Pengertian Mesin Diesel Common Rail

Sedikit sejarah dari diesel common rail

Teknologi ini sebetulnya telah dikenal sejak satu abad silam, yang digunakan pada mesin lokomotif dan kapal selam. Hanya saja common rail di masa itu masih menggunakan sistem mekanis dalam membuka katup injektor. Common Rail modern, yang berbasis elektronik kemudian dkembangkan pertama kali pada tahun 1960-an oleh ilmuwan asal Swiss Robert Huber, yang kemudian dikembangkan lebih jauh lagi oleh Dr. Marco Ganser. Pada tahun 1990-an, Magneti Marelli, Centro Ricerche Fiat dan Elasis berkolaborasi membuat prototipe Common rail. Robert Bosch Gmbh, kemudian membeli paten prototipe tersebut dari Fiat Group untuk dirpoduksi massal. Mobil penumpang pertama yang mengadopsi Common Rail adalah Alfa Romeo 156 pada 1997. 

Namun, penggunaan Common rail modern secara massal sebetulnya dilakukan di Jepang pada tahun 1995. Hanya saja kendaraan yang memakai teknologi tersebut adalah truk, bukan mobil penumpang. Pengembangan di Jepang dilakukan oleh Dr. Shohei Itoh dan Masahiko Miyaki. Dua insinyur yang bekerja untuk Denso Corporation itu mengembangkan Common Rail untuk kendaraan berat. Pada Tahun 1995, Common Rail buatan Denso diaplikasikan pada truk Hino.

Apa itu diesel common rail....?

Injeksi rel bersama atau dalam bahasa Inggris disebut dengan common-rail injectionadalah salah satu metode injeksi bahan bakar ke dalam ruang bakar dengan sistem penghasil tekanan ditempatkan terpisah dari injektor itu sendiri.^[1] Dalam injeksi rel bersama diperlukan suatu penampung tekanan tinggi yang terdiri dari rel dan jalur bahan bakar tekanan tinggi menuju nosel.^[1] Tekanan injeksi dapat diatur terpisah dari putaran mesin dan kuantitas bahan bakar yang terinjeksikan dapat diatur menurut batasan tertentu.^[1] Tekanan di dalam penampung dapat mencapai 1.600 bar dan dialirkan melalui pipategar menuju injektor.^[2]
Sistem injeksi rel bersama umum digunakan untuk efisiensi bahan bakar yang lebih baik dan pengurangan emisi mesin diesel.^[3] Hasil akhir dari penggunaan sistem ini adalahpembakaran yang optimal dalam semua rentang beban.^[3]

Keuntungan penggunaan Common Rail:

1. Sistem common rail menawarkan peningkatan atomisasi bahan bakar, sehingga meningkatkan pengapian dan pembakaran dalam mesin
2. Sistem common rail juga memberikan peningkatan kinerja, menurunkan konsumsi bahan bakar, dan membuat getaran mesin lebih halus
3. Waktu pembakaran yang lebih sempurna, sehingga menghasilkan tenaga mesin yang jauh lebih baik.

Kelemahan dari sistem injeksi rel bersama adalah tekanan kerja yang sangat tinggi menyebabkan ketegangan material yang tinggi.^[3]. Implikasi dari hal ini adalah risiko kebakaran dan ledakan yang tinggi bila terjadi kebocoran sehingga perlu penempatan yang hati-hati dari sistem injeksi.^[3]

Sistem pada common rail terbagi atas (sumber : http://www.partinfo.co.uk/articles/127)

1. Electric feed pump (Tidak semua kendaraan menggunakan sistem pompa bahan bakar elektrik) – Fungsi utamanya adalah memberikan asupan bahan bakar pompa utama yang mampu memberikan tekanan sangat tinggi ke "Rail"
2. Filter – Memiliki fungsi yang sangat penting sekali untuk menyaring bahan bakar sebelum memasuki pompa dan selanjutnya dikirimkan ke Rail dan berakhir di injektor. Injektor ini memiliki tingkat kerapatan yang sangat kecil dan presisi, sehingga adanya partikel kotoran pada bahan bakar akan menyebabkan injektor  mampet
3. Overflow valve – Klep yang mengatur kelebihan bahan bakar dengan tekanan tinggi untuk dapat kembali ke tangki utama bahan bakar
4. Return manifold – Mengontrol bahan bakar kembali ke ke tangki utama bahan bakar
5. High Pressure pump – Pompa bahan bakar dengan tekanan sangat tinggi ini merupakan "jantung" dari sistem Common Rail Injection. Ini adalah alat yang dapat meningkatkan pasokan bahan bakar sehingga memiliki tekanan yang sangat tinggi. – Saat mesin dalam keadaan hidup, pompa bahan bakar ini dapat menghasilkan tekanan lebih dari 2.000 BAR – Bandingkan tekanan pada common rail ini dengan tekanan pada  ban kendaraan pada umumnya yang hanya memiliki tekanan sekitar 2,5 sampai 3,5 BAR!
6. High pressure control valve (Tidak semua kendaraan menggunakan sistem pompa bahan bakar elektrik) – . Fungsi utamanya adalah mengkontrol tekanan didalam pompa (High Pressure pump). Kontrol ini dilakukan oleh ECU / ECM
7. Rail pressure sensor – memonitor tekanan pada sistem Rail
8. Rail – ini adalah terminology ‘common rail’ dimana bahan bakar dari pompa disalurkan dan disimpan menunggu waktu bukaan injektor yang dikontrol oleh ECU / ECM untuk selanjutnya disemprotkan ke ruang pembakaran
9. Injectors – Injectors pada sistem common rail dikontrol oleh ECU / ECM. Penggunaan injector yang berkualitas dengan presisi yang sangat tinggi akan menentukan tingkat pengkabutan bahan bakar sehingga menjadi butiran yang sangat halus dan sempurna
10. ECU / ECM – Engine Control Unit yang mengatur waktu buka / tutup injektor, serta lamanya waktu buka injektor. Sistem elekronik komputer ini saling tersambung dengan berbagai perangkat dan sensor lainnya (kecepatan mesin, tekanan turbo, beban mesin, dll) sehingga akan menentukan berbagai faktor lainnya demi memberikan pasokan bahan bakar yang tepat waktu dengan jumlah yang sesuai.

CARA KERJA

Diatas adalah common-rail (Pic.8)dan ECU (Pic.10),yang merupakan penggerak utama dari mesin injektor rail bersama. Pada mesin ini, minyak (solar)di pompa keluar dari tangki oleh pompa bertekanan rendah menuju saringan, dari saringan solar bergerak menuju pompa dengan tekanan tinggi (1600-2200bar) menuju ke rail, dan diteruskan ke injektor. Penggerak daripada injektor itu adalah arus listrik, dimana arus tersebut diberikan oleh ECU yang mendapat sinyal dari sensor-sensor yang terdapat pada mesin.

Aplikasi Common Rail

Penggunaan Direct Injection Electronic Commonrail (Common Rail) pada kendaraan bermesin diesel semakin banyak kita temui beberapa tahun belakangan ini. SUV dan kendaraan 4x4 terbaru di Indonesia saat ini rata-rata tersedia dalam versi diesel dengan menerapkan teknologi Common Rail. Sebut saja Toyota Hilux dan Fortuner, Mitsubishi Triton dan Pajero Sport, Ford Ranger dan Everest, Isuzu D-Max, Nissan Frontier, Mazda BT50, dan masih banyak lagi. 

SISTEM EFI PADA MOBIL 

Pada artikel kali ini saya akan membahas tentang system bahan bakar injeksi pada mobil yang sering dikenal dengan istilah EFI.

Seperti kita sudah ketahui bahwa kendaraan baik mobil atau pun sepeda motor  pabrikan sekarang ini sudah semenjak beberapa tahun terakhir  memproduksi kendaraan terbarunya menggunakan system injeksi sebagai pemasukan bahan bakarnya. Tentunya berbagai macam cara dan usaha yang dilakukan untuk mengurangi kadar gas buang beracun yang dihasilkan oleh mesin-mesin kendaraan bermotor seperti penggunaan BBM bebas timbal, penggunaan katalis pada saluran gas buang, dll. Sebagaimana mesin 2 langkah yang harus digantikan oleh mesin 4 langkah, sistem karburasi manual akhirnya juga akan digantikan oleh sistem karburasi digital, system injeksi ini perlahan tapi pasti akan menggantikan sistem yang sudah lama bertahan yaitu karburator (karburasi manual).

Memang banyak keuntungan dengan system injeksi ini diantaranya :

      1. Pembakaran lebih sempurna

      2.  Mengurangi sekecil mungkin gas-gas beracun dari hasil pembakaran

      3.  Hemat pemakaian bahan bakar

      4. Tenaga mesin yang dihasilkan lebih bertenaga

Sebelum saya bahas tentang EFI mari kita lihat secara sepintas system pemasukkan dengan system karburasi yang menggunakan karburator.

Karburator 

 

Fungsi Karburator diantaranya adalah  untuk mencampur campuran bahan bakar dengan udara sebelum campuran tersebut masuk kedalam ruang bakar/silinder. 
 

Prinsip Kerja 

Pada saat langkah hisap, torak bergerak dari Titik Mati Atas (TMA) ke Titik Mati Bawah (TMB) dan throttle valve terbuka, udara di intake manifold terhisap ke dalam silinder maka di venturi terjadi tekanan yang rendah bila dibandingkan dengan ruang pelampung. Akibat perbedaan tekanan ini, bensin pada ruang pelampung akan mengalir ke venturi, kemudian bensin tersebut akan tercampur dengan udara dari air horn dan masuk ke silinder.

Sifat-sifat Karburator :

   1. Perbandingan bahan bakar dan udara yang variabel 

   2. Sensitif terhadap air filter yang kotor, tinggi rendahnya bahan bakar di ruang pelampung, penyumbatan jet udara pada spuyer

Karburator pada dasarnya kekuranganya adalah :

1.    Tidak menjamin campuran udara dan bensin yang tepat dan tetap.

2.    Tidak memiliki alat-alat penambahan / pengurangan bahan bakar, untuk keperluan mesin pada berbagai kecepatan.

3.    Tidak ada alat untuk start dalam keadaan dingin.

4.    Tidak ada alat untuk menambah bensin pada waktu dibutuhkan tenaga

5.    Gas hasil dari pembakaran mengandung gas beracun

KONTRUKSI MESIN EFI

 

Secara umum, konstruksi sistem EFI dapat dibagi menjadi tiga bagian/sistem utama, yaitu;   

       1. sistem bahan bakar (fuel system),

       2.  sistem kontrol elektronik (electronic control system), dan

       3. system induksi/pemasukan udara (air induction system)

Ketiga sistem utama ini akan dibahas satu persatu di bawah ini. Jumlah komponen-komponen yang terdapat pada sistem EFI bisa berbeda pada setiap jenis mesin. Semakin lengkap komponen sistem EFI yang digunakan, tentu kerja sistem EFI akan lebih baik sehingga bisa menghasilkan unjuk kerja mesin yang lebih optimal pula. Dengan semakin lengkapnya komponen-komponen sistem EFI (misalnya sensor-sensor), maka pengaturan koreksi yang diperlukan untuk mengatur perbandingan bahan bakar dan udara yang sesuai dengan kondisi kerja mesin akan semakin sempurna.

Macam macam sistem dalam EFI :

Mesin Mobil EFI Tipe D

Pada sistem injeksi tipe D, pengukuran tentang udara yang dihisap mesin menggunakanVacuum sensor yang mendeteksi kevacuuman di dalam Intake Manipold, alat sensor ini di kenal dengan MAP sensor atau Manipol Absolute Pressure. Besarnya tingkat kevacuuman yang terdapat pada intake manipold di informasikan ke ECU untuk menentukan banyak sedikitnya BBM yang di injeksikan melalui Injektor. Contoh mobil Toyota yang menggunakan mesin EFI tipe D adalah Avanza, Terios, Rush 
 

Mesin Mobil EFI tipe L

Sedangkan pada sistem EFI tipe L, banyak dan sedikitnya udara yang masuk di ukur menggunakan air flow meter,informasi banyak sedikitnya udara yang melewati Air flow meter ini diteruskan ke ECU untuk memberikan banyaknya suplai BBM yang akan diinjeksikan melalui injektor. Contoh mobil yang memakai sistem EFI tipe L adalah Toyota Soluna, Toyota Vios, Toyota Yaris, Toyota Kijang Innova, dan Toyota Corolla 

 

Perbedaan utama EFI tipe D dan EFI tipe L adalah Mobil EFI tipe D menggunakan MAP sensor yang terhubung dengan selang ke Intake Manipold setelah Throttle bodydan Mobil EFI Tipe L menggunakan Air Flow Meter atau MAF (Mass Air Flow) yang di tempatkan sebelum throttle body

Konstruksi Mesin EFI

A. Sistem Bahan Bakar 

Komponen-komponen yang digunakan untuk menyalurkan bahan bakar ke mesin terdiri dari tangki bahan bakar (fuel pump), pompa bahan bakar (fuel pump), saringan bahan bakar (fuel filter), pipa/slang penyalur (pembagi), pengatur tekanan bahan bakar (fuel pressure regulator), dan injektor/penyemprot bahan bakar. Sistem bahan bakar ini berfungsi untuk menyimpan, membersihkan, menyalurkan dan menyemprotkan/menginjeksikan bahan bakar.

Adapun fungsi masing-masing komponen pada sistem bahan bakar tersebut adalah sebagai berikut:

   1. Fuel suction filter; menyaring kotoran agar tidak terisap pompa bahan bakar.

   2. Fuel pump module; memompa dan mengalirkan bahan bakar dari tangki bahan bakar ke injektor.  Penyaluran bahan bakarnya harus lebih banyak dibandingkan dengan kebutuhan mesin supaya tekanan dalam sistem bahan bakar bisa dipertahankan setiap waktu walaupun kondisi mesin berubah-ubah.

 

  3. Fuel pressure regulator; mengatur tekanan bahan bakar di dalam sistem aliran bahan bakar agar tetap/konstan. Contohnya pada Honda Supra X 125 PGM-FI tekanan dipertahankan pada 294 kPa (3,0 kgf/cm2, 43 psi). Bila bahan bakar yang dipompa menuju injektor terlalu besar (tekanan bahan bakar melebihi 294 kPa (3,0 kgf/cm2, 43 psi)) pressure regulator mengembalikan bahan bakar ke dalam tangki.
 

  4. Fuel feed hose; slang untuk mengalirkan bahan bakar dari tangki menuju injektor. Slang dirancang harus tahan tekanan bahan bakar akibat dipompa dengan tekanan minimal sebesar tekanan yang dhasilkan oleh pompa.

  5. Fuel Injector; menyemprotkan bahan bakar ke saluran masuk (intake manifold) sebelum, biasanya sebelum katup masuk, namun ada juga yang ke throttle body. Volume penyemprotan disesuaikan oleh waktu pembukaan nozel/injektor. Lama dan banyaknya penyemprotan diatur oleh ECM (Electronic/Engine Control Module) atau ECU (Electronic Control Unit).
Terjadinya penyemprotan pada injektor adalah pada saat ECU memberikan tegangan listrik ke solenoid coil injektor. Dengan pemberian tegangan listrik tersebut solenoid coilakan menjadi magnet sehingga mampu menarik plunger dan mengangkat needle valve(katup jarum) dari dudukannya, sehingga saluran bahan bakar yang sudah bertekanan akan memancar keluar dari injektor.

B. Sistem Kontrol Elektronik

Komponen sistem kontrol elektronik terdiri dari beberapa sensor (pengindera), seperti MAP (Manifold Absolute Pressure) sensor, TP (Throttle Position) sensor, IAT (Intake Air Temperature) sensor, bank angle sensor, EOT (Engine Oil Temperature) sensor, dan sensor-sensor lainnya. Pada sistem ini juga terdapat ECU (Electronic Control Unit) atau ECM dan komponen¬komponen tambahan seperti alternator (magnet) danregulator/rectifier yang mensuplai dan mengatur tegangan listrik ke ECU, baterai dan komponen lain. Pada sistem ini juga terdapat DLC (Data Link Connector) yaitu semacam soket dihubungkan dengan engine analyzer untuk mecari sumber kerusakan komponen

Secara garis besar fungsi dari masing-masing komponen sistem kontrol elektronik antara lain sebagai berikut;

 1. ECU/ECM; menerima dan menghitung seluruh informasi/data yang diterima dari masing-masing sinyal sensor yang ada dalam mesin. Informasi yang diperoleh dari sensor antara lain berupa informasi tentang suhu udara, suhu oli mesin, suhu air pendingin, tekanan atau jumlah udara masuk, posisi katup throttle/katup gas, putaran mesin, posisi poros engkol, dan informasi yang lainnya. Pada umumnya sensor bekerja pada tegangan antara 0 volt sampai 5 volt. Selanjutnya ECU/ECM menggunakan informasi-informasi yang telah diolah tadi untuk menghitung dan menentukan saat (timing) dan lamanya injektor bekerja/menyemprotkan bahan bakar dengan mengirimkan tegangan listrik ke solenoid injektor. Pada beberapa mesin yang sudah lebih sempurna, disamping mengontrol injektor, ECU/ECM juga bisa mengontrol sistem pengapian.
 

2. MAP (Manifold absolute pressure) sensor; memberikan sinyal ke ECU berupa informasi (deteksi) tekanan udara yang masuk ke intake manifold. Selain tipe MAP sensor, pendeteksian udara yang masuk ke intake manifold bisa dalam bentuk jumlah maupun berat udara. Jika jumlah udara yang dideteksi, sensornya dinamakan air flow meter, sedangkan jika berat udara yang dideteksi, sensornya dinamakan air mass sensor.

 

3. IAT (Engine air temperature) sensor; memberikan sinyal ke ECU berupa informasi (deteksi) tentang suhu udara yang masuk ke intake manifold. Tegangan referensi/suplai 5 Volt dari ECU selanjutnya akan berubah menjadi tegangan sinyal yang nilainya dipengaruhi oleh suhu udara masuk.

4. TP (Throttle Position) sensor; memberikan sinyal ke ECU berupa informasi (deteksi) tentang posisi katup throttle/katup gas. Generasi yang lebih baru dari sensor ini tidak hanya terdiri dari kontak-kontak yang mendeteksi posisi idel/langsam dan posisi beban penuh, akan tetapi sudah merupakan potensiometer (variable resistor) dan dapat memberikan sinyal ke ECU pada setiap keadaan beban mesin. Konstruksi generasi terakhir dari sensor posisi katup gas sudah full elektronis, karena yang menggerakkan katup gas adalah elektromesin yang dikendalikan oleh ECU tanpa kabel gas yang terhubung dengan pedal gas. Generasi terbaru ini memungkinkan pengontrolan emisi/gas buang lebih bersih karena pedal gas yang digerakkan hanyalah memberikan sinyal tegangan ke ECU dan pembukaan serta penutupan katup gas juga dilakukan oleh ECU secara elektronis.

 

 5. Engine oil temperature sensor; memberikan sinyal ke ECU berupa informasi (deteksi) tentang suhu oli mesin. 6) Bank angle sensor; merupakan sensor sudut kemiringan. Pada sepeda motor yang menggunakan sistem EFI biasanya dilengkapi dengan bank angle sensor yang bertujuan untuk pengaman saat kendaraan terjatuh dengan sudut kemiringan 55 derajat.

 

Sinyal atau informasi yang dikirim bank angle sensor ke ECU saat sepeda motor terjatuh dengan sudut kemiringan yang telah ditentukan akan membuat ECU memberikan perintah untuk mematikan (meng-OFF-kan) injektor, koil pengapian, dan pompa bahan bakar. Dengan demikian peluang terbakarnya sepeda motor jika ada bahan bakar yang tercecer atau tumpah akan kecil karena sistem pengapian dan sistem bahan bakar langsung dihentikan walaupun kunci kontak masih dalam posisi ON . Bank angle sensorakan mendeteksi setiap sudut kemiringan sepeda motor. Jika sudut kemiringan masih di bawah limit yang ditentukan, maka informasi yang dikirim ke ECU tidak sampai membuat ECU meng-OFF-kan ketiga komponen di atas. Bagaimana dengan sudut kemiringan sepeda motor yang sedang menikung/berbelok? Jika sepeda motor sedang dijalankan pada posisi menikung (walau kemiringannya melebihi 550), ECU tidak meng-OFF¬kan ketiga komponen tersebut. Pada saat menikung terdapat gaya centripugal yang membuat sudut kemiringan pendulum dalam bank angle sensor tidak sama dengan kemiringan sepeda motor.
 

Dengan demikian, walaupun sudut kemiringan sepeda motor sudah mencapai 550, tapi dalam kenyataannya sinyal yang dikirim ke ECU masih mengindikasikan bahwa sudut kemiringannya masih di bawah 550 sehingga ECU tidak meng-OFF-kan ketiga komponen tersebut. Selain sensor-sensor di atas masih terdapat sensor lainnya digunakan pada sistem EFI, seperti sensor posisi camshaft/poros nok, (camshaft position sensor) untuk mendeteksi posisi poros nok agar saat pengapiannya bisa diketahui, sensor posisi poros engkol (crankshaft position sensor) untuk mendeteksi putaran poros engkol, sensor air pendingin (water temperature sensor) untuk mendeteksi air pendingin di mesin dan sensor lainnya. Namun demikian, pada sistem EFI sepeda motor yang masih sederhana, tidak semua sensor dipasang.

C. Sistem Induksi Udara

Komponen yang termasuk ke dalam sistem ini antara lain; 
1. air cleaner/air box (saringan udara), 

 

2. intake manifold
 

3. throttle body (tempat katup gas). 

 
Sistem ini berfungsi untuk menyalurkan sejumlah udara yang diperlukan untuk pembakaran.

 

Demikian penjelasan singkat tentang sistem injeksi bahan bakar pada mobil atau yang dikenal dengan EFI, semoga dapat bermanfaat untuk para pembaca.