun harus diberikan secara bergantian menurut urutan gerakan piston tersebut yakni pada akhir gerakkan kompresinya. Pada motor diesel 4 tak dengan 4 silinder atau lebih langkah-langkah torak dari masing masing silinder siklusnya ditentukan oleh bentuk dan posisi cam dari poros bubungan (camshaft) sebagai penggerak katup (valve) yang dipasang dan digerakkan oleh poros engkol (crank shaft) melalui susunan roda gigi, rantai (chain) atau sabuk bergigi (dikenal dengan “timing belt”) yang distel sedemikian rupa sehingga diperoleh gerakkan dinamis untuk siklus pada masing-masing silinder dan hubungannya dengan silinder lain. Demikian pula sistem distribusi bahan bakar terhadap masing-masing silinder diberikan oleh pompa injeksi (injection pump) yang juga digerakkan oleh poros engkol (crank shaft) melalui mekanisme tertentu sehingga injeksi bahan bakar pada setiap silinder hanya diberikan pada akhir kompresinya. sebagaimana juga dilakukan pada motor diesel 4 tak dengan silinder tunggal, injection pump untuk motor diesel ini pun dilengkapi dengan governor bahkan dengan sistem kerja yang disempurnakan yakni governor yang bekerja secara pneumatic dan hydraulic.

.

Gambar 2.2 Skema aliran Bahan Bakar

2.3 Tipe Ruang Pembakaran pada Motor Diesel

Combustion chamber ialah proses pembakaran pada motor diesel dengan menempatkan sebuah ruang pembakaran yang terpisah dari ruang kompresi.

Dirtect Injection, yaitu sistem penyemproten langsung dengan ruang bakar dibentuk secara langsung pada ruang kompresi biasanya pada bagian kepala torak (piston). Yang temasuk kelompok ini adalah:

a.  Type kamar muka

b.  Type Kamar pusar (Turbulen) dan

c.  Type Lanova.

Gambar 2.3 Ruang bakar Direct Injection

2.4  Sistem Bahan Bakar

A.    Komponen sistem bahan bakar

1) Fuel tank

Fuel tank berfungsi untuk penyimpanan bahan bakar yang selanjutnya akan dihisap oleh feed pump. Saat fuel pump menghisap bahan bakar dari tangki, maka terbentuk negatif pressure pada pipa dan tangki, hal ini dapat mengakibatkan tangki menjadi rusak. Oleh karena itu breather tube memasukkan udara ke dalam tangki agar tangki selalu dalam keadaan bertekanan sama dengan udara bebas.

Gambar 2.4 Fuel tank

Pada tangki terdapat fuel gauge yang dipasangkan pada bagian atas, sedangkan perlengkapan untuk informasi jumlah bahan bakar dipasangkan pada meter cluster.

	Fuel tank
Fuel			Fuel gauge unit
gauge

Gambar 2.5 Fuel gauge unit

Bahan bakar yang dihisap oleh feed pump dari tangki akan diteruskan ke serambi inlet pompa injeksi melalui saringan. Pompa pengisi (feed pump) merupakan single acting pump terletak di bagian rumah pompa injeksi. Pompa pengisi (feed pump) digerakkan oleh camshaft dari pompa injeksi.

Bahan bakar di ruang pompa injeksi selamanya harus cukup, menyebabkan perlunya mengirimkan bahan bakar ke pompa injeksi dengan tekanan karena elemen pompa tidak mampu memberikan bahan bakar yang cukup pada kecepatan tinggi. Karena itu, tekanan pengisian diatur sampai 1,8 – 2,2 kg/cm² (25,6 – 3 psi) oleh pegas torak. (Sumber : Technical Guide Toyota Diesel, 1995 : 14). Berikut adalah cara kerja feed pump :

a.    Pada saat camshaft pompa berputar ke arah posisi langkah nok tinggi (high cam), tappet dan push rod memaksa piston menekan pegas. Gerakan ini memaksa bahan bakar keluar dari ruang isap (suction camber) melalui katup pengecek tekanan masuk ke ruang tekanan (sebagian masuk ke ruang pompa injeksi). Pada akhir langkah tersebut (langkah intermediate), katup pengecek tekanan menutup kembali.

b.    Ketika camshaft berputar ke arah nok rendah (low cam) atau ke arah pengisapan dan posisi pengeluaran, tekanan pegas piston menyebabkan piston, push rod dan tappet mengikuti nok (cam). Gerakan ini akan mendorong bahan bakar dari ruang tekanan ke saringan dan pompa injeksi. Bersamaan dengan itu, tekanan pengisapan piston mengisap bahan bakar masuk ke ruang isap melalui katup pengecekan pengisapan. Dengan dimasukkan bahan bakar ke ruang isap, langkah pompa mulai kembali.

c.    Jika tekanan pengeluaran bahan bakar naik kira-kira 2,5 kg/cm² (35,6 psi), maka tekanan pengeluaran ini akan menyebabkan piston tetap berada pada posisi langkah intermediate dimana pegas piston ada dalam keadaan tertekan. Dalam keadaan seperti ini, pompa pengisi (feed pump) tidak bekerja.

Gambar 2.6. Cara kerja feed pump

Feed pump dilengkapi dengan pompa priming (priming pump) yang berfungsi untuk membuang udara dari sistem bahan bakar sebelum dihidupkan. Hal ini terjadi ketika tangki kehabisan bahan bakar atau ketika saringan bahan bakar atau nozzle injeksi diganti, udara dapat masuk ke dalam sistem bahan bakar. Apabila udara ini masuk ke dalam sisa sistem bahan bakar kemungkinan udara akan berusaha ke feed pump atau plunger pompa injeksi, sehingga mesin tidak dapat hidup. Keadaan seperti ini perlu menggunakan priming pump.

Gambar 2.7 Priming pump

2) Pompa Injeksi

Pompa injeksi yang digunakan mesin pompa injeksi tipe inline dimana injection pump memiliki sebuah plunger dan sebuah delivery valve pada tiap-tiap selinder.

Injection pump mendorong bahan bakar masuk ke dalam injection nozzle dengan tekanan dan dilengkapi dengan sebuah mekanisme untuk menambah atau mengurangi jumlah bahan bakar yang dikeluarkan dari nozzle. Plunger didorong ke atas oleh camshaft dan dikembalikan oleh plunger spring. Plunger bergerak ke atas dan ke bawah di dalam plunger barrel dan pada jarak stroke yang telah ditetapkan guna mensuplai bahan bakar dengan tekanan. Dengan naik dan turunnya plunger berarti akan membuka dan menutup section dan discharge ports sehingga mengatur banyaknya injeksi bahan bakar.

Camshaft ditahan dengan dua buah tapper roller bearing pada kedua buah ujungnya dan dilengkapi dengan beberapa cam untuk menggerakkan plunger dan sebuah exentric cam sebagai penggerak feed pump. Chamshaft digerakkan oleh injection pump gear pada ¹/₂ putaran engine.

Pemegang katup penyalur

Pegas katup         plunyer

Katup penyalur  

Pinion pengontrol

Control rack

Pegas plunyer

tappet

Poros nok

Felt plate plug

Gambar 2.8 Pompa injeksi

3)  Kerja elemen pompa

Bahan bakar yang disalurkan ke pompa pengisi (feed pump), dialirkan terus ke pipa tekanan tinggi oleh elemen pompa sebagai berikut :

a)    Pada saat plunger berada pada TMB, bahan bakar mengalir dari ruang bahan bakar melalui lubang barel.

b)   Pada saat plunger naik, ia membagi lubang barel (permukaan penyaluran bahan bakar) dan akan mengeluarkan bahan bakar yang ada di dalam ruang tekanan melalui katup penyalur masuk ke pipa tekanan tinggi.

c)    Penyaluran bahan bakar terhenti segera setelah control helix membuka lubang barel. Kemudian bahan bakar mengalir melalui lubang vertikal, control helix dan lubang port kembali ke ruang bahan bakar.

Gambar 2.9 Kerja Plunger

4)   Bagian dari elemen pompa

a)      Plunger

Posisi plunger menetukan variasi besarnya penyaluran bahan bakar. Berikut beberapa posisi dari plunger :

1. Tidak ada penyaluran bahan bakar

Ketika plunger bergerak ke atas, pinggir atas plunger terbuka terhadap lubang barel (barrel port) hingga control helix membuka lubang barel. Akibatnya tekanan tidak terjadi di dalam ruang tekanan, karenanya tidak ada bahan bakar yang dapat disalurkan.

2. Penyaluran bahan bakar sebagian

Ketika plunger bergerak ke atas, plunger menutup lubang dan akan memulai menjalankan bahan bakar dari lubang yang ada dalam posisi tertutup, tetapi penyaluran terhenti dengan terbukanya lubang barel oleh control helix sesaat kemudian. Gerakan plunger pada periode penyaluran bahan bakar inilah yang disebut “langkah efektif”.

3. Penyaluran bahan bakar secara maksimal

Penyaluran bahan bakar maksimum akan tercapai saat plunger sampai pada langkah efektif maksimum.

Gambar 2.10 Posisi plunger

b) Delivery valve

Gambar 2.11 Delivery valve

Bahan bakar terkompresikan dengan tekanan tinggi oleh plunger mendorong delivery valve ke atas dan bahan bakar menyembur keluar. Segera setelah bahan bakar terkompresikan dengan sempurna, delivery valve akan kembali pada posisi semula karena dorongan dari valve spring untuk menutup lubang bahan bakar (fuel passage), dengan demikian dapat mencegah kembalinya bahan bakar.

Delivery valve bergerak turun sampai permukaan valve seat ditahan dengan kuat. Selama langkah ini bahan bakar ditarik kembali dari injection pipe, seketika itu juga menurunkan residual pressure antara delivery valve dan nozzle. Penarikan tersebut memperbaiki akhir penginjeksian dan sekaligus mencegah menetesnya bahan bakar setelah penginjeksian. Pada bagian atas delivery valve spring dipasangkan delivery valve stopper. Stopper membatasi terangkatnya delivery valve dan mencegah terjadinya valve surging pada putaran tinggi dan juga menurunkan dead valve antara delivery valve dan nozzle. Dengan demikian akan didapat fuel injection rate yang stabil.

Overflow dipasangkan pada bagian atas pompa yang berfungsi untuk menstabilkan temperatur pada injection pump dan temperatur distribusi. Untuk memastikan bahwa jumlah bahan bakar yang diinjeksikan pada tiap-tiap silinder selalu konstan. Valve bertipe seat ball, saat tekanan bahan bakar pada pompa melebihi nilai yang ditetapkan, maka valve terbuka sehingga bahan bakar akan kembali ke fuel tank.

5)   Automatic Timer

Injection timming berubah-ubah secara otomatis sesuai dengan kecepatan putaran engine. Automatic timer dipasangkan dengan kuat pada injectioan pump camshaft dengan round nut sebagai pengikatnya, dan digerakkan oleh idler gear yang dihubungkan dengan injection pump gear.

Pada tiap-tiap flyweight dilengkapi dengan sebuah lubang pada bagian ujungnya, dimana timer hub pin dipasangkan. Permukaan yang melengkung pada flyweight akan berhubungan dengan injection pump gear pin. Timer spring dipasangkan pada timer hub pin dan injection pump gear pin.

Ketika engine berputar pada kecepatan rendah, tidak ada tenaga sentrifugal yang disalurkan flyweight dan tetap dalam posisi memanjang. Ketika engine berputar dengan kecepatan tinggi, flyweight bergerak berputar keluar akibat dari adanya tenaga sentrifugal dimana timer hub pin sebagai tumpuannya. Injection pump gear pin saat didorong oleh permukaan yang melengkung dari flyweight searah dengan penekanan dari timer spring.

Namun demikian injection pump gear pin tidak dapat bergerak sebab berpasangan dengan gear, dengan demikian timer hub pin akan terdorong pada arah putaran selama terdorong oleh timer spring yang menggerakkan camshaft pada arah putaran untuk merubah injection timming.

Gambar 2.12 Automatic sentrifugal

6)   Pneumatic Governor

Gambar 13. Penampang governor

Fungsi dari governor adalah mengatur secara otomatis pemberian bahan bakar sesuai dengan beban mesin. Menurut mekanismenya, governor dapat dibagi dua yaitu jenis pneumatic dan jenis centrifugal dan menurut fungsinya dapat dibedakan antara jenis kecepatan tertentu dan jenis semua kecepatan. Jumlah bahan bakar yang disemprotkan diatur menurut posisi control rack yang diatur oleh governor.

Seperti ditunjukkan pada gambar, governor terdiri dari dua ruangan yang dibatasi oleh diafragma, ruang A dihubungkan oleh selang ke venturi yang menghadap ke saringan udara dan ruangan B dihubungkan ke intake manifold atau ke venturi tambahan. Salah satu ujung diafragma berkaitan dengan control rack dan selalu ditahan oleh pegas utama ke arah penyemprotan yang banyak. Bila mesin sudah bekerja diafragma bergerak akibat perbedaan tekanan pada saringan udara dan venturi tambahan dan pengontrolan bahan bakar diperoleh dari keseimbangan antara diafragma dan pegas utama.