STUDY EKSPERIMENTAL KOMPARASI BUKAAN KATUP INTAKE DAN MODIFIKASINYA TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR BENSIN 4 LANGKAH DOHC 4 KATUP

Transkripsi

1 STUDY EKSPERIMENTAL KOMPARASI BUKAAN KATUP INTAKE DAN MODIFIKASINYA TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR BENSIN 4 LANGKAH DOHC 4 KATUP Hermanu Kusbandono 1) dan Djoko Sungkono 2) Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh November 1,2) Keputih Sukolilo, Surabaya 601. Indonesia 1,2) Phone : hermanu.m42@gmail.com 1) ABSTRAK Performa motor bensin dapat ditingkatkan salah satunya dengan memaksimalkan asupan atau efisiensi volumetris bahan bakar udara yang masuk ke dalam ruang bakar, dengan waktu pemasukan yang tepat pada putaran yang tepat akan meningkatkan unjuk kerja motor. Waktu pemasukan bahan bakar-udara dalam mesin motor bensin diatur oleh mekanisme camshaft. Penelitian ini bertujuan untuk menciptakan mekanisme buka tutup katup yang dapat berubah ubah pada fungsi putaran atau rpm. Oleh karena itu ingin diketahui karakteristik unjuk kerja motor bensin dengan merubah bukaan katub melalui modifikasi gigi timing camshaft standard dan modifikasi. Penelitian ini menggunakan metode komparasi antara unjuk kerja engine standar dengan variasi dan modifikasinya, menggunakan mesin motor bensin 4 langkah 4 katub DOHC, dengan memakai sasis dynometer inersia dengan memvariasikan derajad bukaan katub intake standar (in open 5 sebelum TMA in close 40 setelah TMB) dan derajad bukaan katub intake modifikasi (in open 23 sebelum TMA in close 56 setelah TMB). Variasi derajad bukaan katub standar dilakukan dengan menggeser intake camshaft +10,+5,-5,-10,- dihitung dari titik bukaan standar dan variasi bukaan katub modifikasi dengan mengganti cam intake dengan camshaft modifikasi dan juga menggeser cam intake +10,+5,-5,-10,-,-20 juga dihitung dari titik standar bukaan intake modifikasi.pada penelitian ini didapatkan bahwa menggeser durasi bukaan katub intake didapat peningkatan nilai torsi, baik pada cam standar maupun modifikasinya, sedangkan menggeser didapat peningkatan daya. Selain itu juga pergeseran didapat adanya penurunan kadar CO dan HC pada emisi gas buang yang mengindikasikan bahwa pembakaran di ruang bakar terjadi lebih baik. Kata kunci: camshaft, variable valve timing, bukaan katup PENDAHULUAN Teknologi pengaturan derajad buka tutup katub yang dapat berubah-rubah disebut sebagai variable valve timing. Katup intake dibuka lebih lama berguna untuk menaikkan volume bahan bakar-udara masuk lebih banyak kedalam silinder sehingga mampu menaikkan efisiensi volumetris dari suatu mesin. Namun juga derajad buka tutup katup sangat dipengaruhi dengan putaran mesin dikarenakan bahan bakar-udara masuk mengalami gaya inersia akibat hisapan atau pergerakan piston kebawah. Sehingga diperlukan teknologi pengaturan buka tutup katup menyesuaikan dengan putaran mesin. Hal ini akan membuat proses pemasukan bahan bakar-udara kedalam mesin menjadi efisien sehingga akan menghasilkan daya yang besar, hemat bahan bakar dan emisi yang rendah disemua rentang rpm. A-33-1

2 Pada penelitian yang dilakukan oleh E. Sher, T. Bar-Kohany [1] bahwa kinerja mesin SI komersial unthrottled diinstal dengan VVT menaikkan daya sebesar 6%. Setiyo. Muji dan Condro P. Bagiyo [2], dengan memajukan valve timing didapat peningkatan daya rata 3,%.Dan penelitian oleh Susilo. Arif dan Muliatna. I Made [3], mendapatkan dengan lobe separation angle 5 menghasilkan daya lebih besar 1,6% dibanding lsa standar. Pada penelitian tentang camshaft oleh Utomo, Saputro. Adi [5] didapat cam dengan durasi 270 memberikan nilai daya tertinggi dibandingkan 210, 260, dan 280. DASAR TEORI Camshaft atau poros bubungan atau noken as adalah bagian dari motor bensin yang mengatur buka dan tutup katub baik intake ataupun exhaust, serta mengatur seberapa tinggi katub terbuka. Camshaft membuka katub dengan menekannya, atau bisa juga dengan bantuan mekanisme lain seperti rocker arm atau pelatuk, ketika cam itu berputar. Hubungan antara perputaran camshaft dengan perputaran poros engkol adalah sangat penting. Karena katub sebagai satu-satunya jalan masuknya bahan bakar dan pengeluaran gas sisa pembakaran, sehingga katub atau klep harus dibuka dan ditutup pada saat yg tepat selama langkah hisap, Pada system DOHC, terdapat dua buah camshaft pada silinder head, satu cam untuk mengatur katub intake dan satu cam lagi untuk mengatur katub exhaust. METODE Gambar 1 Diagram buka tutup katup (Honda training book) Dalam penelitian ini dilakukan eksperimen dengan menggeser durasi buka tutup katub intake camshaft standar maju +5, +10, + dan mundur -5, -10. Variabel pergeseran ini (maju +5, +10, + dan mundur -5, -10 ) di hitung dari durasi buka tutup standar, bukan dari titik TMA. serta dalam penelitian ini juga menggeser pula durasi buka tutup untuk camshaft modifikasi juga dengan variabel maju +5, +10, + dan mundur -5, -10. Pergeseran durasi ini dilakukan dengan menggeser gear timing atau gigi camshaft. Dimana camshaft ini terhubung dengan gear timing melalui dua baut pengikat. Dengan menggeser gear timing juga akan menggeser posisi camshaft yang artinya juga menggeser durasi camshaft atau durasi buka tutup katup. A-33-2

3 Tabel 1. data buka tutup camshaft standar dan camshaft modifikasi Camshaft standar intake timing (at 1mm valve lift) Lift (mm) Buka / Open 10 sebelum TMA 6,7 Tutup / Close 40 sesudah TMB exhaust timing (at 1mm valve lift) Buka / Open 40 sebelum TMB 6,3 Tutup / Close 10 sesudah TMA Camshaft modifikasi intake timing (at 1mm valve lift) liftmm Buka / Open 23 sebelum TMA 7,6 Tutup / Close 56 sesudah TMB exhaust timing (at 1mm valve lift) Buka / Open 56 sebelum TMB 7,3 Tutup / Close 23 sesudah TMA HASIL DAN PEMBAHASAN Kurva torsi yang dihasilkan dengan menggeser durasi buka tutup katub intake camshaft standar ke kiri -5, -10,- dibanding dengan kurva standar. Didapatkan bahwa pergeseran - memberikan nilai torsi yang lebih besar dibanding standar hingga putaran 7500rpm. Kurva pergeseran +5 memberikan nilai torsi lebih tinggi dibanding dengan standar. Hal ini disebabkan adanya waktu yang lebih cukup bagi bahan bakar dan udara untuk memasuki ruang bakar saat klep intake hendak menutup. Sedangkan pergeseran + justru cenderung memberikan nilai torsi lebih rendah akibat waktu penutupan yng terlalu lama sehingga bahan bakar dan udara akan terdorong kembali ke katub intake. Kurva torsi terbaik untuk putaran dibawah 7500 rpm dihasilkan dari pergeseran -º, sedangkan diatas 7500 rpm didapat pergeseran +5º adalah yang terbaik torsi std torsi +5 torsi - Hasil eksperimen kurva daya mesin dengan menggeser durasi buka tutup katub intake camshaft standar ke kiri -5, -10,- dibanding dengan kurva standar. Didapatkan pergeseran -º memberikan nilai daya lebih tinggi untuk putaran dibawah 7500 rpm, sedangkan -5º memberikan nilai terbaik setelah 7500rpm. A-33-3

4 Hasil eksperimen dengan menggeser durasi buka tutup katub intake camshaft standar ke kanan +5, +10, +. Didapat kurva daya mesin +5º memberikan nilai lebih tinggi dibandingkan dengan standar hp -5 hp -10 hp - hp +5 hp +10 hp Kurva daya mesin terbaik untuk putaran dibawah 7500 rpm dihasilkan dari pergeseran -º, sedangkan diatas 7500 rpm didapat pergeseran +5º adalah yang terbaik. Hal ini dikarenakan pada putaran rendah <7500 rpm, penutupan katub intake lebih awal menyebabkan aliran bahan bakar yang masuk ke dalam ruang bakar mengalami gaya inersia yang kecil, sehingga di perlukan waktu penutupan katub intake lebih cepat agar campuran bahan bakar dan udara tidak terdorong keluar akibat pergerakan piston yang naik ke atas. Sedangkan untuk putaran mesin yang tinggi >7500rpm membutuhkan waktu penutupan katub intake yang lebih lama agar bahan bakar dan udara dapat memiliki waktu yang lebih untuk masuk ke dalam ruang bakar melawan pergerakan piston yang naik ke atas. A-33-4

5 hp +5 hp Kurva daya-torsi camshaft standar dan camshaft modifikasi, didapat bahwa unjuk kerja camshaft modifikasi mengalami penurunan dibanding camshaft standar. Hal ini dikarenakan modifikasi yang dilakukan memerlukan penyesuian pada sistem pendukung yang lainnya untuk mendapatkan unjuk kerja yang maksimal. Camshaft modifikasi memiliki durasi buka tutup yang lebih lama, hal ini membutuhkan suplai bahan bakar yang lebih banyak dari system karburator agar proses pembakaran menjadi lebih baik hp NOL torsi std torsi NOL 7 5 hp NOL hp +5 MODIF hp - MODIF A-33-5

6 Pergeseran -º memberikan nilai daya yang lebih tinggi dibanding tanpa pergeseran untuk putaran mesin dibawah 7500rpm, sedangkan untuk putaran diatas 7500rpm pergeseran +5º memberikan nilai daya yang lebih tinggi. 7 5 torsi NOL torsi +5 MODIF torsi -20 MODIF Pergeseran -20º memberikan nilai torsi yang lebih tinggi dibanding tanpa pergeseran untuk putaran mesin dibawah 7500rpm, sedangkan untuk putaran diatas 7500rpm pergeseran +5º memberikan nilai torsi yang lebih tinggi. KESIMPULAN DAN SARAN Untuk mendapatkan unjuk kerja yang maksimal di setiap putaran mesin maka perlu dilakukan pergeseran camshaft standar -º untuk nilai torsi yang terbaik diputaran rendah dan +5º untuk nilai daya terbaik pada putaran diatas 7500rpm. Sedangkan untuk camshaft modifikasi diperlukan pergeseran -20º untuk nilai torsi terbaik dan +5º untuk daya terbaik. Untuk memperbaiki unjuk kerja camshaft modifikasi diperlukan modifikasi pula pada sistem pemasukan bahan bakar. TINJAUAN PUSTAKA [1] E. Sher, T. Bar-Kohany, 2002, Optimization of Variable valve Timing for Maximizing Performance of An Unthrottled SI Engine- A Theoretical Study, The Pearlstone Center for Aeronautical Engineering, Ben-Gurion University of The Negev, Beer Sheva, Israel [2] Setiyo. Muji,Condro P. Bagiyo, 2010,Pemajuan Valve Timing terhadappeningkatanperbandingankompresiaktual, Torsi dandaya; UpayauntukMeningkatkanUnjukKerjaMesin, Program Study teknikotomotif, UniversitasMuhammadiyahMagelang, Indonesia [3] Susilo. Arif, Muliatna. I Made, 20, PengaruhBesar LSA (Lobe Separation Angle) pada Camshaft terhadapunjukkerjamesinsepeda Motor 4 Langkah, TeknikMesin, UniversitasNegeri Surabaya, Surabaya, Indonesia [4] Golcu. Mustafa, Sekmen. Yakup, Erduranh. Perihan, Salma. M Sahir, Artificial Neural-Network Based Modeling of Variable Valve Timing in A Spark Ignition Engine, Department of Mechanical Education, Gazi University, Ankara, Turkey A-33-6

7 [5] Utomo, Saputro. Adi, 2007, AnalisaPengaruhDurasi Camshaft TerhadapUnjukKerja Motor Bakar Supra X5 Tune Up Roadrace, FTI UK Petra, Surabaya [6] Siswanto. YoyokDrajat, Ranto, Rohman. Ngatou, 20, PengaruhVariasi Lobe Separation Angle Camshaft danvariasiputaranmesinterhadapdayapadasepeda Motor Honda Supra X5 Tahun 2008, Program StudiJurusanTeknikMesin, UnversitasNegeri Surakarta, Surakarta [7] Nagaya. Kosuke, Kobayashi. Hiroyuki, Koike. Kazuya, 2004, Valve Timing and Valve Lift Control Mechanism for Engines, Department of Mechanical Engineering, Gunma University, Kiryu, Japan [8] Graham Bell, A, 1, Four Stroke Performance Engine Tuning in Theory and Practice, HeynesPublising, California [] Antoni. Julius, 20, KonsepPengembanganMekanisme Single Rail untukperubahanbukaankatubpada Single Camshaft, JurusanTeknikMesin, Universitas Indonesia, Jakarta [10] G. Fontana, E. Galloni, 2008, Variable Valve Timing for Fuel Economy Improvement in A Small Spark-Ignition Engine, Department of Industrial Engineering, University of Cassino, Cassino, Italy [] Astawa. Ketut, 2010, Pencapaian Performa Padakatub Variable Timing Fixed Timing untukmesin yang Optimal, JurusanTeknikMesin, UniversitasUdayana, Bali [] Masi. Massimo, Toffolo. Andrea, Antonello. Marco, 200, Experimental Analysis of A Motorbike High Speed Racing Engine, Department of Mechanical Engineering,, University of Padova, Padova, Italy [] Heinz Heisler. 15.Advanced Engine Technology,Edward Arnold, The College of North West London, Willesden Centre, London, UK. [] Mathur, M. L, Sharma, R. P. 0. A Course in Internal Combustion Engines. DhanpatRai& Sons, 3 rd Edition.New Delhi, [] Crouse, William, 15, Automotive Engine, McGraw-Hill School Publising Company, New York [] Heywood, John B.8.Internal Combustion Engine Fondamentals,McGraw Hill Book Co. Inc, New York. [] Kawano. D Sungkono, 20, Motor BakarTorak, ITS Press, Surabaya A-33-7