BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pengerian Dasar Motor bakar adalah salah satu jenis dari mesin kalor, yaitu mesin yang mengubah energi termal untuk melakukan kerja mekanik atau mengubah tenaga kimia bahan bakar menjadi tenaga mekanis. Energi diperoleh dari proses pembakaran, proses pembakaran juga mengubah energi tersebut yang terjadi didalam dan diluar mesin kalor. Motor bakar torak menggunakan silinder tunggal atau beberapa silinder. Salah satu fungsi torak disini adalah sebagai pendukung terjadinya pembakaran pada motor bakar. Tenaga panas yang dihasilkan dari pembakaran diteruskan torak ke batang torak, kemudian diteruskan ke poros engkol yang mana poros engkol nantinya akan diubah menjadi gerakan putar. Gambar 2.1. Motor Bakar Torak Motor bakar terbagi menjadi 2 (dua) jenis utama, yaitu motor diesel dan motor bensin. Perbedaan umum terletak pada sistem penyalaan. Penyalaan pada motor bensin terjadi karena loncatan bunga api listrik yang dipercikan oleh busi atau juga sering disebut spark ignition engine. Sedangkan pada motor diesel penyalaan terjadi karena kompresi yang tinggi di dalam silinder kemudian bahan bakar disemprotkan oleh nozzle atau juga sering disebut juga Compression Ignition Engine.
2.2. Prinsip Kerja Motor Bakar Bensin Motor bensin bekerja dengan gerakan torak bolak balik ( Bergerak naik turun pada motor dengan silinder tegak) motor bensin bekerja menurut prinsip 4 langkah (tak) dan 2 langkah (tak). Yang dimaksud dengan istilah langkah disini adalah perjalanan torak dari satu titik mati atas TMA ke titik mati bawah TMB. Langkah hisap Torak bergerak kebawah,katup masuk membuka,katup bunag tertutup, terjadilah kevakuman pada waktu torak bergerak kebawah,campuran bahan bakar dan udara mengalir kedalam silinder melalui lubang katup masuk,campuran bahan bakar da udara datang dari karburator atau sistem EFI. Langkah kompresi Setelah mencapai titik mati bawah, torak bergerak kembali menju titik mati atas, sembari saat itu katup hisap dan katp buang dalam keadaan tertutup. Dengan demikian campuran bahan bakar dan udara yang berada didalam silinder tadi ditekan dan dimanpatkan oleh torak yang bergerak ketitik mati atas. Akibatnya, tekanan dan suhu dalam silinder naik sehingga sangat mudah bagi bahan bakar untuk terbakar. Langkah kerja Pada saat torak hampir mencapai titiik mati atas, campuran bahan bakar dan udara, maka terjadilah ledakan atau proses pembakaran yang mengakibatkan suhu dan tekanan naik dengan cepat. Di lain pihak torak tetap meneruskan perjalanan menuju titik mati atas, ini berarti ruang bakar atau silinder semakin menyempit sehingga suhu dan tekanan gas di dalam silinder semakin bertambah tinggi lagi. Akhirnya torak mencapai posisi titik mati atas ke posisi titik mati bawah dengan tetap katup hisap dan katup buang dalam tertutup. Pada langkah ini volume gas pembakaran di dalam silinder di dalam silinder bertambah besar oleh karena itu tekanannya turun.
Langkah buang Kemudian pada saat torak mencapai posisi titik mati bawah, katup buang terbuka dan katup hisap tetap tertutup. Torak kembali ke titik mati atas dan mendesak gas pembakaran keluar silinder melalui saluran katup buang. Langkah hisap Langkah kompresi Langkah kerja Langkah buang Gambar 2.2 Prinsip kerja motor bensin 4 langkah ( sumber : http://en.wikipedia.org/wiki/four-stroke_cycle ) 2.3 Sistem EFI (Electric Fuel Injection) Mesin dengan karburator konvensional, jumlah bahan bakar yang diperlukan oleh mesin diatur oleh karburator. Pada mesin modern dengan mengunakan sistem EFI maka jumlah bahan bakar diatur (dikontrol) lebih akurat oleh komputer dengan mengirim bahan bakarnya ke silinder melalui injektor. Sistem EFI menentukan jumlah bahan bakar yang optimal (tepat) disesuakan dengan jumlah dan temperatur udara yang masuk, kesepatan mesin, temperatur air pendingin, posisi katup throttle, pengembunan oxygen di dalam exhaust pipe, dan kondisi penting lainya. Komputer EFI 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.
2.4. Macam-macam Sistem EFI Sistem EFI dirancang untuk mengukur jumlah udara yang dihisap dan untuk mengontrol penginjeksian bahan bakar yang sesuai. Besarnya udara yang dihisap diukur langsung dengan tekanan udara dalam intake manifoul (D-EFI sistem) atau dengan airflow meter pada sistem L-EFI 2.4.1 Sistem D- EFI Sistem D EFI dengan sistem (Manifold Pressure Control Type) yaitu mengukur tekanan udara dalam intake manifold, kemudian melakukan penghitungan jumlah udara yang masuk. Sistem ini sering pula disebut D Jetronic yaitu merk dagang dari Bosch. Huruf D singkatan dari Druck (bahasa Jerman) yang berarti tekanan, sedang Jetronic berarti penginjeksian (injection). Pada sistem D EFI, dalam mendeteksi tekanan udara dan jumlah udara dalam intake manifold kurang akurat apabila dibanding sistem L EFI. Gambar 2.3. Sistem EFI tipe D (Sumber : PT. Toyota Astra Motor)
2.4.2 Sistem L- EFI Pada sistem L-EFI,dengan system (Air flow control Type) dimana air flow meter langsung mengukur jumlah udara yang mengalir melalui intake manifold. Air flow meter mengukur jumlah udara dengan sangat akurat, sehingga sistem ini dapat mengontrol penginjeksian bahan bakar lebih tepat dibanding system D-EFI. Istilah L diambil dari bahasa Jerman yaitu Luft yang berarti udara. Gambar 2.4. Sistem EFI tipe L (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual)
2.5. Sistem-sistem yang ada pada EFI Secara garis besar terdapat tiga sistem yang ada pada EFI yaitu : sistem bahan bakar, sistem induksi udara, dan sistem kontrol elektronik. 2.5.1 Sistem bahan bakar (Fuel System) Sistem bahan bakar digunakan untuk menyalurkan bahan bakar dari tangki bahan bakar sampai ke ruang bakar. Sistem ini terdiri atas : tangki bahan bakar, pompa bahan bakar, saringan bahan bakar, pipa penyalur, pressure regulator, pulsation damper, injektor, dan cold start injector. 2.5.2 Sistem induksi udara (Air Induction System) Sistem induksi udara menyalurkan sejumlah udara yang diperlukan untuk pembakaran. Sistem ini terdiri atas : air cleaner, air flow meter, throttle body, dan air valve. 2.5.3 Sistem kontrol elektronik (Electronic Control System) Sistem kontrol elektronik terdiri atas beberapa sensor seperti : air flow meter, water temperatur sensor, throttle position sensor, air temperatur sensor, dan oxygen sensor. Pada sistem ini terdapat ECU (Electronic Control Unit) yang mengatur lamanya kerja injektor. Pada sistem ini juga terdapat komponen lain seperti : main relay yang mensuplai tegangan ke ECU, start injector time switch yang mengatur kerja cold start injector selama mesin dingin, circuit opening relay yang mengatur kerja pompa bahan bakar dan resistor yang menstabilkan kerja injektor. 2.6 Sistem Bahan Bakar Bahan bakar dihisap dari tangki oleh pompa bahan bakar yang dikirim dengan tekanan ke saringan. Bahan bakar yang telah tersaring tersebut selanjutnya dikirim ke injektor dan cold start injector. Tekanan dalam saluran bahan bakar (fuel line) dikontrol oleh pressure regulator. Kelebihan bahan bakar dialirkan kembali ke tangki melalui return line.
Gambar 2.5. Sistem bahan bakar EFI (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual) Getaran pada bahan bakar yang disebabkan adanya penginjeksian diredam oleh pulsation damper. Bahan bakar diinjeksikan oleh injektor ke dalam intake manifold sesuai dengan injection signal dari EFI computer. Cold start injector menginjeksikan bahan bakar langsung ke air intake chamber saat mesin dingin sehingga mesin dapat dihidupkan dengan mudah. 2.6.1 Pompa bahan bakar Terdapat dua tipe pompa bahan bakar, yaitu pompa bahan bakar yang dipasang di dalam tangki dan pompa yang terpasang di luar tangki (in ine type). Kedua pompa tersebut sering disebut wet type karena motor bersatu dengan pompa dan bagian dalam pompa terisi dengan bahan bakar. 2.6.1.1 In tank type Pompa diletakkan atau dipasang di dalam tangki bahan bakar, menggunakan turbine pump yang mempunyai keistimewaan getaran yang terjadi di dalam pompa kecil. Pompa ini terdiri atas : motor,check valve, relief valve dan filter.
Gambar 2.6. Pompa bahan bakar in tank type (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2., Jakarta : PT.Toyota Astra Motor) Pompa turbin terdiri atas satu atau dua impeller yang diputar oleh motor. Casing dan pump cover tersusun menjadi satu unit, sehingga apabila motor berputar maka impeller akan ikut berputar. Blade pada bagian luar lingkaran impeller mengisap bahan bakar dari inlet port dan keluar melalui outlet port. Bahan bakar yang keluar melalui sekitar motor dan dialirkan melalui valve. Gambar 2.7. Cara kerja pompa bahan bakar in tank type (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2., Jakarta : PT.Toyota Astra Motor)
Relief valve terbuka apabila tekanan bahan bakar mencapai 3,5 6 kg/cm2. Tekanan bahan bakar yang tinggi langsung dikembalikan ke tangki bahan bakar. Jadi relief valve mencegah naiknya tekanan bahan bakar dari batas yang ditentukan.check valve tertutup pada saat pompa bahan bakar berhenti sehingga di dalam saluran bahan bakar terdapat sisa tekanan apabila mesin mati, sehingga mempermudah pada saat menghidupkan mesin. 2.6.1.2 In line type Pompa bahan bakar tipe segaris dipasang di bagian luar tangki bahan bakar. Pompa ini terdiri atas motor dan unit pompa, check valve, relief valve,filter, dan silencer. Pompa terdiri atas : rotor yang diputar oleh motor, pump spacer yang berfungsi sebagai flange luar dan roller-roller sebagai seal antara rotor dan pump spacer. Gambar 2.8. Pompa bahan bakar tipe in line (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2., Jakarta : PT.Toyota Astra Motor) Apabila motor berputar, maka rotor juga ikut berputar, sehingga rollerroller akan terlempar ke luar karena adanya gaya centrifugal. Bahan bakar akan mengalir melalui unit motor, menekan check valve dan mengalir melalui silencer, setelah bahan bakar keluar dari pompa. Silencer menyerap tekanan bahan bakar yang yang dihasilkan oleh pompa dan mengurangi suara bising.
Gambar 2.9. Cara kerja pompa bahan bakar tipe in line (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.) 2.6.2 Pulsation damper Tekanan bahan bakar dipertahankan pada 2,55 atau 2,9 kg/cm 2 sesuai kevakuman intake manifold dan pressure regulator. Oleh karena itu terdapat sedikit variasi tekanan pada saluran bahan bakar. Pulsation damper menyerap variasi tekanan tersebut, karena didalamnya terdapat diafragma yang dapat menetralisir variasi tekanan. Gambar 2.10. Pulsation damper (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 1.)
2.6.3 Pressure Regulator Perubahan tekanan bahan bakar akibat injeksi bahan bakar dan variasi perubahan vakum manifold mengakibatkan jumlah bahan bakar yang diinjeksikan sedikit berubah. Pressure regulator mengatur tekanan bahan bakar yang mengalir ke injector. Jumlah injeksi bahan bakar dikontrol sesuai lamanya signal yang diberikan ke injector, sehingga tekanan konstan pada injector harus dipertahankan. Tekanan bahan bakar dari delivery pipe menekan diafragma, membuka katup, sebagian bahan bakar kembali ke tangki melalui pipa pembalik. Jumlah bahan bakar yang kembali ditentukan oleh tingkat ketegangan pegas diafragma, variasi tekanan bahan bakar sesuai dengan volume bahan bakar yang kembali. Gambar 2.11. Pressure regulator (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 1.) Vakum intake manifold yang dihubungkan pada bagian sisi diafragma spring melemahkan tegangan pegas diafragma, sehingga menambah volume kembalinya bahan bakar dan menurunkan tekanan bahan bakar. Dengan demikian apabila vakum intake manifold naik (tekanan mengecil), tekanan bahan bakar turun hanya pada tingkat bahan bakar A dan vakum intakemanifold B dipertahankan tetap.
Gambar 2.12. Cara kerja pressure regulator (Sumber : Toboldt,William K, dan Johnson, Larry.) Apabila pompa berhenti, pegas akan menekan katup sehingga katup menutup. Akibatnya check valve dalam pompa bahan bakar dan katup di dalam pressure regulator mempertahankan sisa tekanan dalam saluran bahan bakar. Pressure regulator tidak berfungsi dikarenakan ada benda asing yang menempel di valve akan mengakibatkan menurunnya tekanan. Akibatnya mesin susah hidup, idling kasar dan tenaga mesin turun. Pressure regulator tidak dapat distel apabila rusak dan harus diganti satu unit. 2.6.4 Injektor Injektor adalah nosel electromagnet yang akan menginjeksi bahan bakar sesuai dengan signal dari ECU. Injektor-injektor dipasang melalui insulator ke intake manifold atau cylinder head dekat lubang pemasukan (intake manifold) dan dijamin oleh delivery pipe. Gambar 2.13. Injektor (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.)
Apabila signal dari ECU diterima oleh coil solenoid, plunger tertarik melawan tegangan pegas. Needle valve dan plunger merupakan satu unit, maka valve juga tertarik dari dudukan dan bahan bakar akan diinjeksikan melalui ujung injector. Pengaturan volume bahan bakar yang diinjeksikan sesuai dengan lamanya signal, sedangkan langkah needle valve tetap. 2.6.5 Cold start injektor Cold start injector dipasang di bagian tengah air intake chamber, berfungsi untuk memperbaiki kemampuan mesin pada waktu masih dingin. Cold start injector bekerja selama mesin distart dan temperatur air pendingin masih rendah. Lamanya injeksi maksimum dibatasi oleh start injection time switch untuk mencegah penggenangan bahan bakar. Apabila kunci kontak diputar ke posisi ST, arus mengalir ke solenoid coil dan plunger akan tertarik melawan tekanan pegas, sehingga katup akan terbuka dan bahan bakar mengalir melalui ujung injector. Gambar 2.14. Cold start injector (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.) `Apabila ada benda asing yang menempel pada cold start injector akan mengakibatkan kebocoran bahan bakar, akibatnya idling kasar. Setelah mesin dimatikan, sisa tekanan bahan bakar akan mengalir ke intake manifold chamber sehingga campuran bahan bakar dan udara terlalu gemuk. 2.6.6 Cold start injector time switch Fungsi cold start injector time switch adalah untuk mengatur lamanya injeksi maksimum dari cold start injector.
Gambar 2.15. Cold start injector time switch (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.) Pada saat temperatur air pendingin masih rendah,kontak akan tertutup. Apabila kunci kontak diputar ke posisi ST, arus akan mengalir seperti pada gambar 2.21 dan bahan bakar akan diinjeksikan. Gambar 2.16. Cara kerja cold start injector saat mesin dingin (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.) Setelah mesin distarter dan kunci kontak pada posisi ON, injeksi dari cold start injector akan berakhir.apabila starter motor berputar pada periode yang lama,memungkinkan penggenangan bahan bakar. Oleh karena itu pada saat arus mengalir melalui heat coil (1) dan (2) elemen bimetal menjadi panas dan kontak akan terbuka.dengan demikian tidak ada arus yang mengalir ke cold start injector, sehingga lnjeksi bahan bakar terhenti.
Gambar 2.17. Cara kerja cold start injector saat mesin panas (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.) 2.7 Sistem Induksi Udara Udara dari air cleaner masuk melalui air flow meter dan membuka measuring plate sebelum mengalir ke air intake chamber. Volume udara yang mengalir ke air intake chamber ditentukan oleh pembukaan katup throttle. Selanjutnya udara dari intake chamber didistribusikan ke setiap manifold dan mengalir ke dalam rauang bakar. Apabila mesin masih dingin, air valve akan terbuka dan udara mengalir melalui air intake chamber. Sekalipun throttle valve dalam keadaan menutup, udara akan mengalir ke air intake chamber untuk menambah putaran idle (disebut fast idle ). Gambar 2.18. Sistem induksi udara tipe D EFI (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.)
Gambar 2.19. Sistem induksi udara tipe L EFI (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.) 2.7.1 Throttle body Throttle body terdiri atas : throttle valve, yang mengatur volume udara masuk selama mesin bekerja normal dan saluran bypass yang mengalirkan udara selama mesin berputar idel. Throttle position sensor juga dipasang pada poros throttle valve untuk mendeteksi sudut pembukaan katup throttle. Beberapa throttle dilengkapi dengan air valve tipe wax atau dash pot yang memungkinkan throttle valve kembali secara bertahap bila throttle valve tertutup. Air pendingin mengalir melalui throttle body untuk mencegah lapisan es pada musim dingin. Gambar 2.20. Throttle body (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.)
Selama putaran idel, throttle valve tertutup penuh.udara yang masuk ke air intake chamber melalui saluran bypass. Putaran idel mesin dapat diatur dengan mengatur volume udara yang masuk melalui saluran bypass. Dengan memutar idel adjusting screw searah putaran jarum jam akan mengurangi volume udara yang masuk melalui saluran bypass dan putaran mesin akan turun. Sebaliknya apabila idle adjusting screw diputar ke kiri, putaran mesin akan naik. Mesin yang dilengkapi dengan idel speed control (ISC), volume udara mengalir melalui saluran bypass terpisah diatur oleh ISC. Oleh karena itu idel speed adjusting screw diset pada posisi tertutup penuh oleh pabrik. 2.8 Katup udara Katup udara berfungsi untuk mengatur putaran idel pada saat mesin masih dingin. Pada umumnya katup udara yang digunakan pada sistem EFI terdapat dua tipe yaitu : tipe bi-metal dan tipe wax. 2.8.1 Tipe bi-metal Katup udara yang digunakan untuk putaran fast idel berfungsi untuk menambah putaran mesin sewaktu mesin masih dingin. Apabila mesin dihidupkan dalam keadaan dingin, gate valve terbuka, akibatnya udara dari intake air connector pipe mengalir ke saluran bypass throttle valve, kemudian mengalir ke intake air chamber. Gambar 2.21. katup udara tipe bimetal (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.)
Dengan demikian meskipun throttle valve tertutup, volume udara masuk bertambah dan putaran idel lebih tinggi dari pada putaran normal. Setelah mesin hidup beberapa saat, arus mulai mengalir ke heat coil, akibatnya bi-metal menjadi panas, gate valve secara perlahan akan tertutup dan putaran mesin akan turun. Seperti terlihat pada grafik, volume udara yang mengalir melalui air valve akan bertambah sesuai dengan turunnya temperatur udara atmosfer. Air valve dipasang pada permukaan cylinder head. Apabila mesin dihidupkan kembali pada waktu mesin panas, bi-metal dipanasi oleh panas mesin dan gate valve tertutup. Oleh karena itu udara tidak dapat mengalir melalui air valve dan mekanisme fast idel tidak berfungsi. 2.8.2 Tipe wax Katup udara tipe wax terpasang pada throttle body, terdiri atas thermo valve, gate valve, pegas A dan pegas B. Thermo valve diisi dengan thermo wax yang akan mengembang dan mengkerut sesuai dengan perubahan temperatur air pendingin. Gambar 2.22. Katup udara tipe wax (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.) Apabila temperatur rendah, thermo valve akan mengkerut dan gate valve akan terbuka oleh pegas A. Pada keadaan ini udara mengalir melalui air valve tanpa melewati throttle valve masuk ke air intake chamber. Apabila temperature air pendingin naik, thermo valve akan mengembang mengakibatkan pegas B menutup gate valve. Pegas B lebih kuat dari pada pegas A, gate valve tertutup sehingga putaran mesin turun.
Gambar 2.23. Cara kerja katup udara saat mesin dingin (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.) Apabila temperatur air pendingin sekitar 80 0 C,gate valve tertutup dan mesin pada putaran idel yang normal. Apabila temperatur air naik lebih tinggi, valve akan mengembang lebih jauh. Pada kondisi ini gaya pegas B bertambah dan mempertahankan gate valve tertutup. Gambar 2.24. cara kerja katup udara saat mesin panas (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.) 2.9 Air intake chamber dan intake manifold Udara yang mengalir ke dalam intake manifold terputus-putus sehingga terjadi getaran pada udara yang masuk. Getaran tersebut akan mengakibatkan measuring plate yang ada di dalam air flow meter menjadi vibrasi, memungkinkan pengukuran volume udara kurang akurat. Oleh karena itu diperlukan air intake chamber yang mempunyai kapasitas yang besar untuk meredam getaran udara.
Gambar 2.25. Air intake chamber (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.) 2.10 Sistem Kontrol Elektronik Sistem kontrol elektronik terdiri atas beberapa sensor yang mendeteksi berbagai kondisi mesin. Sensor-sensor tersebut mendeteksi volume udara masuk, beban mesin, temperatur udara dan air pendingin, akselerasi, dan deselerasi. Selanjutnya sensor-sensor mengirimkan signal-signal ke ECU, kemudian ECU menentukan lamanya injeksi yang tepat dan mengirimkan signal-signal ke injector untuk menginjeksikan bahan bakar.volume injeksi tergantung lamanya signal dari ECU. Gambar 2.26. Sistem control elektronik (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.)
2.10.1 Air flow meter Air flow meter terdir atas : measuring plate, return spring dan potensiometer. Udara yang masuk melalui air flow meter membuka measuring plate yang ditahan oleh return spring. Gambar 2.27. Air flow meter (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.) Akibatnya measuring plate dan potensiometer bergerak pada sumbu yang sama sehingga sudut membukanya measuring plate dirubah menjadi perbandingan tegangan oleh potensiometer. Selanjutnya perbandingan tegangan tersebut diterima oleh ECU dalam bentuk singnal tegangan. 2.10.2 Manifold Pressure Sensor Manifold pressure sensor (vacuum sensor) bekerja berdasarkan tekanan dalam intake manifold. Tekanan yang sebenarnya tersebut sebanding dengan udara yang dialirkan ke dalam intake manifold dalam satu siklus. Volume udara yang masuk dapat ditentukan dengan mengukur tekanan intake manifold. Selanjutnya tekanan intake manifold disensor oleh silicon chip. Fungsi silicon chip adalah merubah tekanan ke dalam bentuk nilai tahanan, kemudian dideteksi secara electrical oleh IC yang ada di dalam sensor.
2.10.3 Sensor posisi throttle Gambar 2.28. Manifold pressure sensor (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.) Sensor posisi throttle dipasang jadi satu dengan throttle body. Sensor ini merubah sudut membukanya throttle menjadi tegangan dan mengirimkan ke ECU. Signal yang dikeluarkan oleh throttle position sensor ada dua, yaitu signal IDL dan signal PSW. Signal IDL digunakan untuk menghentikan aliran bahan bakar dan signal PSW untuk menambah injeksi bahan bakar. Gambar 2.29. Sensor posisi throttle (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.) Sensor posisi throttle Pada sensor temperatur air terdapat thermister yang berfungsi untuk mendeteksi suhu air pendingin. Apabila temperatur mesin masih rendah penguapan bensin juga rendah sehingga diperlukan campuran yang gemuk.
Gambar 2.30. Sensor temperatur air (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.) Tahanan thermister besar pada saat suhu air pendingin masih rendah sehingga signal tegangan yang dihasilkan THW akan tinggi. Gambar 2.31. Grafik hubungan temperatur dengan tahanan (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.) Selanjutnya signal tersebut dikirim ke ECU untuk menambah volume bahan bakar yang diinjeksikan. Sebaliknya apabila suhu air pendingin tinggi, signal tegangan yang dihasilkan THW akan rendah, selanjutnya signal ini dikirim ke ECU untuk mengurangi jumlah bahan bakar yang diinjeksikan.
2.10.4 Sensor temperatur udara masuk Gambar 2.32. Sensor temperatur udara masuk (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.) Sensor temperatur udara masuk mendeteksi suhu udara yang masuk. Sensor tersebut dilengkapi dengan thermister dan diletakkan di dalam air flow meter. Pada sistem EFI tipe D, sensor temperatur udara diletakkan pada kotak saringan udara (air cleaner case) atau pada intake air chamber. Gambar 2.33. Sensor temperatur udara masuk pada D EFI (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.) Volume dan kepadatan udara berubah sesuai dengan berubahnya temperatur udara. Oleh karena itu meskipun volume udara yang diukur air flow meter kemungkinan sama, tetapi jumlah injeksi bahan bakar akan berubah-ubah sesuai dengan berubahnya temperatur. Pada temperatur di bawah 20 0 C. bahan bakar yang diinjeksikan bertambah, dan di atas 20 0 C berkurang. Dengan demikian perbandingan udara dan bahan bakar dijamin ketepatannya meskipun temperaturnya berubah.
2.11 Signal pengapian mesin Dalam nenentukan saat pengapian dan putaran mesin, ECU memerlukan masukan dari signal pengapian mesin. Signal tersebut untuk mengkalkulasi penentuan awal volume bahan bakar yang diinjeksikan dan penghentian bahan bakar. Apabila tegangan pada terminal negatif ignition coil mencapai atau melebihi 150 volt, ECU akan mendeteksi signal tersebut. Gambar 2.34. Signal pengapian mesin (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.) 2.12 Signal starter Signal starter digunakan apabila poros engkol mesin diputar oleh motor starter. Selama poros engkol berputar, aliran udara lambat dan suhu udara rendah sehingga penguapan bahan bakar tidak baik (campuran kurus). Untuk meningkatkan kemampuan start mesin diperlukan campuran yang kaya. Signal starter berfungsi untuk menambah volume injeksi selama mesin distarter.tegangan signal starter sama dengan tegangan yang digunakan pada motor starter. Gambar 2.35. Signal starter (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.)
2.13 Relay utama EFI Relay utama digunakan sebagai sumber tegangan untuk ECU dan circuit opening relay. Relay tersebut berfungsi untuk mencegah penurunan tegangan dalam sirkuit ECU. Apabila kunci kontak ON, arus akan mengalir ke relay, titik kontak akan berhubungan dan arus akan mengalir dari baterai melalui kedua fusible link ke ECU dan circuit opening relay selanjutnya ke pompa bahan bakar. 2.14 Sensor oxygen Gambar 2.36. Relay utama EFI (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.) Sensor oxygen mensensor apakah campuran udara dan bahan bakar gemuk atau kurus terhadap campuran udara dan bahan bakar teoritis. Sensor tersebut ditempatkan di dalam exhaust manifold yang terdiri atas elemen yang terbuat dari zirconium dioxide (Z r O 2,semacam material keramik). Elemen tersebut dilapisi dengan lapisan tipis platina pada bagian dalam dan luarnya. Udara sekitar yang dimasukkan ke bagian dalam sensor dan luar sensor terkena gas buang. Gambar 2.37. Sensor oksigen (Sumber : Materi Pelajaran Engine Group Step 2.)
2.15 Sistem Karburator Karburator berfungsi untuk merubah bahan bakar dalam bentuk cair menjadi kabut bahan bakar dan mengalirkan ke dalam silinder sesuai dengan kebutuhan mesin. Karburator mengirim sejumlah campuran udara dan bahan bakar melalui intake manifold menuju ruang bakar sesuai dengan beban dan putaran mesin. 2.15.1 Tipe venturi karburator Venturi adalah pengecilan bagian pipa untuk memperoleh pores pengkabutan pada kaburator Jika dilihat dari tipe venturi karburator dapat dibedakan menjadi : 2.15.1.1 Karburator dengan venturi tetap (fixed venturi) Gambar 2.38 Karburator dengan venturi tetap (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual) Karburator dengan venturi tetap (fixed venturi) dewasa ini masih banyak digunakan karena konstruksinya sederhana. Sifat utama karburator tersebut menggunakan sebuah venturi tetap dengan diameter tertentu. Besarnya vakum yang dihasilkan oleh udara yang mengalir melalui venturi tersebut sesuai dengan kecepatan aliran. Kecepatan aliran dipengaruhi oleh beban mesin dan pembukaan katup gas. Keadaan tersebut akan mempengaruhi banyak sedikitnya bahan bakar yang keluar dari venturi.
2.15.1.2 Karburator variable venturi Gambar 2.39 Karburator variable venturi (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual) Karburator variable venturi menggunakan sistem dimana permukaan venturi dikontrol sesuai dengan banyaknya udara yang dihisap. Salah satu keistimewaan karburator tersebut adalah perubahan membukanya venturi sama saat kecepatan rendah dan sedang, serta pada beban ringan dan sedang. Dengan alasan tersebut volume bahan bakar berubah sesuai dengan volume udara yang masuk dan tahanan udara yang masuk menjadi kecil. Dengan demikian dapat memudahkan untuk mencapai output yang tinggi.tingkat aliran udara yang dihisap melalui karburator variable venturi seperti diperlihatkan pada grafik di bawah ini. Gambar 2.40 Tingkat aliran udara (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual)
Dibanding dengan karburator fixed venturi, maka karburator variable venturi mempunyai tingkat aliran udara yang tetap (adanya tahanan pada aliran udara) yang memotong daerah full pada rpm mesin, sehingga diperoleh suatu campuran yang baik antara udara dan bahan bakar. 2.15.1.3 Karburator air valve venturi Gambar 2.41 Karburator air valve venturi (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual) Pada karburator air valve venturi, membukanya air valve dikontrol dengan besarnya udara yang dihisap. Konstruksinya berbeda dengan karburator variable venturi, tetapi cara kerjanya sama. Karburator jenis air valve mempunyai dasar karburator arus turun dua barrel (down draft double barrel), tetapi konstruksi dan cara kerjanya sama dengan sistem secondary yang dimodifiksai. Katup udara terpasang di dalam silinder secondary dan membukanya air valve bervariasi sesuai dengan jumlah udara yang dihisap. Kevakuman pada nosel utama dikontrol agar bekerjanya konstan.karburator jenis ini tidak mempunyai tahanan aliran udara pada venturi sehingga keuntungannya mampu menghasilkan output yang besar. Disamping itu, membuka dan menutupnya katup throttle secara mekanik maka diafragma tidak diperlukan lagi.
2.15.2 Arah masuk campuran udara dan bahan bakar Karburator Dilihat dari arah masuk campuran udara dan bahan bakar dapat dibedakan menjadi : 2.15.2.1 Karburator arus turun Gambar 2.42 Karburator arus turun (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual) Pada karburator arus turun, arah masuknya campuran udara dan bahan bakar adalah ke bawah (down draft). Karburator jenis ini banyak digunakan karena tidak ada kerugian gravitasi. 2.15.2.2 Karburator arus datar Gambar 2.43 Karburator arus datar (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual) Pada karburator arus datar, arah masuknya campuran udara dan bahan bakar adalah ke samping (side draft). Karburator tersebut pada umumnya digunakan pada mesin yang memiliki output yang tinggi.
2.15.3 Jumlah barel karburator Dilihat dari jumlah barel, karburator dapat dibedakan menjadi: 2.15.3.1 Karburator single barel Gambar 2.44 karburator single barel (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual) Pada karburator single barel, semua kebutuhan bahan bakar pada berbagai putaran mesin dilayani oleh satu barel. Padahal pada putaran mesin rendah, diameter venturi yang besar akan lebih lambat menghasilkan tenaga dibanding diameter venturi yang kecil. Sebaliknya diameter venturi yang kecil hanya mampu memenuhi kebutuhan bahan bakar pada putaran mesin tertentu, tetapi pada putaran rendah lebih cepat menghasilkan tenaga. Untuk mengatasi permasalahan tersebut maka diciptakan karburator double barel. 2.15.3.2 Karburator double barel Pada putaran rendah, karburator double barel cepat menghasilkan tenaga (output) karena yang bekerja hanya primary venturi yang mempunyai diameter venturi kecil. Pada putaran tinggi, baik primary maupun secondary venturi bekerja bersama-sama sehingga output yang dicapai akan tinggi karena total diameter venturinya besar.disamping itu kecepatan aliran maksimal pada venturi karburator double barel dibanding karburator single barel lebih kecil sehingga kerugian gesekannyapun lebih kecil.
. Gambar 2.45 karburator double barel (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual) 2.16 Prinsip Kerja Karburator Prinsip dasar karburator sama dengan prinsip pengecatan dengan penyemprotan. Pada saat udara ditiup melalui bagian ujung pipa penyemprot, tekanan di dalam pipa akan turun (rendah). Akibatnya cairan yang ada di dalam tabung akan terhisap keluar dan membentuk partikel-partikel kecil saat terdorong oleh udara. Semakin cepat aliran udara,maka semakin rendah tekanan udara pada ujung pipa sehingga semakin banyak cairan bahan bakar yang keluar dari pipa. Prinsip kerja karburator berdasarkan hukum-hukum fisika seperti : Qontinuitas dan Bernauli. Apabila suatu fluida mengalir melalui suatu tabung, maka banyaknya fluida atau debit aliran (Q) adalah : Q = A.V = konstan Q = debit aliran (m 3 /detik) A = luas penampang tabung (m 2 ) V = kecepatan aliran (m/detik)
Gambar 2.46 Konstruksi dasar karburator (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual) Konstruksi dasar karburator dapat dilihat pada gambar diatas. Bagian karburator yang diameternya menyempit (bagian A) disebut venturi. Pada bagian ini kecepatan aliran udara yang masuk semakin tinggi sehingga kevakumannya semakin rendah. Dengan demikian pada bagian venturi bahan bakar yang dapat terhisap semakin banyak. 2.17 Cara Kerja Karburator Untuk memenuhi kebutuhan kerjanya, pada karburator terdapat beberapa sistem yaitu : a. Sistem pelampung b. Sistem Stasioner dan Kecepatan Lambat c. Sistem Kecepatan Tinggi Primer d. Sistem Kecepatan Tinggi Sekunder e. Sistem Tenaga (Power System) f. Sistem Percepatan g. Sistem Cuk h. Mekanisme idel cepat i. Hot Idle Compensator j. Anti Dieseling k. Daspot l. Deceleration Fuel Cut Off System
Untuk mempermudah dalam analisa kerusakan atau gangguan yang disebabkan karburator, maka perlu diuraikan atau dijelaskan masing-masing sistem yang ada pada karburator. 2.17.1 Sistem Pelampung Sistem pelampung diperlukan untuk menjaga agar permukaan bahan bakar pada ruang pelampung selalu konstan. Pada ruang pelampung terdapat pelampung (float) dan jarum pelampung (needle valve). Gambar 2.47 Sistem pelampung (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual) Pelampung dapat bergerak naik turun sesuai dengan tinggi permukaan bahan bakar, sedang jarum pelampung berfungsi untuk membuka dan menutup saluran bahan bakar yang berasal dari pompa bahan bakar. Apabila permukaan bahan bakar di dalam ruang pelampung turun, maka pelampung akan turun sehingga jarum pelampung membuka saluran masuk. Akibatnya bahan bakar yang berasal dari pompa bahan bakar mengalir masuk ke ruang pelampung. Selanjutnya apabila permukaan bahan bakar dalam ruang pelampung naik, maka pelampung ikut naik sehingga jarum pelampung menutup saluran bahan bakar. Akibatnya aliran bahan bakar terhenti. Demikian seterusnya sehingga permukaan bahan bakar diharapkan selalu konstan walaupun putaran mesin berubah ubah dalam kenyatan jarum pelampung terdiri atas katup jarum, pegas dan pin. Pada katup jarum terdapat pegas yang berfungsi untuk mencegah pembukaan katup jarum pada saat kendaraan terguncang.
2.17.2 Sistem Stasioner dan Kecepatan lambat Gambar 2.48 Sistem stasioner dan kecepatan lambat (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual) Pada saat mesin berputar stasioner, bahan bakar mengalir dari ruang pelampung melalui primary main jet, kemudian ke slow jet, economizer jet, dan akhirnya ke ruang bakar melalui idle port. Kemudian pada saat pedal gas ditekan sedikit,maka katup gas akan membuka lebih lebar sehingga aliran bahan bakar dari ruang pelampung tersebut masuk ke ruang bakar selain melalui idle port juga melalui slow port. 2.17.3 Sistem kecepatan Tinggi Primer Pada saat pedal gas dibuka lebih lebar, aliran bahan bakar dari ruang pelampung langsung menuju primary main nozle (nosel utama primer).sementara dari idel port dan slow port tidak lagi mengeluarkan bahan bakar karena kevakuman pada idel port dan slow port lebih rendah dari pada di daerah prymary main nozle.
Gambar 2.49 Sistem kecepatan tinggi primer (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual) Pada saat pedal gas dibuka lebih lebar, aliran bahan bakar dari ruang pelampung langsung menuju primary main nozle (nosel utama primer).sementara dari idel port dan slow port tidak lagi mengeluarkan bahan bakar karena kevakuman pada idel port dan slow port lebih rendah dari pada di daerah prymary main nozle. 2.17.4 Sistem Kecepatan Tinggi Sekunder Gambar 2.50 Sistem kecepatan tinggi sekunder (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual)
Pada saat pedal gas dibuka penuh, maka katup gas sekunder (secondary throttle valve) terbuka sehingga bahan bakar keluar selain dari nosel utama primer juga melalui nosel utama sekunder. Dengan demikian jumlah bahan bakar yang masuk lebih banyak lagi, karena dari kedua nosel mengeluarkan bahan bakar. 2.17.5 Sistem Tenaga Gambar 2.51 Sistem tenaga (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual) Prymary high system mempunyai perencanaan untuk pemakaian bahan bakar yang ekonomis.apabila mesin harus mengeluarkan tenaga yang besar, maka harus ada tambahan bahan bakar ke prymary high speed system. Tambahan bahan bakar disuplai oleh power sistem (sistem tenaga) sehingga campuran udara dan bahan bakar menjadi kaya (12-13 : 1). Apabila katup gas hanya terbuka sedikit, kevakuman pada intake manifold besar, sehingga power piston akan terhisap pada posisi atas. Hal tersebut akan menyebabkan power spring (B) menekan power valve sehingga power valve tertutup. Apabila katup gas dibuka lebih lebar, maka kevakuman pada intake manifold akan berkurang sehingga kevakuman tersebut tidak mampu melawan tegangan pegas power valve (spring A). Akibatnya power piston akan menekan power valve sehingga saluran power jet terbuka. Pada keadaan seperti ini bahan bakar disuplai dari prymary main jet dan power jet.
Gambar 2.52 Power valve pada sistem tenaga (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual) 2.17.6 Sistem Percepatan Pada saat pedal gas diinjak secara tiba-tiba,katup gas akan membuka secara tiba-tipa pula, sehingga aliran udara akan menjadi lebih cepat. Sementara bahan bakar mengalir lebih lambat karena berat jenis bahan bakar lebih rendah dari pada udara sehingga campuran menjadi kurus. Padahal pada keadaan tersebut dibutuhkan campuran yang kaya.untuk itu pada karburator dilengkapi dengan sistem percepatan. Gambar 2.53 Sistem percepatan (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual)
Pada saat pedal gas diinjak secara tiba-tiba, plunger pompa akan bergerak turun menekan bahan bakar yang ada di ruangan di bawah plunger pompa. Akibatnya bahan bakar akan mendorong outlet steel ball dan discharge weight, sehingga bahan bakar keluar melalui pump jet menuju ruang bakar. Setelah melakukan penekanan, plunger pump kembali ke posisi semula karena adanya pegas yang ada di bawah plunger pompa. Akibatnya bahan bakar yang ada di ruang pelampung terhisap melalui inlet steel ball. 2.17.7 Sistem Cuk Pada saat mesin dingin, bahan bakar tidak akan menguap dengan baik dan sebagian campuran udara dan bahan bakar yang mengalir akan mengembun pada dinding intake manifold karena intake manifold dalam keadaan dingin. Keadaan tersebut akan mengakibatkan campuran udara dan bahan bakar menjadi kurus sehingga mesin sukar hidup. Sistem cuk membuat campuran udara dan bahan bakar menjadi kaya (1:1) yang disalurkan kedalam silinder apabila mesin masih dingin. Ada dua sistem cuk yang biasa digunakan pada karburator yaitu sistem cuk manual dan sistem cuk otomatis. 2.17.7.1 Sistem Cuk Manual Pada sistem cuk manual untuk membuka dan menutup katup cuk digunakan linkage yang dihubungkan ke ruang kemudi. Apabila pengemudi akan membuka atau menutup katup cuk cukup menarik atau menekan tombol cuk yang ada pada instrumen panel (dashboard) Gambar 2.54 Sistem cuk manual (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual)
2.17.7.2 Sistem Cuk Otomatis Pada sistem cuk otomatis, katup cuk membuka dan menutup secara otomatis tergantung dari temperatur mesin. Pada umumnya sistem cuk otomatis yang digunakan pada karburator ada dua macam yaitu : sistem pemanas dari exhaust dan sistem electric. Pada saat mesin distart katup cuk tertutup rapat hingga temperatur di ruang mesin mencapai 25 C. Apabila mesin dihidupkan dalam keadaan katup cuk menutup maka akan terjadi kevakuman di bawah katup cuk. Hal tersebut akan menyebabkan bahan bakar keluar melalui prymary low dan high speed system dan campuran menjadi kaya. Gambar 2.55 Sistem cuk otomatis saat dingin (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual) Setelah mesin hidup, pada terminal L timbul arus dari voltage regulator, arus tersebut akan mengalir ke choke relay sehingga menjadi ON. Akibatnya arus dari ignition switch mengalir melalui choke relay menuju ke masa electric heat coil. Apabila electric heat coil membara/panas maka bimetal element akan mengembang dan akan membuka choke valve.
Gambar 2.56 Sistem cuk otomatis saat panas. (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual) PTC berfungsi untuk mencegah arus yang berlebihan yang mengalir dari electric heat coil, apabila katup cuk telah terbuka (temperatur di dalam rumah pegas telah mencapai 100 C) 2.17.8 Mekanisme Idel Cepat Mekanisme idel cepat diperlukan untuk menaikkan putaran idel pada saat mesin masih dingin dan katup cuk dalam keadaan menutup. Gambar 2.57 Mekanisme idel cepat (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual)
Apabila katup cuk menutup penuh dan katup throttle ditekan sekali, kemudian dibebaskan, maka pada saat yang sama, fast idel cam yang dihubungkan dengan cuk melalui rod berputar berlawanan arah jarum jam. Kemudian fast idel cam menyentuh cam follower yang dihubungkan dengan katup throttle sehingga katup throttle akan membuka sedikit. 2.17.9 Hot Idel Compensator (HIC) Apabila kendaraan berjalan lambat dan temperatur di sekelilingnya tinggi, maka temperature di dalam komponen mesin akan naik. Hal tersebut akan menyebabkan bahan bakar dalam ruang pelampung banyak yang menguap dan masuk ke intake manifold. Akibatnya campuran udara dan bahan bakar menjadi gemuk sehingga memungkinkan putaran idel kasar. Oleh karena itupada karburator perlu dilengkapi dengan HIC untuk mengatasi masalah tersebut. Gambar 2.58 Hot idel compensator (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual) Pada saat temperatur mesin naik, maka bimetal membuka thermostatic valve, sehingga udara dari air horn mengalir ke dalam intake manifold melalui saluran udara dalam flange sehingga campuran udara dan bahan bakar menjadi normal kembali. Katup thermostatic mulai membuka apabila temperatur di sekeliling elemen bimetal telah mencapai 55 C dan akan membuka penuh pada temperatur 75 C.
2.17.10 Anti Dieseling Dieseling adalah berputarnya mesin setelah kunci kontak dimatikan. Meskipun kunci kontak telah dimatikan, mesin masih bisa hidup karena pada ruang bakar ada panas (bara api). Terjadinya proses pembakaran bukan karena nyala api dari busi, tetapi dari tumpukan karbon (deposit) yang membara. Adapun cara kerja anti dieseling adalah sebagai berikut : Gambar 2.59 Anti dieseling (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual) Apabila kunci kontak di ON kan, maka arus akan mengalir dari baterai ke solenoid sehingga selonoid akan menjadi magnit. Akibatnya katup tertarik sehingga saluran pada economiser jet terbuka dan bahan bakar dapat mengalir ke idle port. Setelah kunci kontak dimatikan, arus yang ke solenoid tidak ada sehingga kemagnitannya hilang. Akibatnya katup solenoid turun ke bawah karena adanya pegas sehingga saluran pada economiser jet tertutup. Dengan demikian tidak akan terjadi dieseling karena bahan bakar tidak dapat mengalir ke idle port. Gambar 2.60 Katup solenoid pada anti dieseling (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual)
2.17.11 Dashpot Apabila mesin sedang berputar pada putaran tinggi, kemudian tiba-tiba kunci kontak dimatikan, maka pada ruang bakar akan terjadi kelebihan bahan bakar. Bahan bakar masuk ke ruang bakar dalam jumlah banyak karena kevakuman yang terjadi di bawah katup throttle cukup tinggi. Hal tersebut dapat terjadi karena katup throttle pada posisi menutup, sementara putaran mesin masih tinggi. Gambar 2.61 Dashpot (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual) Fungsi dashpot adalah untuk memperlambat penutupan katup throttle dari putaran tinggi, sehingga tidak akan menambah emisi gas buang. Adapun cara kerjanya adalah sebagai berikut : a. Selama pengendaraan berjalan normal, tidak ada vakum pada TP port, sehingga pegas dalam TP port menekan diafragma ke kiri menggerakkan TP adjusting screw ke kiri. b. Selama perlambatan, tuas pengait pada katup throttle menyentuh adjusting screw, mencegah katup throttle menutup penuh. Kemudian vakum dari TP port bekerja pada diafragma melalui jet memungkinkan katup throttle berangsur-angsur menutup.
2.17.12 Deceleration Fuel Cut-Off System Pada saat deselerasi, throttle valve akan menutup rapat sementara putaran mesin masih tinggi. Hal tersebut mengakibatkan bahan bakar yang masuk ke ruang bakar lebih banyak sehingga campuran menjadi gemuk. Untuk itu pada karburator perlu dilengkapi dengan Deceleration Fuel Cut-Off System yang berfungsi menutup aliran bahan bakar dari slow port sehingga konsentrasi CO dan HC dapat diturunkan. Selama pengendaraan normal dengan putaran mesin di bawah 2000 rpm, solenoid valve pada posisi ON. Pada saat ini saluran bahan bakar pada slow port terbuka karena solenoid mendapat masa dari Emission Control Computer. Apabila putaran mesin mencapai 2000 rpm atau lebih,emission Control Computer akan menghubungkan arus solenoid ke masa melalui vacuum switch. Pada saat ini vacuum switch pada posisi ON karena vacuum pada TP port lebih kecil dari 400 mmhg. Gambar 2.62 Deceleration Fuel Cut-Off System (Sumber :Toyota, New Step 1 Training Manual) Apabila pada putaran mesin di atas 2000 rpm,kemudian pedal gas tiba-tiba dilepas (deselerasi) maka vacuum pada TP port akan lebih besar dari 400 mmhg, vacuum switch akan OFF dan solenoid valve tidak mendapat masa sehingga solenoid valve menutup saluran bahan bakar yang ke slow port. Apabila putaran mesin mencapai 2000 rpm, maka solenoid valve akan mendapat masa dari emission control computer kembali sehingga saluran bahan bakar yang ke slow
port dan idle port terbuka dan bahan bakar akan mengalir kembali. Hal tersebut untuk mencegah mesin mati dan mempertahankan agar mesin dapat hidup. 2.18 Siklus ideal Otto ( siklus volume konstan ) Agar dapat lebih mudah memahami diagram P v motor bakar torak, maka dilalukan terlebih dahulu idealisasi. Proses yang terjadi sebenarnya berbeda dengan proses ideal. Beberapa idealisasi pada siklus ideal antara lain : a. Fulida kerja dalam silinder adalah udara, dianggap gas ideal dengan konstanta kalor yang konstan. b. Proses kompresi dan ekspansi berlangsung secara isentropik. c. Proses pembakaran dianggap sebagai proses pemanasan fluida kerja. d. Pada akhir proses ekspansi, yaitu pada saat torak mencapai titik mati bawah, fluida kerja didinginkan sehingga tekanan dan temperatur turun mencapai tekanan dan temperatur atmosfer. e. Tekanan fluida kerja di dalam silinder selama langkah buang dan langkah isap (SUMBER : Arismunandar Wiranto, Penggerak Mula Motor Bakar Torak) adalah konstan. Gambar 2.63 diagram P v dan T s siklus otto ( sumber : yunus A.Cengel and Michael A. Boles )
Proses siklus sebagai berikut : a. Proses 0 1 ( Langkah hisap ) : Menghisap udara pada tekanan konstan, katup masuk terbuka dan katup buang tertutup. Campuran bahan bakar dan udara mengalir ke dalam silinder melalui lubang katup masuk. Po = PP₁ (Lit.1.Hal.74)... (2.1) b. Proses 1 2 ( Kompresi Isentropik ) : semua katup tertutup. Campuran udara dan bahan bakar yang berada di dalam silinder tadi ditekan dan dimampatkan oleh torak yang bergerak ke ttik mati atas ( TMA). Akibatnya, tekanan dan suhu dalam silinder naik menjadi P2 dan T2 P₁V₁ = mmrt (Lit.2,.Hal.78)... (2.2) V₁ = Vd +Vc T T 2 1 V = V 1 2 K 1 T 2 = T ( r ) 1 c K 1 P P 2 1 V = V 1 2 K = P 2 = P1( rc ) K W 1 2 = m m R( T T2 ) 1 (1 K) ( Vc + Vd) rc = Vc (Lit.3,Hal.43)... (2.3) Dimana : P₁ = tekanan pada titik 1 (kpa) P₂ = tekanan pada titik 2 ( kpa) T₁ = tempratur spesifik pada titik 1 ( K) T₂ = tempratur spesifik pada titik 2 ( K) V₁ = volume pada titik 1 ( m³) V₂ = volume pada titik 2 ( m³)
W₁-₂ = kerja pada siklus 1-2 ( kj) mm = massa campuran gas di dalam silinder (kg) rc = rasio kompresi k = Cp/Cv = rasio kalor spesifik V d = Volume langkah ( m 3 ) V c = Volume Sisa ( m 3 ) c. Proses 2 3 : Proses penambahan kalor pada volume konstan Q2 1 = Qin = mfqhvηc = mmcv (T3 T2) (Lit.4,Hal.75)... (2.4) pp 3 pp 2 = TT3 TT 2 VV 2 = VV₃ T₃ = Tmaks dan p₃ = p maks Dimana : Cv = panas jenis gas pada volume konstan ( kj/kg K) P₃ = tekanan pada titik 3 (kpa) QHV = heanting value (kj/kg) Qin = kalor yang masuk (kj) T₃ = tempratur pada titik 3 (K) ηc = efisiensi pembakaran d. Proses 3 4 : Ekspansi Isentropik K 4 V3 1 K 1 P = = (Lit.5,Hal.76)... (2.5) P3 V4 rc T T K 1 4 V3 1 3 = V 4 = r c K 1
Kerja ekspansi dari titik 3 ke titik 4 dari siklus otto juga merupakan proses isentropis,persamaannya ditunjukan sebagai berikut: W 3 4 mr( T 4 T3) = (1 k) Dimana : P4 = tekanan pada titik 4 (kpa) T3 = tempratur pada titik 3 (K) T4 = tempratur pada titik 4 (K) W3 4 = kerja ( kj) V3 = volume pada titik 3 (m³) V4 = volume pada titik 4 (m³) e. Proses 4 1 : Proses pembuangan kalor pada titik volume konstan Q 4 1 = Qout = mmcv(t1 T4) (Lit.6.Hal,76)... (2.6) 3 K 1 V 4 K 1 T = T 4 V 3 = r W nett = W W 1 2 + 3 4 V 4 = V 1 η th W = Q nett in Dimana : Qout = kalor yang dibuang (K ) T4 = tempratur pada titik 4 (K) Wnett = kerja netto (kj) ηth = efisiensi thermis
2.19 Siklus Aktual Gambar 2.64 diagram siklus aktual ( sumber : yunus A.Cengel and Michael A. Boles ) Gambar 2.64 adalah gambar siklus aktual dari mesin otto. Fluida kerja adalah campuran bahan bakar dan udara, jadi ada pembakaran untuk proses panas. Pada langkah hisap, tekanannya lebih rendah dibandingkan dengan langkah buang. Proses pembakaran dimulai dari penyalaan busi ( ignition ) sampai akhir pembakaran. Proses kompresi dan ekspansi tidak adiabatik, karena terdapat kerugian panas yang keluar ruang bakar. Dalam kenyataannya tiada satu siklus pun yang merupakan siklus tekanan konstan, atau siklus tekanan terbatas. Tetapi boleh dikatakan antara efisiensi siklus udara dan siklus sebenarnya terdapat hubungan tertentu, yaitu pada efisiensi indikatornya: Penyimpangan dari siklus udara (ideal) itu terjadi karena dalam keadaan yang sebenarnya terjadi kerugian yang antara lain disebabkan oleh hal berikut: 1. Kebocoran fluida kerja karena penyekaan oleh cincin torak dan katup tak dapat sempurna 2. Katup tidak dibuka tepat di TMA dan TMB karena pertimbangan dinamika mekanisme katup dan kelembaban fluida kerja. Kerugian
tersebut dapat diperkecil bila saat pembukaan dan penutupan katup disesuaikan dengan besarnya beban dan kecepatan torak 3. Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas ideal dengan kalor spesifik yang konstan selama proses siklus berlangsung 4. Pada motor bakar torak yang sebenarnya, pada waktu torak berada di TMA, tidak terdapat pemasukan kalor seperti siklus udara. Kenaikan tekanan dan temperatur fluida kerja disebabkan oleh proses pembakaran antara bahan bakar dan udara di dalam selinder 5. Proses pembakaran memerlukan waktu jadi, tidak berlangsung sekaligus. Akibatnya proses pembakaran berlangsung pada volume dan ruang bakar yang berubah-ubah karena gerakan torak. Dengan demikian, proses pembakaran harus sudah dimulai beberapa derajat sudut engkol sebelum torak mencapai TMA dan berakhir beberapa derajat sudut engkol sesudah torak bergerak kembali dari TMA menuju TMB. Jadi, proses pembakaran tidak dapat berlangsung pada volume atau pada tekanan yang konstan. Di samping itu pada kenyataannya tidak pernah terjadi pembakaran tidak sempurna. Karena itu daya dan efisiensinya sangatlah bergantung pada perbandingan campuran bahan bakar-udara, kesempurnaan bahan bakar-udara itu bercampur, dan saat penyalaan; 6. Terdapat kerugian kalor yang disebabkan oleh perpindahan kalor dari fluida kerja ke fluida pendingin, terutama pada langkah kompresi, ekspansi dan pada waktu gas buang meninggalkan selinder. Perpindahan kalor tersebut terjadi karena terdapat perbedaan temperatur antara fluida kerja dan fluida pendingin. Fluida pendingin diperlukan untuk mendinginkan bagian mesin yang menjadi panas, untuk mencegah bagian tersebut dari kerusakan. 7. Terdapat kerugian energi kalor yang dibawa oleh gas buang dari dalam selinder ke atmosfir sekitarnya. Energi tersebut tak dapat dimanfaatkan untuk melakukann kerja mekanik 8. Terdapat kerugian energi karena gesekan antara fluida kerja dengan dinding sekitarnya.