STUDY EXPERIMENTAL COMPARASI BUKA TUTUP KATUP EXHAUST DAN MODIFIKASINYA TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR BENSIN 4 LANGKAH DOHC 4 KATUP

Transkripsi

1 STUDY EXPERIMENTAL COMPARASI BUKA TUTUP KATUP EXHAUST DAN MODIFIKASINYA TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR BENSIN 4 LANGKAH DOHC 4 KATUP Anastasia Sri Werdhani Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh November Keputih Sukolilo, Surabaya Indonesia Phone : Asriwerdhani@Gmail.Com 1) ABSTRAK Dewasa ini pemanasan global dan polusi atmosfer sudah menjadi masalah sosial yang mana salah satu penyebabnya adalah hasil pembakaran dari motor bakar. Selain itu juga terjadinya krisis energi di dunia dan semakin menipisnya cadangan minyak bumi yang bearasal dari fosil mendorong dilakukannya inovasi-inovasi dan penelitian- penelitian yang bertujuan untuk meningkatkan performa dari mesin dan mengurangi efek emisi gas buang. Salah satunya dengan menggunakan variable valve timing. Pengujian ini di lakukan untuk mengetahui pengaruh dari variasi durasi derajat buka tutub katub ekshaust pada saluran outlet terhadap unjuk kerja motor bensin 4 langkah DOHC 4 katub serta pengaruhnya terhadap emisi gas buang. Pengujian di lakukan secara eksperimental dengan menggunakan motor bensin 4 langkah DOHC (Double Over Head CamShaft) 4 katub dengan membandingkan durasi derajat bukaan katub buang (exhaust valve) standar (membuka 5 ᴼ sebelum TMB dan menutup 35ᴼ setelah TMA dan modifikasinya (membuka pada 25 ᴼ sebelum TMB dan menutup 5ᴼ setelah TMA). Pengujian di lakukan dengan cara memvariasikan durasi bukaan katub ekshos standar +ᴼ, +5ᴼ, -5ᴼ, -ᴼ, -15ᴼ dan menutup pada durasi +ᴼ, +5ᴼ, -5ᴼ, -ᴼ, -15ᴼ, demikian juga dengan camshaft modifikasi dengan memvariasikan durasi bukaan katub ekshos standar +ᴼ, +5ᴼ, -5ᴼ, -ᴼ, -15ᴼ dan menutup pada durasi +ᴼ, +5ᴼ, -5ᴼ, -ᴼ, -15ᴼ, dan dilakukan dengan menggunakan dyno test pada lab. Performa motor UNESA (UniversitasNegeri Surabaya) Pada pengujian ini didapatkan bahwa pengaruh durasi bukaan katub ekshaust terhadap torsi, daya, tekanan efektif rata rata, dan efesiensi termal pada putaran tinggi semakin baik. Selain itu juga adanya penurunan kadar CO dan HC serta peningkatan kadar CO2 dan O2 pada emisi gas buang yang menandakan bahwa pembakaran di ruang bakar lebih baik Kata kunci: Variable valve timing, katub buang (exhaust valve), DOHC, emisi gas buang PENDAHULUAN Permasalahan kenaikan bahan bakar minyak dan semakin menipisnya cadangan minyak bumi merupakan masalah utama yang sedang hangat di bicarakan saat ini. Berbagai macam inovasi dan penemuan penemuan teknologi baru sudah di ciptakan demi mengurangi penggunaan bahan bakar fosil ini dan juga untuk mengurangi emisi gas buang yang telah diaplikasikan pada kendaraan yang di produksi secara masal. Tujuannya adalah untuk meningkatkan performa mesin, keamanan, dan kenyamanan kendaraan tersebut. Usaha penghematan ini dapat dilakukan dengan mencari metode baru yang lebih efesien dan melakukan eksperimen-eksperimen dengan memodifikasikan sistem atau metode yang sudah ada sekarang menjadi lebih efesian lagi. Teknologi yang sudah dikembangkan dan A-32-1

2 terus digunakan sampai sekarang sebagai tujuan dari penghematan penggunaan bahan bakar minyakadalah mesin dengan siklus Otto 4 langkah. Mesin ini dikembangkan lagi dari berbagai sisi mulai dari penambahan jumlah katub, menggunakan teknologi EFI ( electronic fuel injection) sampai melakukan modifikasi pada camshaft yang mengatur buka tutup katub intake dan exhaust. Penghematan bahan bakar adalah langkah yang dapat di lakukan untuk meningkatkan efesiensi pengunaan bahan bakar, namun hal ini memiliki dampak pada kerja mesin seperti berkurangnya tenaga yang dihasilkan pada mesin tersebut Salah satu terobosan yang telah dikembangkan saat ini dalam dunia otomotif adalah penemuan teknologi pengaturan buka tutup (angkat) dari katub. Teknologi ini dipercaya dapat memberi pengaruh yang besar terhadap usaha meningkatkan tenaga dan sebaliknya mampu menekan konsumsi bahan bakar serta emisi gas buang yang lebih baik. Katub variable timing adalah teknologi yang mengatur waktu membuka- menutup katub masuk (intake valve) dan katub buang ( exhaust valve) baik secara elektronik maupun mekanik sesuai kondisi performa yang diharapkan dari mesin. Hal ini akan membuat percampuaran udara dan bahan bakar yang masuk ke dalam ruang bakar menjadi efisien sehingga akan menghasilkan tenaga yang besar, hemat bahan bakar dan emisi yang rendah. Jumlah pencampuran udara dan bahan bakar yang lebih besar dan di sesuaikan dengan pengaturan waktu membuka dan menutup katub masuk (intake valve) dan katub buang ( exhaust valve) akan menghasailkan tenaga yang lebih besar dan meningkatkan efesiensi mesin juga menekan emisi gas buang yang di hasilkan Potensi dari sistim variable valve timing (VVT) telah diselidiki. Sistem ini telah dirancang dengan tujuan mengoptimalkan baik kinerja mesin dan khususnya, konsumsi bahan bakar pada operasi beban sebagian (G. Fontana, E. Galloni. 2009). Variable valve timing (VVT) digunakan dalam mesin spark ignition otomotif untuk meningkatkan ekonomi bahan bakar, mengurangi gas NOx dan meningkatkan torsi puncak dan daya. Sejumlah penelitian telah dilaporkan untuk efek saat cam timing variabel yang digunakan. Angkat katup variabel juga membuat peran penting untuk kinerja mesin. Hal ini menunjukkan bahwa kombinasi angkat katup variabel dan knalpot turbo-pengisian menawarkan potensial yang cukup besar untuk lebih meningkatkan baik low-end-torsi dan daya maksumum (Kosuke Nagaya, Hiroyuki Kobayashi, Kazuya Koike. 2005) Pada penelitian yang dilakukan oleh E. Sher, T. Bar-Kohany, kinerja mesin SI komersial unthrottled diinstal dengan VVT, dianalisis. Hal ini dalam rangka untuk mendalilkan strategi valve timing yang optimal untuk maximaizing torsi mesin dalam hal pembukaan knalpot, pembukaan intake dan timing asupan penutupan. Dalam buku Motor Bakar Torak (bensin), H.D. Sungkono,2011, pada bab 3 hal 2 menyatakan bahwa yang menjadi masalah adalah berapa derajat kedudukan poros engkol atau piston ketika katup buang membuka. Bila membuka terlalu cepat maka tekanan di dalam ruang bakar saat itu masih tinggi akan hilang ke atmosfer, namun bila di buka lambat akan menyebabkan kerugian pemompaan menjadi tinggi. Durasi buka tutup katub masuk (intake valve) dan katub buang (exhaust valve) pada camshaft standar dan cam sahaft modifikasi tentunya berbeda terhadap efesiensi mesin. Dari uraian tersebut dipilih untuk memvariasikan derajat katub buang saja, sehingga permasalahan yang akan dicari pemecahannya adalah : bagaimana pengaruh variasi derajat bukaan katub buang (exhaust valve) terhadap pe rforma mesin, dan bagaimana emisi gas buang yang dihasilkan dari variasi derajat durasi poros cam standar dan modifikasinya. Tujuan yang hendak dicapai dalam penelitian ini adalah: untuk mengetahui variasi durasi bukaan katub buang (exhaust valve) terha dap unjuk kerja motor, untuk mengetahuiderajat bukaan katub buang yang mempunyai efesiensi mesin yang paling baik, A-32-2

3 serta untuk mengetahui emisi gas buang yang dihasilkan dari variasi derajat durasi camshaft standar dan modifikasinya pada motor bensin 4 langkah DOHC 4 katub. METODE PENELITIAN Pada penelitian ini dilakukan dengan cara menggeser durasi buka tutup katub buang (exhaust valve) standar maju +5, +, +15 dan mundur -5 o,- o dan -15 o. Vaiabel pergeseran ini di hitung dari durasi buka tutup katub buang (exhaust valve) camshaft standar, bukan dari TMA, serta camshaft modifikasinya. Pergeseran durasi ini dilakukan dengan menggeser gear timing atau gigi camshaft, yang mana camshaft ini terhubung dengan gear timing melalui dua baut pengikat. Dengan menggeser gear timing berart juga akan menggeser posisi camshaft yang artinya juga menggeser durasi camshaft atau durasu buka tutup katub buang (exhaust valve). 1. Variabel bebas Variabel bebas atau disebut dengan independent variable dvariabel konalam peneltian ini adalah durasi dari derajat bukaan katub buang yaitu +15, +, +5, standar, dan -5 baik dari camshaft standar maupun modifikasinya. 2. Variabel terikat Variabel terikat atau hasil disebut dependent variable dalam penelitian ini adalah torsi, daya efektif, konsumsi bahan bakar, dan tekanan efektif rata rata dan emisi gas buang. 3. Variabel kontrol Yang menjadi varoabel kontrol pada penelitian ini adalah - Putaran mesin : 4000, 5000, 000, 500, 7500 dan Jumlah konsumsi bahan bakar Prosedur Pengujian 1. Persiapan Pengujian dilakukan dengan prosedur sebagai berikut: a. Melakukan tune up paa sepeda motor yang akan di uji. b. Melepas cover samping sepeda motor. c. Menaikkan sepeda motor ke atas chassis dynamometer. d. Mengncangkan tali pengikat body sepeda motor. e. Menyiapkan peralatan pendukung, yaitu : chassis dynamometer, fuel meter, stopwatch, dan blower. f. Menghidupkan software inertia chassis dynamometer. g. Tekan switch data acquisition untuk mengisi spesifikasi kendaraan (merk sepeda motor dan volume silinder) pada software inertia chassis dynamometer (sport dyno 33). h. Memilih range putaran mesin untuk pengujian 9500 rpm). 2. Pengujian. a. Torsi dan daya Yang Prosedur harus dilakukan pada tahap pengujian ini adalah sebagai berikut: 1. Menyalakan blower (kipas) 2. Menghidupkan mesin kendaran sampai temperatur C atau sekitar 5 menit pemanasan. 3. Menaikkan putaran mesin hingga 4000 rpm sampai roda belakang berputar. 4. Menekan tombol swicth untuk merekam data. A-32-3

4 5. Melakukan akselerasi hingga didapatkan putaran mesin maksimum (9000 rpm).. Menurunkan putaran mesin hingga putara idle. 7. Menyimpan data dan mencetak data hasil pengujian.. Melakukan pengujian untuk durasi bukaan katub buang +15 0, + 0, +5 0 dan 5 0 untuk cam shaft standar dan modifikasinya. 9. Pengujian dan pengambilan data dilakukan minimal 3 kali untuk masaing masing kondisi agar di dapat hasil yang valid. b. Konsumsi bahan bakar Yang Prosedur harus dilakukan pada tahap pengujian ini adalah sebagai berikut: 1. Menyalakan blower (kipas) 2. Menghidupkan mesin kendaran sampai temperatur C atau sekitar 5 menit pemanasan. 3. Mengukur konsumsi bahan bakar pada putaran 4000, 5000, 000, 500, 7500 dan 500 rpm. 4. Mencatat waktu bahan bakar (ml/detik). 5. Melakukan pengujian untuk durasi bukaan katub buang +15 0, + 0, +5 0 dan 5 0 untuk cam shaft standar dan modifikasinya.. Pengujian dan pengambilan data dilakukan minimal 3 kali untuk masaing masing kondisi agar di dapat hasil yang valid. 3. Akhir pengujian Prosedur yang harus dilakukan pada tahap persiapan adalah sebagai berikut: a. Menurunkan putaran mesin secara perlahan sampai idle. b. Mematikan mesin. c. Mematikan blower. Teknik analisa data Data yang diperoleh dari hasil eksperimen dimasukkan ke dalam tabel dan di tampilkan dalam bentuk grafik yang kemudian akan dianalisa dan ditarik kesimpulan diketahui persentasi perubahan torsi, daya efektif, konsumsi bahan bakar, dan kadar emisi gas buang antara motor dengan menggunakan camshaft standar dan camshaft modifikasi yang masing masing divariasikan derajat durasi buka tutup katub buang. HASIL DAN PEMBAHASAN Torsi torsi std torsi +5 torsi + torsi +15 torsi -5 torsi - Gambar 1. Grafik torsi vs rpm camshaft standar A-32-4

5 Dari Gambar 1, dapat dilihat bahwa nilai torsi lebih baik atau tinggi pada durasi +5 bila di bandingkan dengan cam standar. Hal ini disebabkan karena adanya waktu yang cukup bagi bahan bakar dan udara untuk bercampur dalam proses pembakaran. Sedangkan nilai torsi pada durasi - adalah yang terendah. Hal ini dikarenakan waktu penutupan dan pembukaan katub yang terlalu lama sehingga mendorong kembali bahan bakar dan udara bersih yang baru masuk ke saluran buang. Gambar 2. Grafik torsi vs rpm camshaft modifikasi Dari Gambar 2, dapat dilihat bahwa pada cmashaft modifikasi pada putaran diatas 7000 rpm camshaft dengan durasi standarlah yang mempunyai torsi yang paling tinggi, namun untuk putaran di bawah 500 rpm, camshaft dengan durasi yang mempunyai torsi yang baik. Hal ini dikarenakan pada putaran rendah mesin memerlukan campuran udara dan bahan bakar yang lebih sedikit. Sebaliknya pada putaran tinggi mesin memerlukan campuran udara dan bahan bakar yang lebih banyak sehingga katub buang yang membuka lebih cepat akan memberikan pembilasan yang lebih baik yang akan berakibat terjadinya pembakaran yang lebih baik pada ruang bakar. Daya torsi +5 torsi + torsi hp std hp +5 hp + hp +15 hp -5 hp - Gambar 3. Grafik rpm VS daya pada camshaft standar A-32-5

6 Dari Gambar 3, dapat dilihat bahwa daya mesin terbaik pada pada camshaft standar untuk putaran antara rpm berada pada durasi -5 0, dan pada putaran rpm daya yang dihasilkan hampir sama, namun pada putaran diatas 7000 rpm, camshaft dengan durasi +5 0 adalah yang terbaik. Hal ini di karenakan katub buang membuka lebih lambat dari camshaft standar dan menutup lebih cepat dari camshaft standar sehingga proses pembilasan berlangsung dengan baik, dan aliran bahan bakar dan udara yang masuk tidak ikut terdorong keluar pada proses langkah buang. Sedangkan pada camshaft modifikasi untuk putaran tinggi antara durasi +5 0, + 0, dan daya yang di hasilkan hampir sama baiknya, namun untuk putaran rendah durasi adalah yang terbaik hp +5 hp + hp +15 hp -5 KESIMPULAN DAN SARAN Gambar 4. Grafik rpm vs daya pada camshaft modifikasi 1. Pada camshaft standar katub dengan durasi derajat +5 0 mempunyai torsi yang lebih baik, sedangkan daya terbaik ada pada Pada camshaft modifikasi, nilai torsi yang terbaik berada pada posisi camshaft standar, sedangkan daya terbaik pada posisi camshaft Untuk mendapatkan atau memperbaiki unjuk kerja pada camshaft modifikasi diperlukan pula modifikasi pada sistim pemasukan bahan bakar. DAFTAR PUSTAKA Antoni, J. Konsep Pengembangan Mekanisme single Rail Untuk Perubahan Bukaan Katup Pada Single Camshaf., Tugas Akhir. Jurusan Teknik Mesin Universitas Indonesia. Jakarta. Astawa, K. Pencapaian Performa Pada Katup Variabel Timing Fixed Timing Untuk Mesin Yang Optimal. Jurusan Teknik Mesin, Universitas Udayana Fontana,G., Galloni, E., Variable valve timing for fuel economy improvement in a small spark-ignition engine. Department of Industrial Engineering. University of Cassino. Italy. A-32-

7 Fontana, G., Galloni, E. Variable valve timing for fuel economy improvement in a small spark-ignition engine. Department of Industrial Engineering University of Cassino. Italy. Masi, M., Toffolo, A., Antonello, M. Experimental analysis of a motorbike high speed racing engine. Department of Mechanical Engineering, University of Padova. Italy. Nagaya, K., Kobayashi, H., Koike, K Valve timing and valve lift control mechanism for engines Department of Mechanical Engineering, Gunma University. Japan. Nagaya, K., Kobayashi, H., Koike, K Valve timing and valve lift control mechanism for engines. Department of Mechanical Engineering, Gunma University. Japan. Sher, E., Bar-Kohany, T Optimization of variable valve timing for maximizing performance of an unthrottled SI engine a theoretical study. Department of Mechanical Engineering, Ben-Gurion University of the Negev. Israel Verhelst, S., et.al. Impact of variable valve timing on power, emissions and backfire of a bifuel hydrogen/gasoline engine. Department of Flow, Heat and Combustion Mechanics, Ghent University. Belgium. A-32-7