Plunger (mekanisme pasokan bahan bakar)

Plunger atau yang dikenal dengan elemen pompa merupakan salah satu komponen pada pompa injekasi in line. Fungsi plunger adalah untuk menekan atau mengkompresikan bahan bakar solar sehingga bahan bakar yang keluar dari pompa injeksi memiliki tekanan. Oleh karena itu plunger atau elemen pompa dibuat sangat presisi.

a. Konstruksi elemen pompa

Untuk dapat menjalankan fungsinya, maka plunger terdiri dari beberapa komponen. Untuk lebih jelasnya berikut merupakan pembahasan mengenai komponen plunger.

1. Barrel atau Silinder

Barrel atau silinder adalah salah satu komponen plunger (elemen pompa) yang berfungsi sebagai silinder atau rumah tempat penekanan bahan bakar solar. Untuk menghasilkan tekanan bahan bakar yang sesuai dengan kebutuhan mesin maka plunger dan barrel dibuat sangat presisi.

2. Feed Hole

Feed hole adalah salah satu komponen plunger (elemen pompa) yang berfungsi sebagai saluran masuk bahan bakar kedalam barrel atau silinder. Bahan bakar solar akan masuk kedalam pompa injeksi dan akan di pompa oleh feed pump sehingga akan masuk kedalam barrel melalui feed hole. Masuknya bahan bakar kedalam barrel juga akibat adanya kevakuman akibat gerakan plunger ke bawah. Bahan bakar yang masuk kedalam barrel kemudian akan ditekan oleh plunger.

3. Control Groove atau Helix

Control groove atau helix adalah salah satu komponen plunger (elemen pompa) yang berfungsi sebagai alu yang digunakan untuk mengontrol bahan bakar. Control groove atau helix ini akan mengatur banyaknya bahan bakar yang masuk kedalam barrel yaitu dengan mengatur panjang pendeknya langkah efektif plunger. Saat control groove bertemu dengan feed hole maka langkah efektif plunger akan berhenti.

4. Driving Face

Driving face adalah salah satu komponen plunger (elemen pompa) yang berfungsi untuk mengatur gerakan plunger ke kiri dan ke kanan. Pengaturan gerakan plunger ini diatur bersama-sama dengan control rack dan control sleeve. Driving face digerakkan oleh control sleeve berdasarkan kinerja dari governor.

Plunger terdapat di dalam silinder. Melalui pengerjaan presisi tinggi, celah di antara keduanya dibuat sangat kecil untuk menghindari kebocoran saat injeksi bertekanan tinggi dan kondisi kecepatan rendah. Namun karena plunger membutuhkan bahan bakar untuk pelumasan, kebocoran dalam jumlah kecil tidak dapat dihindari. Dengan alasan ini, saat penggantian, plunger dan silinder harus diganti satu set, tidak boleh salah satu saja. Terdapat alur control dan lubang vertikal pada plunger sebagai tempat mengalirnya bahan bakar.

Silinder dari elemen pompa terpasang pada housing pompa sehingga alur pada bagian luar silinder sesuai dengan pin yang terpasang pada housing pompa. Hal ini digunakan untuk menentukan posisi dan rotasi stop.

b. Proses pemasokan bahan bakar

Proses aliran bahan bakar

Bahan bakar yang dipasok oleh feed pump ke pompa injeksi disemprotkan dalam keadaan bertekanan melalui elemen pompa sesuai dengan gerakan camshaft (gerak naik turun plunger) sebagai berikut:

1. Pada titik mati bawah plunger bahan bakar mengalir ke silinder melalui lubang masuk dari ruang bahan bakar.
2. Seiring putaran camshaft, plunger akan bergerak ke depan. Ketika bagian atas plunger mencapai bagian atas lubang masuk, ia akan menutup lubang masuk, dan memberikan tekanan pada bahan bakar. 
3. Saat plunger terus bergerak ke depan, bahan bakar bertekanan pada silinder akan menekan delivery valve ke atas dan mengalir ke luar melalui pipa injeksi ke nozzel. 
4. Ketika bagian atas alur control menyentuh bagian bawah lubang masuk, proses pemompaan bahan bakar berhenti. 
5. Seiring gerak maju plunger semakin jauh ke depan, sisa bahan bakar pada silinder akan mengalir kembali melalui lubang di bagian atas plunger dan mengalir ke luar melalui alur control dan lubang masuk ke ruang bahan bakar.

Langkah injeksi yang efektif dimulai saat plunger mulai memompa, dan berakhir saat proses memompa berhenti. Pada ilustrasi di bawah ditampilkan pergerakan plunger. Proses pergerakan plunger dari titik mati bawah hingga menutup lubang masuk disebut pra-langkah.

c. Mekanisme kontrol volume injeksi

1) Konstruksi Mekanisme Kontrol

Penggerak plunger masuk ke dalam celah pada control sleeve. Pinion control terpasang pada bagiat atas sleeve. Gerigi dari rack control bertemu dengan pinion control. Sehingga jika rack control bergerak maju mundur, gerakannya akan diteruskan ke pinion control. Ini akan menyebabkan sleeve control berputar. Plunger juga berputar pada saat yang sama

2) Kontrol Pasokan Bahan Bakar

Setelah bahan bakar mengalir dari ruang bahan bakar menuju ruang plunger, elemen pompa akan mendorong bahan bakar ke nozzel. Walaupun begitu, bahan bakar yang disemprotkan harus disesuaikan dengan beban mesin. Volume injeksi diatur dengan merubah panjang waktu antara awal dan akhir proses pemasokan bahan bakar. Hal ini dilakukan dengan menggerakkan rack control untuk memutar plunger, untuk merubah posisi alur control (langkah efektif plunger), hingga akan merubah volume bahan bakar.

d. Tipe - tipe Plunger

Tipe-tipe plunger dikelompokkan berdasarkan bentuk, arah dan posisi dari alur control atau helix.

1) Bentuk dari Alur Kontrol (Helix)

1) Tipe plunger yang dikelompokkan berdasarkan bentuk alur control adalah sebagai berikut: plunger alur control lurus, dimana alur kontrolnya berupa potongan lurus, seperti ditunjukkangambar disamping. Plunger alur lengkung, yang helixnya berbentuk lengkung, seperti pada gambar. Bahan bakar di alur kontrol dapat mengalir ke dalam ruang plunger melalui lubang vertiikal atau suling. Saat alur control digambarkan kaitannya dengan kondisi plunger, alur kontrol lurus digambarkan dalam garis lengkung dan alur lengkung digambarkan dengan garis lurus. Sehingga, hubungan antara posisi dari rack control dan volme injeksi akan tergambar seperti dalan disamping.

2) Oleh karena itu, plunger dengan alur control lurus menunjukkan karakteristik volume injeksi lengkung. Karena itu, mengacu pada posisi rack pada saat idle (ketika volume injeksi kecil), peningkatan rate injeksi dijaga tetap kecil sesuai respon terhadap perubahan posisi dari rack control. Hasilnya, pada saat idle, fluktuasi volume injeksi dapat dikurangi. Sementara, karena alur control lengkung dari plunger menunjukkan karakteristik volume injeksi yang lurus, volume injeski akan tetap walaupun posisi rack control berubah

2) Bentuk dari Alur Kontrol

Gambar disamping menunjukan dua jenis plunger yang dikelompokkan berdasarkan arah alur kontrol: plunger dengan alur control ke kanan, dan plunger dengan alur control ke kiri. Plunger yang ke kanan akan meningkatkan volume injeksi saat ia berputar searah jarum jam. Sedangkan plunger yang ke kiri akan menaikkan volume injeksi saat ia berputar berlawanan dengan arah jarum jam.

3) Tipe-tipe Alur Kontrol

Gambar disamping menunjukkan tipe-tipe plunger yang dikelompokkan berdasarkan tipe alur kontrol. Pada plunger dengan alur control normal, volume injeksi berubah pada akhir proses pasokan bahan bakar oleh alur kontrol. Plunger dengan potongan di bagian atas, volume injeksi dirubah pada permulaan proses injeksi oleh potongan. Dengan adanya alur control dan potongan pada plunger, volume injeksi dapat dirubah pada permulaan atau akhir injeksi.

e. Perubahan pada volume injeksi

Pada kecepatan pompa tetap, volume injeksi pada pompa konvensional akan terkait dengan diameter plunger secara linear, sesuai dengan posisi langkah dari rack control. Bagaimanapun, jika kecepatan pompa meningkat volume injeksi akan menunjukkan karakteristik seperti pada gambar, pada posisi rack tertentu. Oleh karena itu, volume injeksi setiap langkah secara bertahap akan meningkat seiring peningkatan kecepatan pompa. Pada umumnya, volume injeksi dipengaruhi peningkatan kecepatan pompa sesuai dengan faktor-faktor di atas.

1) Volume kebocoran

Volume kebocoran adalah jumlah kebocoran bahan bakar selama pelumasan plunger dan nozzel, dan bahan bakar yang bocor di tempat lain. Seiring peningkatan kecepatan pompa, waktu yang diperlukan oleh satu siklus akan berkurang. Pada akhirnya volume kebocoran akan berkurang dan volume injeksi meningkat.

2) Volume pra injeksi

Volume pra injeksi adalah volume bahan bakar yang di injeksikan sebelum lubang masuk silinder tertutup oleh bagian atas plunger. Saat kecepatan pompa bertambah, bahan bakar yang di dorong plunger juga akan bertambah. Sehingga bahan bakar yang berada di atas plunger akan mengalir dengan cepat menuju delivery valve, dan cenderung sulit untuk mengalir kembali ke ruang bahan bakar melalui lubang masuk. Meningkatnya tekanan dan delivery valve menekan ke atas sebelum penutupan lubang masuk untuk memulai injeksi, akan meningkatkan volume injeksi.

3) Volume setelah injeksi

Pada akhir proses injeksi, berlawanan dengan pra-injeksi yang di jelaskan pada "2", injeksi tidak akan berhenti hingga area lubang bukaan menyentuh level tertentu (plunger terus bergerak ke atas bahkan setelah alur kontrol sejajar dengan lubang masuk) yang disebabkan oleh momentum bahan bakar dan penyempitan lubang masuk. Sehingga volume injeksi bahan bakar meningkat. Seiring peningkatan kecepatan pompa, momentum bahan bakar juga akan meningkat dan menyebabkan volume pra-injeksi dan setelah injeksi meningkat. Pada akhirnya volume injeksi meningkat. Alasan mengapa volume injeksi berkurang pada kecepatan tinggi akan dijelaskan kemudian.

4) Volume yang tidak terpenuhi 

Pompa bahan bakar memasok bahan bakar melalui lubang masuk melalui ruang plunger. Saat kecepatan pompa bertambah, plunger bergerak ke bawah, menyebabkan berkurangnya waktu bukaan lubang masuk. Karena tidak tercukupinya bahan bakar pada ruang plunger untuk injeksi selanjutnya, maka volume injeksi akan berkurang. Kecenderungan pompa injeksi untuk bereaksi seperti ini dapat bertendangan dengan karakteristik volume yang dibutuhkan oleh mesin. Oleh karena itu, digunakanlah alat pada governor yang dapat memperbaiki performance pompa injeksi untuk memenuhi kebutuhan volume bahan bakar