PEMBUKAAN DAN PENUTUPAN SALURAN

Port Timing

PEMBUKAAN DAN PENUTUPAN SALURAN PADA MOTOR 2 TAK (PORT TIMING)

A. PENDAHULUAN

Pada motor 4 tak pembukaan dan penutupan saluran hisap maupun saluran buang dengan silinder dilakukan oleh mekanisme katup. Waktu dan lama pembukaan dan penutupan digambarkan dengan valve timing diagrams. Motor 2 tak tidak memiliki katup, untuk membuka dan menutup saluran masuk (bilas) dan saluran buang dilakukan oleh piston, jadi piston berfungsi sebagai katup. Saluran masuk dan saluran buang harus terbuka pada saat yang tepat dengan lebar bukaan yang paling sesuai dengan karakteristik aliran campuran bahan bakar yang masuk maupun aliran gas sisa pembakaran ke knalpot. Ketepatan waktu pembukaan dan penutupan saluran, arah dan sudut salulan bilas mempunyai pengaruh yang sangat besar terhadap performa dan karakteristik mesin.

B. PORT TIMING

Waktu dan lama pembukaan dan penutupan saluran bilas dan saluran buang digambarkan menggunakan port timing diagrams. Penggambar port timing ada 2 macam yaitu:

1. Menggunakan sudut

2. Menggunakan jarak dari bibir silinder atas.Port timing dengan menggunakan sudut merupakan penggambaran port timing yang paling lazim digunakan, karena kita telah terbiasa menggambar diagram katup pada motor 4 tak menggunakan sudut. Selain itu metode menggambar port timing dengan sudut hasilnya lebih akurat. Port timing menggunakan jarak dari bibir silinder atas mempunyai kelebihan lebih praktis, metode ini sering digunakan oleh modifikator motor 2 tak. Untuk lebih jelasnya bagaimana menggambar port timing dengan sudut dan dengan jarak dari bibir silinder atas dapat dipahami dari contoh berikut ini.Dari data buku pedoman service sepeda motor Kawasaki Ninja diperoleh data timing scavenging buka 60 sebelum TMB, tutup 60 setelah TMB, Exhaust buka 95 sebelum TMB, menutup 95 Setelah TMB. Dari data tersebut gambarkan port timing diagrams motor Kawasaki Ninja

Gb. 4.1 Port timing diagrams tipe sudut

Lama atau durasi sepeda motor Kawasaki Ninja adalah:

Bilas (scavenging) = 120

Buang (Exhaust) = 190

Contoh port timing menggunakan jarak dari bibir atas atau TMA pada Yamaha TZ 250 adalah sebagai berikut:

Gb. 4.2 Port timing diagrams tipe jarak dari TMAPort timing diagrams tipe sudut dapat dikonversi ke tipe jarak atau sebaliknya tipe jarak dikonvesi menjadi tipe sudut, menggunakan rumusan:

Sk = (r + l ) MA (26)

dimana

MA = Cos . l + Cos . r (27)

Keterangan:

r = jari-jari engkol

l = panjang batang piston

Sk = jarak piston dari TMA

= Sudut engkol

= sudut batang piston

= r / l

Gb. 4.3 Jarak piston dari TMAGambarkan port timing diagram tipe jarak dari TMA dari data sebagai berikut: Saluran buang terbuka 90 sebelum TMB dan tertutup 90 sebelum TMB, terdapat 2 buah saluran bilas bantu (auxilary port) dan 2 buah saluran bilas utama (main port) yang terbuka 60 sebelum TMB dan tertutup 60 setelah TMB. Panjang langkah piston 60 mm, sedangkan panjang batang piston 90 mm.

Solusi:

Panjang batang piston (l) = 90 mm

Jari-jari engkol (r) = L = x60 = 30 mm

Sudut buang ( ) = 90

Sudut bilas ( ) = 90

Gb. 4.4 Jarak saluran buang dari TMALangkah menentukan jarak saluran buang dari TMA, adalah:1. Menentukan sudut batang piston () dengan cara:

r = sin . l

sin = l/r = 90/30 = 3,333

= 19,492. Menentukan panjang MA, dngan cara:

MA = cos . l

= cos 19,47 x 90 = 84,85 mm

3. Menentukan jarak lubang buang dari TMA adalah:

Sk = (r + l ) MA

= ( 30 + 90) 84,85 = 35,15 mm

Gb. 4.5 Jarak saluran bilas dri TMA

Langkah menentukan jarak saluran bilas dari TMA adalah:

1. Menentukan sudut batang piston () dengan cara:

BC = r . sin

BC = l . sin .

l . sin = r . sin

sin = r/ l . sin

= 30/ 90 x sin 60 = 0,288

= 16,77

2. Menentukan panjang AD, dengan cara:

AD = AC CD

= l . cos - r . cos

= 90 cos 16,77 - 30 cos 60 = 86,17 - 15 = 71,17 mm

3. Menentukan jarak lubang bilas dari TMA adalah:

Sk = (r + l ) AD

= ( 30 + 90) 71,17 = 48, 83 mm

Dari data tersebut dapat dibuat port timing diagram tipe jarak dari TMA sebagai berikut:

Gb. 4.6 Timing port motor

Lama atau durasi pembukaan dan penutupan saluran (port timing) tergantung dari karakteristik motor yang dikehendaki. Hubungan kapasitas silinder, penggunaan, putaran dan durasi adalah sebagai berikut:Tabel 6. Hubungan durasi dengan penggunaan mesin

Kapasitas silinder (cc)PenggunaanPutaran mesin (rpm)Durasi buang

2 x 62Road race13500206-208

1 x 80Moto X11000196-198

1 x 80Moto X12000202-204

1 x 80Road race13000205-207

1 x 100Moto X12200198-200

1x 100Gokart10800176-178

1x 125Moto X10000190-192

1x 125Moto X11000196-198

1x 125Road race12000202-204

Kapasitas silinder (cc)PenggunaanPutaran mesin (rpm)Durasi buang

1x 125Road race12500203-205

2 x 125Road race12000202-204

4 x 125Road race11500200-202

1 x 175Enduro9000184-186

1 x 175Enduro9500186-188

2 x 175Road race11200198-200

1 x 250Enduro8000180-182

1 x 250Moto x8500183-185

1 x 250Road race10500194-196

1 x 400Enduro7000175-177

1 x 400Moto x7500176-178

Sumber : Graham Bell

C. RC VALVE (REVOLUTIONARY EXHAUST CONTROL VALVE)RC valve merupakan sistem yang berfungsi untuk mengontrol lebar pembukaan saluran buang sehingga tenaga mesin lebih optimal di segala putaran dan endapan karbon pada ruang bakar dapat dieleminir. Prinsip kerja RC valve adalah pada saat putaran mesin naik, lubang exhaust pada posisi High sehingga lubang terbuka lebar, pada posisi ini performa mesin yang dihasilkan akan tinggi. Saat putaran mesin menengah lubang eexhaust akan diturunkan atau Low position, sehingga performa mesin pada posisi ini juga baik.

Pada putaran rendah yaitu beban ringan atau kondisi stasioner, lubang exhaust terbuka lebar, hal ini untuk menghindari pembakaran tidak rata (intermitten combustion) sebagai akibat tercemarnya campuran bahan bakar yang masuk dengan gas buang. Hal ini merupakan sumber endapan karbon pada ruang bakar.

Gb. 4.7 RC valve pada Honda NSR 150RKomponen RC Valve antara lain:

1. Control Unit

Control Unit berfungsi sebagai microcomputer yang mengontrol kerja servo motor sesuai dengan putaran mesin. Input data control unit untuk menentukan putaran mesin diperoleh dari signal pengapian.

2. Servo Motor

Servo motor merupakan motor yang menggerakan RC valve, untuk mengatur tinggi pembukaan saluran buang sesuai dengan putaran mesin. Gerakan servo motor ke RC valve menggunakan kabel.

Prinsip kerja RC valveSaat kunci kontak diputar ke posisi ON maka RC Valve akan bergerak dari posisi Hi ke posisi Low. Bila mesin dihidupkan maka RC Valve akan bergerak dari posisi Low ke posisi Hi, namun apabila putaran mesin di atas 2000 Rpm, maka RC Valve akan bergerak dari posisi Hi ke posisi Low kembali.

Saat putaran mesin telah mencapai 6000 rpm, secara berlahan RC Valve akan bergerak dari posisi Low ke posisi Hi sampai putaran mesin 8500 rpm. Diatas putaran 8500 rpm RC Valve akan terbuka penuh atau posisi Hi.

Gb. 4.8 Hubungan putaran dan pembukaan RC Valve

D. INTAKE CHAMBER

Pada saat putaran rendah kevakuman pada ruang bak engkol (crank case), masih rendah sehingga aliran campuran bahan bakar kerung engkol kurang stabil, untuk itu dibuat intake chamber, yang berfungsi untuk menyerap campuran bahan bakar saat reed valve tertutup, dan mensuplaikan campuran yang ditampung saat reed valve terbuka.

Saat mesin putaran tinggi dan reed valve tertutup maka campuran bahan bakar akan membentur reed valve dan kembali ke karburator. Adanya aliran kembali tersebut akan menghalangi campuran bahan bakar yang akan masuk saat reed valve terbuka, sehingga jumlah yang masuk menjadi lebih kecil, performa motor menurun dan banyak campuran bahan bakar menyembur ke saringan bahan bakar, saringan cepat kotor dan bahan bakar boros.

Mengatasi kelemahan tersebut dipasang intake chamber, dengan adanya peralatan tersebut maka campuran bahan bakar yang membentur reed valve saat menutup akan ditampung pada intake chamber dan akan dialirkan ke bak engkol saat reed valve terbuka. Dengan demikian stabilitas aliran campuran lebih baik dan performa motor meningkat, bahan bakar lebih hemat.

Gb. 4.9 Intake ChamberPada motor Yamaha intake chamber disebut YEIS ( Yamaha Energy Induction System).

Gb. 4.10 Sistem induksi udara pada Yamaha

Gb. 4.11 Sistem Induksi udara pada Kawasaki

E. SISTEM PEMBILASAN

Pada motor 4 tak proses pembuangan dilakukan lebih dari satu langkah, dan saat langkah buang piston bergerak dari TMB menuju TMA sehingga gas buang keluar ke knalpot karena tekanan pembakaran dan dorongan piston saat menuju TMA. Pada motor 2 tak proses pembuangan mengandalkan tekanan sisa pembakaran sehingga peluang sisa gas hasil pembakaran tertinggal diruang bakar sangat tinggi, akibatnya gas baru yang masuk ke dalam silinder berkurang, gas sisa bercampur bercampur dengan gas baru, efisiensi volumetric rendah, tekanan hasil pembakaran rendah, performa kendaraan rendah.Sistem pembilasan berfungsi untuk memasukkan gas baru masuk ke dalam silinder dan mendorong gas bekas keluar dari silinder, untuk memasukkan gas baru ke dalam silinder diperlukan pompa bilas, pada sepeda motor 2 tak bak engkol difungsikan sebagai ruang pompa dan piston sebagai pompa bilas.Terdapat beberapa model sistem pembilasan ditinjau dari tipe katup masuk pompa bilas:1. Tipe Piston (Piston Type)Piston berfungsi sebagai katup masuk dan katup buang pompa bilas. Saat piston di TMB saluran masuk tertutup piston, namun saat piston bergerak ke TMA saluran masuk terbuka semakin lebar, ruang bak engkol membesar maka campuran bahan bakar masuk ke dalam bak engkol.

Gb. 4.12 Campuran masuk ke bak engkolSaat piston bergerak dari TMA ke TMB, saluran masuk tertutup oleh piston, campuran bahan bakar dikompresi, saat saluran bilas (transfer port) terbuka campuran masuk ke dalam silinder untuk mendorong gas sisa pembakaran (proses pembilasan).

Gb. 4.13. Proses pembilasanKeuntungan sistem pembilasan tipe piston adalah konstruksi sederhana, sehingga banyak digunakan pada motor penggerak serba guna. Kelemahan tipe ini adalah:

a. Bila piston aus maka kevakuman bak engkol menurun, tekanan pemompaan menurun, pada putaran tinggi kebororan tekanan pembakaran ke saluran masuk sehingga campuran bahan bakar menyembur keluarb. Bergesernya posisi lubang masuk mempengaruhi timing port motor dan karakteristin motor . 2. Tipe Katup Harmonika (Reed Valve Type)Reed valve merupakan katup satu arah, dipasang antara karburator dengan bak engkol. Reed valve berfungsi sebagai katup masuk pompa bilas, katup keluar tetap menggunakan piston. Saat piston bergerak dari TMB ke TMA ruang bak engkol membesar sehingga kevacuman bak engkol meningkat.

Gb. 4.14 Tipe katup harmonikaPerbedaan tekanan antara bak engkol dengan udara luar menyebabkan reed valve terbuka sehingga campuran bahan bakar masuk ke dalam bak engkol.

Saat piston bergerak dari TMA ke TMB, volume bak engkol mengecil, tekanan meningkat sehingga reed valve menutup. Saluran bilas (transfer port) terbuka sehingga campuran bahan bakar didorong masuk ke dalam silinder.

Gb. 4.15 Konstruksi reed valveKeuntungan model ini adalah :

a. Timing port dapat dikontrol secara otomatis berdasarkan perubahan tekanan di bak engkol,

b. Kunstruksi mesin lebih rapi, karena reed valve dapat ditempatkan di bak engkol maupun di dinding silinder.

Kelemahannya adalah:a. Tenaga untuk membuka reed valve diperoleh dari perbedaan tekanan bak engkol dengan udara luar, sehingga dapat menurunkan efisiensi pemasukan.

b. Reed valve harus dapat membuka dengan tenaga seringan mungkin dan menutup dengan rapat.

Bahan reed valve yang banyak digunakan antara lain:a. Stainless steel reed valve terbuat dari stainlees steel, keuntungan daya tutup lebih kuat, namum mempunyai beberapa kelemahan yaitu defleksi terbatas sehingga perlu stopper, gaya membuka lebih besar sehingga mengurangi efisiensi pemasukan, pada putaran tinggi terjadi getaran sehingga penutupan kurang rapat sehingga karburator menyembur keluar.

b. Resin reed valve terbuat dari bahan resin, keuntungan daya tutup lebih kuat dan gaya untuk membuka lebih ringan sehingga efisiensi pengisian meningkat, getaran saat putaran tinggi dapat dikurangi sehingga cocok untuk putaran tinggi.

3. Reed valve and Piston Combination Type

Pada tipe ini mengkombinasikan antara kelebihan piston type dengan reed valve type. Keuntungan dengan kombinasi ini adalah efisiensi pengisian untuk putaran rendah dan tinggi lebih optimal.

Saat putaran rendah reed valve terbuka lebih awal, kemudian piston dan menutup lebih cepat dari piston. Dengan mengkombinasikan kedua katup tersebut berarti waktu pembukaan atau pemasukan ke bak engkol lebih lama.

Saat putaran tinggi reed valve terbuka hampir mendekati waktu pembukaan saluran piston (piston port), namun waktu penutupan reed valve jauh sesudah saluran piston, sehingga pemasukan ke ruang engkol pada putaran tinggi lebih banyak.

Gb. 4.16 Reed valve and Piston Combination Type4. Torque Induction Reed Valve Type

Torque Induction Reed Valve merupakan penggabungan antara reed valve type dengan piston type. Perbedaan dengan reed valve and piston combination type adalah lubang aliran dipasang secara seri dan pemasukan tambahan langsung ke ruang bakar dengan memanfaatkan induksi pada lubang ke 7. Masuknya campuran akibat inersia aliran saat pembuangan.

Gb. 4.17 Piston induction typeCiri utama sistem ini adalah:

a. Reed valve diletakkan pada dinding silinder

b. Dinding piston pada bagian yang mengarah ke saluran masuk berlubang .

c. Terdapat pingulan (champer) pada saluran masuk yang mengarah ke ruang bakar

Torque Induction Reed Valve banyak digunakan motor 2 tak sistim 5 lubang maupun 7 lubang. Sistem 5 atau 7 lubang artinya pada dinding silinder terdapat 5 lubang atau 7 lubang. Lubang tersebut adalah:Tabel 7. Jumlah lubang pada motor 2 takLubangSistem 5 lubangSistem 7 lubang

MasukUtama1 buah1 buah

Induksi1 buah1 buah

Buang1 buah1 buah

TransferUtama2 buah2 buah

Bantu2 buah

Jumlah5 buah7 buah

Gb. 4.18 Torque Induction Reed Valve type dengan 7 lubangPrinsip kerja:Pemasukan dan kompresi

Gb. 4.19 Proses pemasukan dan kompresi

Saat piston bergerak dari TMB menuju TMA, maka didalam silinder terjadi proses kompresi, proses ini dimulai saat lubang bilas dan buang tertutup piston, gerakan piston menyebabkan campuran bahan bakar yang masuk dikompresi sehingga tekanan dan temperatur naik.

Dibawah piston terjadi proses pemasukan campuran bahan bakar. Saat piston bergerak ke TMA, maka ruang bak engkol membesar sehinggga tekanan turun

Turunnya tekanan di dalam bak engkol menyebabkan adanya perbedaan tekanan diluar bak engkol dengan didalam bak engkol sehingga campuran bahan bakar terhisap masuk ke bak engkol dengan membuka katup harmonika (reed valve) dan melalui dinding piston yang berlubang

Proses Pembilas dan induksi

Gb. 4.20 Proses pembilasan dan induksi

Saat piston semakin mendekati TMB tekanan di bak engkol semakin besar, sementara itu lubang bilas terbuka, sehingga campuran bahan bakar dari bak engkol mengalir ke dalam silinder. Didalam silinder gas baru yang masuk mendorong gas buang ke luar sehingga silinder benar-benar bersih dari gas buang dan mengisi silinder dengan gas baru.Adanya inersia gas buang dan aliran bahan bakar dari lubang bilas/ transfert port menyebabkan terjadi kevakuman pada lubang 7 atau lubang induksi sehingga saat lubang induksi terbuka maka campuran bakan bakar mengalir dari karburator menruju ruang bakar untuk meningkatkan proses pembilasan5. Rotary Valve Type

Rotary Valve Type menggunakan rotary valve yaitu plat stainlees steel yang tipis sebagai katup saluran masuk. Saluran masuk berada dinding bak engkol (crank case), rotary valve dipasang pada poros engkol untuk menutup saluran masuk. Rotary valve terdapat bagian yang dipotong, saat bagian yang dipotong tepat pada lubang maka saluran masuk terbuka, dan saluran tertutup saat plat menutup lubang.Kelebihan dari rotary velve type adalah :

a. Timing port dapat diatur dengan mudah sesuai dengan karakteristik yang dikehendaki

b. Pembukaan dan penutupan saluran masuk dapat dilakukan pada titik yang paling optimal yaitu saat tekanan udara luar hampir sama dengan tekanan di bak engkol, sehingga efisiensi pengisian tinggi.

Gb.4.21 Rotary valve type

Sistem ini mempunyai kelemahan:

a. Tempat pemasangan rotary valve harus rapat sehingga celah antara dudukan (bagian stasioner) dengan katup (bagian yang berputar) kecil.b. Selama motor hidup rotary valve berputar sehingga terjadi gesekan dengan dudukan katup. Katup dan dudukan katup akan cepat aus.c. Rotary valve terbuat dari plat yang tipis dan lebar sehingga mudah bergelombang (run out berlebihan), bila terjadi run out penutupan katup kurang rapat, katup bocor

d. Penempatan karburator terbatas karena penempatan rotary valve di dinding bak engkol dekat tumpuhan poros engkol

e. Kesalahan pemasangan rotary valve menyebabkan mesin tidak hidup sehingga harus diperhatikan tanda pemasangan.

Gb. 4. 22 Prinsip kerja rotary valve109