Sistem Pengaturan Injection Timing Secar
Sistem Pengaturan Injection Timing Secara Serentak
Menggunakan Fuzzy Controller pada Mesin Mitsubishi 4G63
Berbasis MikrokontrolerATMega 8535
Rifqi Firmansyah
2207.100.099
Jurusan Teknik Elektro FTI ITS, Surabaya 60111, email: [email protected]
Abstrak – Sistem Pengaturan Injection Timing yang
dibahas dalam paper ini mempertimbangkan posisi
dari pergerakan piston. Pergerakkan piston tersebut
mengindikasikan siklus kerja dari masing-masing
silinder yang akan diberi bahan bakar. Selain itu
perubahan pembebanan dan percepatan putaran
mesin juga diperhitungkan dalam pengaturan
Injection Timing ini. Sistem pengaturan ini meliputi
durasi atau lebar pulsa untuk mengaktifkan injector
guna memberikan bahan bakar pada masing-masing
silinder. Metode fuzzy controller adalah salah satu
dari sekian metode yang diterapkan untuk mengatasi
masalah pengaturan injection timing tersebut.
Tahapan awal dalam perancangan controller ini
adalah membaca data dari sensor TDC(top dead
sensor), sensor MAP(manifold pressure sensor),
sensor RPM, dan sensor crankshaft position yang
nantinya berfungsi sebagai input dari controller
tersebut. Aturan penggunaan if then pada metode
tersebut untuk mendapatkan nilai output yang
nantinya digunakan untuk mengaktifkan actuator
berupa injector. Hasil yang didapat menunjukkan
bahwa dengan menggunakan controller fuzzy
penggunaan bahan bakar lebih irit namun tenaga
yang dihasilkan masih sama dengan sebelum
menggunakan controller. Selain itu gas buang hasil
pembakaran lebih bersih dan ramah lingkungan.
Kata Kunci: Injection Timing, Serentak, Fuzzy
controller, Mikrokontroler ATMega 8535
1. PENDAHULUAN
Dalam paper ini akan dibahas desain fuzzy
controller yang diterapkan pada sebuah mesin
Mitsubishi 4g63 yang memiliki 4 silinder dengan
kapasitas 1600cc. tahapan dalam mendesain controller
ini meliputi pembacaan input yang akan ditentukan
derajat keanggotaan dari tiap-tiap input tersebut.
Selanjutnya memberikan sebuah kondisi output
dengan melihat kondisi tiap-tiap input tersebut.
Defuzzifikasi adalah sebuah tahapan untuk
mendapatkan sebuah nilai output. Penelitian mengenai
hal ini dapat ditinjau pada [1], [2], dan [3].
Fokus permasalahan yang akan diselesaikan
dalam paper ini adalah mendesain sebuah fuzzy
controller yang digunakan untuk mengatur injection
timing secara serentak berdasarkan kondisi dari
sebuah mesin. Saat mesin tersebut dalam kondisi
dingin maka dibutuhkan lebih banyak bahan bakar
untuk menghidupkan mesin. Demikian pula saat
kondisi percepatan maka dibutuhkan lebih banyak
bahan bakar agar mesin tersebut tidak mati.
Engine control unit yang terapkan dalam sistem
pengaturan ini adalah dengan menggunakan
mikrokontroler sebagai pusat pengolahan data.
Mikrokontroler ini memperoleh input dari sensor TDC
dan sensor crankshaft position. Kedua sensor tersebut
akan diolah sedemikian rupa menggunakan metode
fuzzy controller yang akan menghasilkan sebuah
output berupa sinyal pulsa yang berfungsi untuk
mengaktifkan dan menonaktifkan transistor. Akibat
dari hal tersebut maka injector dapat kita atur sesuai
dengan yang diinginkan.
Sensor RPM dan MAP digunakan untuk
mengetahui putaran mesin. Ketika tekanan dalam
manifold meningkat maka putaran mesin tinggi.
Demikian juga sebaliknya apabila tekanan dalam
manifold menurun maka putaran mesin rendah.
TDC sensor adalah sebuah sensor untuk
mengetahui posisi dari piston pada tiap-tiap silinder.
Hal ini diperlukan untuk mengetahui kapan injector
pada tiap-tiap silinder tersebut menyemprotkan bahan
bakar. Selain itu crankshaft position sensor juga
diperlukan untuk pengaturan injection tersebut. Sensor
ini untuk mengetahui posisi sudut dari crankshaft.
Sudut 0º mengartikan bahwa posisi piston pertama dan
keempat berada di BDC(bottom dead center) dan
piston kedua dan ketiga berada di TDC(top dead
center) sedangkan sudut 180º mengartikan bahwa
piston pertama dan keempat berada di TDC(top dead
center) dan piston kedua dan ketiga berada di
BDC(bottom dead center). Penelitian mengenai hal ini
ditinjau dari [4] dan [5].
2.
PERMASALAHAN
a. Injection Timing During Cold Start Secara
Serentak
Secara umum, injection timing secara serentak
adalah sistem pengaturan pewaktuan injeksi yang
menentukan banyaknya bahan bakar untuk proses
pembakaran. Banyaknya bahan bakar yang diberikan
injector untuk proses pembakaran menentukan kinerja
dari sebuah mesin .
Apabila mesin masih dalam keadaan dingin
dan silinder pertama pada posisi 5º BTDC(before top
dead center) maka injector akan menyemprotkan
bahan bakar secara bersamaan. Kemudian injector
akan menyemprotkan kembali secara berturut-turut
ketika silinder ketiga, keempat, dan kedua pada posisi
5º BTDC(before top dead center) hal ini seperti yang
ditunjukkan oleh Gambar 1 yaitu injeksi bahan bakar
secara serentak berdasarkan atas posisi piston pada
tiap-tipa silinder saat mesin dalam kondisi dingin..
Penelelitian hal ini dapat ditinjau pada [4] dan [5].
mesin mengalami percepatan [4]
Pada saat mesin mengalami percepatan maka mesin
terdsebut membutuhkan lebih banyak lagi bahan bakar
untuk proses pembakaran. Penambahan bahan bakar
tersebut adalah setiap 10ms secara serentak untuk tiaptiap silinder. Penelitian untuk hal ini ditinjau dari[4].
3.
METODE
a. Fuzzy Controller
Fuzzy logic adalah sebuah teknik soft
computing yang meniru kemampuan manusia dalam
hal berfikir, akal dan ingatan untuk belajar dan
membuat keputusan secara rasional atau masuk akal
didalam keragu-raguan dan ketidakpastian lingkungan
[3]. Kontroler fuzzy mempunyai kemampuan untuk
mengurangi waktu dan usaha yang dibutuhkan dalam
sistem control mesin dengan mudah dan dapat
ditampilkan dalam bentuk 3 dimensi.
b. Mikrokontroler ATMega 8535
Dalam pembahasan paper ini digunakan sebuah
hardware berupa mikrokontroler ATMega 8535 yang
terdiri dari 40 pin, 4 port input/output, reset, Vcc,
ground, seperti Gambar 3.
Gambar 1 : Sistem pengaturan injeksi bahan bakar secara
serentak [4]
Gambar 2 : sinyal dari sensor TDC dan sensor crankshaft
position [4]
b. Penambahan Bahan Bakar Selama Proses
Percepatan
Gambar 3 : pin out ATMega 8535
Mikrokontroler tersebut digunakan sebagai
kontroler yang didalamnya ditanam sebuah logika
fuzzy untuk mengontrol injector. Algoritma yang
ditanam berdasarkan bahasa c yang nanti dikonversi
ke dalam bahasa hexadecimal dan didownload ke
dalam mikrokontroler tersebut.
4.
HASIL EKSPERIMEN
Berdasarkan beberapa permasalahan tersebut,
dilakukan suatu eksperimen pada sebuah mesin
Mitsubishi 4G63 dengan spesifikasi sebagai berikut:
Table 1 : General specification [6]
Gambar 2 : Sistem pengaturan injeksi bahan bakar saat
Cylinder bore(mm)
Piston stroke(mm)
85
88
Compression ratio
Number of cylinder
Injector type
Oil pump type
EGR system
7.8
4
Electromagneti
c
Involute gear
type
Sigle Type
Dengan menggunakan metode fuzzy maka dibuat
sebuah membership fuction dari data sensor RPM dan
sensor MAP. variable linguistic yang digunakan
adalah low, medium, high. Vhigh seperti Gambar 4 dan
Gambar 5.
Gambar 7 : fuzzy output set-pulse applied fuel injector [7]
Gambar 8 dan Gambar 9 menunjukkan perbandingan ouput
berupa power dari putaran mesin. Dengan menggunakan
fuzzy controller maka power yang dihasilkan lebih besa
dibandingan tanpa menggunakan fuzzy controller. Rata-rata
power yang dihasilkan dengan menggunakan fuzzy
controller adalah sebesar 8kW sedangkan yang tidak
menggunakan fuzzy controller adalah sebesar 0.6 Kw.
Gambar 4 : fuzzy input set-engine speed [7]
Gambar 8 : hasil output berupa power sebelum
menggunakan fuzzy controler
Gambar 5 : fuzzy input set-vacuum pressure[7]
Aturan if then rule dibuat untuk menentukan output
dari sebuah fuzzy controller yaitu dengan
menggunakan logika and ataupun logika or sehingga
nanti akan mendapatkan nilai output.
Gambar 9 : hasil output berupa power setelah
menggunakan fuzzy controler
5.
Gambar 6 : the fuzzy rule base
Gambar 7 menunjukkan membership function output
dari logika fuzzy dengan variable linguistic vsmall,
small, median, large, vlarge.
KESIMPULAN
Keadaan sebuah saat mesin tersebut dingin
maupun saat mesin tersebut melakukan percepatan
akan membutuhkan konsumsi bahan bakar untuk
proses pembakaran yang berbeda. Saat kondisi mesin
masih dingin maka akan dilakukan sebuah metode
injeksi secara serentak yang semua injector
menyemprotkan bahan bakar ke tiap-tiap silinder
untuk proses pembakaran. Selain itu ketika mesin
melakukan percepatan maka dibutuhkan injeksi
tambahan setiap 10ms sesaat sesudah piston pada
posisi BTDC(before top dead center).
Metode fuzzy logic yang diterapkan pada
sebuah mikrokontroller ATMega 8535 untuk
mengontrol injection timing menghasilkan output
berupa power yang lebih besar dibandingkan dengan
tanpa men ggunakan fuzzy controller tersebut.
[3]
[4]
DAFTAR REFERENSI
[1] Chin L., Mital D. P. (1998). Fuzzy Logic
And Neural Networks, IEEE Region 10th
Annual
International
Conference,
Proceedings/TENCON, pp. 195-199.
[2] Riegel J., Neumann H., Wiedenmann H. M.
(2002). Exhaust gas sensors for automotive
emission control.Solid State Ionics 152-153.
pp. 783-800.
[5]
[6]
[7]
Holzmann H., Halfmann Ch., Isermann R.
(1997). Representation of 3-D Mappings for
Automotive Control Applications using
Neural Networks and Fuzzy Logic. IEEE
Conference on Control Applications
Proceedings, pp. 229-234.
____________,
technical
information
manual, 1990, halaman 14-37.
____________, fuel delivery and injection
control, Toyota motor series, halaman 15.
_____________, general information
engine 4g63, Mitsubishi motor, halaman
11C-6
S.h.lee, r.j.howlett & s.d.walters, engine
fuel injection control using fuzzy logic, in:
Intelligent Systems & Signal Processing
Laboratories, Engineering Research Centre,
University of Brighton, Moulsecoomb,
Brighton.
Menggunakan Fuzzy Controller pada Mesin Mitsubishi 4G63
Berbasis MikrokontrolerATMega 8535
Rifqi Firmansyah
2207.100.099
Jurusan Teknik Elektro FTI ITS, Surabaya 60111, email: [email protected]
Abstrak – Sistem Pengaturan Injection Timing yang
dibahas dalam paper ini mempertimbangkan posisi
dari pergerakan piston. Pergerakkan piston tersebut
mengindikasikan siklus kerja dari masing-masing
silinder yang akan diberi bahan bakar. Selain itu
perubahan pembebanan dan percepatan putaran
mesin juga diperhitungkan dalam pengaturan
Injection Timing ini. Sistem pengaturan ini meliputi
durasi atau lebar pulsa untuk mengaktifkan injector
guna memberikan bahan bakar pada masing-masing
silinder. Metode fuzzy controller adalah salah satu
dari sekian metode yang diterapkan untuk mengatasi
masalah pengaturan injection timing tersebut.
Tahapan awal dalam perancangan controller ini
adalah membaca data dari sensor TDC(top dead
sensor), sensor MAP(manifold pressure sensor),
sensor RPM, dan sensor crankshaft position yang
nantinya berfungsi sebagai input dari controller
tersebut. Aturan penggunaan if then pada metode
tersebut untuk mendapatkan nilai output yang
nantinya digunakan untuk mengaktifkan actuator
berupa injector. Hasil yang didapat menunjukkan
bahwa dengan menggunakan controller fuzzy
penggunaan bahan bakar lebih irit namun tenaga
yang dihasilkan masih sama dengan sebelum
menggunakan controller. Selain itu gas buang hasil
pembakaran lebih bersih dan ramah lingkungan.
Kata Kunci: Injection Timing, Serentak, Fuzzy
controller, Mikrokontroler ATMega 8535
1. PENDAHULUAN
Dalam paper ini akan dibahas desain fuzzy
controller yang diterapkan pada sebuah mesin
Mitsubishi 4g63 yang memiliki 4 silinder dengan
kapasitas 1600cc. tahapan dalam mendesain controller
ini meliputi pembacaan input yang akan ditentukan
derajat keanggotaan dari tiap-tiap input tersebut.
Selanjutnya memberikan sebuah kondisi output
dengan melihat kondisi tiap-tiap input tersebut.
Defuzzifikasi adalah sebuah tahapan untuk
mendapatkan sebuah nilai output. Penelitian mengenai
hal ini dapat ditinjau pada [1], [2], dan [3].
Fokus permasalahan yang akan diselesaikan
dalam paper ini adalah mendesain sebuah fuzzy
controller yang digunakan untuk mengatur injection
timing secara serentak berdasarkan kondisi dari
sebuah mesin. Saat mesin tersebut dalam kondisi
dingin maka dibutuhkan lebih banyak bahan bakar
untuk menghidupkan mesin. Demikian pula saat
kondisi percepatan maka dibutuhkan lebih banyak
bahan bakar agar mesin tersebut tidak mati.
Engine control unit yang terapkan dalam sistem
pengaturan ini adalah dengan menggunakan
mikrokontroler sebagai pusat pengolahan data.
Mikrokontroler ini memperoleh input dari sensor TDC
dan sensor crankshaft position. Kedua sensor tersebut
akan diolah sedemikian rupa menggunakan metode
fuzzy controller yang akan menghasilkan sebuah
output berupa sinyal pulsa yang berfungsi untuk
mengaktifkan dan menonaktifkan transistor. Akibat
dari hal tersebut maka injector dapat kita atur sesuai
dengan yang diinginkan.
Sensor RPM dan MAP digunakan untuk
mengetahui putaran mesin. Ketika tekanan dalam
manifold meningkat maka putaran mesin tinggi.
Demikian juga sebaliknya apabila tekanan dalam
manifold menurun maka putaran mesin rendah.
TDC sensor adalah sebuah sensor untuk
mengetahui posisi dari piston pada tiap-tiap silinder.
Hal ini diperlukan untuk mengetahui kapan injector
pada tiap-tiap silinder tersebut menyemprotkan bahan
bakar. Selain itu crankshaft position sensor juga
diperlukan untuk pengaturan injection tersebut. Sensor
ini untuk mengetahui posisi sudut dari crankshaft.
Sudut 0º mengartikan bahwa posisi piston pertama dan
keempat berada di BDC(bottom dead center) dan
piston kedua dan ketiga berada di TDC(top dead
center) sedangkan sudut 180º mengartikan bahwa
piston pertama dan keempat berada di TDC(top dead
center) dan piston kedua dan ketiga berada di
BDC(bottom dead center). Penelitian mengenai hal ini
ditinjau dari [4] dan [5].
2.
PERMASALAHAN
a. Injection Timing During Cold Start Secara
Serentak
Secara umum, injection timing secara serentak
adalah sistem pengaturan pewaktuan injeksi yang
menentukan banyaknya bahan bakar untuk proses
pembakaran. Banyaknya bahan bakar yang diberikan
injector untuk proses pembakaran menentukan kinerja
dari sebuah mesin .
Apabila mesin masih dalam keadaan dingin
dan silinder pertama pada posisi 5º BTDC(before top
dead center) maka injector akan menyemprotkan
bahan bakar secara bersamaan. Kemudian injector
akan menyemprotkan kembali secara berturut-turut
ketika silinder ketiga, keempat, dan kedua pada posisi
5º BTDC(before top dead center) hal ini seperti yang
ditunjukkan oleh Gambar 1 yaitu injeksi bahan bakar
secara serentak berdasarkan atas posisi piston pada
tiap-tipa silinder saat mesin dalam kondisi dingin..
Penelelitian hal ini dapat ditinjau pada [4] dan [5].
mesin mengalami percepatan [4]
Pada saat mesin mengalami percepatan maka mesin
terdsebut membutuhkan lebih banyak lagi bahan bakar
untuk proses pembakaran. Penambahan bahan bakar
tersebut adalah setiap 10ms secara serentak untuk tiaptiap silinder. Penelitian untuk hal ini ditinjau dari[4].
3.
METODE
a. Fuzzy Controller
Fuzzy logic adalah sebuah teknik soft
computing yang meniru kemampuan manusia dalam
hal berfikir, akal dan ingatan untuk belajar dan
membuat keputusan secara rasional atau masuk akal
didalam keragu-raguan dan ketidakpastian lingkungan
[3]. Kontroler fuzzy mempunyai kemampuan untuk
mengurangi waktu dan usaha yang dibutuhkan dalam
sistem control mesin dengan mudah dan dapat
ditampilkan dalam bentuk 3 dimensi.
b. Mikrokontroler ATMega 8535
Dalam pembahasan paper ini digunakan sebuah
hardware berupa mikrokontroler ATMega 8535 yang
terdiri dari 40 pin, 4 port input/output, reset, Vcc,
ground, seperti Gambar 3.
Gambar 1 : Sistem pengaturan injeksi bahan bakar secara
serentak [4]
Gambar 2 : sinyal dari sensor TDC dan sensor crankshaft
position [4]
b. Penambahan Bahan Bakar Selama Proses
Percepatan
Gambar 3 : pin out ATMega 8535
Mikrokontroler tersebut digunakan sebagai
kontroler yang didalamnya ditanam sebuah logika
fuzzy untuk mengontrol injector. Algoritma yang
ditanam berdasarkan bahasa c yang nanti dikonversi
ke dalam bahasa hexadecimal dan didownload ke
dalam mikrokontroler tersebut.
4.
HASIL EKSPERIMEN
Berdasarkan beberapa permasalahan tersebut,
dilakukan suatu eksperimen pada sebuah mesin
Mitsubishi 4G63 dengan spesifikasi sebagai berikut:
Table 1 : General specification [6]
Gambar 2 : Sistem pengaturan injeksi bahan bakar saat
Cylinder bore(mm)
Piston stroke(mm)
85
88
Compression ratio
Number of cylinder
Injector type
Oil pump type
EGR system
7.8
4
Electromagneti
c
Involute gear
type
Sigle Type
Dengan menggunakan metode fuzzy maka dibuat
sebuah membership fuction dari data sensor RPM dan
sensor MAP. variable linguistic yang digunakan
adalah low, medium, high. Vhigh seperti Gambar 4 dan
Gambar 5.
Gambar 7 : fuzzy output set-pulse applied fuel injector [7]
Gambar 8 dan Gambar 9 menunjukkan perbandingan ouput
berupa power dari putaran mesin. Dengan menggunakan
fuzzy controller maka power yang dihasilkan lebih besa
dibandingan tanpa menggunakan fuzzy controller. Rata-rata
power yang dihasilkan dengan menggunakan fuzzy
controller adalah sebesar 8kW sedangkan yang tidak
menggunakan fuzzy controller adalah sebesar 0.6 Kw.
Gambar 4 : fuzzy input set-engine speed [7]
Gambar 8 : hasil output berupa power sebelum
menggunakan fuzzy controler
Gambar 5 : fuzzy input set-vacuum pressure[7]
Aturan if then rule dibuat untuk menentukan output
dari sebuah fuzzy controller yaitu dengan
menggunakan logika and ataupun logika or sehingga
nanti akan mendapatkan nilai output.
Gambar 9 : hasil output berupa power setelah
menggunakan fuzzy controler
5.
Gambar 6 : the fuzzy rule base
Gambar 7 menunjukkan membership function output
dari logika fuzzy dengan variable linguistic vsmall,
small, median, large, vlarge.
KESIMPULAN
Keadaan sebuah saat mesin tersebut dingin
maupun saat mesin tersebut melakukan percepatan
akan membutuhkan konsumsi bahan bakar untuk
proses pembakaran yang berbeda. Saat kondisi mesin
masih dingin maka akan dilakukan sebuah metode
injeksi secara serentak yang semua injector
menyemprotkan bahan bakar ke tiap-tiap silinder
untuk proses pembakaran. Selain itu ketika mesin
melakukan percepatan maka dibutuhkan injeksi
tambahan setiap 10ms sesaat sesudah piston pada
posisi BTDC(before top dead center).
Metode fuzzy logic yang diterapkan pada
sebuah mikrokontroller ATMega 8535 untuk
mengontrol injection timing menghasilkan output
berupa power yang lebih besar dibandingkan dengan
tanpa men ggunakan fuzzy controller tersebut.
[3]
[4]
DAFTAR REFERENSI
[1] Chin L., Mital D. P. (1998). Fuzzy Logic
And Neural Networks, IEEE Region 10th
Annual
International
Conference,
Proceedings/TENCON, pp. 195-199.
[2] Riegel J., Neumann H., Wiedenmann H. M.
(2002). Exhaust gas sensors for automotive
emission control.Solid State Ionics 152-153.
pp. 783-800.
[5]
[6]
[7]
Holzmann H., Halfmann Ch., Isermann R.
(1997). Representation of 3-D Mappings for
Automotive Control Applications using
Neural Networks and Fuzzy Logic. IEEE
Conference on Control Applications
Proceedings, pp. 229-234.
____________,
technical
information
manual, 1990, halaman 14-37.
____________, fuel delivery and injection
control, Toyota motor series, halaman 15.
_____________, general information
engine 4g63, Mitsubishi motor, halaman
11C-6
S.h.lee, r.j.howlett & s.d.walters, engine
fuel injection control using fuzzy logic, in:
Intelligent Systems & Signal Processing
Laboratories, Engineering Research Centre,
University of Brighton, Moulsecoomb,
Brighton.