Air Intake – Exhaust System Diesel

Dwi Wijayanto

1.1 Pendahuluan.

A. Pengertian

 Air Induction System adalah sistem pada engine diesel yang berfungsi untuk memperoleh udara yang mencukupi untuk proses pembakaran seluruh bahan bakar di dalam silinder, sehingga dapat menghasilkan tenaga/power yang maximum seperti yang diharapkan.

Udara diperoleh dengan bantuan turbocharge. Turbocharge yang mendapatkan tenaga dari sisa pembakaran akan mengubahnya menjadi energy mekanis untuk menyedot udara baru yang akan memasuki ruang bakar hasil pemompaan udara oleh turbocharge yang mengalami peningkatan suhu, akan disalurkan menuju aftercooler melalui intake manifold. aftercooler dilengkapi dengan elemen pendingin udara yang memanfaatkan efek pendinginan coolant.

B. Aliran Udara Masuk / Air induction

Secara garis besar urutan aliran udara masuk ialah: Air cleaner - Turbocharge - Aftercooler - Intake Manifold - Combustion chamber

·           Aliran udara yang masuk dihisap oleh impeller wheel pada turbocharge yang mendapatkan putaran dari turbin.

·           Udara terhisap sebelum masuk ke system, udara terlebih dahulu di saring menggunakan pre-cleaner dan air cleaner.

·           Udara yang sudah tersaring kemudian dihisap menuju aftercooler untuk didinginkan dengan tujuan mendapatkan kerapatan molekul-molekul udara yang semakin rapat, sehingga volumenya menjadi bertambah.

·           Proses pendinginan yang digunakan di aftercooler adalah jenis aftercooler air to water, jadi udara didinginkan dengan menggunakan coolant yang bersirkulasi.

·           Selanjutnya udara yang telah didinginkan akan masuk ke intake ruang bakar.

C. Aliran Exhaust / Hasil pembakaran

Secara garis besar urutan aliran udara masuk ialah: Combustion chamber - Turbocharge - Muffler - Exhaust stack

·           Sisa gas buang dari hasil pembakaran akan dimanfaatkan untuk memutar turbin pada turbocharge, dari katup buang gas buang akan mengalir menuju turbin pada turbocharge.

·           Turbin akan berputar, putaran turbin akan memutar impeller wheel yang berfungsi untuk menghisap udara (poin No.2 pada Air induction)

·           Gas buang akan keluar menuju muffler.

·           Dalam kondisi putaran engine tinggi dan tekanan udara masuk pada intake manifold tinggi, maka gas buang akan terbagi ke waste gate, sebagian udara tidak bergerak menuju turbin turbocharge melainkan langsung di buang ke luar.

Pada tulisan ini saya menggunakan engine QSK45, dimana engine dengan jenis ini menggunakan 2 turbocharge pada tiap bank (blok kanan dan blok kiri engine) dengan jenis Single Stage.

D. Perbedaan Single Stage Dan Two Stage

1. Singel stage

Turbocharge single stage prosedur kerjanya sama dengan turbocharge pada umumnya dimana gas buang akan keluar dan memutarkan 1 turbin turbocharge untuk menghasilkan putaran impeller yang akan menghisap bahan bakar lalu gas buang akan keluar menuju exhaust. Pada gambar terdapat 2 turbocharge maksutnya adalah masing – masing 1 turbocharge pada tiap bank cylinder.

2. Two Stage

Turbocharge jenis ini menggunakan 4 turbocharge (2 di tiap tiap bank cylinder), gas buang yang keluar akan mengalir ke turbin turbocharge yang (high pressure turbocharge) lalu setelah itu gas buang tidak langsung keluar ke exhaust, melainkan ke turbocharge yang selanjutnya (low pressure turbocharge) untuk memutar turbin ke dua dengan sisa energy yang terkandung dalam gas buang, baru kemudian gas buang akan terbuang menuju exhaust

Udara yang terhisap akan mengalir dari saringan udara ke rumah turbochage tingkat pertama (low pressure turbocharger), kemudian ke luar dari turbocharge tingkat pertama dan masuk turbocharge tingkat kedua (high pressure Turbocharge). Setelah dikompres pada kompresor/turbocharge tingkat dua maka udara keluar melewati aftercooler menuju pada pipa manifold hisap silinder. Tujuan dari two stage ini adalah untuk meningkatkan jumlah udara yang akan masuk ke system agar meningkatkan torque dan horse power.

1.3. Komponen – Komponen System Air Induction & Exahust System

A. Air Filter

Air filter berfungsi untuk menyaring udara atau memisahkan antara udara dengan kotoran / partikel yang bercampur dengan udara sehingga udara yang masuk ke ruang bakar benar – benar bersih dari kotoran/ partikel yang dapat merusak engine.

\

B. Turbocharge

Turbocharge berfungsi mendorong lebih banyak udara ke dalam silinder lebih dari yang diperoleh dengan hisapan alami piston. Karena lebih banyak udara yang masuk ke dalam silinder, maka lebih banyak bahan bakar dapat dibakar.

Turbocharge bekerja dengan cara mengkonversikan energi panas serta tekanan gas buang dari hasil pembakaran untuk dijadikan energi mekanis putar poros yang nantinya akan dipergunakan untuk menghisap udara dan mendorongnya masuk dari intake manifold dan masuk kedalam ruang bakar untuk dilakukan pembakaran.

Komponen ini terbagi 2 bagian utama yang berputar pada satu shaft,yaitu:

a.       Turbine Wheel, berputar karena gaya dorong gas sisa hasil pembakaran dan selanjutnya dibuang melalui Muffler, kemudian putarannya diteruskan ke Impeller Wheel.

b.      Impeller Wheel, putarannya akan memompa/menghisap udara yang masuk ke dalam silinder melalui air filter, aftercooler dan intake manifold.

Akibat dari proses itu, output engine dapat ditingkatkan tanpa mengubah ukuran silinder. Seperti kita lihat dalam gambar, turbocharger digerakkan oleh aliran gas buang. Keuntungan turbocharger dengan cara seperti ini adalah tidak dibutuhkannya tambahan tenaga dari engine untuk menggerakkannya. Gas buang menggerakkan turbin rotor hingga mencapai kecepatan tinggi lebih dari 85.000 RPM pada beban maksimum.

·      Waste Gate

Waste gate yang terdapat pada turbocharge berfunsgi untuk membatasi boost pressure pada sisi intake manifold disaat engine mendapat beban maximum maupun beban minimum maupun pada engine rpm tinggi atau rpm rendah.

Tekanan pada sisi intake manifold dibatasi dengan cara membuka atau menutup valve wastegate. Bila tekanan udara pada sisi intake manifold naik, maka tekanan udara tersebut digunakan untuk mendorong diapraghm lalu mendorong actuator dan seterusnya mendoromg valve wastgegate terbuka, sehingga tenaga gas buang tidak seluruhnya digunakan untuk memutar turbin. Sebagian dari gas buang langsung keluar, sedangkan sebagian lagi digunakan untuk memutar turbin sehingga kecepatan turbin dapat terkontrol, akibatnya turbin udara pada sisi intake terkontrol juga.

 Bila valve wastegate tertutup, maka seluruh gas buang digunakan untuk memutar turbin sehingga tekanan udara pada sisi intake akan naik, akibatnya berat udara persatuan volumenya bertambah juga, maka kecepatan turbin dan tekanan udara pada intake manifold tidak terkontrol yang dapat merusak daya tahan dari engine. Wastegate adalah suatu komponen yang terdapat pada turbocharge yang menentukan performa suatu engine.

Rusaknya wastgegate dapat mengurangi daya tahan suatu engine akibat dari naiknya tekanan didalam cylinder dan terjadinya panas yang berlebihan yang diakibatkan tekanan pada intake manifold maupun exhaust yang tidak benar, sehingga emission yang terjadi tidak ramah lingkungan.

C. Intake Manifold

Intake manifold berfungsi sebagai saluran masuk udara ke dalam masing-masing ruang bakar (silinder). Banyaknya jumlah intake manifold sama dengan banyaknya jumlah silinder pada mesin. Intake manifold juga terdapat pressure sensor dan intake manifold sensor. Pressure sensor   berfungsi untuk mengukur tekanan udara yang ada pada intake. Intake manifold temperature sensor berfungsi untuk mengukur suhu udara yang ada dalam intake manifold.

D. Aftercooler

Komponen ini dipergunakan untuk mendinginkan udara sebelum masuk ke dalam silinder dengan tujuan mendapatkan kerapatan molekul-molekul udara yang semakin rapat, sehingga volumenya menjadi bertambah. Ini diperlukan mengingat bahwa udara tersebut dialirkan melalui turbocharger yang bekerjanya karena gas buang sehingga menjadi sangat panas. Pada Aftercooler medi yang digunakan untuk mendinginkan ialah Air to water jacket, yaitu menggunakan aliran coolant sebagai media untuk mendinginkan udara.

E. Exhaust Manifold

Exhaust manifold (ditunjukkan di nomer 2) merupakan komponen yang berfungsi sebagai tempat gas buang yang akan menuju turbocharge. Dimana gas hasil pembakaran keluar melalui lubang keluar dan masuk ke dalam exhaust manifold. Exhaust manifold terpasang pada cylinder head dan tepat pada lubang keluar untuk gas buang.

F. Muffler

Gambar contoh muffler

Dari turbocharge, gas bekas pembakaran disalurkan melalui muffler dan exhaust stack.Muffler meredam suara ribut dari gas buang sehingga membuat suara engine menjadi lebih halus. 

G. Exhaust Stack

Setelah gas buang melalui muffler, maka gas buang tadi melewati exhaust stack (pipa keluar). Stack (pipa) ini mengeluarkan gas buang agar menjauh dari operator.