Common Rail, Teknologi “EFI” pada Mesin Diesel

Common Rail merupakan sistem penyaluran bahan bakar pada kendaraan. Teknologi ini mirip dengan sistem injeksi pada kendaraan bensin yang lebih dikenal dengan istilah EFI (Electronic Fuel Injection).

Sumber : Volvo

Common Rail diambil nama dari penggunaan pipa kecil sebagai penampung bahan bakar yang  disebut dengan Rail. Pada pipa ini tekanan bahan bakar yang hampir selalu tetap disediakan untuk disemprotkan oleh injektor elektronik pada masing-masing ruang bakar. Dengan demikian diharapkan jumlah penginjeksian bahan bakar akan menjadi optimal baik jumlah maupun ketepatan waktunya.

Sistem bahan bakar diesel dengan teknologi Common Rail 

Sejarah Mesin Diesel Common-Rail

Sejarah Common rail fuel system dimulai dengan pembuatan prototype pada akhir tahun 60 an oleh Mr. Hiber di Switzerland. Lalu Mr. Ganser dari Swiss Federal Institute of Technology memfokuskan diri dalam hal ini.

Pada pertengahan tahun 60 an, Dr. Shohei Itoh and Masahiko Miyaki, Japanese dari Denso Corporation, mengembangkannya untuk Heavy Duty Vehicles, dan berhasil dengan produk pertamanya yang dinamakan ECD-U2 common Rail system, yang dipasang pada HINO RAISING RANGER truck dan dijual kepada umum pada tahun 1995.

Selanjutnya mulai tahun 1997 Robert Bosch GmbH mulai memproduksi untuk dipakai pada passenger car. Common rail engines dipakai juga pada kapal laut dan locomotive.

Dengan adanya krisis minyak bumi dan emisi, maka sekitar tahun 1990 an, mulai banyak yang mengadopsi common rail system, misalnya Fiat (dikenal sebagai JTD, dipakai pada Fiat Panda), Alfa Romeo, dan Volvo. Common Rail saat ini Common rail system saat ini semakin banyak dipakai. Delphi Automotive Systems di USA juga memproduksinya. Hampir setiap pabrik memberi nama khusus kepada system ini, misalnya : Daimler Chrysler's CDI, Ford Motor Company's, Fiat Group's (Fiat, Alfa Romeo and Lancia), JTD,Renault's DCi,GM/Opel's CDTi,Hyundai's CRDI,Mitsubishi's DI-D,PSA Peugeot Citroen's HDI,Toyota's D-4D, dll.

Perbedaan karakteristik sistim injeksi commonrail dengan konvensional :

1.Teknologi diesel common rail ini bisa dibilang sebagai teknologi terbaru yang nantinya akanmenggantikan teknologi system injeksi diesel konvensional seperti yang sekarang kita gunakan.

2.Seiring dengan meningkatnya regulasi gas buang maka menjadikan teknologi diesel konvensional saatini tidak memungkinkan lagi memenuhi standar kualitas dan kuantitas gas buang untuk mesin diesel.Dengan adanya peraturan peningkatan akurasi dan jumlah gas emisi yang dikurangi secara signifikan,maka system common rail ini menjadi satu-satunya jawaban untuk mengoperasikan kebutuhan mesindiesel pada masa 10-20 tahun ke depan.

3. Parameter injeksi sangatlah penting untuk kebutuhan tenaga mesin diesel. Pada teknologi common railini, tekanan injeksi menjadi sangat tinggi, kontrol injeksi pada setiap langkah pembakaran menjadiakurat. Jumlah, timing, dan tekanan injeksi dikontrol secara terpisah. Hal ini memungkinkan kontrolbahan bakar yang jauh lebih akurat apabila dibandingkan dengan teknologi injeksi mesin bensin yangterbarupun.

4.Apabila pada teknologi sebelumnya bahan bakar diesel dibagi-bagi dari pipa tekanan tinggi ke setiapsilinder mesin, dengan common rail bahan bakar diesel yang bertekanan tinggi dikumpulkan padasebuah pipa “common rail”. Kondisi ini memungkinkan untuk menghapuskan system kontrol kebutuhanbahan bakar diesel yang sebelumnya dibagi-bagi berdasarkan jumlah silinder mesin. Hal inimenyebabkan konsumsi bahan bakar menjadi efektif dan efisien. Pompa injeksi terus-menerusmemompa solar dari tangki menuju pipa common rail, sampai tekanan common rail yang dibutuhkantercapai.

5.Setiap injektor yang berada diatas setiap silinder mesin kemudian akan mendistribusikan solar yangbertekanan tinggi kepada setiap nozzle via pipa common rail. Disini, ECU akan mengontrol timing danjumlah pengiriman bahan bakar.

Prinsip Kerja

Prinsip kerjanya adalah, sebuah pompa penyalur yang bekerja secara elektronik akan menyalurkan bahan bakar secara terus menerus dari tanki menuju pompa tekanan tinggi. Pompa ini akan bekerja pada tegangan baterai kendaraan yaitu 12 Volt yang di control oleh sebuah relai pompa. Dengan pompa inilah aliran bahan baker akan dipertahankan pada debit minimum 0,5 liter per menit dengan tekanan bahan-bakar maksimal 0,5 bar.

Tentunya sebelum masuk ke pompa tekanan tinggi, bahan bakar akan dilewatkan pada filter bahan bakar. Pada filter bahan bakar itulah maka partikel-partikel yang tidak dibutuhkan oleh sistem ataupun partikel yang nantinya mengganggu atau merusak akan disaring.

Pompa tekanan tinggi digunakan untuk menaikkan tekanan bahan bakar dan mengirimkannya ke dalam pipa pembagi / ‘rail’. Tekanan tinggi pada bahan bakar ini dihasilkan melalui 3 buah piston yang dikonstruksikan pada pompa tekanan tinggi. Ketiga piston tersebut dipasang secara radial dengan selisih sudut pada masing-masing piston adalah 120°. Ketiga piston akan mengkompresikan bahan bakar secara bergantian. Hal ini dimungkinkan karena ketiga piston tersebut digerakkan oleh sebuah nok. Nok tersebut digerakkan langsung oleh poros engkol melalui roda gigi-roda gigi penghubung. Pompa tekanan tinggi ini bisa menghasilkan tekanan antara 150 bar sampai 1350 bar, bahkan pada pompa generasi yang lebih baru bisa menghasilkan tekanan sampai 2000 bar. 

Pompa tekanan tinggi pada Common Rail 

Pengukuran dan Pengaturan 

Penyemprotan pada sistem Common Rail menggambarkan perubahan pada teknik penyemprotan injektor diesel pada umumnya. Injektor pada sistem ini sudah menggunakan injektor eletronis. Pembukaan dan penutupan katub pada injektor sudah dikontrol secara eletronik oleh Electronic Control Modul (ECM).

Jumlah penyemprotan bahan bakar tergantung pada:

- Tekanan pipa pembagi

- Lamanya injektor membuka

Injektor dengan katub magnet yang dapat membuka dan menutup dengan cepat, memungkinkan adanya penyemprotan dengan perbedaan ukuran/jumlah semprotan yang kecil pada masing-masing silinder. Teknologi pembukaan dan penutupan katub pada injektor ini lebih disempurnakan pada generasi injektor yang lebih baru yaitu dengan menggunakan piezo eletronik.

Ciri-ciri dan Fungsi

Saat dan jumlah penyemprotan ditentukan oleh Kontrol Unit (ECM) dengan memperhitungkan informasi dari sinyal yang masuk. Dengan injektor elektronis dan tekanan yang selalu tersedia memungkinkan diperolehnya saat penyemprotan dan jumlah penyemprotan yang tepat. 

Hal-hal penting dari penyemprotan dengan Sistem Common Rail: 

1.Selisih jumlah penyemprotan antar silinder sangat kecil, hal ini dimungkinkan karena proses pembukaan dan penutupan katub pada injektor sudah dikontrol secara elektronik.

2.Bebas dalam menentukan saat mulai penyemprotan awal maupun penyemprotan utama tanpa tergantung dari posisi nok. Ini bisa dilakukan karena proses penyemprotan dikendalikan secara elektronik oleh Kontrol Unit (ECM). Pengaliran arus ke injektor oleh Kontrol Unit (ECM) tergantung pada informasi dari sensor-sensor yang dipasang pada engine.

3.Bebas dalam memilih tekanan penyemprotan (antara 250 sampai 1350 bar) sehingga didapatkan campuran yang baik, temasuk pada putaran rendah maupun beban yang kecil. Ini dimungkinkan karena salah satu dari silinder pembangkit tekanan pada pompa tekanan tinggi dapat di’off’kan agar tidak menghasilkan tekanan *)

Catatan: pada Common Rail System generasi 4 tekanan sudah mencapai 2000 bar.

4.Tidak ada batas momen putar. Tekanan pembakaran maksimal dan momen putar pada engine yang sudah menggunakan sistem Common Rail dibatasi sendiri oleh jumlah bahan bakar yang disemprotkan ke ruang bakar.

5.Tidak membutuhkan penggerak pompa tersendiri. Ini jelas, karena pompa tekanan tinggi yang dibutuhkan oleh engine digerakkan oleh engine itu sendiri tanpa memperhitungkan ketepatan posisi pemasangan.

Kondisi Umum Sistem Common Rail

1.Bertekanan tinggi.

Pada generasi pertama Common Rail, tekanan maksimal yang digunakan dalam sistem adalah 1350 bar, kemudian teknologi berikutnya menggunakan tekanan 1600 bar (seperti yang digunakan pada Kijang Inova dan D-Max). Teknologi Common Rail berikutnya menggunakan tekanan 1800 bar, dan teknologi paling akhir pada kendaraan penumpang sudah menggunakan tekanan bahan bakar 2000 bar bahkan lebih (sumber: Bosch)

2.Pembentukan tekanan tinggi memerlukan bagian yang sedikit.

Komponen sistem tekanan tinggi pada Common Rail yang paling penting adalah pompa tekanan tinggi. Didalam pompa tekanan tinggi sendiri hanya terdapat nok (cam), plunyer, barel dan valve. Sehingga bentuknya bisa kompak. Bandingkan dengan pompa tekanan tinggi pada engine diesel generasi sebelumnya! 

3.Ukuran penyemprotan yang tepat dengan toleransi yang kecil.

Dengan pengontrolan secara elektronis memungkinkan pemutusan dan penghubungan arus ke injektor berlangsung sangat cepat. Sehingga selisih jumlah penyemprotan antar silinder dapat diminimalisir. Ini menyebabkan tekanan pembakaran pada tiap silinder relatif sama. Dengan demikian getaran poros engkol akibat perbedaan tekanan antar silinder semakin kecil. Ini yang memungkinkan getaran dan suara mesin semakin halus.

4.Rangkaian pengendalian tertutup (Close Loop) dengan cara penggunaan SensorLamda (Lambda Sonde sensor). 

Dengan rangkaian pengendalian tertutup, memungkinkan emisi gas buang akan selalu terkontrol. Ini bisa terjadi karena sensor lambda yang dipasang pada saluran buang (exhouse manifold) selalu melaporkan kondisi emisi gas buang ke kontrol unit. Apabila perbandingan campuran udara dan bahan bakar tidak sesuai, maka lambda sonde sensor akan segera melaporkan pada lepada control unit untuk menambah ataupun mengurangi jumlah bahan bakar yang disemprotkan. Ini berarti juga emisi gas buang pada sistem Common Rail ini ‘ramah lingkungan’.

5.Injektor bekerja dengan Piezo-Elektrik

Dengan penggunaan piezo eletrik ini memungkinkan pembukaan dan penutupan injektor akan lebih cepat dibandingkan injektor yang masih menggunakan sistem seleniod. Dengan demikian jumlah bahan bakar yang disemprotkan dan saat penyemprotan semakin tepat. Kondisi ini menyebabkan tenaga mesin yang dihasilkan akan semakin bagus.