KAJIAN PUSTAKA
A. Kajian Teori dan Hasil Penelitian Yang Relevan 1.Motor Bakar
5. Inovasi Penempatan Katup
Mekanisme katup dibagi berdasarkan penempatan katup. Inovasi mesin pada sepeda motor dilakukan untuk mengantisipasi kecepatan tinggi, penambahan tenaga output dan upaya konstruksi seringan mungkin. Secara umum ada tiga macam inovasi katup dari segi penempatannya, yaitu Katup Samping (Side Valve), Overhead-Valve (OHV) dan Overhead Camshaft (OHC).
Gambar 2.9. Mekanisme Katup Tipe SV, OHV dan OHC
commit to user
19 Tipe SV merupakan konstruksi yang paling sederhana dan ringan dengan mekanis penggeraknya ditempatkan di samping. Pada tipe katup samping, poros bubungan dipasang pada poros engkol dan mendorong keatas dan menggerakkan katup. Tipe ini kurang mampu melayani putaran tinggi, karena katup terpasang disamping torak sehingga ruang pembakaran lebih besar dan interval waktu pembakaran menjadi lama. Pada waktu sekarang tipe ini tidak lagi digunakan.
Pada tipe OHV posisi katup berada diantara torak dan digerakkan oleh lengan penekan. Tipe OHV memiliki ruang kompresinya lebih kecil, sehingga dapat menghasilkan perbandingan kompresi yang tinggi dan tenaga mesin menjadi lebih besar. Tipe OHV dilengkapi dengan batang penekan (push rod) yang panjang. Hal ini menyebabkan gerakan balik lengan penekan lebih besar dari jarak katup ke poros bubungan. Sehingga kurang stabil pada putaran tinggi.
Pada tipe OHC, poros bubungan ditempatkan dibagian atas tengah kepala silinder. Pada tipe ini batang penekan tidak ada, sehingga gerakan balik dapat dinetralisir. Pada meknisme OHC, terdapat dua metode penggerak poros bubung yakni menggunakan shaft dan cam chain (rantai). Secara umum tipe OHC dibagi menjadi dua macam yakni SOHC (Single Over Head Camshaft) dan DOHC (Double Over Head Camshaft). Pada SOHC hanya menggunakan satu poros bubungan dan DOHC menggunakan dua poros bubungan.
Pada sepeda motor Suzuki Shogun 125 SP menggunakan mekanisme katup SOHC dengan rantai sebagai penggerak poros bubunganya. Rantai akan memutar poros bubungan sehingga langsung menekan rocker arm. Pada tipe ini memiliki komponen yang relatif sedikit sehingga pada putaran tinggi tetap stabil.
Gambar 2.10. Mekanisme Katup SOHC
commit to user 6. Modifikasi Poros Bubungan
a. Efisiensi Volumetris
Salah satu cara yang dilakukan dalam memperbaiki unjuk kerja motor adalah dengan mengubah durasi poros bubungan. Durasi poros bubungan ini sangat mempengaruhi efisiensi volumetris. Efisiensi volumetris adalah ukuran dasar yang mempengaruhi ujuk kerja mesin. Hal ini sangat berhubungan dengan ketepatan waktu pembukaan dan penutupan katup. Pembukaan dan penutupan katup berpengaruh pada kecepatan dan keefektifan bahan bakar masuk, pengkompresian bahan bakar serta pengeluaran gas hasil sisa pembakaran.
Efisiensi volumetris juga menentukan besarnya momen yang dihasilkan oleh motor. Momen merupakan perkalian gaya dengan jarak batang yang diputar. Dalam hal ini gaya diperoleh dari tekanan hasil pembakaran, sedangkan batang disini adalah jari-jari poros engkol. Karena jari-jari poros engkol tetap maka besarnya momen sangat dipengaruhi oleh besarnya tekanan hasil pembakaran.
Besar kecilnya tekanan hasil pembakaran berhubungan dengan kecepatan dan tekanan torak untuk bergerak (langkah usaha). Untuk itu banyak sedikitnya campuran bahan bakar dan udara yang masuk kedalam silinder menentukan besarnya tekanan (hasil pembakaran) yang akan mendorong torak bergerak.
Untuk memperoleh tekanan hasil pembakaran yang besar, bukan hanya memasukan campuran bahan bakar sebanyak mungkin kedalam silinder, melainkan juga harus memperhatikan keefektian waktu pemasukan dan pengkompresian. Untuk itu derajat pembukaan dan penutupan katup harus dibuat seefektif mungkin dengan mempertimbangkan besarnya kapasitas mesin. Pada dasarnya ketepatan durasi dan derajat pembukaan dan penutupan katup mengacu prinsip dari motor 2 tak.
commit to user
21 Hal ini seperti yang dijabarkan Ahon alias Herman Lo dan Ibnu Sambodo dalam Korek Kem Persis Porting 2 Tak, yang mengatakan bahwa
“Prinsipnya, klep ditonjok kem membuka selama-lamanya dan menutup
secepat-cepatnya. Tapi semua ada batasnya”. (Tim Motor Plus, 2009: 69) Dari hasil riset Ibnu Sambodo yang terkenal sebagai Begawan 4 tak, memberikan batasan durasi kem yakni “Berdasarkan pengalaman di motor balap MotoPrix. Klep isap membuka 25-38o sebelum TMA dan menutup
50-70osetelah TMB”. (Aong C. Ulinnuha, 2010: 45)
Ketepatan membuka dan menutup, serta waktu pembukaan yang lebih lama dapat diatur melalui derajat dan durasi poros bubungan. Derajat pembukaan dan penutupan katup yang lebih cepat akan memperbesar kompresi dan memperkecil overlapping. Waktu pengkompresian bahan bakar lebih lama sehingga akan meningkatkan tekanan adiabatik. Tekanan adiabatik yang lebih besar akan menyebabkan partikel bahan bakar lebih padat dan temperatur ruang bakar lebih tinggi. Hal ini menjadikan bahan bakar yang masuk dalam bentuk kabut menjadi mudah menguap dan terbakar sempurna, sehingga menghasilkan tekanan hasil pembakaran yang lebih besar melakukan langkah usaha.
Dengan overlapping sedikit lebih kecil menjadikan bahan bakar lebih irit dan bertenaga. Hal ini karena berkurangnya negative combustion. Overlapping yang terlalu besar menyebabkan bahan bakar yang masuk mudah terdorong keluar. Bahan bakar baru yang seharusnya masuk, jadi banyak yang ikut membilas gas bekas yang menyebabkan bahan bakar menjadi sangat kurang untuk dibakar. Selain itu, overlapping yang terlalu besar juga menyebabkan gas bekas untuk berusaha keluar melalui saluran hisap, sehingga hal ini mengganggu masuknya campuran bahan bakar dan udara ke silinder. Ketika overlapping saat torak bergerak dari TMB ke TMA pada langkah buang, gas sisa pembakaran yang berusaha keluar melalui saluran hisap dapat masuk kembali kedalam silinder ketika overlapping saat torak bergerak dari TMA ke TMB pada langkah hisap. Hal ini menyebabkan gas baru yang
commit to user
seharusnya murni masuk kedalam silinder menjadi tercemar oleh gas bekas sisa pembakaran. Sehingga pembakaran menjadi tidak sempurna dan tekanan hasil pembakaran tidak terlalu besar yang menyebabkan tenaga mesin menurun.
Namun pada dasarnya overlapping sangat dibutuhkan dalam siklus kerja motor bakar. Overlapping membantu proses pembilasan dan efisiensi langkah hisap, sehingga mampu melayani pada putaran tinggi dan pemasukan bahan bakar tidak tersendat atau telat.
Kemungkinan tercemarnya gas murni yang masuk kedalam silinder akan tetap terjadi. Namun, dengan buka-tutup katup yang tepat akan dapat mengurangi tercemarnya bahan bakar murni oleh gas sisa pembakaran. Besarnya overlapping yang diguakan dengan mempertimbangkan kapasitas mesin itu sendiri. Kapasitas mesin menjadi salah satu acuan penentuan ketepatan buka-tutup katup karena besar kecilnya kapasitas mesin berhubungan dengan kevakuman didalam silinder. Besar kecilnya kevakuman inilah yang menjadi panentuan besarnya durasi poros bubungan.
Menurut penjelasan beberapa makanik, untuk motor standar dengan kapasitas mesin dibawah 200 cc biasanya menggunakan durasi 255o. Durasi ini mengambil batasan terendah yang diberikan Ibnu Sambodo yakni katup hisap dibuat membuka 25o sebelum TMA dan menutup 50o setelah TMB. Dan untuk derajat buka-tutup katup buang kebalikan dari katup hisap. Dengan hal itu akan menghasilkan durasi yang sama dan simatris.
Besarnya durasi dan derajat pembukaan katup akan mempengaruhi efisiensi volumetris. Dimana efisiensi volumetris akan menentukan besarnya tekanan hasil pembakaran yang akan mempengaruhi kecepatan dan tekanan torak bergerak melakukan langkah usaha. Kecepatan dan tekanan torak melakukan langkah usaha merupakan hasil dari unjuk kerja mesin yang terbaca sebagai torsi dan daya.
commit to user
23 b. Modifikasi Poros Bubungan
Sains dibalik desain sebuah poros bubungan sudah berkembang jauh sebelum perkembangan dunia balap. Oleh karena itu, sebagai seorang mekanik harus memahami spesifikasi mesin dan desain poros bubungan dari pabrikan. Untuk memahami hal itu, sebelumnya perlu mengetahui bagian dasar dari poros bubungan.
Gambar 2.11. Bagian-Bagian pada Poros Bubungan
1) Lobe (Bubungan)
Bubungan merupakan bagian dari keseluruhan yang mengatur siklus kerja pada motor 4 tak, yakni hisap, kompresi, usaha, buang dan overlapping. Pada motor 4 tak bubungan terbagi dua macam yakni bubungan hisap dan buang. Setiap bubungan untuk mengatur setiap katup. 2) Base Circle (Lingkar Dasar)
Base Circle disebut juga tumit poros bubungan. Hal ini merupakan titik terendah dari bubungan. Base circle adalah posisi dimana katup dalam keadaan tertutup. Ukuran dari base circle mempengaruhi lift. Semakin kecil base circle memungkinkan lift lebih tinggi, tapi hal ini juga rawan menjadikan poros bubungan lentur dan timing melompat.
commit to user
Gambar 2.12. Base Circle Diameter
(Sumber: Des Hammill, 1998: 10)
3) Ramp
Ramp adalah bagian dari poros bubungan dimana posisi katup bergerak naik dan berakhir menutup. Setiap bubungan memiliki dua area ramp buka dan tutup. Pada poros bubungan balap, bentuk kurva area ramp memiliki kecepatan dan akselerasi tinggi. Kurva ramp dipengaruhi oleh profil poros bubungan, yang mana merupakan salah satu yang mempengaruhi unjuk kerja mesin.
Hal ini dikarenakan profil poros bubungan adalah semacam rel tempat berjalannya lengan penekan. Sehingga jika dilihat dalam bentuk grafik, profil poros bubungan merupakan pembentuk kurva durasi buka tutup katup. Pada dasarnya perbedaan profil poros bubungan dilihat dari bentuk ramp. Profil poros bubungan jika dilihat dari bentuk ramp dibedakan menjadi dua, yakni symmetrical dan asymmetrical.
Gambar 2.13. Bentuk Poros Bubungan Berdasarkan Ramp (Sumber: Lunati, 2008)
commit to user
25 Poros bubungan symmetrical adalah poros bubungan yang memiliki profil ramp simetris, dimana buka dan tutup sama persis. Profil dari ramp tutup merupakan pencerminan dari buka. Hal ini memungkinkan besarnya durasi hisap dan buang, serta overlapping katup sama besar. Profil simetris ini biasanya digunakan untuk motor dengan putaran tinggi. Karena profil ini akan membuka lebih lama dan menutup sangat cepat. Kecepatan proses kerja tersebut memberikan tenaga maksimal, baik diputaran rendah maupun tinggi. Karena bentuk profil yang simetris maka proses membuka dan menutupnya seimbang. Namun semua ini ada ukuran dan batasannya.
Sedangkan poros bubungan asymmetrical adalah poros bubungan yang memiliki profil ramp berbeda antara buka dan tutup. Ramp ini mengacu pada bubungan, dimana ramp buka dan tutup tidak sama. Biasanya ramp asymmetrical ini digunakan untuk derajat buka-tutup yang berbeda. Umumnya, profil bubungan tidak simetris memiliki derajat pembukaan yang lebih cepat dan penutupan yang lebih lambat. Akselerasi katup yang dibuka secepat mungkin dan kecepatan bukaan katup dilambatkan saat mendekati angkatan maksimal dapat mencegah terjadinya floating. Penutupan katup yang dibuat lambat membuat penutupan lebih lembut dan daya tahan katup lebih lama. Biasanya pada motor standar .
4) Flank
Flank biasa disebut pinggang poros bubungan. Daerah ini merupakan bagaian pembentuk profil poros bubungan, yang mana berhubungan dengan lift rate dari poros bubungan.
5) Nose
Nose adalah bagian dimana katup terbuka secara penuh. Titik tertinggi lift disebut lobe centerline (garis tengah bubungan). Intake centerline diukur pada derajat poros engkol setelah TMA. Exhaust centerline ditunjukan dalam derajat posisi poros engkol sebelum TMA.
commit to user
Gambar 2.14. Nose atau Toe Poros Bubungan (Sumber: Des Hammill, 1998: 8)
Dalam memodifikasi poros bubungan ada beberapa istilah yang perlu dipahami. Istilah-istilah tersebut yaitu: Duration, phasing, valve lift, lobe lift, overlap, lift rate, full lift, valve clearance dan profil.
1) Duration
Duration adalah jumlah derajat dimana katup mulai membuka hingga katup menutup. Durasi dipengaruhi oleh derajat dan rentang waktu buka-tutup katup. Derajat buka-tutup katup akan mempengaruhi waktu langkah hisap, buang kompresi, usaha dan besarnya overlapping. Sedangkan rentang waktu buka-tutup katup akan mempengaruhi efisiensi volumetris (bahan bakar yang masuk), ketuntasan mengeluarkan gas sisa pembakaran, besarnya kompresi, dan lamanya waktu melakukan langkah usaha.
Gambar 2.15. Diagram Buka Tutup Poros Bubungan (Sumber: Des Hammill, 1998: 10)
commit to user
27 2) Phasing
Phasing adalah hubungan antara durasi saluran masuk dan saluran buang. Phasing pada dasarnya adalah hubungan antara membuka dan menutup saluran masuk dengan saat membuka dan menutup saluran buang. Phasing disebut juga Lobe Separation Angle (LSA). Hal ini adalah bentuk sudut yang efektif antara posisi angkat penuh tonjolan saluran masuk dan posisi angkat penuh tonjolan saluran buang pada poros bubungan.
Gambar 2.16. LSA (Sudut Jarak Antara Poros Bubungan Hisap Dan Buang) (Sumber: Aong C. Ulinnuha, 2010: 58)
LSA sangat mempengaruhi karekteristik putaran mesin. LSA berhubungan dengan overlapping. Semakin kecil LSA maka akan semakin besar overlapping. Overlapping yang terlalu besar akan membuat kompresi rendah, boros, pembilasan sempurna sehingga menjadikan bahan bakar murni tercemar dan pembakaran menjadi tidak sempurna karena terjadi negative corburetion. Hal ini hanya akan menghasilkan performa mesin hanya baik pada putaran rendah. Sedangkan overlapping yang terlalu kecil akan menyebabkan pemasukan bahan bakar menjadi lebih telat. Sehingga performa mesin hanya baik pada putaran tinggi. Untuk itu diperlukan overlapping yang tepat guna memperoleh performa mesin yang seimbang antara torsi dan daya. Salah satu cara yang dilakukan untuk memperoleh overlapping adalah dengan merubah durasi dan LSA poros bubungan. Rumus LSA adalah:
commit to user Dimana:
A = Durasi hisap
B = Derajat buka (hisap) sebelum TMA C = Durasi buang
D = Derajat tutup (buang) setelah TMA
Ibnu Sambodo pernah bicara LSA poros bubungan yang tepat.
“Katanya bagusnya berada direntang 105o
. Atau boleh juga plus-minus 3o. Jadi rentangnya 102-108o.” (Aong C. Ulinnuha, 2010: 58)
Menghitung LSA durasi 255o profil simetris. Dimana derajat pembukaan katup hisap adalah 25o sebelum TMA. Sedangkan derajat penutupan katup buang 25o setelah TMA. Jika dimasukan kedalam rumus LSA adalah sebagai berikut:
( ) ( ) ( ) ( )
Hasil perhitungan LSA durasi 255o profil simetris adalah 102,5o. LSA 102,5o masuk dalam rentang dianjurkan Ibnu Sambodo.
