Identifikasi Model Mesin secara Eksperimental dengan Masukan SudutPengapian dan Durasi Injeksi Bahan Bakar pada Mesin Mitsubishi 4g63
Disusun Oleh : Billy Santoso Dewanda Pembimbing : Ir. Rushdianto Effendi, MT Ir. Ali Fatoni, MT
(2207100151)
PENDAHULUAN
TINJAUAN PUSTAKA
PERANCANGAN SISTEM
PEMODELAN DAN PENGUJIAN
KESIMPULAN
PENDAHULUAN
Latar Belakang Permasalahan Batasan Permasalahan
Tujuan
LATAR BELAKANG
Permasalahan
Batasan Masalah
Tujuan
BAB III PERANCANGAN SISTEM Pada Bab ini dibahas mengenai perancangan sistem secara detail meliputi plant yang digunakan, perancangan hardware antara lain rangkaian elektronik, konfigurasi sensor, dan penggabungan elemen-elemen pembangun sistem. Perancangan software pada software Code Vision© untuk pembacaan data sensor, pemrograman pada software LABVIEW 7.5© untuk komunikasi data mesin dengan komputer serta perancangan proses identifikasi pada plant dengan menggunakan Simulink® dan Matlab®. 3.1. Mitsubishi 4g63 DOHC Plant yang digunakan dalam penelitian ini adalah spark ignition engine mitsubishi 4g63 seperti yang ditunjukan Gambar 3.1 dengan spesifikasi sebagai berikut. Nomor Mesin : 4G63 Tipe Mesin : In-line OHV, DOHC Jumlah silinder :4 Jenis Bahan Bakar : Premium Produk PT.Pertamina(Persero) Displacement :1,997 liter Cylinder Bore (mm) : 85 Piston stroke (mm) : 88 Perbandingan Kompresi : 7,8 atau 9
Gambar 3.1 Mesin Mitsubishi Eterna 4G63
21
Plant digunakan sistem injeksi secara simultan yaitu sistem injeksi yang secara serentak memberikan bahan bakar bersama-sama pada waktu yang sama pada semua silinder. Bahan bakar biasa disemprotkan menggunakan injektor, yang dikendalikan oleh suatu mikrokontroler (sebagai kontroler) dan driver injektor (sebagai aktuator). Sedangkan untuk pengapiannya menggunakan sistem pengapian distributorless dimana sinyal kontrol pengapian dipicu langsung dari suatu mikrokontroler tanpa melalui komponen penditribusi sinyal (distributor). Untuk pembacaan dari sensorsensor, misalnya sensor kecepatan yang merupakan bagian penting dalam spark ignition engine, menggunakan satu sensor induktif yang terpasang pada cakram putaran mesin. Untuk pengolahan sinyal yang dihasilkan sensor induktif tersebut digunakan mikrokontroler dan sebuah rangkain f to v. Sedangkan untuk pembacaan sudut pengapian digunakan bantuan sensor CAS (Crank Angle Sensor) dan TDC (Top Dead Centre) yang hasil bacaannya dihitung dalam mikrokontroler . Pada saat identifiikasi plant dilakukan secara open loop dan sebelumnya dilakukan dilakukan pengkalibrasian untuk masingmasing sensor yang terpasang pada plant. Dengan memasangkan sensor-sensor dapat diketahui variabel-variabel terukur yang diperlukan dalam identifikasi plant. Data yang diambil dari plant antara lain: a) Kecepatan Mesin b) Tekanan intake manifold c) Bukaan celah idle speed valve 3.2. Perancangan Electronic Fuel Injection Sistem Electronic Fuel Injection (EFI) adalah sistem penyemprotan injeksi (bahan bakar) dengan menggunakan injektor yang dikontrol secara elektronik. Secara prinsip pengaliran bahan bakar pada semua sistem injeksi bahan bakar adalah: bahan bakar yang ada pada tangki injeksi ditekan dengan menggunakan pompa bahan bakar agar dapat disemprotkan oleh injektor menuju ruang bakar, diagram sistem EFI dapat dilihat pada Gambar 3.2.
22
Gambar 3.2. Komponen Penyusun Sistem Injeksi[3].
3.2.1. Tangki Bahan bakar Tangki bahan bakar digunakan sebagai wadah penampung bahan bakar serta terdapat pompa dan filter didalamnya. Bentuk fisik tangki ditunjukan pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3. Konstruksi Tangki Bahan Bakar[3].
3.2.2. Pompa Bahan Bakar Listrik Pompa bahan bakar listrik digunakan untuk mengalirkan bahan bakar dengan tekanan tinggi sehingga bisa diinjeksikan ke saluran masuk. rangkaian listrik pompa dihubungkan dengan sebuah relay
23
sehingga dapat aktif begitu mesin mesin dihidupkan. Model dari pompa bahan bakar ditunjukan pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4. Pompa Bahan Bakar[3].
3.2.3. Saringan/Filter Bahan bakar Filter berfungsi untuk menyaring kotoran yang ada pada bahan bakar, bila pemasangan saringan terbalik, secara fungsi pengaliran bahan bakar tidak mengganggu tapi fungsi saringan menjadi salah, karena kotoran–kotoran yang disebabkan elemen saringan akan ikut ke dalam aliran bahan bakar.
Gambar 3.5. Filter Bahan Bakar[3].
3.2.4. Regulator Tekanan Regulator tekanan berungsi untuk menentukan tekanan dalam sistem aliran dan menyesuaikan tekanan injeksi dengan tekanan saluran masuk. Bila tekaan bahan bakar dari pompa bahan bakar listrik lebih besar dari tekanan pegas membran tertekan, saluran
24
pengembali terbuka dengan demikian tekanan bahan bakar pada pipa pembagi jadi konstan.
Gambar 3.6. Regulator Tekanan[3].
3.2.5. Elektromagnet Injektor Elektromagnet injektor terdiri dari belitan jangkar untuk menggerakkan dan memindahkan valve utama dari badan valve sehingga bahan bakar dapat mengalir menuju saluran intake.
Gambar 3.7. Konstruksi Injektor[3].
Ketika tidak ada sinyal pada belitan jangkar, pegas pada valve akan menekan valve sehingga tidak ada bahan bakar yang mengalir melalui orifice injektor melalui saluran intake. Jika diberikan sinyal kontrol pada ujung-ujung selenoid akan mengalir arus pada belitan selenoid. Akibat arus yang mengalir pada belitan jangkar, pada injektor terjadi proses kenaikan valve, hal ini menyebabkan bahan bakar megalir melalui orifice menuju saluran intake. Sistem injeksi pada mesin dikendalikan oleh ECU dimana
25
waktu on dari injektor merepresentasikan banyaknya bahan bakar yang dialirkan menuju ruang bakar mesin. Selain itu saat penginjeksian ditentukan oleh sinyal dari sensor CAS (Crank Angle Sensor). Dengan mengatur lebar pulsa yang diberikan pada mesin kita dapat mengatur banykanya bahan bakar yang mengalir menuju ruang bakar. Pada mesin Mitsubishi 4g63 digunakan sistem injeksi yang simultan dimana bendun disemprotkan secara bersamaan. Waktu kapan bahan bakar disemprotkan tergantung dari sinyal CAS dan TDC dan bahan bakar disemprotkan bersamaan 4 kali dalam saty kali putaran. Siklus injeksi bahan bakar simultan ditunjukan pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8. Siklus Injeksi Bahan Bakar[10].
3.3. Perancangan Distributorless Ignition System Sistem pengapian yang diadopsi oleh mesin mitsubishi 4g63 adalah sistem pengapian tanpa distributor atau Distributorless Ignition System (DIS). Sistem pengapian ini terdiri dari beberapa komponen penting yaitu, busi untuk memercikan bunga api, koil sebagai pengubah tegangan, dan power transistor yang merupakan rangkaian switching dan dikontrol langsung oleh ECU. Diagram sistem pengapian DIS, ditunjukan seperti Gambar 3.9.
26
Gambar 3.9. Diagram Switching DIS[10].
3.3.1. Koil Pengapian Fungsi dari koil pengapian seperti pada Gambar 3.10 adalah merubah arus listrik 12v yang di terima dari aki , menjadi tegangan tinggi (10 kiloVolt atau lebih ) untuk menghasilkan loncatan bunga api yang kuat pada celah busi[11]. Pada koil pengapian ,kumparan dan sekunder di gulung pada inti besi. Kumparan-kumparan ini akan menaikkan tegangan yang di terima dari baterai menjadi tegangan yang sangat tinggi melalui induksi electromagnet/induksi magnet listrik ( induksi sendiri dan induksi bersama).
Gambar 3.10. Koil Pengapian[11].
27
3.3.2. Busi Busi Terhubung ke tegangan yang besarnya sekitar 10 kilo Volt yang dihasilkan oleh koil pengapian. Tegangan listrik dari koil pengapian menghasilkan beda tegangan antara elektroda di bagian tengah busi dengan yang di bagian samping. Pada saat tegangan melebihi kekuatan dielektrik dari gas yang ada, gas-gas tersebut mengalami proses ionisasi [11]. Setelah ini terjadi, arus elektron dapat mengalir sehingga suhu di celah percikan busi naik drastis, sampai 60.000 K[11]. Suhu yang sangat tinggi ini membuat gas yang terionisasi untuk memuai dengan cepat, seperti ledakan kecil. Bentuk busi seperti ditunjukan pada Gambar 3.11.
Gambar 3.11. Busi[11].
3.3.3. PTU (Power Transistor Unit ) PTU atau biasa disebut igniter memiliki 2 fungsi dasar yaitu yang pertama untuk melakukan switching. Proses switching ini dikontrol oleh ECU sehingga dapat mensuplai dan memutuskan arus listrik yang menuju ke koil pengapian. Fungsi yang kedua untuk menghasilkan sinyal tacho setiap kali busi memercikan api atau setiap 120 º derajat poros engkol[11]. Berikut gambar yang menunjukan model dari PTU ditunjukan pada Gambar 3.12.
28
Gambar 3.12. PTU (Power Transistor Unit)[11].
3.4 Kebutuhan Hardware Sistem Arsitektur pada spark ignition engine yang dibangun memiliki beberapa komponen yaitu plant berupa spark ignition engine, hardware untuk mengontrol mesin, dan software untuk monitoring dan pengambilan data mesin. 3.4.1 Perancangan ECU Engine Control Unit yang dibangun memiliki empat komponen penting antara lain mikrokontroler sebagai central processing unit , driver sistem pengapaian yang bekerja mengatur pengapian tiap silinder secara grouping dan driver sistem injeksi yang bekerja mengatur waktu injeksi pada keseluruhan silinder secara simultan, Rangkaian debounching yang berfungsi sebagai perangkat penghalus pembacaan sensor TDC dan CAS, dan driver motor stepper yang berfungsi sebagai pengatur pergerakan motor stepper yang digunakan sebagai pembuka dan penutup valve udara untuk kecepatan stasioner. a) Mikrokontroler Mikrokontroler yang digunakan adalah mikrokontroler ATMega 8535 buatan Atmel beserta sistem minimum buatan Innovative Electronic. Modul mikrokontroler ini memiliki spesifikasi antara lain sebagai berikut: - Mikrokontroler ATMega 8535 yang memiliki flash memory sebesar 8KB dan 8 Channel ADC dengan resolusi 10 bit. - Mendukung varian mikrokontroler AVR® 40 pin
29
-
Memiliki jalur masukan keluaran hingga 35 pin Terdapat External Brown Out Detector sebagai rangkaian reset. - Konfigurasi jumper untuk melakukan pemilihan beberapa model pengambilan tegangan referensi untuk tipe mikrokontroler AVR® dengan internal ADC. - LED programming indicator - Frekuensi oscillator sebesar 4MHz - Tersedia jalur komunikasi serial UART RS-232 dengan konektor RJ 11. - Tersedia port untuk pemrograman secara In System Programming (ISP). - Tegangan masukan power supply 9-12 VDC dan keluaran tegangan sebesar 5 VDC. Model minimum system yang beredar di pasaran seperti Gambar 3.13.
Gambar 3.13 DT-AVR Low Cost Micro System beserta Mikrokontroler AVR® ATMega 8535[12].
b) Driver Pengapian dan Injeksi Driver pengapian dan injeksi tergabung menjadi satu kesatuan modul yang kontrol oleh IC darlington array ULN2003. IC ini memiliki penguatan sebesar 1000 dan masukan serta keluaran sebanyak 7 buah. Driver ini mendapatkan masukan dari mikrokontroler berupa sinyal aksi kontrol injeksi dan pengapian. Keluaran dari IC ini digunakan untuk men-switch transistor IRF 740 yang berguna sebagai aksi switch on-off injector dan digunakan seb agai aksi switch on-
30
off power transistor unit yang selanjutnya untuk men-charge dan discharge koil. c) Debounching Rangkaian debounching ini berfungsi sebagai penghalus sinyal sensor TDC dan CAS akibat munculnya efek bounching (semacam ripple kecil pada bagian keadaan high). Efek bounching ini berakibat pada kesalahan pemberian keputusan waktu pengapian karena algoritma waktu pengapian yang menerapkan fasilitas interrupt sehingga sedikit bounch akan menimbulkan aksi pengapian. Efek bounching ini terjadi akibat interferensi tegangan tinggi dari koil menuju busi. Rangkaian ini bekerja dengan prinsip diode sebagai gerbang yang melewatkan sinyal high dan kapasitor sebagai penyimpan tegangan saat kondisi sinyal high serta IC Schmitt trigger yang berfungsi sebagai pembatas sinyal aktif dan tidak aktif. Dari perlakuan tersebut dapat diperoleh sinyal yang merepresentasikan sinyal sensor TDC dan CAS dengan keadaan sinyal lebih halus daripada sebelum memakai rangkaian debounching. d) Driver Motor Stepper Kecepatan Stasioner Driver motor stepper ini menggunakan IC ULN 2803 dengan karakteristik penguatan sebesar 1000. Terdapat empat buah masukan dan empat buah keluaran yang merepresentasikan langkah motor stepper. 3.4.2 Sensor Induktif Sensor induktif merupakan sensor yang bekerja sesuai dengan prinsip induksi, yaitu setiap perubahan flux magnet akan menginduksi EMF (Electromotive Force) dalam kumparan. Tegangan keluaran sensor ini berbentuk seperti gelombang sinus, sedangkan besar amplitudonya sesuai dengan besarnya perubahan flux yang terjadi. Banyaknya gelombang sinus yang keluar sesuai dengan banyaknya jumlah gigi pada gearbox mesin yaitu 106 gigi. Pada Gambar 3.14 menunjukkan prinsip kerja sensor induktif, sedangkan pada Gambar 3.15 menunjukkan sensor induktif yang telah banyak beredar di pasaran.
31
Gambar 3.14 Prinsip Kerja Sensor Induktif[13].
Untuk pengolahan secara digital, sensor ini tidak bisa digunakan secara langsung pada mikrokontroler, akan tetapi terlebih dahulu diubah besarannya yaitu dari frekuensi menjadi tegangan dengan menggunakan rangkaian Frequency to Voltage (F to V) menggunakan IC LM 2907. Spesifikasi rangkaian F to V: - Linieritas ± 0,3%. - Pembacaan 0,47 V mewakili 777 RPM.
Gambar 3.15. Sensor Induktif[13].
3.4.3 Sensor TDC (Top Dead Center) dan CAS (Crank Angle Sensor ) Sensor ini merupakan sensor yang bekerja berdasarkan prinsip kerja optocoupler. Sensor TDC dan sensor CAS ini terletak pada satu hardware seperti pada Gambar 3.16. Sensor TDC berfungsi sebagai penentu posisi piston 1 dan 4 atau 2 dan 3 ketika berada di puncak ruang bakar. Sensor CAS berfungsi sebagai penentu sudut crank. Komponen hardware ini terdiri dari dua hal yaitu bagian piringan dan bagian sensor. Pada Gambar 3.17 menunjukkan bagian dalam modul hardware sensor TDC dan CAS. Pada lubang bagian terluar digunakan sebagai sensor posisi sudut crank yaitu sepanjang sudut crank 75-5 derajat, sedangkan pada bagian dalam digunakan sebagai
32
sensor posisi TDC dimana terdiri dari dua macam lubang dengan panjang yang berbeda yaitu 85-55 derajat (untuk lubang panjang Sebelum Titik Mati Atas (STMA) dan 85-15 derajat (untuk lubang pendek) STMA.
Gambar 3.16 Sensor TDC dan CAS[10].
Gambar 3.17 Bagian Pringan Dan Bagian Sensor[10].
3.4.4 Sensor TPS (Throttle Position Sensor) Sensor ini bekerja berdasarkan prinsip pembagian tegangan dengan menggunakan perubahan resistansi. Sensor ini memiliki keluaran tegangan berkisar antara 0,04-4,87 Volt dengan perubahan sudut bukaan throttle antara 0-90 derajat. Pada Gambar 3.18 menunjukkan prinsip kerja sensor TPS, sedangkan pada
33
Gambar 3.19 menunjukkan produk sensor TPS yang ada di pasaran.
Gambar 3.18 Prinsip Kerja Sensor TPS[14].
Gambar 3.19 Sensor TPS[14].
3.4.5 Sensor MAP (Manifold Absolute Pressure) Sensor MAP merupakan sensor yang berguna untuk menghitung besarnya tekanan di dalam intake manifold. Sensor ini terdiri dari dua ruangan yang dipisahkan oleh membran tipis dengan elemen semikonduktor yang terintegrasi di dalam membran. Pada Gambar 3.20 terlihat bahwa ketika terjadi perubahan tekanan pada saluran vakum sensor maka membran akan terangkat, hal ini menjadikan perubahan karakteristik dari elemen semikonduktor yang telah diintegrasikan pada membran. Sensor ini dipasang pada saluran masuk antara ujung manifold dan throttle. Agar dapat diperoleh data tekanan dalam manifold maka sensor terlebih dahulu diberi tegangan referensi sebesar 5 Volt. Untuk tekanan udara pada intake manifold sama dengan tekanan atmosfer maka tegangan keluaran bernilai 3.6 Volt. Pada Gambar 3.21 merupakan contoh sensor MAP yang beredar dipasaran.
34
Gambar 3.20 Prinsip Kerja Sensor MAP[15].
Gambar 3.21 Sensor MAP[15].
3.5. Perancangan Pengambilan Data Pengambilan data respon pada plant membutuhkan beberapa komponen hardware dan software, komponen-komponen hardware tersebut antara lain computer dan Advantech PCI card, sedangkan komponen software-nya menggunakan LABVIEW 7.5© , Code Vision AVR© , Simulink®, dan Matlab®. Arsitektur pengambilan data ditunjukan pada Gambar 3.22.
35
Gambar 3.22 Arsitektur Pengambilan Data Mesin
3.5.1 Komputer Komputer merupakan komponen penting yang tidak bisa dipisahkan dalam membangun sistem pengaturan kecepatan stasioner pada mesin pengapian busi. Komputer dalam hal ini digunakan sebagai media pemrograman pada mikrokontroler serta sebagai media monitoring dan pengambilan data pada mesin. Komputer yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut. - Jenis : Personal Computer (PC) - Processor : Intel® CeleronTM 2,80 GHz - RAM : DDR 512 MB - VGA : 64 MB, on board - Monitor : BenQ T52WA, 15” LCD Monitor 3.5.2 Advantech © PCI DAQ 1711 Card Agar proses monitoring antara komputer dengan plant dapat terjadi maka diperlukan peralatan antar muka sebagai akuisisi data pada plant. Peralatan antar muka tersebut adalah DAQ (Data Acquisition) PCI Card merek dagang Advantech© dengan tipe 1711 seperti ditunjukan pada Gambar 3.23. PCI Card ini berfungsi sebagai
36
pengubah sinyal analog ke sinyal digital dalam satuan Volt serta dapat berfungsi sebaliknya. Data yang telah diperoleh dari plant selanjutnya diproses oleh software yang ada dalam komputer.
Gambar 3.23 Advantech© 1711 DAQ PCI Card[14].
PCI Card ini menyediakan lima fasilitas pengukuran dan fungsi kontrol seperti konverter A/D 12 bit, konverter D/A, masukan digital, keluaran digital dan counter/timer yang dapat dihubungkan dengan komputer (PC). Kemampuan yang dimiliki oleh card PCI 1711[13]: - 16 masukan analog single ended atau 8 masukan analog differensial atau kombinasi. - 12 bit konverter A/D dengan sampling rate sampai 100 KHz. - Programmable gain pada tiap saluran masukan - Automatic channel/gain scanning - On-board 4K samples FIFO buffer - 2 keluaran analog 12-bit - 16 masukan digital dan 16 keluaran digital - Pacer/counter yang dapat deprogram - Waktu konversi dari analog ke digital 8 us - Mendukung software Matlab® dan Simulink® Dalam penelitian ini diperlukan beberapa software sebagai penghubung antara data keluaran plant dengan pemroses data yaitu komputer. Software ini digunakan sebagai sistem monitoring dan pemberi setpoin pada plant serta digunakan sebagai media pemrograman mikrokontroler sebagai pengatur jalannya mesin. Software tersebut adalah LABVIEW 7.5© yang merupakan produk dari National Instrumens dan Code vision AVR© 2.03 yang merupakan produk dari HP InfoTech.
37
3.5.3 LABVIEW 7.5©[16] LABVIEW kependekan dari Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench merupakan lingkungan platform dan pengembangan untuk suatu bahasa pemrograman visual dari National Instruments. Tujuan dari program tersebut adalah mengotomatisasi pengolahan dan penggunaan alat ukur dalam setiap percobaan laboratorium. LABVIEW 7.5© umumnya digunakan untuk akuisisi data, kontrol instrumen, dan otomasi industri pada berbagai platform termasuk Microsoft Windows, berbagai versi UNIX, Linux, dan Mac OS X. Dalam penelitian ini LABVIEW 7.5© digunakan bersama dengan PCI Card 1711 sebagai data akuisisi. Dalam penggunaannya terlebih dahulu ditambahkan fasilitas tambahan yang berasal dari Advantech© berupa software tambahan untuk data akuisisi sehingga LabView© dapat menerima data dari PCI Card 1711 Advantech©. Dalam pemrograman pada LabView terdapat diagram blok dan panel depan. Panel depan berfungsi sebagai tampilan grafis sedangkan diagram blok berfungsi sebagai konfigurasi pengkabelan antar komponen LABVIEW 7.5© . Pada panel depan diberikan empat buah tampilan grafik yang merepresentasikan tegangan sensor MAP, TPS, induktif , dan tegangan masukan bukaan motor stepper serta terdapat masukan dalam bentuk virtual knob yang berfungsi sebagai pemberi masukan pada motor stepper. Gambar 3.24 merupakan tampilan panel depan LABVIEW 7.5© sedangkan pada Gambar 3.25 merupakan tampilan diagram blok konfigurasi pengkabelan pada LABVIEW 7.5©..
38
Gambar 3.24. Tampilan Panel Depan LABVIEW 7.5©
Gambar 3.25. Tampilan Diagram Blok Konfigurasi Pengkabelan Pada
LABVIEW 7.5©
39
3.5.4 Code Vision AVR© Code Vision AVR© merupakan Compiler bahasa C yang didesain untuk pemrograman mikrokontroler keluarga Atmel AVR. Code Vision AVR© yang digunakan adalah versi 2.03. Code Vision AVR© memiliki fitur Automatic Program Generator yang dapat menyediakan kode inisialisasi fungsi yang akan digunakan seperti inisialisasi ADC, inisialisasi Timer, inisialisasi Port I/O, dan inisialisasi UART. Sehingga dengan adanya Automatic Program Generator ini pengguna cukup mengisikan program pada tempat yang telah disediakan diantara kode program yang telah dihasilkan. Selain itu Code Vision AVR© juga menyediakan terminal yang digunakan untuk komunikasi data serial layaknya hyperterminal. Proses penanaman program ke mikrokontroler dapat dilakukan melalui kabel ISP (In-System Programmer) yang terhubung dengan Port Parallel komputer atau juga bisa melalui Port USB melalui bantuan program AVR Dude. Gambar 3.26 merupakan tampilan software Code Vision AVR© versi 2.03.
Gambar 3.26. Tampilan Code Vision AVR©
3.5.5 Simulink® Simulink® merupakan paket software yang terintegrasi dengan software Matlab® yang digunaakn unutk modelling dan mensimulasikan identifikasi sistem. Dalam tugs akhir ini, Simulink
40
digunakan sebagai software dalam proses pemodelan data dan simulasi hasil pemodelan. 3.6. Perancangan Identifikasi MISO (Multiple Input Single Output) Kecepatan Mesin Mitsubishi 4g63 Proses identifikasi dilakukan dengan pemberian dua buah masukan yaitu sudut pengapian dan durasi injeksi bahan bakar pada plant mitsubishi, kemudian diamati kecepatan mesin yang dihasilkan dengan pemberian masukan tersebut.. Penggambaran proses identifikasi sistem ditunjukan pada Gambar 3.27 Sudut Pengapian (θ)
PLANT Mitsubishi
Kecepatan mesin (RPM)
Durasi injeksi bahan bakar (σ)
Gambar 3.27. Diagram Blok Sistem MISO
3.6.1 Variabel Masukan Seperti yang telah ditunjukan pada diagram blok identifikasi sistem, terdapat 2 masukan yang diberikan pada plant yaitu sudut pengapian (θ) dengan satuan derajat sebelum titik mati atas( deg STMA) , dan durasi injeksi (σ) dengan satuan milisecond (ms). Masukan-masukan ini divariasikan melalui software LABVIEW 7.5© dalam bentuk tegangan, dari nilai tegangan ini kemudian dikonversi oleh mikrokontroler ke dalam satuan derajat dan ms. 3.6.1.1. Data Konversi Sudut Pengapian Masukan tegangan yang diberikan melalui software LABVIEW 7.5© dikonversikan kedalam bentuk sudut pengapian melalui mapping atau pemetaan yang diberikan di dalam mikrokontroler melalui software Code Vision AVR©. Hasil pemetaan tegangan ke sudut pengapian ditunjukan pada Tabel 3.1.
41
Tabel 3.1. Konversi Sudut Pengapian Volt 0,03 0,32 0,62 0,91 1,21 1,5 1,79 2,09 2,38 2,68 2,97 3,26 3,56 3,82
Deg STMA 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Masukan sudut pengapian dibatasi minimal 5 dan maksimal 70, hal ini sesuai dengan batas kemampuan dari mesin yang digunakan. 3.6.1.2. Data Konversi Durasi Injeksi Bahan bakar Nilai durasi injeksi bahan bakar dimasukan melalui software LABVIEW 7.5©, dalam bentuk tegangan dan diknversikan oleh mikrokontroler dalam bentuk waktu durasi. Konversi ini dihitung melalui Persamaan (3.1).
..................................................................... (3.1) Dimana y adalah nilai durasi injeksi dalam milidetiik dan x adalah nilai injeksi dalam tegangan. Nilai pemetaan konversi nilai durasi injeksi tegangan dan dalam ms ditunjukan pada Tabel 3.2. Data pada masukan durasi injeksi juga dibatasi pada batas maskimal dan minimal yang dapat digunakan pada mesin.
42
Tabel 3.2. Konversi Durasi Injeksi Volt 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1 1,05 1,1 1,15 1,2 1,25 1,3
milidetik 3,315 3,57 3,825 4,08 4,335 4,59 4,845 5,1 5,355 5,61 5,865 6,12 6,375 6,63
3.6.2 Variabel Keluaran Sedangkan keluaran yang diamati pada sistem ini adalah kecepatan putaran mesin. Nilai kecepatan mesin ini dibaca melalui sensor induktif dalam bentuk tegangan. kemudian akan dibandingkan dengan masukannya untuk mendapatkan model. 3.7 Pemodelan Gabungan Dalam pemodelan MISO, agar didapatkan hasil yang baik maka harus dicari terlebih dahulu hubungan SISO masing-masing masukan terhadap keluaran. Sehingga hasil akhir dari pemodelan MISO adalah penggabungan dari model SISO-nya. Seperti ditunjukan pada Gambar 3.28. Durasi a. injeksi(Volt)
Gi(s) Kecepatan mesin(Volt)
Sudut pengapian(Volt)
Gp(s)
Gambar 3.28. Diagram Blok Model Gabungan
43
Gi dan Gp masing-masing menyatakan hubungan kecepatan putaran mesin dengan masukan durasi injeksi dan sudut pengapian. Masing –masing model ini kemudian dicari berdasarkan prosedurprosedur tertentu untuk menjamin kevalidan dari proses identifikasi. Berikut prosedur dan tahap yang diperlukan untuk mendapatkan model SISO: Mendapatkan model SISO kecepatan mesin terhadap durasi injeksi (Gi) dibutuhkan langkah-langkah berikut: a). Masukan sudut pengapian dibuat tetap atau konstan pada nilai yang paling optimal, sedangkan masukan durasi injeksi dibuat bervariasi dalam rentang nilai minimal dan maksimalnya,. b).Dilakukan identifikasi secara statis dengan masukan step injeksi untuk mendapatkan waktu respon (T r ) respon kecepatan. c). Melalui persamaan Ts= Tr / N, dengan N=6, didapatkan waktu sampling (Ts ) untuk input PRBS injeksi. d). Dilakukan identifkasi dinamis denganmemberikan input PRBS injeksi dengan software LABVIEW 7.5© pada komponen injeksi. e). Data direkam sampai 1000 iterasi, data yang didapatkan adalah data input PRBS dan respon kecepatan yang keduanya diberikan dalam bentuk tegangan. f). Data di-import ke workspace Matlab® dan dicari fungsi alih kontinyunya menggunakan ARX, dengan orde na=1, nb=1, nk=1 g).Memvalidasi hasil pemodelan dengan memberikan masukan PRBS pada model, respon model dan riil dibandingkan dan dicari RMSE (Root Mean Square Error) h).Dicari model kontinyu dengan kesalahan terkecil, maka model itu yang menjadi model SISO sistem masukan durasi injeksi. Mendapatkan model SISO kecepatan mesin terhadap sudut pengapian (Gp). Dilakukan prosedur yang sama dengan injeksi, tetapi dengan membuat nilai injeksi konstan pada nilai optimalnya, dan nilai dari sudut pengapian divariasikan kemudan diamati respon kecepatan mesin.
44
Latar Belakang
Permasalahan
Batasan Masalah
TUJUAN
TINJAUAN PUSTAKA
Definisi SI engine
Sistem pengapian
Cara kerja SI engine
Distributorless ignition
EFI
Engine Control Unit
Injeksi simultan
DEFINISI SI ENGINE
Cara Kerja SI Engine
Distributorless ignition
EFI
Engine control Unit
Injeksi simultan
Sistem Pengapian
Definisi SI Engine
CARA KERJA SI ENGINE
Distributorless ignition
EFI
Engine control Unit
Injeksi simultan
Sistem Pengapian
Definisi SI Engine
Cara Kerja SI Engine
Distributorless ignition
EFI
Engine control Unit
Injeksi simultan
Sistem Pengapian
Definisi SI Engine
Cara Kerja SI Engine
DistributorlessEngine control Unit ignition
EFI
Injeksi simultan
Sistem Pengapian
Definisi SI Engine
Cara Kerja SI Engine
Distributorless ignition
EFI
Engine control Unit
Injeksi simultan
Sistem pengapian
Definisi SI Engine
Cara Kerja SI Engine
Distributorless Ignition
EFI
Engine control Unit
Injeksi simultan
Sistem Pengapian
Definisi SI Engine
Cara Kerja SI Engine
Distributorless ignition
EFI
Engine Control Unit
Logika Fuzzy
Kontroler Fuzzy
PERANCANGAN SISTEM
Spesifikasi Mesin
Integrasi ECU
Sensor utama mesin
ECU
Aktuator
Hardware Elektronik
SPESIFIKASI MESIN
Integrasi ECU
Sensor utama mesin
ECU
Aktuator
Hardware elektronik
Spesifikasi mesin
SENSOR UTAMA MESIN
Sensor induktif Digunakan untuk mengukur putaran mesin. Sinyal yang dihasilkan sesnor ini berbentuk sinus.
Aktuator
Hardware elektronik TPS (Throttle Position Sensor) Digunakan untuk mengetahui posisi sudut bukaan throttle
MAP (Manifold Absolute Pressure) Digunakan untuk mengukur tekanan udara absolut pada manifold
TDC(Top Dead Center) dan CAS (Crank Angle Sensor) Digunakan untuk mengetahui posisi piston dan posisi sudut dari poros engkol
Integrasi ECU
ECU
Spesifikasi mesin
Sensor utama mesin
AKTUATOR
Hardware elektronik
Idle Speed Motor Control Digunakan untuk mengatur udara yang masuk ke manifold pada kondisi kecepatan idle (kondisi saat throttle valve menutup penuh)
Coil dan Busi Digunakan untuk mengatur terjadinya pengapian
Injektor Digunakan untuk mengatur banyak bahan bakar yang dikonsumsi dan waktu injeksinya
Integrasi ECU
ECU
Spesifikasi mesin
Sensor Utama Mesin
1. Driver Injektor dan pengapian
Integrasi ECU
ECU
Aktuator
HARDWARE ELEKTRONIK
2. Debouncing
Spesifikasi mesin TDC&C AS
MAP
Sensor Utama Mesin
Filter Analog/debou ncing
Aktuator
Hardware Elektronik
A/D Converter
Filter Analog Mikrokontroler (ATMega 8535) Driver Injektor Driver Pengapian Komunikasi Serial
Tx/Rx
Komputer (monitoring)
INTEGRASI ECU
ECU
Injektor Koil dan busi
Spesifikasi mesin
Sensor Utama Mesin
Rangkaian Filter
Hardware Elektronik
Signal Conditioning
Rangkaian Mikro u. injeksi
Integrasi ECU
Aktuator
Rangkaian Mikro u. pengapian
ECU
PEMODELAN DAN PENGUJIAN
Diagram blok model MISO Titik operasi injeksi dan pengapian Identifikasi Statis
Identifikasi Dinamis
DIAGRAM LOOP TERBUKA SISTEM MISO
Delay injeksi(volt)
Gi(s)
Kecepatan mesin(volt) Sudut pengapian(volt)
Gp(s)
TITIK OPERASI
Injeksi Bukaan idle Sudut Pengapian
speed valve
(deg BTDC)
(%)
10
Minimal ms
Efektif
rpm
Maksimal
ms
rpm
ms
rpm
3.57
1066
6.12
804
0
3.315 975.6
10
3.57
984.6 3.825 1039
6.63
776.9
20
3.57
1057 3.825 1093
6.63
722.7
Sudut Pengapian
Bukaan idle Minimal
Efektif
Maksimal
Injeksi
speed valve
(ms)
(%)
deg
rpm
deg
rpm
deg
rpm
0
5
930.4
32
1210
47
894.3
10
5
921.4
38
1210
49
1030
20
5
1084
32
1355
47
1256
4
IDENTIFIKASI STATIS
PEMILIHAN TIME RISE
Sudut Pengapian
Bukaan idle speed valve
Rise Time
(deg BTDC)
(%)
(s)
Minimal (ms)
Maksimal (ms)
32
0
0.97
3.315
6.12
38
10
1.82
3.57
6.63
Injeksi
(ms)
Masukan Step
Bukaan idle Rise ime speed valve (%)
(s)
Masukan Step Minimum
Efektif
(deg)
(deg)
3.57
0
0.35
5
32
3.825
10
0.5
5
38
IDENTIFIKASI DINAMIS
Karakteristik rise time untuk respon kecepatan terhadap waktu injeksi yang berkisar antara 0.97 detik hingga 1.82 detik. •Diambil nilai rise time terbesar yaitu 1.82 detik. •Diperoleh waktu sampling untuk masukan PRBS sebesar Ts = 0.3 detik Karakteristik rise time untuk respon kecepatan terhadap sudut pengapian yang berkisar antara 0.35 detik hingga 0.5 detik. Diambil nilai rise time terbesar yaitu 0.5 detik. Diperoleh waktu sampling untuk masukan PRBS sebesar Ts = 0.08 detik
IDENTIFIKASI DINAMIS INJEKSI
IDENTIFIKASI DINAMIS PENGAPIAN
FUNGSI ALIH DENGAN KESALAHAN TERKECIL No
Idle speed valve
Transfer Function INJEKSI
RMSE
No
Idle speed valve
Transfer Function
RMSE
PENGAPIAN
1
0% 0.06635891
1
0% 0.157347
2
2
10%
10%
0.187748 0.073374358
3
3
20% 0.077885693
20%
0.255467
PERBANDINGAN MODEL ARX DAN RESPON RIIL
Perubahan pengapian saat bukaan idle speed valve 0%
Perubahan injeksi Saat bukaan idle speed valve 0%
KETIDAK PASTIAN PARAMETER Bentuk umum fungsi alih
Sistem Injeksi
Sistem Pengapian
Y (s) U (s)
A SB
PERSAMAAN PARAMETER FUNGSI ALIH Sistem Injeksi Parameter A
2 y 0.0003365 x 0.008735 x 0.758 Parameter B
2 y 0.00074 x 0.0108 x 1.393 Sistem Pengapian Parameter A
2 y 0.000238 x 0.006678 x 0.1069 Parameter B
2 y 0.0000534 x 0.003576 x 0.1788
PENGGABUNGAN MODEL PENGAPIAN DAN INJEKSI
SIMULASI PENGUJIAN MODEL INJEKSI DAN PENGAPIAN TERHADAP RESPON GABUNGAN
Pengujian dengan input: Injeksi= 0.77 volt/ 3.927 ms Sudut pengapian= 0.32 v/ 10 BTDC Bukaan idlle speed valve 0%
KESIMPULAN dan SARAN
Kesimpulan •Didapatkan hasil pemodelan respon putaran terhadap masukan injeksi dan pengapian berorde 1. •Dibutuhkan fungsi pembalik untuk mengkompensasi masukan injeksi sehingga pemodelan dapat mengikuti respon riilnya. •Model yang didapatkan dapat diuji dengan mensimulasikan kontrol PI, dan dapat memenuhi kriteria respon yang diinginkan. Saran •Terdapat kelemahan dalam memodelkan kerja mesin dengan regresi linier didapatkan hasil pemodelan belum sepenuhnya mengikuti ke-non linieritasan dari mesin. •Dalam mendesain kontroler perlu dilakukan penambahan offset kontroler untuk mengkompensasi offset plant akibat fungsi pembalik
