15 BAB III TINJAUAN PUSTAKA 3.1 PENDAHULUAN Mesin diesel FAW FD 280 CG (Cargo) merupakan jenis mesin diesel empat langkah berkapasitas 280 Hp keluaran pabrik FAW yang menggunakan teknologi mesin diesel konvensional. Hampir semua jenis mesin unit FAW Indonesia menggunakan teknologi ini karena perawatanya yang mudah dan mesinnya yang bandel. Untuk mempumpuni kinerja mesin, turbo charger juga terpasang agar suplai bahan bakar terpenuhi dalam segala kondisi. Sedangkan untuk mematikan mesin ada dua cara tergantung dari permintaan dan keadaan pelanggan. Ada fuel cut yaitu menghentikan aliran bahan bakar di FIP (Fuel Injetion Pump) dan Exhaust Brake yaitu menghentikan udara hasil pembakaran dan membuka kedua katup agar pembakaran tidak sempurna dan mati. (Anonim, 2011) Gambar 3.1 Mesin Diesel FAW FD 280 Cargo Truck (fawengine.net, 2016)
16 3.1.1 Keunggulan dan Kekurangan Mesin Disel Keunggulan Mobil Diesel adalah : 1. Untuk jarak tempuh yang jauh hanya membutuhkan sadikit konsumsi bahan bakar sedikit, sehingga lebih efesien. 2. Secara umum mesin diesel memberikan torsi bawah lebih besar dan berguna untuk pengendara di jalan Off Road. 3. Berkendara dibawah siraman hujan lebat atau melintas dikondisi jalan yang banjir tidak perlu takut, karena ruang mesin diesel tidak komponen eletrikal seperti distributor atau kabel busi. 4. Bila rasio mesin bensin dibatasai oleh tekanan bensin dan udara. Pada mesin diesel tidak dibatasi karena yang dikompres hanyalah udara. Semakin tinggi kompresi mesin diesel maka tenaga akan bertambah dan sistem kerja mesin makin efesien. 5.. Mesin diesel dikenal bandel. Bila dirawat dengan benar daya tahannya lebih lama daripada meisn bensin. Sedangkan untuk kekurangannya ialah : 1. Satu kelemahan yang paling dirasakan mobil diesel adalah suara mesin yang lebih berisik. 2. Injektor pada mesin diesel jika tercampur dengan air atau jenis partikel lainnya akan mudah bermasalah. 3. Untuk akselerasi mesinnya memiliki respon lebih lambat dibandingkan mesin bensin. Namun kini, pabrikan sudah banyak mengaplikasi turbocharger untuk memperoleh tenaga spontan. 4. Beban pajak kendaraan bermotor diesel lebih tinggi dibandingkan mesin bensin. Karena kebanyakan cc mesinya lebih besard dengan rata-rata 2.000 cc ke atas. 5. Harga mobil diesel kondisi baru biasanya lebih mahal dibanding mesin bensin. Mobil diesel juga memiliki tingkat polusi cukup tinggi. (Anonim, 2011)
17 3.2 Tiga Sistem Mesin Diesel Secara umum, system diesel dapat dibagi menjadi tiga sistem utama yaitu sistem bahan bakar (fuel system), sistem induksi atau pemasukan udara (air induction system), dan sistem kontrol elektronik (electronic control system) jika menggunakan ECM (Engine Control Module). 3.2.1 Sistem Bahan Bakar (Fuel System) Sistem bahan bakar digunakan untuk menyalurkan bahan bakar dari tangki bahan bakar sampai ke ruang bakar. Sistem ini terdiri dari tangki bahan bakar, pompa bahan bakar (fuel pump), saringan bahan bakar (fuel filter), pipa/selang penyalur (pembagi), pengatur tekanan bahan bakar (fuel pressure regulator), dan injektor. Sistem bahan bakar ini berfungsi untuk menyimpan, membersihkan, menyalurkan dan menyemprotkan atau menginjeksikan bahan bakar. Adapun fungsi masingmasing komponen pada sistem bahan bakar tersebut adalah sebagai berikut: 1. Fuel suction filter berfungsi untuk menyaring kotoran agar tidak terisap pompa bahan bakar. 2. Fuel pump berfungsi untuk memompa dan mengalirkan bahan bakar dari tangki bahan bakar ke injektor. Penyaluran bahan bakarnya harus lebih banyak dibandingkan dengan kebutuhan mesin supaya tekanan dalam sistem bahan bakar bisa dipertahankan setiap waktu walaupun kondisi mesin berubah-ubah. 3. Fuel pressure regulator berfungsi untuk mengatur tekanan bahan bakar di dalam sistem aliran bahan bakar agar tetap/konstan. 4. Fuel feed hose berfungsi untuk slang untuk mengalirkan bahan bakar dari tangki menuju injektor. Slang dirancang harus tahan tekanan bahan bakar akibat dipompa dengan tekanan minimal sebesar tekanan yang dihasilkan oleh pompa. 5. Fuel Injector berfungsi untuk menyemprotkan bahan bakar ke saluran masuk (intake manifold) sebelum, biasanya sebelum katup masuk, namun ada juga yang ke throttle body. Volume penyemprotan disesuaikan oleh waktu pembukaan nozel/injektor. Lama dan banyaknya penyemprotan diatur oleh ECM (Engine Control Module).
18 Terjadinya penyemprotan pada injektor adalah pada saat ECM memberikan tegangan listrik ke coil solenoid. Dengan pemberian tegangan listrik tersebut solenoid akan menjadi magnet sehingga mampu menarik plunger dan mengangkat pintle needle valve dari dudukannya, sehingga saluran bahan bakar yang sudah bertekanan akan memancar keluar dari injektor. (Anonim, 2011) 3.2.2 Sistem Induksi atau Pemasukan Udara ( Air Induction System ) Sistem induksi udara menyalurkan sejumlah udara yang diperlukan untuk pembakaran. Sistem ini terdiri atas: air filter, mass air flow sensor, dan throttle body. Udara bersih dari saringan udara (air filter) masuk melewati mass air flow sensor terlebih dahulu untuk diukur kecepatan, kuantitas serta temperaturnya. Besarnya pembukaan ini tergantung pada kecepatan aliran udara yang masuk ke intake manifold. Besarnya udara yang masuk ke intake manifold ditentukan oleh lebarnya pembukaan throttle valve. Aliran udara masuk ke intake manifold kemudian keruang bakar (combustion chamber) bila mesin dalam keadaan dingin, air valve megalirkan udara langsung ke intake chamber dengan mem-bypass throttle. Air valve mengirimkan udara secukupnya ke intake manifold untuk menambah putaran sampai fast idle, tanpa memperhatikan apakah throttle valve dalam keadaan membuka atau tertutup. Jumlah udara yang masuk dideteksi oleh Mass Air Flow (MAF) sensor. (Anonim, 2011) Gambar 3.2 Skema pemasukan udara (Anonim, 2011)
19 3.2.3 Sistem Kontrol Elektronik ( Electronic Control System ) Komponen sistem kontrol elektronik terdiri dari beberapa sensor (pengindera), seperti MAF (Mass Air Flow) Sensor, MAP (Manifold Absolute Pressure) sensor, TP (Throttle Position) sensor, IAT (Intake Air Temperature) sensor, bank angle sensor, EOT (Engine Oil Temperature) sensor, dan sensorsensor lainnya. Pada sistem ini juga terdapat ECM (Engine Control Module) dan komponen komponen tambahan seperti alternator (magnet) dan regulator/rectifier yang mensuplai dan mengatur tegangan listrik ke ECM, baterai dan komponen lain. Pada sistem ini juga terdapat DLC (Data Link Connector) yaitu semacam soket dihubungkan dengan engine analyzer untuk mencari sumber kerusakan komponen. (Anonim, 2011) Gambar 3.3 Komponen-komponen pada ECCS (blandong.com, 2016) Secara garis besar fungsi dari masing-masing komponen sistem kontrol elektronik antara lain sebagai berikut: a. ECM (Engine Control Module); menerima dan menghitung seluruh informasi/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/katup gas, putaran mesin, posisi poros engkol, dan informasi yang lainnya. Pada umumnya sensor bekerja pada tegangan antara 0 volt sampai 5 volt. Selanjutnya ECM menggunakan informasi-informasi yang telah diolah tadi untuk
20 menghitung dan menentukan saat (timing) dan lamanya injektor bekerja menyemprotkan bahan bakar dengan mengirimkan tegangan listrik ke solenoid injektor. Pada beberapa mesin yang sudah lebih sempurna, disamping mengontrol injektor, ECM juga bisa mengontrol sistem pengapian. b. MAP (Manifold absolute pressur ) sensor; memberikan sinyal ke ECM berupa informasi (deteksi) tekanan udara yang masuk ke intake manifold. Selain tipe MAP sensor, pendeteksian udara yang masuk ke intake manifold bisa dalam bentuk jumlah maupun berat udara. Jika jumlah udara yang dideteksi, sensornya dinamakan air flow meter, sedangkan jika berat udara yang dideteksi, sensornya dinamakan air mass sensor. c. IAT (Intake Air Temperature) sensor; memberikan sinyal ke ECM berupa informasi (deteksi) tentang suhu udara yang masuk ke intake manifold. Tegangan referensi/suplai 5 Volt dari ECM selanjutnya akan berubah menjadi tegangan sinyal yang nilainya dipengaruhi oleh suhu udara masuk. d. TP (Throttle Position) sensor; memberikan sinyal ke ECM berupa informasi (deteksi) tentang posisi katup throttle/katup gas. Generasi yang lebih baru dari sensor ini tidak hanya terdiri dari kontak-kontak yang mendeteksi posisi langsam (idle speed) dan posisi beban penuh, akan tetapi sudah merupakan potensiometer (variable resistor) dan dapat memberikan sinyal ke ECM pada setiap keadaan beban mesin. Konstruksi generasi terakhir dari sensor posisi katup gas sudah full elektronis, karena yang menggerakkan katup gas adalah elektromesin yang dikendalikan oleh ECM tanpa kabel gas yang terhubung dengan pedal gas. Generasi terbaru ini memungkinkan pengontrolan emisi/gas buang lebih bersih karena pedal gas yang digerakkan hanyalah memberikan sinyal tegangan ke ECM dan pembukaan serta penutupan katup gas juga dilakukan oleh ECM secara elektronis. e. EOT (Engine Oil Temperature) sensor; memberikan sinyal ke ECM berupa informasi ( deteksi ) tentang temperatur oli mesin.
21 f. ECT (Engine Coolant Temperature) Sensor, memberi masukan ke ECM mengenai kondisi temperature mesin, kondisi mesin dingin membutuhkan bahan bakar lebih banyak. g. CKP (Crankshaft Position) Sensor, memberi masukan ke ECM posisi dan kecepatan putaran mesin, putaran tinggi membutuhkan pembukaan injektor yang lebih cepat. h. CMP (Camshaft Position) Sensor, memberi masukan ke ECM posisi langkah mesin, hanya langkah hisap yang membutuhkan buka injektor. i. Atmospheric Pressure Sensor, memberi masukan ke ECM kondisi tekanan udara lingkungan sekitar sepedamotor, pada dataran rendah (pantai) gas oksigen lebih padat, membutuhkan bahan bakar lebih banyak. Jumlah komponen-komponen yang terdapat pada sistem ECCS bisa berbeda pada setiap jenis mesin. Semakin lengkap komponen sistem ECCS yang digunakan, tentu kerja sistem akan lebih baik sehingga bisa menghasilkan unjuk kerja mesin yang lebih optimal pula. Dengan semakin lengkapnya komponenkomponen sistem ECCS (misalnya sensor-sensor), maka pengaturan koreksi yang diperlukan untuk mengatur perbandingan bahan bakar dan udara yang sesuai dengan kondisi kerja mesin akan semakin sempurna. (Anonim, 2011) ECCS merupakan sistem penyemprotan (injeksi) bahan bakar yang diatur secara elektronik. Secara fungsional sistem ECCS sendiri dibagi menjadi 3 bagian yaitu: 1. Sensor Sensor merupakan bagian yang mendeteksi atau memberikan nilai besaran elektris tertentu kepada bagian kontrol. Contoh dari sensor adalah: MAF (Mass Air Flow) Sensor, MAP (Manifold Absolute Pressure) sensor, TP (Throttle Position) sensor, IAT (Intake Air Temperature) sensor, bank angle sensor, EOT (Engine Oil Temperature) sensor, dan sensor-sensor lainnya. 2. Kontrol Kontrol merupakan bagian yang berfungsi untuk menerima sinyal dari sensor dan mengolahnya untuk dikirim ke aktuator. Contoh dari sistem kontrol adalah Engine Control Module (ECM), Transmission Control Module (TCM), Body Control Module (BCM), Intellegent Power
22 Distribution Module Engine Room (IPDM E/R) dan kontrol-kontrol lainnya 3. Aktuator Aktuator merupakan bagian yang diperintah oleh sistem kontrol misal ECM, contoh dari aktuator antara lain : injektor, koil pengapian (ignition coil), Idle Speed Control (ISC) dan lain-lain. (Saputra, 2014) Gambar 3.4 Skema ECCS (Anonim, 2001) 3.3 Klasifikasi ECCS Berdasarkan Injektor Sistem ECCS (Electronic Concentrated engine Control System) adalah teknologi pengontrolan penginjeksian bahan bakar yang berkembang saat ini pada mesin bensin menggantikan karburator. Umumnya sistem ECCS terbagi atas 2 jenis: 1. Berdasarkan jumlah injektornya 2. Berdasarkan penempatan injektornya
23 3.3.1 ECCS Berdasarkan Jumlah Injektor Berdasarkan jumlah injektornya mesin ECCS terdiri dari : 1. Single Point Fuel Injection.(SPFI) Single Point Fuel Injection (SPFI) atau biasa disebut Throttle Body Injection (TBI) atau Central Fuel Injection System yaitu hanya menggunakan satu fuel injector untuk beberapa silinder. Injektornya dipasang sebelum saluran isap yaitu di atas katup throttle. Prinsip kerjanya satu injektor memasok bensin untuk keperluan beberapa silinder sekaligus. (Hardalupas dkk, 1992) Gambar 3.5 Skema Single Point Injection (lockramat.blogspot.co.id, 2016) 2. Multi Point Fuel Injection (MPFI) Multi Point Fuel Injection (MPFI) disebut juga Port Fuel Injection (PFI), menempatkan injektor di atas lubang isap (intake manifold). Setiap silinder memiliki satu injektor. Jadi, bila mesin terdiri dari 4 silinder berarti ada 4 injektor yang menyuplai bensin. Mesin bensin saat ini bahkan telah menerapkan untuk satu silinder memakai dua injektor sekaligus (dual injector type), sehingga apabila terdapat 4 silinder maka ada 8 injektor. (Hardalupas et al, 1992)
24 Gambar 3.6 Skema Multi Point Fuel Injection (lockramat.blogspot.co.id, 2016) Teknologi injeksi MPFI memiliki kelebihan dibandingkan dengan SPI antara lain: 1. Distribusi campuran udara-bahan bakarnya lebih seragam untuk masing-masing silinder. 2. Respons terhadap perubahan posisi throttle pun lebih cepat. 3. Lebih akurat dalam mengatur jumlah bahan bakar yang diinjeksikan sesuai dengan kondisi operasi. Dengan demikian performansi mesin menjadi lebih baik, emisi berkurang, dan pemakaian bahan bakar lebih irit. Sebaliknya SPI sistemnya lebih sederhana, cenderung tidak merata karena distribusi campuran udara-bahan bakar sangat dipengaruhi oleh desain saluran isap. 3. Gasoline Direct injection (GDI) GDI yaitu Injector berada di dalam ruang bakar, sehingga bensin disemprotkan langsung ke ruang bakar tanpa harus melalui intake valve. Teknologi ini masih mahal karena material fuel injector nozzle harus tahan pada suhu tinggi di ruang bakar. Untuk lebih memperjelas posisi dari ketiga jenis posisi penempatan injektor dapat dilihat pada gambar berikut ini. (Hardalupas dkk, 1992)
25 Gambar 3.7 Fuel Injection System (irutracker.weebly.com, 2016) 3.3.2 ECCS Berdasarkan Penempatan Injektor Berdasarkan penempatan injektor mesin ECCS terdiri dari : 1. Indirect Injection Indirect injection yaitu system penyemprotan bahan bakar ke intake manifold seperti yang digunakan pada sistem penginjeksian mesin bensin, bensin tidak langsung disemprotkan ke dalam ruang bakar (combustion chamber) melainkan melewati pembukaan intake valve terlebih dahulu. (Anonim, 2010) Gambar 3.8 Skema Indirect Injection (e-mechanica.blogspot.co.id, 2016)
26 2. Direct Injection Direct Injection yaitu sistem penyemprotan bahan bakar langsung ke dalam ruang bakar. Injektornya berada di dalam ruang bakar, sehingga bensin disemprotkan langsung ke ruang bakar tanpa harus melalui intake valve. Teknologi ini masih mahal, karena material fuel injector nozzle harus tahan pada suhu tinggi di ruang bakar. (Anonim, 2010) Gambar 3.9 Skema Direct Injection (e-mechanica.blogspot.co.id, 2016) 3.4 Injektor Bahan Bakar (Fuel Injector) Fuel Injector adalah nozzle elektromagnetik yang akan menginjeksikan bahan bakar sesuai signal yang dikirim ECM. Volume penyemprotan disesuaikan oleh waktu pembukaan nozzle. Lama dan banyaknya penyemprotan diatur oleh ECM (Engine Control Module). (Anonim, 2010) Gambar 3.10 Skema pengontrolan injektor oleh ECM (Anonim, 2010)
27 Injektor menginjeksikan bahan bakar ke dalam intake port cylinder sesuai dengan sinyal dari ECM. Sinyal dari ECM menyebabkan arus mengalir dalam kumparan solenoid, sehingga plunger ditarik dan membuka katup untuk menginjeksikan bahan bakar. (Anonim, 2010) Gambar 3.11 Injektor (ebay.com, 2016) Terjadinya penyemprotan pada injektor adalah pada saat ECM memberikan tegangan sinyal (signal voltage) ke coil solenoid. Dengan pemberian tegangan listrik tersebut solenoid akan menjadi magnet sehingga mampu menarik plunger dan mengangkat needle valve dari dudukannya, sehingga saluran bahan bakar yang sudah bertekanan akan memancar keluar dari injektor. Volume bahan bakar yang diinjeksikan berbanding lurus dengan besarnya sudut dan lamanya sinyal (lamanya valve membuka). (Anonim, 2010) Gambar 3.12 Bagian-bagian injektor (si-chengger.blogspot.co.id, 2016)
28 Ada beberapa tipe-tipe injektor, tetapi secara umum dapat dibagi menjadi dua konstruksi dasar, yaitu berdasarkan bentuk lubang dan berdasarkan nilai hambatan (resistance). 1. Berdasarkan bentuk lubang injeksi: a. Tipe Pintle b. Tipe Hole 2. Berdasarkan nilai hambatan (resistance): a. Resistansi rendah (2-3 Ω) b. Resistansi tinggi (lebih dari 12 Ω) (Hardalupas dkk, 1992) Gambar 3.13 Tipe injektor berdasarkan jenis lubang (si-chengger.blogspot.co.id, 2016) Gambar 3.14 Tipe konektor injektor (si-chengger.blogspot.co.id, 2016)
29 3.5 Fuel Injector Tester dan pembersih WD-40 Fuel Injector Tester and Pembersih WD-40 merupakan alat untuk menguji dan membersihkan injektor. Fungsi alat ini antara lain: 1. Mengetes dan menganalisa keadaan injektor. 2. Memeriksa tetesan pada injektor (injector dribbling), sudut pengabutan (injection angle) dan jenis pengabutan yang terjadi (atomizing). 3. Mengetes volume pengabutan serta keseragaman pengabutan (injection uniformity) 4. Membersihkan penyumbatan pada injektor (injector clogged) atau permasalahan pengabutan injektor. 5. Mengetes tekanan pembukaan dan penutupan injektor pada saat terjadi pengabutan. Semua pengujian dan pembersihan dilakukan secara manual dan dilakukan dengan procedure yang ada. Sebelum dilakukan pengujian dan pengetesan alat harus sudah dikalibrasi, hal ini ditujukan agar data yang diperoleh actual dan valid. (Arcoumanis dkk, 1998) Gambar 3.15 Fuel Injector Tester (Dokumentasi Pribadi, 2016)
30 Gambar 3.16 WD-40 ( wd40.com, 2016)