PT. Prasasta Apta Tara
Prasasta Learning Centre
Manual Book
Basic Air Intake & Exhaust 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 Air Intake & Exhaust System
DAFTAR ISI
REVIEW MATERIAL AIR INDUCTION & EXHAUST SYSTEM .......................................................4
TOPIK 1 NATURALLY ASPIRATED INTAKE & EXHAUST SYSTEM .............................................7
1.0 KOMPONEN-KOMPONEN AIR INTAKE (PEMASUKAN UDARA) ....................................7
1.1 FUNGSI INTAKE SYSTEM................................................................................................7
1.2 EXHAUST SYSTEM ........................................................................................................ 15
1.3 KOMPONEN-KOMPONEN EXHAUST SYSTEM............................................................. 16
TOPIK 2 INTAKE SYSTEM UDARA DENGAN CARA DIDORONG (FORCED AIR INTAKE
SYSTEM) ........................................................................................................................ 21
2.0 EFISIENSI VOLUMETRIC ............................................................................................... 21
2.1 KOMPONEN ................................................................................................................... 21
2.2 FUNGSI........................................................................................................................... 22
2.3 KOMPONEN ................................................................................................................... 24
2.4 LUBRICATION TURBOCHARGER ................................................................................. 30
2.5 CARA KERJA TURBOCHARGER ................................................................................... 34
2.6 PENGARUH KETINGGIAN TERHADAP DIESEL ENGINE YANG DILENGKAPI DENGAN
TURBOCHARGER .......................................................................................................... 40
2.7 SUPERCHARGER JENIS ROOTES ............................................................................... 42
2.8 KONSTRUKSI SUPERCHARGER .................................................................................. 43
2.9 CARA KERJA .................................................................................................................. 43
TOPIK 3 PENYEBAB KERUSAKAN,PROSEDURE INSPEKSI DAN REPAIR UNTUK TURBO
CHARGER ...................................................................................................................... 46
3.0 MENGIDENTIFIKASI SEBAB-SEBAB KERUSAKAN TURBOCHARGER ....................... 46
3.1 PEMBONGKARAN TURBOCHARGER ........................................................................... 65
3.2 INSPEKSI........................................................................................................................ 71
3.3 TURBOCHARGER - ASSEMBLY .................................................................................... 83
TOPIK 4 PENGETESAN TEKANAN ............................................................................................. 93
4.0 1U5470 ENGINE PRESSURE GROUP ........................................................................... 93
4.1 HAMBATAN AIR INLET................................................................................................. 103
4.2 HAMBATAN EXHAUST................................................................................................. 104
4.3 TEKANAN INLET MANIFOLD – BOOST ....................................................................... 106
Page 3
Basic Air Intake & Exhaust System
REVIEW MATERIAL AIR INDUCTION & EXHAUST SYSTEM
Review Siklus Empat Langkah (Four Stroke Cycle)
Intake Stroke
Udara mengalir melalui intake port di dalam cylinder
head. Pada intake stroke (Gambar 1), inlet valve
membuka tepat sebelum piston bergerak menuruni
cylinder dan udara kemudian akan mengalir kedalam
cylinder.
Gambar 1 Pada compression stroke (Gambar 2), piston
bergerak ke atas dan intake valve dan exhaust
Compression Stroke valve mengutup. Oleh karena itu, udara yang
terperangkap di dalam cylinder tertekan /
Gambar 2 terkompresi. Udara yang tertekan ini meningkatkan
temperaturnya ke satu tingkat di mana bahan
Power Stroke bakar akan menyala bila diinjeksi ke dalam
cylinder.
Gambar 3
Pada saat piston berada di dekat puncak
pergerakannya (Gambar 3), bahan bakar diinjeksi
kedalam cylinder dalam bentuk uap halus, sebagai
akibat dari tekanan yang sangat tinggi yang
berkembang di dalam injector. Bahan bakar
bercampur dengan udara panas dan menyala.
Jenis proses pembakaran ini merupakan alasan
mengapa diesel engine juga disebut sebagai
“compression ignition engine”.
Energi yang dihasilkan oleh pembakaran,
mendorong piston ke bawah untuk menghasilkan
tenaga.
Page 4
Exhaust Stroke Basic Air Intake & Exhaust System
Ketika berada di ujung power stroke (Gambar 4),
exhaust valve membuka. Gerakan piston ke atas
akan mendorong gas panas masuk ke dalam
exhaust manifold. Ketika berada di dekat puncak
exhaust stroke, exhaust valve menutup dan inlet
valve membuka untuk persiapan pengulangan siklus.
Dibutuhkan dua putaran crankshaft untuk
menyelesaikan empat siklus stroke, untuk masing-
masing cylinder di dalam engine.
Gambar 4
Fungsi Intake dan Exhaust
Diesel engine membutuhkan cukup udara untuk membakar bahan bakar.
Air induction system (Sistem pemasukan udara) (air induction system) harus memberikan cukup
udara bersih untuk pembakaran. Rancangan air induction system (Sistem pemasukan udara)
harus memadai untuk mencegah masuknya bocoran ke dalam sistem dan meminimalkan
hambatan. Exhaust system harus membuang panas dan gas pembakaran, dan memberikan kerja
turbocharger yang efisien, jika digunakan. Setiap pengurangan aliran udara atau gas pembakaran
melalui system mengurangi kinerja engine. Exhaust system membuang gas buang ke atmosfir.
Internal combustion engine membutuhkan cukup udara untuk membakar bahan bakar. Air induction
system (Sistem pemasukan udara) harus memberikan udara bersih yang cukup untuk
pembakaran.
Rancangan intake system udara harus memastikan kebocoran udara tidak terjadi dan memastikan
hambatan minimum terhadap aliran udara.
Fungsi exhaust system adalah membuang gas buang dari proses pembakaran dari engine dan
membuangnya ke atmosfir. Rancangan sistem harus memastikan terdapatnya hambatan minimum
pada aliran gas dan memastikan bahwa tingkat kebisingan dikurangi sampai memenuhi standar
yang berlaku.
Tekanan pembuangan yang berlebihan menimbulkan dampat buruk bagi kinerja engine dalam
artian lebih banya kerja yang dibutuhkan untuk mendorong gas buang keluar dari engine sehingga
lebih sedikit kerja yang berguna yang tersisa atau tersedia. Ini jelas tampak dari berkurangnya
tenaga dan bertambahnya konsumsi bahan bakar. Indikasi lain, tekanan balik pembuangan adalah
temperature bahan pendingan yang lebih tinggi dari normal, karena proses cooling yang
dibutuhkan meningkat karena tekanan dan temperatur gas buang yang lebih tinggi.
Jenis - Jenis Sistem
Gambar 5
Page 5
Basic Air Intake & Exhaust System
Ada tiga jenis Air induction system (Sistem pemasukan udara) (Gambar 5):
1. Diisap secara Alami (Naturally aspirated)
Intake system udara yang tidak memiliki turbocharger atau aftercooler disebut naturally
aspirated atau “NA” system Sistem-sistem jenis ini jarang digunakan pada diesel engine
dewasa ini
Sistem ini mengandalkan gerakan ke bawah piston untuk menarik masuk udara melalui intake
system udara.
2. Turbocharged
Sistem-sistem ini disebut “T” system. Gas buang menggerakkan sebuah pompa yang disebut
turbocharger yang menyebabkan udara dipaksa masuk ke dalam engine dibawah tekanan.
3. Turbocharged dan Aftercooler
Dewasa ini, di dalam mesin merek Caterpillar, sistem-sistem ini paling umum digunakan.
Sistem-sistem ini dikenal sebagai “TA” system dan memiliki turbocharger dan aftercooler.
Berbagai jenis aftercooler dapat digunakan.
Page 6
Basic Air Intake & Exhaust System
TOPIK 1
NATURALLY ASPIRATED INTAKE & EXHAUST SYSTEM
1.0 KOMPONEN-KOMPONEN AIR INTAKE (PEMASUKAN UDARA)
1. Pre-cleaner Gambar 6
2. Air cleaner
3. Intake manifold 4. Exhaust manifold
5. Muffler
6. Exhaust stack
1.1 FUNGSI INTAKE SYSTEM
Diesel engine membutuhkan cukup banyak udara untuk membakar bahan bakar.
Air induction system (Sistem pemasukan udara) harus memberikan udara bersih yang cukup untuk
pembakaran. Rancangan air induction system (Sistem pemasukan udara) harus memadai untuk
mencegah masuknya kebocoran ke dalam sistem dan meminimalkan hambatan. Setiap
pengurangan aliran udara atau gas pembakaran melalui intake system udara mengurangi kinerja
engine.
Pre-cleaner
Gambar 7
Banyak engine menggunakan pre-cleaner. Pre-cleaner ditempatkan sebelum lubang masuk (inlet)
menuju pembersih udara utama (main air cleaner) (Gambar 7). Fungsi pre-cleaner adalah untuk
mengumpulkan banyak kotoran atau kontaminasi sebelum air cleaner. Ini meningkatkan usia pakai
air-cleaner. Jenis air cleaner yang paling sederhana adalah mesh cap pada bagian atas air filter
housing inlet.
Page 7
Basic Air Intake & Exhaust System
Donaspin Pre-cleaner
Donaspin Pre-cleaner (Gambar 8) dirancang untuk membuang
kontaminasi berat dari udara yang masuk. Kontaminasi-
kontaminasi tersebut kemudian akan bergulung keluar oleh
gaya sentrifugal, yang menabrak clear cover dan jatuh ke
dasar, dimana kontaminasi tersebut menumpuk untuk mengisi
marker dan akan perlu dikosongkan oleh petugas service atau
operator.
Gambar 8
Cyclone Tube Exhaust Dust Ejected Pre-cleaner
Pada mesin pengangkut tanah, pre-cleaner sering dibuang
gasnya melalui muffler dengan mengunakan perbedaan tekanan
denyut yang ditimbulkan oleh exhaust system (Gambar 9).
Gambar 9
Cyclone Tube Exhaust Dust Ejected Pre-cleaner
Keunggulan sistem ini bila dibandingkan dengan
pre-cleaner konvensional meliputi penggunaan low
pressure scavenging engine line yang diventilasi di
dalam exhaust pipe (pipa buang) (Gambar 10).
Partikel-partikel dibawa keluar dan masuk kedalam
exhaust, oleh karena itu tidak diperlukan perawatan
mekanis untuk membersihkan pre-cleaner system.
Gambar 10
Page 8
Basic Air Intake & Exhaust System
Donaldson Fin Cyclopac
Gambar 11
Di dalam Donaldson Fin cyclopac pre-cleaner (Gambar 11), udara yang diinduksi didorong
bergerak di seputar rangka baja (steel casing) filter assembly oleh sirip plastic (plastic fin) pada
filter element. Ini menimbulkan gerakan berputar, yang mendorong partikel-partikel berat keluar
oleh gaya sentrifugal. Partikel-partikel berat tersebut didorong keluar ke steel casing dimana
partikel-partikel tersebut jatuh ke dasar unit dan dikeluarkan melalui lower flap.
Donaldson Donalcine SBG
Gambar 12
Page 9
Basic Air Intake & Exhaust System
Di dalam sebuah Donaldson Donalcine SBG pre-cleaner, saluran di dalam tube memberikan
putaran siklon (cyclonic twist) di dalam unit, yang menyebabkan partikel-partikel berat terlempar
keluar, yang kemudian jatuh ke dasar unit, dan dikenal sebagai dust cup. Debu ini dikeluarkan
oleh vacuum valve, atau dengan membuka tutup secara manual, misalnya pada 787 Off-Highway
Truck.
Dust Tube
Gambar 13
Ini adalah gambar close-up cara kerja dust tube (Gambar 13). Dengan udara yang masuk di
bagian sisi, dan ditarik ke dasar, dan diisap naik ke middle intake tube dengan partikel-partikel
berat dibuang secara cyclonic dari udara dan turun ke dasar untuk dikumpulkan di dalam dust cup.
Jenis pre-cleaner lain yang digunakan pada alat Caterpillar adalah drum yang dikipas secara
berputar (spirally fanned drum). Kipas ini menyebabkan udara yang masuk berputar.
Karena kotoran yang ditarik masuk lebih berat dari udara, kotoran didorong keluar karena adanya
aksi putar (spinning action). Kotoran tersebut kemudian jatuh kedalam sebuah mangkuk
pengumpul (collection bowl), dan udara yang dibersihkan sebagian ini mengalir melalui center tube
menuju air cleaner.
Pre-cleaner harus diinspeksi dan dikosongkan setiap hari.
Page 10
Basic Air Intake & Exhaust System
Vacuator Valve
Gambar 14
1. Pre-cleaner fin 5. Air cleaner housing
2. Outer air cleaner element 6. Dust cap
3. Inner atau safety air cleaner element 7. Vacuator valve
4. Sambungan untuk service indicator
Dengan memasang sebuah vacuator valve pada dust cap, service rutin dust cap tidak perlu
dilakukan, karena valve ini akan secara otomatis mengeluarkan debu dan air. Vacuator valve
terbuat dari karet dan dipasang di dasar dust cap, seperti diperlihatkan di dalam Gambar 14.
Walaupun dust cap ini biasanya berada dibawah vacuum ringan pada saat engine sedang hidup,
denyut vacuum membuka dan menutup valve, yang membuang debu dan air. Vacuator valve akan
juga membongkar dan membuang debu pada saat engine dalam keadaan mati.
Air cleaner
Gambar 15
Udara air cleaner atau filter air cleaner ditarik masuk kedalam engine melalui Air Cleaner (Gambar
15). Air cleaner mengandung sebuah filter element yang membuang material asing halus dari
udara sebelum masuk kedalam engine. Ada beberapa jenis air cleaner yang saat ini digunakan
pada engine Caterpillar.
Page 11
Basic Air Intake & Exhaust System
Assemble yang diperlihatkan di dalam Gambar 15 terdiri dari sebuah struktur baling-baling (vane)
yang memutar udara dan membuang partikel-partikel dengan efek cyclone ke dasar housing.
Perangkat karet yang berdenyut membuang partikel-partikel tersebut.
CATATAN:
Selalu baca manual pengoperasian dan perawatan engine, bagian prosedur perawatan yang paling
tepat.
Dry Air-Cleaner Element
Gambar 16 – Dry Element Air cleaner
Dry element air cleaner (Gambar 16) adalah jenis air cleaner yang paling umum digunakan pada
engine Caterpillar. Dry element air cleaner umumnya tersusun dari sebuah media saringan kertas
lipatan (pleated paper filter media) yang digunakan untuk membuang kotoran dari udara yang
masuk.
Gambar 17 – Dry Element Cleaning
Dry element air cleaner (Gambar 17) biasanya dapat dibersihkan dengan udara kering hasil
penyaringan dengan tekanan maksimum 207 kPa (30 psi). Elemen tersebut harus dibersihkan dari
sisi luar yang bersih, sambil menahan ujung air nozzle sejajar dengan lipatan air cleaner.
Page 12
Basic Air Intake & Exhaust System
CATATAN:
Sebagian besar lokasi tambang telah melarang tindakan membersihkan filter dengan air blower.
Beberapa perusahaan menawarkan jasa membersihkan atau menggantikan elemen yang telah
dipakai.
PERINGATAN:
Ketika melaksanakan kegiatan ini, pastikan Anda memakai kacamata pelindung, dan masker.
Heavy-duty air cleaner, seperti yang digunakan pada mesin konstruksi juga mengandung elemen
pengaman atau elemen sekunder di dalam elemen utama, jika elemen utama gagal dan untuk
meningkatkan efisiensi pembersihan udara.
Tanpa menggunakan elemen sekunder (secondary element), mesin akan mengalami kerusakan
berat yang disebabkan oleh masuknya kotoran jika elemen utama (primary element) gagal
berfungsi.
Oleh karena itu, hal yang penting adalah pastikan bahwa intake manifold selalu disekat.
Caterpillar Air Filter dengan Radial Seal Baru
Gambar 18
A. Rancangan Radial Seal E. Build in pleat support dan positive pleat
B. All steel adapter ring spacing
C. One-piece moulded urethane end cap
F. Heavy-duty metal inner and outer wrap
dengan seal integral G. Backed-on enamel outer filter wrap.
D. Filter paper yang dilipat padat
Page 13
Basic Air Intake & Exhaust System
Service Air cleaner
Gambar 19 – Wheel Air cleaner umum, masing-masing dengan service indicatornya
Engine air cleaner harus diservis secara rutin. Banyak air cleaner dilengkapi dengan sebuah
service indicator (Gambar 19). Indikator tersebut memantau besarnya hambatan melalui air
cleaner. Service indicator tersebut adalah cara yang paling tepat untuk digunakan untuk
mengetahui kapan air cleaner perlu diservis.
Dial Indicator
Gambar 20
Sebuah dial indicator (Gambar 20) dapat memiliki warna hijau dan kuning untuk indikasi. Merah
menunjukkan pembacaan vacuum yang tinggi dalam satuan inci air.
Filter Indicator
Gambar 21
Bila indikator kuning telah mencapai zona merah pada filter indicator (Gambar 21), maka ini
menunjukkan sudah waktunya untuk mengganti elemen pembersih udara.
Page 14
Basic Air Intake & Exhaust System
Kondisi Pengoperasian
Gambar 22
Kondisi pengoperasian akan menentukan kapan batas/periode service air filter harus dilakukan
baik lebih rutin atau kurang rutin, tergantung dari kondisi (Gambar 22).
Gambar 23
Sebelum menyervis sistem udara:
Matikan engine, dan pasang sebuah danger tag pada bagian ignition (Gambar 23)
Lepaskan air cleaner element yang memblokir intake tube
Lepaskan elemen lama dari bagian intake pada engine
Periksa apakah ada kerusakan di dalam filter element, yaitu dengan cara sinar
Atur ulang atau reset air filter indicator.
Air cleaner element pada engine harus diservis, dibersihkan atau diganti bila diagragma kuning
memasuki zona merah atau piston merah terkunci pada posisi yang dapat dilihat, yang berarti
bahwa service indicator telah mengalami trip. Pembersihan perlu dilakukan dengan pencucian
dengan udara, air, atau detergen.
Terlalu sering diservis juga tidak baik. Pembersihan udara dapat menjadi isu lingkungan, karena
debu silikon dapat menyebar.
1.2 EXHAUST SYSTEM
Fungsi Exhaust system
Fungsi Exhaust system adalah untuk membuang gas pembakaran sisa dari engine dan
membuangnya ke atmosfir. Rancangan sistem harus memastikan bahwa hambatan aliran gas
adalah minimum dan memastikan bahwa tingkat kebisingan dikurangi sampai memenuhi standar
yang berlaku.
Page 15
Basic Air Intake & Exhaust System
1.3 KOMPONEN-KOMPONEN EXHAUST SYSTEM
Inlet Manifold
Gambar 24
Dari air cleaner dan turbocharger/after-cooler, jika ada, udara yang masuk memasuki inlet manifold
(Gambar 24) dan diarahkan ke inlet port untuk masing-masing cylinder.
Exhaust manifold
Gambar 25
Gas buang yang keluar dari cylinder melalui exhaust port, memasuki exhaust manifold (Gambar
25) dan kemudian diarahkan ke exhaust system.
Muffler
Muffler atau silencer digunakan di dalam untuk mengurangi tingkat kebisingan exhaust dengan
menggunakan peredaman dalam (internal buffling). Setiap kali gas mengalir melalui sebuah
muffler, kecepatannya berkurang dan tekanan meningkat. Semakin efektif peredaman, semakin
besar tekanan balik di dalam sistem. Oleh karena itu, pemilihan muffler oleh perusahaan engine
merupakan kompromi antara pengurangan kebisingan dan peningkatan tekanan balik.
Dua exhaust muffler yang paling umum digunakan adalah jenis straight-through flow dan reverse
flow.
Page 16
Basic Air Intake & Exhaust System
Straight-through muffler
Gambar 26
Rancangan straight-through muffler sebagaimana diperlihatkan di dalam Gambar 26 mengangkut
gas buang langsung melalui muffler melalui sebuah tabung berlubang yang dikelilingi oleh bahan
peredam bunyi. Gas buang bergetar mengalir melalui lubang-lubang di dalam tabung berlubang
dan menembus masuk ke dalam bahan peredam bunyi – umumnya potongan-potongan logam
atau wol kaca (glass wool). Proses ini mengurangi frekuensi getaran gas yang menurunkan puncak
bunyi exhaust. Di dalam rancangan muffler ini, hanya ada sangat sedikit tekanan balik, yang
membuatnya cocok untuk digunakan pada diesel engine dua langkah (two stroke diesel engine)
yang beroperasi berdasarkan prinsip Kadency pembilasan exhaust.
Reverse-flow muffler
Gambar 27
Reverse-flow muffler seperti diperlihatkan di dalam Gambar 27 membantu mengurangi tingkat
bunyi dengan menyalurkan gas buang bolak-balik melalui expansion chamber di dalam muffler.
Efek ini adalah untuk mengurangi tekanan dan temperatur gas pada saat mengalir melalui baffle
dan tabung dimana turbulensinya mati dan tingkat bunyi berkurang. Tingkat pengurangan bunyi di
dalam reverse-flow muffler dapat ditentukan oleh ukuran expansion chamber di dalam muffler. Bila
membandingkan kedua rancangan muffler tersebut, jenis reverse-flow dapat mencapai tingkat
kebisingan paling rendah.
Page 17
Basic Air Intake & Exhaust System
Spark arrester muffler
Gambar 28
Reverse-flow muffler dapat memiliki berbagai macam rancangan untuk berfungsi sebagai penahan
percikan (spark arrester) untuk engine-engine yang bekerja di dekat bahan yang mudah terbakar.
Oleh karena itu, muffler jenis ini memiliki dua fungsi, yaitu berfungsi sebagai alat penekan bunyi
dan memadamkan potongan-potongan karbon yang terbakar yang mungkin ada di dalam gas
buang. Pada gambar 28, spark arrester insert disebut “Lip screens”. Ketika gas buang mengalir
melalui screen-screen ini, gas buang tersebut dapat menyebabkan screen berputar/berotasi
sehingga mendorong setiap percikan ke arah jaket luar muffler, dimana percikan tersebut akan
dipadamkan.
Pada beberapa alat pertambangan bawah tanah, sarana khusus dibuat untuk menghilangkan
percikan di dalam area yang mengandung risiko kebakaran tinggi. Rancangan muffler yang
digunakan pada alat tersebut adalah jenis basah yang memungkinkan gas buang bercampur
dengan air ketika mengalir melewati exhaust system dan, memadamkan percikan api,
mendinginkan exhaust dan menurunkan tingkat bunyi.
Catalytic Converter
Catalytic Converter dipasang di dalam exhaust system dengan cara yang sama seperti muffler.
Catalytic Converter digunakan pada kendaraan-kendaraan bensin yang menggunakan bahan
bakar tanpa timbel untuk mengurangi emisi. Catlytic Converter tidak digunakan pada diesel engine.
Gambar 29
Page 18
Basic Air Intake & Exhaust System
Catalytic Converver (Gambar 29) adalah sebuah struktur sarang lebah yang dilapisi secara kimia
dengan endapan tipis Platinum dan Rhodium. Unsur-unsur ini berfungsi sebagai katalis untuk
terjadinya suatu reaksi kimia yang akan mengubah gas-gas berbahaya menjadi gas-gas yang tidak
berbahaya. Reaksinya tidak memiliki dampak terhadap bahan di dalam converter selama
pengoperasian normal.
Converter tidak boleh digunakan dengan bahan bakar yang mengandung timbel, karena converter
tersebut akan tercemar dan akan tidak berfungsi. Untuk bekerja dengan benar, converter tidak
boleh mengalami panas berlebihan dengan ratio bahan bakar yang salah atau salah pengapian
(misfires).
Converter tersebut mengubah tiga gas polutan menjadi gas yang tidak berbahaya
Karbon Monoksida diubah menjadi Karbon Dioksida
Hidrokarbon diubah menjadi air
Oksida Nitrogen diubah menjadi Nitrogen.
Exhaust back pressure ( tekanan balik exhaust)
Exhaust back pressure ( tekanan balik exhaust) adalah tekanan yang timbul di dalam exhaust
manifold karena hambatan pada aliran gas exhaust pada saat mengalir melalui muffler dan pipa
exhaust. Meningkatnya tekanan balik di dalam exhaust system dapat disebabkan oleh muffler yang
terblokir sebagian, ukuran pipa exhaust yang tidak tepat, pipa exhaust yang terlalu panjang, atau
banyak tekanan di dalam pipa exhaust atau adanya hambatan di dalam pipa tersebut.
Exhaust back pressure (tekanan balik exhaust) yang paling kecil/rendah diharapkan untuk
memaksimalkan efisiensi engine. Tekanan balik yang terlalu besar menyebabkan exhaust
mengalami panas berlebihan dan kehilangan tenaga yang signifikan.
Untuk mengukur exhaust back pressure ( tekanan balik exhaust), manometer yang diisi air
dianjurkan untuk ketepatan maksimum atau untuk pedoman umum, sebuah alat ukur tekanan
rendah dapat digunakan. Pengukuran harus dilakukan dengan engine dalam keadaan hidup pada
beban penuh (bahan bakar maksimum). Titik pengukuran normal ada pada elbow outlet dari
turbocharger.
Jumlah maksimum yang ditetapkan secara umum untuk Caterpillar turbocharged diesel engine
yang dipasang pada mesin-mesin adalah 27 inch (686 mm) air atau 6,75 kpa dan 34 inci air (864
mm) atau 8,5 kpa.
Australian Design Rules (ADR)
Ada sejumlah hukum yang mengatur konstruksi kendaraan berat. Peraturan-peraturan ini
memberikan tanggung jawab pada para pabrik pembuat kendaraan dan komponen-komponen,
dealer kendaraan, mekanik dan operator. Australian Design Rules tentang kebisingan dan emisi
kendaraan diidentifikasi di bawah ini.
1. Australian Design Rules 28 untuk kebisingan kendaraan bermotor
Maksud Australian Design Rules ini adalah untuk menentukan batas-batas kebisingan
eksternal yang dikeluarkan dari kendaraan bermotor untuk membatasi kontribusi kendaraan
bermotor terhadap kebisingan masyarakat.
ADR ini berlaku bagi kendaraan-kendaraan berat yang berbahan bakar diesel.
2. Australian Design Rules 28A untuk kebisingan kendaraan bermotor
Australian Design Rule ini adalah versi yang lebih baru dari ADR 28A dan mengurangi
persyaratan emisi kebisingan.
Page 19
Basic Air Intake & Exhaust System
3. Australian Design Rules 30 untuk emisi asap diesel engine exhaust
Maksud ADR ini adalah untuk membatasi opasitas (densitas dan warna) emisi asap diesel
engine
4. Australian Design Rules 36 untuk polusi diesel engine
Maksud ADR ini adalah untuk membatasi emisi dari kendaraan-kendaraan bermotor untuk
mengurangi polusi.
Exhaust Stack
Exhaust stack (Gambar 30) berhubungan langsung dengan muffler dan membawa gas exhaust
masuk ke atmosfir, meninggalkan ruang operator.
Beberapa model menggunakan exhaust stack yang dilengkapi dengan sebuah perangkap air hujan
(rain trap). Rain trap ini mencegah masuknya air hujan ke dalam engine melalui muffler dan
turbocharger pada saat mesin diparkir. Tekanan exhaust mendorong trap membuka ketika mesin
sedang dioperasikan.
Page 20
Basic Air Intake & Exhaust System
TOPIK 2
INTAKE SYSTEM UDARA DENGAN CARA DIDORONG
(FORCED AIR INTAKE SYSTEM)
2.0 EFISIENSI VOLUMETRIC
Ada banyak cara untuk meningkatkan output pada engine. Output pada engine untuk ukuran
engine cylinder tertentu, ditentukan oleh banyaknya campuran bahan bakar yang dibakar selama
masing-masing combustion stroke. Oleh karena itu, metode yang paling efektif untuk meningkatkan
output pada engine adalah memperoleh lebih banyak campuran bahan bakar/udara yang masuk
kedalam cylinder. Cara yang efektif untuk mencapai tujuan ini adalah dengan memberikan tekanan
positif, atau mendorong udara masuk ke dalam combustion chamber. Ini dilakukan dengan
turbocharging atau supercharging, yang meningkatkan efisiensi volumetric engine.
Efisiensi volumetric dapat didefinisikan dengan rumus berikut:
VE = Aliran udara (meter kubik per menit) x 2000
Displacement (liter) x rpm
Diesel engine yang dirancang dengan baik, diisap secara alami dan memiliki overhead valve empat
langkah (four stroke overhead valve), memiliki efisiensi volumetric sekitar 85%.
Diesel engine yang diberi turbocharger atau supercharger memiliki efisiensi volumetric
sekitar130%.
Dengan kata lain, turbocharging atau supercharging memungkinkan perancang untuk mencapai
output tenaga yang lebih besar dari mesin yang berukuran lebih kecil. Manfaat lain adalah
meningkatnya efisiensi bahan bakar, pembakaran yang lebih sempurna dan pengurangan produksi
polutan.
2.1 KOMPONEN
Air induction and exhaust system
terdiri dari komponen-komponen
sebagai berikut (Gambar 31),
selain jaringan pipa:
1. Pre-cleaner
2. Air cleaner
3. Turbocharger
4. Intake manifold
5. After-cooler
6. Exhaust manifold
7. Exhaust stack
8. Muffler
Gambar 31
Page 21
Basic Air Intake & Exhaust System
2.2 FUNGSI
Menormalkan suplai udara
Meningkatkan suplai udara
Fungsi-fungsi turbo:
Turbocharger memiliki dua fungsi, yaitu menormalkan suplai udara dan meningkatkan suplai udara
ke engine. Menormalkan berarti menjaga suplai udara sama seperti suplai udara engine yang
diisap secara alami (naturally aspirated engine) pada ketingian permukaan laut.
Bila engine-engine dioperasikan pada ketinggian di atas permukaan laut, udara menjadi kurang
padat, dan turbocharger diperlukan untuk mengumpulkan lebih banyak udara tipis. Jika normalisasi
tidak dijaga, setelan bahan bakar harus dikurangi ketika udara menjadi kurang padat untuk
menghindari pemberian bahan bakar berlebihan pada engine. Dengan demikian, normalisasi
memungkinkan engine meningkatkan tenaga kuda (horsepower) normal pada range ketinggian
yang luas.
Beberapa turbocharger dilengkapi dengan apa yang disebut “wastegate”, yang mem-bypass gas
exhaust di sekeliling turbo ketika boost mencapai tekanan tertentu. Ini memungkinkan engine dapat
dioperasikan pada berbagai ketinggian dan menjaga suplai udara yang stabil dan normal.
Teknisi harus memahami bahwa pada saat turbocharger dapat mengkonsentrasikan udara tipis
pada daerah yang lebih tinggi untuk memberikan suplai oksigen normal dan tenaga normal,
kecepatan turbo yang lebih tinggi dibutuhkan untuk melakukan hal itu. Dengan demikian, untuk
pengoperasian di atas sekitar 2.100 meter (7.000 feet) fuel de-rating sering disarankan untuk
menghindari kecepatan berlebihan turbocharger.
Manfaat sampingan penggunaan turbocharger adalah bunyi exhaust yang lebih tenang,
pembakaran yang lebih baik dan emisi yang lebih bersih.
Fungsi kedua sebuah turbocharger adalah meningkatkan suplai udara untuk memberikan oksigen
lebih dari normal pada engine. Ini menungkinkan setelan (setting) bahan bakar ditingkatkan sambil
tetap memberikan pembakaran yang lebih baik dan exhaust yang lebih tenang. Peningkatan
pembakaran berarti tidak hanya penghematan bahan bakar yang lebih baik, tetapi juga emisi
buang yang lebih bersih.
Lubrication system (sistem lubrication)
Gambar 32
Page 22
Basic Air Intake & Exhaust System
Lubrication system (sistem lubrication) (Gambar 32) juga vital untuk memperlancar kerja
turbocharger karena sistem ini melaksanakan tiga fungsi penting: lubrication, cooling dan
pembersihan. Terhentinya suplai oli selama hanya beberapa detik saja dapat menyebabkan
malapetaka bagi turbocharger. Hal yang penting adalah bahwa kuantitas oli yang cukup secara
terus-menerus mengalir melalui turbocharger untuk memberikan suspensi dan stabilisasi full
floating bearing system dan membuang panas.
Ada banyak cara dimana bahan pelumas dapat terhambat atau hilang sebelum mencapai
turbocharger. Bahan pelumas dapat mengandung partikel-partikel abrasif/tajam yang besar yang
dapat menutup lapisan bahan pelumas dan menyebabkan kerusakan fisik pada komponen-
komponen berputar. Dengan demikian tidak hanya kuantitas bahan pelumas yang cukup yang
harus tersedia, tetapi kualitas bahan pelumas juga harus baik. Sebelum menginspeksi turbo yang
gagal berfungsi, kumpulkan fakta-fakta yang banyak dan berkualitas tentang lubrication system
(sistem lubrication), seperti:
1. Jenis dan kekentalan oli yang digunakan
2. Ketinggian permukaan oli pada dipstick
3. Evaluasi oil filter, termasuk membuka dan menginspeksi paper.
4. Pengambilan sampel oli terjadwal (Scheduled Oil Sampling).
5. Informasi operator tentang tekanan bahan pelumas atau masalah-masalah lain sebelum
terjadinya kerusakan fungsi.
Hambatan Aliran Udara
Gambar 33
Masalah air inlet and exhaust system merupakan penyebab kerusakan fungsi (Gambar 33).
Misalnya, bila hambatan air inlet terlalu tinggi:
1. Pembebanan akhir berlebihan dapat terjadi dan menyebabkan aus yang lebih cepat pada thrust
bearing.
2. Kecepatan putar (RPM) turbocharger dapat meningkat secara signifikan.
Temperatur exhaust yang tidak normal tingginya dapat menyebabkan masalah lubrication marginal
dan kerusakan metalurgi.
Material asing dapat masuk ke dalam turbocharger dari intake system ataupun exhaust system.
Dengan demikian, teknisi harus selalu mengumpulkan informasi dasar tentang intake system dan
pembuangan ketika menginvestigasi kerusakan turbo.
Page 23
2.3 KOMPONEN Basic Air Intake & Exhaust System
Turbocharger adalah komponen yang bebas berputar,
yang sering berputar lebih cepat dari 80.000 RPM.
Pada RPM puncak, kecepatan permukaan journal
bearing dapat lebih tinggi dari 30 meter (100 feet) per
detik, dan energi yang tersimpan di dalam komponen
berputar dapat sama dengan tenaga kuda engine.
Kondisi ini menuntut keseimbangan dan kesejajaran
yang hampir sempurna dari semua komponen
bergerak, dan lingkungan pengoperasian dan
perawatan yang baik. Walaupun masalah pada turbo
dapat menyebabkan kerusakan fungsi, biasanya
masalah sederhana dalam lingkungan kerja, seperti
hambatan air inlet dapat menyebabkan sebagian besar
kerusakan fungsi.
Gambar 34
Turbocharger (Gambar 34 dan Gambar
35) ditemukan oleh seorang warga
negara Swiss, Buchi pada tahun 1906,
dan telah beredar dalam berbagai versi
sejak itu. Namun demikian, hanya dalam
dua dekade terakhir pengembangan
turbocharger berlangsung sampai pada
tingkat keandalan dan kinerja dimana
turbocharger dipasang pada IC engine
baru dengan persentase yang meningkat.
Gambar 35
Gambar 36 – Sub Assemble Turbocharger
Turbocharger terdiri dari tiga bagian, center bearing housing assembly, turbine housing (digerakkan
exhaust) dan compressor housing (pada sisi intake), seperti diperlihatkan di dalam Gambar 36.
Bearing housing mengandung dua buah plain bearing, sekat jenis piston ring, retainer dan sebuah
trust bearing. Ada juga sejumlah lubang saluran untuk suplai dan pembuangan oli ke dan dari
housing.
Page 24
Basic Air Intake & Exhaust System
Gambar 37 - Tampak melintang turbocharger umum
Struktur turbocharger adalah sangat sederhana.
- Hot (exhaust) dan cold (inlet) wheel dipasang pada sebuah shaft
- Shaft ditopang oleh journal bearing dan thrust bearing
- Sebuah alat pelindung panas menjauhkan panas dari centre housing.
- Oli engine berfungsi sebagai pendingin dan sekaligus sebagai pelumas.
Ketika di-assemble, compressor wheel, centre shaft, dan turbine wheel menjadi satu bagian yang
solid yang berputar di dalam free-floating journal bearing. Sebuah trust bearing yang tidak bergerak
yang terletak di dekat compressor wheel mengontrol kelonggaran (end play). Turbocharger
berukuran besar memiliki dua buah journal bearing terpisah, sedangkan beberapa turbocharger
yang berukuran kecil memiliki sebuah bearing jenis cartridge tunggal (single cartridge).
Thrust washer diposisikan pada masing-masing thrust bearing dengan sebuah spacer di tengah-
tengahnya. Bila compressor wheel dipasang, mur penahan (retaining nut) mendorong wheel, thrust
washer dan spacer melawan bahu pada centre shaft, yang membuat semua komponen tersebut
menjadi perangkat berputar. Semua bearing menumpang pada sebuah bantalan oli (oil cushion)
selama pengoperasian turbocharger.
Turbine back plate, atau alat pelindung panas (heat shield), dan ruang udara (air space) di
belakangnya berfungsi sebagai isolator untuk menjaga temperatur exhaust yang tinggi agar tidak
memasuki centre housing. Panas yang diantarkan ke dalam centre shaft dari roda panas dibuang
pada bearing di dekat turbine wheel oleh oli pelumas.
Dengan demikian, walaupun temperatur dapat mencapai 760 derajat C (1400˚F) pada turbine
wheel, temperatur normal adalah dibawah 150 derajat C (300˚F) pada journal bearing karena efek
cooling oli pelumas ini.
Thrust bearing mudah rusak
Keseimbangan yang baik antara komponen-komponen adalah penting
Posisi tidak lurus dan sejajar komponen-komponen adalah penting
Komponen-komponen berputar harus diseimbangkan dengan sangat cermat. Ini berarti bahwa
keseimbangan komponen dan assembly komponen harus benar. Keseimbangan komponen adalah
keseimbangan masing-masing individu komponen terhadap garis tengah komponen. Assembly
komponen berkaitan dengan posisi tegak lurus dan kesejajaran komponen-komponen yang di-
assemble. Posisi tegak lurus menentukan kelurusan (squareness) permukaan terhadap lubang,
sedangkan kesejajaran menentukan kesejajaran (alignment) permukaan-permukaan ujung
komponen.
Page 25
Basic Air Intake & Exhaust System
Jika kedua aspek ini tidak benar, pada saat compressor wheel nut dikencangkan, beban kekuatan
regang (tensile load) pada centre shaft tidak akan aksial, pembengkokan shaft dapat terjadi, dan
ketidakseimbangan yang parah dapat terjadi. Dengan demikian, keseimbangan komponen dan
assembly komponen harus dikontrol dengan sangat cermat. Selama pengkondisian ulang dan
repair di lapangan, fakta-fakta ini harus diingat dan sikap hati-hati harus diterapkan ketika
menangani dan merakit komponen-komponen berputar.
Welding dan Hardening
Gambar 38
Centreshaft dan Turbine Wheel
Komponen-komponen turbo dibuat untuk menahan panas dan beban yang diberikan selama
pengoperasian. Shaft dan turbine wheel dapat dilas menjadi satu dengan:
Welding lembam (inertial weld)
Welding electron beam
Centre shaft dan turbine (hot wheel) dibuat secara terpisah dan kemudian dilas bersama-sama
dengan salah satu dari dua proses berikut ini: welding friksi (friction welding) atau welding
electron beam (electron beam welding). Centre shaft dan turbine wheel yang diperlihatkan di
dalam Gambar 38 dilas dengan inertial welding (spin welding) kemudian diluruskan dan
diseimbangkan.
Centre shaft dibuat dari baja yang sangat kuat dan sangat magnetis. Setelah melakukan
welding lembam (inertial welding) pada roda panas (hot wheel), shaft dikeraskan secara induksi
dimana bearing dipasang untuk memperoleh kekerasan C-55 rockwell.
Roda-roda bersifat non-magnetis dan tahan terhadap temperatur.
Shaft ini tidak dirancang untuk tahan panas dan tidak boleh terpapar pada temperatur tinggi.
Turbine wheel terbuat dari paduan nikel tuang (cast nickel alloy) yang mengandung lebih dari
10% chrome dan kurang dari 1% besi tuang. Logam ini pada dasarnya bersifat nonmagnetis
dan dapat tahan terhadap temperatur tinggi tanpa kerusakan.
Page 26
Basic Air Intake & Exhaust System
Compressor Wheel
Gambar 39
Compressor wheel terbuat dari paduan aluminium kekuatan tinggi dan kualitas tinggi (Gambar 39).
Sikap hati-hati harus diterapkan dalam memproses paduan ini untuk mencegah stringer
(pengupas) dan inklusi (inclusion) yang dapat melemahkan logam dan menyebabkan keretakan
mulai timbul. Logam ini tidak dirancang untuk tahan terhadap temperatur tinggi dan tidak boleh
dipapar pada temperatur tinggi.
Rancangan baling-baling compressor wheel dapat berbentuk lurus atau melengkung ke belakang.
Mungkin cara yang paling mudah untuk mengetahui perbedaannya adalah dengan
membandingkan keduanya (Gambar 42). Perhatikan kemiringan baling-baling pada wheel dasar
yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan kemiringan baling-baling pada wheel atas. Wheel dasar
dirancang melengkung ke belakang.
Bila RPM bertambah, gaya sentrifugal berusaha meluruskan baling-baling yang melengkung ke
belakang. Dengan demikian, bila RPM bertambah dan kemudian berkurang, beban lekukan siklus
(cyclic bending load) ditempatkan pada baling-baling lengkung belakang, dan pemberian beban
cyclic dari gaya sentrifugal lebih besar bila dibandingkan dengan beban cyclic dari penekanan
udara.
Beban cyclic inilah yang menyebabkan keretakan karena fatigue (fatigue fracture). Baling-baling
harus dirancang untuk tahan terhadap beban lekukan cyclic berat dan beban yang lebih ringan dari
udara kompresi.
Lubang centre shaft dibor dengan menggunakan sebuah mesin khusus yang menghitung letak
yang tepat lubang tersebut untuk keseimbangan wheel yang paling dekat. Kadang-kadang bahan
dikeluarkan dari moncong wheel, di dekat lubang yang dibor, untuk penyeimbangan yang lebih
tepat.
Journal Bearing
Gambar 40
Free-floating journal bearing (Gambar 40) dapat terbuat dari tembaga/timah/paduan logam atau
dari aluminium, tergantung dari rancangan turbonya. Pada turbocharger-turbocharger lama, banyak
bearing dijenuhkan sepenuhnya dengan timbel, sedangkan bearing yang lebih baru memiliki
Page 27
Basic Air Intake & Exhaust System
kandungan timbel rendah. Timbel berfungsi sebagai pelumas selama masa singkat lubrication
marginal (seperti selama startup). Beberapa bearing memiliki kelipan (sinar) timah tipis di atas
paduan tembaga/timah/timbel untuk meningkatkan lubrication pada saat startup.
Diameter dalam dan luar bearing dikontrol dengan cermat untuk memastikan celah (clearance)
dan ketebalan lapisan oli yang benar. Perhatikan bahwa beberapa dari bearing memiliki lubang-
lubang oli yang dialurkan untuk membuang permukaan-permukaan yang tidak rata dari pemboran
dan membiarkan oli bebas mengalir pada saat bearing sedang berputar. Bearing-bearing lain
memiliki alur oli pada bagian samping.
Retaining Ring (Gelang Penahan)
Journal bearing retaining snap ring (Gambar 41) ditumbuk dari baja
kekuatan tinggi. Tindakan penumbukan ini menghasilkan pinggiran
yang bundar pada satu sisi, dan pinggiran tajam pada sisi lain.
Pinggiran yang halus dan bundar harus selalu dipasang mengarah
ke bearing untuk meminimalkan kontak abrasif.
Gambar 41
Trust Bearing Thrust bearing (Gambar 42) terbuat dari paduan tembaga / timah /
timbel dan aluminium kekuatan tinggi. Beberapa bearing dilapisi
Gambar 42 dengan timah untuk meningkatkan daya lumas pada saat startup,
tetapi sebagian besar thrust surface bushing memiliki
penampilan/penampakan perunggu. Thrust bearing tidak bergerak,
sedangkan thrust washer di sebelahnya berputar pada RPM shaft
penuh. Oleh karena itu, thrust bearing menyerap lebih banyak
energi bila dibandingkan dengan turbo bearing yang lain dan oleh
karena itu lebih sensitif terhadap lubrication marginal, material
asing dan pembebanan ujung tidak normal.
Beberapa thrust bearing memiliki lubang saluran oli yang dibor seperti yang dapat dilihat di sini
untuk memberikan lubrication langsung ke permukaan thrust contact.
Seal Ring Hot side seal ring (Gambar 43) terbuat dari besi mudah dibentuk
yang terbuat dari paduan chrome tinggi yang dapat tahan terhadap
Gambar 43 temperatur tinggi. Cold side seal ring terbuat dari besi tuang dan
tidak boleh terpapar pada temperatur tinggi. Keduanya harus dibuat
dengan hati-hati untuk memastikan kebundarannya, kehalusan
permukaan rata, dan daya pegas yang cukup. Aspek-aspek ini
mencegah seal ring agar tidak berputar di dalam lubang dan tidak
bocor. Bila seal ring dipasang, celah ujung harus sekitar 0,250 mm
(0,010”) (baca buku pedoman service untuk mengetahui spesifikasi
yang pasti untuk turbocharger tertentu).
Page 28
Basic Air Intake & Exhaust System
Housing
Gambar 44
Turbocharger housing (Gambar 44) tersusun atas sebuah compressor housing, centre housing dan
turbine housing.
Compressor housing terbuat dari paduan aluminium tuang (cast aluminium alloy). Ketegaklurusan
lubang dan kesejajarannya dikontrol dengan cermat untuk memastikan celah (clearance)
compressor wheel yang seragam (biasanya kurang dari 0,250 mm (0,010”), baca buku pedoman
service untuk mengetahui spesifikasi yang pasti untuk masing-masing turbocharger). Housing-
housing ini dirancang untuk tahan terhadap gaya-gaya pemisahan compressor wheel kecepatan
tinggi.
Centre housing terbuat dari besi tuang dan biasanya tidak terkena temperatur tinggi ataupun beban
tinggi. Kesejajaran dan ketegaklurusan lubang dikontrol dengan cermat sebagaimana diameter
dalam dan kehalusan permukaan dimana journal bushing dipasang.
Turbine housing terbuat dari besi mudah dibentuk atau nikel yang dipadukan dengan besi mudah
dibentuk. Housing-housing ini harus tahan terhadap beban alat-alat kelengkapan pada temperatur
setinggi 760˚C (1400˚F) tanpa mengalami perubahan ukuran atau bentuk secara permanen.
Housing juga dihaluskan dengan cermat untuk memastikan kesejajaran dan kepersegian lubang
dan menjaga clearance (jarak bebas) turbine wheel yang seragam.
Backing Plate
Gambar 45
Turbine backing plate (Gambar 45), atau heat shield berfungsi sebagai isolator untuk melindungi
centre housing dari temperatur buang yang tinggi. Shield ini terbuat dari besi mudah dibentuk dan
berfungsi sebagai isolasi dengan menciptakan ruang udara buntu di antara turbine wheel dan
centre housing.
Page 29
Basic Air Intake & Exhaust System
2.4 LUBRICATION TURBOCHARGER
Gambar 46
Dalam sebagian besar aplikasi, turbocharger dilumasi dengan lubrication system (sistem
lubrication) engine dimana turbocharger tersebut dipasang (Gambar 46). Oli bertekanan dari
engine oil pump memasuki bagian atas bearing housing dan mengalir di sekeliling shaft dan
menuju ke thrust bearing dan oil seal. Oli mengalir baik di dalam maupun di sekeliling luar shaft
bearing, yang mengapung sepenuhnya di dalam oli selama pengoperasian. Oli tersebut juga
mengalir ke oil seal jenis piston ring pada salah satu ujung shaft berputar untuk membantu dalam
penyekatan (sealing) dan lubrication. Thrust bearing yang terletak pada ujung compressor
perangkat berputar dilumasi dengan oli yang sama sebelum oli tersebut meninggalkan bearing
housing dan mengalir kembali ke engine sump.
Pada diesel engine yang berukuran besar seperti yang digunakan dalam aplikasi kelautan dan
pembangkitan tenaga listrik, turbocharger memiliki oil reservoir sendiri di dalam main bearing
housing-nya, dan tidak mengandalkan oli engine untuk lubrication
Gambar 47
Suplai oli yang terus menerus dan bersih merupakan faktor yang vital bagi kinerja turbocharger
yang baik.
Aliran oli melalui turbocharger diperlihatkan dalam Gambar 47 tersebut di atas. Tanda panah
menunjukkan aliran oli.
Lubrication system (sistem lubrication) juga vital dalam memperlancar kerja turbocharger karena
melaksanakan tidak fungsi penting: lubrication, cooling, dan pembersihan. Terputusnya suplai oli
selama hanya beberapa detik saja dapat menyebabkan dampak yang berbahaya. Yang penting
adalah bahwa kuantitas oli yang cukup terus menerus mengalir melalui turbocharger untuk
memberikan suspensi dan stabilisasi full floating bearing system dan membuang panas. Ada
beberapa cara terhambatnya bahan pelumas atau hilangnya bahan pelumas sebelum mencapai
turbocharger.
Bahan pelumas dapat mengandung partikel-partikel abrasif yang berukuran besar, yang dapat
menutupi lapisan bahan pelumas dan menyebabkan kerusakan fisik pada komponen-komponen
Page 30
Basic Air Intake & Exhaust System
berputar. Dengan demikian tidak hanya kuantitas bahan pelumas yang cukup yang dibutuhkan,
tetapi kualitas bahan pelumas juga dibutuhkan.
Exhaust manifold
Gambar 48
Exhaust manifold pada engine-engine yang ditenagai dengan turbocharger (Gambar 51) memiliki
konstruksi yang sama dengan exhaust manifold yang dipasang pada engine yang diisap secara
alami. Perbedaan signifikan pada engine yang dilengkapi dengan turbocharger, adalah bahwa
exhause manifold-nya dihubungkan ke turbine housing pada turbocharger untuk mengarahkan gas
panas yang mengalir ke turbine. Gas buang dikeluarkan dari titik tengah turbine housing melalui
sebuah pipa dan kemudian dialirkan ke exhause stack.
Wastegate
Untuk mengontrol tekanan boost, turbocharger
dilengkapi dengan sebuah wastegate, atau bypass
valve, yang mengontrol kecepatan turbocharger.
Wastegate ini mengontrol aliran gas buang yang
menujuNke turbine wheel, dan mengontrol
kecepatan turbine. Ini dapat membiarkan sebagian
gas mengalir ke turbine dan sebagian mengalir
langsung ke exhaust outlet. Dengan cara ini,
kecepatan turbin dapat dikontrol.
Gambar 49
Page 31
Basic Air Intake & Exhaust System
Gambar 50
1. Valve 5. Springs
2. Water cooled base assembly with 6. Washers or spacer
7. Valve stop
valve guide 8. Fitting
3. Supply for inlet air 9. Breather
4. Diaphragm
Sebuah wastegate (Gambar 50) terutama terdiri dari sebuah valve dan sebuah base assembly
yangBdidinginkan dengan air dari sebuah cooler untuk turbocharger. Base assembly ini
mengandung valve guide. Bila valve ini diretraksi ke dalam base assembly, wastegate terbuka. Ini
membiarkan gas buang mem-bypass turbocharger. Bila valve ini dipanjangkan ke posisi normal,
maka wastegte akan tertutup. Ini mencegah gas buang agar tidak mem-bypass turbocharger.
Gaya dari dua pegas memanjangkan valve untuk wastegate. Dua gaya mencoba untuk membuka
valve. Satu gaya didasarkan atas besarnya tekanan udara di belakang diafragma. Sedangkan gaya
yang kedua adalah tekanan pegas.
After-Cooler
Gambar 51
Aftercooler (Gambar 51) dipasang pada diesel engine yang diberi turbocharger atau supercharger
yang memiliki kinerja tinggi dan pada dasarnya merupakan sebuah heat exchanger (alat pemindah
panas).
Page 32
Basic Air Intake & Exhaust System
After-cooler digunakan untuk mendinginkan udara yang masuk kedalam engine, sehingga volume
udara yang tersedia meningkat.
Beberapa pabrik pembuat engine menyebut after-cooler sebagai intercooler.
Aftercooler dibutuhkan karena udara intake, yang dikompresi oleh baik turbocharger atau
supercharger, memanas karena hukum fisika.
Udara panas membutuhkan ruang yang lebih besar bila dibandingkan dengan udara dingin, oleh
karena itu lebih banyak udara dapat didorong masuk kedalam ruang pembakaran (combustion
chamber) pada saat temperaturnya lebih dingin.
Gambar 52
Ada dua rancangan dasar after-cooler: satu menggunakan bahan pendingin engine untuk cooling
udara masuk, (Gambar 52) dan yang lain menggunakan aliran udara oleh gerakan kendaraan dan
kipas pendingin (cooling fan) untuk menimbulkan tarikan udara.
Gambar 53
Dalam kasus yang disebut terakhir, after-cooler diposisikan di depan engine coolant radiator
(radiator pendingin engine) (Gambar 53).
Gambar 54
Bagian inti after-cooler, yang menggunakan bahan pendingin engine (Gambar 54), memiliki
penampilan mirip dengan bagian inti radiator terkompresi, dengan bahan pendingin yang mengalir
melalui inti (core) tersebut dan udara masuk dihembuskan ke penjuru fin, melepaskan panas ke
bahan pendingin. Bahan pendingin yang diambil dari dasar blok memasuki cooler core dan
Page 33
Basic Air Intake & Exhaust System
kemudian keluar ke thermostat housing, dimana bahan pendingin tersebut akan mengalir melalui
engine radiator. Inti tersebut dipasang dengan rapi kedalam intake manifold yang dirancang secara
khusus. Beberapa mesin menggunakan rangkaian after-cooler terpisah, dimana sebagian dari
radiator digunakan hanya untuk air after-cooler. Di dalam sistem ini, air pendingin biasanya
tersedia untuk mendinginkan udara masuk engine.
2.5 CARA KERJA TURBOCHARGER
Gambar 55
Turbocharger adalah komponen yang berputar bebas yang sering berputar lebih dari 80.000
putaran per menit (RPM). Pada RPM puncak, kecepatan permukaan journal bearing dapat melebihi
30 m (100 feet) per detik, dan energi tersimpan di dalam komponen-komponen berputar dapat
sama dengan tenaga kerja engine. Kondisi ini menuntut keseimbangan dan kesejajaran yang
hampir sempurna pada semua komponen bergerak, dan lingkungan pengoperasian dan perawatan
yang tepat. Walaupun masalah-masalah pada turbo dapat menyebabkan kerusakan fungsi,
biasanya masalah sederhana dalam lingkungan kerja, seperti hambatan lubang masuk udara,
menyebabkan sebagian besar kerusakan fungsi.
Secara umum, ada dua jenis dua jenis turbocharger, yaitu jenis denyut (pulse) dan jenis tekanan
konstan – masing-masing dengan karakteristik kerjanya sendiri. Namun demikian keduanya
beroperasi dengan cara dasar yang sama.
Gambar 56 – Cara kerja Turbocharger
Page 34
Basic Air Intake & Exhaust System
Gambar 57
Gas buang dari engine mengalir melalui exhause manifold dan masuk ke dalam turbocharger
turbine housing, dimana gas ini mengenai baling-baling turbine, yang menyebabkan turbine, shaft
dan compressor wheel assembly berputar.
Turbine wheel dihubungkan oleh sebatang shaft ke compressor wheel, dan gas buang mendorong
turbine dan compressor wheel sampai berputar 80.000–130.000 RPM (putaran per menit),
tergantung pada rancangan turbonya. Ini mengompresi/menekan udara masuk.
Bila beban pada engine bertambah, maka lebih banyak bahan bakar yang diinjeksi ke dalam
cylinder. Pembakaran yang meningkat menimbulkan lebih banyak gas buang, yang menyebabkan
turbine dan compressor wheel berputar lebih cepat, mendorong lebih banyak udara masuk ke
dalam engine.
Kecepatan putar maksimum turbocharger ditentukan oleh tetapan bahan bakar (fuel setting),
tetapan kecepatan idle tinggi, ketinggian di atas permukaan laut, dan wastegate, jika digunakan
(Gambar 57).
Pada saat compressor berputar, udara ditekan oleh gaya sentrifugal dan mengalir dari compressor
housing ke engine inlet manifold, kuantitas dan/tekanan udara sebanding dengan kecepatan putar.
Jenis Denyut
Gambar 58 – Exhaust manifold jenis denyut (pulse)
Turbocharger jenis denyut (pulse) membutuhkan exhaust manifold yang dirancang secara khusus
untuk memberikan denyut buang energi tinggi ke turbocharger turbine. Rancangan ini, dengan
cabang-cabang individunya, seperti diperlihatkan di dalam Gambar 58, mencegah interferensi
antara pembuangan gas buang dari cylinder terpisah, sehingga dengan demikian meningkatkan
aliran berdenyut kecepatan tinggi yang tidak tercapai oleh rancangan-rancangan lain.
Page 35
Basic Air Intake & Exhaust System
Split Pulse
Gambar 59 – Split-pulse turbine housing
Dalam beberapa aplikasi, split-pulse turbine housing dapat digunakan untuk lebih membantu dalam
perubahan perangkat berputar. Rancangan ini memiliki dua buah ruang keong (“volute chamber”),
bukan satu. Istilah “ruang keong” (“volute chamber”) digunakan dengan mengacu pada turbine
housing yang berbentuk spiral, yang mengurangi volume ke arah titik tengahnya dengan
cara/bentuk rumah keong.
Masing-masing ruang menerima separuh aliran buang engine; misalnya, dalam sebuah engine
empat cylinder, dua cylinder depan dihubungkan ke ruang pertama, sedangkan dua cylinder
belakang dihubungkan ke ruang kedua seperti diperlihatkan di dalam Gambar 59.
Jenis Tekanan Konstan
Pada turbocharger jenis tekanan konstan, gas buang dari semua cylinder mengalir ke dalam
sebuah common manifold, dimana denyut dihaluskan, yang menyebabkan gas buang memasuki
turbine housing pada tekanan yang merata.
Pada kedua jenis turbocharger ini, gas buang kemudian memasuki annular ring yang berbentuk
keong/spiral di dalam turbine housing, yang mengakselerasinya secara radial ke dalam pada
tekanan yang berkurang dan kecepatan bertambah pada baling-baling turbine. Baling-baling
tersebut dirancang sedemikian rupa sehingga gaya gas berkecepatan tinggi mendorong turbine
dan shaft assembly-nya.
Page 36
Basic Air Intake & Exhaust System
Gambar 60 – Turbocharger compressor housing
Compressor assembly (di dalam Gambar 60) memiliki rancangan dan konstruksi yang mirip di
dalam turbocharger jenis denyut maupun jenis tekanan konstan. Kompresor terdiri dari sebuah
wheel dan sebuah housing yang memuat sebuah rumah keong atau diffuser. Udara di dalam
compressor chamber terutama terdapat di antara baling-baling compressor wheel, dan di aliran
keluar secara radial oleh gaya sentrifugal masuk ke dalam volute selama putaran wheel. Di sini
kecepatan udara berkurang dan oleh karena itu tekanan udara meningkat. Pada saat udara
mengalir di sekeliling volute, kecepatannya terus berkurang dan tekanannya bertambah bila
diameter melintang chamber bertambah.
Rangkuman
Secara singkat, turbocharger jenis denyut menawarkan perubahan (exicitation) cepat pada
assemble yang berputar, karena suksesi denyut gas buang yang cepat pada turbine assembly. Ini
terutama digunakan dalam aplikasi otomotif, dimana respons akselerasi penting.
Turbocharger jenis tekanan konstan digunakan terutama pada diesel engine di dalam alat
pengangkut tanah dan dalam aplikasi kelautan. Dalam aplikasi-aplikasi ini respon akselerasi tidak
begitu penting.
Kondisi Air intake
Gambar 61
Masalah-masalah pada intake system dan exhaust merupakan penyebab banyak kerusakan
fungsi. Misalnya, bila hambatan pada udara yang masuk terlalu tinggi:
Page 37
Basic Air Intake & Exhaust System
Pembebanan ujung berlebihan dapat terjadi, dan menyebabkan aus yang lebih cepat pada trust
bearing, dan
RPM pada turbocharger dapat meningkat secara signifikan.
Temperatur exhaust yang tinggi yang tidak normal dapat menyebabkan masalah lubrication
marginal dan kerusakan metalurgi.
Material asing dapat masuk kedalam turbocharger dari intake system ataupun exhaust system.
Dengan demikian, teknisi harus selalu mengumpulkan keterangan dasar tentang intake system
dan exhaust system udara ketika menyelidiki kerusakan fungsi turbo.
Lubrication
Seperti telah didiskusikan, turbocharger memiliki kecepatan putar yang luar biasa tinggi dan faktor-
faktor energi tinggi dan dilumasi dengan menggunakan oli engine. Untuk mencapai kerja
turbocharger yang andal dan usia pakai yang dapat diprediksi, oli dengan kualitas dan kekentalan
yang benar penting dan oli harus dalam kondisi baik dan bersih:
Oli dan filter harus diganti tepat waktu dan ketinggian permukaan yang benar harus selalu
dijaga pada dipstick.
Oil filter harus dipotong terbuka dan diperiksa pada saat penggantian oli.
Tekanan oli engine harus selalu dijaga pada tingkat yang ditentukan.
Tekanan Boost
Tekanan boost (boost pressure) didefinisikan sebagai tekanan yang terdapat di dalam inlet
manifold ketika engine sedang beroperasi pada output tenaga nominal atau terbatas. Tekanan
boost ditetapkan untuk masing-masing model engine. Tekanan boost diukur di suatu tempat di
dalam inlet manifold dan satuan yang digunakan untuk ukuran tekanan boost adalah mm Hg bila
pengukurannya menggunakan mercury manometer atau kPa bila pengukurannya menggunakan
alat pengukur (gauge).
Ketika mengukur tekanan boost, ini harus selalu dibandingkan dengan kondisi inlet dan bahan
bakar standar sebesar:
Tekanan barometrik kering 99 kPa
29 derajat Celcius
35 API bahan bakar terbatas
Jika kondisi standar tidak berlaku pada saat pengetesan, maka faktor koreksi harus digunakan.
Pengontrolan Tekanan (Pressure Control)
Gambar 62
Page 38
Basic Air Intake & Exhaust System
Diagram yang diperlihatkan di dalam Gambar 62 adalah perbandingan kinerja umum antara
sebuah turbocharger standar dan turbocharger yang dilengkapi dengan sebuah wastegate.
Masalah-masalah pada wastegate biasanya dilaporkan sebagai keluhan tenaga rendah. Ini akan
terjadi bila wastegate stick membuka. Jika diafragma wastegate gagal atau wastegate stick dalam
posisi tertutup, peningkatan berlebihan (over-boosting) dan temperatur buang yang tinggi dapat
terjadi.
Gambar 63
Wastegage turbocharger (Gambar 63) memiliki kapasitas output yang lebih tinggi dan mampu
memberikan udara isian yang cukup untuk pembakaran sempurna bahan bakar selama akselerasi
dan dalam situasi torsi tinggi. Pada saat kecepatan engine dan energi gas buang meningkat,
kecepatan turbocharger juga meningkat dan tekanan udara isian juga meningkat. Tanpa isian
wastegate (wastegate charge), tekanan akan terus naik dengan risiko yang cukup tinggi bagi
engine maupun turbocharger.
Namun demikian, tekanan udara yang semakin meningkat beraksi pada diafragma di dalam
wastegate hingga, pada tekanan yang ditentukan terlebih dahulu, gaya yang dihasilkan cukup
untuk menekan pegas (spring) dan membuka lubang bypass buang (exhaust bypass passage). Ini
memungkinkan gas buang yang cukup untuk mem-bypass turbine untuk mencegah terus
meningkatnya kecepatan turbocharger dan tekanan udara isian.
Wastegate turbocharger umumnya dipasang pada alat pengangkut tanah yang bergerak lebih
cepat – misalnya dump truck dan road scraper (alat perata jalan) – dan kendaraan-kendaraan
otomotif dengan kinerja tinggi. Wastegate tubocharger juga dipasang pada kendaraan-kendaraan
untuk mencapai kemampuan pada daerah rendah dan tinggi tanpa de-rating.
Wastegate yang Dikontrol Secara Elektronik
Udara disuplai ke wastagate solenoid. Jika tekanan boost melampaui nilai yang telah ditentukan
terlebih dahulu, sebuah sensor akan mengirim sinyal ke ECM dan ECM akan membuka wastegate
solenoid. Wastegate solenoid yang membuka akan membiarkan tekanan udara membuka exhaust
bypass valve. Bila exhaust valve membuka, exhaust pada sisi turbine turbocharger dialihkan
melalui muffler. Bila exhaust pada sisi turbine turbocharger dialihkan melalui muffler, kecepatan
turbocharger akan berkurang. Ini akan mengurangi tekanan boost ke cylinder.
Wastegate solenoid dapat dikontrol dengan ET service tool untuk tujuan diagnosis. Hubungkan
sebuah multimeter ke wastegate solenoid. Tetapkan alat ukur tersebut untuk membaca “DUTY
CYCLE”. Lakukan overrise terhadap wastegate solenoid dengan electronic service tool. Gunakan
multimeter untuk mengukur siklus tugas (duty cycle).
Aplikasi
Penggunaan wastegate hampir tidak terlihat lagi dari engine-engine Caterpillar, namun demikian
penggunaannya semakin sering dewasa ini. Penggunaan wastegate didorong oleh persyaratan
emisi dan kebutuhan akan kinerja yang lebih unggul dari turbocharger selama rentang/range
kecepatan yang luas.
Page 39
Basic Air Intake & Exhaust System
Wastegate digunakan pada engine Caterpillar 3500 yang dipasang di dalam truk-truk tambang
berukuran besar dan di dalam engine truk jalan raya C9 sampai C16. Selain itu, beberapa mesin
berukuran kecil juga menggunakan wastegate. Di dalam truk off-highway 793, wastegate
digunakan untuk memungkinkan kendaraan beroperasi di daerah tinggi tanpa berkurangnya
kemampuan engine.
793-off highway truck adalah satu-satunya contoh jenis wastegate yang dapat dibangun ulang yang
ada saat ini di dalam sistem Caterpillar. 793 wastegate memiliki rancangan yang mirip dengan
yang digunakan pada engine-engine sebelumnya terlepas dari fakta bahwa 793 wastegate
dikontrol secara elektronik.
2.6 PENGARUH KETINGGIAN TERHADAP DIESEL ENGINE YANG DILENGKAPI
DENGAN TURBOCHARGER
Bila sebuah engine dengan pembakaran internal dioperasikan di daerah yang tinggi dimana udara
kurang padat bila dibandingkan pada permukaan laut, kuantitas udara (dan oksigen) yang
memasuki engine cylinder pada induction stroke tidak cukup untuk pembakaran isian bahan bakar
normal. Akibatnya, kinerja engine menurun sebanding dengan ketinggian dimana engine tersebut
dioperasikan.
Engine-engine yang dilengkapi dengan turbocharger tidak terpengaruh sampai pada derajat yang
sama. Karena udara menjadi kurang padat di daerah yang tinggi, turbocharger berputar lebih cepat
karena beban pemompaan yang berkurang, yang menghasilkan efek kompensasi. Namun
demikian, masih ada pengurangan kinerja engine, walaupun ini jauh lebih kecil dari engine yang
diisap secara alami.
Pada engine-engine yang dilengkapi dengan turbocharger, output tenaga berkurang sekitar 1% per
300 meter kenaikan ketinggian di atas permukaan laut. Bila ketinggian operasi sekitar 2000 m,
distribusi bahan bakar ke engine harus dikurangi sesuai dengan spesifikasi engine untuk
mencegah kerusakan pada turbocharger karena kecepatan berlebihan.
Series Turbocharging
Gambar 64
Page 40
Basic Air Intake & Exhaust System
Series turbocharging (Gambar 64) sekali-kali digunakan di dalam diesel engine tugas berat dengan
kinerja tinggi (high performance heavy duty diesel engine) untuk meningkatkan efisiensi intake
system udara (air intake system).
Series turbocharging ini menggunakan turbocharger (tekanan rendah) yang berukuran besar untuk
memberikan suplai ke turbocharger kecil (tekanan tinggi). Susunan ini memberikan suplai udara ke
turbocharger kecil yang ditekan sampai pada tingkat diatas tekanan atmosfir.
Engine 3516 yang dipasang pada 793 off-highway truck adalah engine pertama di dalam sistem
Caterpillar yang menggunakan series boosting.
Keunggulan series boost system adalah:
konsumsi bahan bakar lebih baik
asap berkurang terutama pada saat akselerasi
torsi puncak bertambah
efisiensi secara keseluruhan lebih tinggi
Prosedur Menghidupkan Engine
Engine yang dilengkapi dengan turbocharger harus selalu dibiarkan idle ketika dihidupkan hingga
tekanan oli engine telah menumpuk hingga tekanan kerja normal.
Menghidupkan sebuah engine dengan throttle yang terbuka lebar akan menyebabkan turbocharger
beroperasi pada kecepatan tinggi dengan sangat sedikit oli yang disirkulasi melalui bearing-nya,
yang mengakibatkan aus lebih cepat pada perangkat berputar dan bearing pada turbocharger.
Mematikan Engine (Engine Shutdown)
Sebelum diesel engine yang dilengkapi dengan turbocharger dimatikan, engine tersebut harus
dihidupkan dalam keadaan kecepatan idle selama 3 sampai 4 menit. Ini akan menjadikan
perangkat yang berputar kecepatan tinggi melambat, dan menjadikan temperatur kerja engine
kembali normal, dan serta panas berlebihan hilang dari turbocharger.
Jika sebuah engine yang dilengkapi dengan sebuah turbocharger dimatikan pada saat beroperasi
pada kecepatan tinggi atau dibawah beban, perangkat berputar pada turbocharger akan terus
berputar selama beberapa saat tanpa oli untuk lubrication dan cooling yang penting.
Karena exhaust turbine shaft beroperasi pada temperatur tinggi selama pengoperasian engine,
setelah aliran oli menuju ke bearing housing berhenti, panas di dalam shaft dan housing cukup
untuk menguraikan oli untuk membentuk karet dan pernis, tanpa meninggalkan sisa lubrication dan
menyebabkan aus dini pada shaft yang berputar, bearing penopangnya dan bearing housing.
Dewasa ini, ada sejumlah cara untuk melindungi turbocharger dari pematian engine secara
mendadak. Sebuah alat timer otomatis dapat dipasang pada sistem pematian engine (engine
shutdown system), yang mengesampingkan alat pengontrol penghentian (stop control) dan
membiarkan engine dalam keadaan idle selama beberapa menit sebelum berhenti/mati.
Cara lain adalah dengan menggunakan oil accumulator yang dipasang pada engine, yang diisi oleh
engine lubrication system selama pengoperasian. Ketika engine dimatikan, oli didorong dari
accumulator, melaui sebuah check valve, menuju ke turbocharger bearing housing, dan melumasi
bearing selama sekitar 30 detik.
Page 41
Basic Air Intake & Exhaust System
2.7 SUPERCHARGER JENIS ROOTES
Fungsi
Gambar 66 – Scavenge air flow melalui two-stroke diesel engine
Supercharging adalah tindakan menekan perubahan air intake (Pemasukan Udara) (air intake
change) untuk pembakaran. Istilah “blower” digunakan untuk menyebut pompa suplai udara (air
supply pump) yang mensuplai udara bertekanan ke two-stroke engine, yang tujuan utamanya
adalah untuk membilas gas pembakaran dari engine cylinder. Sebagai fungsi sekunder, blower
biasanya memastikan bahwa cylinder diisi penuh dengan udara segar dengan menaikkan tekanan
cylinder sampai di atas tekanan atmosfir.
Fungsi utama dicapai dengan membiarkan inlet port dan exhaust port terbuka secara bersama-
sama, membiarkan udara segar mengalir melalui seluruh cylinder, sementara fungsi sekundernya
dilaksanakan dengan menutup exhaust port (atau valve) sebelum inlet port (atau valve), sehingga
membiarkan tekanan menumpuk di dalam engine cylinder sebelum suplai air dimatikan. Hampir
semua pabrik pembuat engine menggunakan roots blower untuk tujuan ini. Supercharger dapat
dipasang di tempat dimana penggerak dapat diakses.
Beberapa instalasi digerakkan dengan belt, namun demikian supercharger yang digunakan pada
“V” configuration Detroit two stroke diesel engine dipasang pada bagian atas engine dan
menghembus langsung ke dalam air intake system. Model ini menggunakan penggerak gear (gear
drive) dari timing gear depan.
Page 42
Basic Air Intake & Exhaust System
2.8 KONSTRUKSI SUPERCHARGER
Gambar 67 – Gambar blower assembly dan drive yang diperbesar
Root blower sederhana terdiri dari tiga sub perangkat utama: sebuah housing berbentuk oval,
sepasang rotor dan bearing yang terkait, gear dan sekat, dan dua buah end cover (Gambar 67).
Rotor diberi gear, satu dengan lainnya, dan berputar ke arah yang berlawanan di dalam housing,
yang ditopang di dalam anti friction bearing di dalam end cover.
Masing-masing rotor terdiri dari sebuah shaft baja dengan (biasanya) tiga buah cuping (lobe) yang
mengelilinginya. Ini biasanya dipuntir di sepanjang bentangannya dan dikenal sebagai rotor helik
(helical rotor). Rotor dengan dua cuping hanya digunakan di dalam beberapa blower.
Walaupun dirancang untuk memompa udara, blower rotor tidak dilengkapi dengan sekat, tetapi
menggunakan celah (clearance) yang tepat dan terbatas antara rotor-rotor sendiri dan antara rotor
dan housing.
2.9 CARA KERJA
Cara kerja sebuah blower mirip dengan cara kerja sebuah pompa oli jenis gear. Cuping-cuping
(lobe) pada rotor dipasang bersama seperti gear yang bertautan, dan berputar ke arah yang
berlawanan. Pada saat satu buah cuping bergerak dari lembah antara dua cuping pada rotor yang
lain, gerakan ini menciptakan sebuah ruang kosong yang diisi dengan udara. Ini adalah aksi inlet.
Udara diantara cuping-cuping yang berdekatan dialirkan ke outlet pada saat rotor berputar,
kemudian dirorong dari bagian lembah oleh masuknya kembali cuping yang bertautan. Ini
menyebabkan pembuangan dan penekanan udara.
Page 43
Basic Air Intake & Exhaust System
Untuk menghilangkan aksi denyut umum yang disebabkan oleh sebuah gear pump atau lobe
pump, helical rotor digunakan dan memberikan pergerakan udara yang terus menerus dan
seragam dari blower. Blower yang dipasang pada two-stroke diesel engine berputar dengan
kecepatan sekitar dua kali kecepatan engine.
Rotor gear harus disesuaikan satu sama lain, jika tidak clearance yang dibutuhkan antara cuping
rotor tidak akan dijaga dan kerusakan pada cuping dan engine dapat terjadi. Karena aus normal,
jarak bebas kerja (running clearance) akan berubah dan mungkin harus disetel selama usia pakai
blower. Untuk mengubah clearance ini, helical drive gear disetel dengan menggunakan shim.
Karena cuping rotor berputar dalam toleransi yang ketat dan tidak pernah bersentuhan satu sama
lain, tidak ada lubrication yang diperlukan di dalam blower housing. Namun demikian, support
bearing dan timing gear pada bagian ujung rotor perlu dilumasi secara konstan dari lubrication
system (sistem lubrication)an engine.
Untuk mencegah masuknya oli engine ke dalam rotor compartment, lip oil seal atau piston ring–
type oil seal dipasang di dalam pelat ujung blower untuk memisahkan kedua bagian blower dan
mencegah masuknya oli ke dalam ruang udara (air chamber).
Drive coupling yang digunakan diantara engine dan blower adalah jenis fleksibel atau lembab, yang
mengurangi beban puntiran torsi yang diberikan pada blower drive shaft selama pengoperasian
engine normal (Gambar 67).
Gambar 68 – Mengukur tekanan blower dengan “U” manometer – gambar skema
Ketika diservis, efisiensi blower diperiksa dengan mengukur tekanan buang dengan menggunakan
sebuah manometer berisi air raksa – sebuah alat tabung berbentuk “U” yang menunjukkan tekanan
dengan melalui perbedaan antara ketinggian fluida di dalam lengan-lengan tabung (Gambar 68).
Untuk memeriksa output blower, (atau tekanan kotak udara), hubungkan manometer ke sebuah air-
box drain, yang biasanya terletak pada sisi bawah cylinder block, tepat dibawah inlet-port level. (Air
box adakah ruang yang mengelilingi bagian tangential port pada cyilinder liner).
Untuk melaksanakan suatu inspeksi statis terhadap blower, air inlet housing dan safety screen
yang mengarah ke blower inlet harus dilepas. Safety screen terbuat dari kasa ayakan kawat yang
terletak di blower inlet untuk mencegah masuknya benda-benda asing.
Untuk mendeteksi aus pada flexible drive coupling, tahan driving rotor dan coba putar. Rotor
tersebut harus bergerak, melawan gaya lentur coupling, dari 10-16 mm yang diukur pada lobe
crown. Setelah dilepas, rotor harus memegas balik sekurang-kurangnya 6 mm.
Page 44
Basic Air Intake & Exhaust System
Jika rotor tidak dapat digerakkan seperti diuraikan tersebut di atas, drive coupling harus diinspeksi
dan diganti jika perlu. Blower drive coupling yang sudah rusak dapat terdeteksi dengan bunyi
gemerutuk di dalam bagian sekitar coupling selama pengoperasian engine.
Rotor harus diperiksa apakah ada bukti-bukti kontak (persentuhan) dengan melakukan
pemeriksaan visual pada pinggiran-pinggiran rotor lobe crown dan mating rotor root apakah ada
tanda-tanda goresan atau tanda-tanda aus kontak.
Pada saat yang sama, selip balik drive gear (drive gear backlash) harus diperiksa dengan
memasang sebuah dial indicator pada blower housing dengan jarum indicator (indicator probe)
dalam posisi tegak lurus terhadap, dan bersentuhan dengan, bagian sisi lobe.
Selip balik diukur dengan menggerakkan rotor dalam satu arah dan kemudian ke arah lain dalam
batas-batas jarak bebas gigi-gigi gear (rotor kedua tidak boleh bergerak). Selip balik yang
diperbolehkan umumnya adalah 0,1 mm; jika ini dilampaui, maka blower drive gear akan harus
diganti. Selama inspeksi, oli pada blower rotor menunjukkan adanya kebocoran rotor shaft oil seal,
yang mungkin disebabkan oleh aus pada rotor bearing, aus pada sekat atau sekat jenis bibir (lip-
type seal) yang telah diputar balik karena tertutupnya emergency shutdown flap selama
pengoperasian engine kecepatan tinggi.
Emergency shutdown flap ini adalah sebuah alat penghenti (shutter) yang dipasang pada inlet
menuju blower yang, bila dioperasikan, akan menutup suplai udara menuju blower (dan engine),
sehingga mematikan engine. Emergency shutdown flap ini harus digunakan hanya dalam keadaan
darurat bila cara normal pemakaian engine tidak dapat dilakukan.
Akhirnya, safety screen harus diperiksa untuk mengetahui apakah ada tanda-tanda kerusakan dan,
setelah emergency shutdown flap dipasang kembali, latch diperiksa untuk memastikan bahwa flap
tetap membuka selama pengoperasian engine.
Page 45
Basic Air Intake & Exhaust System
TOPIK 3
PENYEBAB KERUSAKAN, PROSEDURE INSPEKSI DAN REPAIR UNTUK TURBO
CHARGER
3.0 MENGIDENTIFIKASI SEBAB-SEBAB KERUSAKAN TURBOCHARGER
Turbocharger gagal berfungsi dalam berbagai cara dan karena berbagai alasan. Berbagai contoh
penyebab kerusakan fungsi turbocharger adalah sebagai berikut:
Kebocoran Oli Samping Panas (Hot) dan Dingin (Cold)
Gambar 69 – Saluran balik oli yang terhambat
Kebocoran oli samping panas dan dingin (Gambar 69) dapat disebabkan oleh terhambatnya atau
terblokirnya crankcase breather atau saluran oli balik turbocharger. Kadang-kadang kebocoran
dapat cukup parah untuk diperlihatkan pada bagian luar turbocharger. Kebocoran ringan akan
tampak di dalam exhaust yang ditunjukkan dengan asap hitam berlebihan.
Pematian Panas (Hot Shutdown)
Pematian panas secara berulang-ulang akan menyebabkan kerusakan fungsi bearing dan
kerusakan fungsi turbocharger secara total karena kekurangan lubrication.
Terhambatnya Air cleaner
Temperatur buang yang tinggi dapat disebabkan oleh tersumbatnya air cleaner dan kecepatan
berlebihan turbocharger karena timbulnya vakum sebagian pada sisi inlet.
Kebocoran Udara di Dalam Intake
Ini dapat menyebabkan masuknya debu.
Kebocoran Exhaust
Kebocoran exhaust di sebelah hulu turbocharger akan menyebabkan berkurangnya output tenaga.
Kerusakan atau aus pada seal ring atau kerusakan fungsi gasket, baut-baut yang hilang atau
longgar akan menyebabkan kebocoran exhaust dan akan jelas terlihat selama inspeksi.
Kelebihan bahan bakar (Overfuelling)
Bila pemberian bahan bakar berlebihan terjadi, turbocharger akan mengalami kecepatan
berlebihan.
Pengoperasian di Daerah tinggi
Di daerah-daerah yang tinggi, udara kurang padat, oleh karena itu lebih sedikit udara yang akan
disediakan oleh turbocharger. Dalam pengoperasian di daerah tinggi, derating atau pengurangan
tetapan bahan bakar perlu dilakukan untuk mencegah kecepatan berlebihan pada turbocharger.
Page 46
Basic Air Intake & Exhaust System
Jika turbocharger dilengkapi dengan wastegate, sistem ini kadang-kadang dirancang untuk
memperbolehkan pengoperasian di daerah yang tinggi tanpa perlu mengurangi tetapan bahan
bakar (derating).
Kerusakan pre-lube
Lubrication pendahuluan (prelubing) pada turbocharger harus dilakukan setelah service, setelah
penggantian oil filter dan setelah turbocharger dimatikan dalam waktu lama. Ini akan menyebabkan
kerusakan fungsi karena kurangnya lubrication.
Kebocoran pada saluran oli
Saluran suplai dan saluran balik oli turbocharger harus disejajarkan sehingga saluran-saluran
tersebut dipasang tanpa tekanan, dan dikencangkan dengan torsi yang benar.
Baut-baut pemasang turbocharger
Baut-baut pemasang dan clamp perlu dipasang dengan kencang dengan torsi yang benar.
INSPEKSI TURBOCHARGER
PERINGATAN:
Lepaskan kabel baterai sebelum melaksanakan pekerjaan service.
Komponen-komponen engine yang panas dapat menyebabkan cedera berupa luka bakar.
Sebelum melaksanakan pekerjaan perawatan pada engine, biarkan engine dan komponen-
komponennya mendingin. Komponen-komponen berputar dan bergerak dapat menyebabkan
cedera pada orang.
Jangan sekali-kali melakukan penyetelan pada saat engine sedang bergerak atau engine sedang
hidup, kecuali ditentukan lain. Mesin harus diparkir di permukaan yang rata dan engine harus
dimatikan
PERHATIAN:
Jaga semua komponen tetap bersih dari kontaminasi. Bahan-bahan kontaminasi dapat
menyebabkan aus yang cepat dan mempersingkat usia komponen.
PERHATIAN:
Sikap hati-hati harus digunakan untuk memastikan bahwa fluida dikumpulkan selama pelaksanaan
inspeksi, perawatan, pengetesan, penyetelan dan repair produk. Bersiap-siaplah untuk
mengumpulkan fluida dengan wadah yang sesuai sebelum membuka setiap kompartemen atau
membongkar komponen-komponen yang mengandung fluida. Buang semua fluida sesuai dengan
peraturan dan kebijakan yang berlaku di daerah setempat.
Sebelum memulai suatu inspeksi pada turbocharger, pastikan bahwa hambatan udara inlet masih
berada dalam spesifikasi untuk engine Anda. Pastikan bahwa hambatan sistem exhaust masih
berada dalam batas–batas spesifikasi untuk engine Anda. Baca Pengoperasian/Pengetesan dan
Penyetelan, “Intake system dan Pembuangan – Inspeksi”).
Kondisi turbocharger akan mempunyai pengaruh yang pasti terhadap kinerja engine. Gunakan
prosedur inspeksi berikut ini untuk mengetahui kondisi turbocharger.
Inspeksi Compressor dan Compressor Housing
Inspeksi Turbine Wheel dan Turbine Housing
Inspeksi Wastegate
Page 47
Basic Air Intake & Exhaust System
Inspeksi Compressor dan Compressor Housing
Lepaskan jaringan pipa udara dari compressor inlet.
1. Inspeksi compressor wheel apakah ada kerusakan yang disebabkan oleh benda asing. Jika
terjadi kerusakan, ketahui sumber benda asing tersebut. Jika perlu, bersihkan intake system
dan perbaiki intake system. Ganti turbocharger. Jika tidak ada kerusakan maka lanjutkan ke
Langkah 3.
2. Bersihkan compressor wheel dan bersihkan compressor housing. Jika Anda menemukan
adanya material asing. Jika tidak ada tumpukan material asing, maka lanjutkan ke Langkah 3.
3. Putar perangkat berputar dengan tangan. Pada saat tangan Anda memutar perangkat berputar
tersebut, dorong perangkat tersebut ke samping. Perangkat tersebut harus berputar bebas.
Compressor wheel tidak boleh menggosok compressor housing. Ganti turbocharger jika
compressor wheel menggosok compressor wheel housing. Jika tidak ada penggosokan atau
pengikisan, lanjutkan ke Langkah 4.
4. Inspeksi compressor dan compressor wheel housing apakah ada kebocoran oli. Kebocoran oli
dari compressor dapat menimbun oli di dalam aftercooler. Jika Anda menemukan adanya oli di
dalam aftercooler, maka buang oli tersebut dan bersihkan aftercooler.
a. Periksa ketinggian permukaan oli di dalam crankcase. Jika permukaan oli terlalu tinggi,
setel ketinggian permukaan oli.
b. Inspeksi air cleaner element apakah ada hambatan. Jika ditemukan ada hambatan, perbaiki
masalah tersebut.
c. Inspeksi engine crankcase breather. Bersihkan engine crankcase breather atau ganti
engine crankcase breather jika tersumbat.
d. Lepaskan saluran buang oli turbocharger. Inspeksi lubang pembuangan. Inspeksi saluran
buang oli. Inspeksi bagian di antara bearing rotating assembly shaft. Perhatikan lumpur oli.
Inspeksi lubang buang oli apakah terdapat lumpur oli. Inspeksi saluran buang oli apakah
ada lumpur oli di dalam saluran buang tersebut. Jika perlu bersihkan rotating assembly
shaft. Jika perlu, bersihkan lubang buang oli. Jika perlu, bersihkan lubang pembuangan oli.
e. Jika Langkah 4a sampai 4d tidak mengungkapkan sumber kebocoran oli, maka
turbocharger mengalami kerusakan internal. Ganti turbocharger tersebut.
Inspeksi Turbine Wheel dan Turbine Housing
Lepaskan jaringan pipa udara dari turbine outlet casing.
1. Inspeksi turbine apakah ada kerusakan yang disebabkan oleh benda asing. Jika terjadi
kerusakan, ketahui sumber benda asing tersebut. Ganti turbocharger. Jika tidak ada kerusakan,
maka lanjutkan ke Langkah 2.
2. Inspeksi turbine wheel apakah ada tumpukan karbon dan material asing lainnya. Inspeksi
turbine housing apakah ada tumpukan karbon dan material asing. Bersihkan turbine wheel dan
bersihkan turbine housing jika Anda menemukan adanya tumpukan karbon atau material asing.
Jika tidak terdapat tumpukan karbon atau material asing, maka lanjutkan ke Langkah 3.
3. Putar perangkat berputar (rotating assembly) dengan tangan. Sambil memutar perangkat
tersebut, dorong perangkat tersebut ke samping. Perangkat tersebut seharusnya berputar
dengan bebas. Turbine wheel tidak boleh menggosok turbine wheel housing. Ganti
turbocharger jika turbine wheel menggosok turbine wheel housing. Jika tidak ada penggosokan
atau pengikisan, lanjutkan ke Langkah 4.
4. Inspeksi turbine dan turbine wheel housing apakah ada kebocoran oli. Inspeksi turbine dan
turbine wheel housing apakah ada arang kokas oli. Sebagian arang kokas oli dapat
dibersihkan. Arang kokas oli yang banyak mungkin mengharuskan turbocharger diganti. Jika oli
Page 48
Basic Air Intake & Exhaust System
datang dari turbocharger centre housing, maka lanjutkan ke Langkah 4.a. Jika tidak, lanjutkan
ke “Inspeksi Wastegate”.
a. Lepaskan saluran pembuangan oli turbocharger. Inspeksi lubang saluran lubang
pembuangan. Inspeksi bagian antara bearing rotating assembly shaft. Perhatikan apakah
ada lumpur oli. Inspeksi lubang pembuangan oli apakah ada lumpur oli. Inspeksi saluran
pembuangan oli apakah ada lumpur oli. Jika perlu, bersihkan rotating assembly shaft. Jika
perlu, bersihkan lubang pembuangan. Jika perlu, bersihkan saluran pembuangan.
b. Jika tekanan crankcase tinggi, atau jika saluran pembuangan oli terhambat, tekanan di
dalam centre housing dapat menjadi lebih besar dari tekanan turbine housing. Aliran oli
mungkin didorong ke arah yang salah dan oli mungkin tidak keluar. Periksa tekanan
crankcase dan perbaiki masalah tersebut.
c. Jika saluran pembuangan oli rusak, ganti saluran pembuangan oli tersebut.
d. Periksa rute saluran pembuangan oli. Hilangkan lekukan-lekukan penghambat yang tajam.
Pastikan bahwa saluran pembuangan oli tidak terlalu dekat dengan engine exhaust
manifold.
e. Jika langkah 4a sampai 4b tidak menemukan sumber kebocoran oli, turbocharger
mengalami kerusakan internal. Ganti turbocharger tersebut.
Inspeksi Wastegate
Turbocharger mendeteksi tekanan boost yang menggerakkan wastegate valve. Wastegate valve
mengontrol besarnya gas buang yang diperbolehkan untuk mem-bypass sisi turbine turbocharger.
Mengatur jumlah gas buang yang memasuki turbocharger berarti mengatur kecepatan putar (RPM)
turbocharger.
Gambar 70
1. Actuating Rod
2. Canister
3. Line (saluran
Contoh Umum
Ketika engine beroperasi dalam kondisi low boost (lug), sebuah pegas (spring) menekan melawan
diafragma di dalam canister (2). Ini menggerakkan actuating rod (1) untuk menutup wastegate
valve. Kemudian, turbocharger dapat beroperasi pada kinerja maksimum.
Pada saat tekanan boost meningkat melawan diafragma di dalam canister (2), wastegate valve
membuka. Kecepatan putar (RPM) turbocharger menjadi terbatas. Pembatasan ini terjadi karena
sebagian gas buang mem-bypass turbine wheel pada turbocharger.
Page 49
Basic Air Intake & Exhaust System
Tingkat-tingkat tekanan boost berikut ini menunjukkan suatu adanya masalah pada wastegate
valve.
Terlalu tinggi pada kondisi beban penuh
Terlalu rendah pada semua kondisi lug
Untuk memeriksa kerja wastegate valve, verifikasi tekanan yang benar untuk wastegate valve.
Pada engine-engine Caterpillar, ini dapat dilakukan dengan membaca tanda huruf yang dicap pada
actuating lever (tuas penggerak) wastegate valve. Tanda huruf ini menunjukkan besaran tekanan.
Catatan: baca Tabel 1 untuk mengetahui tanda huruf dan besarnya tekanan.
Lepaskan saluran udara, dan berikan tekanan secara perlahan pada canister. JANGAN MELEBIHI
200 kPa (29 psi).
Ketika suplai udara luar yang dihubungkan ke saluran (line) (3) mencapai tekanan yang sesuai
untuk wastegate valve, tuas penggerak (actuating lever) harus bergerak sampai 0,50 ± 0,25 mm
(0,020 ± 0,010 inch). Jika actuating lever tidak bergerak sejauh ini, ganti turbine housing assembly
untuk turbocharger tersebut. Housing assembly ini terdiri dari wastegate valve. Jika perlu, ganti
sepenuhnya.
CATATAN:
Housing assembly untuk wastegate turbine ditetapkan terlebih dahulu di pabrik dan tidak ada
penyetelan yang dapat dilakukan.
Besaran Tekanan yang Dibutuhkan untuk Memeriksa Wastegate Valve
Tanda Huruf Kpa Psig
B (156) (23)
C (153) (22)
D (124) (18)
E (130) (19)
F (135) (20)
G (180) (26)
H (144) (21)
J (188) (27)
M (200) (29)
V (161) (23)
W (164) (24)
Tabel 1
Tekanan boost mengontrol kecepatan putar (RPM) maksimum turbocharger, karena tekanan boost
mengontrol posisi wastegate. Faktor-faktor berikut ini juga mempengaruhi RPM maksimum
turbocharger:
Batas kemampuan engine
Kebutuhan tenaga kuda (horsepower) pada engine
RPM (kecepatan putar) idle tinggi
Ketinggian di atas permukaan laut untuk pengoperasian engine
Hambatan udara inlet
Hambatan exhaust system (sistem buang)
Page 50
The words you are searching are inside this book. To get more targeted content, please make full-text search by clicking here.
Basic Air Intake & Exhaust System Manual Book
Discover the best professional documents and content resources in AnyFlip Document Base.
Search