Mesin Injeksi

44
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.

Transcript of Mesin Injeksi

Page 1: Mesin Injeksi

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

Page 2: Mesin Injeksi

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).

Page 3: Mesin Injeksi

Mesin Injeksi

Page 4: 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.

Page 5: Mesin Injeksi

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

Page 6: Mesin Injeksi

(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.

Page 7: Mesin Injeksi

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.

Page 8: Mesin Injeksi

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.

Page 9: Mesin Injeksi

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

Page 10: Mesin Injeksi

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

Page 11: Mesin Injeksi

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:

Page 12: Mesin Injeksi

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.

Page 13: Mesin Injeksi

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.

Page 14: Mesin Injeksi

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

Page 15: Mesin Injeksi

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 :

Page 16: Mesin Injeksi

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

Page 17: Mesin Injeksi

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.)

Page 18: Mesin Injeksi

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),

Page 19: Mesin Injeksi

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

Page 20: Mesin Injeksi

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)

Page 21: Mesin Injeksi

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.

Page 22: Mesin Injeksi

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

Page 23: Mesin Injeksi

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)

Page 24: Mesin Injeksi

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

Page 25: Mesin Injeksi

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.

Page 26: Mesin Injeksi

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,”

Page 27: Mesin Injeksi

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.

Page 28: Mesin Injeksi

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.

Page 29: Mesin Injeksi

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.

Page 30: Mesin Injeksi

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.