BAB II TINJAUAN PUSTAKA

5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 PENDAHULUAN Pada bab ini akan membahas semua teori yang bisa dijadikan dasar teori pengujian injektor kendaraan Grand Livina Nissan 1500cc tahun 2010 yang telah dilengkapi dengan sistem ECCS (Electronic Concentrated engine Control System) beserta keunggulan dan kekurangan sistem ini. Injektor bahan bakar (fuel injector) yang dijadikan fokus pengujian juga dijelaskan dalam bab ini. 2.2 LANDASAN TEORI Mesin bensin HR15DE merupakan jenis mesin bensin empat langkah berkapasitas 1500cc keluaran pabrikan Nissan yang dengan dilengkapi teknologi modern dalam pengaturan sistem bahan bakar, udara serta pengapian dengan peranti elektronik. Mesin ini diaplikasikan pada varian kendaraan Nissan Grand Livina yang diproduksi di Indonesia. Mesin ini sudah dilengkapi dengan sistem ECCS (Electronic Concentrated engine Control System) yaitu Sistem Manajemen Engine (SME) secara elektronik dan merupakan penyempurnaan dari generasi terdahulunya yaitu EGI (Electronic Gasoline Injection). ECCS dengan akurat mengontrol jumlah injeksi bahan bakar, langsam (idle speed), dan waktu pengapian (ignition timing) untuk berbagai keadaan mesin.

6 Gambar 2.1 Mesin Bensin Nissan 2.2.1 Keunggulan ECCS Keunggulan penerapan teknologi ECCS adalah : 1. Emisi gas buang rendah; emisi gas buang yang dihasilkan dari mesin injeksi akan relatif lebih sedikit karena pembakaran yang dihasilkan lebih sempurna sehingga tidak banyak meninggalkan emisi gas buang akhir. Gas buang yang dihasilkan efisien, hal tersebut akan lebih efisien lagi apabila dilengkapi dengan knalpot (exhaust manifold) yang ber-catalyticconverter. 2. Bahan bakar yang lebih hemat karena pada teknologi injeksi ini semua aktivitas pemasukan udara dan bahan bakar pada mesin dan perbandingannya dikontrol oleh suatu alat yang saling terhubung sehingga paduan antara bahan bakar dan udara (air-fuel mixture ratio) bisa sesuai dengan kebutuhan. Hal tersebut sangatlah berbeda dengan teknologi karburator. 3. Teknologi injeksi ini seluruhnya diatur oleh modul maka pada saat perbaikan yang perlu dilakukan hanyalah pembersihan pada filter udara, pembersihan busi (spark plug), saringan bensin (fuel filter) serta pembersihan pada throttle body dan injector. Perawatan yang mudah karena bersifat elektrik, maka perawatan mesin berinjeksi relatif lebih mudah, karena tidak memerlukan pembongkaran karburator saat melakukan perawatan rutin, hanya perlu menyetel lewat alat khusus (Engine Analyzer).

7 2.2.2 Kekurangan ECCS Kekurangan penerapan teknologi ECCS adalah : 1. Karena tergolong teknologi baru, maka tidak semua bengkel mobil dapat memperbaikinya dan alat fuel injector cleaner and analyzer yang terbatas 2. Banyak komponen dari teknologi ini yang menggunakan listrik (elektronik), maka komponen tersebut sangatlah sensitif terhadap listrik. Semua komponen pada mesin injeksi dikontrol oleh ECM (Engine Control Module) yaitu sebuah modul yang mengontrol semua aktivitas mesin. ECM ini sensitif sekali terhadap guncangan yang dapat menyebabkan kerusakan. 2.3 TIGA SISTEM UTAMA ECCS Secara umum, sistem ECCS (Electronic Concentrated engine Control System) dapat dibagi menjadi tiga sistem utama yaitu sistem bahan bakar (fuelsystem). sistem induksi atau pemasukan udara (air induction system), dan sistem kontrol elektronik (electronic control system). 2.3.1 Sistem Bahan Bakar (FuelSystem) 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 masing-masing komponen pada sistem bahan bakar tersebut adalah sebagai berikut: 1. Fuel suction filter berfungsi untuk menyaring kotoran agar tidak terisap pompa bahanbakar. 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.

8 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 mengalirkan bahan bakar dari tangki menuju injektor. Selang 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). Terjadinya penyemprotan pada injektor adalah pada saat ECM memberikan tegangan listrik ke coil solenoid. Dengan pemberian tegangan listrik tersebu tsolenoid 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. 2.3.2 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.

9 Gambar 2.2 Skema Pemasukan Udara (Sumber: Modul Training N-Step 2 Electrical) 2.3.3 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 sensor- sensor lainnya. Pada sistem ini juga terdapat ECM (Engine Control Module) dan komponenkomponen 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.

10 Gambar 2.3 Komponen-Komponen pada ECCS (Sumber: Modul Training N-Step 1) 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

11 telah diolah tadi untuk 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 masssensor. 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 udaramasuk. 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 elektro mesin 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. f. ECT (Engine Coolant Temperature) Sensor, memberi masukan ke ECM mengenai kondisi temperature mesin, kondisi mesin dingin membutuhkan bahan

12 bakar lebih banyak. g. CKP (Crankshaft Position) Sensor, memberi masukan ke ECM posisi dan kecepatan putaran mesin, putaran tinggi membutuhkan pembukaan injektor yang lebihcepat. 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 komponen-komponen 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. 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, bankangle 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

13 Control Module (BCM), Intellegent Power 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. Gambar 2.4 Skema ECCS (Sumber: Modul Training N-Step 2 Electrical) 2.4 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

14 2.4.1 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. Gambar 2.5 Skema Single Point Injection (Sumber: lockramat.blogspot.co.id/2011/04/electronic-full-injection-page3.html) 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 injector sekaligus (dual injector type), sehingga apabila terdapat 4 silinder maka ada 8 injektor.

15 Gambar 2.6 Skema Multi Point Fuel Injection (Sumber: lockramat.blogspot.co.id/2011/04/electronic-full-injection-page3.html) Teknologi injeksi MPFI memiliki kelebihan dibandingkan dengan SPI antara lain: 1. Distribusi campuran udara-bahan bakarnya lebih seragam untuk masingmasing silinder. 2. Respon 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 udarabahan bakar sangat dipengaruhi oleh desain saluran isap. 3. Gasoline Direct injection (GDI) GDI yaitu Injektor 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.

16 Gambar 2.7 Fuel Injection System (Sumber: Dropedia.blogspot.co.id/2015/06pengertian-sistem-injeksi.html) 2.4.2 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.

17 Gambar 2.8 Skema Indirect Injection (Sumber: lockramat.blogspot.co.id/2011/04/electronic-full-injection-page3.html) 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 ruangbakar.

18 Gambar 2.9 Skema Direct Injection (Sumber: lockramat.blogspot.co.id/2011/04/electronic-full-injection-page3.html) 2.5 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). Gambar 2.10 Skema Pengontrolan Injektor oleh ECM (Sumber: Modul Training N-Step 2 electircal)

19 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. Gambar 2.11 Injektor 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 lamanya sinyal (lamanya valve membuka).

20 Gambar 2.12 Bagian-Bagian Injektor (Sumber: https://motogokil.com/2014/01/04/lebih-rinci-tentang-prinsip-kerja-sistem-efielectronic-fuel-injection/) 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 (2-3Ω) b. Resistansi tinggi (lebih dari 12Ω)

21 Gambar 2.13 Tipe Injektor Berdasarkan Jenis Lubang (Sumber: https://www.slidshare.net/mobile/alfianizar9/efi) Gambar 2.14 Tipe Konektor Injektor (Sumber: Modul Training N-Step 1) Cara Kerja Injektor Injektor mempunyai area membukanya nozzle yang sudah tertentu dan tekanan bahan bakar pada manifold inside pressure diatur pada level tertentu. Tegangan baterai diberikan melalui kontrol relay ke injektor. Ketika ECU menghidupkan power transistor pada unit solenoid coil mempunyai daya untuk membuka injector valve, yang kemudian menginjeksikan bahan bakar.

22 Petunjuk Troubleshooting - Bila engine sukar dihidupkan saat panas, periksa tekanan bahan bakar dan periksa kebocoran pada injector. - Ketika injector tidak bekerja saat engine sukar dihidupkan, injector itu sendiri bereaksi pada kondisi sebagai berikut : Power supplay circuit untuk ECU rusak, ground circuit rusak Control relay rusak. CKP dan CMP sensor rusak. - Bila ada silinder yang keadaan idlenya tidak berubah saat pengimjeksian bahan bakar oleh injektor tertutup selama idling. Pastikan untuk memeriksa silinder Periksa injektor dan harness Periksa spark plug cable Periksa tekanan kompresi - Bila pemeriksaan injektor dan pemeriksaan bagian satu persatu normal tetapi waktu kerja injektor diluar spesifikasi. Diduga kemungkinan masalahnya Pembakaran didalam silinder kurang baik ( spark plug ignition coil, dan tekanan kompresinya jelek ). Kedudukan EGR valve kendur. Tahanan engine tinggi. Pemeriksaan Kondisi Penginjeksian Injektor yang terpasang di engine memiliki dua terminal, salah satu terminal terhubung ke relay kombinasi, dimana setiap kunci kontak pada posisi ON sudah terdapat

23 tegangan bateray (stanby), terminal satunya dihubungkan ke ECU sebagai pengatur kerja injektor, dengan sinyal aktif LOW. Hal-hal yang perlu diperhatikan terhadap pemeriksaan injektor, jika injektor memiliki tahananan 1,0-3,0 ohm harus dirangkaikan resistor 5,0-8,0 ohm secara seri sebelum dihubungkan dengan sumber tegangan 12 volt, tetapi jika injektor memiliki tahanan 15-17 ohm dapat langsung di sambungkan dengan tegangan 12 volt. Pemeriksaan kebocoran dilakukan dengan memberi tekanan sesuai tekanan yang dipertahankan oleh regulator tekanan, selama 60 detik semestinya tidak terdapat tetesan. Dengan tekanan kerja normal, rata-rata penyaluran sekitar 0,2-0,25 liter selama 160 detik, tetapi dapat juga sampai 0,45 liter tergantung petunjuk buku manual. Durasi penyemprotan injektor berkisar 1 sampai 15 mili detik. Bentuk osilasi kerja injektor dapat dilihat dengan osiloskop atau engine tester, durasi penyemprotan dapat terukur. Pengetesan Injektor coil menggunakan alat yaitu ICT (Injektor Coil Tester). Cara penggunaan alatnya yaitu dengan menghubungkan positif (kabel merah) dan negatif (kabel hitam) ICT dengan positif dan negatif aki. Kemudian positif ICT dihubungkan dengan terminal positif injektor, terminal negatif juga sama. Saluran aliran Bensin dipasang selang kira-kira 10 cm kemudian diisi cairan pembersih (cleaner). ICT di ON kan kemudian potensio pada ICT diputar sehingga cairan akan keluar bersama dengan kotoran yang ada pada injektor. Besar kecilnya semprotan bisa diatur dengan putaran pada potensio ICT. Hasil kotoran bisa dilihat bila diberi alas kertas putih dan akan terlihat bagaimana bentuk penyemprotan.

24 Gambar 2.15 Bentuk Penyemprotan Injektor (Sumber: Modul Training N-Step 2 Electical)