Analisa Ignition Timing Mesin Otto Satu Silinder Empat ...

6
Analisa Ignition Timing Mesin Otto Satu Silinder Empat Langkah Berkapasitas 65 cc Bagus Abimanyu , Bambang Sugiarto Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok [email protected] ABSTRAK Pengembangan motor pembakaran dalam atau mesin Otto yang terus dilakukan membuat teknologi pada mesin Otto merupakan salah satu yang tercanggih di abad ini. Hal ini ditandai oleh pengembangan mesin Otto yang sudah dimulai dari tingkat universitas di berbagai penjuru dunia untuk riset ataupun untuk mengikuti kompetisi hemat energi atau Eco- marathon. Universitas Indonesia adalah salah satu universitas yang mengembangkan mesin Otto. Mesin yang dikembangkan yaitu mesin Otto satu silinder empat langkah berkapasitas 65 cc. Mesin ini mempunyai spesifikasi yang berbeda dengan mesin pada umumnya, dan mempunyai pengaturan yang berbeda pula. Salah satu pengaturan penting pada mesin Otto yaitu ignition timing. Ignition timing berperan dalam penentuan waktu pembakaran pada mesin Otto. Penentuan waktu pengapian harus disesuaikan dengan parameter- parameter mesin lainnya seperti kompresi dan jenis bahan bakar yang digunakan. Pada pengukuran diperoleh ignition timing standar mesin Otto 65 cc berkisar antara 15 o - 40 o BTDC. Dengan kondisi pengapian standar didapatkan daya maksimum mesin pada 733Watt dan torsi maksimum 2,66 Nm. Selain itu dilakukan analisis pada proses dynotest dan failure yang terjadi pada pulley. Kata Kunci : Mesin Otto, daya dan torsi, ignition timing ABSTRACT The continous development of internal combustion engine or spark-ignition engine makes its technology grow advanced on this century. It is shown by development of Otto engine by many universities around the world, either for the purpose of research or to compete in efficiency competition or Eco-marathon. Universitas Indonesia is one of the developer of spark-ignition engine, which is making a low fuel combustion engine, a 65 cc One-Cylinder Four-Stroke Spark-Ignition Engine. This engine has different specification with other spark-ignition engines in general, it has different settings. One of the important settings is the ignition timing. Ignition timing influence the combustion time of an engine. It has to be calculated based on other engine parameters such as compression ratio and the fuel. Based on measurement, the basic ignition timing of the engine ranged from 15 o -38 o BTDC. with the basic ignition timing, the engine generates the maximum power of 733 Watt and maximum torque of 2,66 Nm. Analysis also conducted on dynotest and pulley failure. Key words : Spark Ignition Engine, Customized Engine, Power and Torque, Timing Ignition 1. Pendahuluan 1.1. Latar Belakang Sampai saat ini, peran mesin pembakaran dalam atau internal combustion engine masih belum dapat tergantikan, baik di sektor pembangkit daya, industri, ataupun transportasi. Ketiga sektor tersebut masih mengandalkan mesin berbahan bakar fosil sebagai mesin/sumber tenaga, khususnya sektor transportasi. Walaupun berbagai macam jenis mesin telah dikembangkan untuk mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil, namun tidak dapat dipungkiri bahwa internal combustion engine merupakan mesin yang paling mudah untuk digunakan. Tenaga listrik, tenaga surya, dan hidrogen merupakan energi alternatif yang terus dikembangkan untuk menggantikan peran bahan bakar fosil. Namun masih mahalnya teknologi tersebut dan kurangnya sarana penunjang membuat pabrikan terus mengembangkan internal combustion engine, sehingga didapat internalcombustion engine yang irit bahan bakar, yang sering disebut dengan LFCE (Low Fuel Consumption Engine). Dengan LFCE, penggunaan bahan bakar fosil dapat ditekan dan emisi yang dihasilkan lebih rendah, sehingga lebih ramah lingkungan. Biaya produksi pun tidak semahal jika menggunakan tenaga listrik atau surya, dan tidak memerlukan pembangunan sarana penunjang. Adanya kompetisi hemat energi di berbagai negara membuktikan bahwa LFCE dapat menjadi alternatif. Salah satu kompetisi hemat energi tersebut adalah SEM (Shell Eco-Marathon). Shell Eco-marathon merupakan kompetisi tahunan yang diselenggarakan oleh Shell untuk melombakan kendaraan hemat energi. Disini pelajar ditantang untuk membuat kendaraan yang dapat melaju sejauh mungkin dengan menggunakan bahan bakar yang seminimal mungkin. Untuk dapat mencapai kondisi tersebut sebuah kendaraan haruslah memiliki bobot yang ringan, mesin yang irit bahan bakar, dan cara mengemudi yang tepat. Biasanya mesin yang digunakan adalah mesin kendaraan roda dua atau motor, namun ada juga yang membuat Analisa ignition..., Bagus Abimanyu, FT UI, 2014

Transcript of Analisa Ignition Timing Mesin Otto Satu Silinder Empat ...

Page 1: Analisa Ignition Timing Mesin Otto Satu Silinder Empat ...

Analisa Ignition Timing Mesin Otto Satu Silinder Empat Langkah

Berkapasitas 65 cc

Bagus Abimanyu, Bambang Sugiarto

Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok

[email protected]

ABSTRAK

Pengembangan motor pembakaran dalam atau mesin Otto yang terus dilakukan membuat teknologi pada mesin Otto

merupakan salah satu yang tercanggih di abad ini. Hal ini ditandai oleh pengembangan mesin Otto yang sudah dimulai dari

tingkat universitas di berbagai penjuru dunia untuk riset ataupun untuk mengikuti kompetisi hemat energi atau Eco-

marathon. Universitas Indonesia adalah salah satu universitas yang mengembangkan mesin Otto. Mesin yang

dikembangkan yaitu mesin Otto satu silinder empat langkah berkapasitas 65 cc.

Mesin ini mempunyai spesifikasi yang berbeda dengan mesin pada umumnya, dan mempunyai pengaturan yang

berbeda pula. Salah satu pengaturan penting pada mesin Otto yaitu ignition timing. Ignition timing berperan dalam

penentuan waktu pembakaran pada mesin Otto. Penentuan waktu pengapian harus disesuaikan dengan parameter-

parameter mesin lainnya seperti kompresi dan jenis bahan bakar yang digunakan. Pada pengukuran diperoleh ignition

timing standar mesin Otto 65 cc berkisar antara 15 o

- 40 o

BTDC. Dengan kondisi pengapian standar didapatkan daya

maksimum mesin pada 733Watt dan torsi maksimum 2,66 Nm. Selain itu dilakukan analisis pada proses dynotest dan

failure yang terjadi pada pulley.

Kata Kunci : Mesin Otto, daya dan torsi, ignition timing

ABSTRACT

The continous development of internal combustion engine or spark-ignition engine makes its technology grow

advanced on this century. It is shown by development of Otto engine by many universities around the world, either for the

purpose of research or to compete in efficiency competition or Eco-marathon. Universitas Indonesia is one of the

developer of spark-ignition engine, which is making a low fuel combustion engine, a 65 cc One-Cylinder Four-Stroke

Spark-Ignition Engine.

This engine has different specification with other spark-ignition engines in general, it has different settings. One of

the important settings is the ignition timing. Ignition timing influence the combustion time of an engine. It has to be

calculated based on other engine parameters such as compression ratio and the fuel. Based on measurement, the basic

ignition timing of the engine ranged from 15o-38

o BTDC. with the basic ignition timing, the engine generates the

maximum power of 733 Watt and maximum torque of 2,66 Nm. Analysis also conducted on dynotest and pulley failure.

Key words : Spark Ignition Engine, Customized Engine, Power and Torque, Timing Ignition

1. Pendahuluan

1.1. Latar Belakang

Sampai saat ini, peran mesin pembakaran dalam

atau internal combustion engine masih belum dapat

tergantikan, baik di sektor pembangkit daya, industri,

ataupun transportasi. Ketiga sektor tersebut masih

mengandalkan mesin berbahan bakar fosil sebagai

mesin/sumber tenaga, khususnya sektor transportasi.

Walaupun berbagai macam jenis mesin telah

dikembangkan untuk mengurangi ketergantungan

terhadap bahan bakar fosil, namun tidak dapat dipungkiri

bahwa internal combustion engine merupakan mesin

yang paling mudah untuk digunakan.

Tenaga listrik, tenaga surya, dan hidrogen

merupakan energi alternatif yang terus dikembangkan

untuk menggantikan peran bahan bakar fosil. Namun

masih mahalnya teknologi tersebut dan kurangnya sarana

penunjang membuat pabrikan terus mengembangkan

internal combustion engine, sehingga didapat

internalcombustion engine yang irit bahan bakar, yang

sering disebut dengan LFCE (Low Fuel Consumption

Engine).

Dengan LFCE, penggunaan bahan bakar fosil dapat

ditekan dan emisi yang dihasilkan lebih rendah, sehingga

lebih ramah lingkungan. Biaya produksi pun tidak

semahal jika menggunakan tenaga listrik atau surya, dan

tidak memerlukan pembangunan sarana penunjang.

Adanya kompetisi hemat energi di berbagai negara

membuktikan bahwa LFCE dapat menjadi alternatif.

Salah satu kompetisi hemat energi tersebut adalah SEM

(Shell Eco-Marathon).

Shell Eco-marathon merupakan kompetisi tahunan

yang diselenggarakan oleh Shell untuk melombakan

kendaraan hemat energi. Disini pelajar ditantang untuk

membuat kendaraan yang dapat melaju sejauh mungkin

dengan menggunakan bahan bakar yang seminimal

mungkin. Untuk dapat mencapai kondisi tersebut sebuah

kendaraan haruslah memiliki bobot yang ringan, mesin

yang irit bahan bakar, dan cara mengemudi yang tepat.

Biasanya mesin yang digunakan adalah mesin kendaraan

roda dua atau motor, namun ada juga yang membuat

Analisa ignition..., Bagus Abimanyu, FT UI, 2014

Page 2: Analisa Ignition Timing Mesin Otto Satu Silinder Empat ...

mesin sendiri (customized engine) sesuai dengan konsep

LFCE. Tim Nakoela UI yang berpartisipasi pada Shell

Eco-marathon membuat mesin sendiri untuk dilombakan

pada ajang ini, yaitu mesin 4-tak berkapasitas 65cc.

Pada tulisan ini akan dibahas tentang rancangan

mesin 4-tak 65cc tersebut, kajian teoritis dan aktualnya,

dan analisa tentang mesin tersebut apakah mesin 4-tak

65cc yang dirancang khusus untuk ajang Shell Eco-

Marathon ini dapat digunakan dengan baik pada

kompetisi.

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Mengetahui ignition timing standar mesin Otto

65 cc dengan menggunakan CDI Honda Revo.

2. Mengetahui daya dan torsi yang dihasilkan

dengan ignition timing standar mesin Otto 65 cc.

1.3 Batasan Masalah

Dalam penelitian ini akan dilakukan pengambilan

data dari mesin Otto satu silinder berkapasitas 65 cc

hasil rancangan mahasiswa teknik mesin. , maka hal-hal

yang akan dibahas pada tulisan ini terbatas pada:

1. Ignition timing standar pada mesin Otto

berkapasitas 65 cc menggunakan CDI standar

Honda Revo.

2. Pengujian daya dan torsi untuk mengetahui

pengaruh dari ignition timing standar mesin Otto

berkapasitas 65 cc.

2. Metodologi Penelitian

Penelitian ini dilakukan dengan cara membuat variasi

pada ignition timing pada mesin empat langkah satu

silinder berkapasitas 65 cc. Bahan bakar yang digunakan

oleh mesin itu yaitu bensin pertamax plus atau beroktan

95. Pengujian dilakukan dengan 3 variasi yaitu:

1. Sudut pengapian standar.

2. Sudut pengapian advance (-5o).

3. Sudut pengapian retarded (+5o).

Data ignition timing standar diperoleh dengan cara

dilakukan pengukuran menggunakan timing light. Dari

hasil pengukuran diperoleh data ignition timing standar

mesin Otto 65 cc yaitu 15o BTDC pada kondisi idle.

Perubahan ignition dilakukan dengan cara menggeser

posisi pickup pulser sesuai perubahan derajat yang

diinginkan. Langkah langkah yang dilakukan dalam

pengujian ini yaitu:

2.1. Mengetahui Ignition Timing Standar Mesin Otto

65 cc

Ignition timing standar mesin Otto 65 cc diperoleh

dengan cara melakukan pembacaan dengan

menggunakan timing light dan timing disc. Prosedurnya

yaitu:

Pengambilan data ignition timing dilakukan setelah

menghubungkan seluruh clamp. Kemudian menyalakan

mesin 65cc, lalu pembacaan data dilakukan di putaran

mesin 1000-4500 RPM di setiap kenaikan 500 RPM.

Pengambilan data dilakukan dengan cara memfoto agar

mendapatkan hasil yang akurat. Pengambilan data

dilakukan sebanyak 3 kali pada masing-masing kondisi

ignition timing yang digunakan pada mesin 65 cc.

Gambar 1. Pengambilan Data Ignition Timing

Standar

2.2. Melakukan pengujian dyno dengan ignition

timing standar

Setelah mengetahui ignition timing standar,

maka dilakukan pengujian daya dan torsi

menggunakan dinamometer tipe dc yang dibuat oleh

Cussons Technology. Pengambilan data daya dan

torsi dilakukan setelah mesin dipasang di testbed dan

dihubungkan dengan belt. Belt yang digunakan

memiliki spesifikasi B 49 dan rasio pulley yang

digunakan yaitu 1 : 2,053. Pengambilan data

dilakukan sebanyak tiga kali repetisi pada wide open

throttle pada kondisi ini.

Gambar 2. Pengambilan Data Dynotest

.

Analisa ignition..., Bagus Abimanyu, FT UI, 2014

Page 3: Analisa Ignition Timing Mesin Otto Satu Silinder Empat ...

2.3. Pengukuran diameter Gear Starter

Pengukuran ini berguna untuk perhitungan

pergeseran per derajat pengapian, karena posisi trigger

pada mesin Otto 65 cc terletak pada gear starter. Hasil

pengukuran menggunakan jangka sorong yaitu didapat

diameter yaitu 110mm. .

2.4. Modifikasi Posisi Pulser

Untuk mendapatkan ignition timing yang berbeda, maka

dilakukan pergeseran pickup pulser. Rumus yang

digunakan dalam menggeser pick up pulser yaitu:

Sehingga untuk merubah 1o timing ignition harus

menggeser pick up pulser sejauh

3. Hasil dan Pembahasan

Dari hasil pengujian yang telah dilakukan didapat data

sebagai berikut :

3.1. Ignition Timing Standar

Nilai derajat yang tercantum merupakan derajat sebelum

TMA (BTDC)

Tabel 4. 1 Data Ignition Timing Standar (oBTDC)

RPM

Repetisi

1

Repetisi

2

Repetisi

3 Rata-rata

Standar Deviasi

1000 15o 15 o 15 o 15 o 0

1500 15 o 15 o 15 o 15 o 0

2000 15 o 15 o 15 o 15 o 0

2500 30 o 29 o 30 o 29.67 o 0.57

3000 40 o 40 o 41 o 40.33 o 0.57

40 o 40 o 40 o 35 o 0 40 o

40 o 40 o 40 o 40 o 0 40 o

38 o 38 o 38 o 38o 0 38 o

Rata-rata 0.14

Kurva Ignition Timing Standar:

Gambar 3 Kurva Ignition Timing Standar

3.2. Ignition Timing Honda Revo

Berikut ini adalah data ignition timing standar

Honda Revo/Blade dengan CDI BRT Dual Band Honda

Revo/Blade pada motor Honda Revo/Blade yang

diperoleh dari referensi :

Tabel 4. 2 Data Ignition Honda Revo/Blade

RPM Ignition Timing

1000 10 o

1500 10 o

2000 10 o

2500 25 o

3000 35 o

3500 35 o

4000 35 o

4500 33 o

Kurva Ignition Timing Honda Revo:

Gambar 4 Kurva Ignition Timing Honda Revo

0

20

40

60

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Ign

itio

n T

imin

g (d

egre

e)

RPM

Ignition Timing Standar

0

10

20

30

40

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Ign

itio

n T

imin

g (d

egre

e)

RPM

Ignition Timing Honda Revo/Blade

Analisa ignition..., Bagus Abimanyu, FT UI, 2014

Page 4: Analisa Ignition Timing Mesin Otto Satu Silinder Empat ...

3.3. Perbandingan Kurva Ignition

Berikut ini adalah perbandingan kurva ignition

timing standar mesin Otto 65 cc dengan Honda

Revo/Blade :

Gambar 5 Perbandingan Kurva Ignition Timing

Dari gambar 5 dapat dilihat bahwa mesin Otto

65cc mempunyai ignition timing yang berbeda

dengan Honda Revo/Blade, dimana pada mesin Otto

65cc berkisar antara 15o sampai 38

o, sedangkan

pada Honda Revo/Blade berkisar antara 10o-33

o.

Perbedaan ignition timing keduanya yaitu ±5o.

Namun keduanya mempunyai bentuk kurva yang

sama, faktor-faktor yang menyebabkan persamaan

kurva pengapian ini antara lain :

1. CDI

Pada pengujian ini kedua mesin menggunakan CDI

yang sama yaitu CDI standar Honda Revo/Blade,

yang berarti menghasilkan mapping yang sama.

2. Diameter Trigger

Berdasarkan pengukuran, diameter centrifugal

clutch pada Honda Revo/Blade adalah 110mm dan

mempunyai panjang trigger 37,4mm.

Sedangkan trigger pada mesin Otto 65cc terletak

pada gear starter, dan diameter gear tempat trigger

yaitu 110 mm dan mempunyai panjang trigger 37,4

mm.

Gambar 6 Gear Starter Mesin Otto 65 cc

Dengan CDI dan diameter trigger yang sama,

perbedaan ignition timing pada mesin Otto 65 cc

disebabkan oleh perbedaan posisi pick up pulser. Posisi

pick up pulser mesin Otto 65 cc standar ditetapkan oleh

tim riset yang terdahulu. Perbedaan ignition timing ini

mungkin dimaksudkan untuk memenuhi kebutuhan

mesin Otto 65 cc yang mempunyai spesifikasi yang

berbeda dengan Honda Revo/Blade.

Tim riset terdahulu membuat ignition timing yang

serupa dengan honda revo namun lebih maju (advanced),

dikarenakan spesifikasi mesin Otto berkapasitas 65cc

yang berbeda, dimana mesin ini merupakan customized

engine yang dirancang untuk mengikuti kompetisi hemat

energi. Perbedaan spesifikasi yang paling mencolok

yaitu di perbandingan bore x stroke, kompresi yang

mencapai 1:14, dan oktan bensin yang digunakan

mencapai RON 95. Hal ini membuat ignition timing

mesin Otto berkapasitas 65cc haruslah berbeda dengan

Honda Revo .

3.4. Data Variasi ignition timing

Dalam penelitian ini dilakukan 2 variasi ignition

timing dengan kondisi sebagai berikut:

1. Kondisi ignition timing advance

Kondisi iginition timing advance memiliki selisih

sebesar -5o dari ignition timing standar.

RPM Ignition Timing

1000 10 o

1500 10 o

2000 10 o

2500 25 o

0

10

20

30

40

50

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500Ign

itio

n T

imin

g (o

BT

DC

)

RPM

Mesin 65cc Honda Revo/Blade

Analisa ignition..., Bagus Abimanyu, FT UI, 2014

Page 5: Analisa Ignition Timing Mesin Otto Satu Silinder Empat ...

3000 35 o

3500 35 o

4000 35 o

4500 33 o

2. Kondisi ignition timing retard

Kondisi ignition timing retard memiliki selisih

sebesar 5o dari ignition timing standar.

RPM Ignition Timing

1000 20 o

1500 20 o

2000 20 o

2500 35 o

3000 45 o

3500 45 o

4000 45 o

4500 43 o

3.5. Data Dynotest untuk Ignition Timing

Standar

Berikut ini adalah data yang diperoleh melalui

pengujian dyno test dengan ignition timing standar :

Dari gambar didapat nilai daya dan torsi tertinggi

yang dicapai mesin Otto berkapasitas 65cc. Data ini

belum merupakan daya dan torsi maksimum dari mesin

satu silinder empat langkah berkapasitas 65 cc,

dikarenakan adanya masalah yang terjadi saat pengujian.

Namun kurva diatas menunjukkan bahwa mesin Otto 65

cc ini memiliki kenaikan daya dan torsi yang cukup

signifikan pada putaran mesin setelah 2000 rpm.

4. Kesimpulan

Dari penelitian yang telah dilakukan, kesimpulan

yang dapat diambil adalah sebagai berikut :

1. Mesin Otto berkapasitas 65 cc mempunyai ignition

timing yang berbeda dengan motor Honda Revo

dengan CDI yang sama, yaitu antara 15o-40

o

BTDC dan 10o-33

o BTDC pada Honda Revo

dikarenakan posisi pickup pulser yang berbeda.

2. Torsi tertinggi yang dicapai mesin Otto

berkapasitas 65 cc dengan ignition timing standar

yaitu 2,66 Nm pada putaran mesin 2630 rpm.

3. Daya tertinggi yang dicapai mesin Otto

berkapasitas 65 cc dngan ignition timing standar

yaitu sebesar 733 Watt pada putaran mesin 2630

rpm.

Referensi

[1] Heywood, John B., “Internal Combustion Engine

Fundamentals”, McGraw Hill Int. Ed., New York,

1988.

[2] M. Khovakh, “Motor Vehicle Engines”, MIR

Publishers, Moscow, 1979.

[3] Petrovsky, Nikandr A., “Marine Internal

Combustion Engines”, MIR Publishers, Moscow,

1973.

[4] Pulkrabek, Willard W., “Engineering

Fundamentals of the Internal Combustion Engine”,

Prentice Hall, New Jersey, 2003.

[5] Serway, Raymond A., John W. Jewwet, “Physics

for Scientists and Engineers with Modern Physics

7th

Edition”, Thomson, California, 2007.

[6] http://welovehonda.com, diakses pada tanggal 1

Juni 2014.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

0 1000 2000 3000

Day

a (w

att)

Tors

i (N

m)

Putaran mesin (rpm)

Kurva Daya dan Torsi Mesin 65cc

Torsi vsPutaran

Daya vsPutaran

Analisa ignition..., Bagus Abimanyu, FT UI, 2014

Page 6: Analisa Ignition Timing Mesin Otto Satu Silinder Empat ...

Analisa ignition..., Bagus Abimanyu, FT UI, 2014