SKRIPSI
PENGARUH VARIASI TEKANAN PADA INTAKE MANIFOLD TERHADAP PERFORMANCE MESIN 1500 CC
OLEH : I PUTU KRISNA NARA KUSUMA NIM : 1219351016
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK PROGRAM NON REGULER UNIVERSITAS UDAYANA 2015
dd
i
dd ii
ABSTRAK Tekanan intake manifold berpengaruh terhadap performance yang dihasilkan. Hal ini disebabkan karena tekanan intake manifold sangat menentukan takaran campuran bahan bakar dan udara. Untuk mendapatkan campuran udara dan bahan bakar yang ideal, maka injektor harus menginjeksikan bahan bakar sesuai dengan jumlah udara yang masuk. Injektor menginjeksikan bahan bakar dengan cara mengatur waktu atau lamanya pembukaan injektor. Karena yang diatur adalah waktu pembukaan injektor maka jumlah udara yang masuk menentukan campuran udara dan bahan bakar. Karena tekanan intake manifold menentukan takaran campuran udara dan bahan bakar maka tekanan intake manifold berpengaruh terhadap peformance. Performance yang dimaksud adalah emisi yang dihasilkan, seperti CO, CO2, O2 dan HC. Emisi yang dihasilkan tersebut sangat berbahaya bagi kesehatan. Berdasarkan permasalahan tersebut, maka penulis melakukan penelitian yang berjudul “Pengaruh Variasi Tekanan Pada Intake Manifold Terhadap Performance mesin 1500 cc “. Penelitian ini membahas pengaruh variasi tekanan intake manifold terhadap performance mesin 1500 cc. Penelitian dilakukan dengan memvariasikan tekanan pada intake manifold yaitu pada tekanan 27 kPa, 29 kPa, 31 kPa, 33 kPa dan 34 kPa. Penelitian dilakukan untuk mengetahui performance pada masingmasing tekanan tersebut. Hasil penelitian menunjukkan bahwa variasi tekanan intake manifold berpengaruh tehadap performance yang dihasilkan. Semakin besar tekanan intake manifold menghasilkan gas CO, HC, CO2 yang semakin kecil dan O2 yang semakin besar. Berdasarkan hasil penelitian, dapat diketahui bahwa tekanan intake manifold yang paling baik digunakan sesuai dengan emisi yang dihasilkan berada pada tekanan intake 33 kPa. Kata kunci : Tekanan, Intake Manifold, Performance Mesin.
iii
ABSTRACT Intake manifold pressure affect the performance generated. This is because the intake manifold pressure will determine the dose of a mixture of fuel and air. To get the mixture of air and fuel is ideal, it must inject fuel injector in accordance with the amount of incoming air. Injectors inject fuel by regulating the injector opening time or duration. Because the set is the injector opening time then determines the amount of air that enters the air and fuel mixture. Because the intake manifold pressure determine the dose of a mixture of air and fuel, the intake manifold pressure affect the peformance. Performance in question is the resulting emissions, such as CO, CO2, O2 and HC. The resulting emissions are very harmful to health. Based on these problems, the authors conducted a study entitled "The Effect of Variations in Intake Manifold Pressure on Performance Against the 1500 cc engine". This study discusses the effect of variations in the intake manifold pressure on performance 1500 cc engine. The study was conducted by varying the pressure in the intake manifold is at a pressure of 27 kPa, 29 kPa, 31 kPa, 33 kPa and 34 kPa. The study was conducted to determine the performance on each of these pressures. The results showed that the intake manifold pressure variations influence the performance generated. The greater of intake manifold pressure, are getting smaller to produce CO, HC, CO2 and increases O2. Based on this research, it is known that the intake manifold pressure that is best used in accordance with the resulting emissions are on the intake pressure of 33 kPa. Keywords: Pressure, Intake Manifold, Performance Machine
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Pengaruh Variasi Tekanan Pada Intake manifold Terhadap Performance Mesin 1500 CC ” Dalam penyusunan skripsi ini peulis tidak sedikit mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih yang sebesarbesarnya kepada: 1. Prof. I Nyoman Suprapta Winaya, ST, MAsc, Ph.D selaku Ketua Jurusan
Teknik Mesin Fakultas Teknik Unversitas Udayana. 2. I Gusti Ketut Sukadana, ST, MT selaku dosen pembimbing I dalam penulisan proposal skripsi ini. 3. Ir. Hendra Wijaksana, Msc selaku dosen pembimbing II dalam penulisan proposal skripsi ini. 4. Si Putu Gede Gunawan Tista ST, MT selaku koordinator Skripsi Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Unversitas Udayana. 5. I Ketut Adi Atmiaka, ST, MT selaku Dosen Pembimbing Akademik. 6. Bapak/Ibu dosen serta staf pegawai Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Udayana. 7. Teman-teman Jurusan Teknik Mesin Universitas Udayana, dan semua
pihak yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi. Penulis menyadari bahwa Skripsi ini tentu jauh dari kesempurnaan, mengingat keterbatasan pengetahuan dan refrensi yang penulis miliki.oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya konstruktif sangat penulis harapkan dari berbagai pihak. Sekali lagi penulis mengucapkan banyak terima kasih dan penulis mohon maaf apabila ada kekurangan ataupun kesalahan dalam penulisan skripsi ini.
Denpasar, Juni 2015
Penuli
v
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ....................................................................................... i LEMBAR PERSETUJUAN ...................................................................................... ii ABSTRAK .................................................................................................................. iii ABSTRACT ................................................................................................................ iv KATA PENGANTAR ............................................................................................... v DAFTAR ISI .............................................................................................................. vi DAFTAR GAMBAR ................................................................................................. ix DAFTAR TABEL ...................................................................................................... x DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................................. xi
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ............................................................................................. 1 1.2 Rumusan Masalah ........................................................................................ 2 1.3 Tujuan Penilitian .......................................................................................... 3 1.4 Batasan Masalah ........................................................................................... 3 1.5 Manfaat Penelitian ....................................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Penelitian Terdahulu .................................................................................... 4 2.2 Pengertian motor bakar ................................................................................. 5 2.3 Prinsip kerja motor bensin 4 langkah ............................................................ 6 2.3.1 Langkah Isap ..................................................................................... 6 2.3.2 Langkah Kompresi ............................................................................ 6 2.3.3 Langkah Usaha .................................................................................. 7 2.3.4 Langkah Buang ................................................................................ 7 2.4 Diagram P.V Siklus Ideal Motor Bensin 4 Langkah..................................... 8 2.5 Prinsip EPI ................................................................................................... 8 2.5.1 Air Induction System ............................................................................. 9 2.5.2 Fuel Delivery System ............................................................................ 10
vi
2.5.3 Electric Control System ........................................................................ 14 2.6 Emmision Control System ............................................................................. 17 2.7 Emisi Gas Buang .......................................................................................... 20 2.7.1 Karbon Monoksida................................................................................ 21 2.7.2 Hidro Carbon ........................................................................................ 21 2.7.3 Karbon Dioksida ................................................................................... 22 2.7.4 Nitrogen Nox ........................................................................................ 22 2.8 Nilai Gas Buang............................................................................................ 24
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Jenis Penelitian ............................................................................................. 26 3.2 Tempat dan Lokasi Penelitian ....................................................................... 26 3.3 Obyek Penelitian ........................................................................................... 26 3.4 Instrumen Penelitian ..................................................................................... 26 3.4.1 Peralatan yang Digunakan ................................................................. 26 3.4.2 Mekanisme Pengukuran Intake Manifold ......................................... 30 3.5 Teknik Pengumpulan Data ........................................................................... 31 3.6 Analisa Data ................................................................................................. 31` 3.7 Diagram Alir Penelitian ............................................................................... 31 3.8 Jadwal Pelaksanaan Penelitian ...................................................................... 33
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Hasil Penelitian .................................................................................... 34 4.2 Pembahasan Penelitian ................................................................................. 36 4.3 Analisa Grafik............................................................................................... 38 4.3.1 Analisa CO ............................................................................................ 38 4.3.2 Analisa CO2 .......................................................................................... 39 4.3.3 Analisa HC ............................................................................................ 40 4.3.4 Analisa O2 ............................................................................................. 41
vii
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ................................................................................................... 43 5.2 Saran ............................................................................................................. 43
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ 45 LAMPIRAN SURAT PERNYATAAN SK PEMBIMBING
viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Bagan Kerja Motor Bensin 4 Langkah ................................................... 7 Gambar 2.2 Diagram P.V Motor Bensin 4 Langkah .................................................. 8 Gambar 2.3 Air Induction System ............................................................................... 9 Gambar 2.4 Fuel Delivery System ............................................................................... 10 Gambar 2.5 Fuel Pump ............................................................................................... 11 Gambar 2.6 Fuel Filter ............................................................................................... 12 Gambar 2.7 Fuel Pressure Regulator ......................................................................... 12 Gambar 2.8 Injektor .................................................................................................... 13 Gambar 2.9 Konstruksi Dasar EPI .............................................................................. 18 Gambar 2.10 Basic Injection ....................................................................................... 19 Gambar 2.11 Grafik Kadar CO ................................................................................... 21 Gambar 2.12 Grafik Kadar HC ................................................................................... 22 Gambar 2.13 Grafik Kadar Nox .................................................................................. 23 Gambar 3.1 Kendaraan Jenis APV............................................................................... 27 Gambar 3.2 Vakum Gauge ........................................................................................... 28 Gambar 3.3 Gas Analizer ............................................................................................. 29 Gambar 3.4 SDT .......................................................................................................... 30 Gambar 3.5 Air induction System................................................................................. 30 Gambar 3.6 Diagram Penelitian ................................................................................... 32 Gambar 4.1 Grafik Analisa Emisi ................................................................................ 37 Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Gas CO .................................................................. 38 Gambar 4.3 Grafik Analisa Emisi Gas CO 2 ................................................................. 39 Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Emisi Gas HC ........................................................ 40 Gambar 4.5 Grafik Analisi Emisi Gas O2 .................................................................... 41
ix
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Nilai Gas Buang Pada Kendaraan Suzuki APV ........................................... 24 Tabel 2.2 Standar Emisi Gas Buang ............................................................................ 25 Tabel 3.1 Spesifikasi Kendaraan Suzuki APV ............................................................ 27 Tabel 3.2 Jadwal Pelaksanaan Penelitian .................................................................... 33 Tabel 4.1 Hasil Penelitian Gas Buang.......................................................................... 34 Tabel 4.2 Data Rata-rata Hasil Penelitian .................................................................... 36
x
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Data Penelitian ......................................................................................... 44 Lampiran 2. Foto Penelitian ......................................................................................... 47
xi
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Perkembangan teknologi yang semakin cepat mendorong manusia untuk mempelajari ilmu pengetahuan dan teknologi. Dalam dunia otomotif, khususnya pada mobil, dikenal berbagai macam sistem yang digunakan. Sistem-sistem ini bekerja saling mendukung antara satu dengan yang lainnya, sehingga apabila salah satu dari sistem tersebut mengalami kerusakan maka fungsi dari sistem tidak dapat bekerja. Memasuki era global yang serba praktis, perkembangan ilmu pengetahuan sangat pesat terutama di bidang IPTEK. Teknologi otomotif merupakan salah satu teknologi yang selalu mengikuti perkembangan zaman. Perkembangan dunia otomotif terletak pada tiga hal yaitu kenyamanan, keamanan, dan ramah lingkungan. Suatu mobil dapat dikatakan baik bila dalam pemakaianya dapat memberikan rasa nyaman dan aman, serta ramah terhadap lingkungan sekitar. Mobil secara keseluruhan didukung oleh beberapa sistem, namun secara garis besar dapat dikelompokkan menjadi : engine (mesin), electrical system (sistem kelistrikan), body, chasis, dan power train (pemindah daya). Bagian pertama yaitu engine dapat dibagi menjadi beberapa sistem yang diantaranya adalah: sistem bahan bakar, sistem pengapian, sistem pelumasan, sistem pendingin, sistem kelistrikan, dan yang utama adalah sistem mekanik dari engine itu sendiri. Dari beberapa sistem tersebut, sekarang ini sistem bahan bakar mengalami kemajuan yang sangat pesat sekali dimana sistem karburator yang mulai ditinggalkan dan diganti dengan sistem injeksi. Sistem injeksi ada beberapa macam yang secara umum disebut EFI (Electric Fuel Injection) atau EPI (Electronic Petrolium Injection), yang mana menurut prosedurnya mempunyai beberapa keuntungan, diantaranya:
2
menyempurnakan atomisasi, distribusi bahan bakar yang lebih baik, lebih irit, emisi gas buang rendah, dan tenaga mesin meningkat. Dari beberapa keuntungan tersebut, faktor variasi tekanan dan putaran mesin sangat menentukan takaran campuran udara dan bahan bakar, yang mempengaruhi kualitas proses pembakaran di dalam ruang bakar, sehingga berpengaruh pula terhadap tenaga dan gas buang dalam hal ini emisi yang dihasilkan (CO, CO2, NOx, HC). Dimana emisi yang dihasilkan tersebut cukup berbahaya terhadap kesehatan. CO (karbon monoksida) dapat mengakibatkan konsentrasi unsur darah berkurang. Racun karbon monoksida dapat menyebabkan kelumpuhan otot, gangguan-gangguan pendengaranan penglihatan. HC (hidro carbon) dapat mengakibatkan sakit kanker. NOx dikenal melalui ikatan antara Nitrogen (N) dengan sejumlah atom oksigen tertentu (Ox). Dalam atmosfir nitrogen dioksida membentuk senyawa (HNO 3) yang akhirnya dapat menimbulkan hujan asam. Bila nitrogen dioksida dihirup, maka dapat mengakibatkan gangguan fungsi paru-paru (pernapasan). Zat-zat emisi gas buang tersebut pada dasarnya ditentukan dari komposisi campuran bahan bakar dan udara serta saat penyalaan. Jumlah bahan bakar yang masuk ke ruang bakar sangat ditentukan oleh besarnya tekanan yang terjadi di ruang bakar. Untuk dapat mengetahui pengaruh variasi tekanan terhadap emisi gas buang kendaraan bermotor yang berupa CO, CO2, HC, maka penulis akan melakukan penelitian
pengaruh variasi tekanan pada intake manifold terhadap performance
mesin 1500 cc.. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang di atas yang menjadi permasalahan adalah: Bagaimana pengaruh variasi tekanan pada intake manifold terhadap performance mesin 1500 cc?
3
1.3 Tujuan Adapun tujuan dari penelitian ini adalah: a) Penulis dapat mengetaui pengaruh variasi tekanan pada intake manifold berpengaruh terhadap performance yang dihasilkan. b) Penulis dapat mengetahui dampak yang ditimbulkan bila sistem pembakaran tidak bekerja dengan optimal.
1.4 Batasan Masalah Demi terarahnya penelitian ini, maka penulis
membatasi
masalah
pada
penelitian ini: a) Hanya
pada pengaruh variasi tekanan pada intake manifold
pada mesin
1500cc. b) Pengambilan data diasumsikan pada kondisi steady state. c) Pengujian pada kondisi kendaraan diam. d) Performance yang dimaksud adalah emisi gas buang.
1.5 Manfaat Penelitian Adapun manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah sebagai berikut: a) Penulis ingin menerapkan dan mengaplikasikan ilmu yang penulis dapatkan selama mengikuti perkuliahan di Universitas Udayana. b) Penulis ingin mengetahui dan mempelajari cara kerja dari sistem bahan bakar terutama sistem bahan bakar injeksi. c) Sebagai salah satu persyaratan dalam menyelesaikan perkuliahan di Universitas Udayana.
4
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Peneliti Terdahulu Wardika (2007) telah melakukan penelitian dengan objek penelitian mesin dengan volume silinder 1500 cc dengan sistem injeksi. Latar belakang penelitian yang dilakukannya adalah untuk mengetahui dan menganalisa pengaruh variasi tekanan bahan bakar terhadap emisi yang dihasilkan. Obyek penelitiannya yaitu tekanan bahan bakar. Tekanan bahan bakar yang divariasikan yaitu pada tekanan 1.6, 2.0, 2.4, 2.8, 3.2 kg/ cm2 pada putaran mesin 2000 rpm. Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, didapat tekanan bahan bakar 2.4 kg/ cm 2 merupakan tekanan bahan bakar yang paling baik digunakan pada kendaraan Suzuki APV, karena pada tekanan tersebut menghasilkan emisi yang masih dalam batas spesifikasi standar, serta menghasilkan CO2 yang paling tinggi tetapi nilai CO, HC dan O2 yang paling rendah. Juni (2006) telah melakukan penelitian dengan objek penelitian mesin dengan volume silinder 1500 cc dengan sistem injeksi. Latar belakang penelitian yang dilakukannya adalah untuk mengetahui dan menganalisa pengaruh lamda terhadap emisi yang dihasilkan. Pada penelitian ini yang dijadikan obyek yaitu memvariasikan lamda pada 0.80, 0.90, 0.95, 1.00, 1.05, 0.10 pada putaran mesin idle/ stationer (750 rpm). Dari hasil penelitian, lamda sebesar 0.90 sampai 1.00 menghasilkan kadar emisi gas buang yang masih dalam standar yang digunakan pada kendaraan Suzuki APV yaitu CO sebesar 2.43% vol (pada lamda 0.95) sampai dengan 1.12% vol (pada lamda 1.00) yang nilai standarnya 1.5 ± 1% vol ( 0.5 - 2.5% vol) dan masih dalam batas spesifikasi. CO2 sebesar 13.70% vol (pada lamda 0.90) sampai dengan 14.37 % vol (pada lamda 1.00) yang nilai standarnya minimal 12% vol. HC sebesar 334.00 ppm (pada lamda 0.95) sampai dengan 286.00 ppm (pada lamda 1.00). Agus (2007), melakukan penelitian dengan objek penelitian mesin dengan volume silinder 1500 cc dengan sistem karburator dan sistem injeksi. Latar belakang dari penelitian yang dilakukannya adalah untuk mengetahui perbandingan emisi antara
5
engine dengan system karburator dengan system injeksi dengan beban system transmisi. Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, semakin tinggi putaran mesin dan beban system transmisi akan menghasilkan CO dan HC yang menurun, CO 2 dan O2 yang semakin besar. Dan system injeksimenghasilkan emisi CO dan HC yang lebih kecil, CO2 dan O2 yang lebih besar bila dibandingkan dengan system karburator.
2.2 Pengertian Motor Bakar Motor bakar adalah salah satu motor penggerak mula yang sering disebut sebagai Mesin Kalor, yaitu mesin yang mengubah energi thermal menjadi energi mekanik. Energi itu sendiri diperoleh dari proses pembakaran. Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal ini, maka mesin kalor dapat dibagi menjadi dua golongan, yaitu mesin pembakaran luar dan mesin pembakaran dalam. Mesin pembakaran luar proses pembakarannya terjadi di luar mesin, energi thermal dari hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja melalui beberapa dinding pemisah, contohnya disini adalah mesin uap. Mesin pembakaran dalam adalah mesin yang mana proses pembakarannya terjadi di dalam mesin itu sendiri, sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai benda kerja, umumnya dikenal dengan nama motor bakar. Dalam kelompok ini terdapat motor bakar torak, sistem turbin gas dan propulsi pancar gas. Motor bakar torak menggunakan satu atau lebih silinder, yang didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik). Di dalam silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan oksigen dari udara. Energi yang dihasilkan dari proses tersebut mampu menggerakkan torak yang oleh batang penghubung dihubungkan dengan poros engkol. Gerak translasi torak tadi menyebabkan gerak rotasi pada poros engkol dan demikian sebaliknya. Pada motor bakar tidak terdapat proses perpindahan kalor dari gas pembakaran ke fluida kerja. Oleh sebab itu jenis mesin ini jumlah komponennya lebih sedikit dari pada komponen mesin pembakaran luar, seperti mesin uap. Motor bakar torak juga
6
dapat dibagi lagi menjadi dua jenis yaitu: motor bensin dan motor diesel. Perbedaan yang pertama terletak pada sistem penyalaannya, kedua dari jenis bahan bakarnya, ketiga dari siklusnya. Bahan bakar pada motor bensin dinyalakan oleh loncatan api listrik diantara dua elektrode busi. Karena itu motor bensin juga dinamai Spark Ignition Engines. Dalam motor diesel terjadi proses penyalaan sendiri, yaitu karena bahan bakar disemprotkan ke dalam silinder yang berisi udara yang bertemperatur dan bertekanan tinggi, sebab itu mesin diesel dinamakan mesin Comprossion Ignition Engines. (Aris Munandar , 1994).
2.3 Prinsip Kerja Motor Bensin 4 Langkah Motor 4 (empat) langkah adalah mesin pembakaran dalam yang dalam satu kali siklus pembakaran akan mengalami empat langkah piston. Pada motor 4 langkah, untuk satu siklus kerja secara lengkap torak harus melakukan 4 langkah kerja, dimana empat langkah tersebut adalah langkah isap, langkah kompresi, langkah usaha dan langkah buang. Langkah torak tersebut ditunjukkan pada gambar 2.1. 2.3.1
Langkah isap Pada langkah isap, campuran udara dan bahan bahar dihisap masuk ke dalam
silinder. Hal ini terjadi karena gerak piston dari TMA ke TMB yang mengakibatkan kevakuman di atas torak. Selama langkah ini katup isap terbuka dan katup buang tertutup. 2.3.2 Langkah kompresi Pada tahap ini, campuran udara dan bahan bakar tersebut dikompresikan oleh torak dengan gerakannya dari TMB ke TMA. Selama langkah ini berlangsung, semua katup baik itu isap maupun katup buang tertutup. Akibat dari kompresi ini, tekanan dan temperatur campuran bahan bakar tadi menjadi meningkat. Sesaat sebelum mencapai TMA busi memercikkan bunga api listrik untuk membakar campuran bahan bakar dan udara. Pembakaran ini disertai dengan lonjakan tekanan di ruang bakar. Tekanan ini mampu mendorong torak bergerak turun dari TMA ke TMB.
7
2.3.3 Langkah usaha Sementara itu, kedua katup masih tertutup. Torak mulai bergerak dari TMA ke TMB sebagai akibat dari dorongan yang dihasilkan dari ledakan pembakaran. Gerakan translasi batang torak ini mengakibatkan terjadinya gerakan rotasi yang terjadi di poros engkol. Pada saat inilah terjadi proses langkah tenaga atau langkah ekspansi. Dimana volume gas pembakaran di dalam silinder bertambah besar dan tekanan menurun. Sementara itu kedua katup masih tertutup. 2.3.4 Langkah buang Sesaat sebelum torak telah mencapai TMB, katup buang sudah terbuka sedangkan katup isap tertutup. Torak bergerak kembali ke TMA mendesak gas pembakaran keluar dari dalam silinder melalui saluran buang. Proses pengeluaran gas pembakaran ini disebut langkah buang. Setelah langkah buang selesai dimulai lagi dari langkah isap dan seterusnya. Satu siklus dikatakan lengkap apabila keempat langkah itu terlaksana yaitu langkah isap, langkah tekan (kompresi), langkah tenaga dan langkah buang.
Gambar 2.1 Bagan Kerja Proses Motor Bensin 4 Langkah
8
2.4 Diagram P.V Siklus Ideal Motor Bensin 4 Langkah
Gambar 2.2 Diagram P V Motor Bensin 4 Langkah (Sumber : Aris Munandar, 1994) Adapun proses terdiri dari : Proses 0
-
1 Proses langlah isap.
Proses 1
-
2 Langkah kompresi adiabatikreversible (isentropik).
Proses 2
-
3 Proses pembakaran pada volume konstan.
Proses 3
-
4 Langkah kerja (langkah expansi, adiabatik, reversible).
Proses 4
-
1 Proses pembuangan kalor pada volume konstan.
Proses 1
-
0 Proses buang pada tekanan konstan.
9
2.5 Prinsip EPI (Electric Petrol Injection) System electronic petrol injection atau bisa disebut electric fuel injection merupakan perkembangan dari system sebelumnya yaitu karburator. Pada system EPI banyaknya bahan bakar yang disemprotkan harus sebanding dengan jumlah udara masuk ke dalam silinder. Semakin banyak udara yang mengalir masuk ke dalam silinder, maka bahan bakar harus semakin banyak disemprotkan dan begitu juga sebaliknya. Pada dasarnya sistem ini dibagi kedalam 3 sub sistem yaitu : 2.5.1
Air Induction System Air induction system berfungsi untuk mengontrol udara yang masuk ke dalam
mesin, seperti ditunjukkan pada gambar 2.3. Komponen utamanya adalah: air cleaner, air cleaner hose, throttle body, idle air control, intake manifold, dan juga beberapa sensor sebagai input ke ECM diantaranya: intake air temperature sensor (IATS), manifold absolute pressure sensor (MAPS), dan throttle position sensor (TPS).
z
Gambar 2.3 Air Induction System (Sumber : Tex Book EPI, 2004)
10
Keterangan Gambar : 1.
Air cleaner
7. Intake manifold
2.
IAT sensor
8. Cylinder head
3.
Air cleaner outlet hose
9. Exhaust manifold
4.
Throttle body
10. Air flow
5.
Throttle valve
11. MAP sensor
6.
IAC valve
12. Engine coolant
2.5.2
Fuel Delivery System Sistem aliran bahan bakar terdiri dari: fuel tank, fuel pump, fuel filter, fuel
pressure regulator delivery pipe, dan fuel injector. Bahan bakar dari fuel tank dipompa oleh fuel pump, disaring oleh fuel filter dan dialirkan kesetiap injector melalui delivery pipe, seperti pada gambar 2.4. Bahan bakar yang diinjeksilan ke intake manifold dikontrol oleh ECM (Engine Control Module) untuk menentukan lamanya injector menginjeksikan bahan bakar. Kualitas penginjeksian bahan bakar juga dipengaruhi oleh tekanan bahan bakar dan kevakuman di intake manifold. Untuk itu aliran bahan bakar dari fuel tank sampai dengan injector dikontrol oleh fuel pressure regulator sehingga diperoleh penginjeksian bahan bakar yang sesuai dengan kebutuhan engine diberbagai kondisi kerja. Bahan bakar yang dialirkan fuel pressure regulator kembali ke fuel tank melalui fuel return pipe.
11
Gambar 2.4 Fuel Delivery System (Sumber : Tex Book EPI, 2004)
Perbedaan paling mendasar antara sistem karburator denga sistem injeksi pada suplai sistem bahan bakar adalah bahwa pada sistem injeksi suplai bahan bakar dari tangki bensin ke ruang bakar dikontrol secara elektronik oleh ECM, sedangkan pada sistem karburator suplai bensin dari tangki ke ruang bakar masih dikontrol oleh kunci kontak. Adapun komponen utama Fuel delivery system : a) Fuel Pump Gambar 2.5 menunjukkan fuel pump semua tipe mesin dengan injeksi, penempataan pompa bensin selalu ada di dalam tangki bensin. Tipe yang digunakan adalah elektrik dengan motor listrik. Pompa terdiri dari motor, pompa itu sendiri, check valve, relief valve, dan filter yang diletakkan disaluran masuk pompa.
12
Gambar 2.5 Fuel Pump (Sumber : Tex Book EPI, 2004)
b) Fuel Filter Fuel filter berfungsi untuk menyaring kotoran-kotoran dan partikel asing lainnya dari bensin supaya tidak masuk ke injector (gambar 2.6). Fuel filter dipasang pada saluran tekanan tinggi dari fuel pump. Fuel filter ada yang diletakkan di luar tangki bensin, ada juga yang diletakkan di dalam tangki bensin.
Gambar 2.6 Fuel filter (Sumber : Tex Book EPI, 2004)
13
c) Fuel Pressure Regulator Gambar 2.7. menunjukkan fuel pressure regulator yang berfungsi mengatur tekanan bensin yang ke injectors. Jumlah bahan bakar yang disemprotkan oleh injectors ditentukan oleh waktu pembukaan injector (injector time) yang diatur oleh ECM, oleh karena itu tekanan yang tetap pada injector harus dipertahankan 2,2 sampai dengan 2,6 kg/cm2.
Gambaar 2.7 Fuel Pressure Regulator (Sumber : Tex Book EPI, 2004) Cara kerja Fuel Pressure Regulator : Tekanan bahan bakar dari delivery pipe menekan diaphragm, membuka valve, sehingga bahan bakar kembali ke tangki melalui pipa pengembali. Jumlah bahan bakar yang kembali ditentukan oleh tingkat ketegangan pegas diaphragm, variasi tekanan bahan bakar sesuai dengan jumlah bahan bakar yang kembali. Isapan dari intake manifold yang dihubungkan pada bagian sisi diaphragm spring melemahkan tegangan pegas, menambah jumlah kembalinya bahan bakar dan menurunkan tekanan bahan bakar. Dengan demikian bila isapan dari intake manifold besar maka tekanan bahan bakar akan menurun, demikian sebaliknya.
14
d) Injector Injector adalah nozzle elektromegnet yang bekerjanya dikontrol oleh ECM untuk menginjeksikan bensin ke intake manifold. Injector seperti pada gambar 2.8 dipasang di ujung intake manifold dekat dengan intake port (lubang pemasukan) dan dijamin oleh delivery pipe.
Gambar 2.8 Injector (Sumber : Tex Book EPI, 2004)
Cara kerjanya : Bila signal dari ECM diterima oleh coil solenoid, maka plunger akan tertarik melawan kekuatan pegas. Karena needle valve dan plunger merupakan satu unit, valve juga akan tertarik dari dudukan dan bensin akan disemprotkan selama katup terbuka. Pengaturan banyak sedikitnya bensin yang disemprotkan sesuai dengan lamanya signal dari ECM (lamanya katup terbuka), karena langkah needle valve tertutup.
2.5.3
Electronic Control System
Electronic control system terdiri dari : a)
ECM (Electronic Control Module)
15
ECM mengontrol sistem berdasarkan signal dari setiap sensor. Dimana ECM terdiri dari micro computer, A/D (analog/ digitall) converter, I/O (input/ output) unit. Secara keseluruhan kelengkapan ECM ini di bawah kontrol sistem elektronik yang berfungsi tidak hanya mengontrol fuel injector, IAC valve, fuel pump relay, tetapi juga untuk mendiagnosa masalah-masalah pada sistem electronic petrol injection dan fungsi-fungsi yang lain. b)
Sensor-sensor yang mengontrol kondisi mesin dan kecepatan kendaraan/ pengandaraan. Sensor-sensor tersebut diantaranya :
Intake Air Temperature (IAT) Sensor temperature udara masuk ini biasa terpasang pada air cleaner atau hose antara air cleaner dengan throttle body. Sensor temperatur udara masuk ini berupa thermistor dengan bahan semi konduktor yang mempunyai sifat semakin panas temperatur maka nilai tahanan semakin kecil. Ada 2 kabel pada IAT yang keduanya dari ECM. ECM akan menyuplai tegangan sebesar 5 volt dan member ground untuk sensor. Karena nilai tahanan pada sensor bervariasi akibat perubahan temperatur maka tegangan yang mengalir dari ECM juga akan bervariasi. Variasi tegangan inilah yang dijadikan dasar bagi ECM untuk menentukan temperatur udara masuk yang tepat sebagai input bagi ECM untuk menentukan koreksi jumlah bensin yang disemprotkan oleh injector.
Throttle Position Sensor (TPS) Berfungsi mendeteksi sudut pembukaan throttle valve, TPS dihubungkan langsung dengan sumbu throttle valve, sehingga jika throttle valve bergerak, maka TPS akan mendeteksi perubahan pembukaan throttle valve, selanjutnya dengan menggunakan tahanan geser perubahan tahanan ini dikirim ke ECM sebagai input untuk koreksi rasio udara dan bensin.
Manifold Absolute Pressue (MAP)
16
MAP sensor berfungsi untuk mensensor tekanan-tekanan intake manifold sebagai dasar perhitungan jumlah udara yang masuk, IC (integrated circuit) yang terdapat di dalam sensor ini. MAP menghasilkan sinyal tegangan yang segera dikirim ke ECM. Oleh ECM sinyal tegangan ini digunakan untuk menentukan basic injection time. MAP terdiri dari semi konduktor type pressure converting element yang berfungsi merubah flaktuasi tekanan manifold menjadi perubahan tegangan dan IC yang memperkuat perubahan tegangan.
Engine Cooling Temperature Sensor (ECTS) ECTS berfungsi mendeteksi temperatur air pendingin mesin sebagai input ECM untuk mengoreksi besarnya penginjeksian bensin pada injector. ECTS juga berfungsi sebagai control temperatur air pendingin mesin kepada pengemudi melalui temperature gauge pada instrument panel.
Vehicle Speed Sensor (VSS) Sensor ini dipasang pada transmisi dan digerakkan oleh driver gear poros output. Jenis VSS yang digunakan adalah tipe MRE (Magnetic Resistance Element). Signal yang dihasilkan oleh VSS berupa gelombang bolak-balik, oleh komporator (yang terdapat di speed sensor pada panel instrumen) gelombang bolak-balik tersebut dirubah menjadi signal digital yang kemudian dikirim ke ECM.
Camshaft Position Sensor (CMPS) CMPS terdiri dari komponen elektronik yang terdapat di dalam sensor case dan tidak dapat distel maupun diperbaiki, sensor ini mendeteksi posisi piston pada langkah kompresi, melalui putaran signal motor yang diputar langsung oleh camshaft, untuk mengetahui posisi pembukaan dan penutupan intake dan exhaust valve. Signal digital dari CMPS ini, oleh ECM digunakan untuk memproses kerja dari sistem EPI bersama-sama dengan signal dari CKPS.
Crankshaft Position Sensor (CKPS)
17
CKPS digunakan sebagai sensor utama untuk mendeteksi putaran mesin, output signal dari CKPS dikirim ke ECM untuk menentukan besarnya basic injaction volume. Selain digunakan untuk mendeteksi putaran mesin, CKPS juga digunakan sebagai sensor utama sistem pengapian. Output signal dari CKPS digunakan ECM untuk menentukan ignition timing. c)
Sistem pengontrol (controller), diantaranya :
Fuel injection control Pengontrolan suplai bahan bakar dari tangki bensin ke ruang bakar dikontrol secara elektronik oleh ECM berdasarkan input dari sensor-sensor pendukung injeksi.
Idle air control (IAC) IAC berfungsi untuk menambah atau mengurangi jumlah udara yang masuk ke intake air chamber saat throttle valve tertutup pada kondisi temperatur mesin masih dingin (fast idle) dan saat beban elektrik difungsikan (idle up).
Fuel pump control system Bekerjanya fuel pump dikontrol oleh ECM. Ada 3 kondisi fuel pump akan bekerja yaitu :
o 3 detik setelah kunci kontak ON o Saat mesin distarter o Saat mesin berputar (hidup)
Ignition control system Ignitiom control system mengontrol waktu pengapian secara elektronik, kapan arus listrik harus dialirkan ke primary coil untuk ignition timing.
2.6 Emission Control System Sistem control emisi yang dilengkapi pada kendaraan jenis Suzuki APV adalah jenis PCP (Positive Crankcase Ventilation) dimana 70% sampai 80% blow by gas yang terdapat di dalam crankcase adalah gas yang tidak terbakar (HC),
18
sedangkan 2 % sampai 30% terdiri atas hasil tambahan dari pembakaran (uap air yang berbagai jenis asam). Semuanya dapat merusak oli mesin, menghasilkan lumpur atau menyebabkan karat di dalam crankcase. Untuk mencegahnya maka blow by gas dikeluarkan ke intake manifold untuk kemudian disalurkan kembali keruang bakar untuk dibakar kembali. Gambar 2.9 menunjukkan keempat konstruksi dasar EPI yang telah dijelaskan di atas
Electronic Control Sistem
Fuel system
Air Induction System
Sensor
Fuel
Air Filter
Engine Cooling Temp. Sensor, Throttle Position Sensor, Starter Signal
Fuel Pump
Air Flow Meter
Fuel Filter
Throttle Body
Engine Revolution
ECM Fuel Injection Volume Control
Fuel Pressure Regulator Injetion
Air Intake Chamber
Intake Manifold
Air flow meter Cylinders
Detection of intake air volume
Gambar 2.9 Konstruksi dasar EPI (Sumber : Tex book EPI, 2004)
Idle Air Control
19
Basic injection berdasarkan input dari 2 sensor utama yaitu: sensor udara masuk dan sensor putaran mesin. Untuk menyempurnakan besarnya waktu penginjeksian maka ada sistem koreksi dari sensor-sensor yang lain sebagai input ECM untuk mengirimkan Signal penginjeksian (injection pulse width signal). Banyaknya bensin yang disemprotkan harus sebanding dengan jumlah udara yang masuk ke dalam silinder. Semakin banyak udara yang mengalir masuk ke dalam silinder, maka bensin harus semakin banyak disemprotkan. Semakin sedikit udara yang masuk, maka volume bensin yang disemprotkan juga sedikit.
Air Cleaner
Air Flow Meter Mendeteksi Jumlah Udara Masuk Udara ECM
Kontrol Penginjeksian Dasar
Putaran Mesin
Sinyal Penginjeksian
Penginjeksian InjektorInjektor
Intake Manifod
Pompa Bensin
Silindersilinder
Bensin
Gambar 2.10 Basic Injection (Sumber : Tex Book EPI, 2004)
20
2.7
Emisi Gas Buang Emisi gas buang adalah sisa hasil pembakaran bahan bakar di dalam mesin
pembakaran dalam, mesin pembakaran luar, mesin jet yang dikeliarkan melalui sistem pembuangan mesin. Sisa hasil pembakaran beerupa air (H2O), gas CO atau disebut juga karbon monoksida yang beracun, CO2 atau disebut juga karbon monoksida yang merupakan gas rumah kaca, NOx senyawa nitrogen oksida, HC berupa senyawa hidrat arang sebagai akibat ketidak sempurnaan proses pembakaran serta partikel lepas. Proses pembakaran merupakan suatu proses, dimana reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen sehingga menghasilkan CO2, H2O dan energi. Proses pembakaran yang sempurna memerlukan gas yang ideal untuk dibakar pada waktu yang tepat. Maka dari itu, jika proses pembakaran bahan bakar tidak berlangsung dengan baik, maka proses pembakaran tidak akan mencapai efisiensi yang maksimum. Setelah langkah usaha, gas buang terbentuk, sehingga dapat dilihat bagaimana unjuk kerja mesin. Proses pembakaran menghasilkan perubahan energi bahan bakar menjadi tenaga gerak, perubahan energi bersumber dari hasil pembakaran bahan bakar. Dalam pembakaran yang sempurna (teorotis), reaksi pembakaran adalah sebagai berikut : C8H18 + 12,5O2
8CO2 + 9H2O + Energi
Tetapi di dalam prakteknya, udara mengandung ± 21% O 2 dan ± 79 % N2, lagi pula pembakaran yang 100% sempurna hanya didapat dalam keadaan laboratorium. Sehingga dalam prakteknya, pembakaran akan berlangsung: C8H18 + 12,5 (O2 + 79/21N2)
8 CO2 + 9H2O + 12,5 x 79/21N2 + E
Jadi, untuk pembakaran 1 mol bahan bakar membutuhkan 12,5 mol udara, menghasilkan 8 mol CO2, 9 mol H2O, 12,5 (79/21 N2) dan energi. Adapun gas-gas baru yang berpengaruh di dalam pendiagnosa kerja mesin yang sesungguhnya adalah:
21
2.7.1 Karbon Monoksida (CO) Gas CO dihasilkan oleh pembakaran yang tidak sempurna akibat dari kekurangan oksigen pada pembakaran (campuran kaya). Walaupun secara teori tidak terdapat CO pada campuran yang kurus akan tetapi pada kenyataannya CO juga dapat dihasilkan pada campuran yang kurus karena pembakaran tidak merata, karena distribusi bensin yang tidak merata di dalam ruang bakar, juga karena temperatur disekeliling silinder rendah sehingga api tidak dapat mencapai daerah ini pada ruang bakar. Konsentrasi (perbandingan volumetric) dari CO dalam gas buang pada umumnya ditentukan oleh perbandingan udara dan bensin. Di bawah ini ditunjukkan perubahan konsentrasi terhadap perubahan perbandingan udara dan bensin. Campuran yang semakin kurus akan menghasilkan CO yang semakin rendah.
Gambar 2.11 Grafik Kadar CO (Sumber : Tex Book EPI, 2004) 2.7.2 Hidro Carbon (HC) Gas ini adalah gas yang beracun, berwarna kehitam-hitaman dan beraroma cukup tajam. Pada dasarnya HC dibentuk selama proses pembakaran di ruang bakar berlangsung tidak sempurna. Kenaikan HC umumnya disebabkan oleh adanya masalah kelebihan bahan bakar atau karena kompresi yang rendah sehingga
22
pembakaran tidak sempurna dan menyebabkan banyak bahan bakar yang tidak terbakar, akibatnya keluar sebagai HC. HC bersumber dari :
Bensin yang tidak terbakar akibat overlap katup.
Gas sisa di dinding silinder dan terbuang saat langkah buang.
Gas yang tidak terbakar akan tertinggal di belakang ruang bakar setelah misfiring ketika jalan menurun atau saat engine brake.
Gas yang tidak terbakar akibat pembakaran yang terlalu singkat atau campuran terlalu gemuk.
Gambar 2.12 Grafik Kadar HC (Sumber : Tex Book EPI, 2004)
2.7.3 Karbon Dioksida (CO2) Pada prinsipnya setiap proses pembakaran akan menghasilkan CO 2 yang merupakan indikasi dari tingkat efisiensi pembakaran dari mesin dengan bahan bakar cair. Semakin tinggi CO2 maka proses pembakaran semakin baik, begitu juga sebaliknya. 2.7.4 Nitrogen NOx Nitrogen oksid ini terjasi karena reaksi molekul nitrogen dengan oksigen pada temperatur yang tinggi (1800 o C). Dengan demikian NOx terbentuk selama berlangsungnya pembakaran yang sempurna, karena pada pembakaran yang sempurna akan menghasilkan panas yang maksimal.
23
Bila temperatur tidak naik sampai di atas 1800 oC, kemudian nitrogen dan oksigen dibuang ketika langkah buang tanpa bergabung membentuk NO. Dengan demikian faktor yang mempunyai efek terbesar terhadap timbulnya NOx selama proses pembakaran adalah temperatur maksimum di ruang bakar dan perbandingan udara dan bensin. Jalan terbaik untuk mengurangi NOx adalah dengan mencegah temperatur di ruang bakar mencapai 1800oC atau memperpendek waktu dalam mencapai temperatur tinggi, kemungkinanya adalah menurunkan konsentrsi oksigen. Konsentrasi NOx paling besar dihasilkan pada perbandingan udara dan bensin 16:1, perbandingan di atas atau di bawah nilai tersebut akan menghasilkan NOx yang lebih rendah. Konsentrsi NOx pada campuran kaya (<16:1) akan rendah karena konsentrasi oksigen rendah, sedangkan untuk campuran yang lebih kurus, pembakarannya lebih lambat sehingga menghambat kenaikan temperature di ruang bakar sampai tingkat maksimum.
Gambar 2.13 Grafik Kadar NOx (Sumber : Tex Book EPI, 2004) Di samping perbandingan campuran udara dan bensin berpengaruh pada produksi NOx, saat pengapian juga sangat berpengaruh pada produksi NOx. Hal ini karena maju atau lambatnya saat pengapian yang mempengaruhi temperatur maksimum yang dapat dicapai di dalam ruang bakar. Pada perbandingan udara dan bensin teoritis,
24
konsentrasi NOx menjadi lebih besar karena temperatur pembakaran naik saat pengapian dipercepat
2.8
Nilai Gas Buang Berdasarkan nilai gas buang standar pada kendaraan dengan mesin 1500 cc adalah
sebagai berikut: Tabel 2.1 Nilai Gas Buang Pada Mesin 1500 cc No
Gas Buang
Besar Nilai
1
CO
1,5 ± 1% vol
2
HC
Max 350 ppm
3
CO2
Min 12% vol
4
O2
Max 2% vol
Sumber : Pedoman Perawatan Suzuki GC415 APV
25
Tabel 2.2 Standar Emisi Gas Buang Parameter Tahun
Kategori
Pembuatan
Berpenggerak motor bakar cetus api (bensin)
CO (%)
HC (ppm)
< 2007
4.5
1200
≥ 2007
1.5
200
Berpenggerak motor bakar penyalaan
bebas
GVW ≤ 3.5 ton < 2010
GVW > 3.5 ton
Idle
Percepatan
kompresi
(diesel)
Metode Uji
≥ 2010 < 2010 ≥ 2010
Sumber : keputusan menteri lingkungan hidup nomor : KEP-05/MENLH/08/2006
26
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Jenis Penelitian Jenis penelitian ini adalah jenis penelitian eksperimen. Penelitian eksperimen adalah penelitian dimana ada perlakuan (treatment) terhadap obyek penelitian. Sebagaimana telah diutarakan, penelitian eksperimen dapat memberikan penjelasan tentang “alasan mengapa”. Hubungan sebab akibat dapat diketahui karena penelitian dimungkinkan untuk melakukan perlakuan (treatment) terhadap obyek penelitian. Treatment yang dilakukan pada penelitian ini berupa pemasangan alat ukur. Alat ukur yang dipasang adalah vakum tester pada intake manifold, alat ukur emisi (gas analyzer) pada muffler dan pemasangan suzuki SDT. Obyek penelitian yang akan diberikan treatment adalah mesin 1500 cc dengan sistem injeksi.
3.2 Tempat dan lokasi penelitian Adapun penelitian ini dilaksanakan di workshop service departement PT. Sejahtera Indobali Trada-Gianyar. Sedangkan pengolahan data dilakukan di jalan Pendidikan Gang Baja No. 22 Denpasar.
3.3 Obyek penelitian Obyek penelitian pada penelitian ini adalah mesin 1500 cc dengan sistem injeksi. Penelitian ini hanya dilakukan pada kendaraan Suzuki. Mobil Suzuki dengan isi silinder 1500 cc yang dimaksud adalah mobil Suzuki dengan jenis APV dengan tahun pembuatan 2005/2006.
3.4 Instrumen penelitian 3.4.1. Peralatan yang digunakan
27
Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: a) Pada penelitian ini kami menggunakan mesin uji kendaraan bermotor jenis Suzuki APV tipe 4 langkah seperti pada gambar 3.1 dengan spesifikasi pada tabel 3.1:
Gambar 3.1 Kendaraan Jenis Suzuki APV (Sumber : Dokumen pribadi) Tabel 3.1 Spesifikasi Kendaraan Suzuki APV (Sumber : Manual book apv) Engine
Spesifikasi
Sistem pendingin
Pendingin Air
Jumlah Silinder
4
Langkah Piston
84,50 mm
28
Diameter Piston
75,00 mm
Isi Silinder
1.493 cc
Perbandingan Kompresi
9,0 : 1
Daya Maksimal
105 PS / 6.000 rpm
Torsi Maksimal
122 N-m / 3.000 rpm
System Bahan Bakar
EPI / MPI
Busi
ND W20PR-U / NGK BKR 6-U
b) Vakum Gauge Pada gambar 3.2 ditunjukkan vakum tester yang berfungsi untuk mengukur besarnya tekanan di intake manifold, akibat dari berubah-ubahnya sudut bukaan dari throttle valve yang mengakibatkan tekanan di intake manifold berubah- ubah.
Gambar 3.2 Vacum Gauge (Sumber : Dokumen pribadi) c) Gas Analyzer Gas analyzer adalah alat yang akan digunakan untuk mengukur emisi gas buang mesin yang akan diuji, seperti pada gambar 3.3.
29
Gambar 3.3 Gas Analyzer (Sumber : Dokumen pribadi) Spesifikasi Multi Gas Analyzer yang digunakan adalah sebagai berikut Merek
: Tecnotest
Tipe
: Infra red multi gas.
Measurable Emition
: CO, CO2, HC, O2.
Prinsip kerjanya : Ujung
probe
sensor
gas
analyzer
dimasukkan
ke
ujung
muffler
(knalpot) minimal 20 cm. Gas buang masuk ke Multi Gas Analyzer melalui saluran probe sensor, dianalisa dan hasil analisa keluar dalam bentuk angkaangka digital. d) Suzuki SDT Suzuki SDT adalah alat yang akan digunakan untuk mengukur besarnya sudut bukaan dari throttle valve.
30
Gambar 3.4 SDT (Sumber : Dokumen pribadi) 3.4.2 Mekanisme pengukuran tekanan intake manifold
Gambar 3.5 Air Induction system (Sumber: Dokumen pribadi)
31
Untuk memvariasikan tekanan di intake manifold di lakukan dengan mengatur sudut bukaan dari throttle valve sehingga vakum yang terjadi di intake manifold berubah-ubah. Untuk mengatur sudut bukaan dari throttle valve dilakukan dengan menginjak pedal gas dan melihat besar sudut bukaan dari throttle valve melalui SDT. Perubahan tekanan di intake manifold dapat di lihat melalui vacuum gauge, sehingga kita dapat mengetahui besarnya tekanan/vakum di intake manifold.
3.5 Teknik Pengumpulan Data Dalam teknik pengumpulan data ini dilakukan dengan dengan tiga metode yaitu: A. Metode Pengukuran Metode pengukuran ini dilakukan dengan cara mengukur dan mengambil langsung data yang diukur. Data-data yang di ukur yaitu tekanan intake manifold (27 kPa, 29 kPa, 31 kPa, 33 kPa dan 34 kPa ) dan mencatat kadar gas buang yang dihasilkan (CO, CO2, HC dan O2). B. Metode Literatur Metode Literatur yaitu dengan cara pengumpulan data melalui buku–buku yang ada hubungannya dengan laporan yang penulis susun.
3.6 Analisis data Data yang diperoleh akan dianalisa melalui tampilan grafik-grafik yang ada untuk mengetahui seberapa besar pengaruh memvariasikan tekanan di intake manifold terhadap performance yang dihasilkan pada mesin 1500 cc dengan sistem injeksi pada penelitian ini.
3.7 Diagram Alir penelitian Pada bagian ini dijelaskan langkah-langkah yang diambil dalam pelaksanaan penelitian. Adapun diagramnya adalah seperti diilustrasikan dibawah ini:
32
Mulai
Persiapan Bahan dan Pemasangan Alat Pelaksanaan Penelitian
Variasi tekanan Intake Manifold
27 kPa
29 kPa
31 kPa
33 kPa
Pencatantan data emisi dan rpm
Plot grafik
Analisa Grafik
Selesai
Gambar 3.6 Diagram penelitian (Sumber: Dokumen pribadi)
34 kPa
33
3.8 Jadwal pelaksanaan penelitian Pengujian akan dilaksanakan 1 (satu) kali pada tanggal 26 April 2015 PT. Sejahtera Indobali Trada-Gianyar. Berikut jadwal pelaksanaan penelitian yang telah dilakukan: Tabel 3.2 Jadwal Pelaksanaan Penelitian Bulan No
Kegitan I
1
Pengumpulan teori
2
Persiapan pengujian
3
Pengambilan data
4
Analisa data
Februari 2015
Maret 2015
April 2015
Minggu
Minggu
Minggu
II
III
IV
I
II
III
IV
I
II
III
IV
34
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Penelitian Dari hasil penelitian yang sudah dilakukan terhadap mesin uji yaitu mesin sistem injeksi dengan volume silinder 1500 cc, maka diperoleh data sebagai berikut : Table 4.1 Hasil penelitian gas buang
Variasi Tekanan No
1
3
Pa (x 10 ) 27 (standar) Rata-rata
2
29 Rata-rata
3
31 Rata-rata
4
33 Rata-rata
5
34 Rata-rata
Rpm 758 750 748 752 2195 2089 2155 2146.330 3192 3201 3200 3197.670 3509 3512 3515 3512 3920 3915 3925 3920
CO (% vol) 0.12 0.13 0.12 0.123 0.12 0.12 0.11 0.116 0.12 0.11 0.1 0.110 0.1 0.1 0.1 0.100 0.1 0.1 0.1 0.100
Emisi CO2 (% vol) 12.8 13.2 13.3 13.100 13.4 11.8 12 12.400 12.4 11.7 12.1 12.066 12 12.1 12.1 12.066 11.9 12 12.1 12.000
HC (ppm) 160 161 159 160.000 164 105 75 114.666 92 72 49 71.000 49 43 39 43.666 67 52 42 53.666
O2 (% vol) 3.13 2.97 2.82 2.973 2.81 4.71 4.53 4.016 4.74 4.69 4.33 4.586 4.28 4.33 4.36 4.323 4.5 4.39 4.36 4.416
35
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan di PT. Sejahtera Indobali Trada Gianyar didapatkan pada tekanan 27 kPa (pada keadaan stationer) menghasilkan CO: 0.12 %, 0.13 %, 0.12 % volume, sehingga dirata-ratakan menjadi 0.1233 % volume, menghasilkan CO2 : 12.8 %, 13.2 %, 13.3 % volume sehingga dirata-ratakan menjadi 13.1 % volume, menghasilkan HC : 160 ppm, 161 ppm,159 ppm sehingga dirata-ratakan menjadi 160 ppm, menghasilkan O2 : 3.13 %, 2.97 %, 2.82 % volume sehingga dirata-ratakan menjadi 2.973 % volume. Pada tekanan 29 kPa menghasilkan CO : 0.12 %, 0.12 %, 0.11 % volume sehingga dirata-ratakan menjadi 0.1166 % volume, menghasilkanCO2 : 13.4 %, 11.8 %, 12.0 % volume sehingga dirata-ratakan menjadi 12.4 % volume, menghasilkan HC: 164 ppm, 105 ppm, 75 ppm sehingga dirata-ratakan menjadi 114.66 ppm, menghasilkan O2 : 2.81 %, 4.71 %, 4.53 % volume sehingga dirata-ratakan menjadi 4.01 % volume. Pada tekanan 31 kPa menghasilkan CO: 0.12 %, 0.11 %, 0.10 % volume sehingga dirata-ratakan menjadi 0.11 % volume, menghasilkan CO2: 14.4 %, 11.7 %, 12.1 % volume sehingga dirata-ratakn menjadi 12.066 % volume, menghasilkan HC : 92 ppm, 72 ppm, 49 ppm sehingga dirata-ratakan menjadi 71 ppm, menghasilkan O2: 4.74 %, 4.69 %, 4.33 sehingga dirata-ratakan menjadi 4.586 % volume. Pada tekanan 33 kPa menghasilkan CO: 0.10 %, 0.10 %, 0.10 % volume sehingga dirata-ratakan menjadi 0.10 % volume, menghasilkan CO2: 12.0 %, 12.1 %, 12.1 % volume sehingga dirata-ratakan menjadi 12.066 % volume, menghasilkan HC: 49 ppm, 43 ppm, 39 ppm sehingga dirata-ratakan menjadi 43.66 ppm, menghasilkan O2: 4.28 %, 4.33 %, 4.36 % volume sehingga dirata-ratakan menjadi 4.323 % volume. Pada tekanan 34 kPa menghasilkan CO : 0.10 %, 0.10 %, 0.10 % volume sehingga dirata-ratakan menjadi 0.10 % volume, menghasilkan CO2: 11.9 %, 12.0 %, 12.1 % volume sehingga dirata-ratakan menjadi 12.0 % volume, menghasilkan HC: 67 ppm, 52 ppm, 42 ppm sehingga dirata-ratakan menjadi 53.66 ppm, menghasilkan O2: 4.50 %, 4.39 %, 4.36 % volume sehingga dirata-ratakan menjadi 4.41 % volume.
36
4.2 Pembahasan Penelitian Dari hasil tersebut diatas diambil rata-rata sebagai berikut: Tabel 4.2 Data rata-rata hasil penelitian Variasi Tekanan No
Emisi Rpm
Pa (x 103) 27
CO
CO2
HC
O2
(% vol)
(% vol)
(ppm)
(% vol)
752
0.123
13.100
160.000
2.973
1
(standar)
2
29
2146.330
0.116
12.400
114.666
4.016
3
31
3197. 670
0.110
12.066
71.000
4.586
4
33
3512
0.100
12.066
43.666
4.323
5
34
3920
0.100
12.000
53.666
4.416
Dari tabel rata-rata gas buang di atas jika dimasukkan dalam bentuk grafik adalah sebagai berikut:
37
Gambar 4.1: Grafik analisa emisi gas buang (Sumber: Dokumen pribadi)
38
4.3 Analisa Grafik Ada beberapa hal yang bisa dilihat dari grafik gas buang yang dihasilkan dari mesin injeksi dengan volume silinder 1500cc adalah sebagai berikut: 4.3.1
Analisa Karbon Monoksida (CO)
Gambar 4.2 : Grafik perbandingan gas CO (Sumber: Dokumen pribadi)
39
Semakin besar tekanan pada intake manifold akan menghasilkan CO yang semakin rendah pada gas buang (ditunjukkan dengan warna biru pada grafik 4.2). Dimana semakin besar tekanan pada intake manifold maka akan semakin banyak volume udara yang masuk ke ruang bakar, berpengaruh terhadap banyaknya supply bahan bakar ke ruang bakar. Namun yang terjadi, semkin besar tekanan pada intake manifold menghasilkan AFR (air fuel ratio) yang semakin besar (lampiran data), maka campuran udara dan bahan bakar menjadi semakin kurus atau campuran yang kelebihan udara. Apabila dibandingkan dengan grafik kadar CO maka kondisi di atas sesuai dengan gas CO yang dihasilkan secara teoritis. Hal itu dikarenakan besar dari AFR yang diperoleh pada saat penelitian. AFR yang diperoleh yaitu 16,7-18,2. Pada AFR 16,7-18,2 kadar CO terlihat konstan, namun ada sedikit penurunan kadar CO. Secara teoritis campuran udara dan bahan bakar yang semakin kurus akan cenderung menurunkan persentase volume gas CO, karena kekurangan bahan bakar sehingga kelebihan udara. Pada tekanan intake manifold 27 kPa sampai pada tekanan 31 kPa terjadi penurunan persentase gas CO yaitu dari 0.123 % volume menjadi 0.110 % volume. Pada tekanan 33 kPa sampai 34 kPa persentase gas CO konstan yaitu 0.100 % volume.
4.3.2
Analisa Karbon Dioksida (CO2)
40
Gambar 4.3 : Grafik analisa emisi gas CO2 (Sumber: Dokumen pribadi) Semakin besar tekanan pada intake manifold menghasilkan CO 2 yang semakin kecil (ditunjukkan dengan garis warnah merah pada grafik 4.1). ini berarti pembakaran yang terjadi di dalam ruang bakar menjadi kurang baik. Karena semakin besar tekanan pada intake manifold mengakibatkan udara yang masuk menjadi lebih banyak. Terlihat pada AFR (air fuel ratio) yang semakin besar (lampiran data). Pada grafik warna merah yaitu pada tekanan intake manifold 27 kPa sampai 34 kPa terjadi penurunan persentase gas CO2 yaitu dari 13.100 % volume sampai dengan 12.000 % volume. Namun kadar gas CO2 masih dalam batas standar kendaraan injeksi. Pada tekanan intake manifold 27 kPa sampai 34 kPa terjadi peningkatan pada AFR (air fuel ratio). Udara yang masuk ke ruang bakar lebih banyak dari udara yang dibutuhkan secara teoritis, maka akan cenderung menurunkan persentase gas CO 2. Karena kekurangan bahan bakar dan kelebihan udara dalam hal ini O 2 yang selanjutnya keluar bersama gas lain melaui knalpot pada langkah buang.
41
4.3.3
Analisa Hidro Carbon (HC)
Gambar 4.4 : Grafik perbandingan gas HC (Sumber: Dokumen pribadi) HC terbentuk jika pembakaran yang terjadi di dalam ruang bakar berlangsung kurang/tidak sempurna. HC juga terbentuk pada campuran yang gemuk atau kelebihan bahan bakar (sama dengan kekurangan udara). Pada penelitian ini, semakin besar tekanan pada intake manifold akan menghasilkan HC yang semakin kecil. Berdasarkan grafik 4.4 (garis berwarna hijau), dapat diketahui bahwa semakin besar tekanan pada intake manifold maka hasil dari HC semakin kecil. Hal ini dapat dilihat pada tekanan 27 kPa menghasilkan 160.000 ppm. Pada tekanan 29 kPa menghasilkan 114.700 ppm. Pada tekanan 31 kPa menghasilkan 71.000 ppm. Pada tekanan 33 kPa menghasilkan 43.700 ppm. Namun, pada tekanan 34 kPa menghasilkan 53. 700 ppm. Hasil ini didukung dengan data afr (air fuel ratio) yang diperoleh berada pada ring 16-18. Apabila dibandingkan dengan grafik kadar HC secara teori maka kandungan HC yang diperoleh pada saat penelitian sudah sesuai. Namun pada pada tekanan 34 kPa terjadi peningkatan kadar HC. Hal ini dikarenakan semakin besar
42
tekanan pada intake manifold akan meningkatkan putaran mesin, sehingga campuran udara yang masuk ke ruang bakar tidak sepenuhnya terbakar. Hal tersebut mengakibatkan terjadinya peningkatan pada kadar HC. Berdasarkan hasil pembakaran dapat dianalisa bahwa tekanan terbaik intake manifold mesin injeksi 1500 cc terdapat pada tekanan 33 kPa. Pernyataan ini didukung dengan hasil peningkatan kadar HC pada tekanan 34 kPa menjadi 53.700 ppm. 4.3.4
Analisa Oksigen (O2)
Gambar 4.5 : Grafik analisa emisi gas O2 (Sumber: Dokumen pribadi) O2 yang terdapat pada gas buang bukan merupakan gas yang berbahaya. Semakin besar tekanan pada intake manifold menghasilkan gas O 2 yang semakin besar. Ini terjadi karena semakin besar tekanan pada intake manifold, udara yang masuk ke ruang bakar semakin banyak. Pada kondisi tersebut akan terjadi campuran yang kurus, sehingga masih ada O2 yang tidak terbakar dan akhirnya keluar melaui knalpot. Hasil peelitian menunjukkan bahwa terjadi peningkatan persentase oksigen. Hal ini dapat terlihat pada grafik 4.1 (warna merah muda). Pada tekanan 27 kPa menghasilkan 2.973 % volume. Pada tekanan 29 kPa menghasilkan 4.016 % volume. Pada tekanan 31 kPa menghasilkan 4.586 kPa. Pada tekanan 33 kpa menghasilkan 4.323 % volume. Pada tekanan 34 kPa menghasilkan 4.416 % volume.
43
Hal tersebut di atas disebabkan oleh semakin besar tekanan pada intake manifold maka semakin banyak udara yang masuk ke dalam ruang bakar (campuran udara dan bahan bakar yang kurus), sehingga menghasilkan CO semakin kecil dari 0.123 % volume pada tekanan 27 kPa sampai dengan 0.100 % volume pada tekanan 33 kPa dan 34 kPa, CO2 semakin kecil dari 13.100 % volume pada tekanan 27 kPa sampai dengan 12.000 % volume pada tekanan 34 kPa, HC semakin kecil dari 160.000 ppm pada tekanan 27 kPa sampai dengan 43.667 ppm pada tekanan 34 kPa, O2 semakin besar dari 2.973 % volume pada tekanan 27 kPa sampai dengan 4.416 % volume pada tekanan 34 kPa.
44
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian tentang pengaruh variasi tekanan pada intake manifold terhadap performance mesin 1500 cc, yang telah penulis lakukan di workshop service department PT. Sejahtera Indobali Trada-Gianyar, jl By Pass Buruan Gianyar, dan selanjutnya dilakukan analisa, sehingga ada beberapa hal yang dapat penulis simpulkan yaitu sebagai berikut: 1. Semakin besar tekanan pada intake manifold akan menghasilkan CO, CO2 dan HC yang semakin kecil dan O2 yang semakin besar dan besar tekanan pada intake manifold sangat berpengaruh terhadap performance mesin 1500 cc dalam hal ini emisi yang dihasilkan. 2. Dilihat dari nilai emisi yang dihasilkan, tekanan intake manifold yang paling baik pada mesin injeksi 1500 cc adalah tekanan pada 33 kPa, karena pada tekanan tersebut menghasilkan emisi terendah dan masih pada batas spesifikasi standard serta menghasilkan HC, CO yang paling rendah dan nilai CO2 yang masih dalam batas spesifikasi standard.
5.2 Saran Ada beberapa hal yang dapat penulis sarankan kepada para pembaca dan para pengguna kendaraan system injeksi dengan volume silinder 1500 cc adalah sebagai berikut: 1. Bagi para pengguna kendaraan injeksi dengan volume silinder 1500 cc agar selalu melakukan perawatan berkala, sehingga emisi gas buang kendaraan sesuai dengan standar yang telah ditetapkan.
45
2. Bagi para pembaca yang ingin mengembangkan penelitian ini, dapat menggunakan berbagai jenis bahan bakar yang berbeda. 3. Study literature perlu ditingkatkan karena semakin banyak informasi yang diperoleh akan semakin semakin meningkat hasil penelitian yang dilakukan.
46
DAFTAR PUSTAKA
Agus Slamet Suardana, 2007, Analisa Emisi Pada Kendaraan dengan Sistem Karburator Dan Sistem Injeksi Pada Kondisi Beban Anonim, 2004, Pedoman Perawatan Suzuki GC415 APV, PT Indomobil Suzuki Intenational, Jakarta Anonim, 2004, Text book EPI-Electronic Petrol Injection, PT Indomibil Suzuki International, Jakarta Arifin, Z., 2009. Pengendalian Polusi Kendaraan. Bandung : Penerbit Alfabeta Arismunandar, W. 1994. Penggerak Mula Motor Bakar Torak. Bandung : Penerbit ITB Bandung. http://id.wikisource.org/wiki/Peraturan_Menteri_Negara_Lingkungan_Hidup_ Nomor_05_Tahun_2006 Juni Astawa, 2006, Pengaruh Variasi Lamda Terhadap Emisi yang di Hasilkan Pada Kendaraan Suzuki PV. Wardika, 2007, Pengaruh Variasi Tekanan Bahan Bakar Terhadap Emisi yang di Hasilkan Pada Kendaraan Suzuki APV.
.
47
Lampiran 1. Data hasil pengujian emisi Data P = 27 kPa
Data P = 29 kPa
Data P = 27 kPa
Data P = 29 kPa
Data P = 27 kPa
Data P = 29 kPa
48
Lanjutan lampiran 1 Data P = 31 kPa
Data P = 31 kPa
Data P = 31 kPa
Data P = 33 kPa
Data P = 33 kPa
Data P = 33 kPa
49
Lanjutan lampiran 1 Data P = 34 kPa
Data P = 34 kPa
Data P = 34 kPa
50
Lampiran 2. Foto penelitian
Gambar 1: Kendaraan Uji Jenis Suzuki APV
51
Gambar 2 : Posisi Data Link Conector pada Kendaraan Uji
Gambar 3 : Suzuki SDT setelah pemasangan pada kendaraan uji
52
Gambar 4 : Posisi kendaraan uji dan gas analyzer
Gambar 5: Pemasangan gas analyzer pada kendaraan uji
Gambar 6 : Gas analyzer
53
Gambar 7 : Posisi vacum gauge pada alat uji
54
55
