PENELITIAN
PENINGKATAN KINERJA SISTEM PENGAPIAN PADA GASOLINE INTERNAL COMBUSTION ENGINES
DENGAN MENGOPTIMALKAN ARC DURATION
disusun oleh:
Rosehan
LEMBAGA PENELITIAN UNIVERSITAS TARUMANAGARA
Mei, 2004
UCAPAN TERIMA KASIH
Syukur Alhamdulillah penulis ucapkan kehadirat Allah Yang Maha Esa, telah melimpahkan rahmatNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian ini.
Penelitian dengan judul “Peningkatan Kinerja Sistem Pengapian pada Gasoline Internal Combustion Engines dengan mengoptimalkan Arc duration“ merupakan kepedulian terhadap lingkungan hidup dengan pengendalian Emisi Gas Buang dari Motor Bakar,. juga merupakan salahsatu pelaksanaan Tridharma perguruan tinggi.
Dengan selesainya Penelitian ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada:
1. Prof. Toeti Soekamto, selaku Ketua Lemlit Universitas Tarumanagara.
2. Ir ignatius Haryanto, M.M, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara.
3. DR. Erry Adesta, Ir. Jon Harmintardjojwono, M.T. dan Ir. Abrar Riza M.T., selaku teman sejawat yang banyak meluangkan waktu untuk memberikan masukan tentang penelitian ini.
4. Suryo Djatono dan Pramono, selaku Karyawan Laboratorium Proses Produksi dan Prestasi Mesin yang banyak membantu secara fisik.
5. David Wijaya, Nihemia Indrajaya, Hendra, Suryadi Chandra, selaku maha- siswa bimbingan skripsi yang turut membantu pengambilan data dan semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu yang telah memberikan bantuan sehingga terwujudnya Penelitian ini.
Akhir kata dengan selesainya penulisan Penelitian ini, dapat dimanfaatkan sebagaimana mestinya.
Jakarta, 20 Mei 2004 Penulis,
(Rosehan)
ABSTRACT
Gas Emission is result of reaction of burning process a mixture of air-fuel in in combustion chamber, in order to perform a new dissosiative process.
Gas emission may be quite dangerous to human being and its sorruounding environment.
The burning process inside the combustion chamber depends on when, how long and the amount of energy triggered by the ignition system.
This research presents such analysis based in extensive literatur review and laboratorium experiment.
Keyword: Emission, ignition system
ABSTRAK
Emisi gas buang adalah hasil reaksi pembakaran campuran udara-bahan bakar di dalam ruang bakar yang membentuk dissosiasi baru. Emisi gas buang sebagian besar berbahaya tehadap lingkungan.
Pembakaran di dalam ruang bakar yang terjadi akan sangat tergantung dengan kapan, berapa lama dan besar energi pembakar yang mampu dilaksanakan oleh suatu sistem pengapian.
Pada penelitian berikut akan dicoba menganalisa hubungan Emisi gas buang terhadap sistem pengapian berdasarkan refrensi dan pengamatan.
Kata kunci: Emisi gas buang, sistem pengapian
DAFTAR ISI
Judul i
Ucapan terima kasih ii
Abstract iii
Abstrak iv
Daftar Isi v
Daftar Gambar viii
Daftar Tabel ix
Daftar Simbol x
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang 1
B. Pembatasan Ruang Lingkup Masalah 2
C. Masalah Penelitian 2
D. Tujuan Penelitian 2
E. Manfaat Penelitian 2
BAB II KAJIAN PUSTAKA
A. Motor Bakar 3
B. Proses Siklus Motor Bakar Torak 3
1. Motor empat langkah 3
2. Motot dua langkah 4
C. Emisis Gas Buang 5
1. Hydrocarbon (HC) 5
2. Carbon monoxide (CO) 5
3. Oxides of nitogen (NOX) 6
D. Sistem Pengapian 6
1. Sistem pengapian konvensional 6
2. Magneto ignition 8
3. Dual ignition 9
4. Sistem pengapian transistor assisted contacts (TAC) 9
5. Sistem capasitive discharge ignition (CDI) 10 6. Intelligent-dual and sequential ignition (i-DSI) 12
E. Pembakaran 14
F. Daya Motor 16
G. Pemakaian Bahan Bakar Spesifik 17 BAB III METODOLOGI PENELITIAN
A. Tujuan Operasional 19
B. Metode Penelitian 19
C. Tempat dan Waktu Penelitian 18
D. Peralatan yang Digunakan 19
E. Data dan Teknis Pengumpulan 19
F. Peralatan Uji 20
1. Motor Otto Kijang 5K 20
2. Torsi-meter 21
3. Sistem pengapian eksprimen 21
G. Eksprimen 21
1. Merekondisi motor oto Kijang 5K 21
2. Merekondisi prony brake 21
3. Membuat rancangan tabel pengambilan data 22
H. Prosedur Eksprimen 23
1. Prosedur awal 23
2. Prosedur utama 23
3. Prosedur akhir 23
I. Parameter dan Variabel yang Ditentukan 24 1. Penentuan derajat penyalaan pertama 24 2. Penentuan derajat interval penyalaan kedua 24 3. Penentuan derajat penyalaan kedua 24
J. Analisa Data 24
BAB IV HASIL PENELITIAN
A. Deskripsi Data 26
1. Data karakteristik derajat interval lompatan bunga api 26 2. Penentuan derajat penyalaan I 26 3. Data penentuan derajat interval penyalaan kedua sistem
Dual CDI 27
4. Data prestasi mesin otomobil dan emisi gas buang 27
B. Hasil Analisis Regresi 28
C. Prestasi Mesin 28
D. Perhitungan Prestasi Mesin 27
E. Pembahasan 34
1. Derajat penyalaan 34
2. Pemakaian bahan bakar spesifik 35
3. Emisi gas buang 36
BAB V ANALISIS
A. Derajat Penyalaan 34
B. Pemakaian Bahan Bakar Spesifik 35
C. Emisi Gas Buang 36
BAB KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan 39
B. Saran 39
DAFTAR PUSTAKA 40
LAMPIRAN A 41
LAMPIRAN B 42
LAMPIRAN C 43
LAMPIRAN D 45
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Diagram Siklus Kerja Motor Bakar Torak 4 Gambar 2. Sistem Pengapian Konvensional 7 Gambar 3. Sistem Pengapian Magneto dengan Kontak Pemutua 8 Gambar 4. Sistem Pengapian Magneto Sederhana 8
Gambar 5. Sistem Pengapian TS 9
Gambar 6. Sistem Pengapian TAC 10
Gambar 7. Sistem CDI 11
Gambar 8. Waktu Pengapian Beban Normal 13 Gambar 9. Waktu Pengapian Beban Tinggi 13 Gambar 10. Diagram Alir Penelitian 18 Gambar 11. Grafik Waktu Dubutuhkan Vf terhadap Putaran 29 Gambar 12. Grafik AFR terhadap Putaran 30 Gambar 13. Grafik Kadar Carbon Monoxide terhadap Putaran 30 Gambar 14. Grafik Kadar Carbon Dioxide terhadap Putaran 30 Gambar 15. Grafik Kadar Hydrocarbon terhadap Putaran 31 Gambar 16. Grafik Kadar Oxygen terhadap Putaran 31 Gambar 17 Grafik Temperatur Pelumas terhadap Putaran 31 Gambar 18. Grafik Derajat Interval Penyalaan II terhadap Putaran 32 Gambar 19. Grafik Jumlah Pemakaian Bahan Bakar Per-jam
terhadap Putaran 33
Gambar 20. Grafik Daya Efektif Motor terhadap Putaran 33 Gambar 21 Grafik Pemakaian Bahan Bakar Spesifik terhadap Putaran 33 Gambar 22 Grafik Pemajuan Penyalaan Pengaruh Centrifugal Advance
dan Vacum Advance 34
Gambar 23 Grafik Pemajuan Penyalaan I dan II Pengaruh Centrifugal
Advance dan Vacum Advance 35
Gambar 24 Rangkaian Sistem Penyalaan CDI Konvensional 40 Gambar 25 Rangkaian Sistem Penyalaan Dual CDI. 41
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Karakteristik Sistem Penyalaan 15 Tabel 2 Data Teknis Motor Otto Kijang 5K 20
Tabel 3 Data Teknis Torsi-meter 21
Tabel 4 Data Pengapian Eksprimen 21
Tabel 5 Rancangan Tabel Data Prestasi Mesin dan EGB 22 Tabel 6 Rancangan Tabel Data Derajat Penyalaan 22 Tabel 7 Rancangan Tabel Karakteristik Derajat Sistem Dual CDI 24 Tabel 8 Karakteristik Derajat Interval Sistem Pengapian Dual CDI 26 Tabel 9 Data Prestasi Mesin dan Emisi Gas Buang Sistem CDI Konv.27 Tabel 10 Data Prestasi Mesin dan Emisi Gas Buang Sistem Dual CDI 27 Tabel 11 Data Prestasi Mesin dan Emisi Gas Buang Sistem CDI Konv.
Analisa Model Regresi 29
Tabel 12 Data Prestasi Mesin dan Emisi Gas Buang Sistem Dual CDI
dengan Analisa Model Regresi 29 Tabel 13 Karakteristik Derajat Interval Sistem Pengapian Dual CDI. 32 Tabel 14 Hasil Perhitungan Prestasi Mesin untuk Kedua Sistem
Penyalaan 32
Tabel 15 Waktu Antara Penyalaan I dan II terhadap Putaran. 35 Tabel 16 Perbedaan Pemakaian Bahan Bakar Spesifik antara CDI
Konvensinal dan Dual CDI 36
Tabel 8a-e Karakteristik Derajat Interval Sistem Pengapian Dual CDI 42 Tabel 9a-e Data Prestasi Mesin dan Emisi Gas Buang
Sistem CDI Konv. 43
Tabel 10a-e Data Prestasi Mesin dan Emisi Gas Buang Sistem Dual CDI. 45
DAFTAR SIMBOL
A Luas penampang silinder hidrolik beban cm2 AFR Air-fuel ratio
Be Pemakaian bahan bakar Spesifik l /kWjam Gf Jumlah bahan bakar digunakan l/jam k Derajat polynomial
n Putaran min-1
L Jarak antara titik putar poros dengan beban m
Na Daya aksesori kW
Ne Daya poros berguna atau daya efektif kW
Ng Daya gesek kW
Ni Daya indikator kW
M Momen putar Nm
R2 Koefisien determinasi
tf Waktu yang dibutuhkan untuk Vf sec tdg Waktu pembakaran dalam derajat engkol deg
tig Waktu pembakaran µsec
TMA Titik Mati Atas TMB Titik Mati Bawah
Toil Temperatur minyak pelumas oC VAC Volt Alternate Current
VDC Volt Direct Current
Vf Volume bahan bakar digunakan ml
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang.
Banyak sistem pengapian yang sudah diterapkan pada motor bakar bensin pada umumnya, seperti: (1) Breaker-point ignition, (2) Dual ignition, (3) Magneto Ignition, (4) Transistor assisted contacts ignition, (5) Transistor switching ignition, (6) Capacitive-discharge ignition, (7) Solid state ignition, dan (8) initial Dual Sequential Ignition.
Beberapa teknologi sistem pengapian yang ada pada saat sekarang ini banyak merupakan pengembangan sistem pengapian yang sudah atau pernah dipakai pada motor bakar bensin. Seperti halnya sistem Dual Ignition (DI) sudah pernah dikembangkan dengan menerapkan prinsip dasar sistem breaker point ignition, di mana saat pengapian serentak atau bersamaan pada satu ruang bakar, dua busi penyala dipasang seri terhadap kumparan induksi tegangan tinggi, atau menggunakan dua busi penyala dengan dua kumparan tegangan tinggi dan dua breaker point.
Tujuan sistem pengapian ini mempercepat peningkatan tekanan yang cepat, sehingga rasio ekspansi lebih effektif (Held, 1956: 501), sedangkan untuk hubungan busi seri dengan tujuan untuk meningkatkan tegangan tinggi pada busi penyala, tetapi belum dapat menyelesaikan permasalahan yang timbul pada saat itu. Hal itu karena dual ignition menerapkan penyalaan serentak.
Sistem pengapian initial Dual Sequential Ignition (iDSI) yang digunakan salah satu kendaraan bermotor terbaru merupakan pengembangan sistem pengapian DI dengan memodifikasi saat penyalaan yang berurutan. Sistem pengapian menggunakan dua buah busi penyala terhubung paralel. Tujuan yang akan dicapai dari sistem pengapian ini secara teoretik belum diungkap secara jelas.
Sistem pengapian yang baik adalah waktu peningkatan (rise time) tegangan tinggi yang sangat cepat, lama penyalaan bunga api (arc duration) yang cukup panjang untuk melaksanakan pembakaran campuran
udara bahan bakar dengan sempurna dan menghasilkan emisi gas buang di bawah standar baku.
Sistem pengapian akan terus berkembang dengan tujuan hampir sama yaitu: hemat bahan bakar, power optimum, emisi gas buang di bawah standar baku mutu. Banyak kendaraan bermotor konvensional yang seharusnya dapat menyumbangkan atau berperan seperti kendaraan bermotor modern, yaitu dengan cara memodifikasi sistem pengapian. Pada kendaraan bemotor konvensional dapat dilakukan modifikasi sistem pengapian standar pabrik dengan sistem pengapian yang sudah ada atau sistem pengapian yang belum pernah dicoba sama sekali.
B. Pembatasan Ruang Lingkup Masalah.
Mengingat luasnya ruang lingkup permasalahan dan fasilitas yang tersedia maka di dalam penelitian ini, perlu adanya pembatasan permasalahan yang akan dibahas, yaitu:
1. Pengujian menggunakan sistem pengapian CDI dengan sensor mekanik.
2. Mesin kendaraan bermotor Toyota Kijang 5K
C. Masalah Penelitian.
Masalah yang diteliti adalah: bagaimanakah pengaruh modifikasi sistem pengapian CDI lompatan bunga api dua kali, dengan hanya menggunakan busi tunggal terhadap emisi gas buang, power serta torsi.
D. Tujuan Penelitian.
Tujuan penelitian ini adalah untuk melihat pengaruh sistem pengapian dua kali lompat bunga api dengan sistem pengapian standar CDI, terhadap kinerja motor dan emisi gas buang.
E. Manfaat Penelitian.
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan penjelasan ilmiah akan dampak sistem pengapian terhadap emisi gas buang dan kinerja motor.
BAB II
KAJIAN PUSTAKA
A. Motor Bakar.
Motor bakar torak adalah mesin kalor dengan pembakaran dalam (Internal Combustion Engines) yang mengubah energi termal menjadi energi mekanis, diteruskan dari piston melalui batang penghubung (connecting rod) ke poros engkol. Proses pembakaran berlangsung di dalam ruang bakar pada motor bakar itu sendiri, sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja. Gas pembakaran dihasilkan oleh proses pembakaran tersebut mampu menggerakkan torak ber-translasi di dalam silinder, gerakan torak diteruskan oleh batang peng- hubung (connecting rod) ke poros engkol sehingga menjadi gerakan rotasi.
Motor bakar torak yang umum digunakan pada kendaraan bermotor terbagi menjadi dua yaitu; motor bensin (Otto) dan motor diesel. Kedua jenis motor bakar torak ini dibedakan oleh sistem penyalaan dan bahan bakar. Pada motor bensin, campuran udara bahan bakar dinyalakan oleh lompatan bunga api listrik di antara kedua elektroda busi. Karena itu motor bensin disebut juga Spark Ignition atau SI Engines. Pada motor diesel, terjadi penyalaan sendiri (autoignition) karena bahan bakar di-injeksikan ke dalam silinder berisi udara yang bertemperatur dan bertekanan tinggi, yang biasanya disebut Compression Ignition atau CI Engines.
B. Proses Siklus Motor Bakar Torak.
Motor bakar torak satu kali usaha kerja motor membutuhkan empat proses yang terdiri dari proses isap, kompresi, usaha (ekspansi) dan buang.
Proses pembakaran terjadi saat akhir proses kompresi sebelum TMA (Titik Mati Atas) dan berakhir setelah TMA.
1. Motor empat langkah
Satu kali usaha motor empat langkah membutuhkan dua kali putaran poros engkol, saluran isap dan buang diatur oleh katup. Setiap proses membutuhkan satu langkah, antara proses buang dan proses
isap kedua katup tebuka bertujuan untuk proses pembilasan (scavenging).
2. Motor dua langkah
Untuk melakukan satu kali usaha motor dua langkah membutuhkan satu kali putaran poros engkol, saluran masuk dan buang diatur oleh gerakan piston. Setiap proses membutuhkan setengah langkah piston sehingga satu kali usaha terdiri dari dua langkah piston. Proses pembilasan terjadi selama saluran masuk terbuka.
Siklus empat langkah Siklus dua langkah
Gambar 1 Diagram Siklus Kerja Motor Bakar Torak Keterangan gambar:
TMA Titik Mati Atas TMB Titik Mati bawah Siklus empat langkah
a katup masuk buka
b katup masuk tutup, mulai kompresi c katup buang terbuka, akhir usaha d. katup buang tutup
Siklus dua langkah
a saluran masuk buka a’ saluran masuk tutup b. mulai kompresi c saluran keluar buka c’ saluran keluar tutup
Pada diagram siklus motor bakar torak, siklus empat langkah saat pembilasan sangat singkat lebih kurang 20o sudut engkol. Pada siklus dua langkah pembilasan terjadi selama saluran masuk bahan bakar terbuka, lebih kurang 96o sudut engkol (Arismunandar, 1980: 38). Pembilasan terjadi karena desakan udara bahan bakar terhadap gas sisa pembakaran di dalam ruang silinder. Pada motor bakar dua langkah cenderung lebih
banyak campuran udara bahan bakar ikut keluar bersama sisa gas pembakaran dibandingkan pada motor empat langkah.
C. Emisi Gas Buang.
Motor otomobil dengan pembakaran dalam (internal combustion engine) mengeluarkan tiga bahan pengotor utama, yaitu; hydrocarbon (HC), carbon monoxide (CO), dan oxide nitrogen (NOx). Hasil sampingan pembakaran pada motor berupa partikel timah, belerang, arang dan partikel lain, seperti sulfur oxide. Motor diesel mengeluarkan lebih sedikit HC dan CO tetapi lebih banyak partikel dan sulfur oxide daripada motor bensin.
1. Hydrocarbon (HC)
Bensin, minyak diesel, dan minyak pelumas semua merupakan hydrocarbon. Emisi HC dari sebuah otomobil sebagian besar bersum- ber dari bahan bakar yang tidak terbakar dan dikeluarkan pada saluran pembuangan. Hasil pembakaran pada motor bensin pada otomobil memberikan kontribusi sebesar 60% dari yang dihasilkan oleh sebuah otomobil (Layne, 1986: 260.). Pembentukan HC banyak faktor yang mempengaruh antara lain; AFR, pencampuran udara bahan bakar, sisa pelumas pada dinding silinder, kompresi, overlap valve, deposit pada ruang bakar (Pulkrabek, 1997: 279). Hydrocarbon dapat dikurangi dengan pembakaran sempurna. Bila motor membakar semua bahan bakar secara sempurna, tidak akan ada HC pada saluran buang, hanya uap air (water vapor) dan carbon dioxide (CO2) (Maleav, 1983: 77.).
Tetapi jarang sekali pembakaran yang berlangsung sempurna. Bila campuran udara-bahan bakar terlalu kaya, tidak semua bahan bakar dapat tebakar atau salah satu silinder gagal melakukan pembakaran campuran udara-bahan bakar, maka udara-bahan bakar yang tidak terbakar akan dikeluarkan ke saluran buang (Layne, 1986: 260.).
2. Carbon monoxide (CO)
Carbon monoxide juga diakibatkan oleh pembakaran yang tidak sempurna. Banyak CO yang dihasilkan tergantung pada bagaimana hydrocarbon bahan bakar dibakar. Bila campuran kaya, maka tidak cukup oxygen (O2) tersedia yang bersenyawa dengan carbon untuk
membentuk CO2. Campuran udara-bahan bakar dimungkinkan sangat kurus sekali yang mengandung cukup oxygen untuk membentuk CO2
dengan tanpa menghasilkan CO. Pada kenyataan, pembentukan CO tidak dapat dihilangkan secara sempurna dari proses pembakaran di dalam motor (Layne, 1986: 261. dan Lichty, 1951: 149.).
3. Oxides of nitrogen (NOx)
Temperatur dan tekanan tinggi dari pembakaran akan menghasi- kan dayaguna yang baik dan penghematan bahan bakar. Kondisi ini juga menghasilkan oxides of nitrogen (NOx). Udara terdiri dari 21 prosen oxygen dan 78 prosen nitrogen. Bila temperatur pembakaran melampaui 1370o C, oxygen dan nitrogen akan bersenyawa dalam jumlah besar membentuk NOx (Layne, 1986: 261.) Emisi NOx tidak beracun. Bila dalam jumlah besar NOx dan HC dalam udara mencapai ratio tertentu, senyawa-senyawa tersebut saling mengikat menjadi kabut yang menghalangi cahaya matahari, karena membentuk rumah kaca.
D. Sistem Pengapian.
Sistem pengapian sangat diperlukan untuk meyalakan campuran udara-bahan bakar pada pembakaran di motor bensin. Pembakaran ini sama pentingnya dengan sistem pengontrol emisi untuk mengurangi hasil gas pembakaran yang berbahaya.
1. Sistem pengapian konvensional
Sistem pengapian konvensional menggunakan kontak pemutus (breaker point) sebagai pengatur menghantarkan arus listrik ke induksi kumparan primer. Kontak pemutus terbuka dan tertutup diatur oleh poros nok di dalam distributor. Lama arus menghantar atau lama kontak terhubung (tertutup) disebut dwell-angle. Untuk menghindari lompatan bunga api pada kontak pemutus pada saat kontak mulai terbuka, kontak pemutus dihubungkan secara parallel dengan kapasitor.
Arus yang dibutuhkan pada kumparan primer antara 1 Ampere sampai 4 Ampere dengan tegangan 9 VDC sampai 12 VDC (Layne, 1986: 201.). Bila kontak pemutus terhubung sesaat, ketika
hubungannya terlepas akan meningkat dengan cepat medan induksi sehingga terjadi peningkatan dengan cepat tegangan sebesar 250 Volt sampai 400 Volt pada kumparan primer. Maka pada kumparan induksi sekunder akan dihasilkan tegangan tinggi antara 5.000 Volt sampai 25.000 Volt (Layne, 1986: 201.). Tegangan tinggi dihasilkan oleh induksi kumparan sekunder diarahkan oleh pembagi (distributor) ke busi.
Sistem pengapian konvensional kadang-kadang dilengkapi dengan resistor (sering disebut ballast) yang digunakan untuk menghantarkan arus listrik secara terus-menerus. Pada saat motor mulai dihidupkan (start) resistor dihubungkan langsung (by-pass), atau pada kumparan primer dibuat kumparan secara bertingkat untuk mengatasi tujuan yang sama pada penggunaan resistor.
BATTERY BREAKER POINT
R
C IGNITION
SWITCH P S
INDUC. COILHV
Gambar 2. Sistem Pengapian Konvensional (Obert, 1973: 532.)
Kelemahan sistem pengapian konvensional:
a. Daya guna rendah pada putaran motor yang tinggi karena arus listrik terbatas disebabkan adanya pengambangan mekanik pemutus arus.
b. Ketidak mampuan membakar sebagian kotoran pada busi, karena tegangan yang rendah saat kenaikan tegangan.
c. Umur kontak pemutus relatif singkat karena dialiri arus yang besar pada saat putaran rendah. Umur busi relatif lebih singkat karena energi besar dilepaskan pada saat putaran rendah.
d. Susah start karena pembukaan kontak pemutus terlambat terhadap kecepatan engkol.
e. Tegangan sekunder yang dihasilkan tidak teratur dipengaruhi kontak pemutus (Obert, 1973: 537.).
2. Magneto ignition.
Sistem pengapian magneto tidak memakai battery seperti pada pengapian konvensional, di mana battery merupakan sumber daya listrik. Pada sistem pengapian magneto, listrik dihasilkan dari perpotongan medan magnit yang dihasilkan oleh kutub-kutub magnit tetap pada rotor yang berputar, maka kumparan magneto menghasilkan listrik arus bolak balik. Untuk mengatur saat penyalaan digunakan kontak pemutus. Sistem pengapian magneto juga menggunakan kumparan induksi tegangan tinggi. Kumparan primer menerima arus bolak balik setelah kontak pemutus membuka. Maka arus yang dihasilkan oleh kumparan magneto akan meningkat dan terhantar ke kumparan primer (lihat gambar 3).
BREAKER
POINT C
IGNITION SWITCH
P S
INDUC. COILHV MAGNETO
Gambar 3. Sistem Pengapian Magneto dengan Kontak Pemutus (Lichty, 1951: 343.)
Sistem pengapian magneto yang lebih sederhana menerapkan induksi langsung dari perpotongan medan magnit permanen pada flywheel yang terdapat kutub magnit tunggal. Saat flywheel berputar
IGNITION SWITCH
HV
INDUC. COIL
MAGNETO
Gambar 4. Sistem Pengapian Magneto Sederhana (Lichty, 1951: 343.)
kutub magnit melintas pada inti besi kumparan tegangan tinggi, sehing- ga terjadi perpotongan medan magnit yang mengakibatkan kumparan tegangan tinggi terinduksi dan menghasilkan lompatan bunga api pada
busi. Saat penyalaan ini diatur sedemikian rupa sehingga bertepatan dengan saat pembakaran di ruang bakar (lihat Gambar 4)
Keuntungan sistem pengapian magneto sederhana dan kompak sehingga sering digunakan pada motor berukuran kecil. Kelemahan sistem pengapian ini adalah diperlukan energi mekanik yang cukup untuk memutar rotor magneto.
3. Dual ignition.
Sistem pengapian dual ignition menggunakan dua sistem pengapian konvensional yaitu memiliki dua kontak pemutus, dua kapasitor, dua kumparan induksi tegangan tinggi satu pembagi arus dengan rotor dua penghantar berputar (rotor) dan dua busi yang dihubungkan paralel atau seri pada satu ruang bakar. Tujuan dual ignition adalah untuk memperbesar lompatan bunga api atau meningkatkan tegangan tinggi dengan cara menghubungkan seri.
Keuntungan sistem pengapian ini dibanding dengan sistem pengapian konvensional adalah peningkatan tekanan dalam ruang bakar lebih cepat. Oleh karena itu akan terjadi pembakaran sempurna saat piston akan memulai langkah ekspansi, sehingga rasio ekspansi lebih efektif (Heldt, 1956: 502.). Kelemahan sistem pengapian dual ignition sama dengan sistem pengapian konvensional.
4. Sistem pengapian transistor assisted contacts (TAC)
Sistem pengapian Transistor Assisted Contacts merupakan pengembangan dari Transistor Switching (TS). Cara kerjanya sama dengan sistem pengapian konvensional.
BATTERY BREAKER POINT R
C IGNITION
SWITCH P S
INDUC. COILHV TRANSISTOR
Gambar 5 sistem pengapian TS (Obert, 1973: 545.)
Sistem pengapian ini memperbaiki kelemahan pada kontak pemutus yang sering mengalami gangguan hangus permukaan kontak (lapisan platina). Transistor switching masih menggunakan kontak pemutus yang hanya berfungsi sebagai sensor mekanik tanpa kapasitor, sedangkan pada Transistor Assisted Contacts sensor mekanik diganti dengan electrical pulse
SIGNAL SHAPING CIRCUIT BATTERY
R IGNITION
SWITCH
P S
INDUC. COIL HV TRANSISTOR
PULSE PICKUP GEAR TOOTH
Gambar 6 Sistem pengapian TAC (Obert, 1973: 545.)
Kelebihan sistem pengapian TS dan TAC dibandingkan sistem pengapian konvensional adalah (Obert, 1973: 546.):
a. Umur pemutus arus lebih panjang karena pada kontak pemutus arus listrik kecil sehingga motor mudah dihidupkan.
b. Induktansi primer rendah sehingga dapat menurunkan arus listrik primer dan mengakibatkan drop-off pada putaran lebih tinggi.
c. Tinggi angkat dan nyala bunga api pada kontak pemutus sangat kecil sehingga meningkatkan dwell-time, mengurangi pengambang- an mekanik kontak pemutus.
d. Tegangan sekunder dihasilkan teratur karena tidak dipengaruhi kontak pemutus (Obert, 1973: 546.).
5. Sistem capacitive discharge ignition (CDI)
Pada sistem Capacitive Discharge Ignition, arus dan tegangan utama memberi muatan pada kapasitor dalam modul sirkuit pengapian.
Pada waktu di mana modul sirkuit pengapian sedang berlangsung dan kapasitor diberi muatan selama periode dwell, arus tidak dihantarkan ke kumparan primer pada kondisi ini, tetapi dihantarkan ke kapasitor.
Tegangan yang dihantarkan ke kapasitor antara 300 Volt sampai 400 Volt berasal dari power circuit (Layne, 1986: 237; Agus dan Wito, 1978:
850.). Selama kapasitor diberi muatan, triac dalam kondisi hubungan terbuka (open circuit) untuk menjaga agar kapasitor tidak melepas muatan.
Bila timing circuit mengirim signal pulse ke gate dari triac, maka terjadi hubungan tertutup (closed circuit), sehingga kapasitor melepas muatannya. Kapasitor melepas muatan bertegangan ke kumparan primer. Tegangan primer tiba-tiba meningkat dan arus meng-induksi tegangan tinggi sekunder pada kumparan (coil). Tegangan sekunder (HV) ini didistribusikan ke busi pada sistem pengapian.
Power circuit merupakan sirkuit untuk menaikkan tegangan battery 12 VDC menjadi 300 VAC sampai 400 VAC dengan frekuensi kurang lebih 3,5 kHz, kemudian dirubah menjadi 300VDC sampai 400 VDC setelah melalui rangkaian diode (D). Timing circuit, merupakan penguat pulsa sinyal (signal pulse) yang dihasilkan oleh pulse pickup atau breaker point (kontak pemutus) dikirim untuk memicu triac. Triac berfungsi sebagai saklar elektronik akan bekerja apabila gate menerima pulsa sinyal, sehingga akan terjadi hubungan singkat (close circuit).
Kapasitor tempat menampung muatan listrik akan dilepas ke induksi kumparan primer (induction coil) saat terjadi hubungan singkat pada triac (Layne, 1986: 238.; Obert, 1973: 547.).
TIMING CIRCUIT POWER
CIRCUIT
TRIAC P S
Is C HV
BAT
D INDUC. COIL
PULSE PICKUP GEAR TOOTH
Gambar 7. Sistem CDI
Kelemahan dan kelebihan bila dibandingkan dengan sistem pengapian sebelumnya adalah:
a. Motor mudah hidup dalam kondisi dingin (Obert, 1973: 547. dan Agus dan Wito, 1978: 851.)
b. Mampu membakar campuran udara-bahan bakar di atas 14,7:1 dengan baik, karena tegangan sangat tinggi pada saat kenaikan tegangan (Layne, 1986: 238.).
c. Umur kontak pemutus (sebagai sensor) lebih panjang karena kontak pemutus tidak dialiri arus listrik yang besar (Agus dan Wito, 1978: 851.).
d. Waktu yang dibutuhkan untuk membangkitkan tegangan induksi pada bagian kumparan induksi primer lebih cepat, drop-off pada putaran lebih tinggi (Agus dan Wito, 1978: 851.).
e. Waktu peningkatan tegangan dan lama penyalaan sangat singkat (Layne, 1986: 238. dan Obert, 1973: 543.).
6. Intelligent-dual and sequential ignition (i-DSI) (Zoelis, 2003: 30).
Sistem i-DSI menggunakan dua buah busi. Kedua busi menyala bersamaan, sehingga proses pembakaran cepat tercapai. Penempatan kedua busi di ruang bakar diatur secara diagonal, pada sisi intake dan exhaust untuk setiap selinder. Kontrol waktu pengapian sistem i-DSI dilakukan oleh electronic control ignition (ECM). ECM menghitung basic ignition timing dari busi sisi intake dan exhaust berdasarkan putaran motor dan tekanan vakum pada intake manifold. Agar waktu pengapian selalu optimal, setiap ada perubahan kondisi pemakaian, waktu pengapian dikoreksi berdasarkan sinyal tiap sensor dan basic ignition timing. Kemudian, ECM mengirim sinyal pengapian ke kumparan tegangan tinggi dan diteruskan langsung ke busi.
Prinsip kerja i-DSI saat putaran idling (700 – 800 min-1), kedua busi menyala secara bersamaan. Waktu pengapian 6o – 10o sebelum titik mati atas (TMA). Pada saat ini proses pembakaran berlangsung lebih cepat. Pada saat putaran rendah (1.000 min-1) dengan beban ringan, ECM mempercepat waktu pengapian pada busi sisi intake.
Titik pengapian sekitar 12o sebelum TMA, sedangkan busi sisi exhaust tetap 6o – 10o sebelum TMA. Tetapi pada 3600 min-1, kedua busi kembali menyala secara bersamaan. Ketika kecepatan rendah dengan beban penuh, waktu pengapian busi sisi intake dipercepat sekitar 6o
sebelum TMA, sedangkan busi di sisi exhaust diperlambat sekitar 2o sebelum TMA. Ketika mencapai 5600 min-1, kedua busi kembali menyala secara bersama.
`
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Putaran Motor(1/min)
Derajat waktu pengapian sebelum TMA
0 5 10 15 20 25
INTAKE EXHAUST
PENGAPIAN SIMULTAN
Gambar 8. Waktu Pengapian Beban Normal (Zoelis, 2003: 30.)
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Putaran Motor(1/min)
Derajat waktu pengapian sebelum TMA
0 5 10
15 20
25 INTAKE
EXHAUST
PENGAPIAN SIMULTAN
Gambar 9. Waktu Pengapian Beban Tinggi.
(Zoelis, 2003: 30.) Keuntungan atau keunggulan sistem ini adalah:
a. Pembakaran cepat, menaikkan rasio kompresi dan mengurangi gejala knocking. Akibatnya tenaga meningkat, torsi besar, serta mampu menghemat konsumsi bahan bakar. Bahkan sanggup menghasilkan gas buang yang lebih bersih.
b. Campuran udara-bahan bakar dinyalakan pada dua lokasi, maka jarak perambatan api yang harus dijangkau masing-masing busi menjadi pendek.
c. Terjadi perbaikan pada konsumsi bahan bakar.
d. Pada kecepatan tinggi, kedua busi kembali menyala serentak, menghasilkan kecepatan pembakaran dan meningkatkan tenaga mesin.
E. Pembakaran.
Proses pembakaran pada Sparks ignition dapat dibagi dalam tiga bagian, yaitu; penyalaan dan pembentukan nyala api, perambatan nyala api dan pengakhiran pembakaran. Pada pembentukan nyala api diperkirakan menkonsumsi 5% - 10% campuran udara bahan bakar, sedangkan pada perambatan nyala api campuran udara bahan bakar mencapai 80% - 90%.
Selama perambatan nyala api tekanan terus meningkat, dan ini akan memberikan gaya untuk menghasilakn kerja pada langkah ekspansi.
Pengakhiran pembakaran terjadi saat tekanan mulai berkurang dengan cepat, pada bagian ini campuran udara bahan bakar terbakar 5%-10%
(Pulkrabek, 1997: 229).
Pembakaran berlangsung selama 0,003 sec secara konstan pada berbagai putaran, sehingga pada putaran 800 min-1 berlangsung pem- bakaran dari 2o sebelum TMA berakhir pada 10o sesudah TMA. Pada putaran 1200 min-1 pembakaran dimulai 10o sebelum TMA berakhir 10o sesudah TMA. Pada putaran 2400 min-1 pembakar dipercepat sampai 40o sebelum TMA dan berakhir 10o sesudah TMA (Layne, 1986: 62.). Untuk memajukan penyalaan digunakan vacum advance dan centrifugal advance.
Lama pembakaran dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:
t n
tig dg 60
3601 ×
×
= . . . 1 Keterangan:
tig : Lama pembakaran berlangsung (detik) tdg : Lama pembakaran berlangsung (deg) n : Putaran motor (min-1) Syarat suatu proses pembakaran adalah adanya udara, bahan bakar dan energi pembakar dengan rasio yang sesuai. Apabila ketiga unsur tersebut tidak memenuhi rasio yang sesuai, maka akan terjadi gagal penyalaan atau pembakaran tidak sempurna. Dalam proses pembakaran
motor bakar bensin perbandingan antara udara-bahan bakar (Air Fuel Ratio) dikenal dengan campuran sangat kurus (AFR = 18,5:1) dan campuran sangat kaya (AFR = 8:1). Bila lebih atau kurang dari AFR tesebut maka tidak mudah terjadi pembakaran. Perbandingan udara-bahan bakar yang dapat terbakar hampir sempurna adalah apabila jumlah AFR kira-kira sama dengan 14,7:1. Ini disebut stoichiometric ratio dan sangat penting untuk kontrol emisi (Layne, 1986: 58.).
Campuran udara-bahan bakar dapat terbakar setelah ada energi panas. Sistem pengapian menghasilkan energi listrik, yang akan berubah menjadi energi panas.
Karakteristik sistem pengapian pada berbagai macam sistem adalah perbedaan pada lama bunga api menyala, waktu peningkatan tegangan, energi listrik dihasilkan, tegangan sekunder dan drop-off tegangan terjadi, seperti terlihat pada tabel berikut:
Tabel 1. Karakteristik Sistem Penyalaan
System Rise time Arc duration Energy Available Voltage &drop-off
µ sec µ sec m J kV rpm
Convensional Various Delco-Remy TAC
Various Delco-Remy Special Delco-Remy CDI
Various Delco-Remy Special Delco-Remy Motorola
80 – 200 120
60 - 200 180
75
1 - 100 35
5
1.000 - 2.000 1.200
1.000 – 3.000 1.200
800
5 - 300 200
30 250 - 400
20 – 60 40
60 - 100 74 83
5 - 100 90 120
12
20 - 25 25
20 - 30 25 30
15 - 30 32 31 28
2.000 2.000
3.000 3.000 3.000
8.000 6.000
Sumber: Obert, 1973: 543.
Pada sistem pengapian konvensional, pengoperasian pada putaran tinggi akan mengakibatkan CO tinggi, karena terjadi misfire (saat pembakaran yang menyimpang). Waktu kenaikan tegangan relatif panjang sehingga energi listrik yang dihasilkan belum mampu membakar campuran udara-bahan bakar secara keseluruhan. Hal ini mengakibatkan terjadinya pembakaran susulan setelah saat penyalaan (detonation) dan ada kecenderungan menghasilkan sisa bahan bakar berupa HC.
Sistem pengapian TS dan TAC dapat dioperasikan pada putaran tinggi karena tegangan sekunder yang dihasilkan stabil. Pada putaran lebih tinggi akan terjadi misfire yang akan meningkatkan CO. Pada sistem ini waktu
kenaikan tegangan tetap tidak dapat diperbaiki. Untuk mengurangi CO dengan menurunkan AFR, merupakan kelemahan dari sistem pengapian TS dan TAC. Perbandingan udara-bahan bakar (AFR) tidak dapat ditekan lebih tinggi dari angka 14,7:1 (AFR > 14,7). Hal ini akan mengakibatkan pembakaran awal sebelum saat penyalaan (preignition). Pembakaran yang tidak sempurna akan mengakibatkan ruang bakar bertemperatur dan bertekanan tinggi menghasilkan NOx.
Dalam sistem pengapian CDI, waktu kenaikan tegangan relatif sangat singkat, sehingga kemungkinan preignition tidak akan terjadi. Namun lama penyalaan yang cukup singkat, ada kemungkinan akan terjadi detonansi (menghasilkan HC). Detonansi dapat dikurangi dengan menurunkan AFR (penurunan AFR akan memperkecil CO), karena sistem pengapian CDI mampu mengatasi preignition. Namun AFR kecil akan mengakibatkan ruang bakar bertemperatur tinggi sehingga motor banyak menghasilkan NOx Untuk menghasilkan tegangan sekunder relatif singkat, maka pada putaran sangat tinggi masih dapat membakar campuran bahan bakar relatif sempurna.
F. Daya Poros.
Daya berguna ialah daya poros atau daya efektif, yang dibangkitkan oleh daya indikator yang merupakan daya gas pembakaran dan yang menggerakkan torak. Tidak semua daya indikator diteruskan ke beban motor; sebagian kecil digunakan untuk mengatasi gesekan mekanik dalam motor tersebut. Selain dibebani oleh mekanik motor daya indikator juga dibebani oleh aksesori motor itu sendiri, seperti pompa air pendingin dan pelumas, kipas pendingin serta pembangkit listrik. Besar daya poros itu adalah (Arismunandar, 1980: 39.):
Ne = Ni – (Ng + Na) . . . 2 keterangan:
Ne : daya poros berguna atau daya efektif Ni : daya indikator
Ng : daya gesek Na : daya aksesori
Untuk mengukur daya poros, digunakan torsi-meter untuk mengukur momen putar (torsi) dan tachometer untuk mengukur kecepatan putar poros engkol. Daya poros dihitung dengan persamaan sebagai berikut (Arends dan Berenschot, 1992: 22.),
Ne = 2 . π . n . M . . . 3 atau;
Ne = 2 . π . n . F. L keterangan:
n : putaran poros engkol M : momen putar
L : jarak antara titik putar poros dengan beban
F = P. A, : gaya yang bekerja pada lengan torsi-meter P : tekanan hidrolik terbaca
A : luas penampang tabung hidrolik dikenai beban
G. Pemakaian Bahan Bakar Spesifik.
Pemakaian bahan bakar spesifik motor bakar dapat dihitung dengan persamaan berikut (Arismunandar, 1980: 40.):
e
e Gf N
B = . . . 4 keterangan:
f f
f V t
G =(3600⋅ )/ : jumlah bahan bakar yang digunakan per-jam
Vf : volume bahan bakar yang digunakan tf : waktu yang dibutuhkan untuk Vf
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
Secara skematik langkah-langkah penelitian dapat dilihat pada gambar berikut ini
Literatur, Majalah, Journal, Internet
Alternatif Sistem Pengapian Sistem
Pengapian
Putaran, Beban,
AFR
Motor bakar, Beban, alat ukur dan sistem pengapian Reduksi
EGB, Daya, Torsi
Pengujian EGB, Daya, Torsi
Sistem Pengapian Putaran, Beban, AFR, Data EGB,
Daya, Torsi
Pengolahan Data Literatur, Majalah,
Journal, Internet
Analisa Data Literatur, Majalah,
Journal, Internet
Kesimpulan IS 1, IS 2
Put 1 - n No
Yes
No
Yes Uji keandalan Sistem Pengapian
3000 Km Yes
No
Gambar 10. Diagram Alir Penelitian
A. Tujuan Operasional.
Tujuan operasional penelitian adalah:
1. Menguji sistem pengapian CDI konvensional dan sistem pengapian CDI bunga api melomcat dua kali dengan sensor mekanik.
2. Menguji torsi, Daya dan emisi gas buang pada putaran 1000 min-1 sampai 3400 min-1 dengan interval 300 min-1 melalui pembebanan prony brake.
3. Menguji emisi gas buang dengan menggunakan Digital Gas Emissions Analyzer
4. Mengukur derajat pengapian dan waktu interval dengan Timing Light.
B. Metode Penelitian.
Penelitian ini merupakan suatu eksperimen di laboratorium.
C. Tempat dan Waktu Penelitian.
Eksperimen dilaksanakan di laboratorium Prestasi Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik selama 2 (dua) bulan (awal September sampai akhir April 2004).
D. Peralatan Yang Digunakan.
1. Motor Toyota kijang 5K, 2. Torsi–meter (Prony brake), 3. Digital Gas Emissions Analyzer 4. Timing Light
5. Dwell Meter 6. Tachometer 7. Pressure meter 8. Stopwatch 9. Plint gauge
10. Sistem Pengapian CDI 11. Simulator pengapian 12. Osiloskop
E. Data dan Teknik Pengumpulan
Data yang dikumpulkan pada setiap putaran yang ditetapkan adalah, sebagai berikut:
1. Putaran mesin menggunakan Tachometer,
2. Tekanan berkerja pada Prony brake dengan mengunakan sistem hidrolik,
3. Kadar Emisi berupa CO, CO2, HC, menggunakan Digital Gas Emissions Analyzer,
4. AFR menggunakan Digital Gas Emissions Analyzer, 5. Derajat pengapian menggunakan Timing Light,
6. Interval saat penyalaan menggunakan Timing Light, simulator pengapi- an, osiloskop dan stroboscope.
7. Waktu pemakaian bahan bakar dan
8. Lama sensor mekanik tertutup menggunakan Dwell meter.
F. Peralatan Uji.
1. Motor Otto Kijang 5K.
Tabel 2. Data Teknis Motor OTTO Kijang 5K
Spesifikasi:
Pabrik pembuat : Toyota Co LTD, Japan Jenis : Kijang 5K
Tipe motor : 4 selinder sebaris 4 langkah Isi silinder : 1486 cc
Perbandingan kompresi : 9,3 : 1 Diameter silinder : 80,5 mm Langkah Torak : 73,0 mm
Daya maksimum : 73 PS / 5000 min-1 Torsi maksimum : 11,3 kg.m / 2800 min-1 Sistem bahan bakar : Karburator
Bahan bakar : Bensin Karburator:
Pabrik : AISAN, Japan
Tipe : Laras ganda, arus turun (down draft) Distributor
Pabrik : NIPPONDENSO Tipe : 191000 – 24101
Peralatan pengatur : centripugal advance dan vacum advance Kapasitor : 0,25 µF
Point gap contact breaker : 0,45 mm Busi:
Pabrik : NIPPONDENSO Tipe : W16 EX-U Point gap electrode : 0,8 mm Kumparan pengapian (coil):
Pabrik : DENSO
Tipe : 90919 - 02149
Tabel. Data Teknis Motor OTTO Kijang 5K (lanjutan)
Sistem penggerak katup:
Tipe : OHV (Over Head Valve) Pengangkat katup : Hidrolik Last Adjuster Celah katup masuk : 0,20 mm
Celah katup buang : 0,25 mm Minyak Pelumas:
Merk : Mesran Prima 20W/50 Pabrik : Pertamina
Sistem Pendingin:
Air pendingin dengan radiator tertutup
2. Torsi-meter.
Tabel 3. Data Teknis Torsi-meter
Spesifikasi:
Jenis : Disk brake Diameter disk : 330 mm
Panjang lengan : 200 mm Pengatur beban : Sistem hidrolik
Pengukuran beban : Sistem hidrolik (dia. silinder 5/8”) Pembaca beban : Pressure gauge
Pendingin disk : Air
3. Sistem pengapian eksprimen.
Tabel 4. Data Teknis Sistem Pengapian
Spesifikasi:
Jenis : CDI (Capacitive Discharge Ignition) Tegangan Kapasitor : 350 VDC
Kapasitor : 0,68 µF / 630 VDC Sensor : contact breaker (mekanik) Pengatur interval : elektronik
G. Eksprimen.
Urut-urutan eksprimen pada penelitian ini adalah:
1. Merekondisi motor Otto Kijang 5K.
Motor Otto Kijang 5K dibersihkan ruang bakarnya dari deposit sisa pembakaran dan ruang karter mesin. Dilakukan penyetelan jarak celah katup isap dan buang. Memodifikasi pengisian bateri saat eksprimen, hal ini bertujuan untuk menghindari reduksi kehilangan daya motor.
2. Merekondisi prony brake.
Prony brake sebelumnya sering macet, sehingga mengakibatkan motor mati mendadak, karena pengaturan beban tidak dapat dilakukan
dengan halus. Sistem pembacaan beban secara mekanik mengalami kesulitan oleh getaran mesin. Untuk pembacaan dan penyetelan beban sangat bahaya pada prony brake sebelumnya, sehingga direkondisi dengan sistem hidrolik pada pembacaan dan pengaturan beban. Untuk menghindari kemacetan drum brake dirubah menjadi disk brake.
3. Membuat rancangan tabel pengambilan data eksprimen.
Data eksprimen terdiri dari tiga kelompok yaitu; torsi-meter, bahan bakar, AFR dan saluran gas buang yang diambil secara bersamaan.
Tabel 5. Rancangan Tabel Data Prestasi Mesin dan Emisi Gas Buang.
Sistem pengapian : CDI / Dual CDI Derajat penyalaan :
Beban torsimeter : Volume bahan bakar :
Motor : Otto Toyoya Kijang 5K
Torsi-meter : Prony brake Penguji emisi : Digital Gas
Emissions Analyzer No. n
min-1
tfuel
(sec) AFR CO ( % )
CO2
( % )
HC (ppm)
O2
( % )
Toil
( oC)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Data derajat penyalaan ditabulasikan dalam suatu tabel terpisah, seperti pada tabel berikut ini:
Tabel 6. Rancangan Tabel Data Derajat Penyalaan
Derajat penyalaan bunga api pertama
No 800 1100 1400 1700 2000 2300 2600 2900 3200 3400 1
2 3 4 5
Data prestasi mesin, emisi gas buang, bahan bakar, AFR dan derajat penyalaan dilakukan 5 (lima) kali pengambilan pada waktu bersamaan.
Data yang diambil sebelum diolah dapat dilihat pada lampiran B, C dan D.
H. Prosedur Eksprimen.
1. Prosedur awal
a. Sebelum dimulai eksprimen plint gauge terisi penuh bahan bakar stopwatch dipersiapkan untuk mulai.
b. Motor diperiksa untuk meyakinkan bahwa motor beroperasi dengan baik dan aman.
c. Torsi-meter dalam keadaan tanpa membebani motor.
d. Saluran by-pass bahan bakar dibuka, untuk meyalurkan bahan bakar ke karburator.
e. Motor dioperasikan.
f. Katup throttle diatur pada kondisi idling, motor dipanaskan sampai suhu air pendingin steady.
g. Motor dijalankan pada putaran 800 min-1 sampai temperatur kerja, kemudian dilakukan penyetelan derajat penyalaan dan penyetelan AFR = 14,7 :1.
2. Prosedur utama
a. Plint gauge diisi sampai volume yang dibutuhkan.
b. Pembukaan katup throttle diatur perlahan-lahan diikuti penambahan beban pada putaran motor dan bukaan throttle tertentu.
c. Setelah tercapai beban tertentu, motor didiamkan sesaat untuk mencapai kondisi steady.
d. Dilakukan pencatatan tekanan P (Beban) membaca kadar emisi, kemudian mencatat waktu pemakaian bahan bakar.
e. Tahapan berikutnya menaikkan putaran dengan interval 200 min-1 dan bukaan throttle. Dilakukan ulang dari urutan prosedur nomor 1 sampai 4.
3. Prosedur akhir
a. Beban dikurangi secara pelahan-lahan dengan dikuti pengurangan bukaan throttle.
b. Sebelum mesin dihentikan operasinya, terlebih dahulu kondisi distabilkan.
c. Operasi motor. Semua sistem dalam kondisi off, dan saluran minyak ditutup.
I. Parameter dan Variabel yang Ditentukan.
1. Penentuan derajat penyalaan pertama.
Derajat penyalaan pertama pada putaran idle 800 min-1 ditentukan berdasarkan spesifikasi dari mesin tersebut, yaitu; 8o Penentuan derajat penyalaan dilakukan dengan menggunakan satu kali lompatan bunga api (sistem CDI konvensional).
2. Karakteristik derajat interval sistem pengapian kedua
Sistem pengapian kedua adalah modifikasi dari sistem pengapian CDI konvensional yang menerapkan lompatan bunga api dua kali dengan interval tertentu (Sistem Dual CDI) (gambar rangkaian dapat dilihat pada lampiran A). Derajat interval lompat bunga api yang pertama dan kedua pengapian perlu untuk diketahui, guna menganalisis lama pembakaran. Pengumpulan data dilakukan pada simulator pengapian tanpa dilengkapi centrifugal advance dan vacuum advance. Simulator pengapian menggunakan motor listrik DC dengan kecepatan putar yang dapat diatur.
Tabel 7. Rancangan Tabel Karakteristik Derajat Sistem Dual CDI
Derajat penyalaan bunga api kedua
No 800 1100 1400 1700 2000 2300 2600 2900 3200 3400 1 2 3 4 5
3. Penentuan derajat penyalaan kedua.
Derajat interval penyalaan kedua pada berbagai kecepatan putar diperoleh dengan mengakumulasi derajat pengapian pertama dan derajat interval pengapian kedua.
J. Analisis Data
Pengolahan data menggunakan bantuan software Excel dan MathCAD.
Untuk melihat hubungan antara variabel yang satu dengan yang lain digunakan model regresi. Hubungan linier antara variabel satu dengan yang lainnya dalam bentuk ketergantungan (dependency) satu dengan yang lain.
Variabel x disebut variabel independen dan variabel y disebut variabel dependen karena nilai x tergantung pada y, sedangkan nilai x bebas.
Garis regresi populasi dalam praktek tidak dapat ditentukan secara tepat, oleh karena itu perlu dicari estimasi dari garis tersebut dengan menggunakan data yang ada. Garis estimasi dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut;
Polynomial:
6 6 3
3 2 2
1 x c x c x ... c x
c b
y = + ⋅ + ⋅ + ⋅ + + ⋅
Koefisien determinasi R2 , ini merupakan proporsi variabilitas dependen dari sampel yang diterangkan oleh hubungan liniernya dengan variabel independen. Nilai R2 ini adalah kuadrat koefisien korelasi sampel.
Koefisien determinasi
SST R2 = 1−SSE
Keterangan:
∑
−= (Y Yˆ )2
SSE i i dan
∑
−∑
= n
) Y ) (
Y (
SST i i
2 2
Untuk mencari hubungan antara x dan y digunakan model regresi.
Untuk itu perlu dicari nilai estimasi-nya yang dapat diperoleh dengan menggunakan prosedur yang sudah dibahas dimuka atau juga digunakan program komputer. Dari pengolahan data diperoleh koefisien determinasi dan persamaan hubungan antara x dan y, seperti terlihat pada tabel berikut ini.
BAB IV
HASIL PENELITIAN
A. Deskripsi Data.
Data Penelitian terbagi dua yaitu; data diambil dari simulator pengapian dan motor otomobil. Data yang diambil dari simulator pengapian digunakan untuk mengetahui karakteristik penyalaan kedua dari sistem Dual CDI. Data yang diambil dari motor otomobil dengan sistem penyalaan CDI konvensional dan Dual CDI. Data-data ini digunakan menganalisis kinerja motor dan emisi gas buang (lihat lampiran C dan D).
1. Data karakteristik derajat interval lompatan bunga api.
Data diambil dengan menggunakan simulator pengapian untuk melihat karakteristik derajat interval lompatan bunga api antara bunga api yang pertama dan kedua. Pada saat eksprimen data derajat penyalaan yang diambil hanya lompatan bunga api kedua dari sistem Dual CDI, mengingat ketidak mampuan alat pendeteksi mengukur lompatan pertama dan kedua secara bersamaan. Lompatan bunga api pertama dari sistem Dual CDI konstan, karena simulator pengapian tidak dilengkapi centrifugal advance dan vacuum advance. Data derajat interval lompatan bunga api dilakukan sepuluh kali pengukuran, dan dapat dilihat pada lampiran B. Hasil pengolahan data adalah seperti pada Tabel 8 berikut:
Tabel 8. Karakteristik Derajat Interval Sistem Pengapian Dual CDI.
Derajat interval lompatan bunga api kedua terhadap putaran
Saklar 800 1100 1400 1700 2000 2300 2600 2900 3200 3500 1 0 0 0,5 0,9 1,6 1,7 2,7 2,4 4,6 5,1 2 0 0,2 0,6 1,2 1,4 2 2,6 2,9 3,8 5,4 3 0 0,5 1,2 1,8 2 3 3,8 4,5 5,5 5,9 4 0 0,8 1,9 2 2,8 3,9 5,4 5,7 7,2 9 5 0,4 1,3 1,9 2,5 3,8 4,7 6,6 7,9 9,6 11,6
2. Penentuan derajat penyalaan I.
Penentuan derajat penyalaan I, berdasarkan spesifikasi dari pembuat yaitu 8o, pengaturan derajat ini dilakukan pada mesin beberapa kali menggunakan timing light.
3. Data penentuan derajat interval penyalaan kedua sistem Dual CDI.
Derajat interval penyalaan kedua memiliki lima saklar pilihan, data pada tabel 8. Hasil pengolahan data pada saklar 5 kenaikan derajat interval penyalaan cukup berarti yaitu 11o,36’’ pada putaran 3500 min-1. Sehingga pada eksprimen ini dilakukan pada saklar 5.
4. Data prestasi mesin dan emisi gas buang
Data eksprimen motor otomobil dengan pembebanan konstan, ekprimen dilakukan uji emisi gas buang. Ekprimen motor otomobil terdiri dari dua kelompok yaitu; motor otomobil dengan sistem penyalaan CDI konvensional dan sistem penyalaan Dual CDI. Data diambil sebanyak lima kali, seperti pada lampiran C dan D. Hasil pengolahan data seperti pada Tabel 9 dan 10 berikut:
Tabel 9. Data Prestasi Mesin dan Emisi Gas Buang Sistem CDI Konv.
Sistem pengapian : CDI Konvensional Derajat penyalaan : 8
Beban torsimeter (P) : 6 kg/cm
o BTC / 800min-1 Volume bahan bakar (V
2
l) : 50 ml
Motor : Otto Toyoya Kijang 5K
Torsi-meter : Prony brake Penguji emisi : Digital Gas
Emissions Analyzer
No. n
min-1
tfuel
(sec) AFR CO
( % )
CO2
( % )
HC (ppm)
O2
( % )
Toil
( oC) 1 1015,4 134,08 30 0,3 0,44 1745 20,8 72 2 1351 113,3 30 0,04 2,72 519,4 20,74 75,6 3 1569,6 79,92 30 0,04 2,7 547,6 20,7 79,8 4 1962 48,28 30 0,04 2,7 561,4 20,7 83,6 5 2230,4 37,78 30 0,04 2,66 576,8 20,74 84 6 2515 31,42 30 0,05 2,68 523,6 20,74 88,2 7 2813,6 29,52 30 0,058 2,66 587,2 20,78 90,4 8 3118 25,88 30 0,062 2,7 527,8 20,72 94,4 9 3408 20,82 30 0,06 2,7 584,6 20,76 95,2
Tabel 10. Data Prestasi Mesin dan Emisi Gas Buang Sistem Dual CDI
Sistem pengapian : CDI Konvensional Derajat penyalaan : 8
Beban torsimeter (P) : 6 kg/cm
o BTC / 800min-1 Volume bahan bakar (V
2
l) : 50 ml
Motor : Otto Toyoya Kijang 5K
Torsi-meter : Prony brake Penguji emisi : Digital Gas
Emissions Analyzer
No. n
min-1
tfuel
(sec) AFR CO
( % )
CO2
( % )
HC (ppm)
O2
( % )
Toil
( oC) 1 1009 121,86 30 0,132 5,92 740,8 10,88 84,4 2 1370,2 107,18 18,87 0,144 10 180,4 4,28 82 3 1610,4 82,74 13,98 3,32 10,26 203,6 1,22 84 4 1976 44,9 10,68 9,746 6,3 300,2 0,78 79,4 5 2282,6 37,04 10,37 9,758 5,94 333,6 0,58 85,6 6 2566 32,46 10,32 9,766 5,72 309,2 0,6 92,6 7 2854,2 29,38 10,24 9,774 5,6 303,8 0,6 95,8 8 3187,8 27,66 10,29 9,774 5,56 339,8 0,6 98 9 3472,6 26,88 10,33 9,768 4,52 361,4 0,7 99,2
