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

(1)

TESIS

STUDI EKSPERIMENTAL KOMPARASI BUKAAN KATUP INTAKE STANDAR DAN MODIFIKASINYA TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR BENSIN 4

LANGKAH DOHC 4 KATUP

Hermanu Kusbandono NRP. 2111 20 2004

Dosen Pembimbing :

Prof. Dr. Ir. H. Djoko Sungkono Kawano, M.Eng Sc.

PROGRAM MAGISTER

BIDANG KEAHLIAN REKAYASA KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA

2014

i

(2)

THESIS

COMPARATIVE EXPERIMENTAL STUDY ABOUT INTAKE VALVE OPENINGS AND ITS

MODIFICATIONS TO THE STANDARD GASOLINE ENGINE PERFORMANCE USING DOHC

4 STROKE 4 VALVE ENGINE

Hermanu Kusbandono NRP. 2111 20 2004

Supervisor :

Prof. Dr. Ir. H. Djoko Sungkono Kawano, M.Eng Sc.

MASTER PROGRAM

CONVERSION OF ENERGY ENGINEERING MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT FACULTY OF INDUSTRIAL TECHNOLOGY INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA

2014

i

(3)

(4)

STUDI EKSPERIMENTAL KOMPARASI BUKAAN KATUP INTAKE DAN MODIFIKASINYA TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR BENSIN 4

LANGKAH DOHC 4 KATUP

Nama : Hermanu Kusbandono

Nrp : 2111 202004

Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ir. H. Djoko Sungkono Kawano, M.Eng.Sc

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 camshaft. Penelitian ini bertujuan ingin mengetahui karakteristik unjuk kerja motor bensin dengan merubah bukaan katup melalui modifikasi camshaft.

Penelitian ini menggunakan metode komparasi antara unjuk kerja engine standar dengan variasi dan modifikasinya di laboratorium performa motor UNESA (Universitas Negeri Surabaya) menggunakan mesin motor bensin 4 langkah 4 ka tub DOHC, dengan memakai sasis dynometer inersia dengan memvariasikan derajad bukaan katup intake standar (in open 5° sebelum TMA – in close 40° setelah TMB) dan derajad bukaan katup intake modifikasi (in open 23° sebelum TMA – in close 56° setelah TMB). Variasi derajad bukaan katup standar dilakukan dengan menggeser intake camshaft +15° +10° +5° -5° -10° -15°

dihitung dari titik bukaan standar dan variasi bukaan katup modifikasi dengan mengganti camshaft intake dengan camshaft modifikasi dan juga menggeser cam intake +5° -5° -10° -15° -20° juga dihitung dari titik bukaan intake modifikasi

Pada penelitian ini didapatkan bahwa menggeser durasi bukaan katup intake standar -15° didapat peningkatan nilai torsi sebesar 8% da n daya naik sebesar 25% di putaran mesin dibawah 7500rpm, dan pergeseran +5°, memberikan kenaikan torsi dan daya sebesar 8% di put aran mesin diatas 7500rpm. Untuk camshaft intake modifikasi, pergeseran -15° memberikan kenaikan torsi sebesar 32% dan daya naik sebesar 31% di putaran mesin dibawah 7500rpm dan untuk camshaft intake modifikasi dengan pergeseran +5°, memberikan kenaikan torsi dan daya sebesar 20% di putaran mesin 9000rpm.

Kata kunci : camshaft, variable valve timing, bukaan katup

iii

(5)

COMPARATIVE EXPERIMENTAL STUDY ABOUT INTAKE VALVE OPENINGS AND ITS MODIFICATIONS TO THE STANDARD GASOLINE

ENGINE PERFORMANCE USING DOHC 4 STROKE 4 VALVE ENGINE

Name : Hermanu Kusbandono

Nrp : 2111 202004

Supervisor : Prof. Dr. Ir. H. Djoko Sungkono Kawano, M.Eng.Sc

ABSTRACT

Gasoline internal combustion engine performance can be improved either by maximizing volumetric efficiency of the intake or fuel air entering the combustion chamber, with a proper timing will increase the performance of the engine. The fuel-air intake timing in a gasoline engine is governed by the camshaft. The aim of this study wanted to know the performance characteristics of gasoline internal combustion engine by changing the valve opening through a camshaft modification.

This experimental study uses a co mparison between a standard engine performance with variations and its modifications in the motorcycle engine performance laboratory at UNESA (State University of Surabaya) using a petrol engine 4 stroke 4 valve DOHC engine, chassis using inertia dynometer by varying the standard intake valve opening degree (in the open 5 ° before TDC - in a close 40 ° after TMB) and intake valve opening degree of modification (in the open 23 ° before TDC - in a close 56 ° after TMB). Standard valve opening degree variation is done by shifting the intake camshaft + 15 ° + 10 ° + 5 ° -5 ° -10 ° -15 ° i s calculated from the point of standard openings and opening variations modified by replacing the valve with the intake camshaft and camshaft modifications also shift the intake cam + 5 ° -5 ° -10 ° -15 ° -20 ° were also calculated from the point of intake openings modification.

In this study it was found that shifting the intake valve opening duration -15 ° standard torque values obtained increase of 8% and power rose by 25% in under 7500rpm rev the engine, and shift + 5 °, providing torque and power increase of 8% in the spin machine above 7500rpm. Modifications to the intake camshaft, shifting -15 ° gives 32% increase in torque and power increase by 31% in under 7500rpm and rev the engine to the intake camshaft modification with shift + 5 °, providing torque and power increase by 20% at 9000rpm spin machine.

Keyword : camshaft, variable valve timing, valve openings

iii

(6)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas ijin dan karunia-Nya serta Hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Proposal Thesis ini dengan judul: “STUDI EKSPERIMENTAL KOMPARASI BUKAAN KATUP INTAKE STANDAR DAN MODIFIKASINYA TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR BENSIN 4 LANGKAH DOHC 4 KATUP”. Penulisan Thesis ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi di Program Pasca Serjana, Bidang Keahlian Rekayasa Konversi Energi, Progam Studi Tenik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Dalam Penulisan Thesis ini, penulis ingin menyampaikan terimakasih sebesar-besarnya kepada:

1. Prof.Dr.Ir.H. Djoko Sungkono K, M.Eng.Sc., selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bantuan, motivasi, a rahan, bimbingannya selama ini sehingga penulis bisa menyelesaikan thesis ini tepat pada waktunya.

2. Prof Dr. Sutardi , selaku koordinator program studi S2 Teknik Mesin ITS.

3. Dr. Bambang Sudarmanta, ST. MT., selaku dosen penguji tesis yang telah memberikan masukan-masukan pada penulisan tesis ini.

4. Ary Bachtiar K.P. ST, MT, Ph.D., selaku dosen penguji tesis yang telah memberikan masukan-masukan pada penulisan tesis ini.

5. Vivien Supandhani, ST. M.Eng, Ph.D selaku dosen penguji tesis yang telah memberikan masukan-masukan pada penulisan tesis ini.

6. (alm) Ayahku dan Ibuku, serta kakakku, atas semua doa dan dukungan yang telah kalian berikan.

7. Rekan- rekan seperjuangan RKE angkatan 2011, terima kasih atas sharing ilmu dan segala hal selama perkuliahan ini.

iv

(7)

8. Semua Bapak/Ibu Dosen dan karyawan di Jurusan Teknik mesin ITS saya Ucapkan “ Terima Kasih banyak”.

9. Tim Hku Racing Motorsport, terimakasih atas semua bantuan, semoga sukses selalu buat kalian semua.

10. Segenap keluarga besar Lab. Motor Bakar yang telah banyak membantu penulis.

11. Semau pihak yang telah membantu dalam proses penyusuran thesis ini yang tidak dapat kami sebutkan satu-per satu.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tesis ini masih terdapat beberapa kekurangan disana ini. Oleh karena itu segela saran dan kritik sangat diharapkan demi penyempurnaan di kemudian hasil. Akhir kata penulis berharap semoga tesis ini bermanfaat bagi kita semua.

Wassalam. Wr.wb.

Surabaya, Juni 2014

Hermanu Kusbandono

v

(8)

DAFTAR ISI

Judul i

Lembar Pengesahan ii

Abstrak iii

Kata Pengantar iv

Daftar Isi v

Daftar Gambar vi

Daftar Rumus vii

Daftar Tabel vii

Bab I Pendahuluan

1.1.Latar Belakang 1

1.2.Perumusan Masalah 2

1.3.Batasan Masalah 3

1.4.Tujuan Penelitian 3

1.5.Manfaat Penelitian 4

1.6.Sistematika Penulisan 4

Bab II Dasar Teori

2.1. Camshaft 5

2.1.1. Overlapping 7

2.1.2. Lobe Separation Angle (LSA) 9

2.2. Parameter Unjuk Kerja 10

2.2.1. Torsi 10

2.2.2. Daya Motor (Brake Horse Power) 10

2.2.3. Tekanan Efektif Rata-Rata (Brake Mean Effective Pressure) 10 2.2.4. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Spesific Fuel Consumption) 11

2.2.5. Polusi Udara 11

2.2.6. Hidrocarbon (HC) 12

2.2.7. Karbon Monoksida (CO) 13

2.3. Variable Valve Timing 13

2.4. Dynamometer 18

2.4.1. Prinsip Operasi 19

2.4.2. Tipe Dynamometer 19

2.4.3. Bagaimana Dynamometer Digunakan Untuk Menguji Mesin 20

2.4.4. Metode Pengujian Secara Umum 21

2.4.5. Engine Dynamometer 22

2.4.6. Chasis Dynamometer 22

Bab III Metode Penelitian

3.1. Flowchart Penelitian 23

3.2. Rancangan Dalam Penelitian 24

3.3. Camshaft Uji 25

3.4. Pengukuran Durasi Camshaft 26

3.5. Metode Penelitian 31

3.6. Spesifikasi Mesin 32

3.7. Dynamometer 32

Bab IV Hasil Perhitungan dan Analisa

4.1. Perhitungan Unjuk Kerja 37

v

(9)

4.1.1 Perhitungan Tekanan Efektif Rata-rata (bmep) 37 4.1.2 Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (sfc) 37

4.1.3 Effisiensi Thermis (ηth) 38

4.2. Analisa Unjuk Kerja 39

4.2.1 Torsi dan Daya 39

4.2.2 Unjuk Kerja Camshaft Standar dan Camshaft Modifikasi 46 4.2.3 SFC Camshaft Standar dan Camshaft Modifikasi 49 Bab IV Kesimpulan dan Saran

5.1. Kesimpulan 53

5.2. Saran 54

Daftar Pustaka 55

DAFTAR GAMBAR

Gbr. 2.1 Tipografi camshaft 6

Gbr. 2.2 Pengukuran Lift Camshaft 6

Gbr. 2.3 Diagram buka tutup katup 7

Gbr. 2.4 Diagram lift- Θ buka tutup katup 7

Gbr. 2.5 Skema buka tutup katup-overlap-lsa camshaft 8

Gbr. 2.6 Diagram buka tutup katup dan overlap 8

Gbr. 2.7 Skema buka tutup katup dan derajad overlap pada camshaft 9 Gbr. 2.8 Emisi gas buang versus air-fuel ratio pada motor bensin 12

Gbr. 2.9 Kurva crank – lift [7] 14

Gbr. 2.10 Kurva bmep vs sfc [7] 14

Gbr. 2.11 Kurva bmep vs EGR [7] 15

Gbr. 2.12 Efek dari intake closing pada nilai torsi, CO, NOx dan specific fuel

consumption [4] 16

Gbr. 2.13 Optimasi dari intake valve opening dan closing time [4] 16 Gbr. 2.14 Kalkulasi torsi mesin, bcfc, polusi vs enginge speed dengan

dan tanpa VVT [4] 17

Gbr. 2.15 Kalkulasi torsi mesin, bcfc, polusi vs enginge speed dengan

dan tanpa VVT optimum [4] 18

Gbr. 2.16 Chasis Dynamometer Roller 22

Gbr. 3.1 Adapter derajad gear timing 25 Gbr. 3.2 Camshaft intake standard dan intake modifikasi 25 Gbr. 3.3 Top mati atas dan top magnet 26 Gbr. 3.4 Pengukuran derajad buka tutup katub 27 Gbr. 3.5 Pemasangan busur derajad pada poros engkol magnet 29 Gbr. 3.6 Pemasangan adapter gear timing pada camshaft intake 29

Gbr. 3.7 Cam stopper 30

Gbr. 3.8 Pemasangan camshaft stopper 30

vi

(10)

Gbr. 3.9 Posisi motor diatas chasis dynamometer 33 Gbr. 3.10 Pengecekan top mati atas dan top camshaft 33

Gbr. 3.11 Gas analyzer 33

Gbr. 3.12 Probe gas analyzer 34

Gbr. 3.13 Pengambilan data power dan torsi 34 Gbr. 3.14 Pengambilan data emisi gas buang 34 Gbr. 3.15 pengambilan data konsumsi bahan bakar 35

Gbr. 3.16 Memvariasikan camshaft intake 35

DAFTAR RUMUS

2.1 Maksimum lift/ cam lift 6

2.2 Lobe Separation Angle 9

2.3 Power (HP) 20

2.4 Power (kiloWatt) 20

LAMPIRAN 1

Tabel hasil pengujian 57

LAMPIRAN 2

Grafik hasil pengujian 71

vii

(11)

Tesis Rekayasa Konversi Energi

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Teknologi pengaturan derajad buka tutup katup yang dapat berubah-rubah disebut sebagai variable valve timing. Katup intake dibuka lebih lama berguna untuk memasukkan jumlah bahan bakar-udara 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 agar menyesuaikan dengan putaran mesin. Hal ini akan membuat proses pemasukan bahan bakar-udara kedalam mesin menjadi lebih efisien sehingga akan menghasilkan daya yang besar, hemat bahan bakar dan emisi yang rendah disemua rentang rpm.

Pada penelitian yang dilakukan oleh E. Sher, T. Bar-Kohany [1] bahwa kinerja mesin Spark Ignition komersial unthrottled diinstal dengan VVT dapat menaikkan daya sebesar 6%.

Begitu pula Setiyo. Muji dan Condro P. Bagiyo [2], didapat 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 95º menghasilkan daya lebih besar 1,6% dibanding LSA standar.

Penelitian oleh Golcu. Mustafa, Sekmen. Yakup dan Erduranh. Perihan [4]

mendapati bahwa dengan mengatur valve timing akan menaikkan torsi dan daya mesin, variable valve timing dapat digunakan untuk menaikkan performa mesin.

Pada penelitian tentang camshaft oleh Utomo, Saputro. Adi [5] didapat bahwa cam dengan durasi 270° memberikan nilai daya tertinggi dibandingkan 210°, 260°, dan 280°.

Juga dilakukan oleh Yoyok Drajat, Ranto dan Ngat ou Rahman [6], dengan memvariasikan lobe separation angle akan menaikkan daya di rentang rpm 6000 keatas dibanding camshaft standar.

1

(12)

Kosuke Nagaya,[7]mengatakan bahwa Variable valve timing (VVT) digunakan dalam mesin spark ignition untuk meningkatkan nilai ekonomi bahan bakar, mengurangi gas NOx dan meningkatkan torsi puncak dan daya.

Di dalam textbook A Graham Bell [8] dijelaskan bahwa pada dasarnya, memajukan camshaft akan menaikkan daya pada putaran rendah dan menengah, sedangkan memundurkan camshaft a kan menurunkan tenaga di putaran bawah- menengah namun akan sedikit menambah daya di putaran atas. Sekitar 2° lebih maju akan memberikan efek yang relative kecil, namun 4° sampai 8° akan menunjukkan perubahan di putaran bawah menengah namun pengurangan di putaran atas.

Antoni. Julius [9] melakukan penelitian pada perubahan katup single camshaft didapat penurunan CO sebesar 43,5% pada posisi 2 d an CO2 naik 5,6% d an HC menurun 43,4% pada posisi 2.

G. Fontana, E. Galloni [10] mengatakan bahwa penelitian ini mendapatkan hasil penelitian dimana terjadi penurunan nilai specific fuel consumption dibandingkan tanpa VVT, mean effective pressure juga lebih tinggi.

Serta penelitian oleh Arsawa. Ketut [11] didapat hasil pengujian bahwa secara umum mesin dengan katup variable timing menghasilkan emisi yang lebih baik dibandingkan mesin dengan katup fixed timing.

1.2. Perumusan Masalah.

Penelitian ini dilakukan dengan menggeser maju (+ kekanan) dan mundur (- kekiri) dari camshaft standar dan camshaft modifikasi. Dari uraian tersebut, maka dicari pemecahannya sebagai berikut:

1. Bagaimana pengaruh variasi derajad bukaan katup masuk/ intake pada mesin bensin 4 langkah DOHC 4 katup terhadap unjuk kerjanya (daya, torsi, sfc dan emisi).

2. Seberapa besar derajad penggeseran durasi yang maksimal pada camshaft intake standar dan camshaft modifikasi.

2

(13)

1.3 Batasan Masalah.

Agar penelitian yang di lakukan tidak terlalu melebar dari tujuan yang hendak dicapai , maka ditentukan batasan permasalahan. Adapun batasan masalahnya adalah sebagai berikut:

1. Bahan bakar yang digunakan adalah bensin premium oktan 88 yang ada di pasaran.

2. Motor bensin 4 langkah yang digunakan adalah mesin suzuki satria F 150 DOHC 4 katup.

3. Tidak membahas cara p embuatan dan bahan dari camshaft standart dan modifikasinya .

4. Camshaft intake yang divariasikan adalah camshaft standar motor dan camshaft modifikasi.

5. Variasi bukaan katup menggunakan camshaft intake standar durasi 230º sedangkan camshaft exhaust standar tidak divariasikan.

6. Variasi bukaan katup menggunakan camshaft intake modifikasi, sedangkan camshaft exhaust modifikasi tidak divariasikan.

7. Camshaft intake modifikasi yang di uji menggunakan durasi 259° lift cam 7,6mm. dan camshaft exhaust 259° lift 7,3mm.

8. Dyno test yang di gunakan adalah sasis dyno inertia tipe roller.

9. Pengukuran daya, torsi serta air fuel ratio menggunakan variable load dari 4000rpm hingga 10.000rpm, dan dilakukan repetisi hingga menunjukkan angka tertinggi kemudian berhenti.

10. Pengukuran sfc dan emisi gas buang diambil pada 4000, 5000, 6000, 6500, 7500 dan 8500rpm dengan menahan bukaan throttle sesuai rpm yang ditentukan untuk menghabiskan 10mL bahan bakar, dan dilakukan repetisi 3 kali.

11. Emisi gas buang yang di analisa adalah CO, CO2, HC, O2.

1.4 Tujuan Penelitian.

1. Mengetahui karakteristik pengaruh variasi derajad bukaan katup intake terhadap unjuk kerja motor bensin 4 langkah DOHC 4 katup pada camshaft standar dan modifikasinya

3

(14)

2. Mendapatkan nilai derajad pergeseran yang maksimal.

3. Mengetahui em isi gas buang yang di hasilkan dari variasi derajad durasi camshaft standar dan modifikasinya pada motor bensin 4 langkah DOHC 4 katub.

1.5 Manfaat Penelitian

1. Hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi sumbangan pemikiran bagi pengembangan ilmu pengetahuan dan memberikan gambaran mengenai durasi derajad bukaan katup intake yang tepat untuk mendapat performa mesin yang baik, penurunan konsumsi serta pengurangan emisi gas buang sehingga dapat mengurangi pemanasan global.

1.6. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan dalam penelitian ini, secara ringkas dapat dijelaskan sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Pada bagian ini diuraikan latar belakang, perumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian dan sistematika penulisan.

BAB II DASAR TEORI

Pada bagian ini diuraikan beberapa landasan teori dan hasil penelitian sebelumnya.

BAB III METODE PENELITIAN

Pada bagian ini akan diuraikan metode penelitian, spesifikasi peralatan yang akan dipakai dalam pengujian, cara pengujian, dan data yang diambil.

BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA

Dalam bab ini dibahas tentang perhitungan dan analisa dari data yang didapat dari hasil penelitian.

BAB V PENUTUP

Pada bagian ini berisi kesimpulan hasil penelitian serta saran-saran untuk penelitian selanjutnya.

4

(15)

BAB II DASAR TEORI

2.1 Camshaft

Camshaft atau poros bubungan atau noken as adalah bagian dari motor bensin yang mengatur buka dan tutup katup baik intake ataupun exhaust, serta mengatur seberapa tinggi katup terbuka.

Camshaft terbuat dari batangan dengan bagian tengah terdapat tonjolan (lobe) dan pada kedua ujungnya terdapat bearing sebagai tumpuan. Cam membuka katup 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 katup sebagai satu-satunya jalan masuknya bahan bakar dan pengeluaran gas sisa pembakaran, sehingga katup atau klep harus dibuka dan ditutup pada saat yg tepat selama langkah hisap,

Dalam mesin 4 langkah terdapat 4 langkah penting, yaitu langkah hisap, kompresi, usaha dan buang. Nah katup masuk adalah tempat atau saluran masuknya bahan bakar pada langkah hisap, sedangkan katup buang adalah saluran keluar dari gas sisa pembakaran saat langkah buang. Untuk alasan ini maka camshaft atau noken as harus berhubungan selaras dengan crankshaft atau poros engkol, baik dengan bantuan rantai mesin, V belt atau bahkan mekanisme gear.

Untuk mesin sepeda motor di Indonesia, mayoritas menggunakan mekanisme rantai, baik type standar atau silent chain. Untuk mesin mobil bisa bervariatif mekanismenya, bisa rantai mesin, V belt ataupun gear.

Dalam sebuah mesin 4 langkah, putaran camshaft adalah setengah dari putaran mesin. Artinya jika mesin berputar 1200 rpm, maka camshaft berputar 600 rpm.

Itu sebabnya gear rantai mesin yang ada di camshaft berjumlah 2 kali dibanding gear rantai mesin yang ada di crankshaft atau poros engkol.

5

(16)

Proposal Tesis Rekayasa Konversi Energi

Gambar 2.1, tipografi camshaft (www.portablepct.com)

Pada mesin bensin dikenal dengan istilah SOHC dan DOHC. SOHC adalah single over head camshaft dimana pada silinder head terdapat hanya satu buah camshaft yang mengatur buka tutup katup intake dan juga katup exhaust. Pada system SOHC biasanya terdapat hanya 2 katub yang terdiri satu intake dan satu exhaust, namun adapula yang dilengkapi dengan 4 katub yaitu dua intake dan dua exhaust.

Gambar 2.2, pengukuran lift camshaft (Honda training book)

..2.1

Sedangkan pada system DOHC, terdapat dua buah camshaft pada silinder head, satu cam untuk mengatur katup intake dan satu cam lagi untuk mengatur

6

(17)

Proposal Tesis Rekayasa Konversi Energi katup exhaust. Pada system ini biasanya terdapat 4 buah katup (dua intake dan dua exhaust) namun adapula yang dilengkapi dengan 5 katup yaitu tiga katup intake dan dua katup exhaust.

Gambar 2.3, diagram buka tutup katup (Honda training book)

Gambar 2.4, diagram lift-Θ buka tutup katup

(www.3.7mustang.com/valvetimingillustration-002.gif)

2.1.1 Overlapping

Overlapping adalah kondisi dimana katup intake dan katup exhaust sama-sama terbuka. Kondisi ini terbentuk saat katup exhaust hendak menutup beberapa derajad setelah TMA di barengi dengan katup intake

7

(18)

Proposal Tesis Rekayasa Konversi Energi yang mulai membuka beberapa derajad sebelum TMA. Overlapping ini dapat membantu dalam menaikkan performa mesin serta dapat membantu menaikkan efisiensi volumetris bahan bakar yang masuk ke ruang bakar.

Gambar 2.5, skema buka tutup katup-overlap-lsa camshaft (www.tildentechnologies.com/twolobes.gif)

Gambar 2.6, diagram buka tutup katup dan overlap (www.answer.com/f0679-02.gif)

Campuran bahan bakar yang masuk melalui katup intake akan membantu proses pembilasan gas sisa pembakaran keluar melewati katup exhaust menuju knalpot.

Namun overlapping yang terlalu besar juga dapat mengurangi performa motor akibat bahan bakar yang masuk ikut terdorong keluar ke knalpot.

8

(19)

Proposal Tesis Rekayasa Konversi Energi 2.1.2 Lobe Separation Angle (LSA)

Adalah derajad antara titik tengah nok atau lobe in atau bubungan intake dengan titik tengah lobe ex atau bubungan exhaust. Makin rendah LSA makin besar derajad overlapping, sedangkan makin besar LSA semakin kecil derajad overlapping. jika tidak ada perubahan durasi, maka memperbesar LSA sama dengan memperkecil overlap, begitu sebaliknya.

Untuk menghitung LSA menggunakan rumusan :

….(2.2) dimana , in degree : durasi katup masuk

in open btdc : derajad katup masuk membuka sebelum TMA ex degree : durasi katup buang

ex close atdc : derajad katup buang menutup sesudah TMA

sebagai contoh : sebuah mesin dengan durasi katup masuk 280°, membuka pada 30° sebelum TMA dan menutup pada 70° sesudah TMB. Durasi katup buang 278°

membuka pada 68° sebelum TMB dan menutup pada 30° setelah TMA. Maka Lobe Separation Angle dapat dihitung sbb :

LSA = (280/2 – 30) + (278/2 – 30) /2 = 109,5°

Gambar 2.7, skema buka tutup katup dan derajad overlap pada camshaft (www.hotrodenginetech.com/comp-las-diagram-sm.jpg)

9

(20)

Proposal Tesis Rekayasa Konversi Energi 2.2 Parameter Unjuk Kerja

Baik atau tidaknya suatu desain engine dapat dilihat melalui unjuk kerja (performance) yang dihasilkannya. Pengujian suatu engine ditentukan oleh beberapa parameter unjuk kerja engine dan kadar emisi gas buang hasil pembakaran. Unjuk kerja menjadi penting karena berkaitan dengan tujuan penggunaan engine dan faktor ekonomisnya sedangkan tinggi rendahnya emisi gas buang berhubungan dengan faktor lingkungan. Untuk menentukan parameter unjuk kerja engine maka harus ditentukan terlebih dahulu sistem yang digunakan.

Berikut sistem yang digunakan untuk pengujian ini.

Adapun parameter-parameter dari unjuk kerja tersebut adalah sebagai berikut : 1. Torsi.

2. Daya efektif.

3. Tekanan efektif rata-rata (bmep).

4. Pemakaian bahan bakar spesifik (sfc).

5. Emisi gas buang

2.2.1 Torsi

Torsi adalah ukuran kemampuan engine untuk menghasilkan kerja. Dan didalam keadaan sehari-hari torsi digunakan untuk akselerasi kendaraan untuk mendapatkan kecepatan tinggi. Torsi adalah hasil perkalian gaya tangensial dengan lengannya sehingga memiliki satuan N.m (SI) atau lb.ft (British).

2.2.2 Daya Motor (brake horse power)

Daya Motor merupakan daya yang diberikan ke poros penggerak oleh motor per satuan waktu.

2.2.3 Tekanan Efektif Rata-rata (Brake Mean Effective Pressure)

Proses pembakaran campuran udara bahan bakar menghasilkan tekanan yang bekerja pada piston sehingga melakukan langkah kerja. Besarnya tekanan ini berubah-ubah sepanjang langkah piston tersebut. Bila diambil tekanan yang berharga konstan yang bekerja pada piston dan menghasilkan

10

(21)

Proposal Tesis Rekayasa Konversi Energi kerja yang sama, maka tekanan tersebut disebut sebagai kerja per siklus per volume langkah piston.

2.2.4 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Spesific Fuel Consumption)

Merupakan ukuran pemakaian bahan bakar oleh suatu engine, yang diukur dalam satuan massa bahan bakar per satuan keluaran daya atau juga dapat didefinisikan sebagai laju aliran bahan bakar yang dipakai oleh motor untuk menghasilkan tenaga.

Pada penelitian yang dilakukan oleh Massimo Masi, Andrea Toffolo dan Marco Antonello dari University of Padova, Italy 2009, “experimental analysis of a motorbike high speed racing engine”, [8] data konsumsi bahan bakar diambil menggunakan roller chasis dyno dengan cara menahan throttle gas pada rpm yang ingin dicari, kemudian menahan 10 sampai 12 detik. Hal ini dilakukan sebanyak 3 kali untuk menjaga keakuratan data yang diambil.

Hal ini juga dilakukan oleh G Fontana dan E Galloni dari University of Cassino, Italy 2008, de ngan judul “variable valve timing for fuel economy improvement in a small spark-ignition engine” [10] dimana data specific fuel consumption diambil dengan chasis inersia dyno dengan partial load throttle.

I Made Muliatna dari Universitas Negeri Surabaya juga melakukan teknik pengambilan data specific fuel comsumption dengan partial load pada tugas akhir beliau dengan judul “pengaruh besar lobe separation angle pada camshaft terhadap unjuk kerja mesin sepeda motor 4 langkah”.

2.2.5 Polusi Udara

Polusi udara adalah masuknya bahan-bahan pencemar kedalam udara sedemikian rupa sehingga mengakibatkan kualitas udara menurun dan lingkungan tidak berfungsi sebagaimana mestinya (UUPLH No.23/1997 pasal 1). Polutan dapat dibedakan menjadi dua, yaitu polutan primer dan polutan sekunder. Polutan primer adalah polutan dimana keberadaannya di udara langsung dari sumbernya. Contoh polutan primer adalah partikulat, Sulfur Oksida (SOx), Nitrogen Oksida (NOx), Hidrokarbon (HC), dan Karbon Monoksida (CO). Sedangkan polutan sekunder adalah polutan primer yang

11

(22)

Proposal Tesis Rekayasa Konversi Energi bereaksi dengan komponen lain diudara, contohnya Ozon (O3) dan Peroksi Asetil Nitrat (PAN) dimana keduanya terbentuk di atmosfir melalui proses hidrolisis, petrochemical atau oksidasi (Peavy, 1985). Proses terbentuknya polutan dalam silinder pada engine SI konvensional secara sederhana ditunjukkan dalam gambar berikut:

Gambar 2.8, Emisi gas buang versus air-fuel ratio pada motor bensin.(text book)

Dari kedua jenis polutan diatas yang sering jadi perhatian adalah polutan primer, meskipun polutan sekunder tidak bisa dianggap enteng.

Berikut ini adalah penjelasan tentang beberapa polutan primer.

2.2.6 Hidrokarbon (HC)

Hidrokarbon terjadi dari bahan bakar yang tidak terbakar langsung keluar menjadi gas mentah, dan dari bahan bakar terpecah menjadi reaksi panas berubah menjadi gugusan HC yang lain, yang keluar bersama gas buang.

Sebab–sebab terjadinya hidrokarbon (HC) adalah karena tidak mampu melakukan pembakaran, penyimpanan dan pelepasan bahan bakar dengan lapisan minyak, penyalaan yang tertunda, disekitar dinding ruang bakar yang bertemperatur rendah dan karena adanya overlap valve, sehingga HC dapat keluar saluran pembuangan.

12

(23)

Proposal Tesis Rekayasa Konversi Energi 2.2.7 Karbon Monoksida (CO)

Gas karbon monoksida merupakan gas yang tidak berwarna, tidak berbau pada suhu diatas titik didihnya dan mudah larut dalam air. Di industri, karbon monoksida dihasilkan dari proses oksidasi gas alam yaitu metana. Gas karbon monoksida merupakan komponen utama dalam udara tercemar, karena kereaktifan gas karbon monoksida terhadap hemoglobin dalam darah yang mengakibatkan darah kekurangan oksigen dan menyebabkan gangguan saraf pusat. Pembakaran yang normal pada motor bensin akan membakar semua hidrogen dan oksigen yang terkandung dalam campuran udara dan bahan bakar. Akan tetapi dalam pembakaran yang tidak normal, misalnya pembakaran yang kekurangan oksigen, akan mengakibatkan CO yang berada didalam bahan bakar tidak terbakar dan keluar bersama-sama dengan gas buang.

Karbon monoksida juga sangat ditentukan oleh kualitas campuran, homoginitas dan A/F ratio. Semakin bagus kualitas campuran dan homoginitas akan mempermudah oksigen untuk bereaksi dengan karbon.

Jumlah oksigen dalam campuran (A/F ratio) juga sangat menentukan besar CO yang dihasilkan, mengingat kurangnya oksigen dalam campuran akan mengakibatkan karbon bereaksi tidak sempurna dengan oksigen (sehingga terbentuk CO). Karbon monoksida juga cenderung timbul pada temperatur pembakaran yang tinggi. Meskipun pada campuran miskin (mempunyai cukup oksigen) jika temperatur pembakaran terlalu tinggi, maka oksigen yang telah terbentuk dalam karbon dioksida bisa berdisosiasi (melepaskan diri) membentuk karbon monoksida + oksigen.

2.3 Variable Valve Timing

Adalah suatu system dimana derajad buka tutup katup dapat divariasikan baik maju ataupun mundur, umumnya VVT memvariasikan buka tutup intake saja, namun teknologi terbaru pabrikan mesin juga memvariasikan buka tutup exhaust serta tinggi klep (valve lift) juga di variasikan.

13

(24)

Hasil kurva diatas mengatakan bahwa aplikasi VVT memberikan nilai SFC yang lebih rendah dibanding tanpa VVT. Di setiap point BMEP mendapatkan hasil yang lebih rendah sedemikian hingga BMEP 10 menunjukkan nilai SFC yang sama dengan tanpa VVT. Ref [7]

Gambar 2.10 kurva bmep vs sfc [7]

Gambar 2.9 kurva crank – lift [7]

14

(25)

Dari analisis hasil pengujian dapat disimpulkan bahwa secara umum mesin dengan katup variable timing menghasilkan emisi yang lebih baik dibandingkann mesin dengan katup fixed timing. Semakin tinggi putaran mesin dan beban system transmisi akan menghasilkan emisi CO dan HC yang semakin menurun dan CO2 dan O2 yang semakin meningkat. Mesin dengan katup variable timing mengkontrol waktu pembukaan katup hisap untuk mencapai performa mesin yang optimal pada berbagai kondisi pengendaraan. Dan mengatur output yang dikeluarkan mesin sesuai dengan kebutuhan.[2]

Hasil penelitian ini didapatkan penurunan emisi gas buang CO sebesar 20,8% pada posisi 1 da n 43,5% pa da posisi 2, CO semakin kecil menandakan bahan bakar yang digunakan semakin irit. Emisi gas buang CO2 mengalami kenaikan sebesar 19,4% pada posisi 1 dan 5,6% pada posisi 2, CO2 semakin kecil menandakan pembakaran yang terjadi semakin sempurna. Emisi gas buang HC mengalami penurunan sebesar 45,5% pada posisi 1 dan 43,4% pada posisi 2, HC semakin kecil maka pembakaran yang terjadi makin sempurna.[1]

Gambar 2.11 kurva bmep vs EGR [7]

15

(26)

Aplikasi VVT memberikan puncak nilai torsi yang merata dari putaran bawah hingga atas. Di grafik diatas point (a) terlihat pada rpm rendah memberikan peak torque berada pada derajad intake closing lebih kecil, sedangkan derajad intake closing lebih tinggi akan memberikan peak torque ke rentang rpm lebih atas.

Grafik diatas mengatakan bahwa untuk mendapatkan nilai brake horse power lebih besar maka durasi buka tutup katup perlu dibesarkan, pembesaran ini

Gambar 2.12 efek dari intake closing pada nilai torsi, CO, NOx dan specific fuel consumption [ 1]

Gambar 2.13 optimasi dari intake valve opening dan closing time [ 1]

16

(27)

Proposal Tesis Rekayasa Konversi Energi lebih di dominan oleh pembesaran derajad tutup katup intake atau intake closing.

Disebabkan dengan menutup katup intake lebih lama akan memberikan waktu bagi bahan bakar-udara untuk masuk lebih banyak akibat efek gaya inersia penghisapan oleh piston ketika piston turun kebawah menuju TMB, hal ini menambah efisiensi volumetris sehingga berakibat naiknya nilai brake horse power. Sedangkan derajad buka intake juga ikut membesar namun tidak linier sebesar pembesaran derajad tutup intake.

Nilai optimal VVT selalu memberikan nilai lebih baik dari fix timing, baik nilai torsi lebih tinggi, ataupun nilai bsfc yang lebih rendah. [1]

Gambar 2.14 kalkulasi torsi mesin, bcfc, polusi vs enginge speed dengan dan tanpa VVT [1]

17

(28)

2.4 Dynamometer

Adalah suatu mesin yang digunakan untuk mengukur torsi (torque) dan kecepatan putaran (rpm) dari tenaga yang diproduksi oleh suatu mesin, motor atau penggerak berputar lain. Dynamometer dapat juga digunakan untuk menentukan tenaga dan torsi yang diperlukan untuk mengoperasikan suatu mesin. Dalam hal ini, maka diperlukan dynamometer. Dynamometer yang dirancang untuk dikemudikan disebut dynamometer absorbs/ penyerap atau dynamometer pasif.

Dynamometer yang dapat digunakan, baik penggerak maupun penyerap tenaga disebut dynamometer aktif atau universal.

Sebagai tambahan untuk digunakan dalam menentukan torsi atau karakteristik tenaga dari mesin dalam test/Machine Under Test. Dynamometer juga mempunyai peran lain. Dalam siklus standar uji emisi, seperti yang digambarkan oleh US Environmental Protection Agency (US EPA), dynamometer digunakan untuk membuat simulasi jalan baik untuk mesin atau kendaraan secara penuh (dengan menggunakan dynamometer chasis). Sebenarnya, diluar pengukuran torsi dan

Gambar 2.15 kalkulasi torsi mesin, bcfc, polusi vs enginge speed dengan dan tanpa VVT optimum [ 1]

18

(29)

Proposal Tesis Rekayasa Konversi Energi daya yang sederhana, dynamometer dapat digunakan sebagai again dari pengujian untuk berbagai aktifitas pengembangan mesin seperti kalibrasi pengontrol manajemen mesin, pengembangan system pembakaran dsb.

2.4.1 Prinsip Operasi

Dynamometer absorb bertindak sebagai pemberi beban yang digerakkan oleh mesin pada saat pengujian. Dynamometer harus mampu beroperasi pada kecepatan yang bervariasi dan member beban pada mesin tersebut pada tingkatan torsi yang bervariasi pula selama pengujian berlangsung.

Dynamometer pada umumnya dilengkapi dengan beberapa cara pengukuran torsi dan kecepatan.

Dynamometer harus dapat menyerap tenaga yang dikeluarkan oleh mesin. Tenaga yang diserap oleh dynamometer harus dapat diteruskan ke udara sekitar atau mentransfer ke air pendingin. Dynamometer regenerative memindahkan tenaga ke bentuk daya listrik.

Dynamometer dapat dilengkapi dengan berbagai system control. Jika dynamometer mempunyai regulator torsi , itu beroperasi pada penyetel torsi pada saat mesin beroperasi pada kecepatan apapun., hal itu dapat dicapai selama pengembangan torsi yang telah ditentukan sebelumnya. Jika dynamometer mempunyai regulator kecepatan, maka dapat diketahui besar torsi yang diperlukan menggerakkan mesin pada kecepatan yang telah ditentukan sebelumnya.

Dynamometer motor bertindak sebagai penggerak dariperalatan yang akan di uji. Maka dynamometer harus dapat menggerakkan peralatan pada kecepatan dan tingkatan torsi yang bervariasi selama pengujian yang berlangsung. Hanya torsi dan kecepatan yang dapat diukur. Untuk mengetahui besar dari tenaga mesin, harus dihitung menurut besarnya torsi dan kecepatan mesin menurut rumusan sebagai berikut :

Dimana K ditentukan sebagai satuan ukur yang dapat dilihat dibawah sebagai berikut :

19

(30)

Proposal Tesis Rekayasa Konversi Energi Untuk menghitung besarnya tenaga dalam Horse Power menggunakan rumusan :

………(2.3) Dimana torque / torsi putar dalam pound-feet (lbf.ft) dan kecepatan rotasi dalam RPM

Untuk menghitung besarnya tenaga dalam kilowatt menggunakan :

……….(2.4)

Dimana torque/ torsi dalam newton-meter (N.m) dan kecepatan rotasi dalam RPM.

2.4.2 Tipe Dynamometer

Sebagai tambahan terhadap penggolongan absorbs, penggerak atau universal seperti diuraikan diatas, dynamometer dapat digolongkan cara- cara lain :

Dynamometer yang dapat mengukur tenaga putar dan power secara langsung dari unit pemindah tenaga dari kendaraan secara langsung roda penggerak (tanpa memindahkan mesin dari chasis kendaraan) disebut dynamometer chasis.

Dynamometer dapat juga digolongkan oleh jenis unit absorbs atau absorber /driver yang digunakan. Berikut ini adalah absorbtion/ driver unit yang telah banyak digunakan

Tipe dari unit absorption/driver :

• Eddy current atau electromagnetic brake (absorbsion only)

• Electric motor/ generator (absorb or drive)

• Fan brake (absorption only)

• Hydraulic brake (absorption only)

• Mechanical friction brake atau prony brake (absorption only)

• Water brake (absorption only)

20

(31)

Proposal Tesis Rekayasa Konversi Energi 2.4.2.1 Absorber tipe Eddy Current

EC dynamometer adalah absorber yang paling umum digunakan pada dynamometer chasis modern. Absorber EC dapat menghasilkan perubahan beban yang sanagt cepat untuk penyelesaian aliran beban.

Kebanyakan menggunakan pendingin udara dan tidak membutuhkan system pendingin eksternal. Dalam system rancangan, dengan arus 5A pada 220volt AC dapat menghasilkan beban sebesar 150HP.

2.4.3 Bagaimana dynamometer digunakan untuk menguji mesin ?

Dynamometer sangat berguna dalam pengembangan dan perbaikan teknologi mesin modern pada saat ini. Konsepnya adalah untuk menggunakan dynamometer untuk mengukur dan membandingkan pemindahan tenaga pada poin yang berbeda dari suatu kendaraan, sehingga mesin atau komponen pemindah tenaga dapat dimodifikasi untuk menghasilkanpemindahan tenaga yang lebih baik. Sebagai contoh, jka sebuah mesin menunjukkan fakta bahwa suatu mesin dapat mencapai torsi 400N.m (300 l bf.ft) dan pada chasis dynamometer hanya menunjukkan hanya 350N.m (260 lbf.ft), jika engine dynamometer dapat menunjukkan torsi yang demikian dan chasis dynamometer hanya menunjukkan kurang dari kemampuan mesin yang sebenarnya, maka komponen pemindah tenaga perlu ditingkatkan atau dikembangkan lebih lanjut.

2.4.4 Metode pengujian secara umum.

Dynamometer menerapkan berbagai macam tingkat pembebanan dan mengukur kemampuan mesin dengan menghilangkan beban. Dynamometer dapat dihubungkan dengan computer yang menghitung besarnya keluaran dari suatu mesin. Mesin berputar dari putaran stasioner hingga putaran maksimum dan output mesin diukur dan ditampilkan dalam bentuk grafik. Hamper semua aspek operasi mesin diukur selama dynamometer berjalan.

21

(32)

Proposal Tesis Rekayasa Konversi Energi 2.4.5 Engine Dynamometer

Engine dynamometer atau dynamometer mesin mengukur power dan torsi langsung dari poros engkol atau roda gila, saat mesin dipindahkan dari kendaraan. Dynamometer jenis ini tidak memperhitungkan kehilangan tenaga pada komponen pemindah tenaga seperti gearbox, transmisi atau differential dan sebagainya.

2.4.6 Chasis Dynamometer

Dynamometer chasis mengukur tenaga melalui permukaan “roller penggerak” yang digerakkan oleh roda kendaraan. Kendaraan biasanya di tempatkan diatas roller penggerak, dimana mobil atau motor dijalankan dan tenaga dapat diukur.

Tipe roller modern dari dynamometer chasis menggunakan roller salvisberg, yang mempunyai transi lebih besar. Dynamometer chasis modern dapat melakukan lebih daripada hanya memunculkan RPM, Horse Power dan Torsi. Dengan system elektronik modern dan reaksi yang cepat, sekarang sangat memungkinkan untuk menetukan power terbaik dan laju yang lebih lembut secara akurat.

Gambar 2.16 Chasis dynamometer tipe roller

22

(33)

BAB III Metode Penelitian 3.1 FlowChart Penelitian

Tahapan penelitian ditetapkan diawal supaya penelitian yang akan dilakukan dapat terarah. Berikut ini menggambarkan diagram alir dari penelitian yang akan dilakukan.

Perumusan masalah :

Studi eksperimental variasi buka-tutup katub motor bensin 4 langkah 4 katub untuk

mendapatkan unjuk kerja terbaik.

Start

Persiapan alat bantu uji :

• Engine motor bensin 4 langkah 4 katub

• Gear Camshaft

Studi Pustaka

• Text book

• Tugas akhir

• Jurnal internasional

• Makalah

Engine ON

dyno test engine std :

• Engine rpm vs horse power vs torsi

• Engine rpm vs emisi & sfc

Data engine standar

Modif 1 : Menggeser buka tutup cam std

Engine ON

23

(34)

3.2 Rancangan dalam Penelitian

Dalam penelitian ini dilakukan eksperimen dengan menggeser durasi buka tutup katub intake camshaft standar +5°, +10°, +15° dan -5°, -10°, -15°. Variabel pergeseran ini (kekanan +5°, +10°, +15° dan kekiri -5°, -10°, -15°) di hitung dari durasi buka tutup intake standar, bukan dari titik nol TMA. Dapat dilihat di tabel 3.2 dan 3.3. Serta dalam penelitian ini juga menggeser pula durasi buka tutup untuk camshaft modifikasi juga dengan variabel kekanan +5°, dan kekiri -5°, -10°, -15°, - 20°.

Pergeseran durasi ini dilakukan dengan menggeser gear timing atau gigi camshaft.

Komparasi unjuk kerja engine std vs modif 1 vs modif 2

kesimpulan

END dyno test engine modif 1

Data engine modif 1

Modif 2 : Menggeser buka tutup cam modif

Engine ON

dyno test engine modif 2

Data engine modif 2

24

(35)

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.

Gambar 3.1 Adapter derajad gear timing

3.3 Camshaft Uji

Pada penelitian ini di uji menggunakan 2 tipe camshaft, yaitu 1 set camshaft standar pabrik atau bawaan motor yang terdiri 1buah camshaft intake dan 1 buah camshaft exhaust dan yang kedua adalah 1set camshaft modifikasi, juga terdiri 1 camshaft intake modifikasi dan 1 camshaft exhaust modifikasi.

Camshaft modifikasi adalah camshaft dengan durasi yang lebih besar dan lift atau angkatan klep lebih tinggi. Lihat tabel 3.1

Gambar 3.2 Camshaft intake standard dan intake modifikasi

25

(36)

3.4 Pengukuran Durasi Camshaft

Sebelum dilakukan pengujian, dilakukan terlebih dahulu pengukuran awal durasi buka tutup untuk camshaft intake standar menggunakan dial gauge dan degree wheel atau busur derajad seperti gambar 3.2.

Dial gauge sebanyak 2 bua h yang terpasang pada stand, satu untuk intake valve dan satu untuk exhaust valve. Jarum dial gauge langsung bersentuhan dengan topi klep atau botol klep. Sehingga saat klep tertekan maka jarum dial gauge akan mulai berputar menunjukkan nilai angkatan klep. Pada awal pengukuran ini dial gauge di posisikan tertekan sebesar 10mm sebagai nilai nol.

Gambar 3.3 Top mati atas dan top magnet

Lalu pasang busur derajad pada poros engkol sebagai media membaca derajad buka tutup yang berdasarkan derajad poros engkol. Sebuah jarum penunjuk juga berada di busur derajad. Jarum penunjuk diposisikan pada titik TMA sesuai dengan busur derajad. Seperti gambar 3.3. Sesuai dengan buku pedoman reparasi pabrikan dikatakan bahwa pengukuran derajad buka tutup di ukur pada saat katup terangkat 1mm (at 1mm valve lift). Hal ini dikarena saat katub terangkat 1mm inilah baru terjadi proses isap atau dorong campuran bahan bakar ke dalam ruang silinder.

Pengukuran di tentukan saat klep terangkat 1mm atau jarum dial berputar 1 putaran. Kemudian putar busur derajad ke kiri atau berlawanan arah jarum jam hingga dial gauge intake mulai bergerak.

26

(37)

Gambar 3.4 Pengukuran derajad buka tutup katup

Lakukan hingga jarum dial gauge menunjukkan angka 1mm yang artinya klep telah tertekan 1mm. Lalu baca derajad yang di tunjukkan oleh busur derajad.

Tabel 3.1 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

27

(38)

Teruskan memutar busur derajad hingga jarum dial gauge menunjukkan angkatan maksimal lalu jarum dial gauge berputar kearah sebaliknya yang mengartikan katup mulai menutup. Teruskan putaran busur derajad hingga jarum dial gauge menunjukkan angkatan 1mm, lalu baca derajad penutupan katup yang terbaca di busur derajad.

Lakukan prosedur yang sama untuk katup exhaust. Dari pengukuran diatas didapat data buka tutup camshaft intake standar dan camshaft intake modifikasi. (tabel 3.1)

Tabel 3.2 Data buka tutup camshaft intake standar dan pergeserannya Variabel -20 -15 -10 -5 0 +5 +10 +15 Buka sebelum

TMA 30 25 20 15 10 5 0 -5

Tutup setelah

TMB 20 25 30 35 40 45 50 55

Durasi total 230 230 230 230 230 230 230 230

Overlap 40 35 30 25 20 15 10 5

Tabel 3.3 Data buka tutup camshaft intake modifikasi dan pergeserannya

Variable -20 -15 -10 -5 0 +5

Buka sebelum

TMA 43 38 33 28 23 18

Tutup setelah

TMB 36 41 46 51 56 61

Durasi total 259 259 259 259 259 259

Overlap 66 61 56 51 46 41

28

(39)

Gambar 3.5 Pemasangan busur derajad pada poros engkol magnet

Pasang adaptor gear timing pada camshaft sehingga memudahkn peneliti untuk menggeser durasi camshaft saat diatas dyno. Gambar 3.6

Gambar 3.6 Pemasangan adapter gear timing pada camshaft intake

Pasang cam stopper sebagai alat kalibrasi durasi cam, stopper cam ini telah dikalibrasi sebelumnya.

29

(40)

Gambar 3.7 Cam stopper

Gambar 3.8 Pemasangan camshaft stopper

Camshaft stopper berfungsi guna menghentikan gerak cam sehingga kita dapat menggeser adaptor sesuai nilai yang kita inginkan. Sudut pergeseran dilihat pada busur derajad yang terpasang pada flywheel atau magnet. Cam stopper sebagai datum awal pergeseran sebelumnya telah ditentukan saat camshaft masih terpasang gear cam standar yang belum memakai adaptor.

30

(41)

Data yang ingin didapatkan pada penelitian ini adalah:

a. Daya Motor b. Torsi

c. Konsumsi Bahan Bakar d. Air fuel ratio

3.5 Metode Penelitian

Pengujian dilakukan secara langsung dengan menggunakan mesin dyno test dimana dengan sekali run pada PC sofware akan langsung memunculkan data – data hasil pengujian (runing) tersebut. Data-data yang didapatkan dari pengujian tersebut meliputi :

• Power vs Time vs RPM

• Torsi vs Time vs RPM

Pengukuran daya, torsi serta air fuel ratio dilakukan mulai rentang 4000 rpm hingga 9.000 rpm . data diambil dengan gigi persneleng 4 ke mudian throttle ditahan pada 4000 rpm, ketika tombol record ditekan maka throttle gas dibuka penuh sehingga putaran mesin naik hingga 9.000 rpm, lalu tombol record di tekan kembali untuk mengakhiri pengambilan data. Hasil pengukuran akan muncul langsung di layar komputer berupa grafik torsi, daya, time vs rpm.

• Sfc vs RPM

• Emisi vs RPM

Pengukuran sfc dan emisi gas buang dilakukan pada rpm tertentu saja, yaitu 4000, 5000, 6000, rpm torsi maksimal 6500, dan rpm daya maksimal 8500. Data diambil dengan mengatur bukaan throttle hingga didapat rpm yang ditentukan lalu ditahan hingga penurunan 10mL, catat waktu konsumsi bahan bakar tadi, serta catat emisi yang dihasilkan.

Sebuah gelas ukur/ buret bahan bakar terhubung dengan sistem karburator.

31

(42)

3.6 Spesifikasi Mesin

Mesin motor yang digunakan adalah mesin motor Suzuki Satria F150 Tipe mesin : 1 silinder 4 langkah DOHC 4 katub

System pendinginan : udara SACS Diameter x Langkah : 62mm x 48,8mm Volume langkah : 147,3cc

Perbandingan kompresi : 10,2 : 1

Daya maksimum : 16 Ps - 9500rpm Torsi maksimum : 12,7 N.m - 8500rpm Karburator : Mikuni BS 26mm

System kopling : kopling manual plat majemuk tipe basah Gigi transmisi : 6 speed bertautan tetap 1-N-2-3-4-5-6

Aki : 12 Volt, 7Ah

Busi : U24 ESR-N : NGK CR8E

System pengapian : CDI DC

3.7 Dynamometer

Inertia Chassis Dynamometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur torsi yang dihasilkan mesin. Inertia Chassis Dynamometer di Laboratorium Pengujian Performa Mesin Jurusan Pendidikan Teknik Mesin FT.Unesa dengan spesifikasi sebagai berikut :

Nama : Rextor Pro-Dyno Tegangan : 220 V 50/60 Hz Kemampuan : 15 KHz

Tipe Sensor : Digital Pick-Up

Tipe Input : Logical level (aktif pada tingkat tinggi) Produksi : PT.Rextor Technology Indonesia

32

(43)

Gambar 3.9 Posisi motor diatas chasis dynamometer

Gambar 3.10 Pengecekan top mati atas dan top camshaft

Gambar 3.11 Gas analyzer

33

(44)

Gambar 3.12 Probe gas analyzer

Gambar 3.13 Pengambilan data power dan torsi

Gambar 3.14 Pengambilan data emisi gas buang

34

(45)

Gambar 3.15 Pengambilan data konsumsi bahan bakar

Gambar 3.16 Memvariasikan camshaft intake

35

(46)

“ halaman ini sengaja dikosongkan “

36

(47)

BAB IV

HASIL PERHITUNGAN DAN ANALISA

4.1 Perhitungan Unjuk Kerja

4.1.1 Perhitungan Tekanan Efektif Rata-rata (bmep)

Tekanan efektif rata-rata (bmep) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut ini :

i n L A

z bmep Hp

×

= 60×

Dimana :

• Z : 2 (motor 4 langkah)

• A.L (volume silinder (V) ) : 0.000150 m³

• I (jumlah silinder) : 1

Maka :

i n L A

z bmep Hp

×

= 60×

hp watt rpm

bmep m 746

1 6500

000150 .

0

2 hp 15,3 60

3 ×

×

= × _pa

bmep=1404,775 kPa

4.1.2 Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (sfc)

Brake Specific Fuel Consumption (bsfc) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut ini :

Hp bsfc= 3600×mbb Ket :

37

(48)

• mbb = ρ bb . V

• ρ bb = 0,732 kg/l

• V= 15 ml = 0,015 Liter

• Waktu konsumsi bahan bakar = 29,53 detik Sehingga :

mbb = ρ bb . V

= 0,732 x 0,015

= 0,01098 kg

= 0,01098 kg/ 29,53 s = 0,00037183 kg/s

Maka besarnya pemakaian bahan bakar spesifik adalah : Bsfc = 3600 detik/jam x 0,00037183 kg/s

15,3 Hp

Bsfc = 0,08748941 (kg/Hp.jam)

4.1.3 Effisiensi Thermis (ηth)

Effisiensi Thermis (ηth) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut ini :

% 1 ×100

= ×

NKB

th sfc η

Ket :

Qbb = NKB = nilai kalor bawah bahan bakar bensin premium= LHV = 44400 kj/kg Maka :

% 1 ×100

= ×

NKB

th sfc η

38

(49)

% 100 /

44400 0875 .

, 0

746 , 0

3600 ×

×

=

kg jam kj

hp kg x

η

th

= 69,12 %

4.2 Analisa Unjuk Kerja 4.2.1 Torsi dan Daya

Dari uji eksperimen camshaft standar dengan 6 variabel uji yaitu kekanan +5°, +10°, +15° dan kekiri -5°, -10°, -15° didapat data sebagai berikut:

Tabel 4.1 Torsi mesin (N.m) untuk cam intake standar variabel

RPM torsi std torsi +5 torsi +10 torsi +15 torsi -5 torsi -10 torsi -15

4000 12.5 12.1 11.8 10.7 12.4 12.4 12.2

4500 13.1 13.3 13.1 11.9 13.4 13.3 13.7

5000 14.4 14.0 13.6 12.5 14.7 14.7 15.1

5500 15.0 15.3 14.9 13.6 15.4 15.7 16.1

6000 16.1 15.8 15.6 14.3 16.6 16.6 17.1

6500 16.7 16.7 16.2 15.2 16.9 17.4 17.7

Peak

torque 16.8

(6693) 16.8

(6959) 16.6

(6891) 15.7

(6726) 17.2

(6798) 17.4

(6576) 17.7 (6537)

7000 16.3 16.8 16.4 15.4 16.8 16.8 16.9

7500 15.2 15.8 15.7 14.9 16.0 15.6 15.5

8000 13.8 14.3 14.2 13.5 14.5 13.7 13.4

8500 12.1 13.0 12.9 12.3 12.3 12.0 11.5

9000 10.3 11.1 11.0 11.1 10.5 10.0 9.3

Tabel 4.2 Daya mesin (Hp) untuk cam intake standar variabel

RPM hp std hp +5 hp +10 hp +15 hp -5 hp -10 hp -15

4000 7 6.8 6.6 6 7 7 6.8

4500 8.3 8.4 8.3 7.5 8.4 8.3 8.6

5000 10 9.8 9.5 8.8 10.3 10.3 10.6

5500 11.5 11.8 11.4 10.5 11.8 12 14.4

6000 13.6 13.3 13.1 12 14 13.9 16.2

6500 15.3 15.2 14.7 13.9 15.5 15.9 16.2

7000 16 16.4 16.1 15.1 16.6 16.5 16.6

7324 16.4

(7324) 16.5 16.4 15.9

(7393) 17

(7499) 16.8

(7244) 16.9 (7209)

7500 16.1 16.6 16.5 15.7 17 16.5 16.3

7641 15.9 16.7

(7641) 16.5

(7530) 15.6 16.8 16.2 16.0

39

(50)

8000 15.5 16.2 16 15.3 16.3 15.5 15.1

8500 14.4 15.6 15.5 14.7 14.8 14.4 13.7

9000 13.1 14.1 14 14.1 13.4 12.7 11.8

Dari table 4.1 terlihat bahwa pergeseran buka tutup ke kiri (-5°, -10°, -15°) membuat nilai maksimum torsi diperoleh di putaran yang lebih rendah, sehingga waktu pencapaian nilai maksimum torsi lebih cepat dibanding standar. Hal ini menyebabkan akselerasi motor menjadi lebih cepat. Begitupun pencapaian nilai maksimum daya juga memberikan waktu lebih cepat di putaran yang lebih rendah. Pergeseran kekiri ini membuat nilai overlap membesar (tabel 3.2) menyebabkan bahan bakar-udara memiliki waktu persiapan menuju ruang bakar semakin besar, sehingga efisiensi volumetrik meningkat. Begitu pula melihat grafik 4.7 bahwa pergeseran terbaik kekiri -15°

memberikan nilai HC dibawah standar.

Sedangkan pergeseran kekanan +5°, +10°, +15° memberikan pencapaian nilai maksimum torsi terjadi di putaran yang lebih tinggi sehingga membutuhkan waktu lebih lama. Pergeseran kekanan membuat nilai overlap mengecil (tabel 3.2) menyebabkan bahan bakar-udara tidak memiliki waktu persiapan menuju ruang bakar semakin besar, sehingga efisiensi volumetrik menurun.

Grafik 4.1 Torsi (N.m) vs putaran (rpm) untuk cam intake standar dan -5°, -10°, -15°

40