Struktur & Fungsi Pompa Bahan Bakar pada Mesin Diesel Alat Berat

Fuel supply pump terletak disisi kiri engine dan digerakan oleh timing gear dengan arah putaran searah dengan putaran engine. Fuel supply pump terdiri dari priming pump, feed pump dan high pressure pump. Fuel supply pump berfungsi untuk menghasilkan fuel bertekanan ke dalam common rail dengan cara mengatur fuel disharge dari fuel pump.

Secara umum fuel supply pump terdiri dari low pressure pump dan high pressure pump. Low pressure pump mempunyai tipe internal rotor pump atau trochoid pump yang berfungsi sebagai feed pump. Low pressure pump berfungsi untuk mentransfer fuel dari fuel tank ke kedua high pressure pump. Selain feed pump, fuel supply pump juga mempunyai priming pump yang berfungsi untuk mentransfer fuel dari fuel tank ke high pump dengan cara manual. Biasanya priming pump digunakan pada saat bleeding udara pada fuel system.

High pressure pump berfungsi untuk mentransfer fuel ke common rail. Berbeda dengan low pressure pump, high pressure pump mampu mentransfer fuel ke common rail dengan tekanan yang tinggi. High pressure fuel pump digerakan oleh camshaft pada fuel supply pump.

Struktur dan Fungsi Fuel Supply Pump

supply pump 2

Pump control valve (discharge amount control valve) terpasang pada masing-masing silinder fuel pump untuk mengatur sistem pemompaan fuel dan mengatur fuel disharge amount (jumlah fuel outlet fuel pump).

supply pump 3

supply pump 4

Fuel supply pump mempunyai cam dengan 3 buah protusion (cam lobe) sehingga jumlah silinder pada high pressure pump dapat dikurangi menjadi 1/3 dari jumlah silinder engine. Lebih detailnya adalah sebagai berikut:

  • 2 X putaran crankshaft = 1 X putaran fuel pump drive shaft
  • 1 high pump = 3 cam lobe
  • 2 X putaran crankshaft = 3 X proses pemompaan fuel ke common rail.

Dari pernyataan di atas dapat diambil kesimpulan bahwa:

Dalam 2 X putaran crankshaft akan menghasilkan 6 X langkah pemompaan fuel dari kedua high pump (no.1 dan no.2) ke common rail untuk melayani 6 injector.

Jumlah langkah pemompaan fuel ke common rail adalah sama dengan jumlah langkah penginjeksian fuel ke ruang bakar sehingga memungkinkan tercapainya kestabilan pressure pada common rail.

Pemompaan fuel dari high pressure fuel pump ke common rail dibagi menjadi:

  1. No.1 high pressure pump berfungsi untuk mencegah terjadinya penurunan pressure di common rail pada saat terjadi proses injeksi di silinder no. 1, no.2 dan no.3
  2. No.2 high pressure pump berfungsi untuk mencegah terjadinya penurunan pressure di common rail pada saat terjadi proses injeksi di silinder no. 4, no.5 dan no.6.

Skema High Pressure Fuel Pump pada Alat Berat

Fuel supply pump terdiri dari 2 high pump yaitu NO. 1 High Pressure Pump (yang paling dekat dengan fuel supply pump drive gear) dan NO.2 High Pressure Pump. High pressure pump adalah fuel pump dengan tipe piston pump yang berfungsi untuk mengalirkan fuel dari low pressure circuit menuju ke common rail.

High pressure pump terdiri dari pump housing, plunger, plunger spring, lower spring seat, upper spring seat, tappet, dan delivery valve.

Dengan adanya cam lobe pada camshaft, gerakan berputar dari camshaft (recirculating) akan dirubah menjadi gerakan naik turun pada plunger (reciprocating) oleh tappet. Gerakan naik turun dari plunger tersebut akan memompakan fuel dari low pressure circuit menuju ke common rail.

Delivery valve terletak pada sisi outlet high pressure pump. Prinsip kerja komponen tersebut sama dengan prinsip kerja check valve. Komponen ini berfungsi untuk mencegah aliran balik fuel dari common rail ke plunger.

Penggunaan Teknologi CRI Fuel System pada Engine Komatsu

CRI fuel system merupakan salah satu teknologi fuel system yang dipakai pada engine Komatsu 6D125E-3 series dan engine 6D140E-3 series. Kedua type engine tersebut (6D125E-3 series dan 6D140E-3 series) sudah memenuhi standard emisi gas buang sehingga engine tersebut ramah lingkungan.

Dibandingkan dengan fuel system lain, CRI fuel system mempunyai keunggulan sebagai berikut:

  • Penggunaan atau aplikasi yang luas. CRI fuel system dipakai pada light vehicle, alat-alat berat, lokomotif, kapal laut dsb
  • Tekanan injeksi yang tinggi (high pressure injection) mencapai 1400 bar
  • Awal injeksi yang dapat diubah-ubah
  • Memungkinkan injeksi bahan bakar ke ruang bakar dapat dibagi dalam beberapa tahap yaitu: pilot injection, main injection dan post
  • Memenuhi peraturan standard emisi gas.

Penggunaan CRI fuel system:

  1. Engine 6D125E-3 series : PC400, WA470, HD255 dsb
  2. Engine 6D140E-3 series : PC600, 800, WA500, GD825, PC1800, D155A, HD325 dsb.

mtu engine

Selain engine tersebut di atas, sebenarnya CRI fuel system sudah lama digunakan pada alat berat contohnya adalah MTU DDC 4000 series pada Haulpak 830E dan Haulpak 930E.

Perbandingan antara engine 6D140-2 dengan 6D140E-3 adalah:

1. Electronic Control High Pressure Fuel Injection System

ecm cri

Engine 6D140-2 series menggunakan mechanical governor dengan jerk type in-line injection pump. Sedangkan engine 6D140E-3 menggunakan CRI (Common Rail Injection) fuel system dengan electronic control high pressure fuel injection. Dengan teknologi CRI Fuel system, fuel dapat diinjeksikan dengan pressure sampai dengan 118 MPa (1200 kg/cm2) dari low speed sampai dengan high speed.

Electronic control system pada CRI memungkinkan pengontrolan injeksi fuel yang optimal menyesuaikan kecepatan dan beban engine, pengaturan emisi gas buang (exhaust gas), pengaturan fuel consumption dan low noise.

Selain untuk mengontrol injeksi fuel system ke ruang bakar, electronic control system juga berfungsi untuk melindungi engine dari kerusakan. Misalnya water temperature yang tinggi, lubricating pressure yang rendah, fuel pressure yang rendah dsb.

2. Piston

piston cri

Piston yang dipakai pada engine 6D140E-3 adalah high quality steel casting dengan shaker cooling galley, sedangkan re-entrant combustion chamber masih tetap sama dengan engine 6D140-2 dengan pemuaian material yang minimum. Hasilnya engine tersebut tidak hanya memiliki exhaust gas yang lebih bersih/lebih sehat, warna exhaust gas yang bersih dan fuel consumption yang rendah, tetapi juga high durability dan high reliability.

3. Compression Ratio
Compression ratio dinaikkan untuk meningkatkan efisiensi pembakaran, low fuel consumption dan mengurangi emisi dari white smoke (asap putih) pada saat engine distart dalam kondisi dingin. Sebagai tambahannya penggunaan electronic control high pressure fuel injection system dan karakteristik semprotan (spray) injector pada temperature rendah didesain atau dirancang untuk meningkatkan starting performance dan mengurangi emisi white smoke.

4. Turbocharger

turbocharger cri

turbocharger cri 2

  1. Blower housing A. Intake inlet Specifications
  2. V-band B. Intake outlet Type: Komatsu KTR110L (air-cooled)
  3. Diffuser plate C. Exhaust inlet Overall length: 308mm
  4. Center housing D. Exhaust outlet Overall width: 305mm
  5. Shroud E. Oil inlet Overall height: 287mm
  6. Turbine housing. Oil outlet Weight: 24kg
  7. Turbine impeller
  8. Seal ring
  9. Bearing
  10. Thrust bearing
  11. Seal ring
  12. Blower impeller.

Engine 6D140E-3 menggunakan turbocharger dengan tipe KTR110, yang mempunyai keunggulan high durability dan high performance. Keunggulan dari turbo tipe ini adalah terletak pada saluran supply air resirculation untuk mengontrol kenaikan tekanan udara pada ujung blower dan desain yang high efficiency pada turbin.

5. Piston Cooling Nozzle

piston cooling nozle cri

Pada generasi engine 6D140E series sebelumnya, hanya terdapat 1 piston cooling nozzle pada masing-masing silinder. Tetapi pada engine 6D140E-3 series menggunakan 2 piston cooling nozzle, hasilnya ketahanan dan umur piston menjadi bertambah, temperature pada bagian bawah piston berkurang, sehingga mencegah kenaikan temperature oli yang berlebihan dan juga mencegah proses deteriorisasi pada oli.

6. Silinder Block
Silinder block pada engine 6D140E-3, overall length (panjang keseluruhan), overall width (lebar keseluruhan) dan overall height (tinggi keseluruhan) adalah sama dengan engine 6D140E-3 sebelumnya. Sebagai tambahannya the top surface thickness (ketebalan permukaan atas) cylinder block ditambah untuk menekan terjadinya deformasi setelah pemakaian engine dalam waktu yang lama, sehingga mempermudah proses machining pada saat melakukan rebuild pada engine. Selain itu kekuatan (rigidity) main ribs ditambah sehingga akaan menambah kekuatan, menekan atau mengurangi deformasi dan getaran pada silinder block pada saat dibebani.

7. Under Frame

piston cooling nozle cri

underframe 2

Pada engine 6D140E-3 terdapat 3 under frame berbentuk balok besi yang dipasang pada permukaan bawah silinder block untuk mengurangi getaran dan noise pada silinder block.

8. Fuel Pump

supply pump

High pressure fuel pump pada engine S6D140E-3 series berfungsi untuk mengalirkan/memompakan fuel dengan tekanan tinggi ke dalam sistem CRI. Jika dibandingkan dengan FIP, high pressure pump mempunyai ukuran yang lebih kecil dari FIP, ± 1/3 dari ukuran FIP. Fuel pump tersebut mempunyai flange sebagai pengganti dari saddle mount dan terhubung dengan timing gear case.

Kapasitas lubrication pump engine S6D140E-3 diperbesar 15% dari lubrication pump engine generasi. Dengan adanya penambahan kapasitas diharapkan dapat menambah relialibilty dan durability dari engine.

Air cleaner pada engine S6D140E-3 series juga mengalami modifikasi yaitu dari end face seal type menjadi radial seal type. Modifikasi ini bertujuan untuk mencegah debu masuk kedalam akibat deformasi dari seal tsb.

9. Oil Filter

oil filter

oil filter 2

Oil filter yang dipakai pada engine S6D140E-3 series adalah combination filter yang high performance dan high efficiency.

10. Fuel Filter

FUEL FILTER

Fuel filter pada engine S6D140E-3 series adalah high permonce and high efficiency fuel filter. Untuk lebih lengkapnya lihat pada bahasan fuel filter.

Pressure Control Valve Adalah…

PCV terletak disisi atas pada fuel supply pump. Pressure control valve berfungsi untuk mengatur besarnya tekanan fuel pada common rail dengan cara mengatur jumlah fuel dari fuel supply pump yang akan dialirkan ke common rail.

PCV terdiri coil, valve, inti besi, dan spring. PCV valve mempunyai tipe normally open, artinya pada saat coil belum dialiri arus listrik (OFF) kondisi valve terbuka karena gaya dari spring. Controller memberikan arus ONOFF (digital) untuk mengaktifkan atau menonaktifkan EPC solenoid. Pada saat coil pada PCV dialiri arus listrik dari controller, inti besi akan menjadi magnet. Gaya magnet dari inti besi akan menarik valve melawan gaya dari spring sehingga pada saat kondisi tersebut saluran pengisian (supply) fuel yang menuju plunger menjadi tertutup oleh valve.

pcv 2

Banyaknya fuel yang dialirkan dari supply pump ke common rail tergantung dari lamanya arus listrik yang dialirkan ke PCV. Semakin lama PCV tersebut aktif (ON) maka semakin banyak jumlah fuel yang dialirkan ke common rail atau sebaliknya.

pcv wiring

A. Selama plunger bergerak turun, PCV valve terbuka, fuel bertekanan rendah (low pressure masuk melalui PCV dan dihisap masuk ke plunger chamber.

cara kerja pcv

cara kerja pcv 2

B. Meskipun plunger sudah memasuki langkah naik (up stroke), controller masih tetap belum mengalirkan arus listrik ke PCV valve, akibatnya posisi PCV valve masih dalam keadaan terbuka, pressure fuel tidak mengalami kenaikan karena fuel di chamber kembali atau berhubungan dengan saluran suplly. Pada saat kondisi tersebut delivery valve masih dalam kondisi menutup.

cara kerja supply pump

cara kerja supply pump 2

C. Ketika controller mengalirkan arus listrik ke PCV valve dengan (waktu) timing yang disesuaikan dengan kebutuhan jumlah fuel yang diinginkan, saluran return (return passage) ditutup sehingga pressure pada plunger chamber menjadi Apabila kenaikan pressure pada plunger chamber sudah sesuai dengan setting pressure delivery valve, delivery valve akan terbuka dan fuel mengalir ke common rail. Dengan kata lain, langkah naik dari plunger dan kapan waktu PCV valve tersebut tertutup akan menentukan jumlah fuel yang dialirkan ke common rail. Dengan merubah waktu (timing) tertutupnya PCV valve (plunger prestroke) oleh controller, maka jumlah fuel yang dialirkan ke common rail juga berubah, sehingga fuel pressure pada common rail akan selalu dapat diatur atau di-control.

cara kerja supply pump 3

D. Ketika camlobe telah melewati maximum lift, plunger memasuki langkah turun (down stroke), pressure pada plunger chamber turun (drop). Pada saat kondisi tersebut delivery valve menjadi tertutup sehingga tidak ada fuel yang dialirkan ke common rail. Controller juga memutus arus listrik ke PCV sehingga PCV valve menjadi terbuka dan fuel bertekanan rendah (low pressure fuel) dihisap masuk ke plunger chamber atau dengan kata lain kembali ke kondisi yang sama dengan saat langkah A.

cara kerja supply pump 4

Banyaknya jumlah fuel disharge berbanding lurus dengan luas penampang plunger dan langkah (stroke) dari plunger. Jumlah fuel disharge dirumuskan sebagai berikut :

rumus

Dimana:
H = Panjang langkah maksimal plunger
h = Panjang langkah antara PCV valve tertutup sampai dengan maksimal stroke plunger
d = Diameter plunger.

cara kerja supply pump 5

FEED PUMP (LOW PRESSURE FUEL PUMP)

feed pump

Feed pump assembly terletak pada fuel supply pump assembly. Feed pump berfungsi untuk mentransfer fuel dari fuel tank ke high pressure pump chamber. Rotor pada feed pump digerakkan oleh camshaft. Pada saat inner rotor berputar, fuel dari fuel tank dihisap oleh feed pump pada sisi suction dan dipompakan ke high pressure chamber melalui sisi discharge tergantung dari perubahan ukuran atau celah antara inner dan outer rotor.

Tipe feed pump yang terpasang pada fuel supply pump adalah internal rotor pump. Internal rotor pump merupakan variasi dari internal gear pump dengan beberapa perbedaan. Internal rotor pump mempunyai lobe sebagai pengganti teeth pada internal gear pump. Pada internal rotor pump, inner rotor dan outer ring mempunyai selisih satu lobe.

feed pump 2

feed pump 3

feed pump 4

Outer ring mempunyai lobe yang lebih banyak dibandingkan dengan inner rotor. Bentuk lobe dibentuk sedemikian rupa sehingga ujung dari kedua lobe akan selalu contact dengan permukaan bagian dalam pada outer ring. Kondisi tersebut akan menahan fuel kearah yang berlawanan pada saat inner rotor dan outer ring bersinggungan, sehingga fuel tidak bocor atau tidak kembali lagi ke sisi inlet.

CRI FUEL LINE

FUEL LINE/FUEL PIPING

engine komatsu

Fuel line atau saluran fuel pada CRI fuel system terdiri dari low fuel pressure circuit dan high fuel pressure circuit. Aliran fuel low pressure circuit berfungsi untuk mengalirkan fuel dari fuel tank sampai high pump. Komponen – komponen pada low fuel pressure circuit terdiri dari feed pump dengan tipe trochoid pump, priming pump dan fuel filter. Sedangkan aliran high fuel pressure circuit terdiri dari high pressure pump yang diatur oleh PCV solenoid valve, common rail dan injector.

fuel piping

  1. Fuel injection pipe (No. 1 cylinder)
  2. Fuel injection pipe (No. 2 cylinder)
  3. Fuel injection pipe (No. 3 cylinder)
  4. Fuel injection pipe (No. 4 cylinder)
  5. Fuel injection pipe (No. 5 cylinder)
  6. Fuel injection pipe (No. 6 cylinder)
  7. Common rail
  8. Fuel return pipe
  9. Priming pump
  10. Feed pump
  11. Oil inlet pipe (for pump lubrication oil)
  12. High-pressure pump
  13. Fuel supply pump drive gear
  14. Overflow valve
  15. PCV

FUEL FILTER

fuel filter 2

Fuel filter pada CRI Fuel system terletak antara bypass valve (dari fuel tank) dan high pressure pump. Fuel filter berfungsi untuk menyaring kotoran atau partikel partikel fuel. Fuel filter mempunyai filtering area sebesar 1 m2. Fuel filter juga mempunyai air bleed plug. Plug tersebut digunakan pada saat melakukan proses bleeding udara pada fuel system.

fuel filter 3

Specifications

  • Filtering area: 1.0 m²
  1. Air Bleed plug
  2. Filter head
  3. Cartridge

A. Fuel Inlet

B. Fuel outlet

FUEL COOLER

fuel cooler

Specifications

  • Cooling method: Air cooled
  • Core type: AL-CFT-1
  • Heat dissipation surface: 31m2

 

  1. Mount bracket
  2. Core

A. From fuel tank

B. To fuel supply pump

 

 

 

Fuel cooler pada CRI fuel system terletak antara fuel tank dan fuel supply pump. Fuel cooler berfungsi untuk menjaga temperature fuel yang akan diinjeksikan ke ruang bakar. Fuel pada fuel cooler didinginkan menggunakan media udara.

CRI Fuel System Diagram
cri diagram

  1. Fuel tank
  2. Fuel supply pump assembly
  3. Fuel filter
  4. Overflow valve
  5. Common rail
  6. Pressure limiter
  7. Flow damper
  8. Injector assembly
  9. Fuel cooler
  10. ECU (Engine Control Unit)
  11. NE revolution sensor

2A. PCV

2B. High-pressure pump

2C. Priming pump

2D. Feed pump

2E. Bypass valve

2F. G revolution sensor