Pengaturan Kondisi Idle dan Akselerasi pada Motor Berbahan Bakar Gas

Pengaturan Kondisi Idle dan Akselerasi pada Motor Berbahan Bakar Gas (Philip Kristanto et.al)

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petrahttp://puslit.petra.ac.id/journals/mechanical/

7

Pengaturan Kondisi Idle dan Akselerasi padaMotor Berbahan Bakar Gas

Philip KristantoDosen Fakultas Teknologi Industri Jurusan Teknik Mesin Universitas Kristen Petra

Jemy GunawanAlumnus Fakultas Teknologi Industri Jurusan Teknik Mesin Universitas Kristen Petra

Abstrak

Pemakaian bahan bakar gas untuk motor bensin dapat dilakukan dengan menambahkanperalatan yang disebut dengan conversion kit. Namun penggunaannya masih terbatas karenaadanya kendala terhadap performa dari motor, yaitu terlalu tingginya putaran pada kondisi idledan rendahnya akselerasi jika dibandingkan dengan motor yang menggunakan bahan bakarbensin. Salah satu penyebab dari tingginya putaran idle adalah terlalu sedikitnya bahan bakargas yang masuk ke intake manifold dan specific gravity dari bahan bakar gas (0.562 kg/m3) lebihrendah dibandingkan dengan bahan bakar bensin, hal ini berakibat kondisi idle dimana katupgas hanya terbuka sedikit, udara yang masuk bersama-sama dengan bahan bakar gas tidak dapatmelakukan pembakaran secara sempurna. Salah satu cara untuk memecahkan permasalahannyaadalah dengan memberikan suplai BBG melalui sistim injeksi yang dikontrol secara elektronikbaik pada kondisi idle maupun pada saat akselesari.

Kata kunci: sistim injeksi untuk BBG

Abstract

Using fuel gas for gasoline engine can be made with additional equipment which is calledConversion Kit. However is still limited because there is a problem about the engine performance,that is too high idle rotation and low acceleration if compared to engine with gasoline. One at thecause of too high idle rotation is too a little fuel gas enter to intake manifold and specific gravityfuel gas (0,562 kg/m3) lower than gasoline, that cause the idle condition where the intake gas valveopened just a little, air that enter together with fuel gas cannot doing completely combustion. Theway to improve this problem are by supply fuel gas with injection system control by electronic inidle and aceleration condition.

Keywords: injection system for fuel gas

1. Pendahuluan

Permasalahan umum yang dihadapi duniapada dewasa ini adalah semakin menipisnyacadangan bahan bakar minyak, disampingdampak negatif yang ditimbulkan daripenggunaan bahan bakar minyak tersebut.Fenomena ini mendorong manusia untukberusaha mencari bahan bakar alternatif yangdiharapkan mampu mengatasi kedua per-masalahan di atas secara serentak. Salah satujenis bahan bakar alternatif yang dimung-kinkan untuk menggantikan bahan bakarminyak terutama yang digunakan untukkendaraan bermotor adalah bahan bakar gas(BBG).

Catatan : Diskusi untuk makalah ini diterima sebelum tanggal 1Juli 2001. Diskusi yang layak muat akan diterbitkan padaJurnal Teknik Mesin Volume 3 Nomor 2 Oktober 2001.

BBG merupakan gas alam dengan kom-ponen utamanya methana, jenis bahan bakarini banyak ditemukan di hampir semua ladangminyak di Indonesia baik di daratan maupun dilepas pantai.

Penggunaan BBG untuk kendaraan ber-motor membutuhkan perangkat tambahan yangdisebut dengan conversion kit . Tetapi kendalayang dijumpai pada perangkat konversi iniuntuk kendaraan bermotor masih belummemberikan fungsi yang optimal, yaitu motorcenderung memiliki putaran tinggi pada kondisiidle, selain itu untuk melakukan akselerasiselalu akan terjadi keterlambatan dalam suplaibahan bakar ke ruang bakar sehingga me-nurunkan kinerja dari motor. Untuk mengatasipermasalahan tersebut ditambahkan suatuperangkat sistim injeksi BBG yang dikendali-kan secara elektronik.

JURNAL TEKNIK MESIN Vol. 3, No. 1, April 2001: 7 11


8

2. Landasan Teori

2.1 Bahan Bakar Gas

Komposisi utama dari BBG adalah unsurmethana (CH4) sebesar 95,03%; ethana (C2H6)sebesar 2,23%; karbondioksida (CO2) sebesar1,75%; Nitrogen (N2) 0.68 % dan propana (C3H8)sebesar 0,29%. Dari komposisi ini terlihatbahwa komponen utama dari BBG adalah gasmethana. Berat jenis BBG lebih kecil dari beratjenis udara, sehingga jika terjadi kebocoranbaik pada tangki penyimpan maupun saluranbahan bakar akan segera naik ke atas. BBGkarena wujudnya berupa gas, tidak perludiuapkan terlebih dahulu sebagaimana padabahan bakar minyak (gasoline), sehingga per-masalahan pada saat start pada suhu rendahdan emisi yang berlebihan karena terlalukayanya campuran bahan bakar - udara padasaat start dapat diperkecil.

Nilai oktan BBG lebih tinggi dibandingkangasoline, yaitu antara 120 sampai 130. Dengantingginya nilai oktan tersebut maka pada rasiokompresi yang lebih tinggi tidak akan terjadiknocking pada motor. Keunggulan BBG ditinjaudari proses pembakarannya di dalam ruangbakar adalah karena BBG memiliki per-bandingan atom karbon terhadap atomhidrogen yang rendah, sehingga pembakaranmenjadi lebih sempurna. Mengingat BBG sudahberada pada fase gas, maka dengan mudahdapat bercampur dengan udara dalam ruangbakar, sehingga oksigen dapat dengan mudahbergabung dengan karbon dan memberikanreaksi pembentukan CO2 bukan CO. Disampingitu karena jumlah atom karbon molekul BBGlebih sedikit dibandingkan BBM, maka CO yangterbentuk dari proses pembakaran juga lebihsedikit.

2.2 Perangkat Konversi BBG

Agar dapat menggunakan BBG sebagaibahan bakar untuk kendaraan bermotordibutuhkan suatu perangkat konversi BBGyang disebut dengan conversion kit. Peng-gunaan conversion kit didasarkan pada tigapilihan sebagai berikut: Hanya bekerja dengan gas saja Dapat bekerja dengan gas saja atau gasoline

saja (dual fuel) Dapat bekerja dengan dua bahan bakar

bersama-sama (khusus diesel, mixed fuel).

Komponen-komponen perangkat konversiBBG tersebut terdiri dari tangki penyimpanBBG, regulator (pengatur tinggi rendahnya

tekanan), mixer (pencampur udara-bahanbakar). Pada gambar 1 ditunjukkan skemasistim perangkat konversi berbahan bakarganda (dual fuel) pada kendaraan bermotor.

Gambar 1. Skema Sistim Perangkat Konversi BahanBakar Ganda

Mixer yang dipasang didepan throtltememasok BBG ke dalam aliran udara yangmasuk ke dalam silinder dan bereaksi terhadaptekanan dalam manifold untuk menakar jumlahbahan bakar yang disuplai ke motor. Pemilihanmixer didasarkan pada kapasitas udara yangdibutuhkan oleh motor. Jika terlalu kecil makadaya maksimum motor tidak akan tercapai,sedangkan jika terlalu besar maka unjuk kerjamotor pada putaran rendah akan turun secaradrastis bahkan motor sulit untuk dihidupkan.Kebutuhan jumlah udara dapat diestimasidengan persamaan 1.

VN D

av d ft=

h2 1728

3

min (1)

dengan:

Va = laju aliran udara (ft3/min)h v = efisiensi volumetris motor

Nd = putaran motor

D = volume silinder

Katup penutup aliran bensin (pada sistimdual fuel) digerakkan oleh solenoid dari saklarpemilih bahan bakar yang terpasang padakendaraan bermotor. Ketika BBG dipilihsebagai bahan bakar, katup ini akan menutupaliran bensin ke silinder.

Untuk BBG regulator terdiri dari dua buahregulator yang terpisah, dimana regulatorpertama mengurangi tekanan dari tangki gassampai 100 psi kemudian regulator keduamengurangi tekanan sampai beberapa incikolom air guna mendorong bahan bakar melaluimixer dan bercampur dengan aliran udara.



9

2.3 Sistim Injeksi BBG

Sistim ini digunakan untuk mengatasipermasalahan pada saat idle dan akselerasipada motor berbahan bakar gas. Secaraskematik prinsip dari sistim perangkat konversidual fuel dengan tembahan sistim injeksitersebut pada gambar 2.

Gambar 2. Skema Sistim Perangkat Konversi Dual Fueldengan Sistim Injeksi

Pengaturan jumlah bahan bakar yang harusdiinjeksikan ke intake manifold dikendalikanoleh perangkat elektronik yang disebutElectronic Controll Module (ECM). ECM ber-fungsi untuk mengendalikan laju aliran BBGyang diinjeksikan dengan menganalisa per-cepatan dan besarnya bukaan katup gas(throttle) untuk kondisi idle dan akselerasi.Pada saat idle tersebut ECM akan memberikansuplai tegangan ke solenoid valve untukmenginjeksikan sejumlah BBG agar tercapaiputaran idle 800 rpm (setting awal). Sedangkanpada kondisi akselerasi dimana dibutuhkanbukaan katup gas lebih cepat, maka sensoryang terdapat pada ECM akan menerimaperubahan posisi throttle gas dan mengolahnyauntuk selanjutnya memberikan sinyal keluaranke solenoid valve dari injektor. Komponen-komponen utama dari Electonic ControllModule tersebut adalah: Processor 89C51 Flash EEPROM yang

berfungsi untuk melakukan pengendalian,dengan bahasa program MCS-51TM INTEL.

Analog to Digital Converter (ADC), berfungsiuntuk mengubah masukan yang berupasinyal tegangan listrik menjadi kode digitalyang akan diproses lanjut.

Random Accsess Memory (RAM) , berfungsiuntuk menyimpan data sementara saatmelakukan perhitungan.

Read Only Memory (ROM), berfungsi untukmenyimpan program yang akan dijalankanoleh processor. RAM dan ROM menjadi satudengan processor 89C51 EEPROM.

Input bukaan throttle, menggunakanpotensio tahanan tipe linier yang dipasang padaporos throttle karburator. Blok diagram sistiminjeksi tersebut ditunjukkan dalam gambar 3.

Gambar 3. Blok Diagram Sistim Injeksi

2.4 Kinerja Motor

Beberapa parameter yang dapat digunakansebagai acuan dasar untuk dapat menentukankinerja dari motor adalah:

o Daya Motor (Brake Horse Power = BHP).

Menyatakan daya yang diberikan ke porospenggerak oleh motor (kerja per satuan waktu)dan biasanya dinyatakan dengan daya kuda(HP).

N BHPN P Rd= =

260

pWatt (2)

dimana :N BHP= = Brake Horse Power (Watt).P = Gaya aksi dinamometer (Newton)R = =0 9549, Panjang lengan dinamometer (meter)

Nd = Putaran motor (Rpm).

Atau dapat juga dinyatakan dengan :

N BHPN Pd= =

10000Kwatt (3)

karena 1 HP = 746 Watt, maka :

N BHPN Pd= =7460

HP (4)

JURNAL TEKNIK MESIN Vol. 3, No. 1, April 2001: 7 11


10

o Torsi (momen Puntir).

Torsi yang dihasilkan oleh motor dinyatakandengan:

T P R= (N-m) (5)

3. Pengujian

3.1 Peralatan Uji

Pengujian dilaksanakan di LaboratoriumMotor Bakar, Fakkultas Teknik Jurusan TeknikMesin, dengan beberapa peralatan sebagaiberikut: Motor

Merk : Daihatsu petrol engine,4 stroke

Jumlah silinder : 3 in-lineKapasitas silinder : 1000 cc

DinamometerMerk : ZOLLNER Water BrakeTipe : 3n19ADaya maksimum : 120 kWPutaran maksimum: 7500 rpm

Perangkat BBG

3.2 Prosedur Pengujian

1. Motor dihidupkan pada putaran idle dalamkondisi posisi saklar untuk BBM setelahsebelumnya ECM diaktifkan selama bebe-rapa menit agar mencapai suhu kerja.

2. Memasang perangkat BBG dengan Conver-sion Kit konvensional.

3. Posisi pengapian diatur 20 sebelum TMAdalam kondisi pengereman 0% (tanpa beban)

4. Memindah saklar pemilih bahan bakar dariposisi BBM ke posisi BBG

5. Mengaktifkan dinamometer dengan tekananair masuk 2 bar

6. Melakukan setting tekanan awal regulatoruntuk menghasilkan putaran 800 rpm (padaputaran tersebut getaran pada motor sangatterasa)

7. Dilakukan pengereman (pembebanan) yangdimulai dari posisi pengereman 0 % sampai7,5 % dengan selang pengereman 2,5 % .

8. Dilakukan akselerasi mulai dari putaran 800rpm dan dicatat waktu yang dibutuhkanuntuk perubahan tingkat kecepatan ke 1500dan 3000 rpm.

9. Langkah 3 sampai 8 diulang kembali denganmemasang perangkat konversi BBG yangdilengkapi sistim injeksi.

3.3 Data Pengukuran

Pengereman 0 %

Standar InjeksiPutaran

(rpm)Waktu(det)

Putaran(rpm)

Waktu(det)

800 0 800 01500 1.3 1500 0.93000 3.8 3000 2.2

Pengereman 2.5 %


(rpm)Waktu(det)

Putaran(rpm)

Waktu(det)

800 0 800 01500 2.1 1500 1.23000 5.2 3000 3.4

Pengereman 5 %


(rpm)Waktu(det)

Putaran(rpm)

Waktu(det)

800 0 800 01500 3.1 1500 1.43000 9 3000 3.8

Pengereman 7.5 %


(rpm)Waktu(det)

Putaran(rpm)

Waktu(det)

800 0 800 01500 3.5 1500 1.63000 11.7 3000 4.4

4. Analisa Data

0

1

2

3

4

800 1500 3000 Putaran(rpm)

standar

injeksi

Gambar 4. Grafik Waktu Sebagai Fungsi Putaran padaPosisi Pengereman 0 %.



11

0

1

2

3

4

5

6

800 1500 3000

Putaran (rpm)

standar

injeksi

Gambar 5. Grafik Waktu Sebagai Fungsi Putaran padaPosisi Pengereman 2.5%.

02468

10

800 1500 3000Putaran (rpm)

standar

injeksi

Gambar 6. Grafik waktu sebagai fungsi putaran padaposisi pengereman 5%.

0

5

10

15

800 1500 3000

Putaran (rpm)

standar

injeksi

Gambar 7. Grafik waktu Sebagai Fungsi Putaran padaPosisi Pengereman 7.5%.

Dari grafik yang ditunjukkan pada gambar4. sampai dengan 7, nampak bahwa denganmenambahkan sistim injeksi, waktu yangdigunakan untuk melakukan akselerasi padaberbagai tingkat pengereman (pembebanan)lebih singkat. Hal ini disebabkan karenapada Conversion kit standar terjadihambatan aliran yang cukup besar padamixer atau terlambatnya mixer untukmelakukan respon pada kondisi akselerasi.Disamping itu penambahan sistim injeksiyang dikendalikan secara elektronik sertapenggunaan blower untuk suplai udaramenghasilkan suatu kondisi campuranudara-bahan bakar yang tepat.

Penambahan beban melalui pengeremanpada dinamometer baik pada conversion kitstandar maupun dengan menggunakansistim injeksi meningkatkan waktu untukakselerasi hal ini diakibatkan karena denganmeningkatnya pembebanan maka dibutuh-kan waktu respon (respon time) yang lebihbesar untuk melalukan suplai campuranudara-bahan bakar sesuai dengan putaranyang diharapkan.

Dengan menambahkan perangkat injeksiyang dikendalikan oleh ECM pada conver-sion kit, putaran idle motor yang berbahanbakar gas dapat diturunkan sampai 800 rpm(sebagaimana pada motor yang berbahanbakar bensin). Hal ini didasarkan padapengamatan pada saat percobaan dilakukan,dimana motor berputar secara stasionertanpa getaran yang berarti.

5. Kesimpulan

1. Dengan menambahkan sistim injeksi padaperangkat conversion kit standar yangdikendalikan secara elektronik, putaranmotor yang berbahan bakar gas sebesar 800rpm dapat dicapai.

2. Waktu yang dibutuhkan untuk melakukanakselerasi dengan penambahan sistiminjeksi pada conversion kit standar lebihsingkat.

3. Pada penggunaan sistim injeksi yangdilengkapi ECM, tekanan kerja regulator gasperlu disetting pada 100 kPa karena diatas100 kPa, ECM tidak mampu untukmengendalikan kerja dari solenoid valveuntuk injector, sehingga suplai BBG akanberlebihan dan akan menghalangi masuknyaudara ke intake manifold, sehingga motorakan cenderung mati.

Daftar Pustaka

1. Dinas Pemasaran LPG & BBG, PemanfaatanBahan Bakar Gas Untuk Sektor Transpor-tasi. Seminar Teknologi BBG, Malang, ITN,1995.

2. Ferguson, Collin. R., Internal CombustionEngines. John Willey & Sons, Inc. Kanada,1986.

3. Heywood, John B. Internal CombustionEngines Fundamental. Mc Graw-Hill, Singa-pore 1988.

Pengaturan Kondisi Idle dan Akselerasi pada Motor Berbahan Bakar Gas

Documents

Transcript of Pengaturan Kondisi Idle dan Akselerasi pada Motor Berbahan Bakar Gas