SISTEM PENGAPIAN CDI DENGAN SUDUT PENGAPIAN BERVARIASI UNTUK PENINGKATAN KINERJA MOTOR

SISTEM PENGAPIAN CDI DENGAN SUDUT PENGAPIAN BERVARIASI UNTUK PENINGKATAN KINERJA MOTOR SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Oleh: WELLY NOPI HEALTANTO NIM. I0411041

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2017

Sistem Pengapian CDI dengan Sudut Pengapian Bervariasi untuk Peningkatan Kinerja Motor

Welly Nopi Healtanto Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia E-mail : [email protected] Abstrak Pengoptimalan proses pembakaran pada motor bakar dapat membantu meningkatkan unjuk kerja mesin dan mengurangi penggunaan bahan bakar. Salah satu usaha untuk mengoptimalkan proses pembakaran adalah dengan mengatur sudut pengapian sebaik mungkin. Pengaturan sudut pengapian dapat dengan mudah dilakukan menggunakan CDI (capacitive discharge ignition). Mikrokontroler 32-bit STM32F303VCT6 digunakan untuk membaca putaran mesin dan mengatur sudut pengapian pada CDI baru. Penelitian CDI baru pada sepeda motor Suzuki Satria F150 ini dilakukan dengan membandingkan unjuk kerja CDI baru dengan CDI standar motor. Variasi sudut pengapian CDI baru menggunakan pengapian standar motor, pengapian standar ditambah 2 derajat, 4 derajat, 6 derajat, dan 8 derajat. Hasil penelitian menunjukkan bahwa CDI baru dapat bekerja dengan baik pada sepeda motor Suzuki Satria F150, sehingga CDI baru dapat digunakan untuk mengoptimalkan penggunaan bahan bakar. Pengujian mesin Suzuki Satria F150 dengan menggunakan CDI baru dapat meningkatkan efisiensi termal sebesar 5,38 %, peningkatan torsi sebesar 0,773 N.m, peningkatan daya sebesar 0,731 kW, peningkatan bmep sebesar 66,149 kPa, dan penurunan bsfc sebesar 0,057 Kg/kW.h jika dibandingkan pada saat menggunakan CDI standar. Dari hasil pengujian ini dapat disimpulkan bahwa penggunaan CDI baru dengan mapping sudut pengapian yang tepat dapat meningkatkan efisiensi pembakaran jika dibandingkan dengan menggunakan CDI standar. Kata kunci: CDI, sudut pengapian, unjuk kerja mesin

iv

Capacitor Discharge Ignition (CDI) System with Ignition Angle Variation to Improve The Engine Performance

Welly Nopi Healtanto Mechanical Engineering Department Engineering Faculty of Sebelas Maret University Surakarta, Indonesia E-mail : [email protected]

Abstract Optimized combustion process can improve the engine performance and reduce fuel consumption. Adjusting the ignition angle as good as possible is one method to optimize combustion process. Ignition angle setting can be done easily by using CDI (capacitive discharge ignition). Single chip STM32F303VCT6 32-bit microcontroller is implemented to read the engine speed and control the ignition angle on the new CDI. This research of CDI on Suzuki Satria F150 motorcycle was done by comparing the performance of the new CDI and the old one. The new CDI ignition angle variation using standard ignition angle of motorcycle, standard plus 2 degrees, 4 degrees, 6 degrees, and 8 degrees. The result shows that the new CDI doing well on Suzuki Satria F150, and it can be use to optimize fuel consumption. The performance of new CDI was concluded by comparing it with old CDI of Suzuki Satria F150 motorcycle, with thermal efficiency increase 5,38 %, torque increase 0,773 N.m, power increase 0,731 kW, bmep increase 66,149 kPa, and bsfc reduction 0,0057 Kg/kW.h. From the research result it can be concluded if using the new CDI with the right ignition angle can improve the combustion efficiency if compared to standard CDI Keyword: CDI, ignition angle, engine performance

v

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat melaksanakan dan menyelesaikan Skripsi “Sistem Pengapian CDI dengan Sudut Pengapian Bervariasi untuk Peningkatan Kinerja Motor” ini dengan baik. Skripsi ini disusun guna memenuhi persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta. Dalam penyelesaian skripsi ini tidaklah mungkin dapat terselesaikan tanpa bantuan dari berbagai pihak, baik secara langsung ataupun tidak langsung. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan Skripsi ini, terutama kepada: 1. Bapak Dr. Ir. Agustinus Sujono, M.T., selaku pembimbing I atas bimbingan serta nasihatnya hingga selesainya penulisan skripsi ini. 2. Bapak Dr. Budi Santoso, S.T., M.T., selaku pembimbing II yang senantiasa memberikan arahan, saran, serta bimbingan dalam penyusunan skripsi ini. 3. Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin UNS Surakarta. 4. Bapak, Ibu, kakak dan seluruh keluarga atas doa restu, motivasi dan dukungan material maupun spiritual selama penyelesaian tugas akhir. 5. Kholifatul Barriyah S.T., yang sudah membantu dalam pengerjaan tugas akhir ini. 6. Mas Endriyanto S.T., yang sudah membantu pengerjaan tugas akhir ini. 7. Teman-teman Teknik Mesin 2011 dan seluruh kakak dan adik angkatan teknik mesin UNS. 8. Semua pihak yang telah memberikan bantuan moral dan spiritual hingga terselesaikannya penulisan skripsi ini.

vi

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari sempurna, maka kritik dan saran penulis harapkan untuk kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat berguna bagi ilmu pengetahuan dan kita semua Amin.

Surakarta, Januari 2017

Penulis

vii

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ............................................................................................ HALAMAN SURAT PENUGASAN ................................................................... HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................. HALAMAN ABSTRAK ...................................................................................... KATA PENGANTAR ........................................................................................... DAFTAR ISI ........................................................................................................ DAFTAR TABEL ................................................................................................. DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ DAFTAR NOTASI ............................................................................................... DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................

i ii iii iv vi viii x xi xii xii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang....................................................................................... 1.2 Perumusan Masalah .............................................................................. 1.3 Tujuan dan Manfaat .............................................................................. 1.4 Batasan Masalah ................................................................................... 1.5 Sistematika Penulisan ...........................................................................

1 2 2 2 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka .................................................................................. 2.2 Dasar Teori ........................................................................................... 2.2.1 Motor bensin .............................................................................. 2.2.2 Sistem pengapian motor bensin ................................................. 2.2.3 Koil ............................................................................................ 2.2.4 Busi ............................................................................................ 2.2.5 Sudut pengapian untuk motor bensin ......................................... 2.2.6 CDI dengan sudut pengapian bervariasi .................................... 2.2.7 Pengaruh sudut pengapian terhadap prestasi mesin ...................

4 6 6 8 12 12 13 16 19

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Alat dan Bahan Penelitian ................................................................... 3.2 Diagram Alir Penelitian ....................................................................... 3.3 Tempat Penelitian ................................................................................ 3.4 Prosedur Penelitian .............................................................................. 3.4.1 Perancangan firmware ............................................................... 3.4.2 Perancangan hardware ............................................................... 3.4.3 Pembuatan CDI baru .................................................................. 3.4.4 Pengujian pengaruh sudut pengapian .........................................

21 21 24 24 24 31 35 36

BAB IV DATA DAN ANALISIS 4.1 Data Hasil Pengujian ........................................................................... 4.1.1 Hasil pengujian firmware dan hardware CDI baru ................... 4.1.2 Data hasil pengujian unjuk kerja mesin .................................... 4.2 Perhitungan ..........................................................................................

42 42 47 47

viii

4.2.1 Tekanan efektif rata-rata ........................................................... 4.2.2 Konsumsi bahan bakar spesifik ................................................. 4.2.3 Efisiensi termal ......................................................................... 4.3 Analisis pada Putaran Mesin Berubah ................................................. 4.3.1 Sudut pengapapian .................................................................... 4.3.2 Torsi ........................................................................................... 4.3.3 Daya .......................................................................................... 4.3.4 Tekanan efektif rata-rata ........................................................... 4.3.5 Konsumsi bahan bakar spesifik ................................................. 4.3.6 Efisiensi termal ......................................................................... 4.4 Analisis pada Sudut Pengapian Berubah ............................................. 4.4.1 Torsi ........................................................................................... 4.4.2 Daya ..........................................................................................

47 47 48 49 49 50 52 55 57 58 60 60 61

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan .......................................................................................... 5.2 Saran ....................................................................................................

62 62

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... LAMPIRAN .........................................................................................................

62 64

ix

DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Variasi sudut pengapian ........................................................................ Tabel 3.2 Spesifikasi Dynojet 250i ....................................................................... Tabel 4.1 Hasil perhitungan tingkat error ............................................................. Tabel 4.2 Data hasil perhitungan tekanan efektif rata-rata ................................... Tabel 4.3 Data hasil perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik ........................ Tabel 4.4 Data hasil perhitungan efisiensi termal ................................................

x

38 39 46 47 48 49

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 2.8 Gambar 2.9 Gambar 2.10 Gambar 2.11 Gambar 2.12 Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 3.4 Gambar 3.5 Gambar 3.6 Gambar 3.7 Gambar 3.8 Gambar 3.9 Gambar 3.10 Gambar 3.11 Gambar 3.12 Gambar 3.13 Gambar 3.14 Gambar 3.15 Gambar 3.16 Gambar 3.17 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7 Gambar 4.8 Gambar 4.9 Gambar 4.10 Gambar 4.11 Gambar 4.12 Gambar 4.13 Gambar 4.14 Gambar 4.15

Perhitungan sudut pengapian menggunakan angular timer ......... Kurva sudut pengapian ................................................................. Kurva pengapian pada penelitian Puškár ...................................... Efisiensi termal mesin pada penelitian Priyadarsini, dkk. ............ Prinsip kerja motor bensin 4 langkah ........................................... Skema CDI-AC ............................................................................. Skema CDI-DC ............................................................................. Sinyal input pulser ........................................................................ Penampang koil sepeda motor standar ........................................ Tekanan vs sudut poros engkol dan torsi vs sudut pengapian ...... Posisi penyalaan busi pada motor bensin ..................................... Pengaruh variasi sudut pengapian terhadap brake torque ............ Diagram alir pembuatan dan pengujian CDI programmable ........ Diagram alir program CDI ............................................................ Diagram alir program perhitungan efisiensi dan putaran mesin ... Diagram alir program pembacaan sudut pengapian ..................... Diagram alir program penentuan sudut pengapian ....................... Diagram alir program panjang sinyal SCR ................................... Blok diagram sistem hardware CDI ............................................. Sinyal input pulser Suzuki Satria FU ........................................... Signal conditioning ....................................................................... DC to DC converter ...................................................................... High-power switch ........................................................................ Regulator 3,3 volt ......................................................................... Rangkaian mikrokontroler ............................................................ Skema PCB pada software eagle 7.2.0 ......................................... Blok diagram pengujian ................................................................ Pengukuran sudut pengapian standar ............................................ Dinamometer Dynojet 250i .......................................................... Blok diagram sinyal input CDI ..................................................... Sinyal input CDI ........................................................................... Blok diagram sinyal output CDI ................................................... Sinyal output mikrokontroler ........................................................ Sinyal trigger mosfet DC ke AC ................................................... Sinyal pulsa error .......................................................................... Grafik error CDI ........................................................................... Perhitungan sudut pengapian untuk variasi pengaturan CDI ........ Pengukuran torsi untuk variasi pengaturan CDI ........................... Pengukuran daya untuk variasi pengaturan CDI .......................... Perhitungan bmep untuk variasi pengaturan CDI ......................... Perhitungan bsfc untuk variasi pengaturan CDI ........................... Perhitungan efisiensi termal untuk variasi pengaturan CDI ......... Pengukuran torsi untuk variasi putaran mesin .............................. Pengukuran daya untuk variasi putaran mesin ............................. xi

4 5 5 6 7 9 9 11 12 13 14 15 21 25 28 29 29 30 31 32 33 33 34 34 35 35 36 38 39 42 43 43 44 45 45 46 49 50 52 55 57 58 60 61

DAFTAR NOTASI adv advtim bmep bsfc cnt countin fcpu fscr fsignal f(trans) IC2Value ṁf n no NR

= = = = = = = = = = = = = = =

P period period(trans) period(scr)

= = = =

pickuppos presc presc(ign) presc(trans)

= = = =

presc(scr)

=

QLHV rpm T1 T2 V x x1,x2 y

= = = = = = = =

y1,y2 η ηc ∆T

= = = =

0xFFFF

=

sudut pengapian yang ditentukan jumlah clock counter penghitung sudut pengapian tekanan efektif rata-rata (kPa) konsumsi bahan bakar spesifik (Kg/kW.h) nilai awal counter untuk setiap sudut yang ditentukan jumlah clock dalam satu periode pulsa dari pulser sumber clock mikrokontroler (Hz) frekuensi sinyal gate SCR (Hz) frekuensi sinyal input (Hz) frekuensi tegangan AC / tegangan masuk transformator (Hz) bilangan integer dari perhitungan panjang pulsa PWM input laju aliran massa bahan bakar (Kg/h) putaran mesin (rpm) jumlah overflow jumlah revolusi per siklus (untuk mesin 2 langkah NR =1 dan untuk mesin 4 langkah NR = 2) daya (kW) jumlah clock maksimal sebelum terjadi overflow jumlah clock maksimal sebelum terjadi overflow jumlah clock maksimal sebelum terjadi overflow pada timer sinyal gate SCR besar sudut posisi awal tonjolan pulser diukur dari TMA (45o) pembagi clock mikrokontroler nilai pembagi frekuensi cpu pada ignition timer nilai pembagi frekuensi cpu yang digunakan pada timer pembangkit AC nilai pembagi frekuensi cpu pada timer pembangkit sinyal gate SCR nilai pembakaran bawah (kJ/Kg) putaran mesin per menit hasil perhitungan panjang sinyal high (μs) hasil pengukuran panjang sinyal high (μs) volume langkah (m3) putaran mesin di antara x1 dan x2 yang ditentukan putaran mesin yang tersimpan pada mikrokontroler waktu pengapian dalam derajat di antara y1 dan y2 yang ditentukan, dihitung dari posisi TMA waktu pengapian yang tersimpan pada mikrokontroler efisiensi termal (%) efisiensi pembakaran (0,85) selisih hasil pengukuran dan hasil perhitungan panjang sinyal high (μs) clock maksimal sebelum overflow (16-bit)

xii

DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A 1. Data hasil pengujian unjuk kerja mesin CDI standar ...................................... 2. Data hasil pengujian unjuk kerja mesin CDI baru pengapian standar ............. 3. Data hasil pengujian unjuk kerja mesin CDI baru pengapian +2 .................... 4. Data hasil pengujian unjuk kerja mesin CDI baru pengapian +4 .................... 5. Data hasil pengujian unjuk kerja mesin CDI baru pengapian +6 .................... 6. Data hasil pengujian unjuk kerja mesin CDI baru pengapian +8 ....................

66 66 66 67 67 67

Lampiran B 1. Grafik pengujian torsi daya CDI standar ......................................................... 2. Grafik pengujian torsi daya CDI baru pengapian standar ............................... 3. Grafik pengujian torsi daya CDI baru pengapian +2 ....................................... 4. Grafik pengujian torsi daya CDI baru pengapian +4 ....................................... 5. Grafik pengujian torsi daya CDI baru pengapian +6 ....................................... 6. Grafik pengujian torsi daya CDI baru pengapian +8 ....................................... 7. Grafik pengujian torsi daya semua variasi pengaturan ....................................

68 69 70 71 72 73 74

Lampiran C 1. Program main.c ................................................................................................ 2. Program pwm_input.c ...................................................................................... 3. Program usart.c ................................................................................................ 4. Program led.c ...................................................................................................

75 77 80 81

xiii