Embed Size (px)
DESCRIPTION
fungsi dan cara kerja commonrail
Citation preview
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 pump
o High-pressure pump
o High-pressure accumulator
(rail)
o Pressure-control valve
o Rail-pressure sensor
o Injectors
o ECU with sensors
o Pressure-limitter valve
o 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 gear
o Pengiriman jumlah bahan bakar proporsional sesuai putaran engine
o Terdapat shut off elektromagnetis untuk menutup saluran
2. Tipe elektrik
SuctionDischarge
Terdiri dari :
o Roller cell pump
Roller cell digerakkan oleh elecrik motor
o Electric motor
o Non-return valve
b. High Pressure Pump
Elecric motorNon-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 bakar
o Mencegah terjadinya fluktuasi tekanan bahan bakar
Kontruksi :
o Rail dibuat dari pipa baja tempa
o Diameter dalam kira-kira 10 mm
o Panjang rail antara 280-600 mm
o 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 rel
o 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 valve
o Nozzle
o Valve control chamber
o Return line
Gaya-gaya yang diperlukan untuk perbaikan fungsi dari injector adalah :
o Gaya pegas nozzle
o Gaya pegas katup
o Gaya elektromagnet
o 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 sensor
o Camshaft sensor
o Accelerator-pedal
traveler sensor
o Boost – pressure sensor
o Coolant-temperature
sensor
o Air temperature sensor
o 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 :
Sub functions of a CRFI system
Low pressure c ircuit H igh pressure c ircuit ECU w ith sensors
COM M ON RAIL FUEL INJECTION SYSTEM
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 :
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
High – pressure pump
Rail (pipa rel)Pressure-control valve
Rail –pressure sensorInjectors Saluran tekanan tinggi
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 sensor
o Camshaft sensor
o Accelerator-pedal
traveler sensor
o Boost – pressure sensor
o Coolant-temperature
sensor
o Air temperature sensor
o 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 : 1–5–4–8–6–3–7–2
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 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
8
2
5
3
4
1
7
10
9
6
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)
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
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
Rail 1
Rail 2
Injektor
Iron plate
Armature
Compression spring
Valve seat ball
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 :
Rail
Restrictor
Cap nut
High pressure line
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 :
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).
