SHOPAN PANGESTU I 8609031
commit to user
i
MODIFIKASI MESIN
SISTEM KONVENSIONAL MENJADI
SISTEM INJEKSI BAHAN BAKAR ELEKTRONIK PADA
TOYOTA KIJANG 5K (SISTEM UDARA)
PROYEK AKHIR
Diajukan sebagai salah satu syarat Untuk memperoleh gelar
Ahli Madya
Oleh :
SHOPAN PANGESTU NIM. I 8609031
PROGRAM DIPLOMA TIGA TEKNIK MESIN OTOMOTIF
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2012
(2)
commit to user
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
Proyek Akhir dengan Judul ” Modifikasi Mesin Sistem Konvensional Menjadi Sistem Injeksi Bahan Bakar Elektronik Pada Toyota Kijang 5K (Sistem Udara) ” ini telah disetujui untuk dipertahankan dihadapan Tim Penguji Tugas Akhir Program Studi DIII Teknik Mesin Otomotif Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Pada Hari :
Tanggal :
Pembimbing I Pembimbing II
Wibawa Endra Juana, S.T., M.T. NIP. 197009112000031001
Tri Istanto, S.T., M.T. NIP. 197308202000121001
(3)
commit to user
iii
HALAMAN PENGESAHAN
Proyek Akhir ini telah dipertahankan dihadapan Tim penguji Proyek Akhir Program Studi DIII Teknik Mesin Otomotif Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta dan diterima untuk memenuhi persyaratan mendapat gelar Ahli Madya.
Pada Hari :
Tanggal :
Tim Penguji Proyek Akhir 1. Ketua / Penguji I
……….
NIP.
( ) 2. Penguji II
... NIP.
( ) 3. Penguji III
... NIP.
( ) 4. Penguji IV
………
NIP.
( )
Disahkan, Mengetahui,
Ketua Program DIII Teknik Mesin Koordinator Proyek Akhir
Heru Sukanto, S.T., M.T. Jaka Sulistya Budi, S.T.
(4)
commit to user
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur Alhamdulillah kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga dalam penyusun laporan Proyek Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Sholawat dan salam senantiasa tercurah kepada uswah dan pemimpin kita Nabi Muhammad SAW, keluarga, para sahabat dan kepada semua pengikut sunnah beliau hingga akhir zaman.
Laporan Proyek Akhir dengan judul “MODIFIKASI MESIN SISTEM
KONVENSIONAL MENJADI SISTEM INJEKSI BAHAN BAKAR
ELEKTRONIK PADA TOYOTA KIJANG 5K (SISTEM UDARA)” disusun
sebagai syarat untuk mendapatkan gelar Ahli Madya (A.Md) dan menyelesaikan Program Studi DIII Teknik Mesin Otomotif Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Berkat bantuan dari berbagai pihak, Proyek Akhir dan Laporan Proyek Akhir ini dapat terselesaikan tepat waktu. Oleh karena itu, kami mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak dan Ibu penulis, yang selalu memberi motifasi dalam kehidupan sehari-hari;
2. Bapak Wibawa Endra Juana, S.T., M.T., selaku pembimbing I Proyek Akhir; 3. Bapak Tri Istanto, S.T., M.T., selaku pembimbing II Proyek Akhir;
4. Bapak Heru Sukanto, S.T., M.T., selaku ketua Program Studi Diploma III Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta;
5. Bapak Jaka Sulistya Budi, S.T., selaku koordinator Proyek Akhir;
6. Anwar Nasyrudin dan Fama Aqiftiar Falah sebagai teman satu kelompok, terima kasih atas kekompakkan dan kerja samanya dalam menyelesaikan Proyek Akhir;
7. Bapak Cipto dan Bapak Bambang, selaku pengelola Bengkel Sendang 4x4 yang telah memberikan banyak bimbingan kepada penulis selama mengerjakan Proyek Akhir;
8. Bapak Aryoto, S.T., selaku pengelola Bengkel Pro Mekanik Globalindo yang telah memberikan banyak bimbingan kepada penulis selama mengerjakan Proyek Akhir;
(5)
commit to user
v
9. Bapak Dimyadi, guru SMK Ma’arif Kudus yang menempuh jenjang S2 di Universitas Sebelas Maret dan telah memberikan bimbingan kepada penulis selama mengerjakan Proyek Akhir;
10. Bapak Solikhin, Bapak Rohmad, dan Bapak Sariyanto selaku laboran Motor Bakar terima kasih atas bimbingan dan bantuannya;
11. Teman-teman Diploma III Teknik Mesin Otomotif angkatan 2009;
12. Teman-teman PMPA Ajusta Brata Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dan keterbatasan ilmu dalam penyusunan laporan ini. Oleh karena itu, saran dan kritik yang bersifat membangun sangat diharapkan demi sempurnanya laporan ini. Akhir kata penulis hanya bisa berharap semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi penulis sendiri khususnya dan pembaca baik dari kalangan akademis maupun lainnya.
Surakarta, Juni 2012
Shopan Pangestu I8609031
(6)
commit to user
vi
MODIFIKASI MESIN SISTEM KONVENSIONAL MENJADI SISTEM INJEKSI BAHAN BAKAR ELEKTRONIK
PADA TOYOTA KIJANG 5K (SISTEM UDARA)
Oleh
SHOPAN PANGESTU ABSTRAK
Proyek Akhir ini bertujuan untuk memodifikasi sistem konvensional (karburator) pada engine 5K TOYOTA KIJANG menjadi EFI (Electronic Fuel Injection)dengan mengadopsi sistem injeksi engine 7K-E, yang difokuskan pada sistem udara, serta mengetahui perbedaan konsumsi bahan bakar dan gas buang mesin setelah dimodifikasi.
Proses modifikasi tersebut dilaksanakan melalui beberapa tahapan yaitu pembuatan perencanaan proses modifikasi, pengujian awal, pelepasan komponen konvensional dan injeksi, membersihkan komponen, analisa perbedaan komponen, survei harga komponen, pemasangan komponen sistem injeksi dan modifikasi, finishing, trouble and shooting, pengujian hasil akhir.
Pengujian konsumsi bahan bakar menunjukkan mesin injeksi lebih boros pada rpm rendah, cenderung sama pada putaran menengah, dan lebih irit pada putaran tinggi. Sedangkan hasil pengujian gas buang menunjukkan penurunan kadar HC dan CO yang dihasilkan. Kadar HC sebelum modifikasi adalah 896 ppm sedangkan setelah dimodifikasi adalah 369 ppm. Kadar CO mengalami penurunan dari 4,75% menjadi 0,5%. Sehingga mesin setelah dimodifikasi gas buangnya menjadi lebih ramah lingkungan.
(7)
commit to user
vii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
KATA PENGANTAR ... iv
ABSTRAK ... vi
DAFTAR ISI ... vii
DAFTAR GAMBAR ... ix
BAB I PENDAHULUAN ...1
1.1 Latar Belakang Masalah ...1
1.2 Perumusan Masalah ...3
1.3 Batasan Masalah ...3
1.4 Tujuan Proyek Akhir...3
1.5 Manfaat Proyek Akhir...3
1.6 Metode Penulisan ...3
1.7 Sistematika Penulisan ...4
BAB II DASAR TEORI...5
2.1 Sistem Udara Karburator ...5
2.1.1 Saringan Udara ...7
2.1.2 Sistem Pemasukan Udara Panas ...9
2.1.3 Karburator ...10
2.1.4 Intake Manifold ...12
2.2 Sistem Udara Pada EFI (Electronic Fuel Injection) ...12
2.2.1 Sistem Induksi Udara ...14
2.2.2 Silinder ...17
2.2.3 Exhaust Manifold ...19
2.2.4 Pipa Buang ...20
2.2.5 Catalytic Converter ...21
2.2.6 Muffler ...21
2.3 Sistem Kontrol Elektronik ...22
2.3.1 Prinsip Kerja Sistem Kontrol Elektronik ...22
2.3.2 Sensor ...23
2.3.3 ECU (Electronic Control Unit) ...31
2.3.4 Aktuator ...32
2.4 Emisi Gas Buang ...36
2.4.1 Ambang Batas Uji Emisi ...36
BAB III PERENCANAAN DAN GAMBAR ...38
3.1 Perencanaan Pelaksanaan Proyek Akhir ...38
3.2 Gambar Komponen Sistem Udara ...41
BAB IV PEMBUATAN DAN PEMBAHASAN ...44
(8)
commit to user
viii
4.2 Pengujian Awal ...45
4.2.1 Konsumsi Bahan Bakar ...45
4.2.2 Emisi Gas Buang ...47
4.3 Persiapan Sistem Injeksi Pada Engine 7K-E ...49
4.3.1 Memeriksa Kondisi Engine Stand ...49
4.3.2 Menghidupkan Engine Stand ...50
4.4 Pelepasan Komponen Sistem Udara Pada Engine 7K-E ...50
4.4.1 Penandaan Wiring Konektor ...50
4.4.2 Pelepasan Wiring ...50
4.4.3 Pelepasan Komponen Sistem Udara ...51
4.4.4 Membersihkan Komponen ...53
4.5 Pelepasan Komponen Sistem Udara Pada Engine 5K ...53
4.5.1 Pelepasan Komponen ...54
4.5.2 Analisa Persamaan dan Perbedaan Komponen ...55
4.6 Pengadaan Komponen (Sparepart) Pada Sistem Udara ...56
4.7 Pemasangan dan Modifikasi ...57
4.7.1 Membersihkan Komponen ...57
4.7.2 Modifikasi dan Pemasangan Komponen Sistem Udara ....57
4.7.3 Pemasangan Kontrol Elektronik ...63
4.8 Finishing ...69
4.9 Pengujian Akhir ...70
4.9.1 Konsumsi Bahan Bakar Akhir ...70
4.9.2 Emisi Gas Buang ...73
4.10 Pembahasan ...74
4.10.1 Konsumsi Bahan Bakar ...74
4.10.2 Emisi Gas Buang ...76
BAB V PENUTUP...80
5.1 Kesimpulan ...80
5.2 Saran ...80 DAFTAR PUSTAKA
(9)
commit to user
ix
DAFTAR GAMBAR
1. Gambar 2.1 Sistem Pemasukan dan Pembuangan ...5
2. Gambar 2.2 Perbandingan Kompresi ...6
3. Gambar 2.3 Saringan Udara Tipe Kertas ...7
4. Gambar 2.4 Saringan Udara Tipe Kertas Axial Flow ...8
5. Gambar 2.5 Pre Air Cleaner ...8
6. Gambar 2.6 Filter Udara Tipe Oil Tube ...9
7. Gambar 2.7 Filter Udara Tipe Cyclon ...9
8. Gambar 2.8 Sistem HAI ...10
9. Gambar 2.9 Venturi ...11
10. Gambar 2.10 Venturi Karburator ...11
11. Gambar 2.11 Intake Manifold ...12
12. Gambar 2.12 Sistem EFI ...13
13. Gambar 2.13 Sistem D-EFI dan L-EFI ...13
14. Gambar 2.14 Tipe Filter Udara ...14
15. Gambar 2.15 Saluran Bypass ...15
16. Gambar 2.16 Throttle Body ...15
17. Gambar 2.17 Air Intake Chamber ...16
18. Gambar 2.18 Intake Manifold ...16
19. Gambar 2.19 Langkah Hisap (Intake Stroke) ...17
20. Gambar 2.20 Langkah Kompresi (Compression Stroke) ...18
21. Gambar 2.21 Grafik Pembakaran...18
22. Gambar 2.22 Langkah Usaha (Power Stroke) ...19
23. Gambar 2.23 Langkah Buang (Exhaust Stroke) ...19
24. Gambar 2.24 Exhaust Manifold ...20
25. Gambar 2.25 Sensor Oksigen...20
26. Gambar 2.26 Pipa Buang ...20
27. Gambar 2.27 Catalitic Converter ...21
28. Gambar 2.28 Muffler ...21
29. Gambar 2.29 Sistem Kontrol Elektronik pada EFI ...22
30. Gambar 2.30 Prinsip Kerja Sistem control Elektronik ...23
31. Gambar 2.31 Intake Air Temperature Sensor ...23
32. Gambar 2.32 IAT Circuit ...24
33. Gambar 2.33 Air Flow Meter ...24
34. Gambar 2.34 Air Flow Meter Circuit ...25
35. Gambar 2.35 MAP sensor ...25
36. Gambar 2.36 MAP Sensor Circuit ...26
37. Gambar 2.37 Throttle Position Sensor ...26
38. Gambar 2.38 Throttle Position Sensor Circuit ...26
39. Gambar 2.39 Water Temperature Sensore Circuit ...27
40. Gambar 2.40 Sensor pendeteksi camshaft ...27
41. Gambar 2.41 Sensor pendeteksi crankshaft ...28
42. Gambar 2.42 Starter signal...28
43. Gambar 2.43 Sensor pendeteksi knocking ...29
44. Gambar 2.44 Oxigen sensor ...23
(10)
commit to user
x
46. Gambar 2.46 Vehicle Speed Sensor ...31
47. Gambar 2.47 ECU 7K-E ...31
48. Gambar 2.48 Injector ...32
49. Gambar 2.49 Fuel pump ...33
50. Gambar 2.50 Idle speed control ...33
51. Gambar 2.51 Exhaust gas recirculating (EGR) ...34
52. Gambar 2.52 Relay ...34
53. Gambar 2.53 Data Trouble Code ...35
54. Gambar 2.54 Check engine ...35
55. Gambar 2.55 Igniter ...36
56. Gambar 2.56 Check conector ...35
57. Gambar 3.1 Air Filter ...41
58. Gambar 3.2 Throttle Body ...41
59. Gambar 3.3 Air Intake Chamber ...42
60. Gambar 3.4 Air Intake Manifold...42
61. Gambar 3.5 Exhaust Manifold ...43
62. Gambar 3.6 Exhaust Pipe ...43
63. Gambar 4.1 Pemasangan selang bensin pada input filter...45
64. Gambar 4.2 Gelas ukur yang diisi bensin ...46
65. Gambar 4.3 Selang input dimasukkan pada gelas ukur ...46
66. Gambar 4.4 Pemasangan tachometer ...46
67. Gambar 4.5 Grafik Fuel Comsumtion ...47
68. Gambar 4.6 Gas Analizer ...48
69. Gambar 4.7 Sensor uji emisi dimasukkan dalam muffler ...48
70. Gambar 4.8 Perbaikan Pada Map Sensor ...49
71. Gambar 4.9 Melepaskan Throttle Body ...51
72. Gambar 4.10 Melepaskan Intake Chamber ...51
73. Gambar 4.11 Melepaskan Sistem Bahan Bakar ...51
74. Gambar 4.12 Melepaskan front pipe ...52
75. Gambar 4.13 Melepaskan Intake Manifold dan Exhaust Manifold ...52
76. Gambar 4.14 Melepaskan Wiring ...53
77. Gambar 4.15 Membersihkan Komponen ...53
78. Gambar 4.16 Melepaskan Filter Udara ...54
79. Gambar 4.17 Melepaskan karburator, intake dan exhaust manifold...54
80. Gambar 4.18 Persamaan permukaan intake dan exhaust manifold ...55
81. Gambar 4.19 Perbedaan Sambungan front pipe ...56
82. Gambar 4.20 Permukaan Dudukan Manifold ...57
83. Gambar 4.21 Dudukan oxygen sensor ...58
84. Gambar 4.22 Baut yang akan dipindah ...58
85. Gambar 4.23 Pemasangan Intake dan Exhaust Manifold ...59
86. Gambar 4.24 Pemasangan Intake Chamber ...59
87. Gambar 4.25 Pemasangan Throttle Body ...60
88. Gambar 4.26 Pemasangan Air conector pipe ...60
89. Gambar 4.27 Dudukan Filter House ...61
90. Gambar 4.28 Pemasangan dan Modifikasi Air Filter ...61
91. Gambar 4.29 Front pipe satu saluran ...62
92. Gambar 4.30 Front pipe dua saluran ...62
(11)
commit to user
xi
94. Gambar 4.32 Front pipe yang telah terpasang ...63
95. Gambar 4.33 ECU 7K-E dan ECU 5A-FE ...64
96. Gambar 4.34 Perakitan wiring baru ...64
97. Gambar 4.35 Letak Intake Air Temperature Sensor ...65
98. Gambar 4.36 Letak Sensor Throttle Position ...65
99. Gambar 4.37 Letak Sensor Mass Absolute Pressure ...66
100.Gambar 4.38 Letak Sensor Oxygen ...66
101.Gambar 4.39 Letak Sensor water temperature ...67
102.Gambar 4.40 Letak Sensor NE ...67
103.Gambar 4.41 Letak Idle Speed Control ...67
104.Gambar 4.42 Letak Injector ...68
105.Gambar 4.43 Letak Fuel Pump ...68
106.Gambar 4.44 Check Engine Lamp ...69
107.Gambar 4.45 OBD Conector ...69
108.Gambar 4.46 Wiring Finshing ...70
109.Gambar 4.47 Letak ECU ...70
110.Gambar 4.48 Pemasangan pompa bensin pada gelas ukur ...71
111.Gambar 4.49 Pemasangan Tachometer ...71
112.Gambar 4.50 Grafik Fuel Comsumtion ...72
113.Gambar 4.51 Gas Analizer ...73
114.Gambar 4.52 Sensor uji emisi dimasukkan dalam muffler ...73
(12)
commit to user
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Perkembangan teknologi di bidang industri otomotif sekarang ini semakin maju dan berkembang pesat sesuai dengan perkembangan zaman. Seiring berkembangnya teknologi tersebut, kebutuhan manusia akan sarana transportasi juga semakin meningkat untuk memenuhi aktivitas kehidupan sehari-hari. Hal itu dapat dilihat dengan semakin bertambahnya jumlah kendaraan pribadi, kendaraan umum maupun kendaraan niaga yang beroperasi dan kadang menimbulkan kemacetan di jalan raya. Selain menyebabkan kemacetan, gas buang yang dihasilkan kendaraan menjadi penyumbang pencemaran udara terbesar pada saat ini.
Kendaraan yang beroperasi tersebut tidak semuanya memiliki teknologi yang secanggih kendaraan zaman sekarang. Awal mula kendaran memakai sistem konvensional yang kurang efisien pada tenaga maupun gas buang yang dihasilkan. Semakin canggih teknologi yang diterapkan pada kendaraan akan dapat meningkatkan efisiensi pada tenaga dan gas buang sisa hasil pembakaran bahan bakar. Terdapat beberapa kandungan gas pada gas sisa hasil pembakaran, diantaranya adalah CO (karbon monoksida), HC (hidro karbon), NO (nitrogen monoksida), SO2 (sulfur oksida), CO2 (karbon dioksida), O2 (oksigen), Pb (timbal).
Dari beberapa gas yang terkandung pada gas buang tersebut yang paling bersifat perusak adalah karbon monoksida (CO). Kendaraan yang masih menggunakan sistem konvensional (karburator) akan menghasilkan kandungan gas CO yang lebih tinggi dibandingkan dengan kendaran dengan teknologi zaman sekarang atau yang sering disebut dengan EFI (Electronic Fuel Injection).
Meningkatnya kandungan gas CO pada udara akan mengakibatkan menurunnya sistem saraf sentral, perubahan fungsi jantung dan paru-paru, mengantuk, koma, sesak nafas dan yang paling membahayakan dapat menimbulkan kematian. Bahkan dapat menimbulkan kerusakan pada tanaman, bangunan, dan bahan lainnya. Selain itu gas CO dapat menimbulkan terjadinya pemanasan global (global warming issues). Pemanasan global sebagai salah satu
(13)
commit to user
penyebab perubahan iklim yang tidak menentu, pencairan es dikutub, abrasi pantai, dan masih banyak lagi kerusakan alam sebagai dampak pemanasan global. Oleh karena itu perlu adanya tindakan untuk mengurangi pemanasan global, karena dalam jangka waktu yang panjang dapat mengancam kelangsungan hidup manusia.
Pemakaian kendaraan yang berteknologi EFI (Electronic Fuel injection)
merupakan salah satu upaya pengurangan terjadinya pemanasan global dengan menggunakan teknologi yang ramah lingkungan. Dengan penerapan teknologi tersebut pada kendaraan, kandungan gas CO pada gas hasil pembakaran akan lebih sedikit dibanding dengan kendaraan sistem konvensional (karburator). Selain itu, kendaraan yang berteknologi EFI mempunyai beberapa keuntungan di antara lain :
a. Memungkinkan pembentukan campuran homogen pada tiap silinder.
b. Perbandingan campuran bahan bakar dan udara yang akurat pada setiap putaran mesin menjadikan sempurnanya pembakaran, sehingga dapat mengurangi emisi gas buang.
c. Meningkatkan tenaga mesin. Ketepatan takaran campuran pada masing-masing silinder, dapat menghasilkan tenaga yang lebih besar.
d. Lebih baik ketika dioperasikan pada semua kondisi temperatur. Adanya sensor yang mendeteksi temperatur, pengontrolan penginjeksian bahan bakar menjadi lebih baik.
e. Perawatan yang lebih mudah.
Pada sistem EFI juga terdapat kekurangannya, seperti biaya perawatan dan suku cadang yang lebih mahal.
Terdapat banyak keunggulan dengan penggunaan teknologi EFI, namun masih ada pula kendaraan dengan sistem konvensional yang beroperasi. Hal tersebut menjadi kajian pada proyek akhir ini, yaitu mengubah sistem konvensional (karburator) pada TOYOTA KIJANG engine 5K menjadi sistem EFI (Electronic Fuel Injection) dengan mengadopsi sistem EFI pada engine 7K. Dengan harapkan di perolehnya performance yang bagus dengan gas buang yang lebih ramah lingkungan.
(14)
commit to user
1.2 Perumusan Masalah
Perumusan masalah pada Proyek Akhir ini adalah memodifikasi sistem konvensioal (karburator) pada mesin Toyota Kijang 5K menjadi sistem injeksi dengan mensubtitusikan sistem injeksi bahan bakar elektronik engine 7K-E.
1.3 Batasan Masalah
Berdasarkan perumusan masalah diatas, maka dalam laporan Proyek Akhir ini secara garis batasan-batasan masalah adalah sebagai berikut :
1. Sistem udara pada modifikasi sistem konvensional (karburator) pada engine Toyota Kijang 5K menjadi sistem injeksi dengan mensubtitusikan sistem injeksi bahan bakar elektronik engine 7K-E.
1.4 Tujuan Proyek Akhir
Tujuan dalam pelaksanaan Proyek Akhir ini adalah :
1. Memodifikasi kendaraan sistem konvensional (karburator) menjadi sistem EFI; 2. Membandingkan gas buang yang dihasilkan dan konsumsi bahan bakar pada
setiap sistem;
3. Mampu menggambar komponen-komponen sistem udara secara tiga dimensi dengan menggunakan software Solid Work.
1.5 Manfaat Proyek Akhir
Manfaat dari pelaksanaan Proyek Akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Menambah pengetahuan dan kemampuan dalam bidang memodifikasi kendaraan yang memakai sistem konvensional (karburator) menjadi sistem EFI;
2. Menambah referensi mengenai cara memodifikasi sistem konvensional (karburator) menjadi sistem EFI.
1.6 Metode Penulisan
Metode yang digunakan pelaksanaan dan pengumpulan bahan dalam pembuatan laporan Proyek Akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Metode observasi
Metode ini dilakukan dengan cara mengadakan pengamatan langsung dan mencatat secara langsung segala spesifikasi dan performance pada engine
(15)
commit to user
2. Metode wawancara
Metode ini dilakukan dengan mengajukan pertanyaan secara langsung kepada narasumber atau kepada pihak-pihak lain yang dapat memberikan informasi sehingga membantu dalam penulisan laporan ini.
3. Konsultasi
Penulis melakukan konsultasi untuk memperoleh bimbingan serta arahan dari pembimbing Proyek Akhir.
4. Metode literatur
Metode ini dilakukan dengan mengumpulkan data-data yang berasal dari buku-buku dan dari internet yang ada kaitannya dengan sistem udara pada kedua sistem.
1.7 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan yang dipakai dalam penyusunan laporan Proyek Akhir ini adalah sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini memaparkan tentang latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat proyek akhir, metode penulisan, serta sistematika penulisan. BAB II DASAR TEORI
Pada bab ini memaparkan perbedaan sistem udara pada kedua sistem dan penjelasan sistem injeksi.
BAB III PERENANAAN DAN GAMBAR
Pada bab ini berisi perencanaan yang akan dilakukan pada proses modifikasi
engine sistem konvensional menjadi engine sistem injeksi (EFI) dan hasil gambar tiga dimensi komponen-komponen sistem udara dengan software Solid Work.
BAB IV PEMBUATAN DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini berisi tentang proses pengerjaan modifikasi engine sistem konvensional menjadi engine sistem injeksi (EFI) dan pembahasan hasil pengujian engine sebelum dimodifikasi dengan engine setelah dimodifikasi. BAB VI PENUTUP
Pada bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran. DAFTAR PUSTAKA
(16)
commit to user
5
BAB II DASAR TEORI
2.1 Sistem Udara Pada Karburator
Sistem pemasukan (intake system) terdiri dari saringan udara (air cleaner), karburator dan intake manifold. Saringan udara membersihkan kotoran udara sebelum masuk ke silinder untuk bercampur dengan bensin. Karburator berfungsi mencampur udara dan bahan bakar dengan perbandingan sesuai beban pada mesin. Intake manifold menyalurkan campuran bahan bakar dan udara kedalam silinder untuk proses kompresi. Udara tersebut dapat mengalir melewati sistem pemasukan (intake sistem) karena kevakuman pada silinder yang disebabkan gerakan piston ke TMB (Titik Mati Bawah) ketika kedua katub dalam posisi menutup. Udara mengalir dari saringan udara masuk ke karburator, dan campuran udara dan bahan bakar yang disiapkan dalam karburator dipanaskan didalam
intake manifold. Intake manifold dibuat sedemikian rupa sehingga dapat membagikan campuran udara dan bahan bakar sama rata ke semua silinder.
(17)
commit to user
Campuran udara dan bahan bakar yang masuk kedalam silinder akan akan dikompresi didalam silinder oleh piston dalam posisi kedua menutup, yang disebut dengan langkah kompresi. Pada saat langkah kompresi terdapat perbandingan kompresi yang merupakan perbandingan dari volume silinder dengan volume ruang bakar. Volume silinder dengan torak pada posisi TMB (V2)
dan volume ruang bakar dengan torak pada posisi TMA (V1). Dengan nilainya
dapat dihitung sebagai berikut :
Gambar 2.2 Perbandingan Kompresi V1 : Volume ruang bakar
V2 : Volume langkah piston
Jadi perbandingan kompresi : V1 + V2
V1
Contoh :
V1 + V2 32 cc + 315 cc 10,8
V1 32 cc
Selanjutnya perbandingan kompresi yang lebih tinggi menghasilkan tekanan gas pembakaran lebih besar pula, menghasilkan output yang lebih besar. Pada umumnya perbandingan kompresi ialah antara 8 : 1 sampai 11 : 1 dalam mesin bensin.
Sistem pembuangan (exhause system) terdiri dari exhause manifold, exhause pipe (knalpot) dan muffler. Exhause manifold menampung gas bekas pembakaran dari silinder dan mengeluarkan ke udara melalui knalpot. Muffler menyerap bunyi yang disebabkan oleh keluarnya gas bekas. Sistem exhause termasuk juga
(18)
commit to user
dikembalikan ke udara. Untuk penambahan ini ada beberapa perlengkapan
emission control lainnya.
2.1.1 Saringan Udara (Air filter)
Udara luar biasanya mengandung debu. Apabila debu masuk kedalam silinder-silinder bersama udara yang dihisap, hal ini akan mempercepat keausan dan mengotori oli pelumas. Akibatnya masa penggunaan mesin menjadi pendek. Oleh karena itu, debu harus dibersihkan dari udara yang masuk sebelum sampai ke silinder-silinder. Pada kendaraan, udara yang masuk dibersihkan oleh saringan udara. Saringan udara juga dapat mengurangi kecepatan udara dan mengurangi suara-suara berisik udara. Saringan udara harus diperiksa dan dibersihkan secara rutin, sebab elemennya berangsur-angsur akan tersumbat dengan debu dan tidak dapat memberikan udara yang cukup pada mesin. Hal itu akan menyebabkan tenaga mesin menjadi turun.
Ada beberapa tipe saringan udara yang digunakan pada kendaraan, tipe saringan udara yang dipakai pada kendaraan ini termasuk saringan udara tipe kertas. Saringan udara lainnya ada yang elemennya terbuat dari baja wool yang direndam minyak (oil bath type), tipe siklon dan sebagainya. Pada umumnya banyak digunakan tipe elemen kertas. Sedangkan pre-air cleaner tipe siklon direncanakan khusus untuk daerah yang berdebu, berpasir.
1. Saringan Udara Tipe Kertas
Saringan udara ini terdiri dari elemen yang dibuat dari kertas atau kain. Elemen diletakkan didalam rumah saringan udara (air cleaner case), pada beberapa saringan udara yang menggunakan elemen ini dapat dicuci dengan air.
(19)
commit to user
Belakangan ini beberapa saringan udara menggunakan elemen tipe axial flow seperti diperlihatkan pada gambar 2.4 dibawah ini. Saringan udara tipe
axial flow elemen-elemennya dapat dibuat lebih kompak dan ringan.
Gambar 2.4 Saringan Udara Tipe Kertas Axial Flow
2. Pre-Air Cleaner
Pre-air cleaner adalah sejenis saringan udara pusaran. Dengan efesiensi udara yang tinggi dan mempunyai bagian sirip yang memisahkan kotoran dari udara dengan adanya gaya sentrifugal. Debu ditampung dalam penampung khusus (dus trap). Tipe saringan udara ini sering kali tidak diperlukan penggantian elemen yang terlalu sering dibanding dengan tipe saringan udara lainnya.
Gambar 2.5 Pre Air Cleaner
3. Saringan Udara Tipe Oil Bath
Saringan udara tipe ini berisikan oli di bagian bawah rumah saringan, seperti pada gambar. Elemen dibuat dari baja wool. Partikel-partikel debu yang besar, kotoran-kotoran, pasir dan sebagainya jatuh di dalam genangan
(20)
commit to user
(rendaman oli). Udara yang dihisap melalui elemen saringan telah dibersihkan oleh elemen yang terbuat dari baja wool tadi sebelum mencapai mesin.
Gambar 2.6 Filter Udara Tipe Oil Tube
4. Saringan Udara Tipe Siklon
Saringan udara tipe siklon (cyclone type air cleaner) ini adalah salah satu saringan udara tipe kertas yang menggunakan kertas sebagai elemen. Elemen ini berbentuk sirip-sirip untuk menghasilkan pusaran udara. Sebagian partikel-partikel, kotoran, pasir dan lain-lain ditampung dalam kotak saringan oleh gaya sentrifugal dari pusaran udara. Partikel-partikel yang kecil diserap oleh elemen kertas. Perencanaan ini tujuannya untuk mengurangi tersumbatnya elemen saringan dan tidak dibutuhkannya perawatan yang terlalu sering seperti tipe lainnya.
Gambar 2.7 Filter Udara Tipe Cyclon
2.1.2 Sistem Pemasukan Udara Panas (Hot Air Intake)
Campuran udara dan bahan bakar lebih dingin dibandingkan dengan udara luar, hal tersebut disebabkan karena udara kehilangan panas saat terjadinya
(21)
commit to user
penguapan pada bensin. Dengan alas an ini, campuran udara dan bahan bakar tidak mudah menguap atau menjadi kristal dalam udara dingin, tidak seperti apabila dalam udara panas. HAI (Hot AirIntake) suatu sistem yang dibuat untuk memanaskan udara yang dihisap dengan memanfaatkan panas dari gas bekas. Sejak adanya perlengkapan tambahan ini tidak ada masalah dalam pemanasan yang dapat berlaku secara manual atau otomatis. Pada sistem otomatis terdiri sistem otomatis terdiri dari wax atau elemen bimetal, yang mendeteksi temperatur udara yang masuk dan menggerakkan sistem pada on atau off sesuai dengan keadaan temperatur.
Sistem Automatic HAI tipe bimetal mempunyai katup termostat (elemen bimetal) didalam rumah saringan udara dan vakum diafragma pada saluran masuknya. Vakum diafragma bekerja dengan kevakuman dalam intake manifold
dan mengontrol switch udara panas atau dingin.
Belakangan ini sistem HAI juga termasuk sebuah katup wax (wax valve) dan katub HIC (Hot Idle Compensation). Sebagai tambahan pada switch otomatis udara panas atau dingin, digunakan untuk mengatur temperatur udara yang ke
intake manifold dalam tingkat yang sesuai dengan temperatur bagian dalam mesin. Dengan kata lain, tipe sistem HAI baru ini memainkan peranan pada katup-katup HIC dengan baik.
Gambar 2.8 Sistem HAI
2.1.3 Karburator
Karburator adalah sebuah alat yang mencampur udara dan bahan bakar untuk sebuah mesin pembakaran dalam, perbandingan campuran udara dan bahan bakar sesuai beban pada mesin. Udara tercampur dengan bahan bakar ketika
(22)
commit to user
udara melewati venturi pada karburator. Prinsip kerja pada venturi adalah perbedaan tekanan yang terjadi. Udara yang mengalir dengan kecepatan tetap kedalam ruang bakar yang ditunjukkan pada gambar 2.9 akan melewati venturi, maka udara yang masuk dan keluar dari venturi kecepatannya sama. Udara yang melalui venturi harus lebih besar kecepatannya dibanding dari tempat lainnya, sebab venturi menyempit. Hal ini juga bertujuan agar tekanan udara dalam venturi lebih rendah dibanding dengan bagian lainnya.
V1 < V2 V2 > V3
P1 > P2 P2 < P3
V1,P1 V2,P2 V3,P3 Gambar 2.9 Venturi
Pada karburator bahan bakar disalurkan oleh main nozzle ke venturi. Pada saat udara terhisap melewati venturi, maka tekanan pada venturi menjadi rendah. Dengan kecepatan udara yang bertambah maka bahan bakar akan terhisap melalui
main nozzle dan bercampur dengan udara yang kemudian mengalir menuju ruang bakar. Banyaknya bahan bakar yang tercampur akan bertambah sesuai dengan kecepatan udara yang dihisap. Besarnya kecepatan aliran udara diatur oleh katup
throttle, yang gerakannya diatur oleh pedal akselerator.
(23)
commit to user
2.1.4 Intake Manifold
Intake manifold mendistribusikan campuran udara bahan bakar yang diproses oleh karburator ke silinder-silinder. Intake manifold dibuat dari paduan aluminium, yang dapat memindahkan panas lebih efektif dibandingkan logam lainnya. Intake manifold diletakkan sedekat mungkin dengan sumber panas yang memungkinkan campuran udara dan bensin cepat menguap. Pada beberapa mesin,
intake manifold letakknya dekat dengan exhaust manifold. Ada juga mesin yang
water jacketnya ditempatkan didalam intake manifold untuk memanaskan campuran udara bensin dengan adanya panas dari air radiator.
Gambar 2.11 Intake Manifold
2.2 Sistem Udara Pada EFI (Electronic Fuel Injection)
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. Electronic Control Unit (ECU) mengatur jumlah bahan bakar untuk dikirim ke mesin pada saat penginjeksian dengan perbandingan udara dan bahan bakar yang optimal berdasarkan kepada karakteristik kerja mesin. Sistem EFI menjamin perbandingan udara dan bahan bakar yang ideal dan efisiensi bahan bakar yang tinggi pada setiap saat.
Sistem EFI dirancang untuk mengukur jumlah udara yang dihisap. Udara bersih dari saringan udara (air cleaner) melalui throttle body kemudian masuk ke
intake chamber. Besarnya jumlah udara yang masuk ke dalam intake chamber
ditentukan oleh lebarnya katup throttle yang terbuka oleh tarikan pedal gas. Aliran udara akan masuk melalui intake manifold kemudian ke ruang bakar (combustion chamber).
(24)
commit to user
Gambar 2.12 Sistem EFI
Ada dua sistem untuk mendeteksi jumlah udara yang masuk, yaitu sistem
airflow meter (L-EFI) dan sistem manifold pressure sensor (D-EFI). Dengan demikian sensor-sensor tersebut akan mengirim signal ke ECU untuk mengontrol penginjeksian bahan bakar yang sesuai.
1. Sistem D-EFI (Manifold Pressure Control Type)
Sistem D-EFI Mengukur Tekanan udara dalam intake manifold dan kemudian melakukan perhitungan jumlah udara yang masuk. Sistem D-EFI tidak begitu akurat dibandingkan dengan sistem L-EFI dalam mendeteksi jumlah udara yang masuk ke dalam intake manifold.
(25)
commit to user
2. Sistem L-EFI (Airflow Control Type)
Dalam sistem L-EFI, airflow meter langsung mengukur jumlah udara yang mengalir ke dalam intake manifold. Airflow meter mengukur jumlah udara dengan sangat akurat. Sistem L-EFI dapat mengontrol penginjeksian bahan bakar lebih tepat dibandingkan dengan sistem D-EFI.
2.2.1 Sistem Induksi Udara (Air Induction System)
Sistem induksi udara (air induction system) menyalurkan sejumlah udara yang diperlukan untuk pembakaran. Sistem ini terdiri atas : air cleaner, throttle body, air valve, intake chamber dan intake manifold.
1. Saringan Udara (Air Cleaner)
Saringan udara adalah komponen yang berfungsi menyaring udara bebas dari luar yang akan masuk ke ruang pembakaran agar selalu dalam keadaan bersih. Fungsi ini sangat berperan penting terhadap umur dan keawetan dari mesin. Udara yang masuk ke dalam silinder masih banyak mengandung debu yang akan terhisap dan menempel pada dinding silinder dan akan mengotori minyak pelumas, yang pada akhirnya dapat merusak mesin.
Selain berfungsi sebagai penyaring, saringan udara ini juga berfungsi menghilangkan suara desis udara yang masuk dengan cara mengurangi kecepatan masuknya udara. Ada dua jenis saringan udara yang beredar, yaitu elemen kertas dan jenis saringan minyak.
Gambar 2.14 Tipe Filter Udara
Untuk menghubungkan air filter dengan throttle body diperlukan air conector. Air conector biasanya terbuat dari karet yang fleksibel dengan tujuan untuk meredam getaran mesin, karena sebagian besar air filter dipasang pada
(26)
commit to user
ini. Pada air conector juga terpasang sensor suhu udara (Intake Air Temperature Sensore) yang akan mendeteksi suhu udara yang terhisap.
2. Throttle Body
Throttle body terdiri dari throttle valve yang mengontrol volume udara masuk selama mesin bekerja normal, saluran bypass yang melewati udara saat
idling, dan throttle position sensor yang mendeteksi sudut pembukaan throttle. Pada saat putaran lambat, katup throttle ditutup dan udara mengalir melalui bypass ke ruang udara masuk. Menyetel sekrup putaran lambat searah jarum jam akan mempengaruhi aliran udara pada bypass dan rpm akan turun, sebaliknya apabila disetel berlawanan dengan arah jarum jam akan menambah jumlah aliran udara yang melalui bypass, sehingga rpm naik.
Gambar 2.15 Saluran Bypass
Apabila bypass sirkuit tersumbat oleh kotoran dan sebagainya, maka jumlah udara yang masuk akan berkurang, akibatnya rpm selalu di bawah putaran lambat (idle) dan putaran lambat kasar.
Gambar 2.16 Throttle Body
Pada throtlle body terdapat dua komponen yaitu throtlle valve dan
(27)
commit to user
acceleration pedal gas yang berfungsi sebagai pengatur pemasukan udara. Sedangka throtlle position sensor berfungsi mendeteksi sudut pembukaan
throtlle valve. Komponen ini dilengkapi dengan tahanan geser yang selanjutnya akan dikirim ke ECU sebagai input untuk koreksi perbandingan udara dan bensin.
3. Air Intake Chamber dan Intake Manifold
Air Intake Chamber (AIC) berfungsi sebagai ruang penampung udara sebelum dialirkan ke masing-masing intake manifold. Pada sistem D-EFI terdapat dudukan pressure sensor pada AIC untuk mendeteksi tekanan udara di dalam AIC.
Gambar 2.17 Air Intake Chamber
Setelah dari air intake chamber udara masuk ke dalam intake manifold
sesuai dengan silinder yang sedang mengalami langkah hisap. Penginjeksian bahan bakar (bensin) terjadi pada intake manifold oleh injektor yang terpasang pada intake manifold.
(28)
commit to user
2.2.2 Silinder
Udara dan bahan bakar yang telah tercampur di dalam intake manifold
terhisap karena adanya piston yang bergerak didalam silinder. Gerakan piston yang sesuai dengan mekanisme katup akan terjadi empat langkah gerakan piston untuk menghasilkan satu tenaga atau dua putaran poros engkol. Langkah yang terjadi adalah langkah hisap, langkah kompresi, langkah usaha, dan langkah buang. Adapun penjelasan dari langkah-langkah tersebut sebagai berikut :
1. Langkah hisap
Disebut langkah hisap karena langkah pertama adalah menghisap uadara dan bahan bakar ke dalam silinder. Pasokan bahan bakar tidak cukup hanya dari semprotan injektor. Cara kerjanya adalah sebagai berikut :
Piston pertama kali berada pada posisi TMA (Titik Mati Atas). Kemudian piston bergerak menuju TMB (Titik Mati Bawah) bersamaan dengan membukanya katub masuk (intake valve). Karena gerakan piston tersebut, maka didalam silinder mengalami kevakuman, sehingga udara akan terhisap ke dalam silinder. Pada saat udara melewati intake manifold, injektor akan menginjeksikan bahan bakar dengan jumlah dan waktu penginjeksian yang tepat sesuai dengan jumlah udara yang masuk dan kondisi mesin. Kemudian udara dan bahan bakar tercampur dan masuk ke dalam silinder untuk dikompresi.
Gambar 2.19 Langkah Hisap (Intake Stroke) 2. Langkah kompresi
Langkah ini adalah lanjutan dari langkah di atas. Setelah piston mencapai TMB di tahapan langkah hisap, kemudian intake valve tertutup dan dilakukan proses kompresi. Yakni, campuran udara dan bahan bakar yang sudah ada di
(29)
commit to user
dalam silinder dimampatkan. Ruangan sudah tertutup rapat karena kedua valve
(intake dan exhaust) tertutup, sedangkan piston kembali bergerak menuju TMA. Campuran udara dan bahan bakar yang terkompresi, suhu dan tekanannya naik, sehingga akan mudah terbakar. Pada saat akhir langkah kompresi, busi memercikkan bunga api untuk proses pembakaran campuran udara dan bahan bakar yang telah terkompresi.
Gambar 2.20 Langkah Kompresi (Compression Stroke) 3. Langkah usaha
Pada saat akhir langkah kompresi (±8o sebelum TMA), busi memercikkan bunga api. Penyalaan percikan bunga api dilakukan sebelum TMA dikarenakan untuk mendapatkan tekanan pembakaran maksimum yaitu pada saat piston telah mencapai TMA. Pembakaran campuran udara dan bahan bakar memerlukan waktu, seperti yang terlihat pada gambar berikut :
(30)
commit to user
Tekanan tertinggi pembakaran pada titik 3 setelah TMA, sehingga dorongan yang terjadi pada piston di titik tersebut sangat kuat. Piston bergerak menuju ke TMB karena ledakan dari pembakaran, gerakan inilah sebagai sumber awal gerakan motor. Pada saat itu juga kedua valve (intake dan
exhaust) tertutup. Exhaust valve terbuka ketika akhir langkah usaha (piston di TMB).
Gambar 2.22 Langkah Usaha (Power Stroke) 4. Langkah buang
Langkah terakhir ini dilakukan setelah pembakaran. Piston akibat pembakaran akan terdorong hingga ke TMB (Titik Mati Bawah). Setelah itu, piston akan mendorong gas sisa hasil pembakaran ke TMA dan exhaust valve
membuka sementara intake valve tertutup. Oleh karena itu, gas buang akan terdorong ke luar menuju lubang Exhaust Manifold. Setelah gas buang bersih, kemudian mengulangi langkah ke 1 (langkah hisap) dan seterusnya.
Gambar 2.23 Langkah Buang (Exhaust Stroke)
2.2.3 Exhaust Manifold
Exhaust Manifold menampung gas bekas dari semua silinder dan mengalirkan gas tersebut ke pipa buang (exhaust pipe). Exhasut manifold dibaut
(31)
commit to user
pada kepala silinder, saluran manifold disambungkan langsung pada lubang gas bekas (exhaust port) pada silinder.
Gambar 2.24 Exhaust Manifold
Terdapat oksigen sensor pada pipa buang, yang berfungsi untuk mendeteksi kandungan oksigen pada gas sisa pembakaran.
Gambar 2.25 Sensor Oksigen
2.2.4 Pipa Buang
Pipa buang (exhaust pipe) adalah pipa baja yang mengalirkan gas bekas dari
exhaust manifold ke udara bebas. Pipa itu sendiri dibagi beberapa bagian, pipa bagian depan (front pipe), pipa bagian tengah (center pipe), pipa bagian belakang (tail pipe). Susunan dibuat sedemikian rupa untuk mempermudah saat penggantian catalytic converter atau muffler tanpa melepas keseluruhan.
(32)
commit to user
2.2.5 Catalytic Converter
Catalytic converter merupakan komponen muffler dari emission control system. Bertujuan untuk mengurangi jumlah CO (karbon monoksida), HC (hidrokarbon) dan NOx (nitrogen oksida) yang terkandung dalam gas sisa hasil
pembakaran. Sebuah catalytic converter terdapat platinum, paladium dan rhodium yang dapat mengurangi CO , HC, dan NOx.
Gambar 2.27 Catalitic Converter
2.2.6 Muffler
Gas sisa hasil pembakaran (exhaust gas) dikeluarkan dari mesin dengan tekanan yang tinggi (kira-kira 3-5 kg/cm2) dan temperaturnya sekitar 600-800oC. Besarnya panas ini kira-kira 34 % dari energi panas yang dihasilkan oleh mesin.
Apabila gas buang dengan panas dan tekanan yang tinggi seperti ini langsung ditekan keudara luar, maka gas tersebut akan mengembang dengan cepat sekali dan menyebabkan timbulnya suara ledakan yang keras. Muffler digunakan untuk mencegah terjadinya hal tersebut. Gas buang dikurangi tekanannya dan didingikan saat melalui muffler.
(33)
commit to user
2.3 Sistem Kontrol Elektronik
ECS (Elektronik Control System) berfungsi agar sistem injeksi bahan bakar dapat bekerja dengan baik, tepat dan selalu sesuai dengan kondisi operasional mesin, sehingga diperoleh engine dengan performansi yang tinggi, efisien terhadap pemakaian bahan bakar dan gas buang yang dihasilkan ramah lingkungan (tingkat polusinya rendah).
Gambar 2.29 Sistem Kontrol Elektronik pada EFI
Pada dasarnya ECS (Elektronik Control System) terdiri dari tiga bagian utama, yaitu :
Sensor : berfungsi untuk mendeteksi kondisi dan kerja mesin. Sensor-sensor ini mengukur jumlah udara yang dihisap, beban mesin, temperatur air pendingin, temperatur udara, dan lain-lain. Sensor juga sebagai sistem koreksi air fuel ratio dan juga sebagai ignition control system.
ECU : berfungsi sebagai processor atau pengolah data dari semua masukan sensor, yang selanjutnya dikeluarkan dalam bentuk kesimpulan yang akan dilaksanakan actuator.
Actuator : berfungsi melaksanakan semua kesimpulan atau perintah ECU dalam bentuk kerja.
2.3.1 Prinsip Kerja Sistem Kontrol Elektronik
Pada sistem kontrol elektronik menggunakan sensor untuk mendeteksi nilai-nilai fisik menjadi nilai-nilai listrik, sehingga ECU menerima nilai-nilai tersebut sebagai data masukan. Dimana masukan tersebut pada range voltage 0 - 5 volt. ECU akan
(34)
commit to user
mengolah data berdasarkan masukan dari sensor-sensor tersebut. Oleh karena itu aktuator akan bekerja berdasarkan masukan yang telah diolah oleh ECU.
Gambar 2.30 Prinsip Kerja Sistem control Elektronik
2.3.2 Sensor
Sensor merupakan bentuk dari pendeteksi atau pengindra (berpresisi tinggi) suatu keadaan. Hasil deteksi oleh sensor tersebut akan mengeluarkan bentuk sinyal tertentu, dimana sensor tersebut bekerja dalam satu kesatuan sistem sensor dan dapat mengontrol suatu kerja sistem yang lebih besar.
Dalam istilah mesin, kesatuan sistem sensor ini sering disebut ECU, dimana di dalam ECU ini terdapat micro computer yang berfungsi untuk mengontrol seluruh sistem kerja mesin berdasarkan sinyal-sinyal dari sensor yang mendeteksi kondisi dan kerja mesin tersebut. Dengan menggunakan metode sensor ini tentunya kerja mesin semakin efisien, karena mesin akan bekerja sesuai dengan segala bentuk kondisi dan kerja yang terjadi.
Sensor-sensor yang terdapat pada sistem injeksi adalah sebagai berikut : a) Intake Air Temperature Sensor (IAT)
(35)
commit to user
Sensor temperatur udara masuk (Intake air temperature) merupakan sensor koreksi yang biasanya terletak pada air cleaner atau hose antara air cleaner dengan throttle body. Sensor ini berupa thermistor dengan bahan semikonduktor yang mempunyai sifat semakin panas temperatur maka nilai tahanannya semakin kecil.
Sensor Intake air temperature memiliki 2 kabel yang keduanya dari ECU. ECU akan mensuplai tegangan maksimal sebesar 5 volt dan memberi
ground untuk sensor. Karena nilai tahanan pada sensor bervariasi akibat perubahan temperatur maka tegangan yang mengalir dari ECU juga bervariasi. Variasi tegangan inilah yang dijadikan dasar bagi ECU untuk menentukan temperatur udara masuk yang tepat sebagai input untuk menentukan koreksi jumlah bahan bakar yang disemprotkan oleh injektor.
Gambar 2.32 IAT Circuit
b) Air Flow Meter Sensor (untuk sistem L-EFI)
MAF (Massa Air Flow Meter) salah satu jenis sensor dengan tipe
measuring plate, yang terdiri atas plat pengukur, pegas pengembali, dan potensiometer.
Gambar 2.33 Air Flow Meter
Udara yang masuk ke intake air chamber akan dideteksi dengan gerakan membuka dan menutup plat pengukur. Plat pengukur ini ditahan oleh sebuah
(36)
commit to user
pegas pengembali. Plat pengukur dan potensiometer bergerak pada poros yang sama sehingga sudut membuka plat pengukur ini akan diubah nilai tahanan potensiometer. Variasi nilai tahanan ini akan dirubah menjadi tegangan output
sensor ke ECU sebagai dasar untuk menentukan jumlah udara yang masuk ke
intake air chamber.
Gambar 2.34 Air Flow Meter Circuit
c) Manifold Absolute Pressure Sensor (untuk sistem D-EFI)
Manifold Absolute Pressure (MAP) adalah sensor yang mendeteksi tekanan udara yang masuk ke intake air chamber sebagai dasar penghitungan jumlah udara melalui IC (integrated circuit) yang terdapat di dalam sensor ini. MAP sensor menghasilkan sinyal tegangan yang segera dikirim ke ECU. Oleh ECU sinyal tegangan ini digunakan untuk menentukan koreksi penginjeksian bahan bakar.
Gambar 2.35 MAP sensor
MAP sensor terdiri dari semi konduktor tipe pressure converting element
yang berfungsi merubah fluktuasi tekanan manifold menjadi perubahan tegangan dan IC yang memperkuat perubahan tegangan. Pada MAP sensor juga terdapat 3 jenis kabel yaitu input 5 volt (reverence voltase) dari ECU,
(37)
commit to user
Gambar 2.36 MAP Sensor Circuit
d) Throttle Position Sensor
Throttle Position Sensor (TPS) adalah sensor pada sistem EFI yang berfungsi mendeteksi besarnya pembukaan throttle valve dengan menggunakan potensiometer.
Gambar 2.37 Throttle Position Sensor
Throttle position sensor terletak menempel pada throttle body dan wujudnya adalah potensiometer (variable resistor) yang dihubungkan dengan poros throttle valve, untuk mendeteksi besarnya pembukaan katup gas (throttle valve) tersebut secara akurat, dengan keluarannya adalah tegangan 0 – 5 volt yang dikirim ke electronic control unit (ECU).
(38)
commit to user
e) Water Temperatur Sensor (THW)
Cairan pendingin pada radiator dideteksi oleh sensor ini, kemudian sensor ini mengirim sinyal ke ECU dan ECU memerintahkan untuk mengatur pembukaan katup by pass (ISC – Idle Speed Control) agar putaran idle tetap terjaga. Selain itu, suhu cairan pendingin juga menentukan banyaknya bahan bakar yang diinjeksikan.
Gambar 2.39 Water Temperature Sensore Circuit
f) Cam Position Sensor (Sensor G)
Gambar 2.40 Sensor pendeteksi camshaft
Cam Position Sensor disebut juga dengan sensor G, karena sinyal yang dihasilkan adalah G signal. Pada beberapa sensor ini berfungsi untuk mengontrol Variable Valve Timing System (VVT-I), ECU akan mengubah kedudukan camshaft dengan cara mengrimkan sinyal ke OCV (oil control valve) untuk mengatur tekanan oli yang akhirnya camshaft akan berubah posisinya yang diinginkan oleh ECU.
(39)
commit to user
g) Crankshaft Position Sensor (Sensor NE)
Gambar 2.41 Sensor pendeteksi crankshaft
Crankshaft Position Sensor disebut juga dengan Sensor NE, karena sinyal yang dihasilkan adalah NE signal. Sensor ini berfungsi untuk mendeteksi posisi crankshaft, dan kecepatan putaran (rpm) mesin. Sinyal NE dikombinasikan dengan sinyal G akan menunjukkan silinder yang sedang melakukan langkah kompresi dan dari itu ECU dapat memprogram engine firing order (pengapian).
Beberapa tipe kendaraan konstruksi CKP (Crankshaft Position Sensor) terdapat di dalam distributor.
h) Starter Signal (STA)
Gambar 2.42 Starter signal
Signal STA ini digunakan jika poros engkol mesin diputar oleh starter motor. Pada saat awal mesin dinyalakan, aliran udara lambat dan suhu udara rendah, sehingga penguapan bahan bakar tidak baik (campuran akan kurus). Untuk meningkatkan kemampuan start mesin (agar mesin mudah hidup)
(40)
commit to user
diperlukan campuran mesin yang kaya. Signal STA akan digunakan untuk menambah volume injeksi selama start engine.
i) Knock Sensor
Gambar 2.43 Sensor pendeteksi knocking
Knock sensor dipasang pada cylinder block dan berfungsi mendeteksi getaran pada cylinder block untuk mencegah terjadinya knocking. Knocking
terjadi ketika campuran udara dan bahan bakar yang terkompresi terbakar dengan sendirinya karena panas yang tinggi didalam ruang bakar, dan biasanya terjadi pada putaran tinggi. Bila terjadi knocking, ECU akan mengeluarkan perintah untuk mengundurkan timing pengapian agar tidak terjadi knocking. Bila knocking berhenti, ECU akan memajukan timing pengapian kembali pada posisi semula. Pada koreksi ini saat pengapian dimundurkan maksimum ± 100,
Ketika terjadi knocking pembakaran yang terjadi tidak sempurna dan menghasilkan kadar NOx yang tinggi pada gas buang. Sehingga ECU memerintahkan EGR (Exhaust Gas Recirculation) untuk menyirkulasikan kembali gas buang ke dalam intake manifold. Kandungan oksigen pada gas buang tesebut adalah rendah, sehingga dapat mengurangi panas pada kompresi dan pembakaran untuk menghindari terjadinya knocking.
j) Oxygen Sensor
Setiap mesin yang memiliki efisiensi tinggi harus mampu menghasilkan asap pembuangan yang sebersih mungkin. Untuk menghasilkan asap pembuangan tersebut perbandingan udara dan bahan bakar perlu dijaga agar mendekati pembakaran sempurna (stoichiometric). Dalam hal ini, sensor
(41)
commit to user
oksigen mendeteksi apakah perbandingan udara dan bahan bakar terlalu gemuk atau terlalu kurus. Sensor ini terletak pada exhaust manifold.
Gambar 2.44 Oxigen sensor
Cara Kerja :
Sifat titania tahanannya akan berubah sesuai dengan konsentrasi pada gas buang. Tahanan ini berubah secara tiba-tiba pada batas antara perbandingan teoritis gemuk dan kurus. Tahanan titania berubah apabila temperaturnya berubah. Oleh karena itu, pemanas (heater) pada sensor berfungsi agar temperatur pada tahanan titania konstan. Pemanas berhubungan dengan terminal HT dan +B pada ECU.
ECU selalu mensuplai tegangan keterminal OX, karena perubahan tahanan titanius, tegangan tersebut akan berubah dikisaran tegangan reverensif ±0,45 volt. ECU akan mengolah perubahan tegangan tersebut. Apabila hasilnya menunjukan tegangan diatas 0,45 volt, yaitu bila tahanan sensor oksigen rendah, ECU menyimpulkan bahwa perbandingan campuran adalah kaya. Bila tegangan OX kurang dari 0,45 volt (tahanan sensor oksigen besar), ECU menyimpulkan bahwa perbandingan campurannya kurus.
(42)
commit to user
k) Vehicle Speed Sensor (VSS)
Vehicle Speed Sensor dipasang pada output transmisi dan berfungsi mendeteksi kecepatan putar poros output transmisi/transaxle atau kecepatan roda. Sensor ini terdiri dari magnet permanen, koil, dan core. Sinyal yang dihasilkan dalam bentuk tegangan AC yang kemudian dikirim ke ECU. Pada beberapa tipe kendaraan hasil sinyal Vehicle Speed Sensor digunakan untuk menggerakkan speedometer. Pada beberapa kendaraan lainnya yang dilengkapi
anti-lock brake system (ABS), sinyal yang dihasilkan akan dikirim ke ECU untuk mengontrol kerja rem pada kendaraan tersebut.
Gambar 2.46 Vehicle Speed Sensor
2.3.3 ECU (Electronic Control Unit)
ECU menerima dan mengelola seluruh informasi atau data yang diterima dari masing-masing sinyal sensor yang ada dalam mesin. Informasi yang diperoleh dari sensor antara lain berupa informasi tentang suhu udara, suhu oli mesin, suhu air pendingin, tekanan atau jumlah udara masuk, posisi katup throttle
atau katup gas, putaran mesin, posisi pengapian, dan informasi yang lainnya.
Gambar 2.47 ECU 7K-E
Pada umumnya sensor bekerja pada tegangan antara 0 volt sampai 5 volt. Selanjutnya ECU menggunakan informasi-informasi yang telah diolah tadi untuk
(43)
commit to user
menentukan timing injektor menyemprotkan bahan bakar dengan mengirimkan tegangan listrik ke solenoid injektor. Disamping mengontrol injektor, ECU juga mengontrol sistem pengapian, dan aktuator lainnya.
2.3.4 Aktuator
Aktuator berfungsi melaksanakan atau mengaktualisasikan semua kesimpulan atau perintah ECU dalam bentuk kerja. Signal-signal sensor yang diterima oleh ECU akan diolah untuk memberikan perintah pada actuator, sehingga actuator akan melaksanakan kerjanya sesuai dengan kondisi engine. Berikut ini adalah beberapa actuator yang terdapat pada engine :
a) Injector
Injector adalah nosel elektro magnet yang akan menginjeksi bahan bakar sesuai dengan sinyal dari Electronic Control Unit (ECU). Injektor-injektor dipasang melalui insulator ke intake manifold atau cylinder head dekat lubang pemasukan (intake port) dan dijamin oleh delivery pipe.
Gambar 2.48 Injector
Bila sinyal dari Electronic Control Unit (ECU) diterima, coil solenoid
bekerja membentuk medan magnet, sehingga plunger akan tertarik melawan pegas. Karena needle valve dan plunger merupakan satu unit, needlevalve juga tertarik dari kedudukan dan bahan bakar akan diinjeksikan. Volume bahan bakar yang diinjeksikan sesuai dengan perintah dari Electronic Control Unit
(ECU). b) Fuel Pump
Pompa bahan bakar elektronik (electronic fuel pump) digunakan untuk mnsuplai bahan bakar dalam tekanan tinggi pada kendaraan dengan sistem
(44)
commit to user
injeksi. Pompa bahan bakar dipasang dengan saringan bahan bakar, regulator tekanan, fuel sender gauge, dan lain-lain. Pump impeller diputar oleh motor untuk mengkompresi bahan bakar, agar dapat mengalir dengan tekanan yang tinggi. Check valve tertutup saat pompa dihentikan untuk menjaga tekanan dalam jalur bahan bakar dan memudahkan start ulang mesin. Relief valve
terbuka saat tekanan pada sisi outlet terlalu tinggi untuk mencegah tekanan bahan bakar menjadi terlalu tinggi.
Gambar 2.49 Fuel pump
c) Idle Speed Control (ISC)
Idle Speed Control (ISC) mengontrol kecepatan idle dengan cara mengubah volume udara yang masuk melalui saluran by pass throttle valve dan menyetel putaran idle sesuai perintah dari ECU.
Gambar 2.50 Idle speed control
Apabila suhu cairan pendingin masih relatif dingin, maka katup ISC akan membuka lebih besar, sehingga putaran idle tetap terjaga. Apabila suhu cairan pendingin mulai mencapai panas yang standar minimum, maka putaran mesin semakin turun. ECU kembali memerintah untuk mengecilkan pembukaan
(45)
commit to user
katup ISC sehingga putaran idle tetap terjaga. Hal tersebut berlaku sama ketika
air conditioner (AC) dinyalakan, katup ISC akan membuka lebih besar, sehingga putaran idle tetap terjaga.
d) Exhaust Gas Recirculation (EGR)
Exhaust Gas Recirculation (EGR) berfungsi membantu menekan kandungan polutan pada gas buang, terutama kandungan NOx yang dihasilakan selama beroperasi dalam temperatur pembakaran yang tinggi.
Exhaust Gas Recirculation (EGR) mengurangi NOx dengan menyirkulasi gas buang kedalam intake manifold yang kemudian dicampur dengan udara dan bahan bakar. Dengan kondisi campuran tersebut, tekanan dan temperatur pembakaran yang tinggi akan turun, sehingga kandungan NOx pada gas buang berkurang.
Gambar 2.51 Exhaust gas recirculating (EGR) e) Main Relay
Main relay menjamin besar tegangan (agar tidak turun) pada sebuah rangkaian kelistrikan. Pada sistem injeksi main relay digunakan untuk mensuplai arus yang dibutuhkan oleh ECU dan ful pump.
(46)
commit to user
f) Malfunction Indicator Lamp (MIL)
Malfunction Indicator Lamp (MIL) akan mendeteksi kerusakan pada sensor-sensor yang mengalami gangguan atau rusak. Kerusakan (malfungtion) akan diperlihatkan oleh indicator lamp pada dash board dalam bentuk data trouble code (DTC) dengan kedipan lampu.
Data trouble code pada kendaraan berbeda-beda. Contoh pembacaan DTC pada sistem injeksi 7K-E :
Gambar 2.53 Data Trouble Code
Dalam manual service angka 2*4 menunjukkan trouble pada Circuit Intake Air Temperature Sensor.
Gambar 2.54 Check engine
g) Igniter Unit
Memicu timbulnya letikan api pada busi.
Gambar 2.55 Igniter
h) Data Link Connector (DLC)
Sebagai interface ke Engine scanner tool.
ON OF
(47)
commit to user
Gambar 2.56 Check conector
2.3 Emisi Gas Buang
Pada beberapa mesin mobil dapat diatur CO% nya, tetapi banyak mobil keluaran baru yang tidak bisa lagi diatur CO% nya karena sudah secara otomatis diatur oleh ECU (Engine Control Unit). Untuk itu kondisi komponen mesin lainnya akan berpengaruh besar pada kualitas pembakaran pada mesin yang berdampak pada emisi gas buang.
2.4.1 Ambang Batas Uji Emisi
Untuk mobil berbahan bakar bensin dapat diukur adalah unsur CO, HC, O2,
CO2 dan Lambda (beberapa jenis alat dapat mengukur kadar NOx).
Namun untuk syarat kelulusan uji emisi, yang dilihat hanya unsur CO (karbon monoksida) dan HC (hidrokarbon) saja.
Mobil Sistem Karburator:
Tahun Produksi sebelum 1985 CO max: 4.0 %
HC max: 1000 ppm.
Tahun Produksi 1986-1995: CO max: 3.5%
HC max: 800ppm
Tahun Produksi di setelah 1996: CO max: 3.0%
(48)
commit to user
Mobil Sistem Injeksi (EFI –Electronic Fuel Injection):
Tahun Produksi 1986-1995: CO max: 3.0%
HC max: 600ppm
Tahun Produksi di setelah 1996: CO max: 2.5%
HC max: 500ppm
Untuk mobil bermesin diesel (bahan bakar solar), yang disyaratkan untuk kelulusan uji emisi adalah nilai Opasitas (kepekatan) asap saja.
Tahun Produksi sebelum 1985: Opasitas max: 50%
Tahun Produksi 1986-1996: Opasitas max: 45%
Tahun Produksi di setelah 1996: Opasitas max: 40%
(49)
commit to user
38
BAB III
PERENCANAAN DAN GAMBAR
3.1 Perencanaan Pelaksanaan Proyek Akhir
Perencanaan dalam Proyek Akhir adalah suatu rencana yang disusun untuk proses pengerjaan Proyek Akhir dengan tujuan agar dalam pengerjaan sesuai dengan rencana yang telah dibuat. Apabila menemui kesalahan, untuk perbaikan tidak jauh dari proses yang telah direncanakan. Oleh karena itu sebelum melaksanakan proyek akhir dibuat perencanaan pengerjaan modifikasi engine
Toyota Kijang 5K menjadi sistem injeksi sebagai berikut : 1. Pengujian awal engine 5K;
- Tes fuel consumption
- Uji emisi
2. Persiapan sistem injeksi pada engine 7K;
- Memeriksa kondisi engine stand injeksi (engine 7K) - Repair dan replace komponen abnormal
- Menghidupkan engine stand injeksi (engine 7K) - Standarisasi wiring
3. Pelepasan Komponen Injeksi dan pengapian engine 7K; - Prepare pelepasan komponen
- Penandaan wiring dan konektor
4. Pelepasan komponen sistem bahan bakar dan pengapian engine 5K; - Pelepasan komponen
- Analisa perbedaan dengan komponen engine 7K
- Modifikasi atau penyesuaian perbedaan komponen 7K dengan 5K 5. Pengadaan komponen yang dibutuhkan dalam modifikasi;
6. Pemasangan dan modifikasi komponen injeksi engine 7K pada engine 5K; - Pembersihan pada engine 5K dan komponen yang akan dipasang - Modifikasi dan pemasangan komponen engine 7K pada engine 5K
a. Sistem bahan bakar b. Sistem udara masuk c. Sistem pengapian
(50)
commit to user
- Standarisasi pemasangan komponen sistem bahan bakar, udara masuk, dan pengapian
7. Finishing pengerjaan pemasangan komponen injeksi engine 7K pada engine
5K;
- Pemeriksaan bagian atau komponen yang kurang sempurna - Perbaikan atau improve pemasangan dan penyetelan
8. Pengetesan dan pengujian akhir engine modifikasi; - Tes engine
- Tes fuel consumption
- Uji emisi
9. Penyelesaian Laporan Proyek Akhir;
Untuk lebih jelasnya program kerja atau perencanaan pengerjaan proyek akhir tersebut dibuat sebuah bagan sebagai berikut :
(51)
commit to user
baik tidak
baik tidak
Bagan perencanaan :
Persiapan sistem
injeksi engine 7K Pemeriksaan engine
Repair & replace
komp
Test engine
Standarisasi wiring
Pelepasan sistem injeksi 7K
Prepare pelepasan komponen
Penandaan wiring &
conector
OK
OK Pelepasan sistem
bahan bakar dan pengapian engine 5K
Pelepasan komponen
Analisa perbedaan dengan komponen engine 5K dg 7K
Modifikasi
Pemasangan & modifikasi komponen injeksi 7K pada
engine 5K
Pembersihan engine 5K
dan komponen injeksi
OK
OK Modifikasi
Finishing Pengerjaan Pemeriksaan
kelengkapan komponen
Pengetesan dan pengujian akhir engine
Pemeriksaan engine
Repair & replace
Test engine
Pengujian fuel consumption
OK Uji emisi Penyetingan Akhir Penyelasaian laporan Proyek Akhir Pengujian awal
Pemasangan & Standarisasi
Perbaikan dan Penyetelan
OK
(52)
commit to user
3.2 Gambar Komponen Sistem Udara
Gambar teknik merupakan media komunikasi dalam bidang otomotif, sehingga seseorang akan dapat dengan mudah mengetahui dan memahami komponen otomotif melalui gambar. Berikut ini adalah gambar komponen yang menyangkut sistem udara dan digambar dalam bentuk tiga dimensi dengan
software Solid Work. a) Air Filter
Gambar 3.1 Air Filter
b) Throttle Body
(53)
commit to user
c) Air Intake chamber
Gambar 3.3 Air Intake Chamber
d) Air Intake
(54)
commit to user
e) Exhaust Manifold
Gambar 3.5 Exhaust Manifold
f) Exhaust Pipe
(55)
commit to user
44
BAB IV
MODIFIKASI DAN PEMBAHASAN
4.1 Spesifikasi Engine
Pengerjaan modifikasi engine 5K Toyota Kijang Rover pada bagian sistem bahan bakar karburator menjadi sistem bahan bakar injeksi beserta sistem elektroniknya diperlukan data spesifikasi standar dari kedua jenis engine tersebut.
Engine yang akan di modifikasi adalah engine 5K Toyota Kijang Rover tahun 1989, sedangkan engine yang akan menjadi substitusi adalah Engine Stand Toyota Kijang 7K-E sumbangan dari Nasmoco.
Terdapat beberapa kesamaan dan perbedaan yang begitu besar pada kedua
engine ini, baik yang akan di modifikasi maupun engine substitusi. Dengan demikian untuk pengujian awal pelru diketahui spesifikasi dari kedua engine ini. Berikut ini adalah data spesifikasi untuk engine Kijang Rover dengan engine stand sumbangan dari Nasmoco :
Tabel 4.1 Spesifikasi Engine
Spesifikasi Engine Kijang Rover 89 Engine Substitusi
Jenis engine 5K 7K
Serial number EG 5K 03421 7K 0419608
Kapasitas engine 1500 cc 1800 cc
Diameter piston (STD) 80,450 – 80,460 mm 80,358 – 80,368 mm
Jumlah silinder 4 4
Tekanan kompresi (pada 250rpm)
Std : 1.235 kPa Min : 931 kPa
Std : 1.186 kPa Min : 882 kPa
Sistim pengapian Konvensional
(platina)
ESA (Electronic Spark Advancer)
Sistim bahan bakar Karburator EFI (Electronic Fuel
Injection) Sumber : Pedoman Reparasi Mesin 5K,7K,7K-E (Toyota)
Dari data diatas terlihat jelas perbedaan antara engine yang akan di modifikasi dengan engine substitusi. Dengan demikian perlu dilakukan
(56)
commit to user
penyesuaian khusus sehingga komponen-komponen injeksi pada engine substitusi dapat diaplikasikan pada engine yang akan di modifikasi.
4.2 Pengujian Awal
Pengujian awal pada kendaraan dilakukan untuk memperoleh data yang berupa jumlah konsumsi bahan bakar dan emisi gas buang. Sehingga diperoleh data ketika engine belum dimodifikasi dan setelah engine selesai dimodifikasi. Pengujian awal pada engine dibagi menjadi 2 bagian yaitu :
4.2.1 Konsumsi Bahan Bakar
Sebelum melakukan modifikasi diperlukan data mengenai efisiensi sistem bahan bakar. Hal tersebut dilakukan untuk mengetahui perbedaan konsumsi bahan bakar dari pemasangan sistem bahan bakar injeksi dibandingkan dengan sistem bahan bakar jenis karburator. Dengan demikian data hasil konsumsi bahan bakar ini dapat digunakan sebagai acuan untuk menganalisa keuntungan dan kerugian mengenai proyek akhir ini.
Untuk melakukan pengujian konsumsi bahan bakar tersebut diperlukan beberapa alat dan proses sebagai berikut :
1. Melepaskan selang bensin input dari saringan bensin yang menuju ke tangki bensin. Kemudian pada input saringan bensin tersebut dipasangi selang bensin yang panjangnya kurang lebih 2 meter.
Gambar 4.1 Pemasangan selang bensin pada input saringan
2. Menyiapkan gelas ukur dengan kapasitas 2 liter, kemudian mengisinya dengan bensin. Gelas ukur ditempatkan pada tempat datar, agar nilai volume bensin yang terdapat didalamnya bisa terbaca dengan baik guna meminimalkan ketidakakuratan ketika pengujian.
(57)
commit to user
Gambar 4.2 Gelas ukur yang diisi bensin
3. Memasukkan selang input saringan bensin ke dalam gelas ukur sehingga memungkinkan bensin di dalam gelas ukur dapat terhisap oleh pompa bensin.
Gambar 4.3 Selang input dimasukkan pada gelas ukur
4. Memasang analog tachometer untuk mengetahui kecepatan putar engine
(RPM) ketika melakukan pengujian pada kecepatan putar mesin yang bervariasi.
Gambar 4.4 Pemasangan tachometer
5. Pengujian dilakukan dengan mengukur waktu pengurangan 100cc bensin dengan keadaan mesin tanpa beban (AC off), suhu kerja mesin tercapai (80oC), dan divariasikan dalam berbagai RPM. Pengambilan data dilakukan dua kali di setiap putaran mesin dan diambil waktu rata-rata dari hasil data tersebut.
(58)
commit to user
Dari pengujian konsumsi bahan bakar (bensin) tersebut diperoleh beberapa hasil pada variasi putaran yang berbeda antara 900 – 3400 rpm. Hasil data tersebut adalah sebagai berikut:
Tabel 4.2 Tabel Fuel Consumption
Putaran mesin (rpm) Waktu (menit/100 ml) Fuel Consumption (ml/s)
900 6.13’ 0,2677
1400 4.01’ 0,4249
1900 2.57’ 0,5659
2400 2.14’ 0,7435
2900 1.48’ 0,9216
3400 1.31’ 1,0989
Dari data pengujian tersebut dapat dibuat grafik fuel consumption terhadap kecepatan putar engine. Grafik fuel consumption engine 5K pada beberapa variasi putaran tersebut adalah sebagai berikut :
Gambar 4.5 Grafik Fuel Comsumtion
4.2.2 Emisi Gas Buang
Pengujian pada emisi gas buang dilakukan untuk mengetahui kadar udara yang terapat pada gas buang. Pada sistem konvensional dibandingkan dengan sistem injeksi, tentu berbeda kadar udara yang dihasilkan. Oleh karena itu
(59)
commit to user
pengujian emisi gas buang perlu dilakukan untuk membandingkan ketika engine
sebelum dimodifikasi dengan setelah engine dimodifikasi.
Untuk melakukan pengujian emisi gas buang tersebut diperlukan beberapa alat dan pemasangan sebagai berikut :
1. Menyiapkan alat uji emisi dan melakukan penyetingan untuk penggunaan pada motor bensin, karena alat uji emisi ini juga dapat digunakan untuk melakukan uji emisi pada motor diesel.
Gambar 4.6 Gas Analizer
2. Memasang pipa sensor alat uji emisi pada muffler mobil Toyota Kijang Rover.
Gambar 4.7 Sensor uji emisi dimasukkan dalam muffler
3. Melakukan record data komposisi gas buang yang dihasilkan oleh engine,
dengan pengukuran pada keadaan idle tanpa beban. Kemudian melakukan print out hasilnya.
Pengujian dilakukan di Bengkel Nasmoco Solo Baru. Pengujian dilakukan pada saat mesin putaran idle. Hasil uji emisinya adalah sebagai berikut :
- Oli : -
- CO : 4,75 % Volume
- CO2 : 11,1 % Volume
- HC : 896 ppm Volume
- O2 : 1,27 % Volume
(60)
commit to user
4.3 Persiapan Sistem Injeksi Pada Engine 7K-E
Setelah pengujian dilakukan pada mobil Kijang Rover selesai, maka perlu dilakukan persiapan pada engine stand , untuk mengetahui apakah sistem injeksi yang akan digunakan dalam kondisi baik dan dapat disubtitusikan atau tidak. Untuk mempermudah modifikasi, engine stand harus dinyalakan terlebih dahulu untuk mengetahui kemungkinan troueble yang muncul ketika engine hidup. Langkah-langkah persiapan yang dilakukan adalah sebagai berikut :
4.3.1 Memeriksa Kondisi Engine Stand
Pemeriksaan secara menyeluruh dilakukan pada engine stand untuk mengetahui kondisi mesin, sebelum dihidupkan. Pemeriksaan dilakukan pada komponen dan sistem diantaranya sebagai berikut :
1. Pemeriksaan sistem bahan bakar
Pemeriksaan dilakukan dengan memerikasa komponen-komponen dalam sistem dan menambahkan bensin dalam tangki bensin.
2. Pemeriksaan sistem kontrol elektronik
Pemeriksaan dilakukan pada sensor-sensor, ECU, kondisi dan jalur wiring, serta kelengkapan lampu indikator. Pemeriksaan pada sensor dilakukan berdasarkan buku manual pedoman reparasi mesin 7K. Pemeriksaan dengan menggunakan multi meter untuk mengukur hambatan dan tegangan yang sesuai spesifikasi pada setiap terminal sensor, dengan cara sesuai dengan buku pedoman reparasi.
Hasil dari pemeriksaan :
- Kerusakan pada MAP sensor, kemudian dilakukan perbaikan dengan memberikan plastic steel untuk menyambung konektornya.
(61)
commit to user
- ECU yang digunakan tidak sesuai dengan ECU yang seharusnya digunakan pada sistem injeksi 7K.
3. Pemeriksaan sistem pengapian dan starter
Memeriksa kondisi busi, kabel tegangan tinggi dan Coil. Membersihkan gap
pada busi dengan amplas halus untuk menghilangkan terak. 4. Pemeriksaan oli mesin
5. Pemeriksaan air radiator
4.3.2 Menghidupkan Engine Stand
Setelah pemeriksaan selesai, kemudian memasangkan baterai sebagai sumber arus pada engine stand. Start engine dapat dilakukan untuk menghidupkan mesin. Setelah engine hidup, didapatkan trouble sebagai berikut :
- Pada saat posisi putaran gas konstan, putaran mesin tidak stabil.
- Lampu indikator check engine walaupun sudah dihubungkan terminal E1-TE1, lampu menyala terus dan tidak menunjukkan kedipan mallfunction.
- Gas buang hitam pekat.
Ternyata trouble tersebut dikarenakan ECU yang tidak compatible dan rusaknya resistor pada rangkaian ECU yang menuju lampu check engine (terminal W). Sehingga ECU harus diganti dengan ECU 7K-E yang compatible dengan sistem injeksi tersebut.
4.4 Pelepasan Komponen Sistem Udara Pada Engine 7K-E
Persiapan yang dilakukan sebelum palepasan komponen adalah menyediakan peralatan dan tempat yang diperlukan selama pelepasan. Adapun langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut :
4.4.1 Penandaan Wiring Konektor
Penandaan setiap konektor pada wiring dilakukan dengan tujuan agar mempermudah dalam pemasangan nantinya, agar tidak terbalik maupun tertukar. Penandaan dilakukan dengan tulisan pada kertas dan ditempel pada wiring di setiap konektor.
4.4.2 Pelepasan Wiring
Wiring pada engine 7K nantinya dipakai pada engine 5K, ketika sistem injeksi dipasang. Sehingga wiring harus dilepas dan distandarisasikan. Karena ECU diganti dengan ECU 7K-E maka wiring harus dibuat ulang.
(1)
commit to user
Gambar 4.53 Grafik perbandingan konsumsi bahan bakar
Pada gambar di atas, grafik warna coklat menunjukkan konsumsi bensin sebelum mesin dimodifikasi, sedangkan grafik warna biru menunjukkan konsumsi bensin setelah mesin dimodifikasi. Pada putaran 900 - 1900 rpm konsumsi bahan bakar mesin dengan sistem injeksi (setelah modifikasi) sedikit lebih tinggi dari pada mesin dengan sistem konvensional (sebelum modifikasi), hal ini dikarenakan sistem injeksi elektronik yang digunakan adalah sistem injeksi mesin 7K yang dirancang untuk mesin berkapasitas 1800 cc sehingga jumlah bahan bakar yang disuplai lebih banyak. Namun pada putaran 2400 rpm konsumsi bahan bakar sistem injeksi dengan sistem konvensional hampir sama, hal tersebut dikarenakan sistem kontrol elektronik selalu melakukan pengoreksian terhadap kondisi mesin. Sedangkan pada putaran tertinggi yang diukur yaitu pada 3400 rpm konsumsi bahan bakar mesin injeksi lebih sedikit dari pada mesin konvensional karena pada putaran tinggi, meski sistem konvensional didesain untuk mesin yang lebih kecil (1500 cc) namun perbandingan bahan bakar dan udara tidak sebaik pada saat putaran idle, sehingga pada putaran ini terlihat jelas karakteristik mesin konvensional yang kurang baik dalam pengaturan perbandingan bahan bakar dan udara pada putaran tinggi. Sedangkan pada sistem injeksi perbandingan bahan bakar dan udara dapat ditakar dengan tepat pada setiap putaran oleh ECU berdasarkan kondisi mesin.
(2)
commit to user
4.10.2 Emisi Gas Buang
Emisi gas buang adalah perbandingan kedua yang dapat dibahas berdasarkan data hasil pengujian awal dan akhir. Dengan membandingkan emisi gas buang dari sistem konvensional dengan sistem injeksi, maka akan dapat diketahui keuntungan maupun kerugian dari sistem konvensional dan sistem injeksi dilihat dari emisi gas buang yang dihasilkan. Dari pengukuran kandungan emisi gas buang mesin sistem konvensional dengan sistem injeksi dapat dilihat pada Tabel 4.6 di bawah.
Tabel 4.5 Perbandingan emisi gas buang pada kedua sistem Kandungan Engine 5K Engine Modifikasi (7K)
Oli - -
CO 4,75 % Volume 0,50 % Volume CO2 11,1 % Volume 13,9 % Volume
HC 896 ppm Volume 369 ppm Volume O2 1,27 % Volume 1,18 % Volume
Lamda 0,888 1,027
Karbon monoksida (CO) merupakan partikel terpenting yang harus diperhatikan pada gas buang kendaraan bermotor. Terlihat perbedaan antara mesin ketika menggunakan sistem konvensional dengan mesin ketika menggunakan sistem injeksi elektronik. Kandungan CO turun menjadi 0,50 % dari sebelumnya yang menunjuk pada angka 4,75 % dari volume total gas buang. Hal ini tentu sesuai dengan teori bahwa sistem injeksi mampu membakar bahan bakar dengan lebih sempurna dibanding dengan sistem konvensional. Pembakaran sempurna akan menghasilkan gas CO dengan prosentase yang lebih kecil. Selain kadar CO kadar HC yang merupakan zat berbahaya juga mengalami penurunan. Pada mesin dengan sistem konvensional terdapat gas HC sebesar 896 ppm dan ketika telah menggunakan sistem injeksi elektronik HC turun menjadi 369 ppm.
Keberadaan karbondioksida (CO2) berkebalikan dengan karbon monoksida
(CO). Pembakaran yang sempurna menghasilkan hanya CO2 dan H2O (uap air)
tanpa gas CO. Semakin menurunnya kandungan CO maka kandungan CO2 akan
(3)
commit to user
sistem injeksi adalah 13,9 % dari volume total gas buang, ini berarti lebih tinggi dari pada mesin dengan sistem bahan bakar konvensional yang prosentasenya adalah 11,1 %. Kesimpulannya sistem bahan bakar injeksi elektronik lebih baik dari pada sistem bahan bakar konvensional karena pembakarannya lebih mendekati pembakaran yang sempurna karena kadar CO2 meningkat.
Pada mesin ketika menggunakan sistem konvensional, nilai lamda adalah 0,888 sedangkan menggunakan sistem injeksi nilai lamda adalah 1,027 (lebih besar dari pada lamda sistem konvensional). Lamda menunjukan perbandingan AFR aktual dengan AFR stoikiometrik. Apabila AFR aktual lebih besar maka nilai lamda akan lebih besar 1. Namun apabila AFR aktual lebih kecil maka nilai lamda akan kurang dari 1. Lamda lebih dari 1 menunjukkan lebih irit karena mesin diberikan kelebihan udara dari pada yang dibutuhkan sehingga kecenderungan terjadi pembakaran sempurna akan lebih besar. Sedangkan lamda kurang dari 1 menunjukkan mesin boros karena udara yang dibutuhkan oleh mesin tidak terpenuhi sehingga pembakaran terjadi tidak sempurna. Dengan hasil lamda lebih dari 1 maka dapat disimpulkan mesin dengan sistem bahan bakar injeksi lebih irit dari pada sistem konvensional.
Dari data hasil uji emisi maka diperoleh reaksi pembakaran sebagai beikut : - Reaksi pembakaran sebelum mesin dimodifikasi
CO = 4,75 % CO2 = 11,1 %
O2 = 1,27 %
Lamda = 0,888
HC = 896 ppm (karena jumlahnya sangat kecil maka diabaikan)
a.C8H18 + a.0,888.12,5(O2 + 3,76N2) b.H2O + 11,1CO2 + 4,75CO + 1,27O2
+ a.0,888.12,5.3,76N2
a.C8H18 + a.11,1(O2 + 3,76N2) b.H2O + 11,1CO2 + 4,75CO + 1,27O2 +
a.41,74N2
Atom C Atom H
a. 8 = 11,1 + 4,75 a. 18 = 2b 8a = 15,85 1,98 . 18 = 2b
(4)
commit to user Sehingga reaksinya adalah :
1,98C8H18 + 1,98.11,1(O2 + 3,76N2) 17,83H2O + 11,1CO2 + 4,75CO +
1,27O2 + 1.98.41,74N2
1,98C8H18 + 21,97(O2 + 3,76N2) 17,83H2O + 11,1CO2 + 4,75CO + 1,27O2
+ 82,63N2
Hasil dibagi dengan 1,98 :
C8H18 + 11,09 (O2 + 3,76 N2) 9,01 H2O + 5,6 CO2 + 2,39 CO + 0,64 O2 +
41,73 N2
- Reaksi pembakaran setelah mesin dimodifikasi CO = 0,5 %
CO2 = 13,9 %
O2 = 1,18 %
Lamda = 1,027
HC = 369 ppm (karena jumlahnya sangat kecil maka diabaikan)
a.C8H18 + a.1,027.12,5(O2 + 3,76N2) b.H2O + 13,9CO2 + 0,5CO + 1,18O2 +
a.1,027.12,5.3,76N2
a.C8H18 + a.12,84(O2 + 3,76N2) b.H2O + 13,9CO2 + 0,5CO + 1,18O2 +
a.48,26N2
Atom C Atom H
b. 8 = 13,9 + 0,5 a. 18 = 2b 8a = 14,4 1,8 . 18 = 2b
a = 1,8 b = 16,2 Sehingga reaksinya adalah :
1,8C8H18 + 1,8.12,84 (O2 + 3,76N2) 16,2H2O + 13,9CO2 + 0,5CO + 1,18O2
+ 1,98.48,26N2
1,8C8H18 + 23,11(O2 + 3,76N2) 16,2H2O + 13,9CO2 + 0,5CO + 1,18O2 +
86,8N2
Hasil dibagi dengan 1,8 :
C8H18 + 12,8 (O2 + 3,76 N2) 9 H2O + 7,72 CO2 + 0,27 CO + 0,65 O2 +
(5)
commit to user
Dari kedua reaksi pembakaran di atas dapat disimpulkan bahwa pada proses pembakaran 1 mol bensin (C8H18) menghasilkan jumlah mol gas buang yang
berbeda antara mesin sebelum dimodifikasi (konvensional) dan setelah dimodifikasi (injeksi). Sebelum mesin dimodifikasi pembakaran 1 mol bensin menghasilkan 2,39 mol karbon monoksida (CO), sedangkan setelah mesin dimodifikasi pembakaran 1 mol bensin menghasilkan 0,27 mol karbon monoksida (CO). Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa pembakaran pada mesin dengan sistem bahan bakar injeksi lebih baik dari pada pembakaran pada mesin dengan sistem bahan bakar konvensional, hal ini ditunjukkan dengan jumlah mol gas CO yang lebih sedikit. Jumlah mol gas CO yang lebih sedikit juga berarti bahwa mesin sistem bahan bakar injeksi lebih ramah lingkungan dari pada mesin sistem bahan bakar konvensional.
(6)
commit to user
80 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan
Setelah menyelesaikan proyek akhir dengan judul Modifikasi Mesin Sistem Konvensional Menjadi Sistim Bahan Bakar Injeksi Elektronik Pada Toyota Kijang 5K, penulis dapat mengambil beberapa kesimpulan sebagai berikut ini : 1. Dalam proses modifikasi diperlukan beberapa penyesuaian pada komponen
induksi udara, exhaust manifold, pipa buang, dan sistem kontrol elektronik. 2. Setelah dilakukan modifikasi, emisi gas buang pada sistem injeksi lebih ramah
lingkungan.
3. Pada kedua sistem, konsumsi bahan bakar hampir sama. 5.2 Saran
Beberapa saran yang dapat penulis sampaikan agar hasil Proyek Akhir tersebut lebih baik adalah sebagai berikut :
1. Dalam melakukan pemeriksaan sistem yang dikontrol ECU harus dengan langkah yang benar sesuai petunjuk pada buku reparasi TOYOTA KIJANG 7K-E, agar tidak tejadi hubungan singkat yang dapat menyebabkan kerusakan pada ECU.
2. Pemberian Vehicle Speed Sensor yang diapsang pada transmisi, agar warning
lamp check engine tidak menyala saat kendaraan digunakan. Dengan adanya
Vehicle Speed Sensor, dashboard harus dirubah, karena setelah diberi Vehicle
Speed Sensor, speedometer harus diganti. Speedometer yang digunakan
inputannya adalah voltage AC yang dihasilkan oleh Vehicle Speed Sensor.
3. Untuk pemakaian mobil hasil modifikasi ini diharapkan selalu menjaga dan merawat kebersihan mobil serta sistem-sistem yang ada pada mobil ini.