PENELITIAN -...

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)

ii

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

iii

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

iv

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

v

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

vi

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

vii

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

viii

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

ix

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

x

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

1

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.

2

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

3

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

4

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

5

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

6

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

IGNITIONSWITCH P S

HVINDUC. COIL

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.).

7

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).

BREAKERPOINT CIGNITION

SWITCH

P S

HVINDUC. COIL

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

IGNITIONSWITCH

HV

IND

UC

. CO

IL 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

8

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

IGNITIONSWITCH P S

HVINDUC. COILTRANSISTOR

Gambar 5 sistem pengapian TS (Obert, 1973: 545.)

9

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 SHAPINGCIRCUIT

BATTERY

R

IGNITIONSWITCH P S

HVINDUC. COILTRANSISTOR

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:

10

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.).

TIMINGCIRCUIT

POWERCIRCUIT

TRIAC P S

CIs 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.)

11

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 – 10

o 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 – 10

o 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

12

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 7000Putaran Motor (1/min)

Der

ajat

wak

tu p

enga

pian

seb

elum

TM

A

0

5

10

15

20

25

INTAKEEXHAUST

PENGAPIAN SIMULTAN

Gambar 8. Waktu Pengapian Beban Normal (Zoelis, 2003: 30.)

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000Putaran Motor (1/min)

Der

ajat

wak

tu p

enga

pian

seb

elum

TM

A

0

5

10

15

20

25INTAKEEXHAUST

PENGAPIANSIMULTAN

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.

13

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 10

o sesudah TMA. Pada

putaran 1200 min-1 pembakaran dimulai 10o sebelum TMA berakhir 10

o

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:

ntt dgig

60360

1××= . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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

14

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

15

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

16

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

fe N

GB = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

keterangan:

fff tVG /)3600( ⋅= : jumlah bahan bakar yang digunakan

per-jam

Vf : volume bahan bakar yang digunakan

tf : waktu yang dibutuhkan untuk Vf

17

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Secara skematik langkah-langkah penelitian dapat dilihat pada gambar

berikut ini

Literatur, Majalah,Journal, Internet

AlternatifSistem

Pengapian

SistemPengapian

Putaran,Beban,

AFR

Motor bakar, Beban, alatukur dan sistem pengapian

ReduksiEGB,

Daya, Torsi

PengujianEGB,Daya,Torsi

Sistem PengapianPutaran, Beban,AFR, Data EGB,

Daya, Torsi

Pengolahan DataLiteratur, Majalah,Journal, Internet

Analisa DataLiteratur, Majalah,Journal, Internet

Kesimpulan

IS 1, IS 2

Put 1 - nNo

Yes

No

Yes

Uji keandalanSistem Pengapian

3000 Km

Yes

No

Gambar 10. Diagram Alir Penelitian

18

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:

19

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

20

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

21

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.

22

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.

23

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.

24

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

63

32

21 xc...xcxcxcby ⋅++⋅+⋅+⋅+=

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

SSTSSER −= 12

Keterangan:

∑ −= 2)YY(SSE ii dan

∑ ∑−=n

)Y()Y(SST i

i

22

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.

25

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.

26

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


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


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

27

B. Hasil Analisis Regresi Pengolahan data lanjut dengan bantuan program MathCAD

menggunakan regresi polynomial. Dari data Tabel 8, 9 dan 10 diperoleh

koefisien determinasi dan persamaan hubungan antara x dan y. Berikut

contoh pemrograman untuk Tabel 9, hubungan antara Putaran dan tfuel :

coeffs( )T 317.039 0.228− 5.605 10 5−× 4.267− 10 9−×( )=

R2fit X( ) mean Y( )−( )2

→

∑

Y mean Y( )−( )2→

∑0.982=

Derajat kebebasan n k− 1− 5=

Data kurva i 0 n 1−..:= j 0 50..:=

tx j min X( ) jmax X( ) min X( )−

50⋅+:=

1000 1500 2000 2500 3000

50

100

150

X-Y dataLeast-squares fit

Put t

fit 1000( ) 141.283=

fit 1300( ) 106.586=

fit 1600( ) 78.983=

fit 1900( ) 57.781=

fit 2200( ) 42.289=

fit 2500( ) 31.816=

fit 2800( ) 25.67=

fit 3100( ) 23.161=

fit 3400( ) 23.597=

Masukkan matrik data Put, t yang akan dianalisa

Put

1015.4

1351

1569.6

1962

2230.4

2515

2813.6

3118

3408

:= t

134.08

113.3

79.92

48.28

37.78

31.42

29.52

25.88

20.82

:=

X Put 0⟨ ⟩:= Y t 0⟨ ⟩

:= n rows Put( ):=

Masukan derajat polynomial k 3:=

Jumlah data titik n 9=

Regresi z regress X Y, k,( ):=

Fungsi Polynomial fitting fit x( ) interp z X, Y, x,( ):=

Koeffisien coeffs submatrix z 3, length z( ) 1−, 0, 0,( ):=

C. Prestasi Mesin Dari program dihasilkan data-data dan grafik data terhadap putaran

mesin seperti berikut ini:

28

Tabel 11. Data Prestasi Mesin dan Emisi Gas Buang Sistem CDI Konvensional dengan Analisis Regresi.

Sistem pengapian

: CDI Konvensional Derajat penyalaan

: 8o BTC / 800min-1

Beban torsimeter : 6 kg/cm Volume bahan bakar

: 50 ml

2


Penguji emisi

: Digital Gas

Emissions Analyzer No.

n min-1

tfuel (sec) AFR

CO ( % )

CO2 ( % )

HC (ppm)

O2 ( % )

Toil ( oC)

1 1000 141,283 30 0,283 0,611 1649,0 20,803 72,661 2 1300 106,586 30 0,119 2,009 910,426 20,740 74,910 3 1600 78,983 30 0,033 2,742 522,029 20,712 78,315 4 1900 57,781 30 0,006 2,983 394,164 20,708 82,240 5 2200 42,289 30 0,019 2,905 436,697 20,721 86,049 6 2500 31,816 30 0,049 2,681 559,494 20,740 89,106 7 2800 25,670 30 0,077 2,483 672,421 20,757 90,775 8 3100 23,161 30 0,082 2,484 685,343 20,761 90,421 9 3400 23,597 30 0,045 2,857 508,127 20,744 87,407 R2 0,986 1 0,881 0,866 0,854 0,664 0,919 k 3 3 3 3 3 3 3

Tabel 12. Data Prestasi Mesin dan Emisi Gas Buang Sistem Dual CDI dengan Analisis Regresi

Sistem pengapian

: CDI Konvensional Derajat penyalaan

: 8o BTC / 800min-1

Beban torsimeter : 6 kg/cm Volume bahan bakar

: 50 ml

2


Penguji emisi

: Digital Gas

Emissions Analyzer No.

n min-1

tfuel (sec) AFR

CO ( % )

CO2 ( % )

HC (ppm)

O2 ( % )

Toil ( oC)

1 1000 127,997 27,760 0,257 0,611 680,084 10,840 85,522 2 1300 102,490 21,590 1,646 2,537 378,803 5,433 81,600 3 1600 79,704 16,601 3,628 4,859 230,956 2,157 80,867 4 1900 60,139 12,793 5,865 7,253 196,851 0,534 82,537 5 2200 44,298 10,164 8,020 9,395 200,000 0,092 85,822 6 2500 32,68 8,717 9,757 10,96 311,092 0,356 89,937 7 2800 25,790 8,450 10,737 11,630 380,053 0,850 94,094 8 3100 24,127 9,363 10,624 11,070 403,984 1,101 97,506 9 3400 28,193 11,458 9,082 8,963 343,190 0,634 99,386 R2 0,971 0,927 0,750 0,6662 0,745 0,986 0,928 k 3 3 3 3 3 3 3

10

40

70

100

130

160

1000 1500 2000 2500 3000 3500Putaran (rpm)

Wak

tu d

ibut

uhka

n Vf

(det

) CDI Konv.

Dual CDI

Poly. (CDI Konv.)

Poly. (Dual CDI)

Gambar 11. Grafik Waktu Dubutuhkan Vf terhadap Putaran

29

8

12

16

20

24

28

32

1000 1500 2000 2500 3000 3500Putaran (rpm)

AFR

CDI Konv.

Dual CDI

Poly. (CDI Konv.)

Poly. (Dual CDI)

Gambar 12. Grafik AFR terhadap Putaran.

-0,5

1,5

3,5

5,5

7,5

9,5

11,5

1000 1500 2000 2500 3000 3500Putaran (rpm)

Kad

ar C

O (%

)

CDI Konv.

Dual CDI

Poly. (CDI Konv.)

Poly. (Dual CDI)

Gambar 13. Grafik Kadar Carbon Monoxide terhadap Putaran

0

2

4

6

8

10

12

1000 1500 2000 2500 3000 3500Putaran (rpm)

Kad

ar C

O2

(%)

CDI Konv.

Dual CDI

Poly. (CDI Konv.)

Poly. (Dual CDI)

Gambar 14. Garfik Kadar Carbon Dioxide terhadap Putaran

30

150

450

750

1050

1350

1650

1000 1500 2000 2500 3000 3500Putaran (rpm)

Kad

ar H

C (p

pm)

CDI Konv.

Dual CDI

Poly. (CDI Konv.)

Poly. (Dual CDI)

Gambar 15. Garfik Kadar Hydrocarbon terhadap Putaran

0

4

8

12

16

20

1000 1500 2000 2500 3000 3500

Putaran (rpm)

Kad

ar O

2 (%

)

CDI Konv.Dual CDIPoly. (CDI Konv.)Poly. (Dual CDI)

Gambar 16. Grafik Kadar Oxygen terhadap Putaran

65

73

81

89

97

105

1000 1500 2000 2500 3000 3500Putaran (rpm)

Tem

pera

tur o

il (d

eg C

)


Gambar 17. Grafik Temperatur Pelumas terhadap Putaran

31

Tabel 13. Karakteristik Derajat Interval Sistem Pengapian Dual CDI. Derajat interval lompatan bunga api kedua terhadap putaran R2

Saklar 1000 1300 1600 1900 2200 2500 2800 3100 3400 5 0,893 1,568 2,387 3,365 4,515 5,852 7,389 9,14 11,119 0,998

0

2

4

6

8

10

12

1000 1500 2000 2500 3000 3500Putaran (rpm)

Der

ajat

pen

yala

an II

(deg

)

S5Poly. (S5)

Gambar 18. Grafik Derajat Interval Penyalaan II terhadap Putaran

D. Perhitungan Prestasi Mesin

Bahan bakar uji 50 ml dengan tfuel seperti pada Tabel 11 dan 12 dapat

dihitung jumlah pemakaian bahan bakar per-jam. Daya efektip motor diukur

dengan pembebanan konstan pada berbagai putaran yaitu: P = 6 kg/cm2

pada penunjukan pressure gage dengan menggunakan persamaan 3,

maka Ne dapat dihitung. Setelah jumlah pemakaian bahan bakar per-jam

dan daya efektip diperoleh, pemakaian bahan bakar spesifik dihitung

dengan persamaan 4. Berikut hasil perhitungan yang ditabulasikan dan

grafik terhadap putaran:

Tabel 14. Hasil Perhitungan Prestasi Mesin untuk Kedua Sistem Penyalaan CDI Konvensional Dual CDI

Put (min-1)

tfuel (sec)

Gf (l/jam)

Ne (kW)

Be (l /kWjam)

tfuel (sec)

Gf (l/jam)

Ne (kW)

Be (l /kWjam)

1000 141,283 1,274 2,485 0,513 127,997 1,406 2,485 0,566 1300 106,586 1,689 3,23 0,523 102,490 1,756 3,23 0,544 1600 78,983 2,279 3,976 0,573 79,704 2,258 3,976 0,568 1900 57,781 3,115 4,721 0,66 60,139 2,993 4,721 0,634 2200 42,289 4,256 5,467 0,779 44,298 4,063 5,467 0,743 2500 31,816 5,658 6,212 0,911 32,681 5,508 6,212 0,887 2800 25,670 7,012 6,957 1,008 25,790 6,979 6,957 1,003 3100 23,161 7,772 7,703 1,009 24,127 7,461 7,703 0,969 3400 23,597 7,628 8,448 0,903 28,193 6,385 8,448 0,756

32

1

2,5

4

5,5

7

8,5

1000 1500 2000 2500 3000 3500Putaran (rpm)

Gf (

l/jam

)


Gambar 19. Grafik Jumlah Pemakaian Bahan Bakar Per-jam terhadap Putaran

2

3,5

5

6,5

8

9,5

1000 1500 2000 2500 3000 3500Putaran (rpm)

Ne

( l/H

Pjam

)

Gambar 20. Grafik Daya Efektif Motor terhadap Putaran

0,4

0,55

0,7

0,85

1

1,15

1000 1500 2000 2500 3000 3500Putaran (rpm)

Be

(l/kW

jam

CDI Konv.

Dual CDI

Poly. (CDI Konv.)

Poly. (Dual CDI)

Gambar 21. Grafik Pemakaian Bahan Bakar Spesifik terhadap Putaran

33

E. Pembahasan 1. Derajat penyalaan

Derajat penyalaan bervariasi pada setiap putaran yang dipengaruhi

oleh centrifugal advance dan vacuum advance. Perubahan derajat

penyalaan pengaruh centrifugal advance bergerak secara linier,

sedangkan vacuum advance tidak linier mengikuti tekanan vacuum

pada venturi karburator. lihat Gambar 22 berikut::

0

8

16

24

32

40

400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000Engine speed (rpm)

Engi

ne s

park

adv

ance

( de

g)

Vacum advance Centripugal advance

Gambar 22. Grafik Pemajuan Penyalaan Pengaruh Centrifugal Advance dan Vacum Advance (Lichty, 1951: 349.)

Derajat penyalaan I pada putaran idle 800 min-1 diatur 8o BTC,

putaran di atas 800 min-1 tidak dilakukan pengukuran derajat

penyalaan, secara teoretik penyalaan ini dipercepat sampai 30o BTC

pada putaran 3600 min-1, pemajuan derajat penyalaan dilakukan oleh

centrifugal advance. Pemajuan derajat penyalaan oleh vacuum

advance mencapai 36o pada putaran 2800 min-1.

Derajat penyalaan kedua diatur keterlambatan dari derajat

penyalaan I sebesar pada Tabel 13, sehingga derajat penyalaan I dan II

dapat diilustrasikan pada grafik Gambar 23 sebagai berikut:

34

0

8

16

24

32

40

400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000Engine speed, rpm

Engi

ne s

park

adv

ance

, deg

Centripugal advance IVacum advance ICentrifugal advance IIVacum advance II

Gambar 23. Grafik Pemajuan Penyalaan I dan II Pengaruh Centrifugal Advance dan Vacum Advance

Waktu antara penyalaan I dan II dapat dihitung dengan mengguna-

kan persamaan 1, seperti pada Tabel 15 berikut:

Tabel 15. Waktu Antara Penyalaan I dan II terhadap Putaran Putaran (min-1)

1000 1300 1600 1900 2200 2500 2800 3100 3400 tig (µsec) 149 201 249 295 342 390 440 491 545

Lama penyalaan secara teoretik terjadi 0,003 sec, waktu antara terjadi

pada penyalaan kedua terhadap penyalaan pertama masih berada di

bawah lama penyalaan teoritik, sehingga penyalaan II tidak terjadi pada

proses ekspansi. Jika arc duration terjadi selama 250 µsec (Tabel 1),

maka penyalaan I dan II akan terjadi overlap atau tidak terjadi interval

penyalaan pada putaran di bawah 1600 min-1, pada penyalaan di atas

1600 min-1 terjadi interval.

2. Pemakaian bahan bakar spesifik.

Pemakaian bahan bakar spesifik sangat ditentukan oleh daya efektif

motor dan jumlah pemakaian bahan bakar per-jam. Dari Tabel 11 dan 12

jumlah pemakaian bahan bakar dihitung berdasarkan waktu yang

dibutuhkan untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak 50 ml. Waktu

yang dibutuhkan untuk Gf pada sistem penyalaan CDI konvensional dan

Dual CDI dilihat dari grafik Gambar 11 relatif kecil perbedaannya,

sehingga jumlah pemakaian bahan bakar per-jam dari kedua sistem

35

penyalaan ini tidak jauh berbeda dengan waktu yang dibutuhkan Gf (lihat

Gambar 19). Daya efektif diperoleh dengan pembebanan konstan pada

berbagai putaran hasil perhitungan pada Tabel 14 dan grafik pada

Gambar 20. Menggunakan persamaan 4 pemakaian bahan bakar

spesifik dihitung kemudian di tabulasikan pada Tabel 14 dan grafik pada

Gambar 21. Pada grafik terlihat pemakaian bahan bakar spesifik pada

putaran kurang dari 1500 min-1 sistem penyalaan Dual CDI berada di

atas pemakaian bahan bakar spesifik sistem penyalaan CDI

konvensional. Pada putaran lebih dari 1500 min-1, spesifik pemakaian

bahan bakar sistem penyalaan Dual CDI berada di bawah pemakaian

bahan bakar spesifik sistem penyalaan CDI konvensional. Pemakaian

bahan bakar spesifik akan terlihat perbedaan antara kedua sistem

penyalaan dengan mentabulasikan selisih dari kedua pemakaian bahan

bakar spesifik, seperti pada tabel berikut:

Tabel 16. Perbedaan Pemakaian Bahan Bakar Spesifik antara CDI Konvensinal dan Dual CDI

Putaran min-1 1000 1300 1600 1900 2200 2500 2800 3100 3400 ∆ Be

(l /kWjam)

-0,053 -0,021 0,005 0,026 0,036 0,024 0,005 0,04 0,147

Dari Tabel 16 pemakaian bahan bakar spesifik pada putaran kurang

dari 1600 min-1 pada penyalaan sistem Dual CDI lebih besar dari

penyalaan sistem penyalaan CDI konvesional. Hal ini bila dilihat pada

derajat penyalaan di bawah 1600 min-1 penyalaan I dan II masih overlap

atau tidak tejadi interval, sehingga penyalaan I dan II seperti penyalaan

tunggal. Pada putaran di atas 1600 min-1 pemakaian bahan bakar

spesifik terjadi kenaikan dibandingkan dengan penyalaan I, hal ini

dimungkinkan karena penyalaan I dan II sudah terjadi interval penyalaan.

3. Emisi gas buang. Hasil sisa pembakaran bahan bakar dalam ruang kompresi akan

menghasilkan emisi gas buang. Emisi gas buang sangat berpengaruh

terhadap kesempurnaan pembakaran.

36

a. AFR. Pada sistem penyalaan CDI konvensional terlihat AFR: 30

konstan pada berbagai putaran. Ini diakibatkan energi pembakar

tidak mencukupi (arc duration CDI relatif singkat) untuk membakar

semua campuran udara bahan bakar sehingga tebentuk HC dan sisa

O2 yang tinggi. Hasil pembakaran sempurna terlihat CO sangat

rendah sekali (lihat Gambar 13 Tabel 11). Sistem penyalaan Dual

CDI pada putaran 1000 min-1, AFR mulai bergeser mengecil menjadi

AFR: 27,76 hingga AFR: 8,45 (Gambar 12 dan Tabel 11). AFR

mengindikasikan campuran kaya pada putaran lebih dari 1750 min-1.

Campuran kaya diakibatkan oleh sisa HC yang tidak tebakar secara

sempurna dikarenakan kekurangan O2 pada saat penyalaan II

(Gambar 16 dan Tabel 12).

b. Hydrocarbon Pada penyalaan I HC dihasilkan relatip tinggi, karena Arc dura-

tion yang sangat singkat, sehingga terlihat pada Tabel 11 dan Gam-

bar 15, HC tertinggi 1649 ppm dan terendah 394,164 ppm. Kemam-

puan penyalaan II membakar secara maksimum HC hasil penyalaan

I cukup tinggi, yaitu HC direduksi lebih 50%. Pada Gambar 15, HC

bergerak paralel lebih kecil dari sistem penyalaan CDI konvensional

dan pada Tabel 12, HC dihasilkan tertinggi 680,084 ppm, terendah

196,851 ppm. Sistem penyalaan Dual CDI mempunyai kemampuan

mereduksi 50% HC dibandingkan dengan CDI konvensional, sisa HC

setelah penyalaan II dapat diasumsikan sementara diakibatkan faktor

kondisi mesin, seperti telah dijelas sebelumnya.

c. Carbon monoxide dan carbon dioxide Dikarenakan oksigen berlebihan di atas 20% (lihat Tabel 9 dan

Gambar16), maka carbon monoxide terbentuk dari pengikatan C dan

O2 serta sebagian CO terikat dengan O2, mengakibatkan CO menjadi

rendah yaitu antara 0,006% sampai dengan 0,881%. Hasil reaksi se-

bagian CO dengan O2 akan membentuk CO2, pada sistem penyala-

an I CO2 berkisar antara 0,611% sampai 2,983% (lihat Tabel 9 dan

Gambar 14). Namun pembakaran tahap kedua dari sistem penyala-

an Dual CDI dibatasi ketersedian O2 sisa pembakaran tahap I,

37

sehingga nilai O2 paling kritis berada pada putaran 2200 min-1 yaitu

0.092%, HC tersedia 200 ppm pada putaran yang sama tidak dapat

terbakar habis. Pada putaran meningkat, CO dan CO2 naik seirama,

hal ini dimungkinkan karena O2 tersedia dari sisa pembakaran tahap

pertama tidak cukup, telihat O2 berada di bawah 1% setelah putaran

di atas 2200 min-1. Pada Gambar 12 grafik AFR menunjukan

kekurangan oksigen sehingga menjadi campuran kaya.

d. Temperatur pelumas

Pada penyalaan II temperatur pelumas mengalami kenaikan

dapat diakibatkan blow by gases dari ruang pembakaran melalui

celah ring piston. Temperatur minyak pelumas dapat mengindikasi-

kan temperatur ruang bakar. Dilihat dari perbedaan cukup berarti

pada putaran rendah dan tinggi (Gambar17.), temperatur minyak

pelumas pada sistem penyalaan Dual CDI berada di atas CDI

konvensional. Bila pada sistem penyalaan CDI konvensional sudah

menghasilkan NOx, maka pada sistem penyalaan Dual CDI NOx

terbentuk akan lebih banyak daripada sistem penyalaan CDI

konvensional.

38

BAB VI KESIMPULAN

A. Kesimpulan 1. Derajat Interval penyalaan Dual CDI terlalu kecil, maka proses

pembakaran sedikit berbeda dibandingkan dengan sistem penyalaan

CDI konvensional, karena pada priode setelah penyalaan dan pemben-

tukan nyala api dilanjutkan dengan perambatan nyala api. Sedangkan

derajat interval kecil waktu perambatan nyala api sangat kecil atau tidak

ada pembakaran kedua pada penyalaan pertama.

2. Sistem penyalaan Dual CDI dengan interval terus membesar

mengakibatkan penyalaan kedua mendekati TMA, sehingga terjadi

pembakaran tidak sempurna pada tahap II.

3. Pemakaian bahan bakar spesifik Dual CDI lebih kecil dibandingkan

dengan CDI konvensional pada pembebanan yang sama.

B. Saran

1. Perlu diteliti lagi sistem penyalaan yang sama , di mana penyalaan I, II

berimpit dan interval konstan kurang dari 2,5o, dapat dilihat dari grafik

emisi gas buang dan Gambar Grafik Pemakaian Bahan Bakar Spesifik.

2. Pada penyalaan dengan Dual CDI kekurangan O2 mulai pada putaran

1600 min-1, sehingga perlu diteliti proses pembakaran dengan

pengkayaan O2.

3. Pengaruh reaksi pembakaran kedua pada setiap penyalaan perlu diteliti

dengan penyalaan multi spark ignition.

4. Mereduksi temperatur pembakaran dan NOx, dapat diteliti dengan

menginjeksikan uap air kedalam campuran udara bahan bakar.

39

DAFTAR PUSTAKA 1. Agus dan Wito. 1978. Pengapian elektronik dengan CDI, Majalah Elektron,

Volume 08 TH. 02, hal. 848 - 851

2. Arends BPM dan Berenschot H. 1992. Motor bensin, terjemahan Umar

Sukrisno. Jakarta: Penerbit Erlangga.

3. Arismunandar Wiranto.1980. Motor bakar torak. Bandung: Penerbit ITB.

4. Heldt, P.M. 1956. High-speed combustion engines. Philadelphia: Pchilton

Company.

5. Hollembebeak, Barry. 1997. Automotive electricity & electronics, Second

edition. New York Delmar Publishers.

6. Jacobs, Christopher. 1999. Performeance ignition system. New York: The

Berkley, Publishing Group.

7. Layne, Ken. 1986. Automotive engine performance. Canada: John Wiley

and Sons.

8. Lichty, Lester C. 1951. Internal combustion engine. Tokyo: Mc Graw Hill

Book Company.

9. Maleev, V.L. 1983. Internal combustion engine. Tokyo: Mc Graw Hill Book

Company.

10. Obert, Edward F. 1973. Internal combustion engines and air pollution. New

york: Harper & Row, Publisher.

11. Pulkrabek, Willard W. 1997. Engineering fundamentals of the internal

Combustion Engine. New Jersey:Prentice-Hall, Inc.

12. Resko, Boy Sasongko. 1982. Pengapian elektronik dengan CDI, Majalah

Elektron, Volume 21 TH. VI, hal. 2124 – 2126.

13. SPX Corporation, Digital Gas Emissions Analyzer.

14. Zoelis. 2003. Pembakaran akurat bensin hemat Tabloid Otomotif, No. 11/XII

Senin 21 Juli, hal. 30.

40

LAMPIRAN A

200

1K1K8

100n

NE 555

1K

100

220

100mF/25V

86

.047 mF/400V

33330K

100

.47mF630V100 n

4K7

TIP 32

2 x TIP31

IN 4001CB

BAT

+

_

C

C

_

+

Gambar 24. Rangkaian Sistem Penyalaan CDI Konvensional.

200

1K1K8

100n

NE 555

2 x 220

2 x 100mF/25V

2 x 86

100

2 x IN4001

.047 mF/400V

33

330K

100

100n

.47mF

630V

300K

10K

20K

4K7

IN4001

BC 178

BC 107

BC 107

100n

5K

2K

2.2

53n68n100n115n 86n

100

100

100100100100100

100

IN4007

CB

BAT+ _

C + C_

100n

Gambar 24. Rangkaian Sistem Penyalaan Dual CDI.

41

LAMPIRAN B

Tabel 8a. Karakteristik Derajat Interval Sistem Pengapian Dual CDI Saklar 1. Derajat interval lompatan bunga api kedua terhadap putaran

No 800 1100 1400 1700 2000 2300 2600 2900 3200 3500 1 0 0 0 0,5 1,5 1,5 1,5 1,5 2 4 2 0 0 0,5 1 1 1,5 2 2,5 4 4,5 3 0 0 0,5 1 2 2 3 2,5 6 6 4 0 0 1 1 1,5 1,5 4 3 5 5 5 0 0 0,5 1 2 2 3 2,5 6 6

Tabel 8b. Karakteristik Derajat Interval Sistem Pengapian Dual CDI Saklar 2. Derajat interval lompatan bunga api kedua terhadap putaran

No 800 1100 1400 1700 2000 2300 2600 2900 3200 3500 1 0 0 0 1 1 2 2 2,5 3 4,5 2 0 0,5 1 1,5 1,5 2 2 3 3 4,5 3 0 0 1 1 2 2 3 3 4 6 4 0 0,5 1 1,5 1,5 2 3 3 5 6 5 0 0 0 1 1 2 3 3 4 6

Tabel 8c. Karakteristik Derajat Interval Sistem Pengapian Dual CDI Saklar 3.

Derajat interval lompatan bunga api kedua terhadap putaran No 800 1100 1400 1700 2000 2300 2600 2900 3200 3500 1 0 0 1 2 2 3 3 3 4,5 5 2 0 0,5 1,5 1,5 2 3 3,5 5 6 5,5 3 0 0,5 1 2 2 3 4,5 5 6 6 4 0 1 1,5 1,5 2 3 4 5 6 7 5 0 0,5 1 2 2 3 4 4,5 5 6

Tabel 8d. Karakteristik Derajat Interval Sistem Pengapian Dual CDI Saklar 4.

Derajat interval lompatan bunga api kedua terhadap putaran No 800 1100 1400 1700 2000 2300 2600 2900 3200 3500 1 0 0,5 1,5 2 2 3,5 4,5 4 6 8 2 0 1 2 2 3 4 4,5 6 7 8 3 0 1 2 2 3 4 6 6 8 10 4 0 0,5 2 2 3 4 6 6 7 10 5 0 1 2 2 3 4 6 6,5 8 9

Tabel 8e. Karakteristik Derajat Interval Sistem Pengapian Dual CDI Saklar 5. Derajat interval lompatan bunga api kedua terhadap putaran

No 800 1100 1400 1700 2000 2300 2600 2900 3200 3500 1 0 1 1,5 2,5 3,5 4 5 6 8 10 2 0,5 1,5 2 2,5 3,5 4,5 6 8 10 11 3 0,5 1 2 2,5 4 5 7 8 10 12 4 0,5 1,5 2 2,5 4 5 8 8,5 10 13 5 0,5 1,5 2 2,5 4 5 7 9 10 12

42

LAMPIRAN C

Tabel 9a. Data Prestasi Mesin dan Emisi Gas Buang Sistem CDI Konv. Sistem pengapian

: CDI konvensional

Derajat penyalaan : 8

Beban Torsimeter. : 6 kg/cm

o BTC / 800 min-1

Volume bahan bakar

: 50 ml

2

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)

1 966 138,4 30 0,33 0,5 1728 20,8 72 2 1394 116,5 30 0,04 2,8 531 20,7 78 3 1576 73 30 0,04 2,7 552 20,7 81 4 1925 49,8 30 0,04 2,7 573 20,7 84 5 2209 37,2 30 0,04 2,6 581 20,8 84 6 2526 32,3 30 0,05 2,6 287 20,7 89 7 2829 29,6 30 0,06 2,7 590 20,8 91 8 3072 25,1 30 0,07 2,7 579 20,8 96 9 3434 20,6 30 0,06 2,7 583 20,8 95

Tabel 9b. Data Prestasi Mesin dan Emisi Gas Buang Sistem CDI Konv.

Sistem pengapian

: CDI konvensional



o BTC / 800 min-1

Volume bahan bakar

: 50 ml

2



Penguji emisi

: Digital Gas

Emissions Analyzer

No. n min-1

tfuel (sec)

AFR CO ( % )

CO2 ( % )

HC (ppm)

O2 ( % )

Toil ( oC)

1 1068 131,7 30 0,28 0,4 1762 20,8 71 2 1373 103,4 30 0,04 2,7 522 20,7 76 3 1574 82,2 30 0,04 2,7 547 20,7 79 4 1990 46,5 30 0,04 2,7 566 20,7 84 5 2233 38,8 30 0,04 2,7 577 20,7 83 6 2500 31,7 30 0,05 2,7 584 20,7 89 7 2829 29,6 30 0,06 2,6 588 20,8 90 8 3134 26,4 30 0,06 2,7 591 20,7 95 9 3434 20,5 30 0,06 2,7 587 20,7 97

Tabel 9c. Data Prestasi Mesin dan Emisi Gas Buang Sistem CDI Konv.

Sistem pengapian

: CDI konvensional



o BTC / 800 min-1

Volume bahan bakar

: 50 ml

2



Penguji emisi

: Digital Gas

Emissions Analyzer

No. n min-1

tfuel (sec)

AFR CO ( % )

CO2 ( % )

HC (ppm)

O2 ( % )

Toil ( oC)

1 1068 131,1 30 0,29 0,4 1754 20,8 73 2 1318 121,7 30 0,04 2,7 512 20,8 74 3 1603 89,6 30 0,04 2,7 541 20,7 79 4 1963 49,1 30 0,04 2,7 558 20,7 83 5 2290 36,4 30 0,04 2,7 569 20,7 85 6 2529 30,4 30 0,05 2,7 582 20,8 87 7 2725 28,2 30 0,05 2,7 589 20,7 89 8 3134 25,8 30 0,06 2,7 590 20,7 93 9 3352 21,0 30 0,06 2,7 586 20,8 93

43

LAMPIRAN C

Tabel 9d. Data Prestasi Mesin dan Emisi Gas Buang Sistem CDI Konv. Sistem pengapian

: CDI konvensional



o BTC / 800 min-1

Volume bahan bakar

: 50 ml

2



Penguji emisi

: Digital Gas

Emissions Analyzer

No. n min-1

tfuel (sec)

AFR CO ( % )

CO2 ( % )

HC (ppm)

O2 ( % )

Toil ( oC)

1 1000 132,6 30 0,28 0,4 1756 20,8 72 2 1320 120,8 30 0,04 2,7 512 20,8 74 3 1525 81,6 30 0,04 2,7 548 20,7 79 4 1930 48,8 30 0,04 2,7 556 20,7 83 5 2220 39,5 30 0,04 2,7 576 20,7 83 6 2520 30,2 30 0,05 2,7 581 20,8 87 7 2835 30,1 30 0,06 2,6 578 20,8 90 8 3125 26 30 0,06 2,7 588 20,7 93 9 3400 21,2 30 0,06 2,7 584 20,7 96

Tabel 9e. Data Prestasi Mesin dan Emisi Gas Buang Sistem CDI Konv.

Sistem pengapian

: CDI konvensional



o BTC / 800 min-1

Volume bahan bakar

: 50 ml

2



Penguji emisi

: Digital Gas

Emissions Analyzer

No. n min-1

tfuel (sec)

AFR CO ( % )

CO2 ( % )

HC (ppm)

O2 ( % )

Toil ( oC)

1 975 136,6 30 0,32 0,5 1725 20,8 72 2 1350 104,1 30 0,04 2,7 520 20,7 76 3 1570 73,2 30 0,04 2,7 550 20,7 81 4 2002 47,2 30 0,04 2,7 554 20,7 84 5 2200 37 30 0,04 2,6 581 20,8 85 6 2500 32,5 30 0,05 2,7 584 20,7 89 7 2850 30,1 30 0,06 2,7 591 20,8 92 8 3125 26,1 30 0,06 2,7 291 20,7 95 9 3420 20,8 30 0,06 2,7 583 20,8 95

44

LAMPIRAN D

Tabel 10a. Data Prestasi Mesin dan Emisi Gas Buang Sistem Dual CDI. Sistem pengapian

: Dual CDI



o BTC / 800 min-1

Volume bahan bakar

: 50 ml

2



Penguji emisi

: Digital Gas

Emissions Analyzer

No. n min-1

tfuel (sec)

AFR CO ( % )

CO2 ( % )

HC (ppm)

O2 ( % )

Toil ( oC)

1 954 121,7 30 0,13 5,8 749 11 84 2 1355 102,5 18,81 0,14 10 170 4,2 82 3 1631 82,5 13,8 3,43 10,3 203 1,2 84 4 1962 42,6 10,73 9,75 6,3 303 0,9 71 5 2285 37 10,29 9,76 5,8 371 0,6 87 6 2532 33,3 10,44 9,77 5,8 304 0,6 93 7 2882 29,4 10,16 9,78 5,5 308 0,6 97 8 3200 27,8 10,29 9,78 5,5 339 0,6 96 9 3514 27,5 10,29 9,77 5,7 378 0,7 100

Tabel 10b. Data Prestasi Mesin dan Emisi Gas Buang Sistem Dual CDI.

Sistem pengapian

: Dual CDI



o BTC / 800 min-1

Volume bahan bakar

: 50 ml

2



Penguji emisi

: Digital Gas

Emissions Analyzer

No. n min-1

tfuel (sec)

AFR CO ( % )

CO2 ( % )

HC (ppm)

O2 ( % )

Toil ( oC)

1 1025 119,7 30 0,12 5,6 828 11,6 82 2 1393 105,2 18,81 0,15 10 157 4,2 82 3 1686 82,3 13,81 3,42 10,3 204 1,1 84 4 1998 42 10,73 9,75 6,2 310 0,9 77 5 2261 37 10,43 9,75 6,1 330 0,5 84 6 2575 32,2 10,29 9,76 5,8 304 0,6 93 7 2829 29,3 10,29 9,77 5,6 301 0,6 97 8 3139 27,7 10,29 9,77 5,6 365 0,6 98 9 3437 25,5 10,46 9,77 5,7 314 0,8 96

Tabel 10c. Data Prestasi Mesin dan Emisi Gas Buang Sistem Dual CDI.

Sistem pengapian

: Dual CDI



o BTC / 800 min-1

Volume bahan bakar

: 50 ml

2



Penguji emisi

: Digital Gas

Emissions Analyzer

No. n min-1

tfuel (sec)

AFR CO ( % )

CO2 ( % )

HC (ppm)

O2 ( % )

Toil ( oC)

1 1015 123,2 30 0,14 6,2 689 10,4 86 2 1355 111,4 18,96 0,14 10 209 4,4 82 3 1552 83,1 14,22 3,16 10,2 204 1,3 84 4 1961 48,8 10,58 9,74 6,4 289 0,6 86 5 2291 37 10,43 9,76 6,0 298 0,6 85 6 2574 32,4 10,29 9,77 5,6 317 0,6 92 7 2839 29,3 10,29 9,77 5,7 301 0,6 94 8 3200 27,7 10,29 9,77 5,6 328 0,6 100 9 3454 27,2 10,28 9,76 5,6 370 0,6 100

45

LAMPIRAN D

Tabel 10d. Data Prestasi Mesin dan Emisi Gas Buang Sistem Dual CDI. Sistem pengapian

: Dual CDI



o BTC / 800 min-1

Volume bahan bakar

: 50 ml

2



Penguji emisi

: Digital Gas

Emissions Analyzer

No. n min-1

tfuel (sec)

AFR CO ( % )

CO2 ( % )

HC (ppm)

O2 ( % )

Toil ( oC)

1 1055 121,7 30 0,13 5,8 749 11 84 2 1355 111,4 18,96 0,14 10 209 4,4 82 3 1631 82,5 13,8 3,43 10,3 203 1,2 84 4 1961 48,8 10,58 9,74 6,4 289 0,6 86 5 2285 37 10,29 9,76 5,8 371 0,6 87 6 2574 32,4 10,29 9,77 5,6 317 0,6 92 7 2882 29,4 10,16 9,78 5,5 308 0,6 97 8 3200 27,7 10,29 9,77 5,6 328 0,6 100 9 3498 27,3 10,3 9,76 5,7 376 0,7 100

Tabel 10e. Data Prestasi Mesin dan Emisi Gas Buang Sistem Dual CDI.

Sistem pengapian

: Dual CDI



o BTC / 800 min-1

Volume bahan bakar

: 50 ml

2



Penguji emisi

: Digital Gas

Emissions Analyzer

No. n min-1

tfuel (sec)

AFR CO ( % )

CO2 ( % )

HC (ppm)

O2 ( % )

Toil ( oC)

1 996 123 30 0,14 6,2 689 10,4 86 2 1393 105,4 18,8 0,15 10 157 4,2 82 3 1552 83,3 14,25 3,16 10,2 204 1,3 84 4 1998 42,3 10,76 9,75 6,2 310 0,9 77 5 2291 37,2 10,4 9,76 6,0 298 0,6 85 6 2575 32 10,3 9,76 5,8 304 0,6 93 7 2839 29,5 10,3 9,77 5,7 301 0,6 94 8 3200 27,4 10,3 9,78 5,5 339 0,6 96 9 3460 26,9 10,3 9,78 5,6 369 0,7 100

46

PENELITIAN -...

Documents

Transcript of PENELITIAN -...