SISTEM INJEKSI MOTOR DIESEL COMMONRAIL 1. Krakteristik motor diesel Sejak diperkenalkan pertama kali oleh Rudolf Diesel pada 1892 di Jerman, mesin diesel telah mengalami perkembangan yang sangat pesat mulai penggunaan bahan bakar hingga peningkatan kinerja yang berhubungan dengan teknologi mekanis hingga improvement power, dan konsumsi bahan bakar agar lebih bersahabat dengan lingkungan. Motor diesel sebagai sebuah sumber tenaga penggerak memiliki prinsip yang hampir sama dengan motor bensin (gasoline engine) dimana energi dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar, Ada beberapa perbedaan utama antara karakteristik mesin bensin dan mesin diesel. Mesin diesel menggunakan prinsip auto-ignition (terbakar sendiri). Sedangkan mesin bensin menggunakan prinsip spark-ignition (pembakaran yang dipicu oleh percikan api pada busi). Oleh karenanya motor diesel sering juga disebut dengan ”compression ignition engine”. Agar dapat mencapai suhu dan tekanan pembakaran, tekanan kompresi pada mesin diesel diusahakan mampu mencapai 30-45kg/cm2, agar temperatur udara yang dikompresikan mencapai 500 derajat celsius, sehingga bahan bakar mampu terbakar dengan sendirinya tanpa dipicu oleh letikan bunga api dari busi. Untuk dapat mencapai tekanan dan temperatur yang demikian, pada motor diesel harus memiliki perbandingkan kompresi yang lebih tinggi kira-kira mencapai 25:1 dan membutuhkan gaya yang lebih besar untuk memutarnya. Sehingga motor diesel memerlukan alat pemutar seperti motor starter dan baterai yang berkapasitas besar pula. Disamping itu motor diesel memiliki efisiensi panas yang sangat tinggi, hemat konsumsi bahan bakar, memiliki kecepatan lebih rendah dibanding mesin bensin, getarannya sangat besar dan agak berisik, momen yang didapatkan lebih besar, sehingga motor ini umumnya digunakan pada kendaraan niaga, kendaraan penumpang dan sebagai motor penggerak lainnya Karena tekanan pembakaran yang tinggi, maka mesin diesel harus dibuat dari bahan yang tahan terhadap tekanan tinggi dan harus mempunyai struktur yang sangat kuat. Disamping itu getaran motor yang dihasilkan sangat besar, ini diakibatkan oleh tekanan pembakaran maksimum yang dicapai hampir dua kali lipat lebih besar dari pada motor bensin, sehingga suara dan getaran mesin diesel menjadi lebih besar. Teknologi mesin diesel terus mengalami penyempurnaan sehingga menjadi lebih ramah lingkungan. Di pameran North America International Auto Show 2007 (NAIAS), diperkenalkan teknologi baru mesin diesel berstandar emisi gas buang Euro 5. Sedangkan di Indonesia mulai 1 Januari 2007, mesin diesel mutlak berstandar Euro 2. Teknologi terbaru yang diperkenalkan perusahaan otomotif Jerman, Mercedes Benz di NAIAS 2007, tidak hanya mampu menghilangkan asap berwarna hitam, tetapi juga
-1-
partikel yang berukuran kecil kurang dari 1 mikron. Mesin diesel lebih populer di negaranegara Eropa karena tingkat efisiensi pembakarannya yang lebih tinggi dibandingkan mesin berbahan bakar bensin. Di Prancis penjualan mesin diesel lebih besar daripada mesin bensin, sedangkan di Italia penjualan mobil berbahan bakar solar mencapai angka 33% dari total penjualan. Produsen mobil yang membuat kendaraan diesel pun semakin banyak, tidak hanya pabrikan kelas sedang, tetapi juga mewah, seperti Jaguar. Bahkan pabrikan Jepang, seperti Honda memasarkan Civic diesel di Eropa. Alasannya, penelitian mesin diesel banyak dilakukan di Eropa. 1.
Proses kerja motor diesel 4 langkah
Pada prinsipnya pada motor diesel tidak jauh berbeda dengan motor bensin, demikian pula secara mekanis tidak dapar perbedaan jenis komponen yang digunakan. Disamping itu pada motor diesel dikenal pula motor diesel 2 langkah (2 stroke) dan motor diesel 4 langkah (4 stroke), namun dalam perkembangannya motor diesel 4 langkah lebih banyak berkembang dan digunakan sebagai penggerak. Sebagaimana namanya, mesin diesel empat langkah mempunyai empat prinsip kerja, yaitu langkah hisap, langkah kompresi, langkah usaha dan langkah buang. Keempat langkah mesin diesel ini bekerja secara bersamaan untuk menghasilkan sebuah tenaga yang menggerakkan komponen lainnya. Motor Diesel disebut juga motor pembakaran dengan tekanan kompressi karena motor mengisap udara dan mengkompresikan dengan tingkat yang lebih tinggi. Berdasarkan efisiensi secara keseluruhan, motor diesel muncul sebagai mesin pembakaran yang paling efisien dan bertenaga besar, pada jenis motor diesel putaran rendah dapat mencapai effesiensi sampai 50 persen atau lebih. Pada motor diesel 4 langkah, katup masuk dan buang digunakan untuk mengontrol proses pemasukan dan pembuangan gas dengan membuka dan menutup saluran masuk dan buang. Pemakaian bahan bakar lebih hemat, diikuti dengan tingkat polutan gas buang yang relatif rendah, semuanya itu dihasilkan oleh motor diesel secara signifikan. Seperti halnya motor bensin maka ada motor diesel 4 langkah dan 2 langkah, dalam aplikasinya pada sektor otomotif/kendaraan kebanyakan dipakai motor diesel 4 langkah. a. Langkah pertama adalah langkah hisap. Pada langkah ini, piston akan bergerak dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB). Selanjutnya, katup hisap akan terbuka sebelum mencapai TMA dan katup buang akan tertutup. Akibatnya, akan terjadi kevakuman di dalam silinder yang menyebabkan udara murni masuk ke dalam silinder.
-2-
1
2
3
4
Source : VEDC, 1997 Gambar 1 Prinsip kerja motor diesel 4 langkah b. Sedangkan pada langkah kedua (langkah kompresi), piston bergerak sebaliknya, yaitu dari TMB ke TMA. Katup hisap tertutup sementara katup buang akan terbuka. Udara kemudian akan dikompresikan sampai pada tekanan dan suhunya menjadi 30kg/cm2 dan suhu 500 derajat celsius. Perbandingan kompresi pada motor diesel berkisar diantara 14 : 1 sampai 24 : 1 . Akibat proses kompressi ini udara menjadi panas dan temperaturnya bisa mencapai sekitar 900 °C . Pada akhir langkah kompresi injektor/nozel menyemprotkan bahan bakar ke dalam udara panas yang bertekanan sampai diatas 2000 bar. Solar dibakar oleh panas udara yang telah dikompresikan di dalam silinder. Untuk memenuhi kebutuhan pembakaran tersebut, maka temperatur udara yang dikompresikan di dalam ruang bakar harus mencapai 500 derajat celsius atau lebih. Perbedaan kompresi ini menghasilkan efisiensi panas yang lebih besar, sehingga penggunaan bahan bakar diesel lebih ekonomis dari pada bensin. Pengeluaran untuk bahan bakar pun bisa lebih hemat. c.
Pada langkah ketiga (langkah usaha), katup hisap tertutup, katup buang juga tertutup dan injektor menyemprotkan bahan bakar. Sehingga, terjadi pembakaran yang menyebabkan piston bergerak dari TMA ke TMB.
d. Dan pada langkah keempat (langkah buang), hampir sama dengan langkah hisap, yaitu piston bergerak dari TMB ke TMA. Namun, katup hisap akan tertutup dan katup buang akan terbuka. Sedangkan piston akan bergerak mendorong gas sisa pembakaran keluar. 2.
Ruang bakar motor diesel
Pada umumnya ada 2 macam ruang bakar motor diesel yaitu: ruang bakar injeksi langsung (direct injection combustion chamber) dan ruang bakar tidak langsung (in-direct injection combustion chamber). Jenis ruang bakar injeksi langsung adalah mesin yang lebih efisien dan lebih ekonomis dari pada mesin yang menggunakan ruang bakar tidak langsung (prechamber), oleh karena itu mesin diesel injeksi langsung lebih banyak
-3-
digunakan untuk kendaraan komersial dan truk, selain dari itu dapat menghasilkan suara dengan tingkat kebisingan yang lebih rendah.
Gambar 2 Ruang bakar injeksi tidak langsung (in-direct injection combustion chamber) Pada ruang bakar injeksi tidak langsung tampak bahwa bahan bakar diinjeksikan oleh pengabut (nozzle) tidak secara langsung pada ruang bakar utama (combustion chamber), namun diinjeksikan dalam ruang pembakaran awal (pre-chamber). Dalam pemakaiannya ruang pembakaran awal ini terdapat beberapa jenis diantaranya controlled air swirl chamber, comet air swirl chamber , Suarer dual-turbulence system, dan pre-chamber system. Masing-masing bentuk dan sistim yang dikembangkan memiliki keunggulan dan kelemahan, namn pada umumnya tipe ruang bakar ini dipasangkan pada kendaraan penumpang dimana kenyamanan lebih penting dari pada kendaraan komersial, disamping itu mesin diesel dengan ruang bakar prechamber menghasilkan sangat rendah racun emisi (HC dan NOx) dan biaya pembuatan lebih rendah daripada mesin injeksi langsung. Berdasarkan kenyataan itulah mesin diesel dengan ruang bakar injeksi tidak langsung (prechamber) pemakaian bahan bakarnya lebih hemat dari pada mesin injeksi langsung (10 - 15%).
Gambar 3 ruang bakar injeksi langsung (direct injection) Berbeda dengan tipe pembakaran tidak langsung, pada motor diesel pembakaran langsung, injeksi bahan bakar langsung ditujukan kedalam ruang bakar utama (combustion chamber), sehingga konstruksinya lebih sederhana. Disamping itu tenaga yang dihasilkan akan lebih besar dibandingkan dengan tipe pembakaran tidak langsung,
-4-
namun karena membutuhkan tekanan kompresi yang lebih besar, maka suara yang ditimbulkan akan lebih besar, disamping itu membutuhkan material yang lebih kuat pula. 3.
Proses pembakaran dalam motor diesel
Syarat-sayarat yang sangat penting dari proses pembakaran motor diesel diantaranya adalah emisi yang rendah, suara pembakaran yang rendah, dan pemakaian bahan bakar yang hemat. Mesin diesel menggunakan bahan bakar yang memerlukan perhatian khusus. Bahan bakar tersebut harus bisa terbakar dengan sendirinya ketika diinjeksikan ke dalam udara bertekanan tinggi. Makin rendah titik nyala sendiri dari bahan bakar akan menghasilkan peningkatan kinerja pembakaran bahan bakar dan berarti meningkatkan kinerja mesin. Untuk mengukur kemampuan bahan bakar menyala dengan sendirinya digunakan angka cetane number. Rata-rata mesin diesel membutuhkan bahan bakar dengan bilangan cetane antara 40 hingga 45. Cetane number atau bilangan cetane adalah sebuah angka yang menentukan titik bakar dari bahan bakar. Angka ini diperlukan sebagai batasan pemakaian bahan bakar terhadap mesin. Apabila angka cetane yang dipergunakan tidak sesuai dengan rancangan mesin, timbul masalah sebagai berikut.
Jika terlalau tinggi, timbul efek panas yang berlebihan terhadap mesin sehingga komponen mesin cepat rusak.
Jika terlalu rendah, mengakibatkan timbulnya gejala ngelitik/knocking, sehingga opasitas gas buang akan berlebihan karena pembakaran mesin tidak terjadi dengan sempurna. Asap gas buangan mesin menjadi hitam pekat.
Proses pembakaran yang terjadi dalam motor diesel dapat dibagi menjadi beberapa proses diantaranya : a. Pembakaran tertunda (A - B). Tahap ini merupakan persiapan pembakaran. Bahan bakar disemprotkan oleh injektor berupa kabut
ke udara panas dalam ruang
bakar sehingga bercampur menjadi campuran yang mudah terbakar. Pada tahap ini bahan bakar belum terbakar atau dengan kata lain pembakaran belum dimulai. Pembakaran akan mulai pada titik B. Peningkatan tekanan terjadi secara konstan karena piston terus bergerak ke TMA
-5-
Source : Swisscontact, 2000 Gambar 4 Proses pembakaran motor diesel b. Rambatan Api (B - C): Campuran yang mudah terbakar telah terbentuk dan merata di seluruh bagian dalam silinder. Awal pembakaran mulai terjadi di beberapa bagian dalam silinder. Pembakaran ini berlangsung sangat cepat sehingga terjadilah letupan (explosive). Letupan ini berakibat tekanan dalam silinder meningkat dengan cepat pula. Akhir tahap ini disebut tahap pembakaran letupan. c. Pembakaran langsung (C - D). Injektor terus menyemprotkan bahan bakar dan berakhir pada titik D. Karena injeksi bahan bakar terus berlangsung maka tekanan dan suhu tinggi terus berlanjut di dalam silinder. Akibatnya, bahan bakar yang diinjeksi langsung terbakar oleh api. Pembakaran dikontrol oleh jumlah bahan bakar yang diinjeksikan sehingga tahap ini disebut juga tahap pengontrolan pembakaran. d. Pembakaran lanjutan (D - E). Pada titik D, injeksi bahan bakar berhenti, namun bahan bakar masih ada yang belum terbakar. Pada periode ini sisa bahan bakar diharapkan akan terbakar seluruhnya. Apabila tahap ini terialu panjang akan menyebabkan suhu gas buang meningkat dan efisiensi pembakaran berkurang. e. Detonasi pada motor diesel (Diesel knocking) Adakalanya dalam setiap proses pembakaran tertunda terjadi lebih panjang. Hal ini disebabkan terlalu banyaknya bahan bakar yang diinjeksikan pada tahapan pembakaran
-6-
tertunda, sehingga terlalu banyak bahan bakar yang terbakar pada tahapan kedua yang mengakibatkan tekanan dalam silinder meningkat drastis serta menghasilkan getaran dan suara. Inilah yang disebut diesel knock. Untuk mencegah diesel knock/detonasi, harus dihindari terjadinya peningkatan tekanan secara mendadak dengan cara membuat campuran yang mudah terbakar pada temperatur rendah atau mengurangi jumlah bahan bakar yang diinjeksikan ketika tahapan penundaan penyalaan.
Source : Swisscontact, 2000 Gambar 5 Proses detonasi (knocking) pada motor diesel Knocking/detonasi pada mesin diesel dan bensin sebenarnya terjadi dengan fenomena yang sama, yaitu disebabkan oleh peningkatan tekanan dalam ruang bakar yang sangat cepat sehingga bahan bakar/campuran terbakar terlalu cepat. Perbedaan utamanya adalah knocking/detonasi pada diesel terjadi pada saat awal pembakaran, sedangkan pada mesin bensin knocking terjadi pada saat menjelang akhir pembakaran. Untuk mencegah terjadinya knocking pada motor diesel dapat dilakukan beberapa cara diantaranya seperti tampak pada table 1 Tabel 1 Metode umum pencegahan knocking pada motor diesel Uraian
Mesin Diesel
Mesin Bensin
perbandingan kompresi
dinaikkan
diturunkan
temperatur suplai udara
dinaikkan
diturunkan
tekanan kompresi
dinaikkan
diturunkan
temperatur silinder
dinaikkan
diturunkan
titik nyala bahan bakar
diturunkan
dinaikkan
saat tertunda pembakaran
diperpendek
diperpanjang
-7-
Source : Swisscontact, 2000 4.
Gas buang motor diesel
Berbicara tentang polusi, maka bayangan kita segera akan tertuju pada banyak macam dan jenis penyebab polusi tersebut. Seperti diketahui bahwa polusi atau pencemaran dapat berupa polusi udara, tanah, dan air. Sebagai penyebabnya dapat terjadi secara alami atau dari akibat kegiatan manusia. Namun dengan berkembangnya teknologi, sat ini polusi lebih banyak disebabkan oleh kegiatan manusia. Beberapa produk teknologi justru telah membuat pengaruh yang uruk terhadap alam dan lingkungan serta kehidupan manusi pemakai teknologi itu sendiri. Salah satu teknologi yang menyebabkan pencemaran tersebut adalah kendaraan bermotor, sebagai salah satu sarana transportasi dan mobilitas manusia. Sebagian besar polusi udara (70%) disebabkan oleh kegiatan transportasi. Hingga saat ini pembicaraan tentang masalah polusi udara sudah sangat sering didengar, baik dikalangan intelektual maupun orang awam, bahkan masalah polusi udara ini telah menjadi masalah dunia, dimana semua orang turut merasakan akhibatnya. Polusi udara adalah masuknya bahanbahan pencemar kedalam udara ambien yang dapat mengakhibatkan rendahnya bahkan rusaknya fungsi udara. Untuk masalah itu, Eropa sudah menerapkan Euro 1 sejak tahun 1991, yang kemudian melangkah ke Euro 2 tahun 1996. Kemudian Euro 3 tahun 2000 dan tahun 2005 memasuki masa Euro 4. Setiap teknologi emisi Euro mempunyai batasan yang lebih ketat, misalnya dari Euro 1 ke Euro 2 mengharuskan penurunan tingkat emisi partikel. Untuk ambang batas CO (karbon monoksida) dari 2,75 gm/km menjadi 2,20 gm/km, kemudian HC (hidrokarbon) + NOx (nitrooksida) dari 0,97 gm/km menjadi 0,50 gm/km, dan kandungan sulfur solar pada mesin diesel dari 1.500 ppm menurun ke 500 ppm. Begitu pula pada Euro 3 mengharuskan penurunan tingkat emisi partikel yang dibuang sebesar 20% dan pada Euro 4 menargetkan angka di bawah 10%. Penerapan standar Euro-2 di Indonesia diatur Kepmen LH No. 141 Tahun 2003, yang hanya berlaku untuk kendaraan bermotor tipe baru dan kendaraan bermotor yang sedang diproduksi. Ketentuan ini tidak berlaku bagi kendaraan bermotor yang sudah digunakan masyarakat saat ini. Ketentuan emisinya mengacu pada Kepmen No. 35 tahun 1993 tentang baku mutu bagi kendaraan yang sudah berjalan. Adapun parameter emisi yang diukur hanya sisa pembuangan CO dan HC. Gas buang umumnya terdiri dari gas yang tidak beracun N2 (nitrogen), CO2 (Carbon Dioksida) dan H2O (Uap air) sebagian kecil merupakan gas beracun seperti Nox, HC, dan CO. Yang sekarang sangat populer dalam gas buang adalah gas beracun yang dikeluarkan oleh suatu kendaraan yang sebagian besar gas buang terdiri dari 72% N2, 18.1% CO2, 8.2% H2O, 1.2% Gas Argon (gas mulia), 1.1% O2 dan 1.1% Gas beracun
-8-
yang terdiri dari 0.13% Nox, 0.09% HC dan 0.9% CO. Selain dari gas buang unsur HC dan CO dapat pula keluar dari penguapan bahan bakar di tangki dan blow by gas dari mesin. Pada motor diesel, besarnya emisi dalam bentuk opasitas (ketebalan asap) tergantung pada banyaknya bahan bakar yang disemprotkan (dikabutkan) ke dalam silinder, karena pada motor diesel yang dikompresikan adalah udara murni. Dengan kata lain semakin kaya campuran maka semakin besar konsentrasi Nox, CO dan asap. Sementara itu, semakin kurus campuran konsentrasi Nox, CO dan asap juga semakin kecil. 100% CO yang ada diudara adalah hasil pembuangan dari mesin diesel sebesar 11% dan mesin bensin 89% CO adalah Carbon Monoxida; HC (Hydro Carbon); NOx adatah istilah dan Oxida-Oxida Nitrogen yang digabung dan dibuat satu (NO. N02, N20). Polusi emisi gas buang dari mesin disel dapat digolongkan berupa
Partikulat
Residu karbon
Pelumas tidak terbakar
Sulfat
Lain-lain
a. Partikulat Gas buang mesin diesel sebagian besar berupa partikulat dan berada pada dua fase yang berbeda, namun saling menyatu, yaitu fase padat, terdiri dari residu/kotoran, abu, bahan aditif, bahan korosif, keausan metal, fase cair, terdiri dari minyak pelumas tak terbakar. Gas buang yang berbentuk cair akan meresap ke dalam fase padat, gas ini disebut partikel. Partikel-partikel tersebut berukuran mulai dari 100 mikron hingga kurang dari 0,01 mikron. Partikulat yang berukuran kurang dari 10 mikron memberikan dampak terhadap visibilitas udara karena partikulat tersebut akan memudarkan cahaya. Berdasarkan ukurannya, partikel dikelompokkan menjadi tiga, sebagai berikut:
0,01-10 mm disebut partikel smog/kabut/asap;
10-50 mm disebut dust/debu;
50-100 mm disebut ash/abu.
Partikulat pada gas buang mesin diesel berasal dari partikel susunan bahan bakar yang masih berisikan kotoran kasar (abu, debu). Hal itu dikarenakan pemrosesan bahan bakarnya kurang baik. Bahan bakar diesel di Indonesia banyak mengandung kotoran, misalnya solar.
-9-
Source : Swisscontact, 2000 Gambar 6 Komposisi emisi gas buang motor diesel Biasanya solar tidak berwarna atau bening, namun yang ada di sini pasti berwarna agak gelap. Ini menandakan adanya kotoran dalam bahan bakar. Dengan demikian, pada saat terjadi pembakaran, kotoran tersebut terurai dari susunan partikel yang lain dan tidak terbakar. Semakin banyak residu dalam bahan bakar (dengan mesin secanggih apa pun) akan dihasilkan gas buang dengan kepulan asap hitam. Selain partikulat gas buang motor diesel lain adalah un-burn oil, komponen ini penyumbang terbesar dalam gas buang, sebesar 40% berasal dari minyak pelumas dalam silinder yang tidak terbakar selama proses pembakaran. Komponen ini menyumbangkan asap berwarna keputih-putihan. Semakin banyak minyak pelumas yang ikut dalam proses pembakaran, semakin banyak warna putih dalam gas buang. Minyak pelumas yang tidak terbakar tersebut mengandung susunan karbon (C dan H). Sulfur pada bahan bakar yang berasal dari fosil berbentuk sulfur organik dan nonorganik. Pembakaran pada mesin diesel dengan menggunakan bahan bakar fosil akan menghasilkan sulfur dioksida (SO2) dan sulfur trioksida (SO3) dengan perbandingan 30:1. Berarti, sulfur dioksida merupakan bagian yang sangat dominan dalam gas buang diesel. Sulfur dioksida yang ada di udara, jika bertemu dengan uap air akan membentuk susunan molekul asam. Jika hal ini dibiarkan, bisa terjadi hujan asam yang sangat merugikan. Gas buang diesel (8%) merupakan kumpulan dari bermacam-macam gas beracun, di antaranya CO, HC, CO2, dan NOx. Gas buang tersebut meskipun hanya dalam jumlah yang kecil (8%) tetap memberikan andil dalam pencemaran udara. Gas beracun itu bisa dikurangi dengan membuat proses pembakaran di dalam mesin menjadi lebih sempurna. Caranya dengan meningkatkan kemampuan kompresi dan injeksi bahan bakar yang tepat waktu dan jumlah dengan bahan bakar yang lebih sesuai.
- 10 -
Bahan bakar yang tidak terbakar setelah proses pembakaran ada 7% dari seluruh gas buang diesel. Bahan bakar yang tidak terbakar ini berupa karbon (C) yang terpisah dari HC akibat perengkahan selama terjadi pembakaran. Semakin banyak bahan bakar tidak terbakar yang keluar, semakin hitam warna asap gas buang yang dikeluarkan oleh mesin.
Source : Swisscontact, 2000 Gambar 7 Pengaruh campauran udara – bahan bakar terhadap emisi gas buang motor diesel b. Pelumas Tidak terbakar Komponen ini penyumbang terbesar dalam gas buang, sebesar 40% berasal dari minyak pelumas dalam silinder yang tidak terbakar selama proses pembakaran. Komponen ini menyumbangkan asap berwarna keputih-putihan. Semakin banyak minyak pelumas yang ikut dalam proses pembakaran, semakin banyak warna putih dalam gas buang. Minyak pelumas yang tidak terbakar tersebut mengandung susunan karbon (C dan H). c. Residu/Kotoran Partikulat pada gas buang mesin diesel berasal dari partikel susunan bahan bakar yang masih berisikan kotoran kasar (abu, debu). Hal itu dikarenakan pemrosesan bahan bakarnya kurang baik. Bahan bakar diesel di Indonesia banyak mengandung kotoran, misalnya solar. Biasanya solar tidak berwarna atau bening, namun yang ada di sini pasti berwarna agak gelap. Ini menandakan adanya kotoran dalam bahan bakar. Dengan demikian, pada saat terjadi pembakaran, kotoran tersebut terurai dari susunan partikel yang lain dan tidak terbakar. Semakin banyak residu dalam bahan bakar, dengan mesin secanggih apa pun---akan dihasilkan gas buang dengan kepulan asap hitam. d. Sulfat Sulfur pada bahan bakar yang berasal dari fosil berbentuk sulfur organik dan nonorganik. Pembakaran pada mesin diesel dengan menggunakan bahan bakar fosil akan menghasilkan sulfur dioksida (SO2) dan sulfur trioksida (SO3) dengan perbandingan
- 11 -
30:1. Berarti, sulfur dioksida merupakan bagian yang sangat dominan dalam gas buang diesel. Sulfur dioksida yang ada di udara, jika bertemu dengan uap air akan membentuk susunan molekul asam. Jika hal ini dibiarkan, bisa terjadi hujan asam yang sangat merugikan. e. Lain-Lain Gas buang diesel (8%) merupakan kumpulan dari bermacam-macam gas beracun, di antaranya CO, HC, CO2, dan NOx. Gas buang tersebut meskipun hanya dalam jumlah yang kecil (8%) tetap memberikan andil dalam pencemaran udara. Gas beracun itu bisa dikurangi dengan membuat proses pembakaran di dalam mesin menjadi lebih sempurna. Caranya dengan meningkatkan kemampuan kompresi dan injeksi bahan bakar yang tepat waktu dan jumlah dengan bahan bakar yang lebih sesuai. f.
Bahan Bakar Tidak Terbakar
Bahan bakar yang tidak terbakar setelah proses pembakaran ada 7% dari seluruh gas buang diesel. Bahan bakar yang tidak terbakar ini berupa karbon (C) yang terpisah dari HC akibat perengkahan selama terjadi pembakaran. Semakin banyak bahan bakar tidak terbakar yang keluar, semakin hitam warna asap gas buang yang dikeluarkan oleh mesin. 5.
Sistim injeksi bahan bakar konvensional motor diesel
Sistim bahan bakar (fuel system) pada motor diesel memiliki peranan yang sangat penting dalam menyediakan dan mensupply sejumlah bahan bakar yang dibutuhkan sesuai dengan kapasitas mesin, putaran motor dan pembebanan motor. Oleh karenannya performance fuel system sangat menentukan kinerja dari motor diesel. Seperti tampak pada gambar 8, sistim bahan bakar pada motor diesel terdiri dari beberapa komponen utama diantaranya tanki bahan bakar, feed pump atau pompa penyalur, filter bahan bakar, pompa injeksi dan pengabut (nozzle).
- 12 -
Source : Proecho Swisscontact, 1997 Gambar 8 Sistim bahan bakar motor diesel Dalam sistim bahan bakar motor diesel dikenal beberapa macam sistim penyaluran bahan bakar berdasarkan jenis pompa injeksinya diantaranya terdapat sistim penyaluran bahan bakar dengan pompa injeksi in-line dan pompa injeksi distributor. Pemilihan sistim penyaluran bahan bakar ini didasarkan pada konstruksi ruang bakar dan besarnya tekanan bahan bakar yang dibutuhkan. Oleh karenanya banyak idtemukan penggunaan pompa injeksi in-line digunakan pada kendaraan komersial (bus dan truk) yang memiliki kapasitas silinder lebih besar, sementara pompa injeksi distributor digunakan pada kendaraan penumpang yang memiliki kapasitas kecil dan membutuhkan kenyamanan lebih tinggi. Namun dalam perkembangan selanjutnya penggunaan teknologi elektronik telah mampu meningkatkan performance pompa distributor. a. Penyaluran bahan bakar dengan pompa injeksi in-line Pada sistim pengaliran bahan bakar menggunakan pompa injeksi in-line seperti terlihat pada gambar 9 terdiri dari beberapa komponen diantaranya : 1) Tangki bahan bakar yang mempunyai fungsi untuk menyimpan bahan bakar sementara yang akan digunakan dalam penyaluran 2) Feed pump (priming pump) atau pompa penyalur berfungsi untuk mengalirkan bahan bakar dengan cara memompa bahan bakar dari tangki dan mengalirkannya ke pompa injeksi 3) Fuel filter biasanya terdapat 2 (dua) yaitu pada bagian sebelum feed pump yang dilengkapi pula dengan water separator yang berfungsi untuk memisahkan air dalam sistim dan setelah feed pump yang berfungsi untuk menyaring kotoran yang terdapat pada bahan bakar untuk menjaga kualitas bahan bakar
- 13 -
4) Pompa injeksi yang berfungsi untuk menaikkan tekanan sehingga bahan bakar dapat dikabutkan oleh nozzle, menakar jumlah bahan bakar yang dibutuhkan oleh engine dan mengatur saat injeksi sesaui dengan putaran motor 5) Automatic timer yang terpaang pada bagian depan pompa injeksi yang berhubungan dengan timing gear berfungsi untuk memajukan saat injeksi sesuai dengan putaran motor 6) Governor terpasang pada bagian belakang pompa injeksi yang berfungsi sebagai pengatur jumlah injeksi bahan bakar sesuai dengan pembebanan motor. 7) Pengabut (Nozzle) berfungsi untuk mengabutkan bahan bakar agar mudah bercampur dengan oksigen sehingga mudah terbakar dalam silinder 8) Pipa tekanan tinggi terbuat dari bahan baja yang berfungsi untuk mengalirkan bahan bakar bertekanan tinggi dari pompa injeksi ke masing-masing pengabut 9) Busi pijar atau busi pemanas (glow plug) berfungsi untuk memanaskan ruangan pre chamber pada saat mulai start. Dengan merubah energi listrik dari battery menjadi energi panas 10) Battery (aki) berfungsi sebagai sumber energi listrik yang mensupply energi yang dibutuhkan oleh busi pijar untuk memanaskan ruangan pre chamber 11) Kunci kontak (ignition switch) berfungsi sebagai saklar utama pada ssistim kelistrikan kendaraan 12) Relay yang berfungsi sebagai pengaman dan pengatur saat pemanasan ruang pre chamber
Source : Bosch Gmbh, 2000 Gambar 9 Skema aliran bahan bakar dengan pompa injeksi jenis in-line
- 14 -
Skema aliran bahan bakar pada pengaliran dengan pompa injeksi in-line ini terlihat pada gambar 9 sebagai berikut : Fuel tank – feed pump – fuel filter – injection pump – nozzle – injection pump – fuel filter b. Penyaluran bahan bakar dengan pompa injeksi in-line Seperti halnya pada penyaluran bahan bakar dengan pompa in-line, pada penyaluran dengan pompa injeksi distributor memiliki komponen yang sama dengan pompa injeksi in-line. Sehingga skema penyalurannya pun sama yaitu : fuel tank – fuel filter – injection pump – nozzle – injection pump – fuel tank.
Source : Bosch Gmbh, 2000 Gambar 10 Skema aliran bahan bakar dengan pompa injeksi distributor c. Pompa injeksi Pompa injeksi dalam motor diesel memiliki peran yang sangat penting terutama dalam menyediakan
bahan
bakar
yang
dibutuhkan
untuk
proses
pembakaran
yang
menghendaki bahan bakar memiliki jumlah yang tepat, waktu yang tepat, kualitas yang baik dan tekanan yang tinggi agar mudah dikabutkan oleh nozzle. Oleh karenanya konstruksi pompa injeksi dibuat lebih rigid dan kuat, rumah pompa dibuat dari bahan aluminium tuang (atau besi tuang). Agar mampu menghasilkan tekanan bahan bakar yang tinggi dan memiliki keandalan tinggi pula. 1) Pompa injeksi in-line Pada pompa injeksi in-line memiliki konstruksi elemen pompa sebaris, dimana masingmasing silinder dilayani oleh satu plunger. Camshaft /poros nok pompa disangga oleh dua bantalan roler tirus (tapered roller bearings) dan digerakkan oleh mesin melalui rangkaian roda gigi. Elemen pompa, terdiri dari plunyer dan silinder (atau barrel ), adalah bagian pompa yang paling penting.
- 15 -
Plunyer dan silinder ini dikerjakan dengan penyelesaian/finishing presisi tinggi, dan ditempatkan dalam toleransi kecil sekali untuk memungkinkan elemen pompa bertahan dalam tekanan tinggi sekali tanpa adanya kebocoran. Untuk alasan ini, plunyer dan silinder harus tidak pernah diganti sendiri-sendiri/ secara terpisah, tetapi diganti satu set.
Source : Toyota Motor Sales Co, 1980 Gambar 11 Konstruksi pompa injeksi in-line Rak (rack) pengontrol dirangkaikan/dipasangkan ke akhir regulator (governor), melalui roda gigi pengontrol mengelilingi plunyer untuk mengontrol kwantitas pemberian bahan bakar (dan waktu injeksi dalam beberapa tipe/model ).Katup-katup delivery berfungsi untuk menghentikan bahan bakar dari aliran balik sementara plunyer bergerak turun, dan juga mencegah penetesan / “after-dripping “ bahan bakar dari nozel. a) Jenis pompa in-line ukuran M, memiliki kapasitas yang paling kecil yaitu mampu menghasilkan tekanan hingga 400 bar
Source : VEDC, 1990 Gambar 12 Pompa injeksi in-line ukuran M
- 16 -
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Source : VEDC, 1990 Gambar 13 Konstruksi pompa injeksi in-line ukuran M b) Jenis pompa in-line ukuran A, kapasitas penyaluran bahan bakar lebih besar dari jenis pompa injeksi in-line ukuran M. Tekanan injeksi jenis pompa ukuran A ini mencapai 600 bar
Source : VEDC, 1990 Gambar 14 Pompa injeksi in-line ukuran A
- 17 -
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
Source : VEDC, 1990 Gambar 15 Konstruksi pompa injeksi in-line ukuran A c) Jenis pompa in-line ukuran MW, Jenis pompa injeksi in-line ukuran MW dirancang untuk mampu memberi tekanan sampai 900 bar. Berlainan dengan jenis pompa injeksi in-line ukuran A atau M, maka pompa injeksi ukuran MW ini disebut dengan tipe tertutup karena pada jenis pompa injeksi ini unit plunyer dan barel serta unit katup deliverinya dipresskan melalui bagian atas rumah pompa dan diikatkan dengan dua buah baut dan flens. Pompa injkesi tipe ini dibuat dengan kapasitas sampai 8 barel/untuk mesin 8 silinder
Source : VEDC, 1990 Gambar 16 Pompa injeksi in-line ukuran MW
- 18 -
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Source : VEDC, 1990 Gambar 17 Konstruksi pompa injeksi in-line ukuran MW d) Jenis pompa in-line ukuran P, seperti pada jenis pompa injeksi in-line lainnya, pada pompa jenis ini memiliki kapasitas yang lebih besar, sehingga biasanya banyak digunakan untuk kendaraan dengan kapasitas engine lebih besar.
Source : VEDC, 1990 Gambar 18 Pompa injeksi in-line ukuran P
- 19 -
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Source : VEDC, 1990 Gambar 19 Konstruksi pompa injeksi in-line ukuran P 2) Elemen pompa injeksi Elemen pompa injeksi seperti yang ditunjukkan pada gambar di samping, terdiri dari plunyer yang terpasang dalam silinder dengan toleransi kecil sekali sekitar 1/1000 mm. Ketepatan pemasangan menjamin kerapatan minyak bahkan pada saat tekanan injeksi yang sangat tinggi sekalipun, baik pada putaran tinggi maupun pada putaran rendah. Lobang/celah diagonal disebut alur kontrol (control groove), dipotong dalam bagian silinder atas plunyer. Alur dihubungkan dengan bagian atas plunyer dengan lubang. Bahan bakar disuplai oleh pompa pengalir bahan bakar ke elemen pompa injeksi, tahapan gerak bolak-balik plunyer adalah sebagai berikut :
Source : Bosch Gmbh, 2000 Gambar 20 Penyaluran bahan bakar oleh plunger Pada saat plunyer berada pada mati bawah, bahan bakar mengalir melalui lubang pengisian dalam silinder ke ruang penghantar di atas plunger (zero delivery) Ketika poros nok berputar, plunyer bergerak naik dan ketika permukaan atas plunyer
- 20 -
mencapai tepi atas lubang pengisian, penekanan bahan bakar dimulai. Ketika plunyer bergerak ke atas, bahan bakar di dalam ruang bagian atas menekan dan membuka katup penyalur (delivery valve) dan mengalir mengalir keluar melalui pipa injeksi ke nosel. Plunyer terus bergerak naik tetapi ketika tepi atas alur kontrolnya mencapai tepi bawah lubang pengisian bahan bakar berhenti ditekan. Selanjutnya gerak naik plunyer akan menyebabkan bahan bakar sisa dalam ruang penghantar masuk melalui lubang bagian dalam atas plunyer mengalir turun dan keluar melalui alur kontrol dan lubang pengisian, sehingga tidak ada bahan bakar lagi dapat dilepaskan. 3) Pengontrolan volume bahan bahan bakar Pada mesin diesel terdapat berbedaan yang mendasar jika dibandingkan dengan mesin bensin, volume penyemprotan bahan bakar pada mesin diesel diatur sedemikian rupa dan tidak tergantung dari pembukaan katup gas, hanya saja governor akan bekerja sesuai dengan gerakan katup gas. Pada waktu pedal gas ditekan secara konstan maka putaran mesin akan turun bila beban mesin bertambah, misalnya pada saat tanjakan, untuk mengatasi hal ini maka governor akan menambah volume penyemprotan bahan bakar agar mesin tidak mati dan putaran mesin dapat dipertahankan. Untuk mengontrol jumlah (volume) bahan bakar yang diinjeksikan pada pompa injeksi dilengkapi dengan unit governor Governor dirancang untuk mengatur secara otomatis putaran dan daya mesin dengan mengontrol volume penyemprotan berdasarkan beban mesin dan penekanan pedal gas. Governor bekerja dengan menggerakkan rak pengontrol pompa injeksi dan rak pengontrol akan mengatur langkah efektif plunyer. Berdasarkan macam dan type jenisny, maka governor dapat dibagi menjadi tiga yaitu governor mekanis, governor pneumatic dan gabungan pneumatic dan mekanis.
Source : VEDC, 1990 Gambar 21 Governor mekanik dan pneumatik Macam dan Tipe Governor Berdasarkan Fungsinya dapat digolongkan menjadi governor Putaran Minimum dan Maksimum. Pada governor ini dirancang untuk mengontrol volume
- 21 -
penyemprotan bahan bakar (daya mesin) secara proporsional berdasarkan injakan pedal gas. Governor Segala Putaran jenis governor ini dirancang agar dapat mengatur volume penyemprrotan bahan bakar secara lebih luas, pengaturannya dapat dilakukan saat pertama pedal gas diinjak sampai pada putaran maksimum, pada umumnya governor ini yang digunakan pada aplikasi mesin diesel untuk kendaraan. 4) Pengontrolan saat injeksi bahan bakar Pada mesin bensin saat pengapian harus dimajukan sesuai dengan putaran mesin melaui advans sentrifugal yang ditempatkan pada unit distributor pengapian, pada mesin diesel juga dilengkapi suatu bagian yang dapat mengajukan saat penyemprotan sesuai dengan putaran mesin yang disebut dengan automatic timer. Mesin-mesin diesel putaran tinggi untuk penggunaan otomotif/kendaraan, daya mesin dapat diperbaiki/dinaikkan dengan memajukan waktu injeksi sesuai dengan kenaikan putaran. Ini sama seperti memajukan waktu pengapian dalam mesin-mesin bensin, untuk tujuan ini timer digunakan. Ada dua tipe timer yang dipakai, yang pertama adalah timer tangan (hand timer) dan timer otomatis (automatic timer). Timer otomatis lebih umum digunakan sekarang ini, diskripsi/gambaran diberikan di bawah ini.
Source : VEDC, 1990 Gambar 22 Mekanik automatic timer Timer otomatis menggunakan gaya sentrifugal yang secara otomatis memajukan waktu penyemprotan sesuai dengan putaran mesin. Seperti ditunjukkan dalam gambar, timer otomatis dibuat/disusun oleh dua buah pemberat sentrifugal (centrifugal weight), 2 pegas (spring), pelindung (cover) dan flens penghubung (driving flange). Flens dihubungkan ke poros penggerak pompa injeksi dengan tonjolan keluar dari permukaannya. Hub/poros dipasang ke poros nok/camshaft pompa injeksi.
- 22 -
5) Pompa injeksi distributor Bahan bakar yang diinjeksikan melalui noozle diatur banyaknya oleh pompa injeksi dengan tekanan tinggi. Untuk fungsi tersebut, mak pompa injeksi harus mampu dengan akurat mengatur banyaknya bahan bakar sesuai dengan beban mesin, dalam waktu singkat, untuk periode waktu tertentu dan sesuai dengan setiap kondisi beban mesin. Pada jenis pompa injeksi ini menggunakan sebuah pompa plunyer untuk mensuplai bahan bakar ke semua silinder. Pompa injeksi distributor (tipe VE) mempunyai ciri-ciri sebagai berikut:
Kecil, ringan dan mampu pada rpm tinggi.
Penghantaran/penekanan bahan bakar dengan cam permukaan dan plunyer tunggal
Di dalam unit pompa terdapat governor.
Terdapat juga pengatur saat penyemprotan yang dikontrol oleh tekanan bahan bakar, dan pompa penyalur/pengisian tipe rotari.
Bahan bakar secara otomatis diputus ketika pengapian dimatikan.
Pelumasan dengan sendirinya.
Source : Swisscontact, 2000 Gambar 23 Konstruksi pompa injeksi distributor VE
- 23 -
Source : Swisscontact, 2000 Gambar 24 Aliran bahan bakar pada pompa injeksi distributor Pompa pengalir (feed pump), pelat nok (cam plate) dan plunyer (plunger) digerakkan oleh poros penggerak (drive shaft). Dua pegas plunyer (plunger spring) menekan plunyer untuk kembali pada posisi semula. Seperti diilustrasikan pelat nok mempunyai 4 nok (sesuai dengan banyaknya silinder mesin). Ketika pelat nok berputar permukaan nok menaiki rollers dan secara simultan mengerakkan plunyer, oleh karena itu dengan satu putaran pelat nok plunyer juga membuat satu putaran lengkap dengan 4 kali penyemprotan. Bahan bakar untuk satu silinder disemprotkan pada setiap ¼ putaran saat gerak bolak-balik plunyer. Plunyer pompa mempunyai 4 alur hisap dan satu pintu/saluran distribusi. Ada 4 saluran distribusi dalam silinder. Ketika satu dari 4 alur hisap dalam plunyer bertemu dengan pintu/lubang hisap, penghisapan berlangsung. Penekanan/penginjeksian bahan bakar terjadi ketika pintu/port distribusi plunyer bertemu dengan satu dari 4 saluran distribusi silinder dan bahan bakar diinjeksikan ke setiap silinder oleh injektor. 6) Injektor (nozzle) Pada umumnya nozel terbagi dalam tipe lubang (hole) dan pin Nozel tipe lobang (hole) terdiri dari tipe; Lobang tunggal (single hole), Lubang banyak (multiple hole). Nozel tipe pin terdiri dari tipe; Throttle dan Pintle Tipe nozel yang digunakan akan menentukan proses pembakaran dan bentuk dari ruang bakar. Secara umum nozel dengan tipe lubang banyak (multiple hole) digunanakan untuk mesin diesel pembakaran langsung, sedangkan tipe pin dipakai untuk jenis mesin diesel pembakaran tak langsung.
- 24 -
Kebanyakan dari nozel tipe pin adalah tipe throttle. Disebabkan karena bentuk khusus dari tipe pintle maka hanya sedikit bahan bakar yang masuk kamar muka saat awal penyemprotan, akan tetapi banyaknya bahan bakar akan meningkat pada saat akan berakhir penyemprotan. Pengabutan bahan bakar lebih bagus pada tipe throttle ini untuk menjaga detonasi pada mesin diesel, serta pemakaian bahan bakar juga lebih hemat.
Source : Swisscontact, 2000 Gambar 25 Beberapa jenis nozzle 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.
Source : Swisscontact, 2000 Gambar 26 Konstruksi bagian-bagian nozzle
Seperti yang terlihat pada gambar di atas pada nozel tipe lobang, katup jarum ditahan oleh pin (pressure pin) dan pegas penekan (pressure spring) dengan demikian ulir penyetel (adjusting screw) pada nozel tipe lobang atau sim (washer adjusting) pada nozel tipe pin dapat menyetel berbagai variasi tekanan pegas atau tekanan pembukaan katup jarum pada nozel.
- 25 -
Source : Swisscontact, 2000 Gambar 26 Konstruksi nozzle Filter halus dipasangkan pada saluran masuk bahan bakar pada nozel, hal ini dimaksudkan agar nozel dapat terjaga dari kotoran yang masih mungkin masuk pada nozel, terutama pada saat sambungan pipa ke nozel dilepas. 2. Sistim injeksi Elektronik Motor Miesel Sejak Robert Bosch berhasil membuat pompa injeksi pada motor diesel putaran tinggi (1922 _ 1927), maka dimulailah percobaan-percobaan untuk menerapkan pompa injeksi tersebut pada motor bensin. Keberadaan Euro Emission Regulation diprediksi akan mengubah teknologi otomotif di Indonesia. Pengaruh yang paling besar adalah pada mesin, yaitu pengaturan pasokan bahan bakar minyak (BBM), bukaan katup, dan kontrol udara. Untuk mengejar standar emisi gas buang Euro IV, pabrikan mobil mengembangkan mesin diesel berteknologi canggih. Mesin ini memakai sistem injeksi bahan bakar bertekanan tinggi yang mampu meningkatkan proses pembakaran, sehingga gas buang pun menjadi ramah lingkungan.
Seiring dengan itu, kualitas material logam nozzel
injector mengalami peningkatan pula. Pasalnya, standar emisi Euro IV memerlukan tekanan bahan bakar 1.600 bar - 1.800 bar atau kira-kira 23.200 psi hingga 26.100 psi. Tentunya pada tekanan ini, baja standar tidak akan tahan lama pada suhu tinggi. Baja akan mengalami kelelahan metal atau metal fatigue yang berdampak pada tidak optimalnya kinerja mesin diesel. a. Perkembangan teknologi sistim injeksi motor diesel Pembakaran yang sempurna membutuhkan kompresi udara sebanyak-banyaknya, disisi lain membutuhkan tekanan penyemprotan bahan bakar yang tinggi dengan timing (saat membuka dan lamanya) penyemprotan yang tepat. Pada sistim konvensional hal tersebut diatas diatur secara mekanis dalam pompa injeksi dengan governornya dan injektor yang menginjeksikan bahan bakar. Perkembangan teknologi telah dapat memperbaharui
- 26 -
sistem konvensional dengan sistem yang elektronik yang lebih menjamin keakuratan untuk mendapatkan daya mesin yang optimum, pemakaian bahan bakar yang hemat serta tingkat emisi yang rendah. Pengaturan penginjeksian yang sangat akaurat menjamin proses pembakaran lebih sempurna dengan tingkat emsi yang lebih rendah dibanding sistim yang konvensional.
Source : Bosch, 2002 Gambar 27 Penggunaan sistiminjeksi commonrail Dengan semakin tingginya tuntutan efisiensi kinerja mesin diesel sudah mulai menyamai mesin bensin. Kini mesin diesel tidak hanya memiliki torsi yang besar dan hemat bahan bakar, namun juga mempunyai akselerasi yang cukup prima. Mesin diesel pun tidak hanya dipakai oleh kendaraan truk besar, tetapi dipergunakan pula sebagai penggerak sedan kelas mewah.
Source : Bosch, 2002 Gambar 27 Skema sistiminjeksi commonrail
b. Sistim injeksi elektronik Teknologi injeksi pertama yang diadopsi mesin diesel yaitu memakai pompa bahan bakar mekanik dan sistem buka tutup katup yang digerakkan poros engkol. Pergerakannya
- 27 -
melalui timing belt atau rantai. Mesin diesel tipe ini menggunakan injektor yang amat sederhana dengan pola penyemprotan diatur katup. Kerja katup diatur oleh tekanan bahan bakar. Sistem yang satu langkah lebih canggih adalah indirect injection yang mensupply bahan bakar melalui satu ruangan khusus sebelum akhirnya masuk ruang bakar. Ruangan khusus ini disebut sebagai pre-chamber dengan tugas utama menghasilkan bahan bakar yang siap diledakkan. Dengan teknologi indirect injection, kinerja mesin diesel jadi lebih halus, lembut, dan efisien. Mesin diesel modern saat ini rata-rata mengadopsi teknologi direct injection. Pada sistem ini injektor diletakkan tepat diatas ruang pembakaran. Begitu katup terbuka, injektor akan langsung menyemprotkan bahan bakar. Dengan sistem ini konsumsi bahan bakar jadi lebih hemat 15 hingga 20% dari mesin berteknologi indirect injection. Seiring dengan perkembangan teknologi elektronik, pada tahun 1989 kerja peranti direct injection pun diatur oleh ECU (Engine Control Unit). Waktu injeksi, jumlah bahan bakar, sirkulasi gas buang dan peranti turbo diatur oleh sistem elektronik. Ini menghasilkan mesin diesel yang ramah lingkungan. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.
16.
12.
17.
13.
18.
14.
19.
15.
20.
Source : Scania CV AB, 1995 Gambar 27 Skema sistiminjeksi kontrol electronik Inovasi mesin diesel terus berlanjut dengan penemuan sistem common rail injection. Teknologi ini dirancang untuk memperbesar tekanan bahan bakar yang masuk ke dalam
- 28 -
ruang bakar. Pada teknologi direct injection, injektor bekerja pada tekanan 300 bar. Pada teknologi baru, tekanan bahan bakar diperbesar lebih dari 1.800 bar. Caranya, sebelum dialirkan ke injektor, bahan bakar solar terlebih dahulu disalurkan ke pipa khusus atau common rail. Dalam pipa ini terdapat alat khusus yang bisa memaksimalkan tekanan bahan bakar. Peranti injektor terletak berbaris sepanjang pipa ini. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.
Source : DaimlerCrhrysler, 2002 Gambar 27 Skema sistiminjeksi Unit injection pump (UIP) Unit Direct Injection merupakan teknologi yang paling baru dari sistem pasokan bahan bakar mesin diesel. Sangat canggih dan berteknologi tinggi, karena setiap injektor yang berada di silinder dilayani oleh satu pompa sendiri. Artinya injektor dan pompa sudah menjadi satu unit sendiri. Ini memungkinkan aliran bahan bakar yang selalu konstan ke dalam ruang bakar. Sistem ini dikembangkan oleh Bosch dan sudah diadopsi oleh berbagai pabrikan mobil Eropa. VW menyebutnya dengan nama Pumpe Duse yang mampu menghasilkan pasokan bahan bakar bertekanan 2.050 bar. c. Sistim injeksi commonrail Common rail direct fuel injection adalah varian sistim direct injection yang modern pada diesel engines. Tekanan injeksi yang dihasilkan mencapai high-pressure (1000+ bar) yang didistribusikan secara individual melalui solenoid valve, yang dikontrol oleh cams pada camshaft. Generasi ketiga common rail saat ini menggunakan piezoelectric injectors untuk meningkatkan akurasi injeksinya, dengan tekanan bahan bakar mencapai 180 MPa/1800 bar, diesel common rail system yang dikembangkan ini telah mencapai BME
Euro 6. Generasi ketiga Common Rail dikembangkan oleh Bosch yang
menhasilkan engine lebih clean, lebih economic, lebih bertenaga dan lebih lembut.
- 29 -
Saat ini common rail system telah menjadi sebuah revolusi teknologi pada diesel engine technology. Robert Bosch GmbH, Delphi Automotive Systems, Denso Corporation dan Siemens VDO merupakan supplier utama untuk modern common rail systems ini beberapa car makers menyebut common rail engines dengan bebrapa nama. Hampir semua European automakers telah mengaplikasikan common rail diesels ini untuk produk mereka tidak terkecuali untuk commercial vehicles. Beberapa Japanese manufacturers, seperti Isuzu, Toyota, Nissan dan kini Honda, telah pula mengembangkan common
rail
diesel
engines,
bahkan
Indian
companies
pula
telah
sukses
megimplementasikan technology ini. 1) Gambaran umum sistim injeksi common rail Salah satu sistim injeksi common rail yang telah diaplikasikan pada kendaraan bermotor adalah yang digunakan oleh Mercedes Benz (DaimlerChrysler) untuk kendaraan model 202.133/193 yang lebih popular di Indonesia dengan Mercedes Benz C-200. Skema sistim aliran bahan bakarnya seperti tampak pada gambar berikut :
B4/6
60
Y74
70
Y75
80
Y76
A
13
C
14
D
19
F
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 28 Skema sistim sistim aliran bahan bakar common rail
- 30 -
a) Jalur tekanan rendah Tugas memberikan supply bahan bakar dari tangki sampai ke pompa tekanan tinggi (19) yang telah disring, dengan jumlah dan tekanan yang cukup pada semua kondisi kerja motor. Fungsi ketika motor distart atau hidup, bahan bakar mengalir ke pompa tekanan tinggi (19) melalui komponen tangki bahan bakar (80), pemanas bahan bakar (60), saringan bahan bakar (70), pompa pengiriman bahan bakar (primer pump) dan katup shutoff elektronik (Y75). Pembatasan tekanan bahan bakar dibatasi oleh katup yang terdapat pada pompa pengiriman bahan bakar (primer pump). Katup ini akan terbuka apabila tekanan pompa primer mencapai 3.5 bar, dengan cara menekan pegas katup dan kelebihan tekanan bahan bakar dialirkan kebagian sebelah lain dalam pompa primer. Pembocoran bahan bakar dari pompa tekanan tinggi serta pengaliran bahan bakar oleh katup pengatur tekanan dan nozzle dialirkan melalui pipa pengembali, dari pipa pengembali tersebut kemudian dialirkan ke pendingin bahan bakar. Hasil dari sirkulasi ini menyebabkan bahan bakar selalu tersedia dalam kondisi yang cukup dingin untuk pompa tekanan tinggi. b) Jalur tekanan tinggi Tugas menyimpan dan mengatur tekanan bahan bakar sesuai kebutuhan penyernprotan Pompa tekanan tinggi (19) memompakan bahan bakar kedalam rail (21) sesuai dengan putaran motor. Bahan bakar dialirkan sepanjang pipa tekanan tinggi kemasing-masing injektor (Y76). Tekanan bahan bakar di dalam rail diatur dengan merubah ukuran saluran pengeluaran dari rail. Sensor tekanan rail (B4/6) mengukur jurnlah tekanan dan kemudian besar tekanan ini dikirimkan ke kontrol unit berupa signal tegangan. Kontrol unit CDI (N3/9) kemudian memberikan arus listrik ke katup mengontrol tekanan (Y74) sesuai data. Komponen jalur tekanan tinggi terdiri dari : Pornpa tekanan tinggi (19), Pipa jalur tekanan tinggi (19/1), Konektor jalur kembali (19/16), Rail (21), Pipa jalur kembali pada nozel (51/6), Sensor tekanan tinggi (B4/6), Aliran bahan bakar tekanan tinggi (D), Katup pengatur tekanan tinggi (Y74), Nozel silinder No. 1, Nozel silinder No.2, Nozel silinder No.3, Nozel silinder No.4. 2) Komponen sistim injeksi common rail a) Pemanas awal bahan bakar Digunakan untuk memastikan bahwa bahan bakar tidak mendapat gangguan saat musim o
dingin atau terjadi perbedaan suhu yang sangat ekstrim mencapai –25 C. Fungsinya memansakan bahan bakar menggunakan air pendingin motor dan dinding blok motor.
- 31 -
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 29 Skema sistim aliran pemanas bahan bakar b) Saringan bahan bakar Fungsinya adalah untuk menyaring kotoran-kotoran yang terdapat pada bahan bakar dengan mengalirkan bahan bakar dari luar saringan menuju saringan bahan bakar. Bentuk filter bahan bakar terbuat dari elemen kertas dengan rata-rata lubang pori-porinya adalah 5µm. Dalam filter bahan bakar terdapat. Saringan bahan bakar (70), Saluran masuk ke saringan bahan bakar (70/1), Saluran keluar dari saringan bahan bakar (70/2).
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 30 Filter bahan bakar c) Pompa pembagi Berfungsi untuk menghisap dan mengalirkan bahan bakar ke pompa tekanan tinggi. Pompa pembagi bahan bakar (delivery pump ) mengisap bahan bakar dari tangki (80) melalui pemanans bahan bakar (60) dan saringan bahan bakar (70) dan masuk kepompa kemudian terus melewati elektromagnetic katup shutoff (Y75) terus menuju pompa tekanan tinggi ( 19 ) Tekanan bahan bakar saat motor distater sekitar 0.5 bar. Tekanan bahan bakar saat putaran stationer tercapai sekitar 2.5 ± 0.5 bar dan ini dicontrol oleh katup (13/12 ) yang terdapat pada pompa pengirimnan bahan bakar (delivery pump).
- 32 -
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 31 Pompa pembagi bahan bakar d) Shutoff electric valve (katup penutup elektrik) Berfungsi sebagai penutup dan pembuka saluran bahan bakar pada saat digunakan. Saat katup shutoff tidak dialiri aliran listrik, bahan bakar masuk ke pompa tegangan tinggi. Ketika selenoid armature (20/1) dialiri oleh listrik,maka katup bola (20/4) tertutup. Bahan bakar disuplai oleh pompa pembagi (delivery pump) melalui katup pembatas tekanan dan kembali ke sisi isap.
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 32 Shutoff electric valve e) Pendingin bahan bakar Bahan bakar yang panas datang dari katup pengatur tekanan melalui saluran masuk (14/1) terus ke pendingin bahan bakar dan masuk keruang yang basar, panas diambil oleh permukaan Honeycomb-shaped. Bahan bakar terus melewati saluran balik (14/2) dan kembali ketangki melalui pipa. Pada waktu yang bersarnaan, bahan bakar yang berada di ruang pendingin dipisah dari bahan bakar. Air pendingin menglir ke saluran masuk (14/4) melalui pendingin bahan bakar dan keluar lagi melalui saluran balik (14/4). Sehingga tetap menjamin tersedianya kondisi bahan bakar yang dingin pada saat melalui pompa tekanan tinggi.
- 33 -
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 33 Pendingin bahan bakar
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 34 Skema pendingin bahan bakar Pendinginan lewat melalui slang dari blok motor ke termostat ( 18/3 ) pada penurunan o
temperatur pendinginan (18). Dari penurunan temperatur sekitar 80 C, termostat (18/3) membuka dan pendinginan mengalir melalui penurunan temperatur pendinginan (18). Pendinginan diturunkan sampai sekitar 20 OC dan kemudian mengalir keluar (18/2) ke pendinginan bahan bakar (14), selanjutnya panas bahan bakar diredam dan terus keluar kejalur utama pendinginan. Sebagai hasilnya temperatur bahan bakar diturunkan sekitar o
40 C.
- 34 -
f)
Pompa tekanan tinggi
Berfungsi memberikan tekanan yang cukup tinggi pada rail. Pompa tekanan tinggi merupakan pompa piston radial dengan tiga piston masing-masing pengaturan sudut 120 membangun tekanan tinggi. Pompa tekanan tinggi diputar kira-kira 1,3 kali putaran poros nok. Saat tekanan rendah bahan bakar dialirkan oleh pompa pembagi melalui saluran masuk bahan bakar (19 /6) ke katup throttle (19 /13) jika ada udara yang masuk bersama bahan bakar melalui pembatas (Restrictor
19/14) ke saluran pengembali (119/16). Katup
throttle (19/13) membuka pada saat tekanan sekitar 0,4 bar oleh tekanan balik pada pegas (19/12) dan bahan bakar masuk ke saluran masuk bahan bakar (119/6) melalui sepanjang jalur ke masing-masing piston (119/9)
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 35 Pompa tekanan tinggi Poros pengerak (119/4) dengan poros eksentris (19/5) mendorong piston (19/9) naik turun melawan pegas piston (19/10) pada ketiga element pompa. Kebocoran bahan bakar dari piston (19/9) mengalir melalui saluran pengembali (119/16) dan ke pendinginan bahan bakar terus ke tangki bahan bakar. Bahan bakar mengalir pada katup throttle (11 9/13) seperti aliran balik. Saluran pembatas pada katup hanya dibuat sebagai saluran ventilasi untuk jalur tekanan rendah.
- 35 -
Saat tekanan tinggi pengisian pada piston (19/9) didorong kebawah oleh pegas piston (19/10). Bahan bakar dialirkan oleh pompa pembagi kesepanjang jalur saluran pengisian (119/6), melewati plat katup (19/7) dan pegas katup (19/8) kedalam silinder. Katup bola (19/15) mencegah saluran balik tekanan tinggi dari penampungannya. Membangun tekanan tinggi pada pompa tekanan tinggi dilakukan oleh Piston (19/9) saat didorong keatas oleh nok poros eksentris (19/5) dan bahan bakar dikopresikan. Plat katup (19/7) menutup volume aliran ke saluran pengisian bahan bakar (19/6). Jika tekanan bahan bakar naik dialam silinder yang mana berada didalam jalur tekanan tinggi (19/3), katup bola (19/15) mdr.Dbuka dan bahan bakar dipompakan kasaluran tekakan tinggi (19/3). g) Rail Merupakan penampung bahan bakar bertekanan tinggi yang dijhasilkan oleh pompa tekanan tingggi, yang terdapat pada saluran tekanan tinggi, yang dihubungkan pada sisi intake manifold dengan pipa-pipa injector. Rail digunakan sebagai penyimpanan tekanan tinggi. Katup pengatur tekanan (Y74), sensor tekanan (134/6), pipa tekanan tinggi dan pipa saluran balik menyatu dengannya.
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 36 Rail Rail berhubungan dengan semua nozel yang siap memberikan bahan bakar bertekanan tinggi ke nozzle. Volume pada rail dan pipa-pipanya sekitar 35 cm3. Dalam rail terjadi peredaman gelombang bahan bakar dimana jumlah bahan bakar yang tersimpan sebagai peredam gelombang tekanan yang terjadi dari hasil tekanan bahan bakar melalui pompa tekanan tinggi yang tiba-tiba, ini terjadi selama penyemprotan bahan bakar pada nozel. Ini merubah atomnisasi bahan bakar pada nozel di injektor dan keakuratan pengukuran jumlah penyemprotan bahan bakar. h) Nozzle (injector) Berfungsi sebagai pengabut bahan bakar, sehingga bahan bakar mudah bercampur dengan udara dan sehingga memudahkan terjadinya proses pembakaran. Besarnya jumlah injeksi bahan bakar tergantung dari lamanya pengendalian selenoid, lamanya
- 36 -
membuka dan menutup jarum nozzle, aliran bahan bakar pada nozzle, membukanya jarum nozlle dan tekanan rail.
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 37 Konstruksi nozzle
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 38 Cara kerja nozzle i)
Pengatur tekanan bahan bakar
Pengaturan tekanan bahan bakar digunakan untuk menjaga agar bahan bakar yang disupply tetap memiliki tekanan yang cukup, sehingga system bahan bakar tetap dapat mensupply bahan bakar yang dibutuhkan oleh engine. Secara umum sistim pengatur tekanan bahan bakar dapat dilihat pada gambar berikut :
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 39 Pengatur tekanan bahan bakar
- 37 -
j)
Katup pengatur tekanan bahan bakar
Katup pengontrol tekanan bahan bakar yang terletak dibagian belakang rai merupakan komponen yang berperan mengontrol tekanan bahan bakar pada rail dan mempertahankan tekanan pada rail yang diatur kontrol unit motor (N3/9). Tekanan tinggi yang berada di dalam rail lebih besar dari tekanan pengisian (16/1) katup bola duduk diposisinya pada katup pengatur tekanan (Y74).
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 40 Katup pengatur tekanan bahan bakar Besarnya tekannan pada rail diatur oleh katup pengatur tekanan (Y74) dengan membangun medan magnet (a) untuk menyesuaikan tekanan sesuai data dengan cara pengaturan arus lisrik. Sehingga medan magnet akan menarik katup bola menjauhi dudukannya (c). Tekanan pada rail akan berubah-berubah sebagai hasil dari pengurangan bahan bakar saat katup bola membuka. Jumlah arus yang diberikan dikendalikan olek kontrol unit CDI (N3/9). Pengaturan pengembalian bahan bakar sepanjang aliran pengembalian (16/2) ke dalam tanki bahan bakar. Saat arus listrik tidak diberikan katup pengatur tekan (Y74) tertutup, sebab kekuatan pegas akan menekan katup bola keposisi dudukannya (posisi semula). Saat kendaraan jalan,katup pengatur tekanan (Y74) secara terus menerus membuka, saat kendaraan di stater, posisi katup pengatur tekan (Y74) ditahan pada posisi menutup sebagai hasil dari tekanan pegas (b). Saat kendaraan jalan medan magnet yang terjadi pada coil (a) akan melawan pegas (b) sehingga menarik katup bola dan terjadi pembocoran bahan bakar.
- 38 -
k) Sensor tekanan Sensor tekanan rail berperan untuk memberikan imfomasi tekanan rail kepada kontrol unit motor. Tekanan pada sistim bahan bakar yang tidak tetap merobah posisi diaphram seabagai hasilnya tahanan elektrik juga berobah dan perobahan ini merupakan signal yang diberikan ke kontrol unit. Sensor tekanan rail (B4/6) mengukur tekanan rail dan memberikan tegangan signal akurat ke kontrol unit (N3/9). Katup pengatur tekanan (Y74) dikendalikan sesuai pengaturan putaran oleh kontrol unit sampai tekanan pada rail tercapai.
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 41 Sensor tekanan rail l)
Sensor temperatur air pendingin
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 42 Sensor temperatur air pendingin Sensor
ini
memiliki
peran
untuk
mendeteksi
temperatur
air
pendingin
dan
mengirimkannya ke kontrol unit. Sensor ini memiliki konstruksi rumah plastik dengan tahanan NTC, konektor 2 pin. Pin 1 dan 2 disambungkan ke kontrol unit. NTC maksudnya adalah Negative Temperature Coefficient, dengan kata lain jika temperatur air pendingin naik tahanannya menjadi turun. Konektor kabel dimasukan ke rumah sensor kemudian didalamnya terdapat O-ring sebagai perapat. Bagian ini dilengkapi pula oleh kawat pengunci. Tahanan NTC menyatu dengan sensor temperatur air yang merobah tahanan elektriknya akibat perubahan temperatur air.
- 39 -
m) Sensor temperatur udara masuk Bagian ini berperan untuk meraba temperatur udara masuk dan mengirimkan inpormasinya berupa signal ke kontrol unit. Signal yang diterima digunakan untuk mengkakulasi
masa
udara.
Penghitungan
dilakukan
untuk
mengatur
jurnlah
penyemprotan bahan bakar, membatasi asap, mengontrol tekanan pada intake manifold, mengontrol EGR (exhaus gas recirculation ), dan mematikan EGR sesuai yang di prograrnkan pada kontrol unit
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 43 Sensor temperatur udara masuk n) Crankshaft sensor Putaran poros engkol dan putaran motor dideteksi berdasarkan hubungan dengan gigi yang bolong. antara sensor poros engkol (L5) gigi increment pada fly wheel di las menjadi satu. Ketika poros engkol berputar, terjadi perubahan tegangan yang dibangkitkan pada sensor poros engkol (L5) oleh gigi increment. Ketika ini telah dilakukan, permukaan gigi yang paling depan membangkitkan pulsa tegangan positip dan pada permukaan gigi bagian lakang membangkitkan pulsa tegangan negatif. Jarak dari positip ke negatif sama dengan lebarnya gigi increment. Dua gap gigi yang hilang tidak membangkitkan puIsa tegangan pada sensor poros engkol. Hal ini kemudian dianalisa oleh kontrol unit sebagai TDC silinder no. 1
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 44 Crankshaft sensor
- 40 -
o) Half effect cam shaft sensor Pendeteksian posisi poros nok maksudnya adalah mendeteksi segmen pada poros nok, kontrol unit (N3/9) mengetahui posisi TDC silinder dari signal yang diberikan oleh sensor Hafl poros engkol (B6/1). Waktu penyemprotan nozel disinkronkan antara signal dari sensor hall poros nok (B6/1) dengan signal sensor poros engkol (L5). Sensor hall poros nok (B6/1) telah diberi signal tegangan 11 - 14 V ("high"). Jika segment (g) Sproket gear poros nok berhadapan dengan sensor hall poros nok, signal tegangan drop 0 V ( low). Signal 0 V ini digunakan untuk mengetahui TDC pengapian pada silinder No. 1. Jika tidak ada signal yang diterima dari sensor hall poros engkol ( B6/1) TDC pengapian pada silinder no.1 tergantung penentuannya secara acak oleh kontroI unit (N3/9). Jarak antara sensor hall poros nok dengan segmen sproket poros nok exhaust tidak dapat dirubah.
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 45 Half effect cam shaft sensor p) Pressure sensor Sensor ini terletak pada bagian engine compartemen yang dihubungkan dengan slang vacuum ke saluran intake manifold (pembagi pengisian udara). Bagian ini berperan untuk mendeteksi intake manifold dan mengirim signalnya ke kontrol unit. Apabila tekanan pada intake manifol berubah, maka membran akan merubah nilai tahanan pada piezo resistor yang terdapat pada intake manifold akan berubah. Informasi ini digunakan oleh kontrol unit sebaga informasi awal sesuai tekanan pada intake manifold yang akan digunakan sebagai pembatas jumlah penyemprotan saat beban penuh, EGR, menghitung jumlah masa udara, membentuk nilai pengganti jika sensor HFM ada kesalahan atau kerusakan.
- 41 -
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 46 Pressure sensor q) Rpm sensor Sensor ini berperan untuk membangkitan TNA signal dari signal sensor poros engkol dan dikirim semua kontrol unit yang membutuhkannya. Gelombang kotak (square-wave signal) dengan secara terus menerus on/off ratio, maksimum sekitar 20 mA Motor. 611 6 pulsa/ I kali putaran motor
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 47 Rpm sensor 3) Sistim kontrol Sistem injeksi bahan bakar common rail memiliki sistim yang hampir sama dengan sistim injeksi elektronis pada motor bensin yang dikenal dengan sebutan Electronic Fuel Injection (EFI), volume penyemprotan bahan bakar dikontrol secara elektronis, basis dari sistem ini mengalami banyak pengembangan dan juga banyak dipakai pada berbagai merek kendaraan, baik kendaraan keluaran Eropa, Jepang maupun Amerika. Bekerjanya injektor penyemprot bahan bakar diatur oleh sebuah Electronic Control Unit (ECU), kadang-kadang disebut ECM (Electronic Control Module), perangkat pengontrol elektronis ini menerima beberapa masukan dari sensor-sensor antara lain sensor volume dan suhu udara yang masuk ke silinder motor, suhu air pendingin, beban dan putaran motor, posisi katup gas dan lain-lain sehingga volume penyemprotan bahan bakar bisa disesuaikan secara tepat berdasarkan berbagai masukan/input yang diterima oleh ECU tersebut.
- 42 -
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 48 Skema sistim kontrol a) Control Unit ECU pada sistim injeksi common rail memiliki fungsi sebagai control modul untuk mengontrol dan mengendalikan sistim injeksi sesuai dengan input signal berupa Suplai bahan bakar, engontrol jumiah penyernprotan bahan bakar, mengontrol emisi gas buang, mengontrol tekanan intake manifold, mengedalikan cruise control ( hanya transmisi otomatis, mematikan compresor A/C, memonitor signal input dan output, mem eri ksa pluasibelitasnya danmenyimpan memory kesalahan, membentuk nilai penganti jika salah satu signal hilang ( Emergency Running), mendiagnosa ( memory kesalahan yang tersimpan )
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 49 Electronic control unit (ECU) Kontrol unit CDI ( N3/9 ) diberikan tegangan listrik (sirkuit 87 tanpa sekring melalui sekring dan relai modul ( K40/4). Dia mendeteksi input signal dan mengendalikan output pada semua kondisi pengoperasian. Dalam operasinya control uni menerima masukan berupa signal-signal baik dari sensor-sensor dan mengolahnya, kemudian memberikan perintah kepada actuator.
- 43 -
b) CAN data BUS CAN data BUS memiliki peran untuk mengirimkan data-data ke masing-masing kontrol unit yang membutuhkanya, menerima signal dari sensor untuk beberapa sistim, mengurangi jumlah kabel pada kendaraan, meningkatan daya kerja sistim electronic. CAN data bus terdiri dari dua kabel yang digunakan untuk mengirimkan data digital. Penguna (kontrol unit) di hubungkan dengan kedua kabel ini. Terminal bus (tahanannya 120 ohm ) terdapat pada akhir masing-masing kontrol unit dan dihubungkan diantara kabel. Pengukuran tahanan (saat kunci kontak OFF) antara dua kabel 60 ohm secara parallel 120 ohm. Semua data-data dikirimkan secara digital keseluruh jalur CAN data bus secara bertahap. Masing-masing kotak data yang telah diterjernahkan diterima dan dikirimkan oleh kontrol unit sesuai dengan kebutuhan masing-masing. Setiap kontrol unit yang dihubungkan dengan CAN data bus dapat menerima data. Jumlah kota data,tahap yang pendek antara dua tahap pengiriman dan gambaran selanjutnya CAN data bus secara terus menerus mengeceknya. Jika ada kesalahan yang terdeteksi maka kesalahan tersebut disimpan.
A1
Instrumen cluster
CAN
Data bus
N3/9
ECU
N15/3
Control unit ETC
N19/1
N22
Control unit tempmatic A/C Control unit automatic A/C
N47-1
Control unit ASR
N47-7
Control unit ETS
N73
Control unit EIS
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 50 Skema CAN data BUS c) Input signal control unit Merupakan masukan semua data yang dibutuhkan oleh control unit untuk menghitung kebutuhan bahan bakar yang dibutuhkan engine sesuai kondisi dan pembebanan mesin. Beberapa masukan berasal dari sensor-sensor yang berhubungan dengan kondisi engine baik sensor air flow sensor (B2/5), tekanan rail (B4/6), temperatur air pendingin (B11/4), temperatur udara masuk (B17), tekanan udara intake manifold (B28), pedal gas (B37), minyak pelumas (B40), poros engkol (L5) dan beberapa kontrol unit seperti busi pijar (N14/2), transmisi otomatis (N15/3), tempmatic AC (N19/1), automatic AC (N22),
- 44 -
ASR/SPS (N47-1), ABS (N47-7), DAS (N54-1), EIS (N73) dan switch pedal kopling (S40/3). Masukan tersebut kemudian diolah dan dihitung oleh control unit kemudian hasilnya akan berupa signal perintah pada masing-masing actuator untuk memerintahkan besarnya penyemprotan bahan bakar pada injector.
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 51 Skema Input signal control unit d) Output signal control unit Merupakan hasil pengolahan data yang diterjemahkan oleh control unit sebagai perintah pada masing-masing actuator. Beberapa actuator yang mendapatkan perintah dari control unit diantaranya injector (Y76), electric shut off valve (Y75), pressure control valve (Y74), Booost pressure control vacuum tranduser (Y31/5), inlet port shutoff switch over valve dan lain-lain.
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 52 Skema output signal control unit e) Quantity control (pengatur jumlah bahan bakar) Pengatur jumlah bahan bakar memiliki peran mengontrol jumlah penyemprotan bahan bakar pada semua kondisi operasi kendaraan. Jumlah pengaturan bahan bakar diambil
- 45 -
oleh kontrol unit motor secara selektif pada silinder berdasarkan firing order. Kontrol unit motor menerima informasi sesuai keadaan kerja motor yang sebenarnya diberikan oleh sensor-sensor. Kebutuhan disesuaikan dengan jumlah penyemprotan, setiap tekanan pada rail dapat di set melalui katup pengatur tekanan (Y74) atau pengendalian waktu di katup selenoid pada injektor bisa diperlama atau diperpendek sesuai kebutuhannya. Pengaturan ini diatur oleh kontrol unit CDI (N3/9)
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 53 Diagram pengaturan jumlah bahan bakar f)
Start quantity control
Pengaturan jumlah aliran bahan bakar saat start sesuai dengan kondisi kerja (operasi) pengaturan ini tidak tergantung pada posisi pedal gas. Kontrol unit CDI (N3/9) mendeteksi posisi TDC pengapian silinder No. 1 melalui sensor hall poros nok (B6/1) mengsikronkan saat penyemprotkan bahan bakar dan juga waktu penyernprotannya. Sensor posisi poros engkol (L5) mendeteksi putaran motor dari gigi increment, ditambah dengan signal untuk memproses permintaan jumlah aliran bahan bakar saat start yang diberikan oleh sensor temperatur air pendingin (B11/4) ke kontrol unit motor (N3/9), dan terus mengendalikan nozel (Y76).
- 46 -
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 54 Diagram pengaturan jumlah bahan bakar saat start Katup elektrik shutoff (Y75) tidak memberikan arus listrik yang menghasil bahan bakar dapat dipompakan kepompa tekanan tinggi. tekanan pada rail dibangkitkan oleh pompa tekananan tinggi yang dideteksi oleh sensor tekananan (B4/6) pada rail dan diberikan ke kontrol unit (N3/9). Kontrol unit (N3/9) mengatur tekanan rail melalui katup pengatur tekanan (Y74). Jumlah aliran bahan bakar saat stater dikontrol oleh pengatur jumlah aliran bahan bakar sampai putaran motor sampai 600 rpm, pengatur jumlah aliran bahan bakar dimatikan. Hal ini tidak memungkinkan untuk pengendalian putaran motor dari pedal gas sampai putaran motor melebihi 600 rpm. Jika temperatur air pendingin naik (tinggi),
jumlah aliran bahan bakar yang diberikan dikurangi oleh kontrol unit (N3/9)
nozzle (injektor Y76) g) Pengaturan putaran idle (idle control) Unit ini berperan dalam mengatur putaran stationer walaupun motor dibawah beban kerja misalnya pada saat gigi transmisi dihubung atau tidak dihubungkan, atau kompresos A/C berkerja. Sensor posisi poros engkol (L5) dan sensor hall porosnok memberikan signal ke kontrol unit (N3/9).
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 55 Diagram pengaturan putaran idle Kontrol
unit
ini
akan
mengkalkulasi/menghitung
putaran
motor,
pengambilan
perbandingan nilai yang sebenarnya dan pengaturan tekanan pada rail yang diatur oleh katup pengatur tekanan (Y74), dan juga lama waktu penyemprotan bahan bakar pada injector/nozzle. Nilai, tekanan pada rail dan lamanya waktu penyernprotan hasilnya sama dengan banyak jumlahnya bahan bakar yang disemprotkan oleh nozzle. Signal-signal yang dibutuhkan untuk pengaturan putaran stationer adalah: sensor temperatur air pendingin (B11/4), sensor massa udara ( HFM sensor), control unit tempmatic A/C (TAU)
- 47 -
N 19/1, kontrol unit automatic A/C( AAC ) N22, sensor pedal gas B37, sensor tekanan rail B4/6, sensor temperatur udara masuk B17. h) Pengaturan smooth running Unit ini berperan dalam mengurangi ketidak rataan putaran motor (vibration) yang terjadi saat putaran stationer. Kontrol unit (N3/9) menerima signal putaran motor dari sensor posisi poros engkol (L5/6) dan juga mendeteksi ketidakrataan putaran stationer pada motor.
Ketidakrataan
putaran
motor
ini
dihilangkan
dengan
merobah
jumlah
menyernprotan bahan bakar pada silinder yang ada ganguan. Akhirnya putaran stationer menjadi konstan kembali. Jika signal kecepatan kendaraan dikirimkan oleh kontrol unit ABS/ETS atau ASR kekontrol unit maka smooth running tidak diaktifkan.
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 56 Diagram pengaturan smooth runnning i)
Pengontrol anti sentakan (anti jerk)
Source : DaimlerCrhrysler, 2000
- 48 -
Gambar 57 Diagram pengaturan anti sentakan
Unit ini berperan mengurangi sentakan pada kendaraan selama perpindahan beban atau perpindahan gigi. Fungsi. Kontrol unit (N3/9) mendeteksi ketidakrataan puran motor; misalnya saat perpindahan gigi transmisi yang diterima dari sensor pisisi poros engkol (L5/6). Ketidakrataan atau sentakan ini di hilangkan semaksimal mungkin dengan cara pengaturan jumlah penyemprotan bahan bakar pada semua silinder. j)
Pembatasan putaran maksimum
Unit ini berperan dalam membatasi putaran motor. Kontrol unit (N3/9) menentukan putaran motor dari informasi yang diberikan oleh sensor posisi poros engkol (L5) dan pembatasan putaran ini yang dikendalikannya adalah injektor ( nozzle), besarnya pembatasan putaran motor dibatasi pada rpm 4200 – 4600.
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 58 Diagram pembatasan putaran maksimum Selain itu dilengkapi pula pengaman Drive train pada model dengan manual transmisi dengan jalan mengatur jumlah penyemprotan bahan bakar dikurangi saat kendaraan pada posisi kerja ( operasi ) ini digunakan untuk melindungi motor dan drive train aliran daya pada saat setelah setiap motor distater sampai pedal kopling dilepaskan, ketika pedal kopling dilepas, ketika pedal kopling dilepas dan kecepatan kendaraan kurang dari 10 km/jam, fungsi pembatas kecepatan kendaraan dikendaliakn oleh kontrol unit dan putaran motor dibatasi pada 3500 rpm. k) Pembatasan penyemprotan bahan bakar pada gas penuh (full throttle) Unit ini terutama berperan untuk mengurangi jumlah asap yang dikeluarkan pada saat kondisi kerja pada katup gas (throttle valve) terbuka penuh. Ketika motor kondisi kerja dengan katup gas terbuka penuh, kontrol unit (N3/9) membatasi jumlah bahan bakar yang disemprotkan melalui sensor tekanan rail (B4/6), katup pengatur tekanan (Y74) dan
- 49 -
injector ( nozzle). Pengurangan jumlah asap ini dilakukan pada saat akselarasi dan ketika dikendarai pada kecepatan yang rata. Meskipun terjadi kesalahan pada komponen dan bagian sistim yang lain, jumlah bahan bakar yang disemprotkan pada posisi katup gas terbuka penuh semakin di kurangi dengan bekerjasama dengan unit lain yaitu EGR, dan pengatur tambahan tekanan pengisian.
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 59 Diagram pembatasan penyemprotan bahan bakar saat gas penuh l)
Inertia fuel shut off
Unit ini berperan dalam mengaanggu pengendalian injector (nozzle) atau tidak ada penyernprotan. Sehingga fungsi control unit adalah menentukan posisi katup gas dari imformasi yang diberikan oleh sensor pedal gas (B37) dan putaran motor dari sensor posisi poros engkol (L5). Injektor (nozzle) Y76 tidak diaktifkan saat mode Inertia fuel shutoff pada putaran motor lebih dari 1500 rpm dan pedal gas tidak dilepas.
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 60 Diagram inertia fuel shut off m) Pengendalian mematikan motor Mematikan motor ketika kontok "ON" Persyaratan untuk mematikan motor: • Tuas transmisi pada posis P atau N Kecepatan kendaraan kurang dari 6 km/jam, Switch pedal kopling tertekan ( S40/3 ) Saat kunci kontak pada kontrol unit EIS ( N73 ) diputar keposisi " STOP ", konttrol unit motor ( N3/9 Mendeteksi kehilangan tegangan pada sirkuit 15U.
- 50 -
Penyemprotan nozel di non aktifkan oleh kontrol unit CDI ( N3/9 mematikan motor darurat ( Emergency) Jika ada kesalahan yang dideteksi pada sistim injeksi bahan bakar, motor dimatikan Melalui katup listrik shutoff (Y75 )
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 61 Diagram pengendalian mematikan motor n) Pengajuan penyemprotan Bagian ini memiliki peran dalam mengurangi bunyi dan polusi emisi gas buang. Jumlah bahan bakar yang disemprotkan yang dibutuhkan oleh motor dibagi lagi dengan jumlah pengajuan penyernprotan dan jurnlah penyemtrotan utama. Fungsi pengendalian stater. Stater dikendalikan dengan pengajuan penyernprotan oleh kontrol unit berdasarkan urutan penyemprotannya, dengan berdasarkan impormasi data yang dikalkulasi. Berdasarkan informasi adari stater yang selanjutnya dikendalikan pada penyemprotan utama, temperatur air pendingin, putaran motor, sistim tegangan listrik, dan waktu penyernprotan. Mematikan pengajuan penyemprotan bahan bakar. Pengajuan penyemprotan dimatikan menurut urutan penyernprotan jika pengajuan penyemprotan sudah melebihi waktunya, puran motor
terlalu cepat (> 4900 rpm), tidak
cukupnya jumlah pengajuan
penyemprotan, tidak cukupnya jumlah penyernprotan bahan bakar utama, tiada cukupnya tekanan bahan bakar pada rail jika kunci kontak dimatikan. Jumlah pengajuan penyemprotan dihitung berdasarkan pada putaran motor, tekanan udara (atmosphere), temperatur air pendingin, temperatur udara masuk, tekanan pada rail, temperatur air, temperatur udara dan tekanan atmosphir dibutuhkan untuk mengkoreksi jumlah pengajuan penyemprotan. Jumlah pengajuan penyernprotan dihitung dari jumlah yang disemprotkan berdasarkan penghitungan kekurangan jumlah penyemprotan bahan bakar yang ada. Tekanan pada rail diatur besar tekanannya supaya bahan bakar dapat
- 51 -
disemprotkan
sampai
jumlah
bahan
bakar
seminimum
mungkin.
Jika
jumlah
penyemprotan utama sudah tidak ada, pengajuan penyemprotan dimatikan.
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 62 Diagram pengajuan penyemprotan o) Penyemprotan utama Berperan sebagai pengendali waktu penyemprotan yang di hitung oleh kontrol unit. Jumlah kebutuhan bahan bakar yang disemprotkan pada motor dibagi lagi dengan jumlah pengajuan penyemprotan. Jika jumlah penyemprotan utama dihitung oleh kontrol unit motor terlalu sedikit, maka tidak ada pengajuan penyemprotan. Penyemprotan utama dibagi lagi kedalam pengendalian stater, waktu pengendalian, pengendalian start.
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 63 Diagram penyemprotan utama
- 52 -
Pengendalian start pada penyernprotan utama tergantung pada putaran motor dan jumlah bahan bakar, kemudian hal ini ditambah lagi dengan informasi-informasi dari temperatur air pendingin, temperatur udara masuk, tekanan udara (atmosphere), penyernprotan pendahuluan YES / NO. Waktu pengaktipan merupakan saat yang penting dalam penghitungan waktu pengendalian pada penyemprotan utama adalah, apakah pengajuan penyernprotan telah dilakukan atau tidak. Mematikan penyemprotan utama berdasarkan waktu kerja pada saat putaran motor terlalu cepat (> 5200 rpm), tidak cukupnya jumlah penyemprotan utama, tidak cukupnya tekanan bahan bakar pada Rail, jika motor dimatikan, pengaturan jumlah eksternal (ASR) dan Inertia fuel mati. Penghitungan jumlah penyemprotan utarna dihitung berdasarkan pada putaran motor, tekanan atmosphir, temperatur air pendingin, temperatur udara masuk, dan tekanan penambahan udara. Temperatur air pendingin, temperatur udara dan tekanan udara (atmosphire ) dibutuhkan sebagai koreksi untuk jumlah penyemprotan utama. Jika jumlah penyemprotan turun dibawah minimum tergantung tekanan pada rail, tidak ada pengajuan penyemprotan yang diberikan. Dalam kasus ini, hanya penyemprotan utama yang diambil. Jika jumlah penyernprotan utama masih kurang dari jurnlah minimum, maka tidak ada penyemprotan utama atau pengajuan penyemprotan penyemprotan diberikan (inertia fuel dimatikan ) p) Pengatur penyemprotan eksternal Berperan untuk mengurangi jumlah bahan bakar yang disemprotkan. Jika sebuah signal dikirimkan ke kontrol unit (N3/9) oleh kontrol-kontrol unit atau komponen-komponen sensor yang lain, maka pengaturan jurnlah eksternal diaktifkan. Signal dapat dikirimkan melalui CAN data BUS sepanjang jalur kabel ke kontrol unit (N3/9). Beberapa kontrol unit yang bekerja diantaranya kontrol unit airbag (N2/2), kontrol unit ETC (N15), kontrol unit ASR/SPS (N47-1), kontrol unit ABS (N47-7), switch pedal kopling (S40/3).
- 53 -
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 64 Diagram penyemprotan eksternal q) Cruise control Fungsi dari cruise kontrol menyatu didalam kontrol unit motor. Ini dapat diaktifkan melalui switch cruise kontrol mulai dari kecepatan diatas 40 km/jam. Signal dari switch cruise kontrol diterima oleh kontrol unit EIS dan diteruskan melalui jalur CAN data bus ke kontrol unit motor. Kontrol unit motor menerima informasi-informasi melalui CAN data bus untuk mengaktifkan cruise kontrol. Beberapa signal yang dibutuhkan oleh unit ini adalah signal kecepatan kendaraan dari kontrol unit ASR/ETS, signal posisi P/N dari kontrol unit ETC, signal dari switch lampu rem.
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 65 Diagram cruise control
- 54 -
Kontrol unit motor diberikan suplai tegangan listrik oleh relai modul dan sekring. Kontrol unit motor mengendalikan injektor Y76 dan katup pengatur tekanan (Y74) dan dibandingkan ke posisi pedal gas. Cruise kontrol sistim dapat dimatikan oleh switch cruise kontrol, mengoperasikan pedal rem, memindahkan posisi tuas transmisi ke posisi " N”. r)
Compressor AC shut off
Berperan saat mematikan compressor AC untuk memperbaiki kinerja motor saat akselerasi dan mematikan motor. Sehingga berfungsi sebagai kontrol unit AC (N 19) atau (N 19/1) atau outomatic heater (N 18/3) menerima signaI dari kontrol unit DFI (N3/8), dimana Compressor AC dimatikan tergantung beban motor atau kecepatan motor. Compressor AC OFF pada beban motor > 90% dan putaran motor < 1050 rpm. Compressor AC On pada beban motor < 90% atau putaran motor > 2500 rpm
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 66 Diagram compressor AC shut off s) Turbocharging dengan intercooler Unit ini bertugas menambah moment yang keluar dari motor. Fungsinya adalah ketika turbocharging berkerja, energi aliran dari gas buang (C) digunakan untuk mengerakan turbocharger (110). Turbocharger mengalirkan udara bersih ke saluran masuk melalui pemompaan
udara
awal
kesaluaran
keluar,
kepipa
penambahan
udara
terus
keintercooler dan ke pipa pembagi penambahan udara ke masing-masing silinder pada motor.
- 55 -
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 67 Diagram turbocharger - intercooler t)
Pengatur tekanan udara tambahan
Bertugas mengatur tekanan udara tambahan saat kondisi kerja pada motor. Tekanan udara tambahan diatur oleh kontrol unit (N3/9). Fungsinya untuk mengatur tekanan tambahan sesuai data pada kontrol unit dan sensor tekanan. Tekanan tambahan diatur vacuum transduser (Y31/5) yang di kendalikan oleh kontrol unit dengan arus listrik yang bervariasi dan diberikan untuk mengatur vacuum kepada unit vacuum pengatur katup tekanan tambahan.
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 68 Diagram pengatur tekanan udara tambahan u) Vakum tranduser pengatur tekanan tambahan udara Bertugas mengontrol vakum ke unit vakum pengatur tekanan tambahan udara. Vakum transduser pengatur tekanan tambahan udara (Y31/5 ) dikendalikan dengan dengan arus listrik yang bervariasi oleh kontrol unit motor. Signal dari kontrol unit bertugas mengatur
- 56 -
vakum ke konektor (3). Jika tidak ada signal dari kontrol unit konektor (1) dan (3) dihubungkan ke udara masuk pada unit vakum pengatur tekanan udara tambahan.
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 69 Diagram pengatur tekanan tambahan udara v) Sistim pengatur emisi gas buang Bertugas menurunkan unsure-unsur Nox, HC, dan CO. Sistim pengaturan emisi gas buang dibagi kedalam Exhaust gas recirculation(EGR), pengatur tekanan tambahan udara, mematikan saluran masuk dan denox catalitic converter.
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 70 Diagram pengatur emisi gas buang w) Exhaust gas recilculatin (EGR) Bertugas menurunkan unsur nitrogen oxide ( NOx). Hydrocarbon ( HC) dan unsure-unsur bahaya lainnya. Exhaust gas recirculation (EGR) diambil dan dikendalikan oleh kontrol unit sesuai data-data yang telah diprogram didalam kontrol unit itu sendiri dengan mengikuti kondisi-kondisi yang ada diantaranya tengangan battery 11 - 14 Volt, o
temperatur air pendingin 60 C, putaran motor > 1000 rpm, motor telah hidup dengan putaran ± 60 detik, beban menengah (jumlah penyernprotan).
- 57 -
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 71 Diagram EGR Kontrol unit (N319) mengatur jumlah bahan bakar jika sistim EGR bekerja pada beban menegah bersama massa udara, berdasarkan input signal yang diberikan oleh sensor HFM (airflow sensor - B2/5 ). Banyaknya jumlah gas buang yang disirkulasikan diatur setiap kondisi kerja motor sehingga memungkinkan dicapai penurunan NOx yang maksimum. Flap vakum transduser pengatur tekanan / EGR (Y31/4) dikendalikan adalah massanya oleh kontrol unit untuk mengontrol kevakuman pada katup EGR (110 ) dan ke flap unit vakum pengatur tekanan (102). Posisi tekanan pada katup EGR dan unit flap vakum pengatur tekanan terpenuhi sehingga, kevakuman pada flap vakum transduser pengatur tekanan/EGR naik, katup EGR (101) semuanya dibuka dan kemudian (sekitar setengah langkah katup EGR) katup pengatur tekanan (103) semakin ditutup. x) Denox catalytic converter Bertugas menurunkan unsur-unsur polusi pada engine berupa carbonmonoxide (CO), hydrokarbon (HC) nitrogenoxide dan parikel-partikel lainnya. Fungsi gas buang yang keluar dari motor melewati catalytic converter sehingga gas buang tadi berkondensasi dengan metal platinum. Carbon monoxid (CO) berubah menjadi karbon dioxide (C0 2) dan hyrocarbon (HC) menjadi hydrocarbondioxide (C02) serta air sebagai sebagai oksidasinya. Hasil dari proses ini juga menurunkan unsur dari partikel-partikel yang lain sebab hydrocarban yang melekat pada carbon (jelaga) diturunkan selama terjadi oksidasi. Di tambah unsur dari nitrogen oxside (NOx) dirubah menjadi nitrogen (N2) sebagai hasil dari perubahan.
- 58 -
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 72 Diagram Denox catalytic converter Catalytic converter terdiri dari rumah stainless steel, expanded meting (anyaman saringan) dan lapisan keramik monolith sesuai dengan aturan� aturan catalytic sebenarnya. keramik monolith adalah body keramik yang terdiri dari beberapa ribu bagian-bagian kecil. keramik dibuat magnesium�aluminium silicate yang tahan terhadap temperatur tinggi. Monolith sangat sensitif terhadap tekanan dan oleh karena itu ditambahkan saringan dari anyamaman jerami di dalam rumah stainless steel. Lapisan dalam katalis yang efektif digunakan pada unsur lapisan yang terbuat dari platinum. Platinum membuat reaksi oksidasi hidrokarbon (HC) dan karbonmonokside (CO). Tambahan sebagai reaksi oksidasi unsur nitrogen (Nox) berkurang. Bahan metal yang sedikit jumlahnya pada catalitic converter, bervarasi antara 4.5 � 5 gram tergantung dari ukuran dan kontruksinya. y) Busi pijar Berfungsi memberikan pernanasan awal pada ruang bakar sehingga tercapai temperatur untuk membakar campuran bahan bakar dan udara. Saat kunci kontak diputar keposisi 2 kontrol unit (N 14/2) dan lampu indikator busi pijar ( A1 e 16) dikendalikan oleh kontrol unit ( N3/9 ). Lamanya busi pijar menyala diperhitungkan oleh kontrol unit dengan perbandingan terhadap temperatur air. Kontrol unit busi pijar memberikan arus listrik ke busi pijar (R9). Jika ada kerusakan komponen atau kabel pada sisitim busi pijar maka lampu indikator busi pijar menyala dan memori kesalahannya disimpan dalam kontrol unit.
- 59 -
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 73 Diagram pengatur busi pijar z) Pengontrol starter Bertugas untuk memutus motor stater (M 1) saat motor telah mencapai putarannya. Motor stater (M1) dikendalikan oleh kontrol unit melalui relay modul dan sekring ( K40/4 ) dan relay starter ( K40/4k2 ). Nilai putaran motor dideteksi, untuk melindungi starter dan ring gear ini di simpan oleh kontrol unit sebagai nilai yang sebenarnya sesuai karakteristiknya. Kondis! saat starter ON Sistim DAS tidak diaktifkan dan plutaran motor = 0 dan kunci kontak pada posisi start. Kondisisaat stater OFF kunci kontak tidak diposisi start (pengoperasian start berakhir ). atau putaran motor telah dicapai atau putaran motor maksimum telah terlewati (untuk melindungi motor stater ). Sekiranya starter di ulang ini butuh waktu 1.5 detik untuk menunggu pemblokiran setelah kunci kontak dimatikan ini dilakukan untuk mencegah berputarnya pinion motor starter dengan ring gear play wheel untuk melindungi ring gear (fly wheel ). Tindakan keamanan diambil sekiranya ada kesalahan jika motor stater tidak ada signal (sirkuit 50 tidak terhubung), yang disebabkan oleh kesalahan mekanis, penyernprotan bahan bakar diaktifkan untuk mencegah motor di starter. Kecuali dari kecepatan > 2.4 km/jam penyemprotan bahan bakar diaktifkan walaupun tanpa start signal saat kendaraan dihidupkan dengan didorong.
- 60 -
Source : DaimlerCrhrysler, 2000 Gambar 74 Diagram pengatur motor starter 3. Rangkuman
Teknologi diesel common rail ini bisa dibilang sebagai teknologi terbaru yang nantinya akan menggantikan teknologi system injeksi diesel konvensional seperti yang sekarang kita gunakan.
Seiring dengan meningkatnya regulasi gas buang maka menjadikan teknologi diesel konvensional saat ini tidak memungkinkan lagi memenuhi standar kualitas dan kuantitas gas buang untuk mesin diesel. Dengan adanya peraturan peningkatan akurasi
dan jumlah gas emisi yang dikurangi secara signifikan, maka system
common rail ini menjadi satu-satunya jawaban untuk mengoperasikan kebutuhan mesin diesel pada masa 10-20 tahun ke depan.
Parameter injeksi sangatlah penting untuk kebutuhan tenaga mesin diesel. Pada teknologi common rail ini, tekanan injeksi menjadi sangat tinggi, kontrol injeksi pada setiap langkah pembakaran menjadi akurat. Jumlah, timing, dan tekanan injeksi dikontrol secara terpisah. Hal ini memungkinkan kontrol bahan bakar yang jauh lebih akurat apabila dibandingkan dengan teknologi injeksi mesin bensin yang terbarupun.
Sistem common rail ini sangatlah berbeda dengan system konvensional yang terdahulu.
Apabila pada teknologi sebelumnya bahan bakar diesel dibagi-bagi dari pipa tekanan tinggi ke setiap silinder mesin, dengan common rail bahan bakar diesel yang bertekanan tinggi dikumpulkan pada sebuah pipa “common rail”. Kondisi ini memungkinkan untuk menghapuskan system kontrol kebutuhan bahan bakar diesel yang
sebelumnya
dibagi-bagi
berdasarkan
jumlah
silinder
mesin.
Hal
ini
menyebabkan konsumsi bahan bakar menjadi efektif dan efisien. Pompa injeksi
- 61 -
terus-menerus memompa solar dari tangki menuju pipa common rail, sampai tekanan common rail yang dibutuhkan tercapai.
Setiap injektor
yang berada diatas setiap silinder mesin kemudian akan
mendistribusikan solar yang bertekanan tinggi kepada setiap nozzle via pipa common rail. Disini, ECU akan mengontrol timing dan jumlah pengiriman bahan bakar.
Teknologi Common Rail yang sudah beredar dan terpasang di kendaraan di Indonesia pada saat tulisan ini dibuat adalah: Isuzu D-Max, Peugeot 307, 806 dan yang paling fenomenal adalah produk dari Toyota yaitu: Toyota Kijang Innova Diesel. Untuk produk Toyota Kijang Innova ini menggunakan common rail tipe ECD-U2P (Denso).
Untuk menyiasati kondisi dan kualitas bahan bakar solar di Indonesia sekarang ini, Toyota Kijang Innova menggunakan filter solar yang memiliki ketahanan hingga 300.000 km. Namun untuk kondisi mesin tidak ada modifikasi khusus dalam hal ini. Pengetesan Common Rail Sistem ini harus menggunakan Test Bench dan Nozzle tester khusus yang bertekanan tinggi untuk penyetelan dan servis.
Bukanlah hal tabu untuk memakai Diesel pada kendaraan penumpang termasuk sedan mewah sekalipun. A8 4.2 TDI quattro membuktikan bahwa mesin Diesel memang pantas digunakan. Walau kelas mobilnya tidak sepadan, mesin Diesel dari yang dipakai oleh Mercedes Benz E420 CDI sebanding dengan 4.2 TDI milik Audi.
Khusus untuk mesin bensin, pertama akan ditandai dengan semakin populernya teknologi EFI (Electronic Fuel Injection). Sistem yang membuat proses pembakaran semakin sempurna karena volume bahan bakar yang dibutuhkan mesin sudah diatur oleh komputer. Teknologi kedua yang juga akan dipakai adalah sistem katup variabel VVT-I atau Variable Valve Timing Inteligent yang menggantikan bukaan katup konstan. Sistem ketiga adalah teknologi pencetusan api (ignition system) juga akan diperbaiki. Dari semula contact point menjadi sistem ESA (Electronic Spark Advance) dan full transistor. Teknologi ESA memakai arus listrik yang lebih tinggi sehingga pencetusan api bisa lebih presisi. Keempat, sistem pengaturan udara yang masuk ruang bakar pun diperbaiki dengan teknologi ACIS (Acoustic Control Induction System). Caranya, aliran udara lebih disempurnakan sehingga pencampuran dengan bahan bakar menjadi lebih baik. Hasilnya proses pembakaran semakin sempurna. Terakhir yang akan diperbaiki adalah sistem pembuangan. Bila selama ini catalytic converter hanya ada pada mobil mewah saja, di tahun 2007 akan menjadi produk
- 62 -
massal. Tidak hanya itu, teknologi elektronik akan diterapkan pada sistem pembuangan. Gas buang yang keluar akan dimonitor nilai lambdanya oleh sensor. Hasilnya kemudian dilaporkan ke ECU (Electronic Computer Unit) yang berkoordinasi dengan sistem lain. Hasilnya catalytic converter dapat bekerja efektif mereduksi CO, HC, dan Nox. Sementara mesin diesel teknologinya lebih rumit. Bila pada standar Euro-1 mekanisme pembakarannya hanya melibatkan pompa injeksi, sirkulasi gas buang dan sistem kendali asap, maka pada Euro-2 lebih canggih lagi. Mesin diesel akan dirancang untuk mampu mereduksi PM (Particulate Material) dan gas Nox (Nitrogen Oksida). Proses reduksi PM dilakukan dengan membenahi sistem injeksi dibarengi dengan pemasangan teknologi multi valve system. Untuk mengatasi masalah Nox pabrikan akan mengembangkan teknologi pilot injection dengan common-rail system. Yang juga turut dibenahi adalah sistem sirkulasi gas buang dengan tambahan sistem katalis untuk menyaring Nox. 4. Daftar Pustaka a. Bosch, 1999, Diesel fuel-injection: An overview, Technical Instruction, 3rd Edition, Robert Bosch GmBH, Germany. b. Bosch, 2000, Diesel In-Line Fuel-Injection Pumps, Technical Instruction, 3rd Edition, Robert Bosch GmBH, Germany. c.
Bosch, 1999, Diesel Distributor Fuel-Injection Pumps, Technical Instruction, 4rd Edition, Robert Bosch GmBH, Germany.
d. Bosch, 1996, Governor for Diesel In-Line Fuel-Injection Pumps, Technical Instruction, 3rd Edition, Robert Bosch GmBH, Germany. e. DaimlerChrysler, 2000, Common Rail Diesel Injection (CDI), Systim Injeksi Bahan Bakar Diesel, Edisi 1, Central Training Departement PT. DaimlerChrysler Distribution Indonesia, Jakarta Indonesia f.
Isuzu, 2001, Buku Pedoman Perbaikan Seri TBR Mesin Isuzu, Isuzu Motor Limited, Japan.
g. Scania, 1995 Service-Handbuch Last wagen, Scania AB. h. VEDC, 1990, Servis Mobil, VEDC Malang Bagian Automotif, Vocational Education Development Center Malang, Indonesia i.
Swisscontact, 2000, Motor Diesel Materi Training, Jakarta Clean Air Project, Swsisscontact, Jakarta, Indonesia
j.
Toyota, 1980, Toyota Diesel Engine, Service Training Information, Toyota Motor Sales CO. LTD, Japan.
- 63 -
Soal-soal latihan 1. Jelaskan proses kerja motor diesel 4 langkah seperti gambar berikut : 1
2
1.
Langkah
2.
Langkah
3.
Langkah
4.
Langkah
3
4
2. Sebutkan beberapa komponen sistim bahan bakar motor diesel berikut ini :
1. 2. 3. 4.
- 64 -
3. Sebutkan beberapa komponen pompa injeksi in-line berikut ini : 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
4. Sebutkan beberapa komponen pompa injeksi distributor berikut ini :
1.
7.
2.
8.
3.
9.
4.
10.
5.
11.
6.
- 65 -
5. Sebutkan beberapa komponen injektor berikut ini :
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
6. Sebutkan beberapa komponen ssitim injeksi elektronik motor diesel berikut ini :
1.
11.
2.
12.
3.
13.
4.
14.
5.
15.
6.
16.
7.
17.
- 66 -
8.
18.
9.
19.
10
20
7. Sebutkan beberapa komponen ssitim injeksi elektronik motor diesel berikut ini :
1.
8.
2.
9.
3.
10.
4.
11.
5.
12.
6.
13.
7.
14.
8. Sebutkan fungsi komponen sistim kontrol tekanan rail berikut ini a.
Control pressure valve
b.
Rail pressure control sensor
9. Sebutkan fungsi sensor berikut :
- 67 -
a.
Water temperature sensor
b.
Crankshaft sensor
10. Sebutkan beberapa input signal ke kontrol unit
1.
8.
2.
9.
3.
10.
4.
11.
5.
12.
6.
13.
7.
14.
11. Beberapa teknologi sistim injeksi motor diesel yang banyak diaplikasikan pada kendaraan bermotor adalah : a. b. c. d.
- 68 -
12. Fungsi utama pengaturan injeksi pada motor diesel adalah : a. b.
13. Fungsi utama control unit pada sistim injeksi common rail adalah : a. b.
14. Fungsi utama injector pada sistim bahan bakar motor diesel adalah a. b.
15. Sebutkan 3 fungsi pompa injeksi pada motor diesel a. b. c.
- 69 -
