TUGAS AKHIR
Analisa Perbandingan Karakteristik Mesin Toyota Tipe 7K
dengan Sistem Karburator dan Sistem EFI
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Dalam Meraih Gelar Sarjana Strata Satu
(S-1) Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas
Mercu Buana
Disusun Oleh :
HERY HARYANTO
01302 - 028
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS MERCU BUANA
JAKARTA
LEMBAR PERNYATAAN
Saya yang bertanda tangan di bawah ini;
Nama : HERY HARYANTO NIM : 01302 - 028
Fakultas : Teknologi Industri Jurusan : Teknik Mesin Universitas : Mercu Buana
Menyatakan dengan sesungguhnya, bahwa tugas akhir yang saya buat ini merupakan hasil karya sendiri dan tidak menyadur dari hasil karya orang lain, kecuali dari kutipan-kutipan referensi yang telah disebutkan sumbernya.
Jakarta, Maret 2008
LEMBAR PENGESAHAN
TUGAS AKHIR
Analisa Perbandingan Karakteristik Mesin Toyota Tipe 7K dengan
Sistem Karburator dan Sistem EFI
Disusun Oleh :
HERY HARYANTO
01302
028
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS MERCU BUANA
Telah diperiksa dan disetujui oleh:
Pembimbing Utama Pembimbing Pendamping
LEMBAR PENGESAHAN
TUGAS AKHIR
Analisa Perbandingan Karakteristik Mesin Toyota Tipe 7K dengan
Sistem Karburator dan Sistem EFI
Disusun Oleh :
HERY HARYANTO
01302
028
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS MERCU BUANA
Telah diperiksa dan disetujui oleh:
KATA PENGANTAR
Bismillahirrohmanirrohim. Assalamu alaikum Wr. Wb.
Dengan mengucapkan Alhamdulillaahirobbil alamin, puji dan syukur kita panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan nikmat iman, islam dan juga nikmat sehat selama penyusunan dan selesainya tugas akhir ini yang berjudul Analisa Perbandingan Karakteristik Mesin Toyota Tipe 7K dengan
Sistem Karburator dan Sistem EFI .
Atas izin Allah semata, penyusun dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini dengan baik. Laporan Tugas Akhir ini merupakan kewajiban untuk memenuhi salah satu syarat guna memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin pada Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana.
Dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini, penyusun banyak menerima bimbingan, dorongan dan nasehat yang bermanfaat dari berbagai pihak. Untuk itu rasa terima kasih, hanya pantas penyusun sampaikan kepada Allah atas nikmat-Nya, kedua orang tua serta seluruh keluarga penyusun yang telah memberikan doa restu dan dorongan baik moril maupun materil. Ijinkan pula kami untuk mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Chandrasa Soekardi selaku dosen pembimbing utama, Bapak Nanang Ruhyat, ST. MT selaku dosen pembimbing pendamping yang telah membimbing dan memberikan saran-saran yang sangat membantu sehingga terselesaikannya tugas akhir ini.
2. Bapak Ir. Rully Nutranta selaku ketua jurusan Teknik Mesin Universitas Mercu buana.
3. Bapak Nanang Ruhyat, ST. MT selaku kordinator Tugas Akhir Jurusan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana.
4. Seluruh staf dosen jurusan teknik mesin Universitas Mercu Buana yang telah memberikan bekal ilmu pengetahuan, khusunya dasar-dasar ilmu teknik mesin kepada penulis.
5. Rekan-rekan mahasiswa program study Teknik Mesin angkatan 2001, 2002, seluruh Mahasiswa Teknik Mesin di Universitas Mercu Buana. 6. Ayahanda Tono dan Ibunda Sri Syamsini. Kakak kakak saya yang telah
memberikan dorongan semangat, motivasi dan doa nya yang selalu mengiringi disetiap langkahku, serta dukungan moril sehingga terselesaikan tugas akhir ini.
7. Dian Wulan Utami, dan Adikku Dewi Wara Ayu Ningtias yang selalu memberikan semangat, motivasi, do a agar laporan tugas akhir dapat selesai dengan baik.
8. Semua pihak yang telah membantu dalam penyelasaian tugas akhir ini.
Dalam penyusunan Laporan Tugas Akhir ini, penyusun meyakini bahwa kesalahan serta kekurangan tidak pernah lepas daripadanya.Oleh karena itu penyusun mengharapkan kritik dan saran guna memperbaiki kualitas laporan ini.
Harapan kami dengan adanya Laporan Tugas Akhir ini, dapat memberikan manfaat untuk Mahasiswa Teknik Mesin khususnya dan Civitas Universitas Mercu Buana pada umumnya.
Semoga Allah senantiasa melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya kepada kita semua, Amin.
Wassalamu alaikum Wr. Wb.
Jakarta, Maret 2008 Penulis
ABSTRAK
Dalam menghadapi persaingan dibidang otomotif yang semakin ketat diantara produsen otomotif di Indonesia, maka diupayakan adanya inovasi-inovasi yang dilakukan untuk dapat meningkatkan kinerja kemampuan mesin (Engine Performance). Untuk mengetahui karakteristik dan kemampuan mesin maka dilakukan serangkaian pengujian dengan mengunakan sistem injeksi elektronik (EFI) dengan sistem karburator. Dalam pengujian ini terdapat beberapa parameter yang memperlihatkan, yaitu; torsi, daya poros efektif, laju pemakaian bahan bakar, konsumsi bahan bakar spesifik dan efisiensi thermal.
Penelitian dilakukan pada putaran poros mesin 1000 rpm sampai 4000 rpm dengan 1000 rpm sebagai patokan pembebanan pada unjuk kerja mesin bensin. pengukuran dilakukan terhadap konsumsi bahan bakar, beban, putaran dan laju aliran masing-masing dengan alat ukur neraca beban, tachometer, fuel gauge, stopwatch dan thermometer, sedangkan peralatan pengujian yang digunakan adalah motor bensin toyotakijang tipe 7K (Karburator) dan 7K (EFI) 1800 cc.
Torsi sebagai fungsi putaran poros mesin toyota kijang tipe 7K 1800 cc dengan sistem injeksi elektronik (EFI) memiliki nilai torsi lebih besar 10,2% dari sistem karburator, Daya sebagai fungsi putaran poros mesin toyota kijang tipe 7K 1800 cc dengan sistem injeksi elektronik (EFI) memiliki daya poros lebih besar 10,3% dari sistem karburator, Laju konsumsi bahan bakar sebagai fungsi putaran poros mesin toyota kijang tipe 7K 1800 cc dengan sistem injeksi elektronik (EFI) memiliki laju konsumsi bahan bakar lebih besar 20,8% dari sistem karburator, Konsumsi bahan bakar spesifik sebagai fungsi putaran poros mesin toyota kijang tipe 7K 1800 cc dengan sistem karburator mempunyai nilai konsumsi bahan bakar spesifik lebih tinggi (boros) sebesar 8,5% dari sistem injeksi elektronik (EFI), Efisiensi thermal sebagai fungsi putaran poros mesin toyota kijang tipe 7K 1800 cc dengan sistem injeksi elektronik (EFI) mempunyai nilai efisiensi thermal lebih besar 40,5% dari sistem karburator. Hasil tersebut menujukan bahwa mesin toyota kijang tipe 7K 1800 cc dengan sistem injeksi elektronik (EFI) lebih unggul atau baik dari mesin toyota kijang tipe 7K 1800 cc dengan sistem karburator dalam meningkatkan kinerja kemampuan mesin (Engine Performance).
DAFTAR ISI
LEMBAR PERNYATAAN... i
LEMBAR PENGESAHAN I... ii
LEMBAR PENGESAHAN II... iii
ABSTRAK... iv
KATA PENGANTAR ... v
DAFTAR ISI... vi
DAFTAR TABEL... vii
DAFTAR GAMBAR... viii
DAFTAR SIMBOL... ix BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1 1.2. Pokok Permasalahan ... 2 1.3.Pembatasan Masalah ... 2 1.4. Tujuan Penulisan ... 2 1.5. Metodologi Penulisan ... 3 1.6.Sistematika Penulisan... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Mesin Pembakaran Dalam ... 5
2.2. Mesin Pembakaran Luar... 6
2.3. Klasifikasi Motor Bakar ... 6
2.4. Motor Bensin (Mesin Otto) ... 6
2.5. Mesin Otto 4-Langkah ... 7
2.5.1. Proses Kerja Mesin Otto 4-Langkah 7
2.6.2. Langkah Torak 11
2.6.3. Isi Langkah Torak .. 12
2.6.4. Ruang Bakar atau Ruang Kompresi .. 12
2.6.5. Isi Silinder .. 12
2.6.6. Bilangan Kompresi Efektif atau Perbandingan Kompresi 13
2.6.7. Dinding Silinder ... 13
2.7. Dasar Pembangkitan Daya 13 2.8. Pengaturan Katup Masuk dan Katup Buang 15
2.9. Sistem Penyaluran Bahan Bakar . 17
2.9.1. Sistem Karburator .. 18
2.9.2. Proses Kerja Karburator... 19
2.9.3. Sistem EFI... 21
2.9.3.1. Macam macam Sistem EFI... 22
2.9.3.2. Sistem D EFI (Manifold Pressure Control Type)... 22
2.9.3.3. Sistem L EFI (Airflow Meter)... 23
2.10. Perbandingan antara EFI dengan Karburator... 24
2.10.1. Pembentukan Campuran Bahan Bakar dengan Udara... 24
2.10.2. Perbandingan antara Udara dengan Bahan Bakar... 25
2.10.3. Kondisi Kendaraan pada Cuaca Dingin... 26
2.10.4. Kondisi Kendaraan Selama Akselerasi... 26
2.10.5. Pengeluaran Tenaga Tinggi... 27
2.11. Keistimewaaan EFI... 28
2.12. Bahan Bakar Mesin Otto ... 30
2.13. Sistem Penyalaan (System Ignition) . 31
2.14. Pembangkitan Daya .. 33
2.15. Sistem Pendinginan .. 34
2.15.1. Pendinginan Air 34
2.16. Sistem Pelumasan . 35 2.17. Emisi Gas Buang .. 38
2.17.2. Hidrokarbon (HC) . 38
2.17.3. Timah (Pb) 38
2.17.4. Nitrogen Monoksida (NO2) .. 39
2.18. Parameter Unjuk Kerja Mesin .. 39
2.18.1. Torsi ... 39
2.18.2. Daya Poros Efektif 40
2.18.3. Laju Konsumsi Bahan Bakar ... 41
2.18.4. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik... ... . 42
2.18.5. Efisiensi Thermal ... 42
BAB III METODE PENGUJIAN 3.1. Metode pengujian... ... . 45
3.2. Skema Instalasi Pengujian... ... . 46
3.3. Deskripsi Alat Uji... ... . 47
3.3.1. Motor Bensin Kijang Type 7K Karburator ... . . 47
3.3.2. Motor Bensin Kijang Type 7K EFI... ... . 48
3.4. Bahan Bakar... ... . 49
3.5. Alat-alat Ukur Pengujian... ... . 49
3.5.1. Tachometer... ... . 49
3.5.2. Thermometer ... ... . 50
3.5.3. Stopwatch... ... . 50
3.5.4. Fuel Gauge... ... . 51
3.5.5. Neraca Beban... ... . 52
3.5.6. Prinsip Kerja Disk Brake... ... . 52
3.5.7. Konstruksi Disk Brake... ... . 53
3.5.8. Poros Disk Brake ... ... . 53
3.5.9. Lengan (arm) ... ... . 54
3.6. Prosedur Pengoperasian Motor Bensin 7K (Karburator) ... . 54
3.6.4. Prosedur Pengujian ... . 55
3.7. Prosedur Pengoperasian Motor Bensin 7K (EFI) ... . 56
3.7.1. Prosedur Melakukan Persiapan Bahan Bakar ... . 56
3.7.2. Prosedur Menyalakan Motor ... . 56
3.7.3. Prosedur Menghentikan Motor ... . 56
3.7.4. Prosedur Pengujian ... . 57
3.8. Sebaran Data Pengujian Karakteristik Mesin Toyota Tipe 7K ... . 50
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA 4.1. Perhitungan Data Hasil Pengujian pada n 1500 rpm ... 60
4.1.1. Torsi ... 60
4.1.2. Daya Poros Efektif ... 60
4.1.3. Laju Konsumsi Bahan Bakar ... 61
4.1.4. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ... 61
4.1.5. Efisiensi Thermal ... 62
4.2. Pembahasan ... 64
4.2.1. Torsi ... 64
4.2.2. Daya Poros Efektif ... 65
4.2.3. Laju Konsumsi Bahan Bakar... 66
4.2.4. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ... 67
4.2.5. Efisiensi Thermal ... 68 BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan... 70 5.2. Saran ... 71 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Proses Kerja Motor Otto 4-Langkah 7
Gambar 2.2 Diagram P v dari siklus Volume Konstan 9
Gambar 2.3 Siklus Otto Sebenarnya dan Hubungannya degan Diagram Pengaturan Pembukaan Katup 10
Gambar 2.4 Bagian-bagian Utama Motor Bakar 11
Gambar 2.5 Diagram Gaya yang Bekerja pada Silinder dan Poros Engkol 14
Gambar 2.6 Mekanisme Katup 16
Gambar 2.7 Skema Suatu Sistem Penyaluran Bahan Bakar 19
Gambar 2.8 Sebuah Karburator Sederhana 20
Gambar 2.9 Sistem EFI 22
Gambar 2.10 Sistem (D EFI) 23
Gambar 2.11 Sistem (L EFI) 24
Gambar 2.12 Diagram Tekanan (Thermodinamika) Poros Engkol dalam Derajat 32
Gambar 2.13 Diagram Siklus Air Pendingin dari Motor Bakar Torak 35
Gambar 2.14 Pompa Trokoida 37
Gambar 3.1 Diagram Alir Pengujian Motor Bensin Sistem Karburator dengan Sistem EFI 44
Gambar 3.2 Skema Instalasi Pengujian 46
Gambar 3.3 Konstruksi Motor Bensin Type 7K Karburator 47
Gambar 3.4 Konstruksi Motor Bensin Type 7K EFI 48
Gambar 3.5 Tachometer 49
Gambar 3.7 Thermometer 50
Gambar 3.6 Thermometer 50
Gambar 3.8 Stopwatch 51
Gambar 3.9 Fuel Gauge 51
Gambar 3.10 Neraca Beban 52
Gambar 4.7 Grafik Laju Konsumsi Bahan Bakar terhadap Putaran 66 Gambar 4.8 Grafik Konsumsi Bahan Bakar Spesifik terhadap Putaran 67 Gambar 4.9 Grafik Efisiensi Thermal terhadap Putaran 68
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Keterangan
Satuan
Be Konsumsi bahan bakar spesifik l / kW.h
D Diameter torak mm
F Gaya yang bekerja pada setiap titik N
Ft Gaya tangensial N
g Percepatan grafitasi m/s²
L Jarak antara titik pusat putaran dengan beban m
LHV Nilai kalor bahan bakar kj/kg
m Berat beban pada neraca beban Kg/cm²
M bb Laju konsumsi bahan bakar kg/h
n Putaran poros rpm
Ne Daya poros efektif kW
Qbb Energi bahan bakar kj/s
r Panjang engkol m
s Panjang langkah torak m
T Temperatur sebenarnya 0 C
T Torsi Nm
t Waktu h
V Volume bahan bakar l/h
VC Volume Clearance m³
vg Volume bahan bakar yang digunakan ml
VL Volume Langkah m³
Tugas Akhir
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Saat ini kemajuan dalam bidang teknologi otomotif kian berkembang. Berbagai terobosan terobosan dikembangkan serta diupayakan guna menciptakan sebuah mesin yang memiliki kemampuan yang besar dengan efisiensi yang tinggi untuk berbagai keperluan transportasi yang terus meningkat.
Salah satu alat transportasi yang banyak menjadi pilihan adalah mobil. Penggunaan mobil dirasakan lebih praktis dan efisien dari pada alat transportasi lainnya. Tetapi, disisi lain penggunaan mobil memberikan pengaruh yang negatif terhadap konsumsi energi dan pencemaran gas pembakaran terhadap lingkungan sekitar. Guna meminimalisasikan penggunaan bahan bakar dan mengurangi kadar gas buang yang dihasilkan oleh mesin mobil, industri industri otomotif berusaha mengoptimalkan fungsi dari tiap komponen mesin tersebut terutama yang berhubungan dengan sistem percampuran bahan bakar dengan udara yaitu karburator.
Karburator merupakan salah satu bagian mesin yang berfungsi mensuplai campuran bahan bakar dengan udara yang tepat kedalam silinder guna terjadinya pembakaran didalam mesin. Tetapi, dikarenakan karburator masih banyak kekurangan, maka diciptakan suatu sistem pengganti karburator yaitu sitem injeksi elektronik (EFI) guna memenuhi permintaan untuk membersihkan gas buang (exhaust manifold), penggunaan bahan bakar yang lebih ekonomis dan sebagainya. Dikarenakan alasan tersebut penulis mencoba memperbandingkan sistem karburator dengan sistem injeksi elektronik (EFI) pada motor bensin 4-langkah sebagai obyek.
Tugas Akhir
Untuk mengetahui karakteristik dan kemampuan mesin tersebut maka perlu dilakukan pengujian engine performance dengan parameter parameter prestasi mesin dengan pembebanan pada setiap putaran mesin.
Pembebanan ini dilakukan dengan cara penarikan tuas Disk Brake hingga mencapai 1000 rpm pada daerah putaran mesin. Sehingga dapat diketahui daerah yang optimal dan efisiensi untuk tiap putaran pada sistem karburator dengan sistem EFI pada motor bensin tipe 7K (Karburator) dengan 7K (EFI) 1800 cc.
1.2 Pokok Permasalahan
Pokok permasalahan pada tugas akhir ini difokuskan pada perbandingan karakteristik sistem injeksi elektronik (EFI) dengan sistem karburator terhadap Performa Mesin Toyota Tipe 7K 1800 cc.
1.3 Pembatasan Masalah
Dalam penulisan tugas akhir ini secara teknis pembatasan masalah yang diketengahkan adalah sebagai berikut :
1. Pengujian dilakukan dibagian training center PT. Toyota Astra Motor Jakarta. 2. Pengujian dilakukan pada dua unit mesin kijang tipe 7K (Karburator) dengan
7K (EFI) 1800 cc, pada keadaan standar.
3. Data-data hasil pengujian akan dianalisa parameter parameter prestasi motor bensin, seperti : torsi, daya poros efektif, laju pemakaian bahan bakar, konsumsi bahan bakar spesifik dan efisiensi thermal.
1.4 Tujuan penulisan
Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah :
Mengetahui perbandingan karakteristik sistem injeksi elektronik (EFI) dengan sistem karburator terhadap Performa Mesin Toyota Tipe 7K 1800 cc.
Mengetahui kemampuan prestasi kerja mesin yang diuji untuk tiap daerah putaran mesin dengan pembebanan 1000 rpm pada setiap putaran.
Tugas Akhir
Mengetahui keuntungan dan kerugian sistem injeksi elektronik (EFI) dengan sistem karburator.
1.5 Metodologi Penelitian
Metodologi yang digunakan pada penulisan tugas akhir ini adalah : Observasi
Dilakukan dengan cara studi literatur yang berhubungan dengan objek, atau mendatangi lokasi dan diskusi dengan teknisi serta pembimbing di lokasi pengujian, serta bimbingan melalui dosen pembimbing yang ahli dibidang tersebut.
Pendataan
Dilakukan dengan cara pengumpulan berbagai teori pendukung serta data uji mesin yang dilakukan PT. Toyota Astra Motor.
Laporan
Dilakukan dengan cara analisa deskriptif yang dilakukan dengan sejumlah data statistik dan analisa matematis.
1.6 Sistematika Penulisan
Pokok permasalahan penulisan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui
perbandingan karakteristik sistem injeksi elektronik (EFI) dengan sistem karburator pada Mesin Toyota Tipe 7K 1800 cc, maka penulis menyusun dengan sistematika sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisikan tentang Latar Belakang, Pokok Permasalahan, Pembatasan Masalah, Tujuan Penulisan, Metodologi Penelitian dan Sistematika Penulisan.
Tugas Akhir
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini menjelaskan tentang bahan pustaka dan teori teori dasar yang berhubungan dengan permasalahan yang akan dibahas pada tugas akhir ini.
BAB III METODE PENGUJIAN
Bab ini menjelaskan tentang prosedur dan tahapan pengujian, peralatan pengujian yang digunakan, parameter parameter prestasi mesin pada motor bensin Mesin Toyota Tipe 7K 1800 cc sistem injeksi elektronik (EFI) dengan sistem karburator dan batasan pengujian.
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA
Bab ini menjelaskan tentang perhitungan dan penganalisaan data untuk mengetahui karakteristik dan kemampuan dari mesin yang diuji.
BAB V PENUTUP
Bab ini menjelaskan kesimpulan, dari hasil pengujian serta penganalisaan dari mesin yang diuji dan saran dari penulis.
Tugas Akhir
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai adalah mesin kalor, yaitu mesin yang mengunakan energi thermal untuk melakukan kerja mekanik atau mengubah termal menjadi energi mekanik. Energi itu sendiri dapat diperoleh dengan proses pembakaran atau proses proses lain. Ditinjau cara memperoleh energi termal ini, mesin kalor dapat dibagi menjadi dua golongan, yaitu:
2.1 Mesin Pembakaran Dalam
Mesin pembakaran dalam pada umumnya dikenal dengan motor bakar. Dalam kelompok ini terdapat motor bakar torak, turbin gas dan propulsi pancar gas. Proses pembakaran berlangsung di dalam motor bakar itu sendiri sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja.
Motor bakar torak mempergunakan beberapa silinder yang didalamnya terdapat torak yang bergerak reciprocation (bolak balik). Di dalam silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dan udara. Silinder dan torak tidak ada dalam sistem turbin gas. Pada motor ini yang berfungsi sebagai fluida kerja itu memutar roda turbin bersudu. Sejumlah roda sudu pada roda turbin berfungsi menggubah momentum fluida kerja yang mengalir diantara sudu tersebut. Mesin propulsi pancar gas adalah mesin yang menghasilkan gaya dorong, gaya tersebut terjadi karena adanya perubahan momentum gas yang mengalir mengalir melalui mesin tersebut.
Tugas Akhir
2.2 Mesin Pembakaran Luar
Pada mesin pembakaran luar proses pembakaran terjadi diluar mesin, energi termal dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida dasar mesin melalui beberapa dinding pemisah, contoh mesin uap (steam engine). Semua energi yang diperlukan oleh mesin itu mula mula meninggalkan gas hasil pembakaran yang tinggi temperaturnya. Melalui dinding pemisah kalor atau ketel uap, energi itu kemudian masuk ke fluida kerja yang kebanyakan terdiri dari air atau uap.
2.3 Klasifikasi Motor Bakar
Motor bakar dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis berdasarkan berbagai hal, yaitu:
1. Langkah operasi, berdasarkan operasi motor bakar dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu siklus 4 langkah dan siklus 2 langkah, tergantung dari jumlah langkah yang diperlukan untuk menyelesaikan satu siklus kerja.
2. Bahan bakar, berdasarkan bahan bakar motor bakar dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis bahan bakar yaitu bahan bakar cair dan gas.
3. Penyalaan, berdasarkan metode penyalaan, motor bakar dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis, yaitu spark ignition engine dan compression ignition engine. Pada spark ignition engine, penyalaan mesin terjadi karena loncatan arus listrik pada elektroda busi. sedangkan compression ignition engine, penyalaan mesin terjadi karena kompresi bahan bakar yang tinggi didalam silinder.
4. Perancangan dasar, motor bakar torak dapat dibagi berdasarkan susunan silindernya, misalnya : segaris (inline), V type, radial, berhadapan dan rotary.
2.4 Motor bensin (Mesin Otto)
Dewasa ini mesin otto dikenal dengan nama motor bensin, yaitu salah satu jenis motor yang termasuk dalam mesin kalor (heat engine). Secara umum didefinisikan sebagai salah satu mesin yang mengubah energi kimia menjadi energi panas, selanjutnya energi panas tersebut diubah menjadi energi mekanis langsung oleh fluida kerja tersebut.
Tugas Akhir
kerja. Mesin otto sendiri terbagi menjadi dua bagian menurut langkah kerjanya yaitu mesin 2-langkah dan mesin 4-langkah.
Yang membedakan diantara kedua jenis motor bakar tersebut ialah prinsip kerjanya. Pada mesin 2-langkah yaitu motor yang siklus kerjanya berlangsung dengan dua kali gerakan torak atau satu putaran poros engkol, pada mesin ini tidak terdapat katup masuk dan buang. Pemasukan dan pembuangan gas diatur melalui saluran-saluran yang terdapat disekitar dinding silinder. Lubang-lubang saluran ini dapat menutup dan membuka karena gerakan torak dalam silinder. Untuk selanjutnya mesin 2-langkah tidak dibahas.
2.5 Mesin Otto 4-langkah
Disebut mesin 4-langkah atau 4-tak karena siklus kerjanya memerlukan empat tahapan atau empat langkah torak atau dua putaran poros engkol.
2.5.1 Proses Kerja Mesin Otto 4-Langkah
Gambar 2.1 adalah suatu bagian motor otto 4-langkah. Proses kerjanya berlangsung dalam 4-langkah torak, yaitu:
Gambar 2.1 Proses Kerja Motor Otto 4-Langkah
Tugas Akhir
1. Langkah Hisap
Langkah hisap adalah langkah torak dimana katup masuk terbuka dan katup buang tertutup. Torak bergerak dari TMA ke TMB.campuran bahan bakar dengan udara dari karburator dihisap kedalam silinder melalui katup masuk yang terbuka.
2. Langkah Kompresi
Poros engkol yang berputar menggerakan torak dari TMB ke TMA. Kedua katup baik katup masuk maupun katup buang sama-sama tertutup. Campuran bahan bakar dan udara dikompresikan hingga tekanan dan temperatur campuran meningkat.
3. Langkah Kerja atau Ekspansi
Sebelum torak mencapai TMA (beberapa derajat sebelum TMA), campuran bahan bakar yang telah dikompresikan dan busi memercikan bunga api. Pembakaran berlangsung dengan ledakan, oleh karena itu tekanan dan temperatur pembakaran gas naik. Torak bergerak mencapai TMA dan tekanan gas mendorong torak bergerak ke TMB. Karena isi silinder membesar gas hasil pembakaran berekspansi, tekanan menurun. Sewaktu gas sisa hasil pembakaran berekspansi, torak menggerakan poros engkol sehingga kerja mekanik diperoleh.
4. Langkah Buang
Apabila torak telah mencapai TMB, katup buang sudah terbuka sedangkan katup masuk tetap tertutup. Torak bergerak kembali ke TMA mendesak gas pembakaran keluar dari dalam silinder melalui saluran buang.
2.5.2 Siklus Otto 4-Langkah
Pada umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus udara sebagai siklus yang ideal. Siklus udara menggunakan beberapa keadaan yang sama dengan siklus sebenarnya, misalnya mengenai urutan proses, perbandingan kompresi, pemilihan temperatur dan tekanan. Pada suatu keadaan penambahan kalor yang sama
Tugas Akhir
Siklus otto atau juga yang biasa dikenal dengan siklus udara volume konstan dapat digambarkan dengan grafik p v. Sifat ideal yang dipergunakan serta keterangan
mengenai proses siklusnya adalah sebagai berikut:
Gambar 2.2 Diagram P v dari siklus Volume Konstan
(Wiranto Aris Munandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, ITB Bandung 2002)
1. Fluida kerja dianggap sebagai gas ideal dengan kalor spesifik yang konstan. 2. Langkah hisap (0 - 1) merupakan proses tekanan konstan.
3. Langkah kompresi (1 - 2) ialah proses isentropic.
4. Proses pembakaran volume konstan (2 - 3) ialah proses pemasukan kalor pada volume konstan.
5. Langkah kerja (3 - 4) proses isentropic.
6. Proses pembuangan (4 - 1) ialah proses pengeluaran kalor pada volume konstan. 7. Langkah buang (1 - 0) ialah Proses tekanan konstan.
Tugas Akhir
Gambar 2.3 Siklus Otto Sebenarnya dan Hubungannya dengan Diagram Pengaturan Pembukaan katup
(Wiranto Aris Munandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, ITB Bandung 2002)
Siklus dianggap tertutup , artinya siklus ini berlangsung dengan fluida kerja yang sama atau gas yang berada didalam silinder pada titik 1 dapat dikeluarkan dari dalam silinder pada langkah buang, tetapi pada langkah hisap akan masuk sejumlah fluida kerja yang sama. Perpindahan torak dari TMA-TMB-TMA-TMB-TMA untuk satu siklus, menimbulkan perubahan tekanan sepanjang 1 2 3 4 - 1. Luas diagram yang dibatasi 1 2 3 4 - 1 menunjukan indikator.
Daya indikator merupakan daya gas pembakaran yang menggerakan torak, jadi daya indikator merupakan pembangkit daya poros. Sebagian daya indikator dibutuhkan untuk mengatasi gesekan mekanik, misalnya gesekan antara torak dengan dinding silinder dan gesekan antar poros dan bantalannya. Disamping itu gaya indikator harus pula menggerakan beberapa aksesoris seperti pompa pelumas, pompa air pendingin/udara pendingin, pompa bahan bakar dan generator.
Tugas Akhir
2.6 Bagian-Bagian Utama Motor
Gerakan lurus dan turun naik torak dalam gambar 2.4 oleh batang penggerak dan engkol diubah menjadi gerakan putar. Bila torak berada pada titik atas atau bawah dari gerakannya, maka torak dikatakan berada dalam salah satu dari kedua titik matinya. Oleh karena posisinya tersebut maka garis sumbu gerakan torak, batang penggerak, dan engkol berada dalam satu garis kerja. Disebut bagian utama karena pada bagian-bagian inilah tenaga dihasilkan.
Gambar 2.4 Bagian-Bagian Utama Motor Bakar
(Terjemahan Matondang, Motor Bakar, Bharata-Jakarta Edisi ke-3. 1993)
2.6.1 Panjang Engkol
Panjang engkol (R) adalah jarak antara pena engkol dengan leher poros.
2.6.2 Langkah Torak
Langkah torak adalah panjang gerakan yang dilakukan oleh torak untuk menempuh dari TMB ke TMA, untuk panjang langkah torak berlaku:
Tugas Akhir
Panjang langkah torak = 2 x panjang engkol...(2.1) (Motor Bakar, hal; 3)
2.6.3 Isi Langkah Torak
Isi langkah torak adalah isi dalam silinder antara titik balik torak. Untuk itu berlaku:
VL = d
²
s (m³) (2.2) (Teknik Otomotif, hal; 15)4
Dimana:
VL = volume langkah (m³)
d = diameter torak (m)
s = panjang langkah torak (m)
2.6.4 Ruang Bakar atau Ruang Kompresi
Ruang bakar dalam silinder yang dibatasi oleh kepala silinder dan torak posisi titik mati atas, disebut juga volume clearance (Vc).
2.6.5 Isi Silinder
Isi silinder adalah ruang dalam silinder antara kepala silinder dan torak pada posisi titik mati bawah, untuk ini berlaku:
V = VL + Vc (m³) .. (2.3) (Motor Bakar, hal; 5)
Dimana:
Vc = volume clearance (m³)
Tugas Akhir
2.6.6 Bilangan Kompresi Efektif atau Perbandingan Kompresi
Bilangan kompresi efektif adalah perbandingan antara isi silinder pada permulaan kompresi dengan isi silinder pada permulaan permulaan pembakaran, untuk ini berlaku:
r = V ...(2.4) (Operasi dan Pemeliharaan Mesin Diesel, hal;19) Vc
Dimana:
V = volume (m)
Vc = volume clearance (m³) Pada motor bensin, r berkisar antara 6 12 Pada motor diesel, r berkisar antara 13 22
2.6.7 Dinding Silinder
Dinding silinder terbuat dari logam dan dilapisi lapisan yang tahan keausan atau gesekan, tahan panas dan tahan akan tekanan tinggi yang disebut cylinder liner. Permukaan cylinder liner biasanya dilapisi minyak pelumas yang disebut film minyak pelumas.
Pada mesin berkapasitas kecil cylinder liner menyatu dengan dinding silinder, sedangkan pada mesin yang berkapasitas besar cylinder linernya terpisah dari dinding silinder sehingga dapat diganti apabila terjadi kerusakan atau keausan.
2.7 Dasar Pembangkitan Daya
Akumulasi dari unit tekanan disebut gaya gas (P), dengan adanya gaya gas akan menyebabkan torak bergerak dengan arah translasi bolak balik (reciprocating). Namun gaya ini tidak dapat dimanfaatkan secara langsung, tetapi harus diubah menjadi gerak putaran pada poros engkol. Perubahan gerak translasi bolak balik torak menimbulkan suatu gaya samping, gaya menekan dan menimbulkan gesekan pada dinding silinder. Gaya gas (P) yang bekerja pada torak atau sepanjang sumbu silinder dapat diuraikan
Tugas Akhir
menjadi gaya tegak lurus terhadap silinder (Q) dan gaya yang diteruskan sepanjang batang penghubung (K).
Gambar 2.5 Diagram Gaya yang Bekerja pada Silinder dan Poros Engkol
(Wiranto Aris Munandar & Koichi Tsuda, Motor Diesel Putaran Tinggi, Pradnya Paramita, Jakarta 2002)
Dari gambar 2.5 gaya K dapat dipindahkan pada poros engkol menjadi K = K, dan resultan tersebut dapat diuraikan menjadi 2 komponen yaitu: gaya radial (Fr) dan gaya tangensial (FT). Terlihat adanya gaya K dengan jarak r, maka poros engkol dapat
berputar dan menghasilkan torsi (T). Penguraian gaya K agar tegak lurus dengan poros engkol menjadi gaya tangensial (FT) dengan demikian berlaku:
Tugas Akhir
Dimana:
T = torsi (Nm)
FT = gaya tangensial (N)
r = panjang engkol (m)
Akibat penguraian diatas, maka akan timbul gaya radial (Fr) yang menekan bantalan poros. Torsi pada poros engkol akan menyebabkan terjadinya putaran sebesar n (rpm), sehingga dengan beberapa parameter yang didapat tersebut kita dapat menghitung daya yang dihasilkan.
2.8 Pengaturan Katup Masuk dan Katup Buang
Secara teoritis katup masuk dan katup buang terbuka dan tertutup tetap pada tiap-tiap titik mati. Namun pada kenyataannya apabila katup-katup tersebut dibuka dan ditutup pada tiap-tiap titik matinya, hal tersebut dapat mengurangi efisiensi dari mesin yang bersangkutan. Terutama efisiensi volumetrisnya, dikarenakan inersia masa dari fluida yang dihisap kedalam silinder dan yang dibuang keluar silinder.
Dalam mekanisme kerjanya katup dibuka dengan perantaraan poros bubungan dan ditutup dengan pegas penutup. Sedangkan poros bubungan digerakkan oleh poros engkol. Gambar 2.6 menggambarkan suatu mekanisme katup. Jika bagian lingkaran penekan poros bubungan tiap katup, maka katup dalam keadaan tertutup. Untuk memastikan agar katup menutup dengan baik maka selalu diberikan kelonggaran
Tugas Akhir
Gambar 2.6 Mekanisme Katup
(Wiranto Aris Munandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, ITB Bandung 2002)
Keterangan:
1. tuas; 2. batang penekan; 3. pengikut bubungan; 4. poros bubungan; 5. bubungan; 6. ujung bubungan; 7. lingkaran dasar bubungan; 8. batanga penekan; 9. jarak bebas katup; 10. penahan pegas; 11. pemegang; 12. pegas luar; 13. pegas; 14. jalan katup; 15. batang katup; 16. dudukan katup; 17. bidang rata katup; 18. kepala katup.
Longgaran rol yang terlalu besar dapat berakibat sebagai berikut: 1. Katup membuka terlambat dan menutup terlalu cepat. 2. Waktu pembukaan katup menjadi pendek.
Tugas Akhir
3. Tinggi angkat katup menjadi lebih kecil.
2.9 Sistem Penyaluran Bahan Bakar
Mobil menggunakan salah satu diantara dua peralatan atau sistem untuk mengalirkan campuran bahan bakar dan udara dalam perbandingan yang tepat, untuk masuk ke dalam silinder-silinder sesuai dengan semua tingkat RPM, alat-alat tersebut adalah karburator (Carburetor) dan EFI (Electronic Fuel Injection).
Kedua alat ini mengatur volume udara yang masuk sesuai dari membukanya sudut
Throttle Valve dan putaran mesin, kedua alat ini menyalurkan campuran bahan bakar dan
udara yang tepat kedalam silinder-silinder sesuai dengan volume udara yang masuk. Konstruksi karburator sederhana dan hampir pada keseluruhan mesin bensin pada masa lalu. Tetapi pada akhir-akhir ini untuk membersihkan gas buang (Exhaust Emission), penggunaan bahan bakar yang lebih ekonomis, kemampuan kendaraan yang telah disempurnakan dan sebagainya. Karburator saat ini harus dilengkapi dengan peralatan tambahan sehingga membuat karburator sistemnya menjadi rumit (Complex).
Untuk mengganti sistem karburator, digunakan sistem injeksi bahan bakar elektronik , untuk menjamin perbandingan bahan bakar dan udara (Air Fuel Ratio) ke mesin. Dengan penginjeksian bahan bakar yang bekerja secara kelistrikan (Electronic) sesuai dengan kondisi kendaraan.
Komputer pengontrol EFI dapat digolongkan ke dalam dua tipe, tergantung pada perbedaan metode yang digunakan untuk menentukan jumlah bahan bakar yang dapat diinjeksikan. Salah satunya adalah tipe sirkuit analog (Analog circuit type), dimana pengontrolan waktu injeksi berdasarkan waktu yang diperlukan kapasitor untuk pengisian (Charge) dan pengeluaran (Discharge). Tipe lainnya adalah tipe pengontrolan dengan mikrokomputer (Mikrokomputer Controlled Type), dimana komputer ini digunakan untuk menyimpan data dalam memori untuk menentukan masa penginjeksian (Injection
Timing).
Tipe sirkuit analog adalah tipe pertama yang digunakan TOYOTA pada sirkuit sistem injeksi bahan bakar elektronik atau Elektronic Fuel Injection (EFI) Tipe pengontrolan dengan mikrokomputer digunakan mulai Tahun 1981.
Tugas Akhir
Sistem injeksi bahan bakar elektronik atau EFI yang dikontrol mikrokomputer yang digunakan pada kendaraan TOYOTA disebut TCCS (Toyota Computer Controlled
System), dimana fungsinya tidak hanya mengontrol volume bahan bakar yang
diinjeksikan, tetapi juga termasuk didalamnya:
ESA (Elektronic Spark Advance), untuk mengatur ignition timing. ISC (Idle Speed Controlled), untuk mengatur putaran idle.
DIAGNOSIS dan fungsi FAIL-SAFE.
Kedua sistem ini dapat diklasifikasikan sebagai berikut:
EFI ENGINE : 1. EFI (Tipe Sirkuit Analog).
2. TCCS.
EFI (Tipe Pengontrol Mikrokomputer). ESA. ISC. DIAGNOSIS. FAIL-SAFE. OTHERS.
Sirkuit EFI analog dan pengontrolan EFI dengan mikrokomputer pada dasarnya adalah sama, tetapi ada beberapa perbedaan yang dapat dilihat pada bagian, seperti tingkat pengontrolan (Control Range) dan ketetapannya. Jadi disini kita hanya akan menjelaskan sirkuit sistem EFI Analog pada mesin Toyota.
2.9.1 Sistem Karburator
Didalam motor bensin selalu kita harapkan bahan bakar dan udara sudah tercampur dengan baik sebelum terbakar oleh busi. Pompa bahan bakar mengalirkan bahan bakar dari tangki bahan bakar ke karburator untuk memenuhi jumlah bahan bakar yang tersedia didalam karburator. Pompa ini dipakai apabila tangki lebih rendah dari
Tugas Akhir
karburator. Agar kotoran pada tangki tidak menggangu aliran dan menyumbat saluran bahan bakar sebelum sampai ke karburator.
Gambar 2.7 Skema Suatu Sistem Penyaluran Bahan Bakar
(Wiranto Aris Munandar, Motor Bakar Torak, ITB Bandung 2002)
2.9.2 Proses Kerja Karburator
Gambar 2.8 adalah sebuah karburator sederhana yang biasa digunakan. Karburator adalah suatu peralatan untuk mengatomisasi dan menguapkan bahan bakar dan selanjutnya mencampurkan dengan udara dalam berbagai perbandingan yang tepat. Kemudian disalurkan ke ruang silinder melalui intake manifold. Banyaknya udara yang masuk diatur oleh besar kecilnya membukanya katup gas (throttle valve) yang dikendalikan oleh tarikan kabel dari pedal gas.
Udara yang masuk lebih cepat ketika melewati venturi, yaitu bagian lubang sempit pada lubang utama (main bore) karburator. Udara yang masuk bergerak lebih cepat ini bertekanan sangat rendah (vacuum) sehingga membuat butiran bensin terpaksa keluar dari mulut nozzle menuju silinder.
Tugas Akhir
Gambar 2.8 Sebuah Karburator Sederhana
(Nakoela Sunarta dan Shoichi Furuhara, Motor Serba Guna, Jakarta 1995)
Pada umumnya karburator dilengkapi dengan choke, yaitu sebuah katup udara yang dipasang diantara saringan udara dan venturi. Katup udara membatasi aliran udara masuk kedalam silinder. Jika katup udara ditutup, maka aliran udara akan berkurang sehingga dapat diperoleh perbandingan bahan bakar dan udara yang lebih kaya. Hal ini diperlukan pada waktu menghidupkan (Start) mesin dalam keadaan dingin. Disamping itu, dalam keadaan tanpa beban dan pada putaran rendah, yaitu pada katup gas ada dalam posisi hampir tertutup, besar kemungkinan bahan bakar tidak mengalir melalui kerongkongan nozzle (venturi). Maka karburator perlu dilengkapi dengan orifis tanpa beban atau nozzle tanpa beban sekrup pengatur.
Secara teoritis campuran yang tepat antara udara dan bahan bakar ialah ± 15 : 1 akan tetapi dalam prakteknya tidak selalu tepat, mungkin akan terjadi campuran bahan bakar yang kurus atau gemuk. Sehingga perlu adanya batasan agar dapat terjadi proses pembakaran. Perbandingan 5 : 1 ialah batas terendah untuk terjadi pembakaran, sedangkan 20 : 1 ialah batas tertinggi untuk terjadi pembakaran. Untuk kendaraan umumnya dibutuhkan campuran antara 15 : 1 sampai dengan 17 : 1 sedangkan untuk mendapatkan daya maksimum dibutuhkan campuran bahan bakar dan udara yang kaya
Tugas Akhir
yaitu 12 : 1. Jadi, fungsi karburator harus dapat melayani air fuel ratio yang berubah ubah sesuai dengan kebutuhan.
Dengan sekrup pengatur kita dapat mengatur kecepatan putaran mesin yang sebaik baiknya pada keadaan tanpa beban. Karburator mesin kendaraan biasanya dilengkapi dengan pompa akselerasi, yaitu sebuah alat untuk memasukan sejumlah bahan bakar tambahan (untuk memperoleh campuran bahan bakar dan udara yang kaya) pada waktu katup gas dibuka dengan tiba tiba. Karburator dengan ruang pelampung (yang lazim) merupakan salah satu jenis yang sangat sederhana jika dipandang dari segi komponennya yang tidak banyak menggunakan bagian yang bergerak, jadi tidak memerlukan bantalan. Oleh karena itu perawatannya lebih mudah dan sederhana.
2.9.3 Sistem EFI (Elektronic Fuel Injection)
Mesin dengan karburator konvensional, jumlah bahan bakar yang diperlukan oleh mesin diatur oleh karburator. Pada mesin modern dengan mengunakan sistem Electronic
Fuel Injection (EFI) maka jumlah bahan bakar diatur (dikontrol) lebih akurat oleh
komputer dengan mengirimkan bahan bakar ke tiap tiap silinder melalui injektor.
Sistem EFI menentukan jumlah bahan bakar yang optimal (tepat) disesuaikan dengan jumlah dan temperatur udara yang masuk, kecepatan mesin, temperatur air pendingin, posisi katup throttle, pengembunan oksigen didalam exhaust pipe dan kondisi penting lainnya. Komputer EFI mengatur jumlah bahan bakar untuk dikirimkan ke mesin pada saat penginjeksian dengan perbandingan udara dan bahan bakar yang optimal berdasarkan karekteristik kerja mesin. Sistem EFI menjamin perbandingan udara dan bahan bakar yang ideal serta efisiensi bahan bakar yang tinggi pada setiap saat.
Tugas Akhir
Gambar 2.9 Sistem EFI
(New Step I Training Manual Book, Hal; 3 68)
2.9.3.1 Macam Macam Sistem EFI
Sistem EFI dapat digolongkan kedalam dua tipe sesuai dengan metode yang dipakai dalam pengunaan sensor volume udara yang masuk. Sistem EFI dirancang untuk mengukur jumlah udara yang dihisap dan untuk mengontrol penginjeksian bahan bakar yang sesuai. Besarnya udara yang dihisap kemudian diukur langsung dengan tekanan udara dengan intake manifold (D EFI) atau dengan airflow meter pada sistem (L EFI).
2.9.3.2 Sistem (D EFI) atau Manifold Pressure Control Type
Sistem (D EFI) mengukur tekanan udara dalam intake manifold kemudian melakukan penghitungan jumlah udara yang masuk. Tetapi karena tekanan jumlah udara
Tugas Akhir
dalam intake manifold tidak dalam konvensi yang tepat, sistem (D EFI) tidak begitu akurat dibandingkan dengan sistem (L EFI).
Tipe ini mengukur kevakuman di dalam intake manifold dan volume yang akan disensor berdasarkan kerapatan udara. Tipe D ini digunakan pada beberapa mesin yang dilengkapi dengan TCCS. (Ref. D EFI merupakan D Jetronic, yang terdaftar pada Bosche. D Jetronic adalah perkataan yang dibentuk dari kata jerman Drunk (tekanan) dan jetronic , adalah teori yang dicipta oleh bosche yang berarti injeksi ).
Gambar 2.10 Sistem (D EFI)
(New Step I Training Manual Book, Hal; 3 69)
2.9.3.3 Sistem (L EFI) atau Airflow Meter Type
Dalam sistem L EFI, airflow meter langsung mengukur/mensensor jumlah udara yang mengalir melalui intake manifold. Airflow meter mengukur jumlah udara dengan akurat, sistem ini dapat mengontrol penginjeksian bahan bakar lebih tepat dibandingkan sistem D EFI. Tipe L ini dipakai pada mesin Toyota dengan EFI tipe sirkuit analog dan beberapa mesin yang mengunakan TCCS, karena itu penjelasan pada tugas akhir ini berdasarkan pada tipe L (Ref. L EFI juga merupakan L Jetronic; L berasal dari kata jerman Luff yang artinya udara ).
Tugas Akhir
Gambar 2.11 Sistem (L EFI)
(New Step I Training Manual Book, Hal; 3 70)
2.9. Perbandingan antara EFI dengan Karburator serta kondisi kendaraan
Walaupun tujuan dari karburator dan EFI adalah sama, tetapi metode yang digunakan untuk mendeteksi volume udara yang masuk serta pengaliran bahan bakarnya yang berbeda, perbandingan Karburator dengan EFI ialah;
2.10.1 Pembentukan Campuran Bahan Bakar dengan Udara (Air Fuel Mixture)
Perbandingan Karburator dengan EFI ialah; KARBURATOR
Pada putaran idling, volume udara yang masuk diukur sesuai dengan perubahan tekanan (Vacuum) sekitar idle port dan slow port dekat dengan Throttle valve, dan bahan bakar yang sedikit mengalir kelubang - lubang tersebut.
Pada tingkat operasional yang normal, volume udara yang masuk diukur sesuai kevakuman pada venturi, dan sebanding dengan jumlah bahan bakar yang mengalir ke dalam nosel utama pada venturi.
Tugas Akhir
EFI
EFI mempunyai dua peralatan yang berbeda untuk mengukur volume udara yang masuk dan bahan bakar yang diinjeksikan.
Volume udara yang masuk diukur oleh sebuah sensor (Airflow Meter) dan signal yang diperoleh di kirim ke ECU (Elektronic Control Unit). Selanjutnya ECU mengirim signal ke injektor-injektor agar injektor dapat menginjeksikan bahan bakar yang tepat yang sudah bertekanan oleh pompa bahan bakar ke dalam intake port pada setiap silinder.
2.10.2 Perbandingan Udara dengan Bahan Bakar serta Kondisi kendaraan Selama Starting
Bila mesin akan mulai hidup (Strating), maka diperlukan campuran bahan bakar udara yang kaya untuk menyempurnakan kemampuan starting, khususnya bila temperatur rendah. Hal ini disebabkan karena:
1. Udara yang padat sehingga kecepatan masuknya udara rendah. 2. Temperatur masih rendah, menyebabkan bahan bakar sulit menguap.
Perbandingan Karburator dengan EFI ialah; KARBURATOR.
Bila temperatur masih rendah, Choke valve dalam keadaan tertutup rapat untuk membantu memperkaya campuran. Akan tetapi setelah mesin hidup, Choke breaker bekerja secara perlahan membuka katup choke, hal itu mencegah campuran bertambah kaya.
EFI
Putaran poros engkol (Crank Shaft) dideteksi oleh signal dari starter dan campuran yang kaya akan dialirkan pada waktu starter motor memutar poros engkol.
Cold Start Injector yang bekerja hanya pada temperatur rendah dalam memperbesar
volume penginjeksian. Katup ini direncanakan untuk menyempurnakan pengkabutan bahan bakar serta untuk mempermudah pembakaran.
Tugas Akhir
2.10.3 Kendaraan Pada Cuaca Dingin.
Kendaraan pada cuaca dingin menyebabkan penguapan bahan bakar rendah pada keadaan temperatur rendah, sehingga diperlukan campuran bahan bakar dan udara yang lebih banyak (kaya) pada waktu akan menghidupkan mesin.
Perbandingan Karburator dengan EFI ialah; KARBURATOR
Sistem Choke pada karburator melakukan fungsi jika temperatur rendah, yang bertujuan untuk mendapatkan campuran bahan bakar yang kaya. Choke Valve dapat bekerja secara manual atau otomatis. Pada sistem manual setelah mesin hidup dan mesin telah menjadi panas, pengemudi membuka choke valve. Pada sistem otomatis, membuka dan menutupnya dideteksi oleh Themostatic Coil akibatnya campuran bahan bakar secara bertahap kembali normal.
EFI
Temperatur air pendingin diukur oleh sensor untuk mendeteksi kondisi pada temperatur rendah. Sensor ini merupakan Thermister (semacam semikonduktor) yang dapat bervariasi sesuai dari temperatur air pendingin. Temperatur air pendingin yang dideteksi dirubah menjadi signal listrik dan dikirim ke ECU (Elektronic Control Unit) yang akan menambah campuran bahan bakar udara sesuai dengan sinyal yang diterima.
2.10.4 Kendaraan Selama Akselerasi
Bila kendaraan diakselerasikan dari kecepatan rendah dengan serentak, maka volume udara akan bertambah, Tetapi karena bahan bakar lebih berat dari udara, maka untuk sementara akan tarjadi keterlambatan pengaliran bahan bakar.
Perbandingan Karburator dengan EFI ialah; KARBURATOR
Untuk mencegah campuran yang kurus selama akselerasi, maka dilengkapi dengan sistem akselerasi. Bila Throttle Valve membuka dari posisi tertutup penuh, maka sejumlah bahan bakar yang disemprotkan melalui saluran khusus untuk
Tugas Akhir
mengkompensasikan keterlambatan pengiriman dari nosel utama.
EFI
Berbeda dengan karburator, pada sistem EFI tidak membuat suatu koreksi khusus selama akselerasi. Hal ini berhubungan dengan karburator, dimana bahan bakarnya dialirkan berdasarkan kevakuman. Pada sistem EFI bahan bakar yang bertekanan tinggi dengan serentak di injeksikan sesuai dengan perubahan volume udara yang masuk, dengan demikian tidak terjadi keterlambatan pengiriman bahan bakar.
2.10.5 Pengeluaran Tenaga Tinggi (High Power Output)
Bila mengendarai kendaraan pada permukaan jalan yang rata dengan kecepatan yang konstan, campuran dalam keadaan kurus (Air Fuel Ratio Ekonomis). Karena itu bila kecepatan ditambahkan, akan menyebabkan beban ekstra yang diderita oleh mesin, maka pada saat itu diperlukan campuran yang gemuk (Power Air Fuel Ratio) untuk menjamin bertambahnya tenaga.
Perbandingan Karburator dengan EFI ialah; KARBURATOR
Sistem power pada karburator mendeteksi bertambahnya beban mesin berdasarkan Vacuum pada Intake Manifold. Bila vacuum berkurang, power valve terbuka dan campuran yang gemuk akan disalurkan.
EFI
Tingkat beban mesin ditentukan oleh terbukanya sudut Throttle Valve, dan pembukaan ini dirubah menjadi signal listrik oleh Throttle Position Sensor. Pada saat sudut bukaan bertambah, volume injeksi bertambah untuk mendapatkan Power Air Fuel
Tugas Akhir
2.11 Keistimewaan EFI
Dibandingkan dengan karburator, EFI (Electronic Fuel Injection) mempunyai keuntungan sebagai berikut:
Memungkinkan pembentukan campuran yang homogen pada setiap silinder.
Dikarena setiap silinder mempunyai satu injektor dan volume injeksi yang tepat dikontrol oleh ECU yang sesuai dengan putaran mesin dan perubahan beban, hal ini memungkinkan distribusi bahan bakar ke setiap silinder akan homogen. Selanjutnya perbandingan bahan bakar dan udara dapat dikontrol dengan mudah oleh ECU dengan merubah waktu bekerjanya injektor (Fuel Injection Duration). Dengan alasan ini, campuran bahan bakar dengan udara yang didistribusikan keseluruh silinder sama dan membentuk perbandingan bahan bakar dan udara yang optimal, kejadian ini juga akan menguntungkan aspek Emission Control dan kemampuan mesin.
Perbandingan bahan bakar dan udara dapat diperoleh pada semua tingkat RPM mesin.
Single Nozzle pada karburator tidak dapat mengontrol perbandingan bahan bakar
dan udara secara tepat pada semua tingkat kecepatan. Sehingga pengontrolan dibagi, Menjadi : slow system, frist high speed system, second high speed system, dan lain lain. Campuran bahan bakar dan udara harus dibuat kaya selama perpindahan dari satu sistem ke sistem lainnya .Karena alasan ini, jika campuran bahan bakar dan udara tidak dipertahankan pada keadaan kaya maka akan terjadi ketidaknormalan (backfiring dan
tersendat) yang mungkin terjadi selama perubahan.
Dikarenakan adanya ketidaksamaan yang lebih besar dalam distribusi campuran bahan bakar dan udara diantara setiap silinder. Campuran bahan bakar dengan udara dipertahankan untuk mengoptimal menjadi campuran yang kaya.
Dengan EFI pengiriman campuran bahan bakar dan udara akan berlangsung terus menerus dengan tepat, dan pengiriman tersebut tidak tergantung pada kecepatan putaran mesin dan beban. Inilah yang merupakan keuntungan dari aspek emmision control dan
Tugas Akhir
penghematan bahan bakar.
Respon yang baik sesuai dengan perubahan throttle.
Dengan menggunakan jarak dari komponen injeksi bahan bakar ke silinder jarak yang jauh, karena perbedaan berat jenis yang besar antara bensin dengan udara sehingga mengakibatkan bahan bakar yang masuk ke dalam silinder sedikit, dalam hubungannya dengan perubahan volume udara yang masuk.
Dengan menggunakan EFI, masing masing injektor dipasang dekat silinder, dan bahan bakar ditekan dengan tekanan 2 3 kg/cm² (28,4 42,7 psi atau 294,2 kpa) lebih tinggi dari tekanan intake manifold. Karena bahan bakar diinjeksi melalui lubang kecil sehingga mudah membentuk kabut. Oleh karena itu, volume bahan bakar diinjeksikan secara serentak sehingga terjadinya perubahan. Dimana perubahan volume udara masuk sesuai dengan membukanya dan menutupnya throttle valve. Singkatnya, respon yang
baik sesuai dengan perubahan posisi pedal akselerasi.
Koreksi bahan bakar dan udara
Perbandingan koreksi bahan bakar antara lain; 1. Kompensasi pada temperatur rendah.
Kemampuan EFI untuk menghidupkan mesin pada temperatur rendah lebih baik, hal tersebut dikarenakan adanya Cold strat injector yang akan menginjeksikan bahan bakar selama mesin di stater. Karena udara yang dialirkan melalui air valve cukup, maka kendaraan dapat segera dijalankan dengan baik.
2. Penghentian bahan bakar.
Selama akselerasi dari tingkat RPM tinggi sampai throttle tertutup, volume udara yang masuk akan dikurangi dan kevakuman di dalam intake manifold akan menjadi besar.
Pada karburator, bensin yang menempel pada dinding intake manifold akan menguap dan masuk ke dalam silinder, akibatnya campuran akan menjadi kaya sehingga
Tugas Akhir
tidak terjadi pembakaran yang sempurna. Dimana bahan bakar tidak terbakar semuanya, sehingga terjadi penambahan HC (Hydro Carbon) dalam gas buang.
Pada sistem EFI saat throttle valve mulai menutup bahan bakar yang diinjeksikan terhenti sementara sampai batas rpm tertentu, sehingga kerapatan (density) HC pada gas buang akan menjadi kecil dan juga mengurangi konsumsi bahan bakar.
3. Efisiensi pemasukan campuran bahan bakar dan udara
Pada karburator aliran udara yang melalui venturi kecepatan alirannya bertambah mengakibatkan kevakuman akan terjadi dibawah venturi. Hal tersebut akan mengakibatkan campuran bahan bakar dan udara akan mengalir ke dalam silinder selama piston langkah hisap, akan tetapi venturi membatasi aliran udara yang masuk dan merugikan mesin.
Pada sistem EFI menggunakan tekanan bahan bakar sebesar 2 - 3 kg/cm² akan diperoleh pengkabutan yang baik sehingga tidak diperlukan venturi, juga intake manifold dapat dibuat lebih besar sehingga inersia udara masuk dapat digunakan memasukan campuran bahan bakar dan udara lebih banyak.
2.12 Bahan Bakar Mesin Otto
Bahan bakar cair yang biasa digunakan motor bakar adalah bensin yang didapat dari hasil penyulingan minyak bumi. Bensin mengandung Hidrokarbon yaitu senyawa yang mudah dibakar.
Sifat sifat yang harus dipenuhi adalah:
1. Mudah menguap pada tekanan dan temperatur normal. 2. Dapat melarutkan karet.
3. Mempunyai massa jenis rendah 0,6 ÷ 0,78 gr/cm³. 4. Mempunyai sifat tahan dentuman.
5. Mempunyai nilai kalor 10.000 kkal/kg.
Tugas Akhir
Pertamina:
Untuk bahan bakar bensin premium = 88 Untuk bahan bakar bensin pertamax = 92 Untuk bahan bakar bensin pertamax plus = 95
Petronas:
Untuk bahan bakar bensin prima 92 = 92 Untuk bahan bakar bensin prima 95 = 95
Shell:
Untuk bahan bakar bensin shell super = 92 Untuk bahan bakar bensin shell super ekstra = 95
Sumber Data dari internet (hhtp ://www.google.com)
2.13 Sistem Penyalaan (System Ignition)
Pembakaran dapat diartikan sebagai reaksi kimia dari hidrogen dan karbon yang terkandung dalam bahan bakar, dengan oksigen dari udara ruangan yang menyebabkan temperatur dan tekanan gas pembakaran naik. sehingga menghasilkan energi dalam bentuk panas.
Kondisi yang harus ada agar terjadinya pembakaran adalah:
1. Adanya campuran yang dapat terbakar. Pada pembakaran spark ignition engine, campuran ini adalah campuran udara dengan bahan bakar yang terjadi pada karburator atau pada intake manifold untuk sistem injeksi.
2. Adanya sesuatu yang menyulut pembakaran. Pembakaran dalam ruang bakar untuk mesin spark ignition engine terjadi karena adanya loncatan bunga api listrik kedua ujung elektroda busi.
Tugas Akhir
Gambar 2.12 Diagram Tekanan ( Thermodinamika ) Poros Engkol dalam Derajat
(Berens Arends Schot, Motor Bensin, Erlangga 1980)
Knocking terjadi apabila tekanan kompresi dalam ruang bakar terlalu tinggi. Maka,
campuran bahan bakar dan udara cenderung untuk terbakar. Sehingga terjadi peledakan dengan sendirinya.
Akibatnya akan terjadi:
1. Timbulnya bunyi yang membisingkan. 2. Hilangnya sebagian tenaga.
3. Motor menjadi panas.
4. Meningkatnya pemakaian bahan bakar (boros).
5. Rusaknya komponen komponen motor; piston, batang penggerak, poros engkol dan dinding silinder.
Perbandingan antara bahan bakar dan udara dengan udara berkisar 0,06 0,12 untuk menyalakan campuran bahan bakar dan udara yang miskin diperlukan tegangan yang relatif besar dari pada campuran yang kaya. Tingkat keadaan campuran udara dengan bahan bakar selama operasi berlangsung akan selalu berubah, karena itu perlu
Tugas Akhir
disediakan tegangan yang lebih besar untuk menjamin agar selalu terjadi loncatan api listrik didalam segala keadaan, misalnya antara 10.000 20.000 Volt. Pada motor bakar dengan perbandingan kompresi yang tinggi diperlukan tegangan yang lebih tinggi pula.
Agar diperoleh pembakaran yang sempurna, maka terjadinya loncatan bunga api listrik pada elektroda busi harus dilakukan pada saat yang tepat. Dengan kata lain diperlukan pengaturan saat penyalaan yang optimum. Waktu keterlambatan penyalaan (delay periode), yaitu waktu antara terjadinya loncatan pada busi dan pada saat mulai terjadinya pembakaran, berkisar antara 15 40 derajat engkol atau 1,7 sampai 4,5 m/s pada putaran 1500 rpm. Waktu keterlambatan penyalaan itu boleh dikatakan konstan. Oleh karena itu, makin tinggi kecepatan mesin saat penyalaan harus diajukan untuk memberikan waktu yang sama.
Pada motor bakar terdapat dua sistem penyalaan, yaitu sistem konvensional dan sistem magneto. Perbedaan keduanya adalah pada sumber energi listrik yang dipakai. Pada sistem konvensional ialah menggunakan baterai sedangkan pada sistem magneto menggunakan medan elektromagnet yang dibangkitkan oleh putaran magnet permanent.
2.14 Pembangkitan Daya
Perpindahan torak dari TMA-TMB-TMA-TMB-TMA untuk satu siklus, menimbulkan perubahan tekanan sepanjang 1 2 3 4 - 1. Luas diagram yang dibatasi 1 2 3 4 - 1 menunjukan daya yang dihasilkan persiklus dan disebut sebagai daya indikator. Tidak seluruh indikator daya yang berguna, sebagai daya indikator tersebut dibutuhkan untuk mengatasi gesekan-gesekan mekanik, misalnya antara torak dengan dinding silinder, gesekan antara poros dengan bantalannya. Disamping itu diperlukan juga daya untuk menggerakan aksesoris seperti lampu penerangan dan sebagainya. Dengan demikian, besarnya daya poros efektif adalah:
Ne = Nindikator (Ngesekan + Naksesoris)....(2.6)(Peng.Mula Motor Bakar Torak, hal; 32)
Dimana:
Tugas Akhir
Nindikator = daya yang dibangkitkan oleh kenaikan tekanan setelah terjadinya proses
pembakaran.
Ngesekan = kerugian daya akibat terjadinya gesekan mekanis.
Naksesoris = kerugian daya yang dipergunakan untuk menjalankan peralatan-peralatan
aksesoris.
Pada motor Otto besarnya daya indikator ini adalah 25 40% dari energi hasil pembakaran (tergantung nilai bahan bakar dan kesempurnaan pembakaran), 20 - 25% pindah ke fluida pendinginan, sedangkan kira-kira 40 50% terbawa keluar bersama-sama gas buang.
2.15 Sistem Pendinginan
Gas pembakaran didalam silinder dapat mencapai ± 2.500 º C. Karena proses itu terjadi berulang-ulang maka dinding silinder, kepala silinder, torak, katup dan beberapa bagian yang lain menjadi panas. Sebagian dari minyak pelumas, terutama yang membasahi dinding silinder, akan menguap dan akhirnya terbakar bersama dengan campuran bahan bakar.
Karena itulah perlu pada bagian tersebut mendapat pendinginan yang cukup agar temperaturnya tetap berada dalam batas yang diijinkan, yaitu sesuai dengan kekuatan material dan kondisi operasi yang baik. Proses pendinginan memerlukan fulida pendinginan yang dialirkan ke bagian mesin diluar silinder.
Berdasarkan fluida sistem pendinginan motor bakar dapat dibedakan sebagai berikut:
2.15.1 Pendinginan Air.
Pada motor bakar dengan pendinginan air, air pendinginan dialirkan dan mensirkulasikan media pendingin ke dinding silinder, kepala silinder serta bagian lain yang perlu didinginkan. Air pendingin akan menyerap kalor dari semua bagian tersebut kemudian mengalir dan meninggalkan dinding silinder menuju ke radiator atau alat pendingin yang menstabilkan temperatur mesin. Diagram siklus air pendingin dapat
Tugas Akhir
Gambar 2.13. Diagram Siklus Air Pendingin dari Motor Bakar Torak
(Wiranto Aris Munandar, Motor Bakar Torak, ITB Bandung 2002)
Banyak cara yang digunakan dalam pendinginan kembalinya air pendinginan. Pada mesin kendaraan biasanya mengunakan radiator. Air panas yang keluar dari mesin disalurkan melalui pipa-pipa vertikal didalam radiator yang dilengkapi dengan kisi-kisi pendingin untuk memperluas bidang perpindahan kalor. Oleh kipas udara, yang terdapat didalam radiator atau gerak laju kendaraan, udara atmosfir dipaksakan melewati kisi-kisi pada radiator dan menyerap kalor yang dilepas oleh air pendingin kepada dinding radiator. Jadi air pendinginan tidak berhubungan langsung dengan udara atmosfir, karena itu sistem pendinginan ini disebut sistem pendinginan tertutup.
2.16 Sistem Pelumasan
Bagian-bagian utama motor yang memerlukan pelumasan adalah torak dan bantalan. Diantara permukaan yang bergerak dengan bagian yang lain terbentuk lapisan minyak. Oil film dibentuk pada permukaan torak, cincin torak dan bantalan yang pembentukannya dapat bekerja secara sendiri atau serentak. Besarnya gesekan dapat dikurangi dengan menggunakan pelumas yang berfungsi memisahkan dua permukaan yang bergesekan. Akan tetapi didalam kenyataannya tidak ada goresan tanpa gesekan karena tidaklah mudah untuk memperoleh pemisahan yang sempurna. Pada umumnya motor bakar torak menggunakan mesin pelumas cair yang dinamakan minyak pelumas. Selain mudah disalurkan minyak pelumas berfungsi sebagai fluida pendingin, pembersih
Tugas Akhir
dan penyekat. Untuk memenuhi fungsinya sebagai minyak pelumas maka perlu memperhatikan beberapa sifat penting dari minyak pelumas, antara lain:
1. Kekentalan, kekentalan minyak pelumas harus disesuaikan dengan fungsinya untuk mencegah keausan permukan bagian yang bergesekan, terutama pada beban yang dan pada putaran rendah.
2. Indeks kekentalan, kekentalan minyak pelumas berubah-ubah menurut perubahan temperatur. Dengan sendirinya minyak pelumas yang baik tidak selalu peka terhadap perubahan temperatur, sehingga dapat berfungsi sebagaimana mestinya baik dalam keadaan dingin, pada waktu start maupun pada temperatur kerja.
3. Titik tuang, pada temperatur tertentu yang disebut titik tuang, minyak pelumas akan membentuk jaringan kristal yang menyebabkan minyak itu sukar mengalir, karena itu sebaiknya dipergunakan minyak pelumas dengan titik tuang yang serendah-rendahnya untuk menjamin agar minyak pelumas dapat mengalir dengan lancar kedalam pompa dan saluran pada setiap operasi.
4. Stabilitas, beberapa minyak pelumas pada temperatur tinggi akan berubah susunan kimianya sehingga terjadi endapan yang mengakibatkan cincin torak melekat pada alurnya.
5. Pelumasan, minyak pelumas harus memiliki pelumasan atau sifat melumasi yang cukup baik yaitu dapat membasahi permukaan logam. Hal ini berarti bahwa dalam segala keadaan selalu akan terdapat lapisan minyak pelumas pada permukaan bagian mesin yang bersentuhan.
Minyak pelumas didistribusikan keseluruh bagian mesin dengan menggunakan pompa minyak pelumas. Pompa minyak pelumas biasanya merupakan pompa roda gigi atau pompa trokoida. Tekanan minyak pelumas diatur oleh katup pengatur tekanan, sehingga tekanannya mencapai 2 4 kg/cm². Pompa trokoida merupakan roda gigi tetapi dengan roda gigi berbentuk dengan kurva trokoida. Sistem ini tidak menimbulkan bunyi yang keras jika dibandingkan dengan pompa roda gigi-gigi. Hal ini disebabkan karena tekanan minyak diantara gigi-gigi pada pompa roda gigi itu secara tiba-tiba berubah dari
Tugas Akhir
pompa.
Gambar 2.14 Pompa Trokoida
(Wiranto Aris Munandar & Koichi Tsuda, Motor Diesel Putaran Tinggi, Pradnya Paramita, Jakarta 2002)
Saringan minyak pelumas adalah dari jenis kertas saringan yang pada bagian tutupnya terdapat sebuah katup hubungan singkat yang diletakkan disamping katup pengatur tekanan minyak pelumas. Apabila kertas saringan tersebut tersumbat sehingga terjadi perbedan tekanan lebih besar dari pada 1,5 kg/cm², maka lubang pemasukan dan lubang pengeluaran dari katup hubungan singkat tersebut diatas akan berhubungan langsung. Keadaan tersebut akan mencegah terjadinya kekurangan aliran minyak pelumas. Katup hubungan singkat tersebut dinamakan katup simpangan. Oleh karena pemakaian minyak pelumas yang berdebu atau kotor itu sangat membahayakan, maka diperlukan rangkaian kontak untuk menyalakan lampu indikator. Umur saringan kertas sangat terbatas, sedangkan saringan kasa kawat atau saringan lapaisan plat logam, dapat dipakai untuk jangka panjang jika dirawat dengan baik. Sebelum menyalakan mesin periksalah minyak pelumas dengan batang pengukur. Apalagi pada waktu mesin bekerja, tekanan minyak pelumas turun dibawah harga yang ditentukan.
