View
82
Download
9
Category
Preview:
DESCRIPTION
mesin injeksi
Citation preview
Abstrak
Sistem injeksi bahan bakar telah dikembangkan sejak lama. Namun
umumnya sistem injeksi bahan bakar tersebut digunakan pada mesin mobil.
Penggunaan sistem ini pada mesin sepeda motor dengan silinder tunggal masih
belum luas. Dengan penggunaan sistem injeksi bahan bakar, debit bahan bakar
dapat dikontrol sesuai dengan parameter mesin seperti putaran mesin, debit udara
yang masuk, serta volume bahan bakar untuk setiap siklus, pada semua kondisi
mesin.
Penelitian sistem injeksi bahan bakar ini dilakukan untuk mengetahui
efisiensi volumetris sistem intake manifold, kebutuhan bahan bakar untuk setiap
siklus mesin, dan karakteristik mesin pada setiap kondisi yang diujikan. Penelitian
sistem injeksi bahan bakar untuk mesin satu silinder dengan siklus Otto empat
langkah, dilakukan pada mesin.
Pendahuluan
Pada mesin dengan karburator, terjadi head loss pada venturi. Head loss ini
berupa penurunan tekanan pada saluran masuk (intake manifold) yang akan
berbanding lurus dengan penurunan debit udara yang masuk ke dalam silinder.
Sehingga besarnya head loss pada karburator akan mempengaruhi efisiensi
volumetrik secara langsung. Sedangkan pada mesin dengan sistem injeksi bahan
bakar, dimana bahan bakar diinjeksikan dekat dengan katup hisap, maka intake
manifold dapat didesain untuk lebih memaksimalkan aliran udara yang masuk
tanpa adanya kerugian tekanan pada sistem pemasukan.
Proses pengkabutan bahan bakar di karburator merupakan fungsi dari aliran
udara sebagai variabel bebas. Pada venturi kecepatan aliran udara akan meningkat
dan tekanan udara akan turun, sehingga bahan bakar akan mengalir melalui nozzle
akibat adanya beda tekanan antara tekanan di venturi dengan tekanan bahan bakar
di ruang pelampung. Pengontrolan debit bahan bakar yang masuk ke silinder
dilakukan dengan prinsip beda tekanan tersebut.
Pada mesin dengan sistem injeksi bahan bakar, pengontrolan debit bahan
bakar dilakukan berdasarkan parameter beban dan kecepatan mesin untuk setiap
siklus. Sehingga sistem injeksi bahan bakar memungkinkan pencampuran udara-
bahan bakar dapat lebih tepat dan homogen. Disamping itu dengan penginjeksian
bahan bakar di dekat katup masuk losses pada aliran bahan bakar akibat berat jenis
dan sifat termodinamik bahan bakar dapat diminimalkan.
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik mesin satu silinder
empat langkah yang menggunakan sistem injeksi bahan bakar, meliputi tekanan
intake manifold, debit udara yang masuk, debit bahan bakar yang dibutuhkan, dan
efisiensi volumetris pada saluran masuk (intake manifold).
Mesin Injeksi
A.Pengertian
Injeksi bahan bakar adalah sebuah teknologi digunakan dalam mesin
pembakaran dalam untuk mencampur bahan bakar dengan udara sebelum dibakar.
Injeksi lahir, sesuai dengan tutuntan zaman. Untuk menjaga lingkungan
makin bersih dan konsumsi bahan bakar juga bisa makin irit. Sistem injeksi
berkembang secara bertahap. Umurnya pun sudah mencapai 40 tahun.
Mulanya pada 1967an, Bosch yang bekerjasama dengan Mercedes-Benz
memproduksi mobil dengan sistem injeksi mekanis untuk mesin berbahan bakar
bensin. Pada awal 1980-an, dengan berkembangnya teknologi komputer, sistem
injeksi bensin juga mengalami perubahan. Kerjanya tidak lagi secara mekanis,
tetapi elektromekanis. Sistem injeksi dilengkapi dengan komputer yang merupakan
'otak' untuk mengatur kerjanya. MPI & GDI.
Mercedes-Benz meluncurkan 2007 CLS 350 CGI dengan mesin
berteknologi Stratified-Charged Gasoline Injection yang diklaim sebagai
kendaraan pertama yang menawarkan mesin bensin dengan piezoelectric direct
injection dan spray-guided combustion. Teknologi ini meningkatkan output mesin
sekaligus memperbaiki konsumsi bahan bahar.
Kelebihan utama mesin CGI terletak operasi stratified seperti namanya. Pada
kondisi ini, mesin bekerja dengan konsentrasi udara tinggi namun bisa dengan
efiesiensi bahan bakar tinggi. Dan pencapain terakhir teknologi ini memungkinkan
pola operasi pembakaran miskin bahan bakar (lean-burn) terjadi pada putaran
mesin tinggi dan beban berat. Konsumsi bahan bakar CLS 350 CGI menjadi 9.1
liter per 100km.
Cara kerja teknologi ini bila disederhanakan adalah sbb: Setiap langkap
kompresi, terjadi serentetan semprotan bahan bakar dengan selisih waktu
sepersekian detik. Dengan demikian terjadi proses penyempurnaan terus menerus
campuran bensin/udara, proses pembakaran dan efisiensi bahan bakar.
Dulu, stratified operation hanya mungkin dilakukan pada beban kerja
rendah, namun kini mesin direct injection Mercedes ini tetap beroperasi pada
kecepatan lebih dari 120km/jam. Di jalan bebas hambatan dimana mobil bergerak
dengan kecepatan tetap, mesin CGI bisa hemat 15% dibandingkan mesin enam
silinder lainnya.
Ide menyemprotkan bahan bakar ke ruang bakar dan kemudian mencampur
dengan udara, sudah berumur sekitar 70 tahun dalam benak insinyur Mercedes.
Saat itu yang pertama mengadopsi konsep ini adalah mesin pesawat Mercedes
(DB601) dengan direct petrol injection. Pada April 1939, sebuah Messerschmidt M
209 dengan mesin seri DB 601 ber- output 2035 kW/2768 hp berhasil mencapai
kecepatan 755.1 km/h, rekor dunia yang baru dipecahkan 30 tahun kemudian. Di
darat, mesin direct injection menunai sensasi di era 50-an lewat rangkaian
kemenangan 300 SLR hingga sang fenomena 300 SL Gullwing di tahun 1954.
Mesin M198 enam silinder segaris ini memproduksi 158kW/215hp dengan top
speed 260km/jam.
Denyutan piezoelectric Perkembangan direct-injection memasuki teritori
baru ketika tahun 1994 Mercedes mulai mengembangkan spray-guided combustion
process yang dianggap sebagai jawaban terhadap dua tantangan otomotif masa kini
yaitu konsumsi bahan bakar lebih rendah dan reduksi emisi beracun. Keuntungan
penyemprotan terarah (spray-guided) dibandingkan direct injection biasa adalah
peningkatan efisiensi thermodinamika secara signifikan. Pada spray-guided, bahan
bakar disemprotkan dengan presisi tinggi, berdasarkan kebutuhan mobil saat itu,
diaman bensin bisa dibakar nyaris seluruhnya dengan jumlah udara sangat banyak.
Namun aplikasi dalam produksi massal terhalang teknologi injeksinya,
khususnya katup injeksi yang bisa menyemprot bensin dengan rata/uniform dan
stabil dalam setiap kondisi operasi di tempat yang berdekatan dengan busi. Sampai
pada 1994, insinyur di Mercedes-Benz mulai menggarap teknologi piezoelectric,
yang terdiri dari material keramik spesial dan logam paduan. Keistimewaan
piezoelectric adalah material yang bisa mengubah bentuknya /berdenyut dengan
kecepatan milidetik bila mendapat kedutan listrik. Getaran piezo ini langsung
ditranslasikan sebagai gerakan jarum injektor yang menentukan aliran melewati
katup. Ini menghasilkan gerakan yang halus, konstan dan bisa menghasilkan pola
penyemprotan identik setiap saat.
Piezoelectric -yang celah bukaanya hanya beberapa mikron, bisa
menghasilkan pola penyemprotan berbentuk corong berongga yang uniform.
Sistem ini tetap mempertahankan bentuk penyemprotan seperti itu meskipun
engine management system mengubah sudut intake camshafts. Tekanan bahan
bakar yang mencapai 200bar juga berkontribusi terhadap konsistensi stabilitas
semprotan bahan bakar. Dalam hitungan mikrodetik, piezoelectric bila melakukan
semprotan berulang untuk setiap langkah kompresi dan dan operasi lean-burn.
Untuk memastikan percikan api busi dapat melompat cepat setiap saat, busi
harus bisa mencapai awan campuran bahan bakar/udara tapi tidak boleh kontak
langsung dengan cairan bahan bakar karena bisa menyebabkan karbonasi. Jalan
keluarnya, piezo-injector mesin CGI dibuat menjulur ke pusat ruang bakar,
mendekati posisi busi. Busi juga direposisi mendekati katup keluar, dimana dia
bisa menjangkau campuran fuel/air di ujung turbulensi semprotan bensin berbentuk
corong. Pendingin yang mengalir di kepala silinder memastikan busi dan injektor
beroperasi di temperatur terbaiknya.
Syarat untuk meningkatkan kerja teknologi stratified adalah injeksi
piezoelectric yang sangat cepat. Setiap langkah kompresi, piezoelectrik
menyemprot beberapa kali dan selanjutnya memperbaiki komposisi campuran dan
kemudahan untuk terbakar. Pembakaran terjadi lebih cepat, merata dan tuntas
daripada hanya dengan satu semprotan. Disamping itu, efisiensi thermodinamika
mesin meningkat signifikan dan emisi hidrokarbon dipangkas hingga lebih dari
separuh.
Mercedes merancang kepala piston dengan ceruk yang didisain khusus
dimana konsentarasi campuran kurus (lean mixtures) berada di sekitar busi dan
mencegahnya menyebar melewati dinding silinder.
Serupa diesel comon-rail Sistem injeksi bahan bakar pada mesin baru V6 ini
mirip dengan mesin diesel modern dengan teknologi common-rail. Yaitu sama-
sama menggunakan pompa bertekanan tinggi yang mendistribusikan bahan bakar
lewat rails stainless steel ke silinder sesuai kebutuhan. Piezoelectric injector
dihubungkan dengan rails ini.
Dengan tekanan hingga 200bar, sistem baru meningkatkan tekanan bahan
bakar hingga 50 kali dibandingkan sistem injeksi konvensional. Pompa
mengirimkan bahan bakar ke rail setiap penyemprotan. Regulating valve
memastikan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan pada titik operasi tertentu bisa
dikirimkan tepat takaran. Ini membantu meringankan kerja pompa tekanan tinggi.
Bahan bakar yang tidak dibutuhkan dikirim kembali lewat water heat exchanger
(air pendingin) dan dicampur kembali dengan bahan bakar segar dari tangki CLS
350 CGI. Cairan pendingin ini juga mendinginkan kontrol elektronik mesin direct
injection.
Inovasi lain Selain pionir di proses injeksi, sejumlah inovasi teknologi juga
ditawarkan di mesin V6 ini. Variable camshaft timing pada intake dan exhaust
manifold yang mengatur buka tutup katup-katup pada saat yang paling cocok
sesuai kebutuhan. Variable intake modul yang mengatur pasokan udara sesuai
kebutuhan dengan memanjang/pendekkan aliran udara lewat manifold. Hasilnya
tosi 317Nm dan 87% maksimum torsi sudah tersedia sejak 1500rpm.
Fuel economy diperbaiki dengan thermal management system. Sirkulasi
pendingin dihentikan saat mesin dipanaskan, sehingga mesin bisa mencapai suhu
kerja lebih cepat. Pada kondisi kerja, thermal management system menjaga suhu
oli dan pendingin pada suhu terbaiknya. Kerja ini bisa berlangsung berkat
thermostat yang dikontrol elektronik. Kepala silinder dan cranckcase dari
aluminium. Piston, connecting rods dan cylincer liner dirancang dengan prinsip
terkini, selain ringan tapi juga berkontribusi terhadap gerakan mulus seluruh
komponen.
Statistik mesin 2007 CLS 350 CGI Cylinders V6; 90o
Displacement = 3498 cc
Bore/stroke = 92.9/86.0 mm
Compression ratio = 12.2:1
Rated output = 215 kW/292 hp at 6400 rpm
Max. torque = 365 Nm at 3000-5100 rpm
Fuel consumption = 9.1-9.3 l/100 km 0-100 km/h = 6.7 s
Top speed = 250 km/h
Sistem injeksi yang banyak digunakan sekarang merupakan masa transisi ke
yang terbaru. Pada sebagian besar mesin mobil sekarang, injektornya berada di
mulut masuk ruang bakar mesin atau dekat dengan katup isap. Alhasil, setiap
silinder menggunakan satu injektor. Karena itu pula produsen menyebut sistem
injeksi dengan multipoint injection (MPI). Sebelumnya 1980-an), juga ada yang
disebut Throttle Body Injection, injektor yang digunakan satu dan dipasang di
tempat yang biasanya dihuni oleh karburator.
Injeksi terbaru adalah GDI, gasoline direct injection. Sistem ini juga sudah
digunakan pada beberapa merek tertentu di Indonesia yang dimasukkan secara
CBU. Pada GDI, nosel injektor berada di dalam ruang bakar. Dengan cara ini
bahan bakar langsung disemprotkan ke ruang bakar. Metode ini sama dengan yang
digunakan pada mesin diesel masa kini (direct injection).
Sensor-sensor
Dengan sistem injeksi, kerja mesin jauh lebih efisien karena tidak banyak
lagi menggunakan komponen mekanis untuk mengontrol kerja mesin dan pasokan
bahan bakar. Perawatan juga lebih gampang! Namun untuk menangani perawatan
dan gangguan, dibutuhkan mekanik dengan kemampuan berpikir lebih baik.
Pasalnya, komputer yang digunakan mengatur kerja sistem injeksi dan juga sistem
pengapian, punya kaitan atau tali-temali dengan komponen dan bagian lain dari
mesin.
Dengan sistem injeksi yang dikontrol secara elektronik, mesin mampu
beradaptasi untuk bekerja secara efisien dan efektif sesuai dengan kondisi
lingkungan. Misalnya, berdasarkan perubahan suhu, kelembaban udara, ketinggian
tempat, beban mesin atau kendaraan, kecepatan, jenis bahan bakar dan sebagainya.
Untuk ini, sistem dilengkapi alat pengindera atau sensor-sensor plus saklar yang
selanjutnya mengirimkan informasi ke otak mesin yang disebut Engine Control
Module (ECM) atau Engine Control Unit (ECU).
Dalam automotif, ECU adalah sebuah singkatan untuk Electronic Control
Unit atau Unit kontrol elektronik yang berfungsi untuk melakukan optimasi
kerjanya mesin kendaraan, kadang-kadang disebut juga sebagai Unit kontrol mesin.
Dalam suatu mobil dapat terdapat ditemukan beberapa ECU:
1. Kontrol injeksi bahan bakar yang berfungsi untuk mengendalikan
penggunaan bahan bakar yang diinjeksikan serta besarnya udara kedalam
ruang bakar sehingga penggunaan bahan bakar kendaraan paling efisien,
2. Kontrol waktu pengapian yang berfungsi mengendalikan waktu/timing
pengapian yang disesuaikan dengan kecepatan dan medan yang dilalui.
3. Kontrol waktu katup yang berfungsi mengatur waktu /timing yang paling
tepat untuk membuka dan menutup katup pemasukan dan pembuangan
Penggunaan injeksi bahan bakar akan meningkatkan tenaga mesin bila
dibandingkan dengan penggunaan karburator. Dan injeksi bahan bakar juga dapat
mengontrol pencampuran bahan bakar dan udara yang lebih tepat, baik dalam
proporsi dan keseragaman.
Injeksi bahan bakar dapat berupa mekanikal, elektronik atau campuran dari
keduanya. Sistem awal berupa mekanikal namun sekitar 1980 mulai banyak
menggunakan sistem elektronik.
Sistem elektronik modern menggunakan banyak sensor untuk memonitor
kondisi mesin, dan sebuah unit kontrol elektronik (electronic control unit,
ECU) untuk menghitung jumlah bahan bakar yang diperlukan. Oleh karena itu
injeksi bahan bakar dapat meningkatkan efisiensi bahan bakar dan mengurangi
polusi, dan juga memberikan tenaga keluaran yang lebih.
B.Tujuan
Tujuan utama pemakaian sistem injeksi sangatlah beragam. Beberapa tujuan
pemakaian itu antara lain:
keluaran tenaga mesin
Efisiensi bahan bakar
Performa
Kemampuan untuk memakai bahan bakar alternatif
Daya tahan
Pemakaian mesin yang halus
Biaya awal
Biaya perawatan
Kemampuan untuk didiagnosa
Kemampuan dioperasikan di mana saja
Tuning mesin
C.Keuntungan dan kerugian
a. Perbedaan Karburator dan Fuel Injeksi
Kelebihan FI
Dapat mengatur A/F ratio berdasarkan kebutuhan mesin dan kondisi cuaca.
Dapat mengatur A/F berdasarkan kadar emisi yang diwajibkan sehingga
emisi lebih baik.
Ketika temperature dan tekanan udara berubah maka dia dapat
menyesuaikannya.
Injector menyuplai bahan bakar kemesin berdasarkan kebutuhan mesin
sehingga penggunaan bahan bakar dapat lebih effisien sehingga dapat lebih
irit.
Kelemahan FI
Harga lebih mahal dibandingkan karburator sebab lebih banyak terdapat
komponen.
Jumlah komponen yang lebih banyak dan kompleks
Perawatan harus menggunakan alat khusus dan teknik tertentu.
Kelebihan Karburator
Lebih murah dibandingkan system injection tetapi apabila ditambah alat
lain, maka harganya mendekati system injection.
Jumlah komponen lebih sedikit dan tidak kompleks
Perawatan lebih gampang dan sederhana
Penggunaan bahan bakar kurang efisien, sehingga cenderung boros
Kelemahan Karburator
Untuk penyetelan A/F ratio dilakukan manual dan hanya bisa sekali.
Membutuhkan penyetelan yang tepat untuk semua kondisi tetapi tidak dapat
mengatasi setiap kondisi yang dapat berbeda-beda
Perlu adanya alat/komponen tambahan agar kerja karburator dapat
menyesuaikan kondisi seperti pompa akselerasi, coasting enricher, dll
Operasional mesin
Keuntungan yang didapat pengemudi dari adanya mesin berteknologi injeksi
adalah kendaraan menjadi lebih halus dan lebih respon mesin yang lebih bisa
diandalkan karena adanya transisi throttle yang cepat, menyalakan mobil lebih
mudah, lebih tahan terhadap suhu ekstrem, meningkatkan interval perawatan
kendaraan, dan meningkatkan efisiensi. Lebih jauh, mesin dengan injeksi tidak
perlu dipanaskan terlebih dahulu seperti pada mesin karburator.
Rasio antara bensin dengan udara di dalam mesin pasti akurat karena
semuanya dikontrol untuk mendapatkan performa mesin terbaik, emisi, dan
efisiensi. Banyak sistem injeksi bahan bakar modern yang sangat akurat, mereka
menggunakan PID controller-kontrol yang didasarkan pada signal balik dari
sensor oksigen, sebuah sensor mass airflow (MAF) atau manifold absolute
pressure (MAP), sebuah sensor posisi throttle, dan minimal satu sensor di
crankshaft atau camshaft untuk memonitor putaran mesin. Sistem injeksi bahan
bakar dapat bekerja dengan cepat terhadap perubahan posisi throttle dan
mengontrol jumlah bahan bakar yang dimasukkan sesuai dengan kemauan mesin
sesuai dengan kebutuhan (misalnya engine load, suhu udara, temperatur mesin,
level oktan bahan bakar, dan tekanan atmosfer.
Injeksi dan karburator ini sama-sama termasuk dalam system bahan bakar.
Yang memiliki fungsi :
1. Memberikan komposisi campuran bbm-udara yang ideal kepada mesin.
2. Menjaga perbandingan komposisi antara bbm dan udara selalu tepat pada
semua tingkat kecepatan.
Melihat apa yang dilakukan pendahulu, layaklah kita perlu tahu kelebihan dari
sistem injeksi:
Komposisi antara bbm-udara sangat baik mendekati stochiometric 15:1.
Karena system ini dilengkapi dengan CDI pintar bernama ECU (engine
controle unit) yang dibantu dengan banyak sensor untuk mengetahui kondisi
mesin seperti MAP (manifold absolute pressure), IAT (intake air
temperature), TPS (throttle position sensor), EOT (engine oil temperatur),
ECT (engine coolant temperature), rotational speed sensor, bank angle
sensor, oxygen sensor, CO sensor, EGT (exhaust gas temperatur). ECU ini
mampu memberikan kualitas campuran bbm-udara yang tepat.
Tarikan lebih responsif (akselerasi cepat), berbeda system dengan karburator
yang menunggu di hisap oleh piston saat langkah hisap dimana jarak intake
valve sangat jauh dengan karburator atau spuyer bensin, menyebabkan ada
keterlambatan suplai bensin di silinder. Sedangkan systen injeksi, bbm di
semprotkan atau dipaksa masuk ke silinder dengan tekanan 2,94kPa
sehingga tidak perlu menunggu piston menghisap karena bbm sudah siap di
area intake valve, maka keterlambatan waktu suplai bensin berkurang dan
efisiensi menjadi lebih tinggi.
Mesin mudah hidup, karena memiliki sensor suhu mesin dan suhu udara
sekitar, maka ECU sangat tahu kondisi motor saat itu, sehingga dia mampu
melakukan choke secara otomatis dengan menambahkan jumlah bbm lebih
banyak.
pada motor karburator, ketika service, maka mekanik perlu membongkar
karburator, menyemprot dengan kompresor lalu memasang dan menyetelnya.
Bandingkan dengan system injeksi, ketika service, bagian ini tidak perlu di
bongkar, tidak perlu di setel karena menggunakan komputer.
D.Bagian dan Fungsi Secara Mendetail
Catatan: Contoh di bawah ini berlaku pada mesin bensin injeksi elektronik
modern. Bahan bakar selain bensin mungkin cocok, tapi hanya secara konsep saja.
Komponen sebuah injeksi elektronik
Gambar animasi dari penampang melintang sebuah injektor bahan bakar.
Injektor
Fuel Pump/Pompa bahan bakar
Fuel Pressure Regulator
ECM - Engine Control Module; termasuk sebuah komputer digital dan
circuitry untuk berkomunikasi dengan sensor dan control output.
Wiring Harness
Berbagai macam Sensor (Beberapa yang penting dicantumkan disini.)
Crank/Cam Position: Hall effect sensor
Airflow: Sensor MAF, dan Sensor MAP
Exhaust Gas Oxygen: Sensor oksigen, Sensor EGO, Sensor UEGO
E. DASAR-DASAR MESIN INJEKSI
Uraian Materi 1.
Sejak Robert Bosch berhasil membuat pompa injeksi pada motor diesel
putaran tinggi (1922 _ 1927), maka dimulailah percobaan-percobaan untuk
menerapkan pompa injeksi tersebut pada motor bensin. Pada mulanya pompa
injeksi motor bensin dicoba, bensin langsung disemprotkan ke ruang bakar seperti
motor diesel, namun timbul kesulitan saat motor dihidupkan pada kondisi dingin
karena bensin sukar menguap pada suhu rendah dan akibatnya bensin akan
mengalir keruang poros engkol dan bercampur dengan oli. Untuk mengatasi hal
ini, maka penyemprotan bensin dilakukan pada saluran isap (intake manifold), hal
ini pun bukan tidak bermasalah karena elemen pompa harus diberi pelumasan
sendiri mengingat bensin tidak dapat melumasi elemen pompa seperti solar. Para
ahli konstruksi terus berusaha merancang suatu sistem injeksi yang berbeda dari
sistem-sistem terdahulu (tanpa memakai pompa injeksi seperti motor diesel).
Mengingat keterbatasan sistem mekanis itu, para perekayasa berusaha
menggabungkan sistem mekanis dengan kontrol elektronik. Gunanya agar
diperoleh fleksibilitas yang lebih dalam daerah operasinya sehingga menghasilkan
engine dengan kinerja optimum dalam daerah operasi yang lebih luas.. Karena
merupakan komponen penting, para pabrikan membungkusnya dalam nama yang
berbeda dari pabrikan lain. Toyota memberi nama Electronic Fuel Injection (EFI),
Suzuki menambahkan kata petrol menjadi Electronic Petrol Fuel Injection (EPFI),
Mitsubishi menamainya Multi Point Fuel Injection (MPFI), Honda dengan
Programmed Fuel Injection (PGM-FI), sedangkan nama Bosch Motro-nic dipakai
oleh BMW dan Peugeot.
Uraian materi 2.
Sejak 1 Januari 2007, industri otomotif Indonesia memasuki babak baru dalam soal
teknologi mesin dan pembuangan gas bekas (emisi gas buang) yang ramah
lingkungan. Secara resmi pemerintah memberlakukan Keputusan Menteri
Lingkungan Hidup (LH) Nomor 141/2003 tentang Standar Emisi Euro 2. Peraturan
ini berlaku untuk kendaraan produksi terbaru atau yang sedang diproduksi (current
production). Baik untuk mesin kendaraan roda empat maupun roda dua.
Untuk mengadopsi standar Euro 2 memang mutlak diperlukan beberapa perubahan
teknologi. Yang paling utama adalah pemasangan catalytic converter (CC) sebagai
peredam emisi gas buang dan teknologi pasokan bahan bakar injeksi. Gambar
Dibawah ini merupakan mobil produk 2007 yang telah menggunakan system
injeksi
Teknologi injeksi merupakan teknologi yang tepat untuk menggantikan
karburator. Ini bisa dilihat dari kondisi sisa pembakaran yang dihasilkan mesin
injeksi. Salah satu perbandingan adalah berdasarkan data standar batas baku mutu
emisi yang dikeluarkan pemerintah provinsi DKI Jakarta, Februari 2006.
Berdasarkan standar tersebut, mobil karburator buatan 1986-1996 memiliki batas
CO sebesar 3,5% dan HC 800 ppm. Sedangkan untuk mobil dengan sistem injeksi
periode tahun yang sama memiliki kadar CO 3% dan HC 600 ppm.
Uraian Materi 3
Proses pencampuran udara dan bahan bakar (bensin)
Bahan bakar (bensin) yang dimasukan ke dalam ruang bakar harus dalam
kondisi mudah terbakar, agar dapat menghasilkan efesiensi tenaga yang maksimal.
Campuran yang belum sempurna akan sulit terbakar, bila tidak dalam bentuk gas
yang homogen. Bensin tidak dapat terbakar tanpa udara, harus dicampur dengan
udara dalam takaran yang tepat. Perbandingan campuran udara dan bensin sangat
dipengaruhi oleh pemakaian bahan bakar. Perbandingan udara dan bahan bakar
dinyatakan dalam bentuk volume atau berat dari bagian udara dan bensin. Bensin
harus dapat terbakar seluruhnya agar menghasilkan tenaga yang besar pada mesin
dan meminimalkan tingkat emisi gas buang.
Air Fuel Ratio (AFR)
Air Fuel Ratio adalah faktor yang mempengaruhi kesempurnaan proses
pembakaran di dalam ruang bakar. Merupakan komposisi campuran bensin dan
udara . Idealnya AFR bernilai 14,7 . Artinya campuran terdiri dari 1 bensin
berbanding 14,7 udara atau disebut dengan istilah Stoichiometry. Pada tabel 1
dapat dilihat pengaruh AFR terhadap kinerja motor bensin.
Pemakaian udara yang tidak stoikiometris, dikenal istilah Equivalent Ratio
(ER). Equivalent Ratio (ER) adalah perbandingan antara jumlah (bahan bakar/
udara) yang digunakan dan jumlah (bahan bakar/ udara) stoikiometris.
Dengan demikian maka:
ER (lamda) = 1, berarti reaksi stoikiometris tetap sama dengan harga AFR ideal.
ER(lamda) <1,berarti pemakaian udara kurang dari keperluan reaksi
stoikiometris.(campuran kaya)
ER(lamda) >1,berarti pemakaian udara lebih dari keperluan reaksi stoikiometris
(campuran miskin)
Pada umumnya perbandingan udara dan bahan bakar dinyatakan
berdasarkan perbandingan berat udara dengan berat bahan bakar. Perbandingan
udara dan bahan bakar yang sempurna atau air fuel ratio (AFR) adalah 14,7 : 1,
yaitu 14,7 udara berbanding 1 bensin.Tetapi pada praktiknya, mesin membutuhkan
campuran udara dan bahan bakar dalam perbandingan yang berbeda-beda. Ini
bergantung pada temperatur, kecepatan mesin dan kondisi lainnya. Pada tabel 2
adalah perbandingan campuran udara dan bensin secara teoritis yang dibutuhkan
mesin sesuai kondisi kerja.
Tabel 2. Perbandingan campuran udara dan bensin secara teoritis yang dibutuhkan
mesin sesuai kondisi kerja.
KONDISI KERJA MESIN AIR-FUEL RATIO (AFR)
Saat start temperatur 0o Celsius 1 : 1
Saat start temperatur 20o Celsius 5 : 1
Idling 11 : 1
Putaran lambat 12-13 : 1
akselerasi 8 : 1
Putaran Max (beban penuh) 12-13 : 1
Pemakaian ekonomis 16-18 : 1
Metoda Pencampuran Pada Karburator.
Prinsip kerja karburator sama dengan prinsip kerja semprotan serangga,
yaitu ketika udara ditekan, maka cairan yang berada dalam tabung akan terisap dan
bersama-sama dengan udara terkarburasi (tercampur) keluar berupa gas. Hal ini
disebabkan karena pada bagian yang dipersempit (venturi) mempunyai kecepatan
aliran udara yang tinggi. Jika pada daerah venturi dihubungkan dengan saluran
bahan bakar, maka bahan bakar akan terhisap keluar bersama dengan udara
menjadi gas.
Jumlah gas yang dihisap oleh mesin tergantung dari besar kecilnya
kevakuman pada venturi yang diatur oleh besar kecilnya pembukaan throttle valve,
juga ditentukan oleh besar kecilnya diameter saluran dari ruang bahan bakar
sampai dengan venturi. Prinsip kerja karburator dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar : Prinsip kerja karburator
Metoda Pencampuran pada berbagai kondisi kerja karburator dan injeksi
Antara karburator dengan injeksi sebenarnya mempunyai tujuan yang sama
yaitu memberikan campuran udara dan bensin dalam jumlah yang tepat sesuai
dengan tuntutan kondisi kerja mesin, namun metoda pencampurannya yang
berbeda. Perbedaan keduanya antara lain :
a. Perbandingan metoda campuran
Pada mesin karburator campuran udara dan bensin masuk ke dalam ruang
bakar karena adanya kevakuman yang dihasilkan oleh torak pada proses langkah
isap, sedangkan pada mesin injeksi (epi), bensin disemprotkan bukan berdasarkan
kevakuman pada intake manifold melainkan karena adanya respon terhadap suatu
sinyal listrik dari computer ke injektor.
b. Saat mesin mulai berputar (starting)
Pada mesin karburator, prosedur menghidupkan mesin saat kondisi dingin
adalah dengan mngaktifkan choke valve untuk menghambat masuknya udara
sehingga memperkaya campuran. Setelah mesin hidup choke valve dikembalikan
untuk mencegah campuran kaya., sedangkan pada mesin injeksi pada saat
temperatur mesin masih dingin akan dideteksi oleh sensor yang memberikan input
pada komputer untuk mengaktifkan colt start injector atau mengaktifkan semua
injektor selama mesin starting untuk memperkaya campuran.
c. Saat Akselerasi (Percepatan)
Pada mesin karburasi, pompa percepatan yang akan memberikan tambahan
suplai bensin melalui pompa nozzle saat pedal gas diinjak secara mendadak,
sedangkan pada mesin injeksi computer akan mendeteksi adanya bukaan throttle
secara tiba-tiba, diikuti dengan berubahnya aliran udara atau kevacuman pada
intake manifold, maka komputer akan mengirim sinyal ke semua injektor untuk
bekerja secara bersamaan.
d. Saat Putaran Mesin Tinggi (high power output)
Pada mesin karburator power sistem akan bekerja untuk memperkaya
campuran dengan memberikan suplai bensin ke tabung pencampuran dan bersama-
sama main jet menyemprotkan bahan bakar ke ruang bakar, sedangkan pada mesin
injeksi, saat throttle valve terbuka semakin lebar, komputer akan
mengkombinasikan dengan aliran udara masuk atau tingkat kevacuman di intake
manifold untuk menghitung besarnya beban.Computer akan mengirim sinyal ke
injektor untuk merubah lamanya waktu injector terbuka (injection pulse width),
untuk memperkaya campuran.
F. Perawatan Pada Mesin Injeksi
Hasilnya tidak hanya konsumsi BBM yang lebih efisien sesuai kebutuhan,
tetapi juga lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan karburator. Namun, sama
seperti mesin karburator, teknologi mesin injeksi memerlukan perawatan.
Inti perawatan teknologi mesin injeksi adalah peranti pengabut bahan bakar
atau injektor agar kinerjanya tetap optimal. Injektor berfungsi menyemprotkan
kabut bahan bakar dengan tekanan tinggi ke ruang bakar mesin. Untuk mencegah
kerusakkan dini injektor, pemilik sepeda motor perlu memeriksa sejumlah
komponen yang berkaitan dengan kerja injektor. Komponen tersebut adalah selang
bahan bakar, pompa bahan bakar, klep injektor, busi, filter udara, dan electronic
control unit (ECU).
Selang bahan bakar berfungsi menyalurkan bensin dari tangki sepeda motor
ke komponen injektor. Ketika selang bahan bakar kotor, aliran bensin menjadi
terhambat, bahkan bisa membawa kotoran ke injektor. Dampaknya, injektor bisa
tersumbat sehingga tidak mampu menyemprotkan bensin dengan sempurna ke
ruangbakar mesin. Dianjurkan agar memeriksa kondisi slang bahan bakar setiap
2.000 km.
Slang bahan bakar mendapatkan aliran bensin dari pompa. Oleh karena itu,
peranti pompa bahan bakar wajib dicek pula kondisinya. Pengecekan dilakukan
ketika sepeda motor telah menempuh jarak lebih dari 50.000 km.
Untuk mengetahui apakah kondisi pompa masih bagus atau tidak, dapat
dilakukan dengan cara menghidupkan mesin sepeda motor di tempat sunyi.
Selanjutnya dckatkan telinga ke bagian tangki. Jika ada suara mendesing, itu
menandakan filter bahan bakar perlu dibersihkan. Sekalian lakukan pula
pengurasan tangki sehingga kotoran di tangki hilang.
Komponen berikutnya klep injektor wajib diperiksa karena posisinya bisa
berubah. Posisi klep injektor yang tepat adalah tidak terlalu Tenggang dan tidak
juga terlalu rapat Pasalnya, klep injektor yang terlalu renggang menyebabkan
bahan bakar yang disemprotkan injektor menjadi berlebih sehingga boros bahan
bakar. Sebaliknya, kalau terlalu rapat, pasokan bahan bakar terlampau sedikit
sehingga tenaga mesin loyo.
Sama seperti mesin karburator, teknologi injeksi juga masih memanfaatkan
busi untuk menyalakan api. Ketepatan penyataan api menjadi penentu proses
pembakaran campuran bensin dan udara yang pas.
Proses yang tidak sempurna menyebabkan bensin tidak terbakar semua
sehingga tenaga mesin lemah. Itu se-babnya busi perlu dibersihkan secara berkala
dan kerenggangannya disetel ulang. Jangan ketinggalan, bersihkan pula filter udara
yang berfungsi menyalurkan udara ke ruang bakar.
Terakhir, peranti ECU perlu dirawat kinerjanya dengan cara memeriksa
secara rutin kabel kelistrikan. Yang penting diingat adalah jangan memasang
aksesori yang menganggu sistem kelistrikan ECU.
G. Tips Perawatan dan Perbaikan Injeksi
Servis rutin mesin injeksi dapat difokuskan di seputar sistem pasokan bahan
bakar dan udara. Salah satu pertimbangannya menilik kualitas bahan baker di
tanah air yang tak menentu. Langkah ini sebaiknya dilakukan rutin setiap 5.000
km. Komponen utama terdiri dari filter bensin, filter udara, pompa bahan baker,
throttle body (skep injeksi) dan nosel/injector. Lima bagian tadi yang menentukan
kelangsungan hidup sebuah sistem injeksi.
1. Filter Bensin
Perawatan dimulai dari filter bensin. “Kita tak pernah tahu tangki dalam
kondisi kotor atau bersih, apalagi untuk mobil tahun lawas,” Maka itu bersihkan
filter bensin dengan bantuan angina bertekanan tinggi. Umumnya komponen ini
terletak di ruang masin dan terbuat dari logam. Jika sudah terlalu kotor, sebaiknya
diganti batu. Jika dibiarkan berlanjut, kerusakan bisa merembet pada pompa
bensin. Indikatornya, suara berisik dengan nada tak stabil. “Pompa injeksi sangat
mahal, jadi harus telaten merawat,”
2. Nosel Injektor
Nosel penyemprot bensin juga wajib dibersihkan. Maksudnya agar arah dan
bentuk semprotannya ideal. Kualitas bensin yang rendah menyebabkan lubang
nosel yang ukurannya sangat kecil tersumbat kerak/kotoran. Semprotan bensin jadi
kacau dan debitnya berkurang. Akibatnya, putaran mesin pincang dan tarikan
mberebet.
Tak perlu bongkar nosel, cukup campurkan larutan kimia pembersih ke
tangki bensin. Bensin dan larutan kimia ini akan bersenyawa dan mengalir ke nosel
untuk mengikis kotoran. Di pasaran sudah banyak produk yang berguna untuk itu.
Lakukan secara rutin agar tak perlu ganti nosel baru.
3. Throttle Body
Skep injeksi atau throttle body (TB) juga rentan kotor. Gejalanya, tarikan
kurang responsive. Bahkan jika kotoran sudah menumpuk di TPS (Throttle
Position Sensor) bisa menyebabkan putaran meisn pincang saat stasioner. Sumber
kotoran berasal dari udara yang terhisap ke ruang baker. Oleh karena itu,
kebersihan TB bergantung pada perawatan filter udara. Bersihkan TB memakai
cairan semprot yang banyak dijual di toko onderdil/perkakas. Pilih yang
direkomendasi untuk mesin injeksi. Caranya dengan menyemprotkan lewat mulut
skep TB sembari mesin dinyalakan stasioner.
Jaga putaran mesin agar tidak mati, sehingga cairan pembersih bisa masuk
ke seluruh celah skep. Proses ini sekaligus berfungsi membersihkan ruang baker.
Semprotkan satu kaleng cairna pembersih kemudian matikan mesin sekitar 10-15
menit. Lanjutkan dengan menyalakan mesin kembali dan mainkan putaran mesin
hingga rpm tinggi 6.000-6.500 rpm). Sisa kotoran atau kerak di TB dan ruang
baker akan terbuang bersama asap knalpot.
Jika mesin dilengkapi sensor yang mengontrol aliran udara, jangan lepas
saluran intake. Semprotkan cairan pembersih lewat lubang hawa (breather) di
saluran intake. Selanjutnya ikuti prosedur serupa di mesin yang tak punya sensor
aliran udara. Usai itu, periksa filter udara agar langkah pembersihan TB dan ruang
baker tak mubazir. Bersihkan dengan angin bertekanan tinggi dari arah belakang
atau ganti jika sudah terlalu kotor. “Usahakan memakai pasrts asli agar flow
(aliran, red.) udara bagus.
4. Setel CO
Tak kalah penting, lakukan proses penyetelan CO (karbon monoksida)
sebagai penutup rangkaian perawatan ringan ini. Manfaatkan alat engine analyzer
sebagai alat pengukur. Pengukuran ini bertujuan
untuk mengetahui proses pembakaran di mesin,
apakah sudah efisien atau tidak. Nilai CO ideal
harus dibawah 1 persen. Jika tiak, lakukan
penyetelan ulang di sistem pasokan bensin, udara
dan pengapian.
Kesimpulan
Bagian utama dari sebuah sistem injeksi elektronik (EFI) adalah Unit
Kontrol Mesin (Engine Control Unit/ECU), yang akan memonitor kegiatan mesin
melalui berbagai sensor. Sensor-sensor ini akan dipergunakan oleh ECU untuk
menghitung jumlah bahan bakar yang diinjeksikan dan mengontrol mesin dengan
cara memanipulasi jumlah air dan udara yang masuk. Jumlah bahan bakar yang
diinjeksikan tergantung dari beberapa faktor seperti suhu mesin, kecepatan rotasi
mesin, dan komposisi gas buang.
Injektor bahan bakar ini biasanya tertutup, dan terbuka untuk
menginjeksikan bahan bakar ketika ada listrik yang mengalir di gulungan solenoid.
Daftar Pustaka
J.B. Heywood, Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw Hill
Int. Ed., New York, 1988, p.151.
J.H. Weaving, Internal Combustion Engineering: Science and Technology,
Elsevier Applied Science, London, 1990, p.223.
A.A. Quader, SAE Technical Papers No. 760760, Society of Automotive
Engineer, 1976.
Recommended