INJEKTOR pada motor bakar dan aplikasinya

spray injektor

Ketersediaan bahan bakar fosil di dunia saat ini semakin menipis seiring dengan banyaknya mesin yang menggunakan bahan bakar fossil. Bahan bakar fosil mengharuskan sebuah proses pebakaran sempurna maupun tidak sempurna dengan beberapa komponen penting yang diperlukan agar menghasilkan pembaaran yang optimal. Mesin diesel merpakan mesin dengan pembakaran kotor, hal ini terlihat dengan sisa asap pembakaran yang terlihat leih gelap ika dbandingkan denga pembakaran mesi bnsi, oleh sebab itu memerlukan komponen yang mampu menciptakan kodisi pembajaran maksimal yaitu dengan memerluas bidang pembakaran bahan akar. Alat ini disebut dengan injektor.

Mesin diesel adalah sejenis mesin pembakaran dalam atau sebuah mesin pemicu kompresi, dimana bahan bakar dinyalakan oleh suhu tinggi gas yang dikompresi. Mesin ini ditemukan pada tahun 1892 oleh Rudolf Diesel, yang menerima paten pada 23 Februari 1893. Diesel menginginkan sebuah mesin untuk dapat digunakan dengan berbagai macam bahan bakar termasuk debu batu bara. Dia mempertunjukkannya pada Exposition Universelle tahun 1900 dengan menggunakan minyak kacang. Kemudian diperbaiki dan disempurnakan kembali penemuan tersebut oleh Charles F. Kettering.

Komponen utama dalam sistem bahan bakar diesel di antarnya adalah Injetor atau pengabut atau Nozzle. Injector berfungsi untuk menghantarkan bahan bakar diesel dari injection pump ke dalam silinder pada setiap akhir langkah kompresi dimana torak mendekati posisi TMA. Namun kurang nya akan pengetahuan mengenai pengaplikasian dan perawatan injektor, membuat injektor cenderung bekerja tidak optimal. Oleh karena itu penyusunan makalah ini dibuat dengan maksud memperkenalkan dan meninfirmasikan komponen komponen, cara kerja dan juga beberapa hal penting yang harus dilakukan pada injektor. Selain itu juga diharapkan dapat mengoptimalkan pengaplikasian injektor pada mesin motor bakar dan juga kemungkinan pengaplikasiannya pada penemuan-penemuan lainnya, perawatan secara terperinci dan juga berkelanjutan maka akan menghasilkan injektor yang dapat bekerja dengan baik dan dapat memaksimalkan penggunaan bahan bakar dan juga proses pembakaran.

A.    Injektor

Injektor adalah bagian dari komponen mesin yang digunakan untuk menyemprotkan bahan bakar ke dalam ruang bakar. Sesuai dengan nama nya, injektor memiliki arti menyemprotkan bahan bakar dengan tujuan untuk mengecilkan bentuk dan juga memperbanyak kontak luas permukaan pembakaran agar pembakaran berjalan dengan sempurna dan tidak ada lagi sisa bahan akar pada akhir sisa pembakaran. Selain itu penyemprotan bahan bakar dan juga digunakan untuk menghasilkan nilai panas yang baik, sehingga efisiensi dari setiap siklus pembakaran dapat berjalan dengan sempurna. Dibawah ini salah satu contoh injektor pada suatu sistem pembakaran mesin bahan bakar.

injektor

Injektor banyak digunakan di kendaraan-kendaraan mesin bensin dan diesel, Terdapat dua jenis utama injektor yaitu berdasarkan sumber kerjanya, diantaranya adalah tipe mekanik dan juga tipe elektrik. Kedua perbedaan ini memiliki nilai presisinya masing masing dan juga dengan keuntungan dan kerugian masing-masing. Penjelasan terhadap masing masing injektor berdasarkan sumber kerjanya adalah :

1.      Tipe Mekanik

Injektor mekanik bekerja dengan bantuan sistem mekanik oleh pegas yang di gabungkan secara langsung dengan poros putar nya sehingga sistem kerjanya sudah ajeg sesuai dengan putaran poros nya. Selain itu tipe mekanik ini tidak dapat membaca situasi pembakaran dalam artian hal pembakaran ini selalu menyuplai bahan bakar sesuai dengan kapasitas dia oleh sebab itu habis nya bahan bakar akan selalu dapat terprediksi, namun kekurangannya adalah bahan bakar yang digunakan menjadi cepat habis dan juga boros dalam efisiensi pembakaran.

Injektor mekanik menggunakan sebuah plunger pada barrel injektor untuk memompa bahan bakar bertekanan tinggi ke ruang bakar atau yang kita kenal dengan combustion chamber. Injektor terpasang didalam lubang injektor pada kepala silinder dan mempunyai sebuah pipa penyalur bahan bakar yang saling berhubungan atau padu. Sleeve berfungsi untuk memisahkan nozzle injektor dari air pendingin mesin agar air tidak masuk kedalam ruang pembakaran. Beberapa mesin menggunakan sleeve stainless steel yang terhubung ke kepala silinder yang tersambung langsung ke lampu peringatan tekanan bahan bakar pada injektor.

injektor mekanik

Cara kerjanya yaitu tekanan bahan bakar mgnakibatkan tekanan naik dan menggerakkan pegas pada injektor. Setelah itu katup needle keluar dan bahan bakar tersemprotkan ke dalam ruang bakar. Setelah itu ketika injeksi berakhir tekanan menurun diakibatkan kembalinya katup needle pada posisi semula. Baik atau tidaknya sistem ini di akibatkan oleh tahan atau tidaknya pegas, atau ketahanan pegas yang digunakan. Pegas yang digunakan juga dengan nilai kekakuan yang pas.

2.      Tipe Elektrik

Sesuai dengan namanya injektor elektrik bekerja dengan bantuan sistem elektrikal. Hal ini dilakukan dikarenakan segala sistem nyabekerja dengan sensor dan data yang dapat mengatur seberapa banyak bahan bakar yang harus diijeksikan pada ruang pembakaran. Selain itu diharapkan dengan pengaturan sistem pengeluaran bahan bakar seperti ini maka diharapkan bahan bakar yang digunakan menjadi lebih efisien dalam penggunaan dan menjadi lebih irit bahan bakar.

Bagian yang ada pada tipe elektrik ini adalah katup solenoid elektromagnetik, dan juga piezoelektrik. Pengunaan kedua jenis ini pada dasarnya adalah sistem cerdas dengan control ang baik dan juga feedback yang cepat sehingga mengakibatkan sistem yang berjalan dapat menjadi lebih optimal. Penggunaan elektromekanikal ini memberikan keuntungan karena dapat menjadi lebih mudah di control dan juga di lakukan perawatan atau perbaikan jika pada saat penggunannya menjadi tidak baik. Dibawah ini merupkan mekanisme dan koponen pada tipe katup solenoid.

Pada injektor sistem kelistrikan selain dengan katup elektromagnetik juga menggunakan material piezoelektrik. Penggunaannya secara cara kerja masih sama namun perbedaaannya adalah pada bagian sistem control nya yang berbeda. Karena ini merupakan sistem sensor maka dengan ini sistem menjadi lebih dapat di control dan juga menjadi lebh efesien dalam penggunaan bhan bakar sama dengan penggunaan katup elektromagnetik. Oleh sebab itu penggunaan injektor piezoelektrik juga banyak di gunakan dengan kelebihan dan kekurangannya masing-masing.

Katup injektor elektromagnetk digerakan dengan control piezoelektrik kontrol. Secara hal sama namun yang membedakan adalah feedback nya dari kerja sensor yang ada pada piezoelektrik. Efek piezoelektrik ini dapat terasa akibat distorsi yang diakibatkan arus elektrikal dan juga vice versa. Dalam hal ini material quarzt Kristal yang dapat digunakan. Materoal piezoelektrik adalah material yang akan menimmbulkan arus listrik ika terjadi distorsi atau dislokasi pada elemen material nya. Pada penggunaan injektor jenis ini akan menjadi lebih presisi dengan nilai 1 mm³ keluaran bahan bakar. Selain sistem keluaran bahan bakar, maka semuanya sama yaitu sistem penyemprotan dan juga nozzle yang digunakan juga ukuran dan bentuk lubang nozzlenya.

B.     Bagian – Bagian Injektor

Secara garis besar injektor terdiri dari nozzle body dan needle. Dimana yang memiliki fungsi untuk membuat bahan bakar menjadi hal nya kabut. Hal itu dapat dilakukan dikarenakan geometri bentuk dan juga geometri aliran fluida yang mengakibatkan bahan bakar dapat menjadi titik-titik udara. Titik - titik udara bahan bakar tersebut lah yang digunakan sebagai bahan pembakaran yang dilakukan proses pembakaran. Dari bagian utama injektor tersebut seperti nozzle body dan needle tidak dapat dipisahkan, hal ini dikarenakan keduanya dikerjakan dengan presisi dan toleransi 1/1000 mm. 

Fungsi dari setiap bagian bagian ijektor diantaranya adalah nozzle holder digunakan untuk mejadi penekan dan alran bahan bakar masuk ke sistem injektor. Bagian kedua yaitu overflow pipe, yang digunakan sebagai jalannya masuknya udara yang digunakan untuk menekan bahan bakar agar menghasilkan tekanan tinggi. Adjusting washer berfungsi untuk menentukan cukup atau tidaknya bahan bakar yang ada didalam injektor untuk disemprotkan ke ruang pembakaran. Pegas tekanan berfungsi untuk penekan needle untuk membuka dan menutup. Nozzle needle berfugsi sebagai katup keluar dari bahan bakar bertekanan untuk kemudian diteruskan ke nozzle body untuk kemdian menghasilkan perckn bahan bakar yang sangat kecil. Kecilnya diameter dari bahan bakar yang digunakan diantaranya 12 – 14 µm.

C.    Langkah Kerja Injektor

Sama dengan siklus mesin lainnya, maka injektor juga memiliki siklus kerja yang dilakukan berulang dan juga dengan keterulangan yang baik. Ketrulangan ini disebut dengn siklus dan langkah kerja yang paling optimal dari suatu injektor. Langkah kerja ang diluakukan injektor diantaranya adalah :

1.      Langkah Pre Injektion

Banyaknya bahan bakar yang masuk pada ruangan plunger dimulai ketika injektor lift valve berada di titik atas dan pada saat fuel injection berada pada posisi stroke. Ketika tailstock valve dan nozzel valve dalam keadaan terbuka maka ruangan plunger pada barrel akan terisi dengan bahan bakar. Bahan bakar keluar dari ruangan plunger ketika piston mendorong lift valve dan plunger kebawah sehingga fuel didalam barrel keluar melalui check valve pada ujung nozzle block untuk disuplay ke kepala silinder. Bahan bakar mengalir melewati tailstock valve dan masuk kedalam melalui lubang pada piston dan diteruskan ke saluran injeksi bahan bakar.

2.      Langkah Start of Injektion

Untuk memulai injeksi,ECM mengirimkan arus ke cathridge solenoid valve dan Solenoid menciptakan medan magnet untuk menarik angker atau armature . Ketika solenoid diberi energi listrik, angker assembly mengangkat tailstock valve sehingga tailstock valve berhubungan atau bersambungan dengan tailstock seat valve. Apabila tailstock valve bersambungan dengan tailstock seat valve maka jalur suplai bahan bakar menuju plunger akan tertutup. Tekanan Bahan bakar terus mendorong plunger sehingga terjadilah peningkatan tekanan. Pada saat tekanan bahan bakar lebih besar dari pada gaya pegas dari nozzel valve atau meningkat sekitar 34.500 kPa maka nozzle valve bergerak terangkat dari nozzel seat dan bahan bakar mengalir keluar melalui ujung injektor. Ini dinamakan awal dari injeksi / Pre-injection.

3.      Langkah End of Injektion

Injeksi dilanjutkan pada saat plunger injektor bergerak ke bawah dan arus listrik pada solenoid mempertahankan nozzel valve untuk terus menutup tailstock valve. Ketika tekanan injeksi tidak lagi diperlukan, ECM berhenti mengalirkan arus listrik ke solenoid sehingga fuel pressure Spring injection fuel membuka tailstock valve. Fuel bertekanan tinggi sekarang dapat mengalir melalui ruang yang dibuka oleh tailstock untuk mencapai saluran injector bahan bakar. Hal ini menyebabkan penurunan yang cepat dalam tekanan injeksi. Apabila tailstock terbuka maka dengan sendirinya tekanan bahan bakar terus berkurang. Pada saat tekanan bahan bakar menurun hingga 24.000 kPa maka check valve menutup kembali jalur bahan bakar dan nozzle mulai menyemprotkan bahan bakar kedalam combustion chamber. Ini adalah akhir dari injeksi.

4.      Langkah Pengisian Ulang (Filling)

Ketika piston mencapai bagian bawah barel, tidak ada bahan bakar untuk dipaksa keluar dari ruangan plunger maka lift Valve dan spring valve menarik plunger kembali ke atas. Gerakan ke atas pada piston menyebabkan tekanan di dalam ruangan sekitar piston menurun dan lebih rendah daripada tekanan bahan bakar. Bahan bakar mengalir dari saluran fuel injection dan tailstock valve terbuka pada saat plunger sedang bergerak naik keatas. Ketika piston mencapai puncak stroke, ruangan piston sudah diisi dengan fuel dan aliran fuel ke ruangan pada plunger berhenti. Setelah berakhir mekanisme ini, maka mekanisme selanjutnya akan sama dengan persiapan proses injeksi atau disebut dengan pre-injektion.

D.    Perawatan Kerusakan Pada Injektor

Injektor merupakan komponen terpenting dalam mesin diesel dan apabila tidak bekerja dengan sempurna maka akan berpengaruh besar terhadap kinerja mesin diesel. Pada mesin diesel mekanisme sistem pengabutan bahan bakar sangat penting dijaga kondisinya agar maksimal proses pembakaranya. Injektor yang baik pada mesin diesel dapat memaksimalkan kinerja serta peforma mesin. Kerusakan yang biasa terjadi pada injektor dan elemennya diantaranya adalah :

*  Asap hitam di exhaust manifold.

*  Performa mesin yang buruk dan kekurangan tenaga.

* Starting mesin sulit untk dilakukan karena terhambatnya aliran bahan bakar untuk pembakaran awal pada proses pembakaran.

* Putaran idle yang kasar dan misfire.

*  Meningkatnya konsumsi bahan bakar.

* Mesin yang terlalu panas (engine overheating)

perawatan injektor sangat mudah bila dilakukan secara berkala. Cara menganalisis gangguan dan cara mengatasi tenaga mesin berkurang pada mesin dengan sistem injektor adalah melakukan langkah pemeriksaan dan selanjutnya dilakukan langkah perbaikan sesuai spesifikasi atau dilakukan penggantian suku cadang atau komponen bila kerusakan melebihi limit yang telah ditentukan.Prosedur pemeriksaan dan perbaikan komponen jika tenaga berkurang pada mesin Pemeliharaan injektor dilakukan setiap 2400 jam atau setiap 2 tahun. Pemeriksaan nozzle yang dapat dilakukan diantaranya pada tekanan penginjeksian nozzle, Pola semprotan nozzle dan kebocoran pada ujung nozzle