SISTEM BAHAN BAKAR MOTOR DIESEL

MOTOR BAKAR

Menurut Karyanto (2001), motor bakar adalah suatu pesawat tenaga yang dapat mengubah energi panas menjadi tenaga mekanik dengan jalan pembakaran bahan bakar.  Menurut pembakarannya motor bakar dibedakan atas dua macam yaitu motor pembakaran dalam (internal combustion engines) dan motor pembakaran luar (external combustion engines).  Motor pembakaran luar adalah suatu pesawat yang energinya untuk kerja mekanik yang diperoleh dengan pembakaran bahan bakar dilakukan di luar motor tersebut, seperti mesin uap dan turbin uap.  Sedangkan  motor pembakaran dalam ialah suatu pesawat yang energinya untuk kerja mekanik yang diperoleh dari hasil pembakaran bahan bakar dilakukan di dalam silinder motor itu sendiri, seperti motor diesel dan motor bensin.

Tabel 1.  Penggolongan motor bakar

                                               ( Sumber :  Arismunandar, 2002 )

K = Kecil, di bawah 1.000 kW

S = Sedang, antara 1.000 – 10.000 kW

B = Besar, di atas 10.000 kW

MOTOR 4 LANGKAH

Motor 4 – langkah menurut Karyanto (2002), adalah suatu motor yang tiap satu silindernya untuk mendapatkan satu kali pembakaran membutuhkan empat kali gerakan piston yaitu dua kali bergerak ke bawah atau dua kali putaran poros engkol.

Gambar 1. Prinsip Kerja Motior Diesel 4 Langkah

Pada motor diesel 4-langkah terdapat langkah-langkah :

1. langkah hisap (Suction - Sroke)
2. langkah kompresi (Compression - Stroke)
3. langkah usaha (Power – Stroke)
4. langkah buang (Exhaust – Stroke)

Gambar 2.  Grafik diagram PV motor 4 langkah

Cara kerja motor diesel 4 langkah (lihat gambar 2)

1.  Langkah hisap (Suction Stroke)

1. Piston bergerak dari titik mati atas (TMA) menuju ke titik mati bawah (TMB).
2. Katup masuk terbuka, katup buang tertutup, karena langkah hisap piston udara murni masuk ke dalam silinder mesin melalui intake manifold katup masuk.

2.  Langkah kompresi (compression stroke)

1. Piston bergerak dari TMB ke TMA.  Katup masuk dan katup buang tertutup.
2. Volume udara yang dikompresikan oleh piston dalam silinder antara 1/12 sampai 1/16 bagian dari seluruh volume silinder.
3. Kompresi udara (kepadatan) sampai tekanan tinggi antara 35-40 kg/cm².

3.  Langkah kerja (Power Stroke)

1. Katup masuk dan katup buang tertutup.
2. Sedikit sebelum piston mencapai titik mati atas (TMA) panas udara yang dikompresi atau dipampatkan mencapai suhu 500 – 700⁰C, kemudian pada saat bersamaan pengabut (Injector Nozzle) menyemprotkan bahan bakar solar yang berbentuk kabut dimana sifatnya mudah terbakar.
3. Setelah tejadi pembakaran bahan bakar tersebut, maka tekanan gas di dalam silinder dengan cepat naik mencapai tekanan 50 kg/cm² dan mendorong piston dari titik mati atas (TMA) menuju ke titik mati bawah (TMB) menghasilkan langkah kerja dari motor tersebut.

4.   Langkah pembuangan (exhaust stroke)

1. Katup masuk tertutup, katup buang terbuka.
2. Piston bergerak dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA), maka sisa-sisa pembakaran tadi dibuang melalui katup buang dan diteruskan ke manifold buang (Karyanto, 2001).

Pengertian Sistem Bahan Bakar

            Pengertian sistem bahan bakar adalah suatu sistem dimana bahan bakar dari tangki penyimpanan dialirkan ke silinder dan dikabutkan ke dalamnya dengan dibantu dengan sebuah pompa (Suhodo, 2002).

            Sistem bahan bakar merupakan sistem yang sangat vital bagi keberhasilan operasi suatu motor diesel mengingat bahwa sangat berkaitan dengan penyediaan tenaga yang berasal dari bahan bakar.

            Sistem pengabutan bahan bakar harus sempurna, karena bila sistem pengabutan bahan bakar yang tidak sempurna akan menyebabkan kekurangan tenaga atau tidak maksimal dan hal ini akan menimbulkan kerugian tenaga serta mempengaruhi daya motor.

Fungsi Sistem Bahan Bakar

            Sistem bahan bakar berfungsi untuk (Surbakty, 1985) :

a.   Mengalirkan bahan bakar dari tangki harian sampai ke  ruang bakar.

b.   Mengatur jumlah bahan bakar yang dikabutkan.

c.   Mengatur saat pengabutan yang tepat.

d.   Mengatur lamanya pengabutan.

e.   Mengabutkan bahan bakar dan memasukannya ke dalam silinder

.f.   Mendistribusikan bahan bakar yang telah ditakar kesetiap silinder.

Metode Pengabutan Bahan Bakar

            Metode pengabutan bahan bakar yang banyak digunakan adalah sebagai berikut :

1.  Pengabutan sistem common rail

            Sistem ini mempunyai pompa tunggal yang menekan bahan bakar kesebuah “header” (common rail atau tabung bersama) dengan tekanan yang tinggi.  Bahan bakar tersebut dialirkan ke pengabut melalui pipa bahan bakar tekanan tinggi.  Saat pengabutan bahan bakar oleh pengabut tersebut diatur oleh gerakkan kam (Boentarto, 1996).

Gambar  3. Sistem pengabutan common rail

Sistem pengabutan bahan bakar dengan common rail memiliki keuntungan, bahwa kontruksinya sederhana sehingga memudahkan dalam pemeliharaan, apabila karena suatu beban kecepatannya turun, secara otomatis aliran bahan bakar ke silinder bertambah (Daryanto, 2004).

2.   Pengabutan sistem pompa pribadi (Individual Jerk Pump)

Pada sistem pompa pribadi setiap silinder dilayani oleh satu pompa penekan bahan bakar.  Jadi, setiap pengabut dilayani oleh satu pompa penekan bahan bakar.  Pompa penekan bahan bakar adalah pompa plunyer yang dilengkapi dengan pengatur kapasitas pengabutan, sedangkan daya untuk menggerakkan pompa diambil dari daya motor itu sendiri.  Pompa penekan bahan bakar dihubungkan dengan nozel melalui pipa tekanan tinggi dan nozel akan memberikan bentuk pengabutan ke dalam silinder sesuai dengan bentuk mulut atau lubang nozel (Boentarto, 1996).

Gambar 4. Sistem pengabutan pompa pribadi

Pompa tipe ini memerlukan ketelitian yang tinggi, baik untuk keperluan timing maupun untuk pengontrolan jumlah bahan bakar yang dikabutkan.  Jumlah pengabutan bahan bakar setiap langkah pompa antara 1/2000 untuk beban penuh sedangkan pada keadaan motor diesel tanpa beban mencampai 1/100.000 dari volume silindernya (Daryanto, 2004).

3.   Pengabutan sistem distribusi (lihat gambar 5)

            Pada sistem distribusi hanya menggunakan sebuah pompa penekan bahan bakar untuk melayani semua pengabut yang ada disetiap silinder.  Pada sistem ini pompa tersebut mengalirkan bahan bakar dengan tekanan tinggi masuk ke dalam distributor.  Pompa penekan bahan bakar pada sistem distributor juga dilengkapi dengan alat pengatur kapasitas (Arismunandar, 2002)

Gambar 5. Pengabutan sistem distribusi

4.   Pengabutan sistem unit pengabut (lihat gambar 6)

            Pada sistem ini tidak diperlukan pipa-pipa tekanan tinggi karena pompa penekan bahan bakar dan pengabut dibuat menjadi satu kesatuan.  Pada setiap silinder dilayani oleh satu pengabut yang bekerjanya diatur oleh poros kam, batang penekan dan tuas.  Pada unit pengabut terdapat sebuah plunyer yang berfungsi untuk menaikkan tekanan bahan bakar, mengatur jumlah bahan bakar dan menentukan saat pemasukan bahan bakar ke dalam silinder (Boentarto, 1996).

Gambar 6. Pengabutan sistem unit pengabut

Sistem bahan bakar motor diesel dibuat sedemikian presisi agar dapat menghasilkan kemampuan yang cukup pada waktu tegangan tinggi.  Jika kebetulan terdapat kotoran kecil atau air masuk kedalam bahan bakar, maka daya tahan pemakaian pompa penekan bahan bakar dan pengabut yang merupakan bagian terpenting dari motor diesel dapat dikurangi.          

Komponen Sistem Bahan Bakar

Komponen sistem bahan bakar yang sering digunakan untuk menyalurkan bahan bakar dan mempunyai fungsi masing-masing sebagai berikut :

Gambar 7. Sistem bahan bakar pada unit besar

Tangki

Tangki yang digunakan dalam sistem bahan bakar terdiri dari dua tangki  yaitu :

a. Tangki penyimpanan (tangki induk)

Tangki penyimpanan suatu sistem bahan  bakar dapat ditempatkan diatas atau di bawah.  Tangki ini dilengkapi dengan penguras air dan penampung endapan.  Ujung pipa hisap bahan bakar harus diletakkan diatas titik yang tidak memungkinkan dicapai  oleh endapan, paling tidak harus 50 atau 75 mm di atas alas.  Tangki harus mempunyai ventilasi dengan puncak yang dilengkapi tutup anti hujan (Maleev, 1995).

b. Tangki harian

Tangki harian merupakan tangki sediaan bahan bakar.  Disebut tangki harian karena harus memuat bahan bakar yang cukup untuk operasi mesin selama satu  hari kerja penuh, atau kira-kira 8 sampai 9 jam.  Tangki harian yang ditempatkan diatas umumnya memanfaatkan gaya grafitasi untuk mengalirkan bahan bakar ke pompa penekan bahan bakar, dan dipasang 300 sampai 450 cm diatas pompa penekan bahan bakar.  Tangki harian yang ditempatkan dibawah harus diatur tidak lebih dari 195 cm dibawah pompa pemindah (Maleev, 1995).

Pompa pemindah bahan bakar

            Setiap instalasi bahan bakar motor diesel  biasanya mempunyai beberapa pompa bahan bakar. Pompa-pompa tersebut yaitu untuk memindahkan bahan bakar secara terus menerus dari tangki dasar  (tangki induk)  ke tangki harian.  Dan satu lagi untuk mengalirkan bahan bakar ke pompa penekan bahan bakar, kalau tangki harian tidak memberikan tekanan yang cukup.

            Instalasi dan kapasitas tangki harian menentukan ukuran pompa yang harus dipakai untuk memindahkan bahan bakar dari tangki penampung bahan bakar yang sering digunakan adalah : Pompa roda gigi, pompa torak dan pompa keping.  Untuk lebih jelasnya lihat gambar 8.

Gambar 8. Pompa Pemindah Bahan Bakar

Saringan

Dalam bahan bakar motor diesel, banyak atau sedikit selalu mengandung kotoran zat padat, yang mana kotoran tersebut sama sekali tidak boleh berada dalam pompa bahan bakar, apalagi dalam pengabut (Injector), hal ini dapat dicegah oleh alat penyaring bahan bakar.  Elemen saringan dapat terdiri dari kain, saringan pelat atau kertas (Daryanto, 2004).

Keadaan yang sangat penting dari operasi motor diesel adalah pemasukan bahan bakar yang benar-benar bersih ke pompa penekan bahan bakar dan pengabut.  Untuk mencapai hal tersebut, langkah pertama membersihkan minyak bahan bakar dengan memasang saringan halus pada sisi isap pompa penekan bahan bakar. 

Gambar  9. Saringan bahan bakar

Saringan bahan bakar ditempatkan di antara pompa penekan bahan bakar.  Tugasnya ialah melakukan penyaringan seteliti mungkin akan kotoran padat yang turut bersama bahan bakar, padatan yang terdapat dalam bahan bakar selain dapat menggosok bidang-bidang plunyer pompa, juga dapat menyumbat lubang-lubang pengabut (Daryanto, 2004).

Katup aliran bahan bakar

Katup pada sistem bahan bakar digunakan sebagai pengatur tekanan, membuka dan menutup aliran bahan bakar serta sebagai penghubung aliran bahan bakar.  Jadi katup ini berfungsi untuk keamanan dalam pengaturan sistem bahan bakar di dalam pipa  (saluran) yang akan dipindahkan dari tempat satu ke tempat yang lain.

Pompa penekan bahan bakar (Injection Pump)

Pompa penekan bahan bakar merupakan suatu kelengkapan motor yang mempunyai tugas untuk menekan bahan bakar solar menuju ke pengabut serta membaginya bahan bakar ke setiap silinder atau ruang bakar motor sesuai dengan urutan pengabutan (Firing Order) dari motor bersangkutan pada waktu dan jumlah yang tepat (Daryanto, 2004).                     

Pompa bahan bakar tekanan tinggi dipakai untuk menekan bahan bakar kedalam ruang bakar pada saat yang telah ditentukan dalam jumlah sesuai dengan daya yang harus dihasilkan.  Di dalam sebuah silinder terdapat sebuah  plunyer yang digerakkan oleh poros nok dari pompa tersebut.

Plunyer merupakan sebuah batang yang terdapat pada alur, pada dinding silindernya terdapat lubang hisap, sedangkan pada kepala silinder terdapat katup yang akan terbuka apabila tekanan mencapai nilai tertentu, lubang hisap akan terbuka dan tertutup oleh batang plunyer. 

Gambar 10.   Bagian-bagian pompa penekan bahan bakar.

Gambar 11. Kedudukan plunyer terhadap silinder pompa sesuai dengan kapasitasnya

Cara kerja pompa penekan bahan bakar

Plunyer bertugas menekan bahan bakar menuju pengabut melalui katup pelepas dan pipa tekanan tinggi.  Bahan bakar ini ditekan oleh plunyer dengan tekanan tinggi.  Pada saat plunyer berada dititik mati bawah bahan bakar mengalir ke dalam silinder melalui lubang pintu pemasukkan ke ruangan penyalur pada bagian atas plunyer.  Pada saat plunyer bergerak ke atas, apabila permukaan dari plunyer bagian atas bertemu dengan bibir atas pintu pemasukkan, bahan bakar mulai mengalir dengan suatu tekanan.  Pada saat plunyer bergerak ke atas lagi, bahan bakar di dalam ruang pengantar mendorong katup pelepas dan keluar melalui pipa tekanan tinggi ke pengabut. 

Pipa Bahan Bakar Tekanan Tinggi

Pipa pengabut bahan bakar tekanan tinggi adalah pipa yang menghubungkan pompa penekan bahan bakar dengan pengabut.  Pipa tersebut harus tahan terhadap tekanan tinggi karena itu pipa tersebut biasanya terbuat dari baja, berdinding tebal dan dibuat dengan diameter luar 6 mm dan diameter dalam 1,6 mm (Arismunandar,W dan Koichi Tsuda, 2004).

Governor(lihat gambar 12)

Governoradalah pesawat yang bertugas mengubah jumlah pemberian bahan bakar, agar putaran (poros motor) tetap pada angka yang telah ditentukan.  Walaupun beban luar berubah, alat tersebut mengatur setiap saat (cepat, teliti dan otomatis). Apabila kecepatan motor naik maka governor segera menggerakkan penakar bahan bakar sedemikian rupa hingga pemberian bahan bakar yang disemprotkan kedalam silinder berkurang.  Dan sebaliknya bila kecepatan motor turun maka governorsegera mereduksi pemberian bahan bakar ke dalam silinder (Arismunandar,W dan Koichi Tsuda, 2004).

Menurut Maleev, 1995 menyatakan bahwa fungsi utama pengatur motor diesel diklasifikasikan sebagai berikut :

1. Pengatur kecepatan konstan, yakni untuk mempertahankan motor agar sama atau hampir sama tanpa beban sampai beban penuh.
2. Pengatur kecepatan variabel ,yakni untuk mempertahankan kecepatan motor yang diinginkan dari kecepatan tanpa kerja sampai kecepatan maksimum tanpa tergantung perubahan beban, kecepatan sendiri diatur dengan tangan.
3. Pengatur pembatas kecepatan, yakni untuk mengendalikan motor minimum dan untuk membatasi kecepatan maksimumnya atau untuk kecepatan minimumnya saja.
4. Pengatur pembatasan beban, yakni untuk membatasi beban yang dapat diambil oleh motor pada setiap kecepatan.

Gambar 12. Governor sentrifugal (bandul)

Pengabut (injector)

Menurut Karyanto, 2002 bahwa pengabut (injector) adalah suatu alat yang gunanya untuk mengabutkan bahan bakar solar dalam bentuk kabut yang sifatnya mudah tebakar pada ruang bakar motor.  Jadi tugas dari pengabut, untuk mengabutkan atau menyebarkan bahan bakar dalam bentuk butiran-butiran halus dan terbagi rata pada kecepatan tinggi ke dalam ruang bakar.  Pengabutan itu diberikan kepada udara yang terdapat dalam ruang bakar pada akhir langkah kompresi, dihasilkan campuran yang heterogen antara udara dan bahan bakar.           

Pengabut akan bekerja pada saat  tertentu sewaktu pompa bahan bakar memompakan bahan bakar dengan tekanan 250-300 kg/cm².  Bahan bakar akan mengalir melalui lubang-lubang kecil pada nosel dan akan menekan jarum melalui sel-sel jarum tersebut.  Dengan adanya penekanan jarum ini maka lubang aliran bahan bakar pada silinder akan terbuka dan bahan bakar bertekanan tinggi akan masuk ke dalam silinder motor.

Gambar 13. Cara kerja pengabut

Cara kerja pengabut

            Pada pengabut terdapat sebuah katup jarum, dimana ujung bawahnya terdiri atas dua bidang kerucut.  Kerucut yang pertama menetap pada dudukannya, sedangkan yang kedua menerima tekanan dari bahan bakar.  Jika gaya yang ditimbulkan bahan bakar melebihi gaya pegas, maka katup akan terangkat ke atas sehingga membuka lubang pengabut (Arismunandar, W dan Koichi Tsuda, 2004).

Penulis :

Lutfi Jauhari

(Widyaiswara)

DAFTAR PUSTAKA

Arismunandar, W dan Kuichi Tsuda, 1983, Motor Diesel Putaran Tinggi, Paramudya Paramita, Jakarta.

Karyanto E, 1986, Teknik Perbaikan, Penyetelan, Pemeliharaan, Trouble Shooting Motor Diesel, Pedoman Ilmu Jaya, Jakarta.

Suharto, 1991, Manajemen Perawatan Mesin, Rimeka Cipta, Jakarta.

Sujanto, 1982, Pesawat kapal 1, Jakarta.

V.L Maleev, M.E. Dr.A.M dan Priambodo B, 1986, Operasi dan Pemeliharaan Mesin Diesel, Erlangga, Jakarta.

Yanmar Diesel, 1980. Buku Petunjuk Mesin Diesel Yanmar, PT Yanmar Indonesia, Jakarta.