1 BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Motor bensin dua-langkah memiliki keunggulan berupa desain yang lebih sederhana serta power-to-weight ratio yang lebih besar jika dibandingkan dengan motor bensin empat-langkah. Akan tetapi, di sisi lain motor bensin dua-langkah juga memiliki kekurangan berupa konsumsi bahan bakar dan emisi gas buang yang tinggi sehingga motor bensin dua-langkah mulai ditinggalkan oleh para penggunanya (Garret et.al., 2001) dan bahkan di beberapa negara mulai dilarang penggunaannya (Posada, 2011). Tingginya konsumsi bahan bakar dan emisi gas buang motor dua-langkah tersebut disebabkan karena lepasnya sebagian campuran bahan bakar dan udara ke saluran buang selama terjadinya langkah bilas. Hadirnya teknologi injeksi bahan bakar dengan sistem kendali elektronik-digital saat ini telah meningkatkan kembali ketertarikan terhadap motor bensin dualangkah (Garret et.al., 2001). Dengan menggunakan teknologi injeksi bahan bakar maka lokasi dan timing pemasukan bahan bakar dapat dipilih sedemikian rupa sehingga bahan bakar yang terbuang ke saluran buang dapat diminimalkan. Gasoline Direct Injection (GDI) adalah sistem injeksi bahan bakar secara langsung ke dalam ruang bakar motor bensin yang salah satu keunggulannya adalah memungkinkan didapatkannya charge cooling effect (efek pendinginan campuran) sehingga dapat mengurangi terjadinya knocking dan meningkatkan effisiensi volumetris (Zhao et.al., 1999). Saat ini sistem injeksi GDI telah banyak digunakan secara komersial pada motor bensin empat-langkah dan terbukti
2 mampu memberikan performa yang lebih baik terkait dengan konsumsi bahan bakar dan emisi gas buang (Houston & Cathcart, 1998; Takagi, 1998; dan Zhao et.al., 1999). Penggunaan sistem injeksi GDI pada motor bensin dua-langkah berpotensi untuk memperbaiki kinerja motor dua-langkah yang terkait dengan konsumsi bahan bakar dan emisi gas buang. Mampu disemprotkannya bahan bakar secara langsung ke dalam ruang bakar memungkinkan diaturnya timing pemasukan bahan bakar sedemikian rupa sehingga meminimalisir terbuangnya bahan bakar ke dalam saluran buang. Dalam beberapa penelitian terdahulu, sistem injeksi GDI telah diterapkan pada beberapa jenis motor bensin dua-langkah dan terbukti efektif dalam mengurangi konsumsi bahan bakar serta emisi gas buangnya (Douglas dan Blair, 1985; Leighton et.al., 1988; Azis et. al.,2006; dan Hooper et.al, 2011). Saat ini produksi sebagian besar motor dua-langkah konvensional di Indonesia telah dihentikan karena tingginya konsumsi bahan bakar dan emisi gas buangnya, namun demikian, masih ada beberapa kalangan yang menyukai karakteristik motor dua-langkah sehingga masih tetap menggunakannya. Selain dari itu, motor dua-langkah juga akan selalu dibutuhkan untuk alat atau kendaraan yang memerlukan engine dengan power-to-weight ratio yang besar namun dengan harga yang terjangkau. Penerapan sistem injeksi GDI pada motor dua-langkah konvensional yang telah ada di Indonesia dapat membuka peluang untuk dikembangkannya motor dua-langkah yang tetap memiliki power-to-weight ratio
3 yang besar namun dengan karakteristik konsumsi bahan bakar yang lebih baik dan emisi gas buang yang lebih ramah lingkungan. Motor dua-langkah yang digunakan dalam beberapa penelitian terdahulu adalah motor dua-langkah non-konvensional yang memiliki berbagai komponen dan desain istimewa, antara lain: stepped piston, crossover scavenging, external blower, dan air-assisted fuel injection sehingga peningkatan performa yang dihasilkan tidak semata-mata karena digunakannya sistem injeksi GDI saja. Penggunaan sistem injeksi GDI pada motor dua-langkah konvensional dengan tanpa memanfaatkan berbagai komponen dan desain istimewa sebagaimana yang digunakan pada beberapa penelitian terdahulu menarik untuk dilakukan karena nantinya dapat dijadikan acuan yang rasional untuk memodifikasi motor dualangkah konvensional yang telah ada di Indonesia, namun demikian, efektivitas strategi modifikasi ini perlu untuk dikaji dan dibandingkan hasilnya dengan hasil penelitian terdahulu tersebut. I.2. Permasalahan Permasalahan dalam penelitian ini adalah : 1. Penggunaan sistem injeksi GDI pada motor dua-langkah konvensional diperkirakan akan memberikan performa yang lebih baik daripada penggunaan karburator akan tetapi efektivitasnya belum diketahui sehingga perlu dilakukan kajian eksperimental untuk mengetahuinya, 2. Sistem injeksi yang khusus digunakan untuk motor dua-langkah yang dijadikan sebagai motor uji di dalam penelitian ini belum tersedia secara
4 bebas di dalam negeri sehingga untuk memungkinkan berlangsungnya penelitian ini maka sistem injeksi tersebut harus dikembangkan terlebih dahulu. I.3. Ruang Lingkup dan Batas-Batas Penelitian Ruang lingkup penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Motor uji yang digunakan adalah motor dua-langkah ber-silinder tunggal, berkapasitas 148 cc, dan berpendingin air, 2. Sistem kendali injeksi yang digunakan adalah dari jenis open-loop yang dilengkapi hanya dengan 3 sensor saja, yaitu: sensor posisi Titik Mati Atas (TMA), sensor kecepatan putar poros engkol, dan sensor bukaan throttle, 3. Bahan bakar yang digunakan untuk pengujian adalah bensin premium, 4. Parameter kinerja yang diukur adalah effisiensi volumetris, torsi, daya, tekanan efektif rata-rata brake (Brake Mean Effective Pressure, BMEP), konsumsi bahan bakar spesifik (Specific Fuel Consumption, SFC), perbandingan udara terhadap bahan bakar (Air to Fuel Ratio, AFR), dan effisiensi thermal, 5. Pengukuran kecepatan udara dilakukan dengan menggunakan anemometer, pengukuran torsi dilakukan dengan waterbrake dynamometer, dan pengukuran kecepatan putar mesin dilakukan dengan tachometer digital.
5 I.4. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah untuk 1. Membangun sistem injeksi GDI untuk motor uji, 2. Mengetahui pengaruh penggunaan sistem injeksi GDI terhadap Torsi, Daya, Brake Mean Effective Pressure (BMEP), Specific Fuel Consumption (SFC), dan Effisiensi thermal dari motor uji. I.5. Output Penelitian Luaran yang dihasilkan dari penelitian ini adalah : 1. Engine Test Bed motor bensin dua-langkah 2. Hardware sistem injeksi untuk motor bensin dua-langkah 148 cc