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

Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XX Program Studi MMT-ITS, Surabaya 1 Februari 2014

STUDY EKSPERIMENTAL KOMPARASI BUKAAN KATUP INTAKE DAN MODIFIKASINYA TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR BENSIN 4 LANGKAH DOHC 4 KATUP Hermanu Kusbandono1)dan Djoko Sungkono2) Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh November1,2) Keputih Sukolilo, Surabaya 60111. Indonesia1,2) Phone : 081230040004 E-Mail : [email protected]) 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°,-15° 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°,-15°,-20° juga dihitung dari titik standar bukaan intake modifikasi.Pada penelitian ini didapatkan bahwa menggeser durasi bukaan katub intake -5° -10° -15° didapat peningkatan nilai torsi, baik pada cam standar maupun modifikasinya, sedangkan menggeser +10° +5° didapat peningkatan daya. Selain itu juga pergeseran -5° -10° -15° 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. ISBN : 978-602-97491-9-9 A-33-1


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 3,14%”.Dan penelitian oleh Susilo. Arif dan Muliatna. I Made [3], mendapatkan “dengan lobe separation angle 95 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.

Gambar 1 Diagram buka tutup katup (Honda training book)

METODE Dalam penelitian ini dilakukan eksperimen dengan menggeser durasi buka tutup katub intake camshaft standar maju +5°, +10°, +15° dan mundur -5°, -10°. Variabel pergeseran ini (maju +5°, +10°, +15° 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°, +15° 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.

ISBN : 978-602-97491-9-9 A-33-2


Tabel 1. data buka tutup camshaft standar dan camshaft modifikasi

Camshaft standar Buka / Open Tutup / Close Buka / Open Tutup / Close

intake timing (at 1mm valve lift) 10° sebelum TMA 40° sesudah TMB exhaust timing (at 1mm valve lift) 40° sebelum TMB 10° sesudah TMA

Lift (mm) 6,7

6,3

Camshaft modifikasi intake timing (at 1mm valve lift) Buka / Open 23° sebelum TMA Tutup / Close 56° sesudah TMB exhaust timing (at 1mm valve lift) Buka / Open 56° sebelum TMB Tutup / Close 23° sesudah TMA

liftmm 7,6

7,3

HASIL DAN PEMBAHASAN Kurva torsi yang dihasilkan dengan menggeser durasi buka tutup katub intake camshaft standar ke kiri -5°, -10°,-15° dibanding dengan kurva standar. Didapatkan bahwa pergeseran -15° 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 +15° 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 -15º, sedangkan diatas 7500 rpm didapat pergeseran +5º adalah yang terbaik. 18 17 16 15 14

torsi std

13

torsi +5

12

torsi -15

11 10 9 3500

4500

5500

6500

7500

8500

9500

Hasil eksperimen kurva daya mesin dengan menggeser durasi buka tutup katub intake camshaft standar ke kiri -5°, -10°,-15° dibanding dengan kurva standar. Didapatkan pergeseran -15º memberikan nilai daya lebih tinggi untuk putaran dibawah 7500 rpm, sedangkan -5º memberikan nilai terbaik setelah 7500rpm.

ISBN : 978-602-97491-9-9 A-33-3


Hasil eksperimen dengan menggeser durasi buka tutup katub intake camshaft standar ke kanan +5°, +10°, +15°. Didapat kurva daya mesin +5º memberikan nilai lebih tinggi dibandingkan dengan standar. 18 17 16 15

hp std

14

hp -5

13

hp -10

12

hp -15

11 10 9 4000

5000

6000

7000

8000

9000

18 17 16

hp std

15

hp +5

14

hp +10

13

hp +15

12 11 5500

6500

7500

8500

9500

Kurva daya mesin terbaik untuk putaran dibawah 7500 rpm dihasilkan dari pergeseran -15º, 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.

ISBN : 978-602-97491-9-9 A-33-4


18 17 16 15

hp std

14

hp +5

13

hp -15

12 11 5500

6500

7500

8500

9500

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. 17 15 13

hp std

11

hp NOL

9

torsi std

7

torsi NOL

5 3 4000

5000

6000

7000

8000

9000

15 13 11 9 hp NOL

7

hp +5 MODIF

5 3 4000

hp -15 MODIF 6000

8000

ISBN : 978-602-97491-9-9 A-33-5


Pergeseran -15º 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.

15 13 11 9 torsi NOL

7

torsi +5 MODIF

5 3 4000

torsi -20 MODIF 5000

6000

7000

8000

9000

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 -15º 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]

[2]

[3]

[4]

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 Setiyo. Muji ,Condro P. Bagiyo, 2010,Pemajuan Valve Timing terhadapPeningkatanPerbandinganKompresiAktual, Torsi danDaya; UpayauntukMeningkatkanUnjukKerjaMesin, Program Study teknikOtomotif, UniversitasMuhammadiyahMagelang, Indonesia Susilo. Arif, Muliatna. I Made, 2013, PengaruhBesar LSA (Lobe Separation Angle) pada Camshaft terhadapUnjukKerjaMesinSepeda Motor 4 Langkah, TeknikMesin, UniversitasNegeri Surabaya, Surabaya, Indonesia 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

ISBN : 978-602-97491-9-9 A-33-6


[5]

[6]

[7]

[8] [9]

[10]

[11] [12]

[13] [14] [15] [16] [17]

Utomo, Saputro. Adi, 2007, AnalisaPengaruhDurasi Camshaft TerhadapUnjukKerja Motor Bakar Supra X125 Tune Up Roadrace, FTI UK Petra, Surabaya Siswanto. YoyokDrajat, Ranto, Rohman. Ngatou, 2012, PengaruhVariasi Lobe Separation Angle Camshaft danVariasiPutaranMesinterhadapDayapadaSepeda Motor Honda Supra X125 Tahun 2008, Program StudiJurusanTeknikMesin, UnversitasNegeri Surakarta, Surakarta Nagaya. Kosuke, Kobayashi. Hiroyuki, Koike. Kazuya, 2004, Valve Timing and Valve Lift Control Mechanism for Engines, Department of Mechanical Engineering, Gunma University, Kiryu, Japan Graham Bell, A, 1981, Four Stroke Performance Engine Tuning in Theory and Practice, HeynesPublising, California Antoni. Julius, 2012, KonsepPengembanganMekanisme Single Rail untukPerubahanBukaanKatubpada Single Camshaft, JurusanTeknikMesin, Universitas Indonesia, Jakarta 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, 2009, Experimental Analysis of A Motorbike High Speed Racing Engine, Department of Mechanical Engineering,, University of Padova, Padova, Italy Heinz Heisler. 1995.Advanced Engine Technology,Edward Arnold, The College of North West London, Willesden Centre, London, UK. Mathur, M. L, Sharma, R. P. 1980. A Course in Internal Combustion Engines. DhanpatRai& Sons, 3rd Edition.New Delhi, Crouse, William, 1995, Automotive Engine, McGraw-Hill School Publising Company, New York Heywood, John B.1988.Internal Combustion Engine Fondamentals,McGraw Hill Book Co. Inc, New York. Kawano. D Sungkono, 2011, Motor BakarTorak, ITS Press, Surabaya

ISBN : 978-602-97491-9-9 A-33-7

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

Recommend Documents