Basic Fuel System Manual Book

PT. Prasasta Apta Tara

Prasasta Learning Centre

Manual Book
Basic Fuel System

DOCUMENT NO.

This document is the property of PT PRASASTA APTA TARA. Making copies is prohibited without
authorized permission from Research & Development Division. Only authorized copies can be
used as working references.

Catatan Revisi Uraian Singkat Revisi Dipersiapkan Diperiksa Disetujui
Rev. Tanggal
Oleh Oleh Oleh

Basic Fuel System
DAFTAR ISI

ULASAN MENGENAI PRINSIP- PRINSIP MESIN ..............................................................4
PENGOPERASIAN SIKLUS EMPAT LANGKAH (EMPAT TAK).............................................. 4
PENGOPERASIAN SIKLUS DUA LANGKAH (DUA TAK) ....................................................... 4
PERBEDAAN ANTARA MESIN BERBAHAN BAKAR BENSIN DAN MESIN DIESEL ............. 5
RUANG PEMBAKARAN .......................................................................................................... 9
KONSEP INJEKSI.................................................................................................................. 12
KONDISI PENGOPERASIAN MESIN DIESEL....................................................................... 13
PEMBAKARAN ...................................................................................................................... 15
TAHAP-TAHAP PEMBAKARAN ........................................................................................... 15
ISTILAH-ISTILAH PEMBAKARAN ......................................................................................... 16
TIPE SISTEM BAHAN BAKAR ENGINE DIESEL CATERPILLAR ....................................17
SISTEM BAHAN BAKAR PUMP & LINE ................................................................................ 18
SISTEM BAHAN BAKAR MECHANICAL ACTUATED UNIT INJECTOR (MUI) ..................... 44
MECHANICAL ACTUATED ELECTRONIC CONTROLLED UNIT INJECTOR (MEUI/EUI .... 50
KOMPONEN UTAMA SYSTEM INJECTOR EUI..................................................................... 53
TAHAPAN PENGINJEKSIAN.................................................................................................. 56
HYDRAULICALLY ACTUATED ELECTRONIC CONTROLLED UNIT INJECTOR (HEUI)..... 57
GRAFIK HEUI INJECTION PRESSURE ................................................................................. 59
PRINSIP KERJA HEUI SYSTEM ............................................................................................ 61
ELECTRONIC SENSOR DAN PENGONTROL SYSTEM...............................................100
ELECTRONIC CONTROL MODULE ................................................................................... 113
COMMON RAIL INJECTION ...........................................................................................117
CRI FUEL LINE.................................................................................................................... 119
CRI FUEL SYSTEM DIAGRAM............................................................................................ 123
FUEL SUPPLY PUMP.......................................................................................................... 124
FEED PUMP (LOW PRESSURE FUEL PUMP).................................................................... 127

Page 3

Basic Fuel System

PENDAHULUAN

ULASAN MENGENAI PRINSIP- PRINSIP MESIN

1.0 PENGOPERASIAN SIKLUS EMPAT LANGKAH (EMPAT TAK)

Prinsip pengoperasian siklus mesin pembakaran kompresi empat
langkah/empat tak serupa dengan siklus Otto. Perbedaan mendasar yang ada
diantara keduanya adalah bahwa pada siklus mesin empat langkah
pengkompresian yang dilakukan di dalam mesin pembakaran kompresi hanyalah
pengkompresian udara, bukan pengkompresian yang merupakan campuran bahan
bakar dan udara.

Mesin pembakaran kompresi dengan siklus empat langkah/empat tak mengharuskan:

Induction stroke terjadi pada saat piston menggerakkan silinder ke bawah dan
melakukan pengisian udara yang baru.

Compression stroke yang menaikkan suhu pengisian udara pada dasarnya telah
mencapai suhu yang cukup tinggi untuk melakukan pembakaran terhadap bahan bakar
seperti halnya saat compression stroke tersebut diinjeksi di dekat bagian atas compression
stroke tersebut.

Power stroke dimulai dengan terjadinya peningkatan suhu yang disebabkan karena
adanya pemuaian yang cepat pada proses pembakaran bahan bakar. Tekanan yang tinggi
tersebut menggunakan energinya pada piston sehingga menyebabkan piston tersebut
menggerakkan silinder ke bawah. Selama proses power stroke ini, tekanan pada piston
dipertahankan dengan cara memperpanjang waktu penginjeksian bahan bakar.

Exhaust stroke berfungsi untuk mengeluarkan gas-gas pembakaran dari silinder
ketika piston menggerakkan silinder kembali ke arah belakang.

Pada sebuah mesin empat langkah/empat tak, power stroke per silinder terjadi setiap dua
putaran.

1.1. PENGOPERASIAN SIKLUS DUA LANGKAH (DUA TAK)

Mesin pembakaran kompresi dua langkah menyelesaikan satu putaran
crankshaft untuk satu siklus pengoperasian. Proses yang terjadi pada siklus
pengoperasian (induksi, kompresi, power, dan buangan) serupa dengan proses yang
terjadi pada siklus empat langkah tetapi terdapat pengaturan ulang interval waktu.

 Pada proses induksi, silinder dibersihkan dan dialiri udara yang bersih.
 Pada proses kompresi, piston menggerakkan silinder ke atas dan

mengkompresi pengisian udara dan meningkatkan suhu hingga mencapai titik
pembakaran.
 Pada proses power, bahan bakar diinjeksi dengan BTDC dan pembakaran pun
dimulai. Power stroke di mulai bersamaan dengan terdorongnya silinder ke bawah
oleh piston.
 Pada proses pembuangan, pada saat piston bergerak mendekati BDC katup
pembuangan terbuka sehingga gas-gas pembakaran pun dikeluarkan.
 Tempat penginduksian dibongkar pada saat piston mencapai BDC dan
bersamaan dengan itu proses pembersihan pun terjadi.

Page 4

Basic Fuel System

Metode Pembersihan (Scavenging)
Proses pembersihan (scavenging) dimana gas-gas pembakaran dikeluarkan dengan

cepat dari silinder merupakan suatu masalah yang dialami oleh seluruh engine dan secara
khusus dialami pula oleh mesin dua langkah.

Mesin empat langkah dengan piston menggerakkan silinder ke atas kemudian
mulai membersihkan gas-gas yang ada serta sisa pembakaran dengan menggunakan
udara yang diisikan pada valve overlap period.

Metode uniflow scavenging digunakan untuk mengatasi masalah pembersihan sisa
gas-gas pembakaran pada mesin diesel dua langkah.

Uniflow Scavenging
Uniflow scavenging adalah metode pembersihan dimana udara masuk ke dalam

silinder melalui salah satu ujung silinder sedangkan gas buang keluar dari silinder melalui
ujung lainnya.

Blower
Blower merupakan pemompaan udara secara mekanis yang harus dipasangkan

pada seluruh mesin diesel dua langkah. Blower meningkatkan tekanan udara yang
masuk yang berkisar antara 20 sampai 50 kPa dan kenaikan tekanan ini dibantu oleh
proses pengeluaran gas-gas buang yang efisien (scavenging).

Turbocharger
Turbocharger merupakan pompa pembuangan udara sisa yang dipasang dengan

tujuan untuk meningkatkan power mesin baik pada mesin dua langkah maupun mesin empat
langkah.

1.2 PERBEDAAN ANTARA MESIN BERBAHAN BAKAR BENSIN DAN MESIN
DIESEL

Mesin berbahan bakar bensin dan mesin diesel adalah mesin-mesin pembakaran
internal (IC) yang dioperasikan baik pada mesin dengan siklius dua langkah maupun mesin
dengan siklus empat langkah. Dalam hal kontruksi dasarnya, kedua jenis engine tersebut
memiliki kesamaan. Perbedaan utama diantara kedua mesin tersebut terletak pada metode
permulaan pengisian bahan bakar ke dalam ruang pembakaran dan cara-cara yang
dilakukan untuk menyalakan bahan bakar tersebut. Akan tetapi, walaupun disain dasar
kedua mesin tersebut sama tetapi fitur-fitur mesin dan karakteristik performa mesin dapat
memiliki banyak perbedaan.

Page 5

Basic Fuel System

Fitur-fitur yang harus Mesin Diesel Kecepatan Mesin Berbahan Bakar
ada Tinggi Bensin

Bahan bakar yang dipakai Solar grade “A” (Distilasi) Bensin atau gas
Carburettor atau Injector
Masuknya Fuel ke
BCaylginadimerana Injector

Dimana Combustion Chamber Manifold atau Inlet Port
Kapan
Ketika Compression Stroke hamper Selama Induction Stroke
berakhir

Rasio Kompresi Dari 14:1 hingga 24:1 Dari 7:1 hingga 11:1

Tekanan Kompresi \ 3150 kpa hingga 3850 kpa 770 kpa hingga1400 kpa

Suhu Kompresi 420oC hingga 550oC hingga 250oC

Pengapian/Ignition Terjadi secara spontan akibat Bunga api listrik (spark)

panas dari udara yang

Maximum Crankshaft 2te0r0k0omhipnrgegsai 4000 rpm 4000 hinggao 6000 rpm

(RPM) Sedikit bervariasi dalam rentang Sangat bervariasi dalam rentang
Torsi kecepatan (speed range) kecepatan (speed range

Thermal Efficiency 35% hingga 40% 25% hingga30%

Tingkat rata-rata CO 0.1% hingga 0.2% hingga 4%
dalam gas buangan Hanya bahan bakar Volume campuran udara/fuel

Kontol kecepatan

BAGAN 1 – BAGAN PERBANDINGAN

Bagan 1 di atas memberikan gambaran tentang perbedaan yang ada antara mesin
berbahan bakar bensin dengan mesin diesel berkecepatan tinggi berdasarkan ukuran yang
dapat dibandingkan.
Pengisian Bahan Bakar ke Ruang Pembakaran

Pada mesin diesel, udara hanya dikompresi pada compression stroke. Pengisian
bahan bakar diperlukan untuk menghasilkan power stroke pada setiap silinder. Pengisian
bahan bakar tersebut diukur dengan seksama dan diberi tekanan oleh pompa injeksi bahan
bakar. Bahan bakar tersebut melewati injektor bertekanan tinggi melalui pipa-pipa dan
selanjutnya disemprotkan ke dalam ruang pembakaran dimana bahan bakar tersebut
bercampur dengan udara panas yang telah mengalami proses pembakaran dan kompresi.

Sedangkan pada mesin berbahan bakar bensin, bahan bakar dan udara dicampur
pada bagian throat of carburettor. Selanjutnya, campuran udara dan bahan bakar pada
karburator tadi dialirkan melalui inlet manifold lalu menuju ke ruang pembakaran.

Rasio Kompresi

Rasio kompresi adalah perbandingan volume udara di dalam silinder ketika piston
berada pada BDC dengan volume udara yang baru masuk ke silinder ketika piston berada
pada TDC. Volume udara yang baru masuk ke silinder pada saat piston berada pada BDC
sama dengan volume udara yang dikeluarkan (volume udara dikeluarkan oleh piston)
ditambah dengan volume udara bersih (ketika piston berada pada TDC sama dengan
volume bersih). Oleh karena itu,

Page 6

Basic Fuel System

Rasio kompresi = Volume udara yang dikeluarkan + Volume udara bersih
Volume udara bersih

Untuk dapat melakukan pembakaran pada bahan bakar yang diinjeksikan maka rasio
kompresi mesin diesel harus lebih tinggi daripada rasio kompresi mesin berbahan bakar
bensin.

Tekanan Kompresi
Tekanan kompresi yang terjadi pada mesin diesel selama proses pengoperasian

mesin hanya mengalami sedikit perubahan. Hal ini bertentangan dengan mesin berbahan
bakar bensin dimana tekanan kompresi diatur oleh banyaknya katup gas yang berada dalam
posisi terbuka.

Suhu Kompresi
Suhu kompresi dapat diartikan sebagai suhu yang dicapai oleh udara yang

terkompresi di dalam silinder mesin Pembakaran Internal yang ada pada compression stroke.

CATATAN:
Suhu kompresi adalah suhu yang dicapai oleh udara karena adanya pengkompresian di
dalam silinder. Suhu kompresi bukanlah suhu gas-gas dalam silinder yang terjadi pada saat
berlangsungnya proses pembakaran.

Pada saat udara di dalam silinder mesin diesel dikompresi hingga mencapai level
yang lebih tinggi dari pada level udara di dalam silinder mesin berbahan bakar bensin, hal ini
mengakibatkan suhu kompresi pada mesin diesel menjadi lebih besar daripada suhu
kompresi mesin berbahan bakar bensin.

Suhu kompresi udara yang sebenarnya di dalam silinder mesin pembakaran internal
sangatlah tergantung pada suhu kompresi yang mana suhu kompresi ini sendiri ditentukan
pula oleh rasio kompresi dan kelayakan mesin secara mekanis.

Pengisian Bahan Bakar

Pengisian bahan bakar yang diinjeksikan ke dalam silinder mesin diesel dinyalakan
oleh panas dari udara yang dikompresi di dalam silinder. Sementara pada mesin berbahan
bakar bensin, percikan listrik digunakan untuk membakar campuran uap bensin dan udara
yang dikompresi di dalam mesin silinder. Hal ini disebabkan karena tidak praktis untuk
menggunakan pembakaran kompresi di dalam mesin berbahan bakar bensin karena
tekanan kompresi yang terjadi tidak cukup tinggi untuk menghasilkan suhu yang diperlukan
untuk membakar bahan bakar.

Waktu pembakaran pada mesin berbahan bakar bensin diatur oleh waktu percikan
listrik (spark timing).
Waktu pembakaran pada mesin diesel di atur oleh waktu penginjeksian.

Crankshaft RPM
Komponen gerak pada mesin diesel harus dibuat dengan konstruksi yang lebih berat

dibandingkan konstruksi yang ada pada mesin berbahan bakar bensin karena mesin diesel
mengalami tekanan silinder yang lebih tinggi. Karena inertia sebanding dengan kecepatan

Page 7

Basic Fuel System

pergerakan maka kecepatan crankshaft mesin diesel harus dibatasi untuk dapat
mempertahankan gaya inertia pada komponen gerak tersebut tetap dalam batas yang masih
diperkenankan.

Torsi

Perbedaan karakteristik torsi pada mesin berbahan bakar bensin dan mesin diesel
berhubungan langsung dengan pembakaran pada saat pengisian bahan bakar dan disain
mesin. Pada mesin berbahan bakar bensin, tekanan maksimum silinder yang terjadi setelah
pembakaran hanya terjadi sesaat. Sedangkan pada mesin diesel, tekanan maksimum
silinder terjadi beberapa kali setelah piston memulai power strokenya.

Torsi pada sebuah mesin berbahan bakar bensin sangatlah bervariasi karena
memiliki kisaran kecepatan yang lebih besar. Sedangkan torsi pada mesin-mesin diesel
memiliki torsi yang lebih konsisten karena mesin-mesi diesel tersebut diatur sedemikian
sehingga memiliki kisaran kecepatan yang lebih kecil.

Effisiensi Termal

Efesiensi termal pada sebuah mesin menunjukkan seberapa efektif mesin tersebut
mengkonversi atau mengubah energi kimia dari bahan bakar yang disuplai menjadi bahan
bakar yang berguna. Telah terbukti bahwa semakin besar jumlah bahan bakar atau udara
yang dikompresi maka semakin besar pula jumlah energi panas yang dilepaskan ketika
pembakaran terjadi. Mesin diesel menggunakan rasio kompresi yang tinggi sehingga
pembakaran pun terjadi dalam kondisi tekanan silinder yang tinggi. Akibatnya, pembakaran
bahan bakar dalam jumlah yang besar dapat dilakukan secara efisien. Hal ini memberikan
tersedianya sejumlah besar energi panas untuk digunakan dalam pengoperasian di dalam
piston.

Sebaliknya, mesin berbahan bakar bensin menggunakan tekanan kompresi yang
lebih rendah. Akibatnya, jumlah bahan bakar yang terbakar secara efektif pada mesin ini
tidak akan sebanyak jumlah bahan bakar yang terbakar pada mesin diesel. Oleh karena itu,
jumlah energi panas yang dihasilkan dari bahan bakar yang disuplai ke mesin berbahan
bakar bensin akan lebih sedikit daripada jumlah energi panas yang dihasilkan dari bahan
bakar yang disuplai ke mesin diesel.

Mesin diesel memiliki daya hemat bahan bakar yang lebih baik daripada mesin
berbahan bakar bensin karena efisiensi termal pada mesin diesel lebih tinggi dibandingkan
efisiensi termal pada mesin berbahan bakar bensin.

Gas-gas Buang

Gas-gas buang yang dikeluarkan pada umumnya berupa karbondioksida karena
adanya kelebihan udara yang disebabkan oleh pembakaran hampir sempurna (pembakaran
seluruh bahan bakar yang ada). Kandungan gas karbon monoksida pada gas-gas buang
mesin diesel sangatlah rendah (sekitar 0.1%). Kandungan zat-zat pencemar lainnya seperti
hidrokarbon dan asap yang dapat terlihat juga dapat ditemukan dalam emisi gas-gas buang
ini. Akan tetapi, pada mesin berbahan bakar bensin, kandungan gas karbon monoksida
pada gas-gas buangnya lebih tinggi (sekitar 2-4%) karena pembakaran yang terjadi pada
mesin ini tidak terlalu sempurna.

Pengaturan Kecepatan

Pada mesin diesel, kecepatan dan tenaga mesin dikontrol oleh adanya variasi jumlah
bahan bakar yang diinjeksikan ke dalam sebuah silinder yang dipenuhi oleh udara yang

Page 8

Basic Fuel System
dikompresi. Sedangkan pada mesin berbahan bakar bensin, kecepatan mesin dikontrol oleh
volume bahan bakar dan udara.
1.3 RUANG PEMBAKARAN
Tipe-tipe Ruang Pembakaran yang digunakan pada mesin diesel komersil adalah:

 Injeksi langsung atau ruang pembakaran terbuka
 Ruang pembakaran yang terpisah dengan injeksi tak langsung

- Swirl chamber
- Ruang pre-combustion

Disain Ruang Pembakaran
Disain ruang pembakaran dapat mempengaruhi efisiensi bahan bakar dan performa

mesin. Disain piston dan metode yang digunakan untuk menginjeksi bahan bakar ke dalam
silinder menentukan seberapa cepat dan seberapa lengkap pembakaran bahan bakar dapat
dilakukan. Pompa dan sistem jaringan memiliki dua tipe disain ruang pembakaran yaitu:

 Ruang pre-combustion (PC)
 Injeksi langsung (DI).

Disain pre-combustion chamber digunakan pada disain awal mesin diesel akan tetapi
sekarang ini tidak lagi digunakan oleh sebagian besar pabrik pembuat. Seluruh engine yang
ada sekarang diproduksi oleh Caterpillar dengan menggunakan konsep Penginjeksian
Langsung Bahan Bakar.
Injeksi Langsung atau Ruang Pembakaran Terbuka

Gambar 3 – Ruang Terbuka

Seluruh udara dikompresi di dalam silinder utama. Bagian atas piston biasanya
dibentuk untuk membuat ruang pembakaran. Bentuk lubang pada piston daapt berbentuk
bulat, berbentuik silinder, atau berbentuk mangkuk. Bagian turbulensi diinduksi oleh angled
intake ports, disain masked intake valve, dan bentuk piston crown (Gambar 3).
Karakteristik:

Page 9

Basic Fuel System

 Efisiensi termal yang tinggi
 Daya hemat bahan bakar yang baik
 Mesin dihidupkan dengan mudah dalam kondisi dingin.
Kelemahan:
 Ukuran lubang injektor kecil sehingga memberikan hambatan dengan mudah.
 Tekanan injeksi yang tinggi diperlukan agar dapat masuk ke dalam udara yang

memiliki tingkat kompresi yang tinggi.
 Mesin dijalankan dengan tidak mulus pada kondisi kecepatan rendah karena

meningkatnya keterlambatan pembakaran yang disebabkan oleh terbatasnya
turbulensi.

Gambar 4 – Direct Injection Fuel Nozzle

Pada disain ruang pembakaran dengan injeksi langsung, bahan bakar diinjeksikan
secara langsung ke dalam silinder melalui nozzle (Gambar 4).
Ruang Swirl

Gambar 5 – Ruang Swirl

Ruang swirl (Gambar 5) juga dikenal dengan sebutan:
 Ruang turbulensi
 Ruang swirl kompresi
 Ruang pengaliran udara
 Anti-ruang pengaliran udara
Pada umumnya ruang swirl (swirl chamber) yang dibuat di dalam cylinder head

berberntuk bulat dan dihubungkan ke silinder utama dengan menggunakan sebuah inclined
throat.

Selama proses kompresi pengisisan udara, udara dialirkan ke silinder melalui throat
lalu menuju ke ruang swirl (swirl chamber). Hal ini menyebabkan terjadinya pusaran
kecepatan udara yang tinggi sehingga menghasilkan campuran udara dan semprotan bahan
bakar yang diinjeksi menjadi lebih baik. Dengan demikian dapat mengurangi adanya
keterlambatan pembakaran.
Karakteristik ruang swirl adalah:

 Pembakaran terjadi dengan cepat dan hampir sempurna.

Page 10

Basic Fuel System
 Ketukan diesel” berkurang.
 Penurunan keterlambatan waktu pembakaran memberikan output torsi yang

lebih dapat disesuaikan.
 Pada beberapa disain swirl chamber yang efisien, tenaga bertambah dan

penggunaan bahan bakar berkurang.
 Beberapa bentuk dari pre-heating biasanya diperlukan untuk memungkinkan

mesin dapat dihidupkan pada kondisi dingin.
 Sejumlah panas dari kompresi dan pembakaran hilang dan masuk ke dinding-

dinding ruang yang terpisah.
 Ada kecenderungan tertinggalnya gas-gas pembakaran di ruang swirl (swirl

chamber) yang diakibatkan oleh proses pembersihan (scavenging) yang kurang baik.
Kekurangan ruang swirl adalah:

 Banyaknya panas yang terbuang.
 Alat bantu untuk menghidupkan mesin dalam kondisi dingin diperlukan.
 Pembersihan gas-gas buang yang tidak efisien.
 Rasio kompresi yang lebih tinggi diperlukan.
Ruang Pre-Combustion

Gambar 6 – Ruang Pre-Combustion

Ruang yang dilengkapi dengan cylinder head dihubungkan ke silinder oleh sebuah
saluran kecil. Tidak ada udara swirl yang diinduksikan selama prose kompresi (Gambar 6).

Bahan bakar diinjeksikan ke dalam ruang (chamber) yang menjadi tempat dimulainya
pembakaran. Pada saat tekanan meningkat, campuran pembakaran didorong melewati
saluran kecil tersebut dan bercampur dengan udara di dalam silinder utama. Silinder utama
merupakan tempat terjadinya pembakaran yang lengkap dan tetap dimana pembakaran
tersebut terjadi pada tekanan silinder yang relatif rendah.

Page 11

Basic Fuel System

Gambar 7 - Pre-combustion chamber nozzle

Dalam sebuah sistem pre-combustion (PC), bagian ujung pre-combustion
dipasangkan langsung ke cylinder head (Gambar 7). Bagian ujung tersebut menginjeksi
bahan bakar ke dalam ruang pre-combustion yang merupakan tempat dimana bahan bakar
tersebut dibakar. Energi yang ada kemudian mendorong sisa bahan bakar ke dalam ruang
utama yang menjadi tempat terjadinya pembakaran lengkap. Pada beberapa mesin, glow
plug digunakan untuk menghangatkan udara pada saat sedang menghidupkan mesin.
Karakteristik ruang pre-combustion:

 Gejala Knocking diesel lebih sedikit
 Putaran mesin lebih halus
 Glow plug diperlukan untuk menyalakan mesin dalam kondisi dingin
 Diperlukan tekanan kompresi yang tinggi
 Efisiensi termal lebih rendah
 Menggunakan injektor tipe pintle
Kekurangan ruang pre-combustion:
 Banyaknya panas yang hilang di dalam ruang bakar
 Diperlukan alat bantu untuk menyalakan mesin pada Kondisi dingin
 Pembersihan yang tidak efisien dari gas-gas buang
 Rasio kompresi yang lebih tinggi diperlukan.

1.4 KONSEP INJEKSI

Sebagian besar pabrik pembuat melanjutkan pengembangan sistem bahan bakar
yang baru dan memperbaiki sistem yang telah ada sebagai usaha untuk meningkatkan
performa dan efisiensi mesin serta mengurangi emisi mesin. Kami akan meninjau kembali
konsep injeksi sebelum membahas tiga sistem yang ada secara terperinci.

Pada mesin-mesin diesel, bahan bakar diinjeksi selama proses compression stroke
sebelum piston mencapai bagian top dead centre. Prinsip dasar penginjeksian bahan bakar
yaitu bahwa penginjeksian bahan bakar dilakukan dengan jumlah bahan bakar yang tepat
dan pada waktu yang tepat untuk menghasilkan besarnya horsepower sebagaimana yang
diperlukan.

Gambar 8 - Burn Window

Bahan bakar memerlukan waktu untuk melakukan pembakaran. Jumlah bahan bakar
yang tepat harus diinjeksikan pada bagian yang tepat di dalam compression stroke sehingga

Page 12

Basic Fuel System
pembakaran yang dilakukan tersebut dapat berlangsung secara sempurna. Hal ini disebut
dengan burn window (1) yang ditunjukkan pada Gambar 8. Burn window diukur dalam
satuan derajat putaran crankshaft.
Hal ini menyatakan jumlah derajat dimana crankshaft berputar pada saat bahan bakar
diinjeksikan. Proses burn window dipengaruhi oleh tempat atau waktu dimulainya injeksi
serta lamanya proses injeksi berlangsung. Waktu (2) dan lamanya proses (3) diukur dalam
satuan derajat putaran crankshaft.

1.5 KONDISI PENGOPERASIAN MESIN DIESEL

Pada umumnya, sebuah mesin dioperasikan dengan beban. Governor berfungsi
untuk menentukan berapa kecepatan (RPM) mesin yang tepat untuk dioperasikan pada
beban yang ada. Sedangkan sistem kontrol berfungsi untuk memberikan bahan bakar yang
cukup untuk memperoleh kecepatan (RPM) yang diharapkan. Dengan disain mesin yang
efisien, suatu mekanisme timing advance dapat menentukan naik atau turunnya kecepatan
(RPM) mesin dan memodifikasi siklus penginjeksian bahan bakar untuk memulai proses
burn window pada derajat putaran crankshaft yang tepat.
Kecepatan idle yang Rendah

Gambar 9 - Low Idle Speed

Low idle adalah kecepatan terendah pada saat mesin dioperasikan tanpa adanya
beban. Pompa injeksi bahan bakar dikalibrasi sehingga jumlah minimum bahan bakar
dialirkan ke dalam mesin (Gambar 9).

Kecepatan Idle yang Tinggi

Gambar 10 - High Idle Speed

High idle adalah kecepatan maksimum mesin untuk dioperasikan tanpa adanya
beban (Gambar 10).

Page 13

Basic Fuel System

Kecepatan Rata-Rata

Gambar 11 - Rated Speed

Seluruh mesin diesel diberikan sebuah peringkat yang disebut dengan beban
penuh pada kecepatan rata-rata. Ini adalah kecepatan mesin dimana mesin
dioperasikan dengan beban penuh dan governor flyweights serta governor springs
distabilkan untuk memberikan kecepatan putaran mesin yang konstan (Gambar 11).

Kecepatan Melebihi Rata-Rata

Gambar 12 – Kecepatan melebihi rata-rata

Mesin-mesin kadangkala dioperasikan pada kondisi dimana RPM mesin dipaksakan
untuk melebihi RPM idle yang tinggi. Meskipun governor menghentikan aliran bahan bakar
tetapi kecepatan mesin tetap dapat melebihi kecepatan idle yang tinggi ketika mesin
digerakkan oleh momentum sebuah kendaraan berat yang kembali melalui drive train.
Peristiwa ini disebut dengan kecepatan diatas rata-rata dan pada kondisi tertentu dapat
mengakibatkan terjadinya kerusakan total pada mesin tersebut (Gambar 12). Kecepatan
yang melebihi kecepatan rata-rata biasanya dapat dikontrol oleh operator kendaraan.
Lug

Gambar 13 - Lug

Mesin diesel dirancang untuk diberi beban melebihi kondisi beban penuh (Gambar
13). Governor atau Electric Control Module (ECM) memungkinkan bahan bakar untuk
bergerak hingga mencapai kondisi maksimum. Akan tetapi, jumlah beban yang ada dapat
menjadi cukup tinggi sehingga memperlambat kerja mesin. Hal ini disebut dengan operasi
lug. Dalam keadaan seperti ini, governor tidak mampu untuk mencapai horsepower yang
diharapkan karena tidak ada lagi bahan bakar yang tersedia.

Page 14

Basic Fuel System

1.6 PEMBAKARAN

Didalam ruang silinder mesin diesel udara dikompresi untuk menghasilkan suhu
sekitar 540°C (1000°F).

Dengan tekanan yang tinggi, bahan bakar diinjeksikan ke dalam udara diruang
silinder ini dalam bentuk partikel yang sangat kecil (atomised). Pada saat partikel kecil ini
masuk ke dalam ruang pembakaran, partikel tersebut dikelilingi oleh udara yang dipanaskan
dan permukaan partikel tersebut kemudian mulai menguap. Ketika uap dari partikel tersebut
mencapai suhu yang cukup, proses pembakaran pun dimulai. Dengan terus berlangsungnya
proses penguapan dan pembakaran, oksigen yang baru pun diperlukan guna mendukung
pembakaran tersebut.

Segera setelah pembakaran dimulai, kenaikan tekanan dan suhu yang cepat
menyebabkan bahan bakar tetap masuk ke dalam ruang pembakaran untuk dapat
membakar dengan cepat.
Syarat Pembakaran Yang Lengkap
Hal-hal yang harus diperhatikan untuk memperoleh pembakaran yang lengkap adalah:

 Suplai udara yang cukup harus tersedia sehingga bahan bakar dapat tercampur
secara efektif dengan udara.

 Bahan bakar harus diinjeksi ke dalam ruang pembakaran dalam bentuk partikel yang
sangat kecil.

 Diperlukan adanya turbulensi yang mencukupi sehingga seluruh partikel bahan bakar
dapat bercampur dengan oksigen yang cukup sehingga dapat menghasilkan
pembakaran yang lengkap.

 Suhu kompresi harus cukup tinggi sehingga dapat membakar bahan bakar pada
tempat atau dekat dengan tempat dimulainya penginjeksian.

1.7 TAHAP-TAHAP PEMBAKARAN

Gambar 14

Gambar 14 di atas menunjukkan tahap-tahap pembakaran.
 Periode tunda merupakan waktu yang terjadi setelah dimulainya proses
penginjeksian yang digunakan oleh partikel bahan bakar yang pertama untuk
mendapatkan panas yang cukup untuk menguap dan mencapai suhu yang
cukup panas guna menghasilkan pembakaran sendiri.

 Pembakaran yang tidak terkontrolPembakaran yang cepat terjadi ketika

Page 15

Basic Fuel System

seluruh partikel bahan bakar diinjeksi selama periode tunda, dengan
mengambil panas yang cukup untuk melakukan pembakaran. Pembakaran ini
menyebabkan terjadinya kenaikan tekanan secara tiba-tiba (Diesel knock).

 Pembakaran yang terkontrol Bahan bakar memulai pembakaran ketika bahan bakar
tersebut memasuki ruang pembakaran. Hal ini disebabkan karena terciptanya suhu
yang tinggi selama proses pembakaran yang tidak terkontrol. Pembakaran yang
terkontrol ini diatur oleh jumlah bahan bakar yang diinjeksikan pada kurun waktu
yang ditentukan.

 Setelah pembakaranSetelah alat injektor berhenti melakukan penginjeksian
bahan bakar, beberapa partikel masih menguap dan beberapa dari penguapan
tersebut tidak mendapatkan oksigen yang cukup untuk melakukan pembakaran.
Proses setelah pembakaran merupakan proses pembakaran fuel yang terjadi
setelah berhentinya penginjeksian.

Metode-Metode Pengurangan Waktu Tunda
Periode tunda merupakan hal yang tidak diharapkan sebab dapat mengurangi

pengontrolan terhadap kondisi pengoperasian mesin. Berikut ini merupakan beberapa
metode yang dapat digunakan oleh pabrik pembuat untuk mengurangi periode tunda
tersebut yaitu:

 Adanya ketepatan kompresi, waktu, atomisasi, dan kisaran panas pengoperasian
mesin.

 Ketepatan cetane rating bahan bakar
 Turbocharging
 Penggunaan nozzle tipe tunda

1.8 ISTILAH-ISTILAH PEMBAKARAN

Diesel Knock

Diesel knock ini mirip dengan bunyi logam yang terjadi pada mesin diesel. Diesel
knock ini biasanya terjadi pada saat kecepatan rendah dan pada kondisi idle. Bunyi tersebut
ditimbulkan oleh kenaikan tekanan yang cepat yang terjadi pada fase pembakaran yang
tidak terkontrol.

Turbulensi

Turbulensi merupakan pergerakan udara yang dikompresi di dalam ruang
pembakaran untuk memastikan terjadinya campuran partikel bahan bakar dan udara secara
menyeluruh guna memungkinkan pembakaran bahan bakar.

Turbulensi dapat dihasilkan oleh:

 Induksi
Induksi merupakan proses dimana katup inlet dan angled induction ports didisain
untuk

Page 16

Basic Fuel System

Meningkatkan perputaran udara saat dilakukan pengisian udara yang baru.

 Kompresi
- Penggunaan piston crown khusus.

- Penggunaan swirl chamber yang terpisah di dalam silinder head.

 Pembakaran
Pembakaran merupakan proses dimana pembakaran dimulai di ruang pre-
combustion dan kemudian mengalir ke dalam ruang utama.

Efek Squish

Squish merupakan suatu bentuk turbulensi udara dan pergerakan udara yang cepat
dari dinding-dinding silinder ke bagian pusat silinder yang terjadi selama tahap-tahap akhir
dari compression stroke pada disain open chamber.
Lubang atau Katup Masuk

Masked intake valve memiliki sebuah deflektor pada bagian depan valve head yang
menyebabkan udara masuk dapat mengalir di dalam saluran yang telah dipersiapkan. Hal
ini menyebabkan udara berputar-putar disekitar silinder. Katup tersebut dipasang dengan
menggunakan sebuah kunci untuk mencegah katup tersebut berputar.
Suhu Pembakaran Sendiri

Suhu pembakaran sendiri merupakan suhu dimana bahan bakar akan melakukan
pembakaran tanpa adanya bantuan percikan api atau nyala api dari luar.

Tangential Ports

Gambar 15

Tangential ports digunakan oleh mesin dua langkah/dua tak (two stroke engine)
untuk membantu penggunaan turbulensi dan melakukan pembersihan gas-gas buang
secara efektif.

Tipe Sistem Bahan Bakar Engine Diesel Caterpillar

Page 17

Basic Fuel System

Semakin ketatnya peraturan tentang emisi gas buang di negara-negara maju serta tuntutan
efektifitas dan penggunaan bahan bakar yang ekonomis didunia industri menyebabkan
terjadinya perubahan yang signifikan pada jenis fuel system yang dipergunakan oleh engine-
engine Caterpillar.

CAT FUEL SYSTEM

 PUMP & LINES
 MUI
 EUI / MEUI
 HEUI

Gambar 46 Cat fuel System

Hingga saat ini fuel system yang dipergunakan Caterpillar terdiri dari empat prinsip dasar,
yaitu :

1. Pump & Line
2. Mechanical Unit injector ( MUI )
3. Mechanical actuated Electronic controlled Unit Injector ( EUI )
4. Hydraulically actuated Electronic controlled Unit Injector ( HEUI )

PUMP & LINE

SLEEVE METERING
 SCROLL TYPE
 NEW SCROLL TYPE
 PEEC

Gambar 47 Pump & Line Fuel System

Pump and line fuel system merupakan konsep dasar perkembangan system bahan bakar
menuju era elektronik seperti yang banyak dijumpai dewasa ini yang terdiri dari:

1. Sleeve Metering Fuel Injection Pump
2. Scrool Type Fuel Injection Pump
3. New Scroll Type Fuel Injection Pump
4. Programmable Electronic Engine Control ( PEEC )

Penjelasan lebih lanjut tentang system - system diatas secara terperinci akan dibahas pada
pelajaran- pelajaran selanjutnya.

SISTEM BAHAN BAKAR PUMP & LINE

SISTEM BAHAN BAKAR NIPPODENSO DAN ZEXEL

Page 18

Basic Fuel System
2.0 PENDAHULUAN

Pompa injeksi bahan bakar dan governor dibuat oleh Nippodenso dan Zexel.
Pompa injeksi bahan bakar dan governor ini digunakan pada beberapa tipe mesin
buatan Mitsubishi yang diperuntukkan kepada Caterpillar. Tipe mesin tersebut antara
lain: tipe 3046, 3064, dan 3066.

Mesin tipe 3046 digunakan pada traktor-traktor tipe truk yaitu model D3G sampai
D5G. Sedangkan mesin-mesin tipe 3046, 3064, dan 3066 digunakan pada excavator
hidrolik (311 sampai 320) dan truk tipe loader (model 933C dan 939C).

Gambar 110

Seperti yang tampak pada Gambar 110, dapat di lihat bahwa pompa bahan bakar
buatan Nippodenso dan Zexel hampir identik satu sama lain dan hanya terdapat sedikit
perbedaan. Perbedaan diantara keduanya akan dibahas selanjutnya. Pompa bahan bakar
buatan Nippodenso dipasang di sebelah kiri mesin tipe 3046, sedangkan pompa bahan
bakar buatan Zexel dipasang di sebelah kanan mesin tipe 3064 maupun mesin tipe 3066.
2.1 KOMPONEN-KOMPONEN BAHAN BAKAR

Gambar 111

Gambar 111 di atas menunjukkan aliran bahan bakar yang melalui sistem bahan
bakar. Pompa transfer bahan bakar tersebut menyerap bahan bakar dari tanki bahan
bakar melalui sebuah alat pemisah air (water separator) bila alat tersebut tersedia.
Water separator tersebut berfungsi untuk membuang air yang ada di dalam bahan bakar.
Selanjutnya, bahan bakar masuk ke pompa transfer melalui sebuah screen filter yang
terletak di dalam inlet filling. Apabila screen tersebut terpasang, hal itu dapat
mengakibatkan tenaga pada mesin menjadi rendah.

Aliran bahan bakar tersebut kemudian diarahkan dari pompa transfer menuju filter

Page 19

Basic Fuel System
bahan bakar yang kedua. Selanjutnya, dari filter bahan bakar kedua ini, bahan bakar lalu
mengalir ke pompa injeksi bahan bakar. Pompa injeksi tersebut memiliki sebuah pompa
injeksi tersendiri untuk setiap silindernya. Pompa bahan bakar tersendiri tadi mengalirkan
bahan bakar bertekanan tinggi ke masing-masing nozzle injeksi bahan bakar. Transfer
bahan bakar bertekanan tinggi tersebut dialirkan melalui katup penghantar (delivery valve)
dan saluran bahan bakar bertekanan tinggi.

Kelebihan bahan bakar yang terjadi dialirkan ke pompa injeksi dan nozzle injeksi.
Adanya aliran kelebihan bahan bakar ini memberikan pelumasan serta pendinginan sebelum
bahan bakar tersebut mengalir kembali ke tanki bahan bakar. Hal ini juga merupakan suatu
metode yang bertujuan untuk mengalirkan kembali udara yang terkandung di dalam bahan
bakar ke tanki.

Sebuah check valve terletak di outlet pompa bahan bakar. Check valve tersebut
berfungsi untuk menjaga tekanan bahan bakar yang ada di fuel injection pump housing.
Selain itu, check valve tersebut berfungsi untuk mencegah bahan bakar mengalir keluar dari
pompa bahan bakar setelah mesin dimatikan. Hal ini bertujuan untuk memastikan bahwa
terdapat cukup bahan bakar yang akan digunakan untuk menyalakan mesin.
5.2 KOMPONEN-KOMPONEN SISTEM BAHAN BAKAR

Gambar 112

Komponen-komponen di bawah ini dapat dilihat dalam Gambar 112.
 Fuel lines
 Fuel transfer pump
 Fuel filter and air bleed
 Fuel injection pump and governor
 Fuel inlet
 Nozzles
 Return line

Page 20

Basic Fuel System
1.3 WATER SEPARATOR

Gambar 113

INDIVIDUAL PARTS

Ref. Part No. Req. Qty. Part Name
1 Washer
2 095-2040 4 Bolt
3 Nipple
4 099-5041 2
5 Drain Cock As
16 110-6821 2 Nut-ring
7
8 149-1479 1 Plate-baffle
9 Case
10 149-1480 1 Ring
Head
149-1481 1 Seal

149-1482 1

149-1483 1

149-1484 1

158-7607 1

1.4 FILTER BAHAN BAKAR

Figure 114

Page 21

Basic Fuel System

Individual Parts

Ref. Part No. Req. Qty. Part Name
1
2 5I-7951 1 Element

3 6V-5215 2 Bolt (M8x1.25x16mm)

4 9M-1974 2 Washer-hard
5 094-7998 1 (8.8x16x2mm Thk)

6 Head

7 120-9136 1 Bracket-fuel Filter
8
9 128-7747 2 Bolt-hex Head
10 094-9725 1 (M10x40mm)

11 Plug - Air Bleed

094-9726 1 Bolt (M14 x 1.5 x 26mm

096-9013 2 Gasket

096-9014 1 Gasket

6V-5839 2 Washer (11x21x2.5mm
Thk)

Bagan 6

5.5 TRANSFER BAHAN BAKAR DAN PRIMING PUMP

Gambar 115

Komponen-komponen yang terdapat di dalam pompa transfer bahan bakar (Gambar 115)
antara lain:

 Tappet
 Pushrod
 Piston
 Return spring
 Inlet port
 Inlet check valve
 Outlet port
 Outlet check valve
 Priming pump.

Pompa transfer bahan bakar digerakkan oleh sebuah lobe yang terdapat pada

Page 22

Basic Fuel System

camshaft pompa injeksi bahan bakar. Pemasangan sebuah tappet dan pushrod mengubah
arah putaran camshaft ke arah yang berlawanan. Tappet dan pushrod tersebut juga
menggerakkan piston pompa transfer.

Pada saat camshaft berputar dan tappet bergerak ke bawah pada camshaft base
circle, piston return spring menggerakkan piston kearah bawah sehingga memaksa bahan
bakar yang berada di bagian dasar ruang piston mengalir ke dalam saluran suplai pompa
injeksi bahan bakar. Camshaft yang berputar tersebut juga mengakibatkan menurunnya
tekanan di dalam ruang piston.

Tekanan yang ada di dalam bagian outlet kini menjadi lebih tinggi daripada tekanan
yang ada di dalam ruang spring piston dan pada saat itu katup cek outlet (outlet check valve)
pun tertutup.

Tekanan yang menurun di piston spring chamber memungkinkan katup cek inlet
terbuka sehingga bahan bakar dari tanki bahan bakar dapat masuk dan mengisi piston
spring chamber.

Pada saat camshaft berputar dan cam lobe mendorong tappet dan pushrod ke atas,
piston menekan piston return spring chamber sehingga meningkatkan tekanan bahan bakar
di dalam piston spring chamber.

Tekanan yang meningkat tadi kemudian menyebabkan katup cek inlet tertutup (inlet
check valve) dan sebaliknya membuka outlet check valve. Aliran bahan bakar yang melewati
outlet check valve kemudian mengisi ruang yang berada di bawah piston (beberapa bahan
bakar juga mengalir ke dalam saluran suplai pompa injeksi bahan bakar). Aliran bahan bakar
tersebut mengisi ruang tadi hingga tappet mencapai titik tertinggi pada camshaft lobe.

Pada saat tappet tersebut mulai turun kembali, saat itu pula katup cek outlet
tertutup. Selanjutnya piston return spring mendorong piston hingga bergerak ke bagian
bawah chamber dan memaksa bahan bakar yang terdapat di bagian bawah chamber
tersebut mengalir keluar dari outlet port dan masuk ke saluran suplai pompa injeksi
bahan bakar.

Apabila tekanan di dalam saluran suplai injeksi bahan bakar tersebut terlalu
tinggi, tekanan bahan bakar pada piston tersebut akan menetralkan gaya dari piston
return spring.

Ketika tekanan bahan bakar di bawah piston dan gaya piston return spring
dalam kondisi yang sama, piston tersebut tidak akan menurunkan cam lobe dengan
tappet dan pushrod. Tekanan bahan bakar di dalam piston spring chamber selanjutnya
menutup katup cek inlet dan tekanan bahan bakar yang ada pada outlet port menjaga
katup cek outlet tetap dalam kondisi tertutup. Kondisi ini memungkinkan untuk
terjadinya fungsi pengaturan tekanan bahan bakar. Tekanan maksimum bahan bakar
adalah 2.5 kg/cm2 (35.6 psi).

Pompa pengaliran bahan bakar (fuel priming pump) digunakan untuk menjalankan
(hand prime) sistem bahan bakar. Gerakan naik turun pompa akan menyerap bahan bakar
ke dalam pompa transfer bahan bakar dengan melewati inlet check valve dan kemudian
mengalirkan bahan bakar menuju outlet port melewati outlet check valve.

5.6 POMPA INJEKSI BAHAN BAKAR

Page 23

Basic Fuel System

Gambar 116

Komponen-komponen pompa injeksi bahan bakar dapat dilihat pada Gambar 116.
 Fuel injection pump
 Individual pumps
 Governor
 Governor control lever
 High idle stop
 Low idle stop
 Shutoff solenoid
 Shutoff lever
 Oil supply line
 Fuel transfer pump.

Pompa injeksi bahan bakar adalah sebuah pompa tipe in-line cam yang terdiri dari
sebuah pompa tipe scroll individual yang dapat ditemukan pada setiap silinder. Pompa
injeksi bahan bakar tersebut dihubungkan ke engine crankshaft melalui gear train bagian
depan.

Governor berfungsi untuk mengontrol jumlah bahan bakar yang dialirkan oleh pompa
bahan bakar individual ke setiap silinder melalui fuel control rack. Governor tersebut
digerakkan secara mekanis melewati tuas kontrol governor. Kondisi idle stop yang tinggi
mengontrol kecepatan maksimum mesin. Pengukuran kondisi idle dapat dilakukan pada
mesin, tetapi hanya dapat dilakukan pada fuel injection test bench. Sekrup untuk kondisi
high idle telah dipasang oleh pabrik pembuat. Penyetelan untuk kondisi high idle stop akan
mempengaruhi pengaturan beban penuh pada mesin dan pada akhirnya akan berpengaruh
pada performa mesin.

Kondisi idle stop yang rendah (low idle stop) mengontrol kecepatan minimum mesin.
Penyetelan untuk initial low idle harus dilakukan di fuel injection test bench, tapi dapat pula
disetel pada mesin bila diperlukan.

Fuel shutoff solenoid dihubungkan ke tuas shutoff pada bagian samping governor
housing. Tuas shutoff dapat dioperasikan secara manual untuk mematikan mesin bila
diperlukan. Seluruh solenoida diberi energi untuk dapat mematikan mesin.

Pelumasan pada bagian yang lebih rendah dalam mesin dilakukan melalui saluran
suplai oli ke bagian samping pompa injeksi bahan bakar. Level oli dipertahanakan untuk

Page 24

Basic Fuel System
tetap berada di atas camshaft oleh dua lubang saluran oli yang terletak di bagian depan
bearing retainer. Bearing retainer ini harus dipasang dengan benar (kedua lubang terletak di
atas camshaft) pada saat melakukan perakitan pompa injeksi bahan bakar. Isilah pompa
dengan oli terlebih dahulu sebelum mengoperasikan pompa pada test stand.

Unit Pompa Injeksi Bahan Bakar

Gambar 117

Gambar 117 menunjukkan bagian-bagian yang terdapat di dalam sebuah pompa
bahan bakar individual yang terletak di dalam pompa injeksi bahan bakar. Plunger dibuat
dengan mengikuti kontur fuel pump camshaft lobe yang terletak dekat plunger spring dan
tappet.

Pada saat camshaft berputar, tappet menggerakkan cam lobe ke atas, kemudian
menekan spring dan memaksa plunger dan driving vane bergerak ke atas. Pada saat
plunger tersebut bergerak ke atas, tekanan bahan bakar di dalam chamber yang terletak di
atas plunger tersebut menahan gaya dari delivery valve spring dan kemudian megalirkan
bahan bakar melalui saluran bahan bakar bertekanan tinggi menuju nozzle injeksi pompa
bahan bakar.

Posisi control rack menentukan jumlah bahan bakar yang dapat dialirkan oleh
pompa menuju nozzle injeksi.

Sementara posisi control rack dikontrol oleh governor. Setiap pompa individual
dihubungkan ke control rack melalui control pinion. Posisi control pinion tersebut
mengepit ke control sleeve. Plunger dan driving vane yang ada pada slots di dalam
control sleeve bergeser ke atas dan ke bawah. Slot-slot yang ada di dalam control
sleeve ini menghalangi plunger dan driving vane berputar di dalam sleeve, Slot-slot
tersebut sebaliknya memaksa plunger dan driving vane tersebut berputar bersama
sleeve. Oleh karena itu, gerakan dari control rack menyebabkan plunger dan driving
vane berputar bersama sleeve sementara barrel tetap terpasang pada fuel injection
pump housing.

Page 25

Basic Fuel System

Gambar 118 - Fuel pump operation

Gambar 118 tersebut menunjukkan tahap-tahap pemompaan yang berbeda dari
kelompok pompa individual yang terdapat di dalam pompa injeksi bahan bakar.

Pada saat posisi plunger berada di bagian bawah stroke, bahan bakar dialirkan dari
pompa transfer bahan bakar menuju ruang bahan bakar lalu masuk ke bagian atas plunger
melalui fill port.

Plunger bergerak ke atas pada saat camchaft berputar. Ketika bagian atas
plunger mencapai sisi atas fill port, plunger tersebut menutup fill port dan mulai
memberikan tekanan terhadap bahan bakar. Proses ini merupakan permulaan
terjadinya penginjeksian.

Pada saat plunger terus-menerus bergerak ke atas, bahan bakar yang diberi tekanan
di dalam barrel mendorong katup penghantar bergerak ke atas lalu bahan bakar tersebut
mengalir melalui outlet port dan saluran bahan bakar (fuel line) selanjutnya mengalir ke
injection nozzle.

Proses penginjeksian selesai ketika sisi atas scroll pada plunger membuka sisi bawah fill
port.

Pada saat plunger terus-menerus bergerak ke atas, bahan bakar yang tersisa di
dalam barrel dilairkan kembali melalui lubang yang ada di bagian atas plunger lalu mengalir
keluar dari scroll dan feed port kemudian mengalir menuju ruang bahan bakar. Pada saat
yang bersamaan, bahan bakar yang bertekanan di dalam saluran bahan bakar
menggerakkan katup penghantar kearah bawah untuk menutup lubang tersebut.

Effective stroke pada plunger dimulai ketika bagian atas plunger mencapai sisi atas
fill port. Sedangkan effective stroke tersebut berakhir ketika sisi atas scroll pada bagian atas
plunger membuka sisi bawah fill port. Effective stroke tersebut akan mengalami perubahan
mengikuti posisi control rack.

Perakitan Katup Penghantar (Delivery Valve)

Gambar 119 – Perakitan Delivery Valve

Page 26

Basic Fuel System

1. Delivery valve spring
2. Delivery valve
3. Seat portion
4. Piston
5. Retraction stroke.

Perakitan Tappet

Gambar 120 - Perakitan Tappet

1. Adjusting bolt 5. Roller
2. Locknut
3. Tappet body 6. Roller bushing
4. Guide 7. Roller pin

Perakitan tappet (Gambar 120) bertujuan untuk mengubah gerakan putaran camshaft
menjadi gerakan bolak balik, menaikkan dan menurunkan plunger, serta mangatur waktu
pompa injeksi.

Pengoperasian Governor Start

Gambar 121

Governor yang tampak pada Gambar 121 terdiri atas komponen-komponen antara lain:
 High idle stop
 Control rack
 Adjusting screw
 Control lever

Page 27

Basic Fuel System

 Swivel lever
 Camshaft
 Start spring
 Guide lever
 Throttle lever
 Low idle stop
 Governor spring

Governor mekanis (mechanical governor) berfungsi untuk mengontrol kecepatan
mesin dan output. Pengontrolan tersebut dilakukan dengan cara menyetel posisi rack agar
sesuai dengan posisi tuas control governor (governor control lever) dan sesuai dengan
beban pada mesin.

Governor menggunakan flyweights yang terpasang pada bagian belakang camshaft
pompa injeksi bahan bakar untuk menggerakkan rack yang ada pada fuel off direction.
Sedangkan sebuah governor spring yang disetel menggerakkan rack yang ada pada fuel on
direction.

Governor menggerakkan rack di bagian dalam (ke arah pompa injeksi bahan bakar)
untuk menurunkan effective stroke pada pump plunger. Sebaliknya governor menggerakkan
rack ke arah luar (bergerak menjauh dari pompa injeksi bahan bakar) untuk meningkatkan
effective stroke pada pump plunger.

Ketika mesin berhenti, governor spring memiliki tekanan yang cukup untuk
mendorong tuas tekanan kearah kiri berlawanan arah dengan baut full load stopper.
Tuas tekanan ini akan menggerakkan shifter dan sleeve, lalu mengarahkan tuas dan
tuas control kearah kiri governor flyweights. Tuas control dan rack akan ditahan oleh
start spring agar tetap berada dalam kondisi bahan bakar penuh.

Ketika mesin dinyalakan, gaya sentrifugal pada flyweights menahan gaya pada
regulator spring untuk menggerakkan shifter,sleeve, guide lever dan tuas control bergerak
kearah kanan.

Shifter dan sleeve kemudian terus bergerak kearah kanan sampai gaya flyweights
seimbang dengan tekanan regulator spring dan sub idle spring.

Idle Rendah

Gambar 122

Gaya governor spring pada tuas tekanan sangat ringan ketika throttle lever berada

Page 28

Basic Fuel System
pada kondisi idle rendah (Gambar 122). Gaya sentrifugal dari flyweights menggerakkan
shifter dan sleeve ke arah kanan. Tuas tekanan digerakkan ke arah kanan sehingga
bersentuhan dengan sub idle spring. Pada kondisi idle rendah gaya flyweights seimbang
dengan gaya governor spring dan sub idle spring. Spring yang ada di dalam kapsul torsi juga
sedikit ditekan.
Tanpa Beban

Gambar 123

Gaya governor spring pada tuas tekanan mencapai kondisi maksimum ketika
tuas throttle berada pada posisi idle yang tinggi dengan tanpa adanya beban pada
mesin (Gambar 123). Tuas tekanan akan bergerak ke arah kiri baut full load stopper.
Tuas tekanan tersebut berfungsi untuk menggerakkan beberapa komponen antara lain:
menggerakkan shifter dan sleeve, menggerakkan control lever dan guide lever ke arah
kiri sehingga menaikkan posisi rack, meningkatkan aliran bahan bakar, dan
meningkatkan kecepatan mesin. Pada saat tuas tekanan terus bergerak ke arah kiri,
spring yang berada di dalam kapsul torsi ditekan.

Gaya sentrifugal pada flyweights meningkat dan menjadi lebih besar daripada
gaya governor spring ketika kecepatan mesin meningkat. Komponen-komponen seperti
shifter, sleeve, guide lever, dan control lever bergerak mundur ke arah kanan sehingga
menggerakkan rack ke posisi fuel off. Hal ini mengakibatkan terjadinya penurunan
jumlah bahan bakar yang dialirkan. Tuas tekanan akan terus bergerak ke kanan sampai
tuas tekanan tersebut menyentuh dan menekan sub idle spring. Pada saat gaya
flyweight dan gaya governor spring seimbang, kecepatan mesin akan tetap stabil pada
kondisi idle speed yang tinggi.

Page 29

Basic Fuel System

Beban Penuh

Gambar 124

Pada saat beban pada mesin meningkat, gaya sentrifugal pada flyweights menurun
(Gambar 124). Gaya dari regulator spring (governor spring) menggerakkan tuas tekanan ke
arah kiri sehingga bersentuhan dengan baut full load stopper. Tuas tekanan menggerakkan
shifter, sleeve, control lever, dan guide lever ke arah kiri sehingga menaikkan posisi rack
berada pada kondisi bahan bakar penuh.

Gerakan tuas tekanan tidak akan melampaui pengaturan bahan bakar untuk kondisi
bahan bakar penuh karena dikontrol oleh baut full load stopper. Pada saat beban mesin
terus bertambah dan gaya flyweight terus berkurang, spring yang ada pada kapsul torsi akan
menggerakkan shifter, sleeve, control lever, dan guide control sedikit ke arah kiri hingga
berada pada posisi bahan bakar maksimum (pengaturan bahan bakar dengan kondisi torsi
yang penuh)

Mematikan Mesin

Gambar 125

Putarlah kunci pada posisi OFF untuk mematikan mesin. Alat pengatur waktu untuk
mematikan mesin (engine shutdown timer) akan memberikan energi pada engine shutdown
solenoid. Solenoid yang bertekanan tersebut menggerakkan tuas shutoff yang kemudian
mengerakkan tuas control dan selanjutnya mengontrol rack hingga bergerak ke sebelah
kanan yaitu pada posisi dimana bahan bakar berada dalam posisi off (Gambar 125).

Page 30

Basic Fuel System
Pengoperasian Fuel Injection Nozzle

Gambar 126 – Komponen-Komponen Fuel Injection Nozzle

1. Fuel port 5. Push rod
6. Spacer
2. Nozzle holder body 7. Retaining nut
3. Adjusting shims
4. Nozzle spring 8. Nozzle.

Nozzle (8) dipasang pada nozzle holder body (2) dengan menggunakan retaining nut
(7). Push rod (5) mendorong dengan arah yang berlawanan dengan needle valve pada
nozzle. Spacer (6) yang terletak diantara push rod (5) dan katup, menahan posisi nozzle (8)
dan menentukan pengangkatan maksimum dari needle valve. Spacer (6) dipasang untuk
memasukkan nozzle spring (4) dan push rod (5) serta adjusting shim (3) yang berada pada
spring untuk mengontrol tekanan awal injeksi. Fuel port (1) terletak di bagian dalam nozzle
holder body.

Ketika tekanan bahan bakar menahan tekanan nozzle spring (4), tekanan tersebut
mengatur tekanan awal injeksi, nozzle tip needle kemudian didorong ke atas dan bahan
bakar di injeksikan ke dalam silinder. Ketika tekanan bahan bakar ditahan oleh pengaturan
tekanan nozzle spring (4), needle valve didorong ke bawah dan penginjeksian pun berhenti.

Sisa bahan bakar yang ada kemudian mengalir menuju nozzle holder setelah
dilakukannya pendinginan dan pelumasan sliding part yang berada diantara nozzle tip
dan needle valve. Sisa bahan bakar tersebut kemudian dialirkan kembali menuju tanki
bahan bakar.

Page 31

Basic Fuel System

Gambar 127 - Hole type nozzle

Hole type nozzle memiliki banyak lubang. Bagian ujung needle valve (9) terdapat
pada bagian body needle valve (10). Bentuk dari bagian ujung needle valve ini adalah
kerucut. Sudut penyemprotan ditentukan oleh jumlah dan sudut pada lubang-lubang
tersebut. Diameter lubang injeksi (11), jumlah lubang pada needle valve, serta sudut
penginjeksian tergantung pada tipe ruang pembakaran yang ada pada mesin.

5.7 PEMBONGKARAN DAN PERAKITAN POMPA INJEKSI BAHAN BAKAR

Prosedur Pembongkaran

Alat-alat Yang Dibutuhkan

Tool Nomor Komponen Deskripsi Komponen Jumlah
1
A 8S-2264 Puller Group

Bagan 7

Prosedur pembongkaran dimulai dengan:

Lepaskan saluran injeksi bahan bakar. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat dalam modul
Disassembly and Assembly, "Fuel Injection Lines - Remove and Install".

PERHATIKAN:

Usahakan seluruh bagian mesin bebas dari kontaminan.Kontaminan dapat menyebabkan
terjadinya keausan dengan cepat serta memperpendek masapakai komponen mesin.

PERHATIKAN:
Harus dilakukan pemeliharaan rutin untuk memastikan bahwa tersedia cairan untuk
digunakan selama proses pemeriksaan, perawatan, pengetesan, penyetelan, dan perbaikan
produk mesin. Usahakan untuk menaruh cairan dalam wadah yang sesuai sebelum
membuka setiap komponen atau membongkar setiap komponen yang mengandung cairan.

Untuk mendapatkan keterangan yang jelas mengenai peralatan dan suplai yang memadai
untuk mengumpulkan dan memasukkan cairan pada produk buatan Caterpillar dapat dilihat
dalam Special Publication, NENG2500, "Caterpillar Tools and Shop Products Guide"

Page 32

Basic Fuel System

Gambar 128

1. Lepaskan selang-selang bahan bakar (1) dan (2). Segera pasang penutup atau
sumbat pada seluruh komponen yang terbuka untuk menghindari masuknya
kontaminan ke dalam sistem bahan bakar.

Gambar 129

2. Lepaskan lima buah baut (3) dari penutup pompa injeksi bahan bakar. Baut-baut
ini berfungsi untuk melindungi bagian yang berada diantara pompa injeksi
bahan bakar dan housing (front).

3. Lepaskan penutup pompa injeksi bahan bakar (4). Periksa O-ring seal yang terdapat
pada penutup tersebut (4). Ganti O-ring seal tersebut bila diperlukan.

Page 33

Basic Fuel System

Gambar 130

4. Lepaskan baut (5) dan washer dari cylinder block.

Gambar 131

5. Lepaskan saluran oli mesin (6). Segera pasang penutup atau sumbat pada
setiap komponen yang terbuka untuk menghindari masuknya kontaminan ke
dalam sistem bahan bakar.

Gambar 132

Page 34

Basic Fuel System
CATATAN:
Karena idle gear memiliki nomor teeth yang ganjil maka orientasi gear pompa injeksi bahan
bakar oleh penanda waktu tidak dapat bergantung pada idle gear. Beri tanda pada gear
pompa injeksi bahan bakar untuk melakukan orientasi yang benar terhadap idler gear
sebelum gear pompa injeksi bahan bakar tersebut dilepaskan.

6. Gunakan sebuah lifting sling dan sebuah kerekan (hoist) untuk menjaga kondisi fuel
injection pump housing dan governor (7) tetap aman.

7. Lepaskan baut (8) dan washer dari housing (front).
8. Lepaskan fuel injection pump housing dan governor (7).

Gambar 133

9. Lepaskan sekrup (9) dan washer dari gear pompa injeksi bahan
10. Lepaskan penyekat O-ring (11) dan ganti penyekat O-ring tersebut bila diperlukan.
11. Gunakan Alat (A) untuk melepaskan gear pompa injeksi bahan bakar (10).

Prosedur Pemasangan
PERHATIKAN:
Usahakan agar semua komponen yang ada bebas dari kontaminan. Kontaminan dapat
menyebabkan terjadinya keausan dengan cepat dan memperpendek masa pakai komponen.

Gambar 134

Page 35

Basic Fuel System

1. Pasang gear pompa injeksi bahan bakar (10).
2. Pasang penyekat O-ring (11).
3. Pasang washer dan sekrup (9) pada bagian atas gear pompa injeksi bahan bakar.

Kencangkan sekrup (9) pada pompa injeksi bahan bakar tersebut ke sebuah torsi
berukuran 83 to 98 N·m (61 to 72 lb ft).

Gambar 135

4. Gunakan sebuah lifting sling dan kerekan (hoist) untuk menjaga agar fuel
injection pumps housing dan regulator (7) dalam kondisi aman.

CATATAN:
Karena idle gear memiliki nomor teeth yang ganjil maka orientasi gear pompa injeksi bahan
bakar oleh penanda waktu tidak dapat bergantung pada idle gear. Orientasikan tanda-tanda
yang dibuat selama proses pelepasan pompa injeksi bahan bakar. Pastikan bahwa tanda
yang terdapat pada gear pompa injeksi bahan bakar dalam posisi sejajar dengan tanda yang
ada pada idle gear.

5. Pasanglah fuel injection pump housing dan governor (7).
6. Pasanglah washer dan sekrup (8) pada bagian atas housing (front).

Gambar 136

7. Hubungkan saluran oli mesin (6).

Page 36

Basic Fuel System

Gambar 137

8. Pasang washer dan sekrup (5) pada bagian atas cylinder block.

Gambar 138

9. Periksa penyekat O-ring yang terdapat pada penutup (cover) pompa injeksi bahan
bakar (4). Gantilah penyekat O-ring bila diperlukan.

10. Pasang cover pompa injeksi bahan bakar (4).
11. Pasang lima buah sekrup (3) pada bagian atas penutup atau cover (4) pompa injeksi

bahan bakar.

Gambar 139

12. Hubungkan selang-selang bahan bakar (1) dan (2).

Page 37

Basic Fuel System

Prosedur pemasangan diakhiri dengan:
“Pasang saluran injeksi bahan bakar. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat dalam modul

Pembongkaran dan Perakitan, "Fuel Injection Lines – Proses Pelepasan dan
Pemasangan”

Engine Caterpillar 3406B

Engine Caterpillar 3406A diperkenalkan pada tahun 1973. Sejak saat itu sejumlah
perubahan telah dibuat untuk memenuhi tuntutan akan engine yang lebih handal dan
ekonomis serta sesuai dengan peraturan pemerintah.

Untuk memenuhi dan menjawab tuntutan tersebut maka pada tahun 1983 dikeluarkanlah
engine seri 3406B. Perubahan mendasar pada engine ini terletak pada sistem bahan bakar.
New Scroll Fuel System telah diproduksi sejak tahun 1980 pada engine seri 3300. Sistem
bahan bakar merupakan faktor kunci untuk pengendalian emisi, performa dan bahan bakar
yang ekonomis pada engine 3406B. Pada tahun 1991, sistem bahan bakar diubah dengan
menggunakan fuel camshaft yang lebih agresif untuk mengembangkan emisi. Pada tahun
1992, diperkenalkan 3406C. Pada engine ini tidak terdapat perubahan pada sistem bahan
bakar mekanikalnya.

Komponen – komponen Pump & line

Gambar 48 Sistem Bahan bakar Pump & Line

Pompa dan penyalur bahan bakar terdiri dari:

1. Fuel tank (Tangki bahan bakar)
2. Primary fuel filter (saringan bahan bakar)
3. Transfer pump (pompa bahan bakar)
4. Hand priming pump
5. Final fuel filter
6. Low pressure fuel line
7. Injection pump (pompa injeksi)
8. Governor
9. Fuel ratio control
10. Timing advance mechanism
11. High pressure fuel line
12. Nozzle
13. Fuel return line

Page 38

Basic Fuel System

Aliran bahan bakar
Skematik pada gambar menunjukkan aliran bahan bakar pada pump & line fuel system. Fuel
transfer pump menghisap bahan bakar dari Tangki (1) menuju primary fuel filter (2). Primary
fuel filter berfungsi menyaring kotoran yang berukuran besar didalam bahan bakar,
disamping itu sering juga ditemui arrangement engine yang menggunakan primary fuel filter
jenis water separator sebagai penyaring kotoran yang berukuran besar dan memisahkan air
yang terdapat didalam bahan bakar. Bahan bakar kemudian mengalir menuju fuel transfer
pump (3) dan selanjutnya ke hand priming pump (4) kemudian ke final fuel filter (5). Bleed
valve berbentuk orifice yang akan mengalirkan bahan bakar ke Tangki yang berfungsi
membuang udara yang terperangkap dan panas di fuel manifold ke Tangki. System ini juga
menggunakan manual bleed valve yang dapat dibuka saat fuel priming pump digunakan
membuang udara yang terperangkap di system bahan bakar. Pada final fuel fiter (5) bahan
bakar bertekanan rendah disaring lebih teliti dan kemudian mengalir ke fuel manifold
(gallery) pada fuel injection pump housing (7). Bahan bakar didalam fuel manifold kemudian
masuk kedalam rongga pompa tekanan tinggi (Plunger & barrel). Pompa tekanan tinggi akan
mengatur jumlah bahan bakar yang akan dipompakan menuju high pressure fuel line (11)
dan selanjutnya menuju injection nozzle (12) dengan tekanan yang sangat tinggi. Pada saat
tekanan bahan bakar pada high pressure fuel line (11) lebih tinggi dari tekanan pembukaan
nozzle, bahan bakar diinjeksikan kedalam ruang pembakaran. Kombinasi antara tekanan
yang sangat tinggi dan lubang penginjeksian di nozzle menyebabkan bahan bakar mengabut
dengan sempurna dan akan menghasilkan pembakaran yang sempurna. Tutup Tangki
bahan bakar normalnya selalu mempunyai saluran yang terhubung ke udara luar, apabila
saluran ini tersumbat dapat menyebabkan vakum didalam Tangki dan system bahan bakar
tidak bekerja dengan sempurna.

Tangki Bahan Bakar
Tangki bahan bakar adalah tempat menyimpan bahan bakar, mengendapkan kotoran dan
mendinginkan bahan bakar.Tangki bahan bakar tersedia dalam bermacam-macam ukuran.
Anda dapat menjumpai tangki bahan bakar yang terletak pada beberapa posisi tergantung
pada pemakaiannya.

Gambar 49 Tangki Bahan Bakar

Primary Fuel Filter
Fuel Transfer Pump menghisap bahan bakar dari tangki, melalui primary fuel filter. Primary
fuel filter juga menyaring kotoran kasar yang terdapat di dalam bahan bakar.

Page 39

Basic Fuel System

Gambar50 Primary Fuel Filter

Water Separator
Beberapa sistem bahan bakar juga mempunyai pemisah air (water separator). Water
separator memungkinkan bila terjadi pengembunan atau air yang terperangkap di system
untuk dikeluarkan. Air di dalam bahan bakar dapat menyebabkan terjadi kerusakan berat
terhadap engine.

Gambar 51 Water separator

Fuel Transfer Pump
Dari primary fuel filter, bahan bakar mengalir masuk ke transfer pump. Transfer pump
menyedot bahan bakar melalui bagian hisap yang bertekanan rendah dari sistem bahan
bakar.

Gambar 52 Fuel transfer pump

Page 40

Basic Fuel System

Pada saat starter motor berputar dan ketika engine hidup fuel transfer pump memberikan
bahan bakar. Fuel transfer pump terletak dibawah pump housing pada engine 3406 B/C.
Dimana komponen ini digerakkan oleh bagian eksentrik camshaft didalam housing dan
dapat menyalurkan rata-rata 200 liter (44 galon) fuel per jam pada tekanan sebesar 172 KPa
(25 psi) pada engine – engine tertentu.

Fuel transfer pump mengalirkan bahan bakar dari tank melalui primary fuel filter yang
mengalir melalui low pressure line pada system bahan bakar. Kegunaan yang utama dari
fuel transfer pump adalah untuk menjaga pasokan bahan bakar yang cukup bersih ke dalam
injection pump.

Final fuel filter
Bahan bakar yang berada di dalam transfer pump dipompakan masuk ke dalam filter kedua
atau terakhir. Saringan bahan bakar menyaring partikel (kotoran) yang sangat halus yang
terdapat di dalam bahan bakar yang dapat merusak nozzle atau menyumbat injector. Filter
terakhir terletak atau terpasang di antara transfer pump dan injection pump housing. tidak
seperti filter oli, maka filter bahan bakar tidak mempunyai bypass valve. Apabila filter
menjadi buntu, maka aliran bahan bakar berhenti dan engine akan mati. Hal ini untuk
melindungi engine dari bahan bakar yang kotor dan kerusakan komponen-komponen
penting pada system.

Priming pump
Secara umum filter bahan bakar terakhir terpasang bersamaan dengan priming pump pada
base-nya. Anda dapat menggunakan priming pump untuk memperlancar pengisian bahan
bakar dan untuk membuang udara (bleeding) apabila anda telah selesai melepas pump
housing karena sesuatu perbaikan. Pompa ini juga digunakan untuk memperlancar
pengisian bahan bakar pada sistem setelah dilakukan penggantian fuel filter.

Fuel Injection Pump Group Engine 3406
Bahan bakar keluar dari fuel filter terakhir lalu mengalir masuk ke dalam saluran di dalam
fuel injection pump housing. Pada injection pump housing bahan bakar akan diatur jumlah
dan diberi tekanan untuk disemprotkan keruang bakar. Injection pump housing biasanya
terletak dekat bagian depan engine, karena pompa digerakkan oleh roda gigi dari camshaft.
Timing advance unit, mechanical governor, dan fuel ratio control dipasang pada rumah
pompa.

Sistem bahan bakar memberikan bahan bakar yang bersih pada saat yang tepat dan pada
jumlah yang sesuai untuk memenuhi kebutuhan horsepower yang diperlukan.

Komponen sistem bahan bakar menyesuaikan jumlah bahan bakar yang diberikan untuk
memenuhi kebutuhan horsepower dengan mengubah/mengatur jumlah bahan bakar (fuel
delivery) dan waktu yang tepat untuk diinjeksikan (injection timing).

Page 41

Basic Fuel System

SCROLL TYPE FUEL INJECTION PUMP
NEW SCROLL TYPE FUEL INJECTION PUMP

Gambar 55 Fuel Injection Pump Housing

Pada gambar bagian atas terlihat Fuel Injection Pump untuk engine 3406A. Pompa memiliki
penggerak yang panjang karena tidak terdapatnya ruangan untuk pump housing di bagian
bawah air compressor.
Pada gambar bagian bawah terlihat Fuel Injection Pump 3406B/C. Lebih pendek tetapi lebih
besar. Dengan ukuran 3406B/C yang lebih pendek, memberikan ruangan yang lebih luas
untuk perbaikan.
Jumlah bahan bakar yang dibakar di dalam engine berhubungan langsung terhadap jumlah
horsepower dan torque yang diperlukan. Secara umum, bertambah banyak bahan bakar
yang diterima engine, maka bertambah torque yang tersedia pada flywheel.

Camshaft Injection Pump

Gambar 56 Camshaft Injection Pump

Beberapa perubahan dan perbaikan terdapat pada bagian dalam engine sehingga tidak
dapat terlihat. Pada gambar diatas terlihat camshaft injection pump. Gambar atas adalah
camshaft 3406A dan gambar bawah adalah camshaft 3406B yang lebih besar dan lebih
berat dan digerakkan oleh gear di ujung sebelah kiri. Cam pada engine 3406B memiliki
konfigurasi berbeda, yakni memiliki karakter lebih cepat mengangkat dan durasinya lebih
pendek, hal mana akan meningkatkan tekanan penyemprotan bahan bakar dan mengurangi
waktu penyemprotan untuk mendapatkan effisiensi bahan bakar yang lebih bagus. Bagian
eksentris pada camshaft menggerakkan fuel transfer pump berbentuk piston. Dengan
perubahan untuk emisi pada tahun 1988, nose pada camshaft di ubah. Helix 10o pada
bagian depan diubah menjadi 15o dan lubang pada bagian depan diperbesar untuk
mengakomodasi timing advance unit yang berbeda. Perubahan sehubungan dengan emisi
pada tahun 1991 adalah perubahan diameter bearing dan bentuk lobe-nya saja.

Page 42

Basic Fuel System

High Pressure Fuel Line

Gambar 57 High Pressure Fuel Lines

Pada sistem yang memakai pompa dan pipa saluran bahan bakar, maka pipa baja saluran
bahan bakar yang bertekanan tinggi menghubungkan injection pump ke nozzle. Bagian yang
bertekanan tinggi dari sistem bahan bakar terdiri dari pipa saluran bakar yang bertekanan
tinggi dan nozzle. Pipa saluran bakar yang bertekanan tinggi mempunyai panjang yang
sama untuk menghindari variasi timing injection.

Nozzle

Gambar 58 Nozzle

Bahan bakar mengalir melalui pipa bahan bakar yang bertekanan tinggi terus ke nozzle.
Nozzle terpasang di dalam kepala silinder (cylinder head). Nozzle mempunyai valve yang
akan terbuka apabila tekanan bahan bakar menjadi cukup tinggi.
Apabila valve terbuka, maka bahan bakar akan mengabut dan disemprotkan ke dalam ruang
pembakaran.
Pada akhir penyemprotan, terjadi penurunan tekanan yang sangat cepat yang membuat
valve menutup.
Fuel Return Line
Kebanyakan sistem bahan bakar pada engine diesel digabungkan dengan fuel return line.
Akan ada selalu kelebihan bahan bakar yang disalurkan oleh fuel transfer pump
dibandingkan yang digunakan oleh engine, return line mengalirkan kelebihan bahan bakar
kembali menuju tank. Kelebihan bahan bakar secara terus-menerus memberikan
pendinginan dan pelumasan untuk komponen fuel injection pump.

Page 43

Basic Fuel System

Gambar 59 Return line

Orifice bleed valve juga dipasang pada bagian ujung manifold (Gambar 58).

Saluran bagian dalam fuel manifold mengirimkan bahan bakar menuju orifice bleed valve, rata-
rata 10 gallon (40 liter) fuel per jam dan seluruh udara yang terdapat dalam system akan
dikembalikan menuju supply tank melalui valve ini. Ini akan membantu menurunkan temperatur
bahan bakar dan menghilangkan air bubble yang akan mengurangi horsepower.

Fuel Shut Off

Gambar 60 Fuel Shutoff

Setiap sistem bahan bakar menggunakan metode electronic atau manual untuk memutus
pasokan bahan bakar.

SISTEM BAHAN BAKAR MECHANICAL ACTUATED UNIT INJECTOR (MUI)

Page 44

Basic Fuel System

Dengan adanya peningkatan standar customer terhadap engine diesel dengan performa dan
standard emisi gas buang yang bagus, Caterpillar memproduksi engine diesel dengan
proses pembakaran yang lebih sempurna didalam silinder. Salah satu cara
menyempurnakan pembakaran adalah dengan meningkatkan tekanan penginjeksian bahan
bakar. Peningkatan tekanan penginjeksian bahan bakar pada sistem bahan baker yang
menggunakan pompa dan saluran bertekanan tinggi (pump & line fuel system) sangat
terbatas untuk bisa dilakukan karena system ini masih mempergunakan saluran bertekanan
tinggi. Oleh sebab itu Caterpillar menciptakan Mechanical actuated Unit Injector yang tidak
lagi mempergunakan saluran bertekanan tinggi.

Sistem bahan bakar Mechanical actuated Unit Injector memberikan peningkatan performa
dan emisi bila dibandingkan dengan sistem bahan bakar yang menggunakan pompa dan
saluran bertekanan tinggi (pump & line fuel system). Caterpillar menggunakan mechanical
unit injector pada engine kecil seperti 3116/3126 dan engine besar seperti seri 3500 dan seri
3600.

Sistem bahan bakar Mechanical actuated unit injector memiliki keunggulan yaitu:

1. Saluran bertekanan tinggi tidak dipergunakan lagi sehingga tekanan penginjeksian
(injection pressure) dapat ditingkatkan mencapai 23,000 psi jika dibandingkan dengan
pump & line fuel system yang hanya 17,000 psi.

2. Fuel injection pump dan injector tergabung dalam satu unit pada masing-masing
silinder sehingga konstruksinya lebih sederhana.

Disamping keunggulannya, system ini masih memiliki keterbatasan antara lain:

1. Tidak adanya timing advance sebagai pengontrol waktu penginjeksian (injection
timing).

2. Walaupun injector secara mekanis diaktifkan oleh rocker arm, tetapi untuk
mengatur jumlah bahan bakar yang disemprotkan masih dikontrol oleh hydraulic
mechanical governor.

PENDAHULUAN

1

6

3

4

5
2

Gambar 8.1 MUI fuel system

Keterangan:

Page 45

Basic Fuel System

1. Fuel transfer pump
2. Primary fuel filter
3. Secondary fuel filter
4. Pressure regulating valve
5. Fuel tank
6. Unit injector
Sistem fuel engine 1,1 liter menggunakan unit injector mekanikal yang memadukan nozzle
assembly dan pompa tekanan tinggi (Gambar 8.1).
Fuel dari tangki dihisap melewati primary fuel filter dan sebuah screen (jika terpasang) oleh
fuel transfer pump yang menyatu dengan governor. Fuel dikirim dari fuel transfer pump
menuju pressure regulating valve. Pressure regulating valve tertutup pada operasi normal.
Fuel akan masuk ke drilled passage di cylinder head melewati secondary fuel filter. Saat
tekanan fuel lebih besar dari range yang diinginkan maka pressure regulating valve akan
terbuka. Hal ini akan memungkinkan fuel untuk kembali ke tangki. Drilled passage di cylinder
head memotong sebuah galeri pada tiap unit injector untuk menyediakan aliran fuel terus-
menerus ke semua injector.
Jika terdapat udara di sisi inlet sistem fuel, fuel priming pump (jika terpasang) dapat
digunakan untuk mengisi fuel filter dan galeri fuel di cylinder head. Hal ini dilakukan sebelum
engine running. Saat priming pump digunakan, check valve yang berada di dalam fuel
priming pump mengatur pergerakan fuel. Fuel melewati sisi bertekanan rendah dari sistem
fuel. Hal ini menghilangkan udara dari fuel line dan komponen-komponen fuel sistem dan
mendorongnya menuju ke fuel tank.
Sistem ini sangat terpadu dengan menghilangkan high pressure fuel line di bagian luar dan
yang terpenting, memberikan pengaturan yang sangat baik dari timing injeksi pada semua
kondisi beban, memberikan respon yang cepat terhadap beban dan konsumsi fuel yang
hemat. Sebagai tambahan, sistem ini memungkinkan tekanan injeksi yang sangat tinggi dan
waktu injeksi yang singkat, berikut dengan pengaturan emisi yang meningkat.

Unit Injector

Gambar 62 Unit Injector

Sistem penyemprotan bahan bakar untuk engine ini adalah jenis Mechanical actuated Unit
Injector. Fuel injection pump dan nozzle digabung menjadi satu sebagai injector assembly

Page 46

Basic Fuel System
untuk setiap cylinder, seluruh saluran bertekanan tinggi dihilangkan. Saluran bahan bakar
terdiri dari saluran suplay menuju dan dari cylinder head, fuel filter dan fuel transfer pump.
Bahan bakar disuplai ke setiap injector melalui saluran di dalam cylinder head. Setiap unit
injector mempunyai fuel rack masing-masing, yang diatur oleh governor melalui control shaft
yang menggerakkan semua unit injector secara simultan (serempak).
Sambungan besar disisi injector merupakan clamp penahan. Gambar dibawah injector yang
dibelah adalah rack. Pergerakkannya mengatur putaran helix pada scroll pada plunger yang
menentukan jumlah bahan bakar yang akan disemprotkan kedalam cylinder. Unit injector
terdiri dari scroll-type high pressure plunger dan injector nozzle. Langkah effektif plunger
selama bahan bakar bertekanan tinggi disemprotkan, diatur oleh posisi scroll yang
digerakkan oleh rack dan governor.
System ini pada dasarnya seperti fuel system tipe scroll Caterpillar lainnya, dengan
perkecualian pada pompa bertekanan tinggi yang terpisah dan secara individual diletakkan
disetiap ruang pembakaran sehingga saluran bahan bakar bertekanan tinggi dapat
ditiadakan. Langkah plunger selalu sama dan ditentukan oleh cam lobe dan gerakan rocker
arm. Akan tetapi, langkah piston juga ditentukan oleh posisi scroll. Plunger berputar pada
sumbunya untuk mengubah posisi scroll sehingga dapat memperpanjang atau
memperpendek langkah effektifnya (effective stroke). Pada saat kedua port (lubang) tertutup,
maka terjadi penyemprotan. Tekanan bahan bakar akan membuka check valve dan saat
tekanan turun, check valve pun akan menutup kembali. Bahan bakar yang mengelilingi
injector dari o-ring atas sampai seal ring di bagian bawah nozzle cone.

Gambar 8.10 Injector pada cylinder head

Gambar 8.10 menunjukkan gambar melintang sebuah injector yang terpasang di cylinder
head. Sebuah sleeve kuningan memisahkan injector dan fuel dari coolant. Juga ditunjukkan

Page 47

Basic Fuel System
rocker arm assembly yang menggerakkan injector. Control linkage menggerakkan rack
injector berdasarkan posisi output shaft governor.

Gambar 8.11 – Hold down clamp; rack; plunger; nozzle injector

Extension besar di sisi injector adalah hold-down clamp (Gambar 8.11). Yang ditunjukkan
pada dasar injector adalah rack. Pergerakkannya mengatur rotasi helix di scroll plunger, dan
mengatur volume fuel yang akan diinjeksikan ke dalam cylinder.

Gambar 8.12 Mekanisme rack shaft

Unit inejektor terdiri atas plunger tekanan tinggi scroll-type dan nozzle injector (Gambar 175).
Langkah efektif plunger selama fuel bertekanan tinggi diinjeksikan, diatur oleh posisi gear
yang digerakkan oleh governor dan rack.

Page 48

Basic Fuel System

Gambar 8.13 Komponen injector

Sistem ini pada dasarnya seperti sistem scroll lainnya kecuali pompa tekanan tinggi yang
terpisah dan diposisikan sendiri-sendiri di atas ruang bakar, sehingga menghilangkan
kebutuhan high pressure fuel line.
Total langkah plunger selalu sama dan ditentukan oleh pergerakan cam lobe lift dan rocker
arm. Langkah efektif ditentukan oleh posisi scroll (Gambar 8.13).
Plunger berputar disekitar sumbu vertikalnya untuk menggerakkan scroll, sehingga
memanjangkan atau memendekkan langkah efektif. Selama kedua port tertutup, fuel
diinjeksikan. Tekanan fuel mendesak check valve untuk naik dari dudukannya sehingga
menghasilkan penginjeksian dan saat tekanan fuel turun, spring akan mengembalikan check
valve. Fuel mengitari injector dari o-ring sebelah atas hingga sealing ring di dasar cone
nozzle.

Gambar 8.14 Melepas unit injector

Untuk melepas unit injector (Gambar 8.14), pertama lepaskan bolt hold-down. Kemudian,
hati-hati agar tidak merusak rack injector, masukkan pry bar di notch di dasar injector dan
lepaskan injector dari bore. Putar injector untuk memastikan kepala rack bebas dari rack
shaft sebelum melepas injector. Jika fuel di cylinder head belum dilepaskan, fuel akan
mengalir memasuki cylinder.

Page 49

Basic Fuel System

MECHANICAL ACTUATED ELECTRONIC CONTROLLED UNIT INJECTOR
(MEUI/EUI)

Mechanical actuated Electronic controlled Unit Injector (MEUI/EUI) merupakan langkah maju
pengembangan sistem bahan bakar yang terbukti ketangguhan dan kemampuannya.
System Mechanical actuated Electronic controlled Unit Injector menggunakan injector diatas
masing-masing silinder untuk menginjeksikan bahan bakar dan electronic control module
(ECM) mengontrol jumlah bahan bakar (fuel delivery) dan waktu peginjeksian (injection
timing). Electronic unit injector menggunakan mekanisme rocker arm untuk menekan tappet
yang dibutuhkan untuk menaikkan tekanan bahan bakar didalam unit injector. Rocker arm
digerakkan secara mekanis oleh camshaft dan untuk beberapa jenis engine menggunakan
perantara lifter dan push rod.

Gambar 63 electronic unit injector

Prinsip Kerja Sistem Bahan bakar MEUI/EUI
ECM mengontrol jumlah bahan bakar yang diinjeksikan tergantung pada signal yang dikirim
ke electronic unit injector. Mechanical actuated Electronic controlled Unit Injector (MEUI/EUI)
akan menginjeksikan bahan bakar hanya jika solenoid pada electronic unit injector
dienergized. ECM mengirim tegangan sebesar 90 - 105 VDC ke solenoid untuk meng-
energize solenoid. Dengan mengontrol saat solenoid di-energize, ECM dapat mengontrol
waktu penginjeksian bahan bakar. Dengan mengontrol lamanya solenoid di-energize, ECM
dapat mengontrol jumlah bahan bakar yang diinjeksikan (injection duration).
ECM menyetel batas bahan bakar yang dapat diinjeksikan, dengan dua parameter yang
selalu dipergunakan yaitu:

1. FRC Fuel POS merupakan batas berdasarkan kepada boost pressure untuk
mengontrol jumlah bahan bakar sebagai pengontrol emisi. Pada saat ECM merasakan
peningkatan boost pressure, ECM meningkatkan FRC Fuel POS.

2. Rated Fuel POS diasumsikan sama dengan rack stop dan torque spring pada
mechanical governor. Rated Fuel POS merupakan batas bahan bakar yang diberikan
berdasarkan horsepower rating engine. Rated Fuel POS menyediakan horsepower dan
kurva torque untuk horsepower rating tertentu. Batas tersebut diprogram oleh factory
didalam Personality Module.

Page 50