1978-1520
Perbandingan Antara Mesin Bensin Yang Berteknologi VVT-1 Dengan Platina
Adnan Surbakti
Program Studi Teknik Mesin, Akademi Teknologi Industri Immanuel Jl. Jend. Gatot Subroto No. 325 Medan
e-mail: [email protected]
Abstrak
Tingginya tingkat permintaan para pengguna kendaraan agar memiliki mobil dengan mesin yang bertenaga namun tetap irit bahan bakar dan ramah lingkungan telah menjadi pemicu timbulnya teknologi baru yang ideal dengan nama variabel Timing-Intelligent atau lebih dikenal dengan sebutan VVT-i.
Adopsi teknologi VVT-i ke mesin mobil juga memberikan kelebihan minimnya biaya pemeliharaan yang harus di tanggung. Sebab tune-up seperti setel klep dan lain sebagainya tidak diperlukan lagi. Tujuan dari penulisan untuk mengetahui kinerja mesin otto yang berteknologi VVT-i dan menentukan daya yang di hasilkan mesin VVT-i dan platina. Untuk putaran yang sama yaitu 3500 rpm,daya yang dihasilkan teknologi VVT-i sebesar 44,179 kW,sedangkan tanpa teknologi VVT-i daya dihasilkan sebesar 43,154, sehingga kenaikannya 2,32%. Dari hubungan putaran mesin dan daya, bahwa daya meningkat sering dengan bertambahnya putaran mesin. Namun setelah mencapai daya maksimum pada putaran 6000 rpm, secara perlahan daya-daya menurun walaupun putaran mesin terus bertambah. Untuk putaran yang sama yaitu 3500 rpm, konsumsi bahan bakar teknologi VVT-i sebesar 251,5098 gr/kw jam, sedangkan untuk platina konsumsi bahan bakarnya sebesar 260,0889 gr/kw jam, sehingga penurunan 3,41%. Orsi mesin meningkat sering dengan bertambahnya putran mesin, namun setelah mencapai torsi maksimum, secara perlahan torsi menurun walaupun putaran mesin terus bertambah. Adanya perbedaan torsi dan konsumsi bahan bakar yang signifikan antara teknologi yang berteknologi VVT-i dengan mesin platina di putaran 5000 rpm.
Kata Kunci:VVT-I, Platina, Torsi
1. PENDAHULUAN
Tingginya tingkat permintaan para pengguna kendaraan agar memiliki mobil dengan mesin yang bertenaga namun tetap irit bahan bakar dan ramah linkungan telah menjadi pemicu timbulnya teknologi baru yang ideal dengan nama Variabel Valve Timing-intelligent atau lebih dikenal dengan sebutan VVT- i. Teknologi VVT-i merupakan teknologi yang mengatur sistem kerja katup pemasukan bahan bakar (intake) secara elektronik baik dalam hal waktu maupun ukuran buka tutup katup sesuai dengan besar putaran mesin sehingga menghasilkan tenaga yang optimal, hemat bahan bakar dan ramah lingkungan.
Cara kerjanya cukup sederhana. Untuk menghitung waktu buka tutup katup (valve timing) yang optimal, ECU (elektronik control unit) menyesuaikan dengan kecepatan mesin, volume udara masuk dan temperatur air. Agar target valve timing selalu tercapai, sensor posisi chamshaft atau crankshaft memberikan sinyal sebagai respon koreksi. Mudahnya sistem VVT-i akan terus mengireksi valve timing atau jalur keluar masuk bahan bakar dan udara. Disesuaikan dengan pijakan pedal gas dan beban yang ditanggung demi menghasilkan torsi optimal disetiap putaran dan menghemat konsumsi BBM. Adopsi teknologi VVT-i ke mesin mobil juga memberikan kelebihan minimnya biaya pemeliharaan yang harus ditanggung. Sebab tune-up seperti setel klep dan lain sebagainya tidak diperlukan lagi.
Tujuan dari penulisan ini antara lain: (a) untuk mengetahui kinerja mesin otto yang berteknologi VVT-i ; (b) untuk menentukan daya yang dihasilkan mesin VVT-i dan platina. Sedangkan manfaat yang didapatkan diantaranya: (a) memahami dan mengetahui kinerja motor bensin yang berteknologi VVT-i
Perbandingan Antara Mesin Bensin Yang Berteknologi VVT-1 Dengan Platina 2. METODOLOGI PENELITIAN
Untuk memudahkan dalam melakukan analisa pengaruh mesin VVT-i dan platina terhadap cara kerja mesin terhadap daya, konsumsi bahan bakar spesifik (sfc). Efesiensi thermal,efesiensi mekanis dan efesiensi volumetrik maka dilakukan langkah- langkah seperti pada Gambar 1.
Gambar 1. Tahapan Pelaksanaan Penelitian
MULAI
Catatan Data : 1. Mesin VVT-i dan platina
2. Mencari volume langkah dan volume sisa 3. Mencari densitas udara
4. Kerja siklus
5. Mencari tekanan efektif rata-rata 6. Daya indikator dan proses 7. Konsumsi bahan bakar spesifik
8. Mencari efesiensi thermal efesiensi mekanis dengan efesiensi volumetrik
Survei Lapangan
Analisa Data, Grafik, dan Studi Literatur
Hasil Pengamatan
Selesai
3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Sistem VVT-i
Sistem VVT-i (variabel valve timing-intelligent) merupakan serangkai peranti untuk mengontrol penggerak camshaft yang diperkenalkan pada tahun 1996. Pada VVT-i ini bagian yang di variasikan adalah timing (waktu buka-tutup) intake valve dengan merubah atau menggeser posisi intake camshaft terhadap puli camshaft drive. Fluida yang digunakan sebagai actuator untuk menggeser posisi camshaft adalah oli mesin yang diberikan tekanan.
Jadi disini maksudnya puli pada intake camshaft adalah fleksibel, camshaft-nya bisa diputar maju atau mundur. Gunanya untuk menyesuaikan waktu bukaan katupan dengan kondisi mesin sehingga bisa didapat torsi optimaldi setiap tingkat kecepatan, sekaligus menghemat bahan bakar dan mengurangi emisi gas buang.
Waktu bukan camshaft bisa berfariasi pada rentang 60°, misalnya pada saat start, kondisi mesin dingin dan mesin stasioner tanpa beban, timing dimundurkan 30°. Cara ini akan menghilangkan overlap yaitu peristiwa membukanya katup masuk dan buang secara bersamaan diakhir langkah pembuangan karena katup masuk baru akan membuka beberapa saat setelah katup buang menutup penuh. Logikanya, pada kondisi ini mesin tak perlu bekerja ekstra. Dengan tertutupnya katup buang, tak ada bahan bakar yang keluar.
Konsumsi bahan bakar jadi hemat dan mesin jadi ramah lingkungan. Sedangkan saat ada beban,timing akan maju 30°. Derajat overlaping akan meningkat. Tujuannya untuk membantu mendorong gas buang serta memanaskan campuran bahan bakar dari udara yang masuk.berikut tabel dari valve timing. Selengkapnya dapat dilihat padaTabel 1.
Tabel 1. Kaitan Antara Berbagai Valve Timing, Status, dan Efek
VALVE TIMING STATUS
OPERASI
OBJEK EFEK
Saat idling • Meniadakan overlap
• Mengurangi gas buang yang balik ke intake port
o Pembakaran menjadi stabil o Menambah
hemat bahan bakar
Saat beban ringan dan sedang
• Menambah overlap
• Internal EGR rate bertambah
• Mengurangi pumping loss
o Menambah hemat bahan bakar o Mengurangi
emisi Nos dan
Membakar kembali HC
Perbandingan Antara Mesin Bensin Yang Berteknologi VVT-1 Dengan Platina Saat beban
berat kecepatan rendah dan sedang
• Saat menutup intake valve maju
• Meniadakan gas buang yang balik ke intake port
• Memperbaiki volumetric efficiency
Meningkatkan daya torsi pada kecepatan rendah dan sedang
Saat beban berat kecepatan tinggi
• Saat penutupan valve sesuai dengan gaya inersial aliran udara yang masuk
• Meningkatkan volumetric efficiency
Meningkatkan daya
pengeluaran
Untuk mewujudkannya, ada VVT-i controller pada timing gear di intake camshaft. Alat ini terdiri atas housing (rumah), kemudian didalamnya ada ruangan oli untuk menggerakkan Vane atau baling- baling yang terhubung dengan camshaft. Didalamnya terdapat di jalur oli di dalam rumah VVT-i controller. Dari jalur oli yang berbeda inilah, vane akan mengatur bukaan katup. Posisi advance timing (maju) didapat belakang masing-masing bilah vane, sehingga posisi timing pun ikut maju 30 derajat.
Tekanan olinya sendiri disediakan oleh camshaft timing oli control valve yang diatur ECU (electrinik control unit) mesin. Kebalikannya, untuk kondisi retard (mundur), ruang didepan mundur. Sedangkan kalau dibutuhkan pada kondisi standard, ada pin yang akan mengunci posisi vane tetap ada ditengah.
Dari semua paparan diatas tujuannya Cuma satu, yaitu mendapatkan power dan torsi yang optimal disemua kondisi dan beban kerja dengan tetap irit bahan bakar.
3.2. ECU (Elektronik Control Sensor)
ECU merupakan perangkat yang bertugas menerima masukan dari sensor yang kemudian dikalkulasi untuk mencari optinum dan memberi perintah ke aktuator untuk melakukan fungsinya.
Misalkan memerintahkan injektor menyemprotkan bahan bakar ataumemerintahkan ignition coil untuk melepaskan tegangan tinggi kebus sehingga akan timbul bunga api. Jadi, akuartor berfungsi sebagai kancungnya ECU sehingga mesin bekerja dalam kondisi optimalnya.
Guna mengetahui beberapa bahan bakar yang harus disemprot dan berapa derajat sebelum titik mati atas busi harus dinyalakan, ECU dilengkapi database yang lazim dengan engine mapping. ECU selalu membandingkan hasil masukan sensor dengan engine mapping guna mengetahui apa yang harus diperintahkan kepada aktuator.
.
3.3. Camshaft position sensor
Camshaft merupakan alat yang digunakan dalam mesin torak untuk menjalankan valve. Dia terdiri dari batangan silinder. Camshaft membuka katup dengan menekannya, atau dengan mekanisme bantuan lainnya, ketika mereka berputar.
Camshaft position sensor (CPS) berguna untuk mengetahui kedudukan camshaft. Jika ada perubahan beban mesin atau perubahan putaran mesin yang semuanya diolah oleh ECU dan dihitung untuk mendapatkan sebesar mungkin efesiensi volumetrik, dari perhitungan ECU ini didapatlah kedudukan camshaft yang harus diubah. ECU ini akan memerintahkan module VVT-i untuk merubah kedudukan camshaft.
Setelah module VVT-i menerima perintah dari ECU untuk mengubah kedudukan camshsft, maka module VVT-i akan mengirimkan signal ke OCV (oil control valve) untuk mengatur “tekanan oli” yang akan diteruskan ke sprocket. Dengan adanya perubahan tekanan oli yang dilakukan oleh OVC ini yang sampai ke sprocket, maka sprocket akan berubah posisinya. Karena sprocket itu menjadi satu nama camshsft, maka camshaft akan berubah posisinya sesuai yang diinginkan oleh ECU.
Kedudukan camshaft yang baru ini dideteksi oleh CPS dan signalnya dikirimkan ke ECU sebagai update posisi/kedudukan camshaft ini akan menentukan timing dari valve, begitu seterusnya
3.4. Camshaft Timing Oli Control Valve
Camshaft Timing Ori Contror Vorve mengendalikan posisi spool valve berdasarkan sinyal yang dikirim ECU hingga mengalokasikan tekanan oli ke VVT-i controller untuk sisi maju dan sisi mundur.
Ketika masih berhenti,Camshaft Timing Oli Control Valve berada dalam sisi mundur.
3.5. Crankshaft Position Sensor
Sensor ini memberikan ECU kecepatan putaran mesi dengan tepat. Pada sistem penyemprotan bahan bakar, sensor ini juga memberitahu ECU waktu yang tepat untuk menyemprotkan bahan bakar yang kemudian diteruskan ke fuel injector.
3.6. Catalytic Converter
Catalytic Converter merupakan salahsatu inovasi terbesar di industri otomotif . pasalnya, piranti ini mampu mengubah zat-zat hasil pembakaran seperti, hidrokarbon (HC), karbondioksida (CO), dan Nox, menjadi zat yang lebih ramah lingkungan. Catalytic Converter punya umur, yang ila tiba-tiba waktunya harus diganti. Indikasinya, bila tercium bau mesin daru ujung knalpot meskipun mesin bergerak halus dan efisien.karena harganya mahal, maka beri perhatian pada problem-problem yang kecil yang bisa mengurangi usia pakai Catalytic Converter.
Catalytic Converter berfungsi untuk menyaring berbagai racun yang diakibatkan dari has, pembakaran (CO,HC,No, Ox dan timbal) yang ditimbulkan karena kondisi mesin yang tidak sepurna dari pengapian, teknologi kompresi dan kebocoran air dan oli dari saluran dalam mesin. Catalytic Converter suhu kerja normal 300℃ - 500℃. Penyebab Catalytic Converter kotor adalah pemakaian bensin bertimbal. Karena timbal terbawa gas buang dan nyangkut dalam sarang tawon Catalytic Converter.
Kinerja Catalytic Converter lebih maksimal datam menangkap racun karena adanya sensor O2. Kerja sensor O2 mengirim data ke ECU untuk mengoreksi O2 yang diterima Catalytic Converter. Jika data ECU kurang bensin maka ECU akan memerintahkan injektor menambah debit semprotnya begitu juga sebaliknya, sampai didapat campuran ideal antara bensin dan udara. Catalytic Converter yang kotor juga menyebabkan kerja sensor oksigen tidak maksimal, menyebabkan udara dan bensin tidak seimbang.
Bentuk Catalytic Converter sebagai tabung yang mirip sarang tawon. Bahannya tersebut dari keramik ataupun metal dengan ukuran lubang penyaring antara 1 hingga 2 mm. Secara umum ada 2 jenis Catalytic Converter yang dipakai,jenis pellet dan monolithic. Jenis mono lithic merupakan Catalytic Converter yang banyak dipakai saat ini, alasannya, jenis tersebut memiliki jenis gas buang yang kecil, lebih ringan, cepat panas dibandingkan jenis pellet. Ada dua tipe dari Catalytic Converter yaitu yaitu 3- way catalyst dan 2-way catalyst.3-way catalyst digunakan pada mesin mobil dan motor yang menggunakan bahan bakar bensin (premium).
Catalytic Converter sangat peka terhadap logam-logam lain yang biasanya terkandung dalam bensin ataupun solar misalnya timbal pada premium , belerang pada solar, lalu seng, mangan,fosfor,silicon dan sebagainya. Logam-logam tersebut biasa merusak komponen dari Catalytic Converter. Oleh karena itu
Perbandingan Antara Mesin Bensin Yang Berteknologi VVT-1 Dengan Platina Selain itu sensor biasa segera bekerja untuk menginformasikan kebutuhan campuran bahan bakar udara yang tepat ke engine control machine (ECM)’ Peranti Catalytic Converter baru bekrja efektif ketika kondisinya panas. Pipa buang adalah pipa baja yang mengalirkan gas sisa dan exhaust manifol ke udara bebas. Konstruksinya dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu pipa bagian depan, tengah, belakang.
Susunan sengaja dibuat demikian untuk mempermudah saat penggantian Catalytic Converter atau mufller, tanpa perlu melepas keseluruhan konstruksi sistem pembuangan. Muffler berfungsi untuk mengurangi tekanan dan mendinginkan gas sisa pembakaran. Kalau gas ini langsung disalurkan keudara luar tanpa muller, gas akan mengembang cepat diiringi dengan suara ledakan yang cukup keras.
4. KESIMPULAN
Adapun kesimpulan yang dapat diperoleh dari hasil penelitian adalah sebagai berikut.
a. Untuk putaran yang sama yaitu 3500 rpm, daya yang dihasilkan teknologi VVT-i sebesar 44,179 kW, sedangkan tanpa teknologi VVT-i daya dihasilkan sebesar 43,154, sehingga kenaikannya 2,32%.
b. Dari hubungan putaran mesin dan daya mesin, bahwa daya meningkat sering dengan bertambahnya putaran mesin. Namun setelah mencapai daya maksimum pada putaran 6000 rpm, secara perlahan daya-daya menurun walaupun putaran mesin terus bertambah
c. Untuk putaran yang sama yaitu 3500 rpm, konsumsi bahan bakarteknologi VVT-i sebesar 251,5098 gr/kw jam, sedangkan untuk platina konsumsi bahan bakarnya sebesar 260,0889 gr/kw jam, sehingga penurunan 3,41%.
d. Torsi mesinmeningkat sering de
ngan bertambahnya putaran mesin, namun setelah mencapai torsi maksimum, secara perlahan torsi menurun walaupun putaran mesin terus bertambah.
e. Adanya perbedaan torsi dan konsumsi bahan bakar yang signifikan antara mesin yang berteknologi VVT-i dengan mesin platina diputaran 5000 rpm.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Wiranto,a., 1982.penggerak mula otor Bakar Torak, ITB.
[2] Wylen, G.,1994.Fundamentars of classical thrmodynamics, 4th edition,1994.
[3] John., H. 1998. Internal combustion Engine Fundamentars. McGraw Hill Book Company,Newyork.
[4] Williard., p. Engineering Fundamentals of The Internal Combustion Engine, Pretice Hall,new Jersey [5] Yunus A.1994. Cengel Thermodynamics An Engincering Approch, 2nd Edition.
