Embed Size (px)
Citation preview
PENINGKATAN KINERJA SISTEM PENGAPIAN PADA GASOLINE INTERNAL COMBUSTION ENGINES
DENGAN MENGOPTIMALKAN ARC DURATION *)
Ir. Rosehan, M.T.**) 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 PENDAHULUAN Latar Belakang.
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.
Tujuan Penelitian. Tujuan penelitian ini adalah untuk melihat besar pengaruh sistem pengapian
dua kali lompat bunga api dengan sistem pengapian standar CDI, terhadap kinerja
motor dan emisi gas buang.
*) Merupakan ringkasan hasil penelitian yang dibiaya oleh Lembaga Penelitian UniversitasTarumanagara **) Staf pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara
KAJIAN PUSTAKA 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.
Motor bakar torak yang umum digunakan pada kendaraan bermotor terbagi menjadi
dua yaitu; Spark Ignition atau SI Engines dan Compression Ignition atau CI Engines.
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) Hasil pembakaran pada motor bensin pada otomobil memberikan kontribusi
sebesar 60% dari yang dihasilkan oleh sebuah otomobil (Layne, 1986: 260.).
Hydrocarbon dapat dikurangi dengan pembakaran sempurna. Bila motor
membakar semua bahan bakar secara sempurna, tidak akan ada HC pada
saluran buang, hanya uap air dan carbon dioxide (CO2) (Maleav, 1983: 77.).
2. Carbon monoxide (CO) Carbon monoxide 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 menghasikan
dayaguna yang baik dan penghematan bahan bakar. Kondisi ini juga menghasil-
kan 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.).
Sistem Pengapian. Sistem pengapian diperlukan untuk meyalakan campuran udara-bahan bakar
pada pembakaran di motor bensin, macam-macam sistem pengapian antara lain:
Sistem pengapian konvensional; Magneto ignition; Dual ignition; Sistem pengapian
transistor assisted contacts (TAC); Sistem capacitive discharge ignition (CDI);
Intelligent-dual and sequential ignition (i-DSI).
Sistem capacitive discharge ignition (CDI) Tegangan yang dihantarkan ke kapasitor antara 300 Volt sampai 400 Volt
berasal dari power circuit (Layne, 1986: 237. dan 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 menginduksi
tegangan tinggi sekunder pada kumparan (coil). Tegangan sekunder (HV) ini
didistribusikan ke busi pada sistem pengapian. Kapasitor melepas muatan berte-
gangan ke kumparan primer. Tegangan
Gambar 1. Sistem CDI
primer tiba-tiba meningkat dan arus
meng-induksi tegangan tinggi sekunder
pada kumparan (coil). Tegangan
sekunder (HV) ini didistribusikan ke
busi pada sistem pengapian. Kelemah-
an dan kelebihan dibandingkan dengan
sistem pengapian sebelumnya adalah:
TIMINGCIRCUIT
POWERCIRCUIT
TRIAC P S
CIs HV
BAT
D INDUC. COIL
PULSE PICKUP GEAR TOOTH
1. Motor mudah hidup dalam kondisi dingin (Obert, 1973: 547.)
2. Mampu membakar campuran udara-bahan bakar AFR>14,7:1 dengan baik, kare-
na tegangan sangat tinggi pada saat kenaikan tegangan (Layne, 1986: 238.).
3. Umur kontak pemutus (sebagai sensor) lebih panjang karena kontak pemutus
tidak dialiri arus listrik yang besar (Agus dan Wito, 1978: 851.).
4. Waktu dibutuhkan untuk membangkitkan tegangan induksi pada bagian
kumparan induksi primer lebih cepat, drop-off pada putaran lebih tinggi (Agus
dan Wito, 1978: 851.).
5. Waktu peningkatan tegangan dan lama penyalaan sangat singkat (Layne, 1986:
238. dan Obert, 1973: 543.).
Pembakaran. Pembakaran berlangsung selama
0,003 sec secara konstan pada berba-gai
putaran (Layne, 1986: 62.). Lama
pembakaran dapat dihitung sebagai
berikut:
ntt dgig
60360
1××= (detik) 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, perbandingan udara-
bahan bakar yang dapat terbakar hampir
sempurna apabila jumlah AFR kira-kira
sama dengan 14,7:1. Ini disebut
stoichiometric ratio (Layne, 1986: 58.).
Daya Poros. Besar daya poros itu adalah
(Arismunandar, 1980: 39.):
Ne = Ni – (Ng + Na) 2
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
Pemakaian Bahan Bakar Spesifik.
e
fe N
GB = 4
METODOLOGI PENELITIAN
Secara skematik langkah-
langkah penelitian dapat dilihat pada
gambar berikut ini:
Literatur, Majalah,ReduksiEGB,
Journal, InternetAlternatifSistem
Pengapian
SistemPengapian
Putaran,Beban,
AFR
Motor bakar, Beban, alatukur dan sistem pengapian
Daya, Torsi
PengujianEGB,Daya,Torsi
SistemPengapian
Putaran, 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 2. Diagram Alir Penelitian Peralatan Uji. 1. Motor Otto Kijang 5K. Tabel 1. Data Teknis Motor OTTO Kijang 5K
Spesifikasi: Pabrik pembuat : Toyota Co LTD, Japan Jenis : Kijang 5K Tipe motor : 4 selinder 4 langkah Isi silinder : 1486 cc Rasio 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
2. Motor Otto Kijang 5K. Tabel 1. Data Teknis Motor OTTO Kijang 5K
Spesifikasi: Pabrik pembuat : Toyota Co LTD, Japan Jenis : Kijang 5K Tipe motor : 4 selinder 4 langkah Isi silinder : 1486 cc Rasio 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
3. Torsi-meter. Tabel 2. 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
4. Sistem pengapian eksprimen. Tabel 3. Data Teknis Sistem Pengapian
Spesifikasi: Jenis : CDI (Capacitive Disch. Ignition) Tegangan Kapasitor : 350 VDC Kapasitor : 0,68 µF/630 VDC Sensor : contact breaker Pengatur interval : elektronik
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 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). 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.
3. Penentuan derajat penyalaan kedua. Derajat interval penyalaan kedua pada berbagai kecepatan putar
diperoleh dengan mengakumulasi derajat pengapian pertama dan derajat
interval pengapian kedua.
PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN 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. Pengolahan
data menggunakan bantuan software Excel dan MathCAD.
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. Hasil pengolahan data seperti berikut:
Tabel 4. 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
Penentuan Derajat Penyalaan I. Penentuan derajat penyalaan I, berdasarkan spesifikasi dari pembuat yaitu 8o,
pengaturan derajat ini dilakukan pada mesin menggunakan timing light.
Data Penentuan Derajat Interval Penyalaan Kedua Sistem Dual CDI. Derajat interval penyalaan kedua memiliki lima saklar pilihan, data pada tabel 4.
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.
Data Prestasi Motor Otomobil dan Emisi Gas Buang Data eksprimen motor otomobil dengan pembebanan konstan, ekprimen dilaku
kan 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. Hasil pengolahan data seperti pada Tabel
5 dan 6 berikut:
Tabel 5. Data Prestasi Mesin dan Emisi Gas Buang Sistem CDI Konv. Sistem pengapian
: CDI Konvensional
Derajat penyalaan
: 8o BTC / 800min-1 Beban torsimeter (P) : 6 kg/cm
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 6. Data Prestasi Mesin dan Emisi Gas Buang Sistem Dual CDI
Sistem pengapian
: CDI Konvensional Derajat penyalaan
: 8o BTC / 800min-1
Beban torsimeter (P) : 6 kg/cm 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
Analisa Model Regresi
Pengolahan data lanjut dengan bantuan program MathCAD menggunakan
regresi polynomial , dari data Tabel 4, 5 dan 6 diperoleh koefisien determinasi dan
persamaan hubungan antara x dan y.
Tabel 7. Data Prestasi Mesin dan Emisi Gas Buang Sistem CDI Konvensional dengan Analisa Model Regresi.
Sistem pengapian
: CDI Konvensional Derajat penyalaan
: 8o BTC / 800min-1
Beban torsimeter : 6 kg/cm 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 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 8. Data Prestasi Mesin dan Emisi Gas Buang Sistem Dual CDI dengan Analisa Model Regresi
Sistem pengapian
: CDI Konvensional Derajat penyalaan
: 8o BTC / 800min-1
Beban torsimeter : 6 kg/cm 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 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
160f 32
Gambar 3. Grafik Waktu Dubutuhkan Vf terhadap Putaran
Gambar 5. Grafik Kadar Carbon Monoxide terhadap Putaran
Gambar 7. Garfik Kadar Hydrocarbon terhadap Putaran
10
40
70
100
130
1000 1500 2000 2500 3000 3500Putaran (rpm)
Wak
tu d
ibut
uhka
n V
(det
)
CDI Konv.Dual CDIPoly. (CDI Konv.)Poly. (Dual CDI)
-0,5
1,5
3,5
5,5
7,5
9,5
11,5
1000 1500 2000 2500 3000 3500
Putaran (rpm)
Kad
ar C
O (%
)
CDI Konv.
Dual CDI
Poly. (CDI Konv.)
Poly. (Dual CDI)
150
450
750
1050
1350
1650
1000 1500 2000 2500 3000 3500
Putaran (rpm)
Kad
ar H
C (p
pm) CDI Konv.
Dual CDIPoly. (CDI Konv.)Poly. (Dual CDI)
8
12
16
20
24
28
1000 1500 2000 2500 3000 3500
Putaran (rpm)
AFR
CDI Konv.
Dual CDI
Poly. (CDI Konv.)
Poly. (Dual CDI)
Gambar 4. Grafik AFR terhadap Putaran.
12
0
2
4
6
8
10
1000 1500 2000 2500 3000 3500
Putaran (rpm)
Kad
ar C
O2
(%)
CDI Konv.Dual CDIPoly. (CDI Konv.)Poly. (Dual CDI)
Gambar 6. Garfik Kadar Carbon Dioxide
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 8. Grafik Kadar Oxygen
terhadap Putaran
Gambar 9. Grafik Temperatur Pelumas terhadap Putaran
65
73
81
89
97
105
1000 1500 2000 2500 3000 3500Putaran (rpm)
Tem
p.oi
l (de
g C
)
CDI Konv.Dual CDIPoly. (CDI Konv.)Poly. (Dual CDI)
Tabel 9. Karakteristik Derajat Interval Sistem Derajat interval lompatan bunga api
Saklar 1000 1300 1600 1900 2200 255 0,893 1,568 2,387 3,365 4,515 5,
Perhitungan Prestasi Motor
Dari Tabel 7 dan 8, dapat dihitung jum
daya efektip motor diukur dengan beban kon
kaian bahan bakar spesifik. Berikut hasil perh
Tabel 10. Hasil Perhitungan Prestasi Mesin uCDI Konvensional
Put (min-1)
tfuel (sec)
Gf (l/jam)
Ne (kW)
Be (l /kWjam)
1000 141,283 1,274 2,485 0,513 1300 106,586 1,689 3,23 0,523 1600 78,983 2,279 3,976 0,573 1900 57,781 3,115 4,721 0,66 2200 42,289 4,256 5,467 0,779 2500 31,816 5,658 6,212 0,911 2800 25,670 7,012 6,957 1,008 3100 23,161 7,772 7,703 1,009 3400 23,597 7,628 8,448 0,903
Gambar 11. Grafik Jumlah Pemakaian
Bahan Bakar Per-jam terhadap Putaran
1
2,5
4
5,5
7
8,5
1000 1500 2000 2500 3000 3500
Putaran (rpm)
Gf (
l/jam
)
CDI Konv.Dual CDIPoly. (CDI Konv.)Poly. (Dual CDI)
6
Gater
0
2
4
6
8
10
12
1000 1500 2000 2500 3000 3500
Putaran (rpm)
Der
ajat
pen
yala
an II
(deg
)
S5Poly. (S5)
Gambar 10. Grafik Derajat Interval Penya-laan II terhadap Putaran
Pengapian Dual CDI. kedua terhadap putaran R2 00 2800 3100 3400
852 7,389 9,14 11,119 0,998
lah pemakaian bahan bakar per-jam,
stan pada berbagai putaran, dan pema-
itungan dan grafik terhadap putaran:
ntuk Kedua Sistem Penyalaan Dual CDI
tfuel (sec)
Gf (l/jam)
Ne (kW)
Be (l /kWjam)
127,997 1,406 2,485 0,566 102,490 1,756 3,23 0,544 79,704 2,258 3,976 0,568 60,139 2,993 4,721 0,634 44,298 4,063 5,467 0,743 32,681 5,508 6,212 0,887 25,790 6,979 6,957 1,003 24,127 7,461 7,703 0,969 28,193 6,385 8,448 0,756
9,5
2
3,5
5
6,5
8
1000 1500 2000 2500 3000 3500
Putaran (rpm)
Ne
( l/H
Pjam
)
mbar 12. Grafik Daya Efektif Motor hadap Putaran
Pembahasan
Gambar 13. Grafik Pemakaian Bahan
Bakar Spesifik terhadap Putaran
0,4
0,55
0,7
0,85
1
1,15
1000 1500 2000 2500 3000 3500
Putaran (rpm)
Be
(l/kW
jam
CDI Konv.Dual CDIPoly. (CDI Konv.)Poly. (Dual CDI)
1. Derajat penyalaan Derajat penyalaan bervariasi
pada setiap putaran yang dipenga-
ruhi oleh centrifugal advance dan
vacuum advance. Perubahan dera-jat
penyalaan pengaruh centrifugal
advance bergerak secara linier, se-
dangkan vacuum advance tidak linier
mengikuti tekanan venturi karburator. lihat Gambar 14 berikut:
G
4040
ambar 14. Grafik Pemajuan Penyalaan Pengaruh Centrifugal Advance dan Vacum Advance (Lichty, 1951: 349.)
0
8
16
24
32
400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000
Engine speed (rpm)
Spar
k ad
v. (
deg)
Vacum advance
G
Derajat penyalaan I pada putaran idl
atas 800 min-1 tidak dilakukan pengukura
penyalaan ini dipercepat sampai 30o BTC
derajat penyalaan dilakukan oleh cent
penyalaan oleh vacuum advance mencapa
Derajat penyalaan kedua diatur ket
sebesar pada Tabel 9, sehingga derajat p
pada grafik Gambar 15. Waktu antara pen
menggunakan persamaan 1, seperti pada T
Tabel 11. Waktu Antara Penyalaan I dan II Putaran (
1000 1300 1600 1900 2200 tig (µsec) 149 201 249 295 342
Lama penyalaan secara teoretik terjadi 0
penyalaan kedua terhadap penyalaan pe
penyalaan teoritik, sehingga penyalaan II ti
Centripugal advance
0
8
16
24
32
400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000
Engine speed, rpm
Spar
k ad
v. (d
eg)
Centripugal advanceIVacum advance I
Centrifugal advance
ambar 15. Grafik Pemajuan Penyalaan I dan II Pengaruh Centrifugal Advance dan Vacum Advance
e 800 min-1 diatur 8o BTC, putaran di
n derajat penyalaan, secara teoretik
pada putaran 3600 min-1, pemajuan
rifugal advance. Pemajuan derajat
i 36o pada putaran 2800 min-1.
erlambatan dari derajat penyalaan I
enyalaan I dan II dapat diilustrasikan
yalaan I dan II dapat dihitung dengan
abel 11 berikut:
terhadap Putaran min-1)
2500 2800 3100 3400 390 440 491 545
,003 sec, waktu antara terjadi pada
rtama masih berada di bawah lama
dak terjadi pada proses ekspansi. Jika
arc duration terjadi selama 250 µsec (Obert, 1973: 543.), 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. Waktu yang dibutuhkan untuk Gf pada sistem penyalaan CDI konvensional
dan Dual CDI dilihat dari grafik Gambar 3 relatif kecil perbedaannya, sehingga
jumlah pemakaian bahan bakar per-jam dari kedua sistem penyalaan ini tidak jauh
berbeda (lihat Tabel 7, Tabel 8 dan Gambar 11). 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 12. 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 12 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 menghasil-
kan emisi gas buang. Emisi gas buang sangat dipengaruhi terhadap kesempurnaan.
a. AFR. Pada sistem penyalaan CDI konvensional terlihat AFR = 30 konstan pada
berbagai putaran. Ini diakibatkan energi pembakar tidak mencukupi (arc dura-
tion 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 5 Tabel 7). Sistem penyalaan
Dual CDI pada putaran 1000 min-1, AFR mulai bergeser mengecil menjadi AFR:
27,76 hingga AFR: 8,45 (Gambar 4 dan Tabel 7). 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 8 dan Tabel 8).
b. Hydrocarbon Pada penyalaan I HC dihasilkan relatip tinggi, karena Arc duration yang
sangat singkat, sehingga terlihat pada Tabel 3 dan Gambar 7, HC tertinggi
1649 ppm dan terendah 394,164 ppm. Kemampuan penyalaan II membakar
secara maksimum HC hasil penyalaan I cukup tinggi, yaitu HC direduksi lebih
50%. Pada Gambar 7, HC bergerak paralel lebih kecil dari sistem penyalaan
CDI konvensional dan pada Tabel 8, 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 5 dan Gambar
8), 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 sebagian CO dengan O2 akan memben-
tuk CO2, pada sistem penyalaan I CO2 berkisar antara 0,611% sampai 2,983%
(lihat Tabel 5 dan Gambar 6). Pembakaran tahap kedua dari sistem penyalaan
Dual CDI dibatasi ketersedian O2 sisa pembakaran tahap I, 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, terlihat O2 berada
di bawah 1% setelah putaran di atas 2200 min-1. Pada Gambar 4 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 mengindikasikan temperatur ruang bakar.
Dilihat dari perbedaan cukup berarti pada putaran rendah dan tinggi (Gambar
9.), 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.
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.
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.
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.
DAFTAR SIMBOL A Luas penampang silinder hidrolik beban cm2 AFR Air-fuel ratio Be Pemakaian bahan bakar Spesifik l /kWjam BTC Before Top Center 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
LAMPIRAN
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 16. Rangkaian Sistem Penyalaan Dual CDI.
