Andi Fungsi Dan Cara Kerja CommonRail

download Andi Fungsi Dan Cara Kerja CommonRail

of 30

description

otomotif

Transcript of Andi Fungsi Dan Cara Kerja CommonRail

SISTEM BAHAN BAKAR DIESELCOMMON RAIL

A. URAIAN1. PENGERTIAN DAN FUNGSI

Common Rail adalah jenis sistem bahan bakar modern yang penyaluran bahan bakarnya menggunakan pipa rel (rail) dan pengaturan timing injeksi bahan bakar serta jumlah bahan bakar yang diinjeksikan menggunakan sistem elektrik terpadu.Sistem bahan bakar common rail biasa disebut dengan CRFIS (Common Rail Fuel Injection System) atau CRICS (Common Rail Injection Control System).

Fungsi common rail adalah :

Menyediakan bahan bakar terhadap engine

Membangkitkan tekanan tinggi bahan bakar yang diperlukan serta mendistribusikannya ke masing-masing silinder

Menginjeksikan bahan bakar dengan jumlah dan waktu injeksi yang tepat / presisi

2. KOMPONEN-KOMPONEN SISTEM COMMON RAILKomponen-komponen utama dari sistem common rail adalah :

Pre-supply pump High-pressure pump High-pressure accumulator (rail) Pressure-control valve Rail-pressure sensor Injectors ECU with sensors Pressure-limitter valve

Flow limiter

a. Pre Supply Pump (Pompa pengalir)Fungsi:1) Menyalurkan bahan bakar dari tangki ke pompa tekanan tinggi

Letaknya berada didalam tangki bahan bakar

Pre Suply Pump ada dua jenis, yaitu :

1. Tipe mekanik

Menggunakan putaran engine umtuk memutar drive gear

Pengiriman jumlah bahan bakar proporsional sesuai putaran engine

Terdapat shut off elektromagnetis untuk menutup saluran

2. Tipe elektrik

Terdiri dari:

Roller cell pump

Roller cell digerakkan oleh elecrik motor

Electric motor

Non-return valveb. High Pressure Pump

Cara kerja:

Ketika plunyer bergerak ke bawah, katup inlet terbuka sehingga bahan bakar masuk ke ruangan pompa.

Pada posisi titik mati bawah dan plunyer mulai bergerak naik, katup tertutup karena katup ini jenis katup satu arah, dan bahan bakar terkompresi akibat plunyer yang bergerak naik, sehingga bahan bakar terdorong keluar.

Terdapat electromagnetic switch off yang berfungsi untuk menghentikan aliran bahan bakar saat engine stop.

c. High-Pressure Accumulator (Pipa Rel)

Fungsi

:

Menyimpan bahan bakar

Mencegah terjadinya fluktuasi tekanan bahan bakar

Kontruksi:

Rail dibuat dari pipa baja tempa

Diameter dalam kira-kira 10 mm

Panjang rail antara 280-600 mm

Volume bias dibuat sekecil mungkin dan sebesar yang diperlukan

d. Pressure Control Valve

Fungsi

:

Menjaga tekanan didalam pipa rail agar selalu pada keadaan konstan

Pada Pressure Control Valve dalam kerjanya dilengkapi dengan sebuah sensor tekanan rail (Rail-Pressure Sensor) yang fungsinya adalah :

Memeriksa/mengukur tekanan di dalam pipa rel

Memberikan data input yang selanjutnya dikirimkan ke ECU (Control system)

Data dari ECU nanti yang akan menentukan kerja dari Pressure Control Valve sebagai pengatur/penjaga tekanan didalam pipa rel.Pembagian Tekanan pada Common Rail tiap-tiap generasi :

1) Generasi Pertama (I) (1997)

Tekanan injeksi

: 1,350 bar

Aplikasi

: Kendaraan penumpang

Digunakan kali pertama: Alfa Romeo dan Mercedez Benz

2) Generasi Kedua (II) (1999) Tekanan injeksi

: 1,400 bar

Aplikasi

: Truck

Digunakan kali pertama: Renault (RVI).

3) Generasi Kedua (II) (2001)

Tekanan injeksi

: 1,600 bar

Aplikasi

: Kendaraan penumpang

Digunakan kali pertama: Volvo and BMW

4) Generasi Kedua (II) (2002)

Tekanan injeksi

: 1,600 bar

Aplikasi

: Truck

Digunakan kali pertama: MAN

5) Generasi Ketiga (III) (2003)

Tekanan injeksi

: 1,600 bar

Aplikasi

: Kendaraan penumpang

Digunakan kali pertama: Audie. Injector

Fungsi

:

Untuk menginjeksikan bahan bakar dengan jumlah yang tepat kedalam ruang bakar pada waktu (timing injection) yang tepat.

Pada injector terdapat beberapa komponen utama, yaitu : 2/2 electromagnetic servo valve

Nozzle

Valve control chamber

Return lineGaya-gaya yang diperlukan untuk perbaikan fungsi dari injector adalah :

Gaya pegas nozzle

Gaya pegas katup

Gaya elektromagnet

Gaya yang diperlukan untuk menghasilkan tekanan pada valve control chamber

Gaya yang diperlukan untuk menghasilkan tekanan pada jarum nozzle

Contoh penampang injektor dan bagian-bagiannya :

f. ECU (Electronic Control Unit) dan Sensor Common rail adalah system injeksi yang dikontrol oleh EDC (Electronic Driver Control)

ECU mengontrol dan memonitor system injeksi secara menyeluruh

Sensor berfungsi untuk membaca data yang terukur didalam proses yang nantinya akan dikirim ke ECU dengan akurasi yang tepat dan secepat mungkin

Rail-Pressure Sensor

Cara kerja Rail-Pressure Sensor adalah : Ketika bahan bakar memasuki pipa rail dan melewati Rail-Pressure Sensor, tekanan tersebut akan menekan diafragma sensor sebesar tekanan yang ada.

Elemen sensor (semikonduktor device) akan merubah pembacaan dari diafragma sensor tadi menjadi sinyal elektrik yang selanjutnya dikirimkan ke ECU untuk diproses.

Perubahan tekanan untuk pergerakan diafragma sebesar 1 mm kira-kira adalah 1500 bar.

Pada skala pengukuran utama, akurasi pengukurannya kira-kira adalah 2% dari skala penuh. Sensor-sensor lain yang diperlukan adalah :

Crankshaft-speed sensor

Camshaft sensor

Accelerator-pedal traveler sensor

Boost pressure sensor

Coolant-temperature sensor

Air temperature sensor

Air mass meter

g. Pressure-Limitter Valve (komponen tambahan)

Fungsidan cara kerja:

Untuk membatasi tekanan yang ada dalam pipa rel agar tidak berlebihan . Cara kerjanya adalah sama dengan cara kerja dari overpressure valve, yaitu Pressure limiter valve dipasang pada ujung pipa rel dan dihubungkan dengan saluran pengembali bahan bakar.

Apabila terdapat tekanan yang berlebih pada pipa rel, Pressure limiter valve akan membatasi tekanan dengan cara membuka saluran pengembali bahan bakar.

Tekanan yang dijinkan dari Pressure limiter valve adalah maksimum sekitar 1500 (untuk kendaraan baru dapat mencapai 1800 bar).h. Flow Limiter (komponen tambahan)

Fungsi

:

Untuk mencegah terjadinya injeksi yang berlanjut ketika terjadi ganguan salah satu injector membuka terus. Cara kerjanya adalah Flow limiter akan menutup saluran ke injector segera setelah bahan bakar keluar dari pipa rel apabila terjadi ganguan tersebut.

3. CARA KERJA

Pada dasarnya, pembagian kerja common rail dibagi tiga skema, yaitu :

a. Low-Pressure Circuit

Low-pressure circuit bertujuan untuk mengalirkan bahan bakar menuju High-pressure circuit. Aliran bahan bakar pada low-pressure circuit adalah :

Bahan bakar dialirkan dari tangki bahan bakar oleh pre-supply pump menuju ke pompa tekanan tinggi melewati saringan bahan bakar.b. High-Pressure Circuit

High-pressure circuit berfungsi untuk membangkitkan tekanan tinggi yang konstan didalam pipa rel (Rail), dan juga untuk menginjeksikan bahan bakar ke ruang bakar melewati injector. Aliran bahan bakarnya pada high-pressure circuit adalah :

Bahan bakar dari sirkuit tekanan rendah masuk ke pompa tekanan tinggi. Didalam pompa tekanan tinggi ini, tekanan bahan bakar dibangkitkan/dinaikkan menjadi tekanan tinggi.

Bahan bakar bertekanan tinggi tadi akan melewati pressure control valve yang berfungsi untuk mengontrol/mengatur tekanan bahan bakar sesuai dengan kondisi yang ada (berdasarkan ECU).

Selanjutnya, bahan bakar bertekanan tinggi masuk ke pipa rel (High accumulator rail). Tekanan dalam pipa rel bisa mencapai maksimal 1350 atau 1500 bar (untuk kendaraan baru bisa mencapai 1800 bar).

Pada pipa rel dilengkapi dengan rail-pressure sensor untuk mendeteksi tekanan yang ada didalam pipa rel tersebut dan kemudian dikirimkan ke ECU dalam bentuk sinyal elektrik (impuls). Diujung pipa rel juga terdapat Pressure-limitter valve (katup pembatas tekanan). Apabila tekanan didalam pipa rel berlebihan, tekanan bahan bakar tadi mampu membuka katup yang berhubungan dengan saluran pengembali, sehingga bahan bakar akan mengalir ke saluran pengembali bahan bakar.

Tekanan yang didijinkan oleh Pressure-limitter valve didalam pipa rel adalah maksimal 1350, 1500 atau 1800 bar tergantung jenis kendaraan.

Bahan bakar bertekanan tinggi selanjutnya mengalir ke injektor untuk diinjeksikan kedalam ruang bakar. Penginjeksian bahan bakar pada injektor tergantung ECU sesuai urutan saat penyemprotan.

Pada injektor juga terdapat saluran pengembali bahan bakar untuk mengembalikan sisa bahan bakar yang tidak diinjeksikan.

c. ECU dan Sensor-Sensor Common rail adalah system injeksi yang dikontrol oleh EDC (Electronic Driver Control)

ECU mengontrol dan memonitor sistem injeksi secara menyeluruh

Sensor berfungsi untuk membaca data yang terukur didalam proses yang nantinya akan dikirim ke ECU dengan akurasi yang tepat dan secepat mungkin.

Seperti yang diketahui diatas, sensor-sensor yang digunakan pada sistem common rail diantaranya :

Crankshaft-speed sensor

Camshaft sensor

Accelerator-pedal traveler sensor

Boost pressure sensor

Coolant-temperature sensor

Air temperature sensor

Air mass meter

a. Crankshaft-speed sensor

Berfungsi untuk mendeteksi seberapa kecepatan yang dihasilkan dari poros engkol.

b. Camshaft sensor

Berfungsi untuk mendeteksi posisi dari camshaft.

c. Accelerator-pedal traveler sensor

Berfungsi untuk mendeteksi seberapa sudut yang dihasilkan dari penekanan pedal gas (pedal akselerasi).

d. Boost pressure sensor

Berfungsi untuk mendeteksi tekanan udara dalm intake manifold.

e. Coolant-temperature sensor

Berfungsi untuk mendeteksi seberapa suhu/temperature dari air pendingin untuk menegetahui suhu engine.f. Air temperature sensor

Berfungsi untuk mendeteksi suhu/temperature dari udara masuk.

g. Air mass meter

Berfungsi untuk mendeteksi massa udara yang masuk.

Berdasarkan data-data dari sensor-sensor tersebut, ECU kemudian menghitung dan mengolah data-data seperti banyaknya bahan bakar yang telah diinjeksikan, awal waktu injeksi, waktu/durasi injeksi, dan sebagainya, sehingga akan menghasilkan komposisi sistem injeksi yang sangat akurat.

Contoh dari sistem control elektronik : Caterpillar Common Rail Control Device

Caterpillar Common Rail TechnologiContoh perhitungan sensor pada poros engkol :

Contoh mikrokontroler yang digunakan pada ECU :

Contoh bentuk-bentuk sinyal elektronik (impuls)

4. TEKNOLOGI COMMON RAIL PADA KENDARAAN AUDI 4.2 I V8 TDI

Teknologi common rail yang diterapkan pada kendaraan AUDI 4.2 I V8 TDI adalah sistem common rail generasi yang diterapkan pada kendaraan penumpang. Penerapan sistem generasi ketiga ini pada AUDI dimulai pada tahun 2003 yaitu pertama kalinya sistem jenis ketiga digunakan.

Spesifikasi kendaraan :

Engine code

: BVN

Type of engine

: V8 diesel engine 90 vee angle

Displacement in cm3

: 4134

Max. power output in kW (bhp) : 240 (326)

Max. torque in Nm

: 650 at 1600 to 3500 RPM

Bore in mm

: 83

Stroke in mm

: 95.5

Compression ratio

: 16,4 : 1

Cylinder spacing in mm

: 90

Firing order

: 15486372

Engine weight in kg

: 255

Engine management

: Bosch EDC-16CP+ common rail injection system up to 1600 bar with 8-port piezoelectric injectors

Exhaust gas recirculation system : Water-cooled EGR

Exhaust emission control

: Two oxidising catalytic converters,

Two maintenance-free diesel particulate filters

Exhaust emission standard

: EU IV

High-pressure 200-1600 bar

Return pressure from injector 10 -11 bar

Supply pressure max. 1.8 bar

Return pressure max. 1.8 bar

Keterangan :

1. Fuel tank module with suction jet pump, non-return valve and prefilter fuel pump (pre-supply pump)

2. Fuel filter with water separator

3. High-pressure pump4. Fuel temperature sender5. Rail element, cylinder bank I6. Rail element, cylinder bank II7. Injectors8. Retention valve9. Temperature-dependent switchover

10. Fuel cooler (air) on vehicle underbody

a. Tangki bahan bakar menggunakan double tangki yang dilengkapi dengan pre- supply pump

Pre-supply pump mengalirkan bahan bakar ke pompa tekanan tinggi dengan tekanan 0,8-1,8 bar.

b. High-pressure pump unit

High pressure pump berfungsi untuk membangkitkan tekanan tinggi dari supply tekanan rendah sampai pada injektor. Awalnya, pompa mekanik (mechanical fuel pump) mengalirkan bahan bakar ke sisi pompa tekanan tinggi dengan tekanan antara 4,5 6,2 bar.

Pompa tekanan tinggi menggunakan tiga piston yang terletak di dalam inner chamber dan digerakkan oleh puli intake camshaft yang tersambung dengan sabuk bergigi, mengalirkan bahan bakar ke pipa rel hingga ke injektor dengan tekanan tinggi (maksimal 1600 bar).c. Fuel pressure regulating valve (katup pengatur tekanan bahan bakar)

Pada pipa rel dilengkapi dengan katup pengatur tekanan bahan bakar yang berfungsi untuk mengatur/mengontrol tekanan tinggi didalam pipa rel yang kerjanya tergantung dari output sinyal elektrik dari ECU. Tekanan yang dijinkan didalam pipa rel adalah maksimal 1600 bar.

d. Rail (Pipa rel)

Pipa rel yang digunakan adalah dua buah pipa rel yang masing-masing melayani empat injektor (Rail 1 untuk injektor 1-4 dan rail 2 untuk injektor 5-8).Pipa rel berfungsi untuk menampung bahan bakar dengan tekanan tinggi yang konstan sebelum dialirkan ke injektor. Tekanan maksimal yang diijinkan adalah 1600 bar, dengan saluran kembali bahan bakar yang mengurangi tekanan bahan bakar apabila terjadi tekanan berlebih.

e. Injektor

Injektor yang digunakan pada sistem common rail yang diterapkan pada AUDI adalah tipe piezoelectric injector model multi hole (7-8 hole).

Keunggulan injektor jenis ini adalah :

Membutuhkan waktu yang sangat singkat untuk mengawali tiap siklus kerja injeksi.

Mampu menerima tekanan yang sangat tinggi dari tekanan bahan bakar.

Langkah siklus sangat presisi (memiliki akurasi yang sangat tinggi).

Piezoelectric injector membutuhkan tegangan pembangkit sebesar 110-148 V melalui sebuah kapasitor yang ada pada control unit.

5. KESIMPULAN

a. Sistem injeksi common rail adalah sistem injeksi bahan bakar diesel modern yang penyaluran bahan bakarnya menggunakan pipa rel (rail) dan pengaturan timing injeksi bahan bakar serta jumlah bahan bakar yang diinjeksikan menggunakan sistem elektrik terpadu.b. Fungsi common rail adalah :

Menyediakan bahan bakar terhadap engine

Membangkitkan tekanan tinggi bahan bakar yang diperlukan serta mendistribusikannya ke masing-masing silinder

Menginjeksikan bahan bakar dengan jumlah dan waktu injeksi yang tepat / presisi

c. Komponen utama dari sistem common rail adalah : Pre-supply pump High-pressure pump High-pressure accumulator (rail) Pressure-control valve Rail-pressure sensor Injectors ECU with sensor

d. Cara kerja sistem common rail pada dasarnya dibagi tiga skema, yaitu :

Low-pressure sirkuit yang bertujuan untuk mengalirkan bahan bakar dari tangki ke high-pressure sirkuit.

High-pressure sirkuit yang bertujuan untuk membangkitkan tekanan tinggi yang konstan didalam pipa rel (Rail), dan juga untuk menginjeksikan bahan bakar ke ruang bakar melewati injector.

Tekanan yang dibangkitkan maksimal yang diperbolehkan adalah 1350 atau 1500 atau bahkan 1800 bar.

ECU dan Sensor untuk mengontrol dan memonitor kerja sistem injeksi secara keseluruhan.e. Tekanan bahan bakar didalam pipa rel sangat tinggi dan dijaga agar selalu konstan dengan sebuah katup pengatur tekanan yang terintegrasi dengan control unit (ECU).

f. Kendaraan AUDI 4.2 L V8 TDI menggunakan sistem injeksi common rail generasi ketiga yang dipakai pada kendaraan penumpang.

g. Sistem injeksi common rail AUDI 4.2 L V8 TDI ini menggunakan :

Tekanan sistem injeksi mencapai 1600 bar.

Injektor yang digunakan adalah jenis piezoelectric injector multi hole dengan lubang 8 port, dan memiliki keunggulan :

Membutuhkan waktu yang sangat singkat untuk mengawali tiap siklus kerja injeksi.

Mampu menerima tekanan yang sangat tinggi dari tekanan bahan bakar.

Langkah siklus sangat presisi (memiliki akurasi yang sangat tinggi).

Suction

Discharge

Non-return valve

Elecric motor

Inlet valve

Saluran pengembali bahan bakar

Fuel filter

Pre-supply pump

Fuel tank

High pressure pump

Rail (pipa rel)

Pressure-control

valve

Rail pressure sensor

Saluran tekanan tinggi

Injectors

ECU dan EDC

Rail-pressure sensor

10

6

9

7

1

8

5

3

4

2

Unit :

1. High-pressure pump

2. Fuel metering valve

(fuel metering unit fuel metering unit)

3. Mechanical fuel pump 4.5-6.2 bar

2

3

1

Iron plate

Valve seat ball

Compression spring

Armature

Injektor

Rail 2

Rail 1

Rail

Restrictor

Cap nut

High pressure line