Uji Performa Pompa Injektor.docx

UJI PERFORMA POMPA INJEKTOR PADA MESIN DIESEL Muhammad Rienaldy Karuana (4.21.16.1.17) / MS-3B [email protected]

Jurusan Teknik Mesin Polines Jln. Prof. Sudarto Tembalang Semarang INDONESIA Abstrak Makalah ini dibuat penulis dengan tujuan untuk menyelEsaikan tugas praktek uji kinerja mesin. Praktek yang dilakukan yaitu praktek uji performa pompa injector pada mesin diesel. Praktikan diharuskan dapat melakukan praktek dengan menggunakan alat uji yang ada. Diharuskan dapat menganalisa hasil percobaan yang dilakukan dan mengambil kesimpulan. Praktikum dilakukan dengan tertib dan mengutamakan keselamatan. Keywords— Pompa injektor, diesel engine

I. PENDAHULUAN

Diesel berasal dari nama seorang insinyur dari Jerman yang menemukan mesin ini pada tahun 1893, yaitu Dr. Rudolf Diesel. Pada waktu itu mesin tersebut tergantung pada panas yang dihasilkan ketika kompresi untuk menyalakan bahan bakar. Bahan bakar ini diteruskan ke silinder oleh tekanan udara pada akhir kompresi. Pada tahun 1924, Robert Bosch, seorang insinyur dari Jerman, mencoba mengembangkan pompa injeksi daripada menggunakan metode tekanan udara yang akhirnya berhasil menyempurnakan ide dari Rudolf Diesel. Keberhasilan Robert Bosch dengan mesin dieselnya tersebut sampai saat ini digunakan oleh masyarakat. Dalam mesin diesel, bahan bakar diinjeksikan ke dalam ruang bakar pada akhir langkah kompresi. Sebelumnya udara yang diisap telah dikompresi dalam ruang bakar sampai tekanan dan temperatur menjadi naik. Naiknya tekanan dan temperatur mengakibatkan bahan bakar menyala dan terbakar sendiri. Untuk memperoleh tekanan kompresi yang tinggi saat putaran mesin rendah, banyaknya udara yang masuk ke dalam silinder harus besar tanpa menggunakan throttle valve untuk membatasi aliran dari udara yang dihisap. Dengan demikian dalam sebuah mesin diesel, output mesinnya dikontrol oleh pengontrol banyaknya bahan bakar yang diinjeksikan. Tingginya temperatur udara yang dikompresikan dapat mempermudah bahan bakar untuk terbakar secara spontanitas. Nilai kemampuan bahan bakar diesel untuk cepat terbakar adalah angka cetane (cetane number). Untuk mesin diesel yang berkecepatan tinggi yang digunakan pada kendaraan truk dan mobilmobil angka cetane yang umumnya digunakan sekurang-kurangnya 40-45. II.

LANDASAN TEORI

A. Mesin Diesel Motor Diesel merupakan salah satu jenis mesin konversi energi sebagai penggerak mula yang menggunakan energi kimia (solar) sebagai bahan bakar. (Wiranto, 1994, Petter, 1989, Rolf, 1992). Mesin diesel biasanya disebut dengan motor penyalaan kompresi (Compression Ignition Engine), karena cara penyalaan bahan bakarnya menggunakan udara kompresi. Adapun cara kerja motor empat langkah yaitu terdiri dari empat langkah piston dan dua putaran poros engkol menghasilkan satu kali langkah kerja. Bahan bakar disemprotkan ke dalam silinder berbentuk butir- butir cairan halus atau kabut, oleh karena di dalam silinder pada saat itu tekanan dan temperaturnya sudah tinggi, maka butiran cairan halus tersebut akan menguap dan selanjutnya akan bercampur dengan udara tersebut, sehingga akan terjadi pembakaran. Proses pembakaran adalah suatu reaksi kimia antara bahan bakar (hidro karbon) dengan oksigen dari udara. Proses pembakaran ini tidak terjadi sekaligus tetapi memerlukan waktu dan terjadi dalam beberapa tahap (Spuller et al, 2000:4, Rolf, 1992, ). Bila waktu persiapaan pembakaran/ pembakaran tertunda sangat panjang atau jumlah bahan bakar solar yang

diinjeksikan terlalu banyak dan jelek sehingga jumlah penguapan bahan bakar tidak baik, mengakibatkan penambahan tekanan yang berlebihan didalam silinder dan ini ditandai dengan terjadinya getaran dan suara yang keras yang merupai pukulan – pukulan pada dinding silinder dan ruang bakar. Peristiwa ini dinamakan “ Detonasi “ (Spuller, 2000; Robert, 1993; Anonymous, 1994. Afri, 2006). Cara-cara mengatasi Detonasi :  Memakai bahan bakar solar dengan angak Cetane yang tinggi, dengan maksud untuk memberikan periode persiapan pembakaran yang sependekpendeknya  Menaikkan tekanan dan temperatur pada saat bahan bakar diinjeksikan  Mengurangi jumlah injeksi bahan bakar pada saat permulaan pemabakaran. B. Konstruksi Ruang Bakar Ditinjau dari segi pembakaran maka motor Diesel dibagi menjadi 2 kelompok besar yaitu : 1. Motor Diesel dengan Injeksi Langsung / Direct Injection. Direct Injection adalah suatu sistem dimana penyemprotan bahan bakar yang langsung disemprotkan kedalam suatu ruang bakar, dimana ruang bakar tersebut langsung berada diatas puncak torak/piston.

Bentuk bola 2.

Bentuk Hati

Bentuk Bak

Bentuk Setengah Bola

Motor Diesel dengan Injeksi Tidak Langsung / Indirect Injection. Motor diesel dengan injeksi tidak langsung/indirect injektion mempunyai 2 jenis bentuk ruang bakar yaitu : 1. Bentuk ruang bakar jenis kamar muka. 2. Bentuk ruang bakar jenis kamar pusar. Ruang bakar berada didalam kepala silinder (kepala silinder bercoak), dimana ruang bakar tersebut dihubungkan dengan ruang silinder melalui sebuah saluran sempit yang dibentuk secara tangesial / miring.

C. Aliran Bahan Bakar Bahan bakar dihisap dari tangki oleh pompa penyalur (feed pump), kemudian ke pompa injeksi melalui saringan. Selanjutnya pompa injeksi menyediakan bahan bakar bertekanan ke nozzle injeksi melalui katup penyalur (delivery valve) dan pipa-pipa tekanan tinggi untuk dimasukkan keruang bakar melalui nozzle injeksi. Bahan bakar yang keluar dari nozzle injeksi melalui pipa kebocoran akan kembali ke tangki melalui pipa overflow. Katup overflow yang dipasang di atas saringan bahan bakar berfungsi menjaga agar tekanan bahan bakar yang diberikan ke serambi pompa injeksi yaitu tekanan penyalur (feed pressure) tidak melebihi harga spesifikasi. D. Pompa Injeksi Motor diesel injeksi langsung maupun tidaklangsung, untuk membangkitkan tekanan bahan bakar yang cukup tinggi (0 s.d 250 bar) digunakan pompa injeksi/injection pump, disamping membangkitkan tekanan tinggi pompa injeksi juga berfungsi untuk mengatur jumlah bahan bakar yang disemprotkan untuk pembakaran. (Wiranto, 1994, Petter, 1989, Rolf, 1992, Ulrich, 2000). E. Jenis Pompa Injeks 1. Pompa Injeksi Sebaris (In-Line) Pompa injeksi sebaris (tipe in-line) adalah suatu kelengkapan mesin Diesel yang mempunyai tugas untuk menaikan tekanan bahan bakar solar menuju ke nozzle pengabutan serta membagi bahan bakar tersebut ke setiap selinder / ruang bakar mesin sesuai dengan urutan penyemprotan (firing order) dari mesin bersangkutan. Berdasarkan sirkulasi bahan bakar, maka pompa injeksi bahan bakar ada yang dilengkapi dengan pompa penyalur bahan bakar (Fuel feed pump) bila tangki bahan bakar jauh di bawa mesin, tetapi bila tangki bahan bakarnya di atas mesin tanpa pompa pemindah. Pompa penyalur bahan bakar (feed pump) menghisap bahan bakar dari tangki bahan bakar dan menekan bahan bakar yang telah

disaring oleh filter ke pompa injeksi. Pompa injeksi tipe sebaris mempunyai cam dan plunger yang jumlahnya sama dengan jumlah silinder pada mesin Diesel. Cam menggerakan plunger sesuai dengan urutan pengapian (firing order) dari mesin Diesel. Gerak lurus bolak-balik dari plunger ini menekan bahan bakar dan mengalirkan ke injection nozzle melalui delivery valve. Delivery valve memegang dua peranan penting : Mencegah aliran bahan bakar balik dari saluran bahan bakar ke daerah plunger dan menekat bahan bakar dari pompa injeksi ke injector serta menghisap bahan bakar dari injection nozzle untuk menghentikan penyemprotan dengan cepat untuk mencegah penetesan pada nozzle. Plunger dilumasi oleh bahan bakar Diesel dan camshaft oleh minyak pelumas. (E. Karyanto, 2002)

2.

Menurut E. Karyanto, 2002 Komponen pompa injeksi in-line yaitu Delivery valve holder , Valve spring, Delivery valve, Low intake, Control sleeve, Control rack, Plunger spring, Plunger, Stoper, Tappet, Key spring, Roller, Camshaft Pompa Injeksi Distributor Seperti telah kita ketahui behwa pompa Injeksi tipe segaris (In-line), jumlah plunger elemen sama banyaknya dengan jumlah silinder pada mesin. Sedangkan pada pompa Injeksi tipe Distributor, hanya menggunakan Single plunger untuk mengatur banyaknya bahan bakar yang di-Injeksikan dengan tepat dan membagi pemberian bahan bakar ke setiap silinder mesin sesuai dengan urutan pembakaran (Firing Order). Distributor Injection Pump ini dirancang untuk memenuhi kebutuhan pemakai yang menginginkan mesin menghasilkan kecepatan putaran yang lebih tinggi lagi, khususnya untuk digunakan pada mesin diesel yang kecil, dan dibuat lebih ringan serta lebih ringkas bila dibandingkan dengan konvensional pompa Injeksi In-line dalam kapasitas yang sama. (E. Karyanto, 2002) Komponen utama pompa injeksi type distributor, memiliki fungsi masing-masing, sebagai berikut; 1. Feed pump (pompa pemberi), berfungsi untuk menghisap bahan bakar dari tangki dan menekannya kedalam ruang pompa injeksi. 2. Katup pengatur tekanan, berfungsi untuk mengatur tekanan bahan bakar kedalam ruang bakar pompa dengan putaran. 3. Plunger, berfungsi untuk mendistribusikan bahan bakar. 4. Governor, berfungsi untuk mengatur jumlah bahan bakar yang diinjeksikan ke dalam ruang bakar. 5. Automatic timer (pewaktu otomatis), yang mengatur saat injeksi (injection timing) yang bekerja menurut tekanan bahan bakar. 6. Solenoid, berfungsi untuk menutup aliran bahan bakar kedalam elemen pompa 7. Delivery valve (katup penyalur), berfungsi untuk mencegah bahan bakar dari pipa tekanan tinggi masuk ke dalam ruang elemen pompa dan menghisap sisa bahan bakar dari injector pada akhir injeksi.

F. Prinsip Kerja Pompa Injeksi Tipe Distributor Bahan bakar yang dihisap oleh Feed pump dari fuel tangki dengan volume yang tetap pada setiap putaran. Tekanan bahan bakar ini diatur oleh pressure regulating valve yang terdapat dibagian atas pump, kemudian dialirkan melalui delivery port pada feed pump cover ke injection pump chamber. Pump plunger digerakkan oleh cam plate yang dihubungkan dengan Drive shaft, dan ditekan oleh plunger spring. Cam plate mempunyai permukaan yang menonjol yang disebut face cam yang banyaknya sama dengan jumlah silinder mesin dimana pompa terpasang. Permukaan cam plate yang menonjol berhubungan dengan roller oleh adanya tekanan plunger spring, dan roller itu sendiri tidak bergerak. Pergerakkan cam plate selain berputar juga dapat bergerak maju mundur sebesar cam lift. Bila face cam bertemu dengan roller, maka cam plate akan bergerak maju, sebaliknya bila face cam lepas dari roller, maka cam plate akan bergerak mundur.

Adapun jumlah roller sama banyaknya dengan jumlah face cam. Gerakan plunger selain memompa bahan bakar dengan tekanan yang tinggi, juga mendistribusikan serta mengtur pemberian bahan bakar ke semua Injection nozzle. Bahan bakar mulai ditekan keluar menuju nozzle ketika plunger mulai bergerak maju sampai spill port pada plunger tidak tertutup lagi oleh spill ring. Centrifugal governor yang terdapat didalam pump body bekerja berdasarkan perubahan tekanan bahan bakar yang berfungsi untuk mengatur injection timing dengan cara menggerakkan roller ring. Fuel cut-off solenoid yang ada pada bagian atas distributor head, bekerja berdasarkan aliran listrik dalam rangkaian ignition system. Bila posisi key switch “Off” aliran listrik ke solenoid terhenti sehingga solenoid valve tertutup, maka supply bahan bakar ke nozzle berhenti dan terjadi mesin berhenti (engine stop). (E. Karyanto, 2002) G. Cara Kerja Pompa Injeksi Tipe Distributor 1) Feed pump mengalirkan bahan bakar dari Fuel tank melalui water sedimenter dan fuel filter, kemudian bahan bakar dikirim ke dalam rumah pompa injeksi. 2) Pressure regulating valve mengatur tekanan bahan bakar di dalam feed pump. 3) Kelebihan bakar kembali ke fuel tank melalui katup over flow. Sebagian kelebihan bahan bakar digunakan untuk mendinginkan alat-alat yang bekerja. 4) Cam plate digerakan oleh drive shaft, pompa plunger bersatu di dalam cam plate dan bahan bakar dialirkan dengan gerakan putar dan gerakan bolak balik dari plunger. 5) Jumlah bahan bakar diinjeksikan diatur oleh mechanical governor. 6) Injection timing diatur oleh timer, yang bekerja berdasarkan tekanan bahan bakar. 7) Fuel Cut Solenoid digunakan untuk menutup aliran bahan bakar ke dalam pompa plunger. 8) Delivery valve mempunyai dua fungsi, untuk mencegah bahan bakar dari dalam pipa injeksi ke plunger dan menghisap sisa bahan bakar dari nozzle pada akhir Injeksi. H. Keistimewaan Pompa Injeksi Tipe Distributor 1. Dapat digunakan untuk mesin putaran tinggi. Suatu mesin Diesel yang dilengkapi dengan konvensional pompa injeksi InLine yang putarannya hanya mampu sampai 4000 rpm, apabila motor Diesel tersebut memakai pompa injeksi Distributor ini sanggup berputar di atas 5000 rpm. 2. Seragam dalam jumlah penginjeksian bahan bakar, karena pompa injeksi Distributor hanya menggunakan single plunger, maka selisih banyaknya injeksi bahan bakar antar silinder yang satu dengan silinder yang lain sedikit sekali. Hal ini dapat menjamin keseragaman jumlah injeksi bahan bakar dan membantu mengurangi kebisingan suara mesin. 3. Mudah untuk menghidupkan mesin, untuk mempermudah menghidupkan mesin, injection pump dilengkapi dengan start spring yang memungkinkan pemberian bahan bakar ke silinder lebih banyak pada waktu menghidupkan mesin. Hal ini menguntungkan sekali bagi mesin yang mempunyai Pre Combustion Chamber atau Swirl Chamber, dimana memudahkan mesin hidup ketika keadaan udara dingin. 4. Putaran stasioner (Idle) mesin yang stabil Karena keseragaman jumlah bahan bakar yang di-injeksikan oleh bagian pompa injeksi Distributor, hal ini akan menjamin putaran stasioner (Idle) mesin menjadi stabil dan halus. 5. Mudah dalam penyetelan banyaknya injeksi bahan bakar. Penetapan sekrup penyetelan (Adjusting screw) untuk banyaknya injeksi bahan bakar terdapat dibagian samping pump body, jadi memudahkan penyetelan. 6. Pelumasan dengan bahan bakar Pompa injeksi dan perlengkapannya dilumasi oleh bahan bakar yang hisapannya sendiri setelah melalui filter jadi bebas dari perawatan khusus dengan pelumasan pompa injeksi. 7. Dilengkapi dengan Fuel Cut Off Solenoid Kerja dari Fuel Cut Off Solenoid tergantung dari posisi key switch, bila key switch “ON” atau start solenoid akan terbuka, sehingga bahan bakar dapat di-injeksikan. 8. Konstruksi pompa injeksi Distributor dibuat sedemikian rupa, kalua kemungkinan mesin berputar terbalik, pompa injeksi tidak dapat men-supply bahan bakar.

III. METODOLOGI PRAKTIKUM A. Alat dan Bahan 1.

Alat uji performa pompa injeksi bahan bakar

2.

Pompa injeksi bahan bakar

B. Langkah Praktikum 1. Control / cek instalasi alat uji performa pompa injeksi bahan bakar dengan telit, sambungan pada pip, jumlah / volume bahan bakar dalam tangka bila kurang diisi kembali 2. Tekan tombol “ON” pada MCB 3. Tekan tombol “RUN” dan atur mulai pada putaran ±500 RPM 4. Atur dan tepatkan posisi gelas ukur yang terdapat pada penampang bahan bakar 5. Tekan tombol “ON” Counter hitung pada posisi 50-500 6. Pembacaan menunggu sampai buih / busa yang tercampur bahan bakar pada gelas ukur hilang 7. Baca masing-masing gelas ukur jumlah / volume bahan bakar yang tertampung di dalamnya 8. Ulangi percobaan masing-masing untuk kecepatan: a. 200 RPM b. 500 RPM c. 600 RPM d. 700 RPM e. 800 RPM f. 1100 RPM g. 1200 RPM 9. Baca dan catat masing-masing volume bahan bakar yang tertampung pada gelas ukur untuk masing-masing putaran dan counternya 10. Bersihkan alat uji performa pompa injeksi bahan bakar setelah selesai praktikum

IV. DATA PRAKTIKUM A. Praktikum 1 1. Counter Hitung Posisi 100

Nomor percobaan 1 2 3 4

2.

Putaran motor (RPM) 500,4 600,7 700,5 800,6

Rata-rata Nozzle 1 11,5 10,63 11,63 11,46

jumlah/volume Nozzle 2 11,5 11,6 10,6 10,9

bahan bakar Nozzle 3 12,83 12,26 12,26 11,6

pada gelas ukur Nozzle 4 11,83 11,26 11,4 11,1

Max. selisih 1,33 1,63 1,66 0,7

Rata-rata Nozzle 1 6,86 6,93 7,3 7,33

jumlah/volume Nozzle 2 6,9 7,1 6,9 7,33

bahan bakar Nozzle 3 7,4 7,46 7,3 7,5

pada gelas ukur Nozzle 4 7,16 7,1 7,03 7,6

Max. selisih 0,54 0,53 0,4 0,1

Counter Hitung Posisi 50

Nomor percobaan 1 2 3 4

Putaran motor (RPM) 500,1 600,7 700,2 800,9

B. Praktikum II

Nomor percobaan 1 2 3 4 5 6

Putaran motor (RPM) 200/500 kali 200/500 kali 1100/100 kali 1100/100 kali 1200/150 kali 1200/150 kali

Rata-rata Nozzle 1 90 58 14,8 16,4 23,4 24

jumlah/volume Nozzle 2 95 65 15 17,2 25,2 24,9

bahan bakar Nozzle 3 90 60 15,2 17 24,6 24,9

pada gelas ukur Nozzle 4 95 65 15,2 18,8 24,6 24,3

Waktu (sekon) 108 124 4,82 4,88 6,12 7,32

Posisi rack Full Nol Nol Full Full Nol

V. PEMBAHASAN Berdasarkan pengamatan praktikum 1 pada posisi counter=100 didapat bahwa untuk beberapa putaran motor yang berbeda-beda, Nozzle 3 adalah Nozzle yang mengisikan volume terbanyak (solar). Hal serupa juga ditunjukkan pada posisi counter hitung=50. Oleh karena hal tersebut dapat disimpulkan bahwa pada kasus praktikum injeksi bahan bakar diesel ini yang menyebabkan adanya perbedaan yang signifikan pada masing-masing volume tabung injektor adalah karena kesalahan yang meliputi: kurang presisinya alat ukur yang digunakan; kesalahan pada injektor nozzle (plunger) no.1 bocor; volume tabung pada kondisi awal tidak sepenuhnya dalam keadaan kosong; dan kesalahan pengamatan oleh praktikan Sedang dalam pengamatan praktikum II kita dapat menyimpulkan bahwa rack masih dikatakan dapat berfungsi dengan baik sesuai dengan kegunaannya yaitu untuk mengatur jumlah bahan bakar yang diinjeksikan

REFERENSI [1] Suprihadi, Agus. TROUBLE SHOOTING SISTEM INJEKSI MESIN DIESEL MITSUBISHI L300 DAN CARA MENGATASINYA. Program Studi D III Teknik Mesin Politeknik Harapan Bersama. [2] Ginting, Purnawarwan S.T., M.T., dkk. KERUSAKAN DAN PERBAIKAN POMPA INJEKSI MOTOR DIESEL YANMAR TF 85 MLY- DI. Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Kupang [3] Purwanto, Fito, dkk. ANALISA PENGARUH TEKANAN PEMBUKAAN INJEKTOR (NOSEL) TERHADAP KINERJA MESIN PADA MOTOR DIESEL INJEKSI TIDAK LANGSUNG/INDIRECT INJECTION. Jurusan Teknik Mesin Universitas Widyagama Malang. 2014 [4] Pulkrabek, Williard W. Engineering Fundamentals of Internal Combustion Engine. Unioversity of Winconsin