FUNGSI DAN CARA KERJA COMMAN REIL

MAKALAHUntuk memenuhi tugas matakuliah

Teknologi Motor Dieselyang dibina oleh Bapak Drs. H. Sutijono, M.M.

OlehGogik Ibnu Sartono 110513428020Nut Candra Aruka 110513428018

UNIVERSITAS NEGERI MALANGFAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK MESINApril 2013

SISTEM BAHAN BAKAR DIESEL

COMMON RAIL

A. URAIAN

1. 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 RAIL

Komponen-komponen utama dari sistem common rail adalah :

o Pre-supply pumpo High-pressure pumpo High-pressure accumulator

(rail)

o Pressure-control valveo Rail-pressure sensor

o Injectorso ECU with sensorso Pressure-limitter valveo 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

o Menggunakan putaran engine umtuk memutar drive gearo Pengiriman jumlah bahan bakar proporsional sesuai putaran engineo Terdapat shut off elektromagnetis untuk menutup saluran

2. Tipe elektrik

Suction

Discharge

Terdiri dari :

o Roller cell pumpRoller cell digerakkan oleh elecrik motor

o Electric motoro Non-return valve

b. High Pressure Pump

Elecric motor Non-return

valve

Cara kerja :

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

o Pada posisi titik mati bawah dan plunyer mulai bergerak naik, katup tertutup karena katup ini jenis katup satu arah, dan bahan

Inlet valve

bakar terkompresi akibat plunyer yang bergerak naik, sehingga

bahan bakar terdorong keluar.

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

c. High-Pressure Accumulator (Pipa Rel)

Fungsi :

o Menyimpan bahan bakaro Mencegah terjadinya fluktuasi tekanan bahan bakar

Kontruksi :

o Rail dibuat dari pipa baja tempao Diameter dalam kira-kira 10 mmo Panjang rail antara 280-600 mmo Volume bias dibuat sekecil mungkin dan sebesar yang diperlukan

d. Pressure Control Valve

Fungsi :

o 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 :

o Memeriksa/mengukur tekanan di dalam pipa relo 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 : Audi

e. Injector

Fungsi :

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

Pada injector terdapat beberapa komponen utama, yaitu :

o 2/2 electromagnetic servo valveo Nozzleo Valve control chambero Return line

Gaya-gaya yang diperlukan untuk perbaikan fungsi dari injector adalah :

o Gaya pegas nozzleo Gaya pegas katupo Gaya elektromagneto Gaya yang diperlukan untuk menghasilkan tekanan pada valve

control chamber

o 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 :

o Ketika bahan bakar memasuki pipa rail dan melewati Rail-Pressure Sensor, tekanan tersebut akan menekan diafragma sensor sebesar

tekanan yang ada.

o Elemen sensor (semikonduktor device) akan merubah pembacaan dari diafragma sensor tadi menjadi sinyal elektrik yang selanjutnya

dikirimkan ke ECU untuk diproses.

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

o Pada skala pengukuran utama, akurasi pengukurannya kira-kira adalah 2% dari skala penuh.

Sensor-sensor lain yang diperlukan adalah :

o Crankshaft-speed sensoro Camshaft sensoro Accelerator-pedal

traveler sensor

o Boost pressure sensor

o Coolant-temperature sensor

o Air temperature sensoro Air mass meter

g. Pressure-Limitter Valve (komponen tambahan)

Fungsi dan cara kerja :

o Untuk membatasi tekanan yang ada dalam pipa rel agar tidak berlebihan .

o 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.

o Apabila terdapat tekanan yang berlebih pada pipa rel, Pressure limiter valve akan membatasi tekanan dengan cara membuka

saluran pengembali bahan bakar.

o Tekanan yang dijinkan dari Pressure limiter valve adalah maksimum sekitar 1500 (untuk kendaraan baru dapat mencapai

1800 bar).

h. Flow Limiter (komponen tambahan)

Fungsi :

o Untuk mencegah terjadinya injeksi yang berlanjut ketika terjadi ganguan salah satu injector membuka terus.

o 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 :

S u b f u n c t i o n s o f a C R F I s y s t e m

L o w p r e s s u r e c i r c u i t H i g h p r e s s u r e c i r c u i t E C U w i t h s e n s o r s

C O M M O N R A I L F U E L I N J E C T I O N S Y S T E M

a. Low-Pressure Circuit

Low-pressure circuit bertujuan untuk mengalirkan bahan bakar menuju

High-pressure circuit. Aliran bahan bakar pada low-pressure circuit adalah :

Fuel tank

Pre-supply pump

Fuel filter

Saluran pengembali bahan bakar

o 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 :

High pressure pump

Rail (pipa rel)

Pressure-control valve

Rail pressure sensor

Injectors

Saluran tekanan tinggi

o Bahan bakar dari sirkuit tekanan rendah masuk ke pompa tekanan tinggi.

o Didalam pompa tekanan tinggi ini, tekanan bahan bakar dibangkitkan/dinaikkan menjadi tekanan tinggi.

o 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).

o 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).

o 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).

o 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.

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

o Bahan bakar bertekanan tinggi selanjutnya mengalir ke injektor untuk diinjeksikan kedalam ruang bakar. Penginjeksian bahan bakar pada

injektor tergantung ECU sesuai urutan saat penyemprotan.

o 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 :

o Crankshaft-speed sensoro Camshaft sensoro Accelerator-pedal

traveler sensor

o Boost pressure sensor

o Coolant-temperature sensor

o Air temperature sensoro Air mass meter

ECU dan EDC

Rail-pressure sensor

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 Technologi

Contoh 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

8

2

5

3

4

1

7

109

6

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 pump

4. Fuel temperature sender

5. Rail element, cylinder bank I

6. Rail element, cylinder bank II

7. Injectors

8. Retention valve

9. 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.

12

3

Unit :

1. High-pressure pump

2. Fuel metering valve

(fuel metering unit fuel metering unit)

3. Mechanical fuel pump 4.5-6.2 bar

Iron plate

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.

Rail 1

Rail 2Injekto

r

Armature

Compression spring

Valve seat ball

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.

Rail

Restrictor

Cap nut

High pressure line

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 :

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

o Mampu menerima tekanan yang sangat tinggi dari tekanan bahan bakar.

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