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

ISBN : 978-602-97491-9-9A-33-1

STUDY EKSPERIMENTAL KOMPARASI BUKAAN KATUP INTAKEDAN MODIFIKASINYA TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR BENSIN

4 LANGKAH DOHC 4 KATUP

Hermanu Kusbandono1)dan Djoko Sungkono2)

Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh November1,2)

Keputih Sukolilo, Surabaya 60111. Indonesia1,2)

Phone : 081230040004E-Mail : hermanu.m42@gmail.com1)

ABSTRAK

Performa motor bensin dapat ditingkatkan salah satunya dengan memaksimalkanasupan atau efisiensi volumetris bahan bakar udara yang masuk ke dalam ruang bakar, denganwaktu pemasukan yang tepat pada putaran yang tepat akan meningkatkan unjuk kerja motor.Waktu pemasukan bahan bakar-udara dalam mesin motor bensin diatur oleh mekanismecamshaft. Penelitian ini bertujuan untuk menciptakan mekanisme buka tutup katup yang dapatberubah ubah pada fungsi putaran atau rpm. Oleh karena itu ingin diketahui karakteristikunjuk kerja motor bensin dengan merubah bukaan katub melalui modifikasi gigi timingcamshaft standard dan modifikasi. Penelitian ini menggunakan metode komparasi antaraunjuk kerja engine standar dengan variasi dan modifikasinya, menggunakan mesin motorbensin 4 langkah 4 katub DOHC, dengan memakai sasis dynometer inersia denganmemvariasikan derajad bukaan katub intake standar (in open 5° sebelum TMA – in close 40°setelah TMB) dan derajad bukaan katub intake modifikasi (in open 23° sebelum TMA – inclose 56° setelah TMB). Variasi derajad bukaan katub standar dilakukan dengan menggeserintake camshaft +10°,+5°,-5°,-10°,-15° dihitung dari titik bukaan standar dan variasi bukaankatub modifikasi dengan mengganti cam intake dengan camshaft modifikasi dan jugamenggeser cam intake +10°,+5°,-5°,-10°,-15°,-20° juga dihitung dari titik standar bukaanintake modifikasi.Pada penelitian ini didapatkan bahwa menggeser durasi bukaan katub intake-5° -10° -15° didapat peningkatan nilai torsi, baik pada cam standar maupun modifikasinya,sedangkan menggeser +10° +5° didapat peningkatan daya. Selain itu juga pergeseran -5° -10°-15° didapat adanya penurunan kadar CO dan HC pada emisi gas buang yangmengindikasikan bahwa pembakaran di ruang bakar terjadi lebih baik.

Kata kunci: camshaft, variable valve timing, bukaan katup

PENDAHULUAN

Teknologi pengaturan derajad buka tutup katub yang dapat berubah-rubah disebutsebagai variable valve timing. Katup intake dibuka lebih lama berguna untuk menaikkanvolume bahan bakar-udara masuk lebih banyak kedalam silinder sehingga mampu menaikkanefisiensi volumetris dari suatu mesin. Namun juga derajad buka tutup katup sangatdipengaruhi dengan putaran mesin dikarenakan bahan bakar-udara masuk mengalami gayainersia akibat hisapan atau pergerakan piston kebawah. Sehingga diperlukan teknologipengaturan buka tutup katup menyesuaikan dengan putaran mesin. Hal ini akan membuatproses pemasukan bahan bakar-udara kedalam mesin menjadi efisien sehingga akanmenghasilkan daya yang besar, hemat bahan bakar dan emisi yang rendah disemua rentangrpm.

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

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

Pada penelitian yang dilakukan oleh E. Sher, T. Bar-Kohany [1] bahwa “kinerja mesinSI komersial unthrottled diinstal dengan VVT menaikkan daya sebesar 6%”. Setiyo. Muji danCondro P. Bagiyo [2], “dengan memajukan valve timing didapat peningkatan daya rata3,14%”.Dan penelitian oleh Susilo. Arif dan Muliatna. I Made [3], mendapatkan “dengan lobeseparation angle 95 menghasilkan daya lebih besar 1,6% dibanding lsa standar”. Padapenelitian tentang camshaft oleh Utomo, Saputro. Adi [5] didapat “cam dengan durasi 270°memberikan nilai daya tertinggi dibandingkan 210°, 260°, dan 280°”.

DASAR TEORI

Camshaft atau poros bubungan atau noken as adalah bagian dari motor bensin yangmengatur buka dan tutup katub baik intake ataupun exhaust, serta mengatur seberapa tinggikatub terbuka. Camshaft membuka katub dengan menekannya, atau bisa juga dengan bantuanmekanisme lain seperti rocker arm atau pelatuk, ketika cam itu berputar. Hubungan antaraperputaran camshaft dengan perputaran poros engkol adalah sangat penting. Karena katubsebagai satu-satunya jalan masuknya bahan bakar dan pengeluaran gas sisa pembakaran,sehingga katub atau klep harus dibuka dan ditutup pada saat yg tepat selama langkah hisap,Pada system DOHC, terdapat dua buah camshaft pada silinder head, satu cam untuk mengaturkatub intake dan satu cam lagi untuk mengatur katub exhaust.

Gambar 1 Diagram buka tutup katup (Honda training book)

METODE

Dalam penelitian ini dilakukan eksperimen dengan menggeser durasi buka tutup katubintake camshaft standar maju +5°, +10°, +15° dan mundur -5°, -10°. Variabel pergeseran ini(maju +5°, +10°, +15° dan mundur -5°, -10°) di hitung dari durasi buka tutup standar, bukandari titik TMA. serta dalam penelitian ini juga menggeser pula durasi buka tutup untukcamshaft modifikasi juga dengan variabel maju +5°, +10°, +15° dan mundur -5°, -10°.Pergeseran durasi ini dilakukan dengan menggeser gear timing atau gigi camshaft. Dimanacamshaft ini terhubung dengan gear timing melalui dua baut pengikat. Dengan menggesergear timing juga akan menggeser posisi camshaft yang artinya juga menggeser durasicamshaft atau durasi buka tutup katup.

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

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

Tabel 1. data buka tutup camshaft standar dan camshaft modifikasi

Camshaft standar intake timing (at 1mm valve lift) Lift (mm)Buka / Open 10° sebelum TMA 6,7Tutup / Close 40° sesudah TMB

exhaust timing (at 1mm valve lift)Buka / Open 40° sebelum TMB 6,3Tutup / Close 10° sesudah TMA

Camshaft modifikasi intake timing (at 1mm valve lift) liftmmBuka / Open 23° sebelum TMA 7,6Tutup / Close 56° sesudah TMB

exhaust timing (at 1mm valve lift)Buka / Open 56° sebelum TMB 7,3Tutup / Close 23° sesudah TMA

HASIL DAN PEMBAHASAN

Kurva torsi yang dihasilkan dengan menggeser durasi buka tutup katub intakecamshaft standar ke kiri -5°, -10°,-15° dibanding dengan kurva standar. Didapatkan bahwapergeseran -15° memberikan nilai torsi yang lebih besar dibanding standar hingga putaran7500rpm.

Kurva pergeseran +5° memberikan nilai torsi lebih tinggi dibanding dengan standar.Hal ini disebabkan adanya waktu yang lebih cukup bagi bahan bakar dan udara untukmemasuki ruang bakar saat klep intake hendak menutup. Sedangkan pergeseran +15° justrucenderung memberikan nilai torsi lebih rendah akibat waktu penutupan yng terlalu lamasehingga bahan bakar dan udara akan terdorong kembali ke katub intake.

Kurva torsi terbaik untuk putaran dibawah 7500 rpm dihasilkan dari pergeseran -15º,sedangkan diatas 7500 rpm didapat pergeseran +5º adalah yang terbaik.

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

9101112131415161718

3500 4500 5500 6500 7500 8500 9500

torsi std

torsi +5

torsi -15

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

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

Hasil eksperimen dengan menggeser durasi buka tutup katub intake camshaft standarke kanan +5°, +10°, +15°. Didapat kurva daya mesin +5º memberikan nilai lebih tinggidibandingkan dengan standar.

Kurva daya mesin terbaik untuk putaran dibawah 7500 rpm dihasilkan dari pergeseran-15º, sedangkan diatas 7500 rpm didapat pergeseran +5º adalah yang terbaik. Hal inidikarenakan pada putaran rendah <7500 rpm, penutupan katub intake lebih awalmenyebabkan aliran bahan bakar yang masuk ke dalam ruang bakar mengalami gaya inersiayang kecil, sehingga di perlukan waktu penutupan katub intake lebih cepat agar campuranbahan bakar dan udara tidak terdorong keluar akibat pergerakan piston yang naik ke atas.Sedangkan untuk putaran mesin yang tinggi >7500rpm membutuhkan waktu penutupan katubintake yang lebih lama agar bahan bakar dan udara dapat memiliki waktu yang lebih untukmasuk ke dalam ruang bakar melawan pergerakan piston yang naik ke atas.

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

4000 5000 6000 7000 8000 9000

hp std

hp -5

hp -10

hp -15

11

12

13

14

15

16

17

18

5500 6500 7500 8500 9500

hp std

hp +5

hp +10

hp +15

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

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

Kurva daya-torsi camshaft standar dan camshaft modifikasi, didapat bahwa unjukkerja camshaft modifikasi mengalami penurunan dibanding camshaft standar. Hal inidikarenakan modifikasi yang dilakukan memerlukan penyesuian pada sistem pendukung yanglainnya untuk mendapatkan unjuk kerja yang maksimal. Camshaft modifikasi memiliki durasibuka tutup yang lebih lama, hal ini membutuhkan suplai bahan bakar yang lebih banyak darisystem karburator agar proses pembakaran menjadi lebih baik.

11

12

13

14

15

16

17

18

5500 6500 7500 8500 9500

hp std

hp +5

hp -15

3

5

7

9

11

13

15

17

4000 5000 6000 7000 8000 9000

hp std

hp NOL

torsi std

torsi NOL

3

5

7

9

11

13

15

4000 6000 8000

hp NOL

hp +5 MODIF

hp -15 MODIF

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

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

Pergeseran -15º memberikan nilai daya yang lebih tinggi dibanding tanpa pergeseranuntuk putaran mesin dibawah 7500rpm, sedangkan untuk putaran diatas 7500rpm pergeseran+5º memberikan nilai daya yang lebih tinggi.

Pergeseran -20º memberikan nilai torsi yang lebih tinggi dibanding tanpa pergeseranuntuk putaran mesin dibawah 7500rpm, sedangkan untuk putaran diatas 7500rpm pergeseran+5º memberikan nilai torsi yang lebih tinggi.

KESIMPULAN DAN SARAN

Untuk mendapatkan unjuk kerja yang maksimal di setiap putaran mesin maka perludilakukan pergeseran camshaft standar -15º untuk nilai torsi yang terbaik diputaran rendahdan +5º untuk nilai daya terbaik pada putaran diatas 7500rpm. Sedangkan untuk camshaftmodifikasi diperlukan pergeseran -20º untuk nilai torsi terbaik dan +5º untuk daya terbaik.Untuk memperbaiki unjuk kerja camshaft modifikasi diperlukan modifikasi pula pada sistempemasukan bahan bakar.

TINJAUAN PUSTAKA

[1] E. Sher, T. Bar-Kohany, 2002, Optimization of Variable valve Timing forMaximizing Performance of An Unthrottled SI Engine- A Theoretical Study, ThePearlstone Center for Aeronautical Engineering, Ben-Gurion University of The Negev,Beer Sheva, Israel

[2] Setiyo. Muji ,Condro P. Bagiyo, 2010,Pemajuan Valve TimingterhadapPeningkatanPerbandinganKompresiAktual, Torsi danDaya;UpayauntukMeningkatkanUnjukKerjaMesin, Program Study teknikOtomotif,UniversitasMuhammadiyahMagelang, Indonesia

[3] Susilo. Arif, Muliatna. I Made, 2013, PengaruhBesar LSA (Lobe Separation Angle)pada Camshaft terhadapUnjukKerjaMesinSepeda Motor 4 Langkah, TeknikMesin,UniversitasNegeri Surabaya, Surabaya, Indonesia

[4] Golcu. Mustafa, Sekmen. Yakup, Erduranh. Perihan, Salma. M Sahir, ArtificialNeural-Network Based Modeling of Variable Valve Timing in A Spark IgnitionEngine, Department of Mechanical Education, Gazi University, Ankara, Turkey

3

5

7

9

11

13

15

4000 5000 6000 7000 8000 9000

torsi NOL

torsi +5 MODIF

torsi -20 MODIF

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

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

[5] Utomo, Saputro. Adi, 2007, AnalisaPengaruhDurasi CamshaftTerhadapUnjukKerja Motor Bakar Supra X125 Tune Up Roadrace, FTI UK Petra,Surabaya

[6] Siswanto. YoyokDrajat, Ranto, Rohman. Ngatou, 2012, PengaruhVariasi LobeSeparation Angle Camshaft danVariasiPutaranMesinterhadapDayapadaSepedaMotor Honda Supra X125 Tahun 2008, Program StudiJurusanTeknikMesin,UnversitasNegeri Surakarta, Surakarta

[7] Nagaya. Kosuke, Kobayashi. Hiroyuki, Koike. Kazuya, 2004, Valve Timing and ValveLift Control Mechanism for Engines, Department of Mechanical Engineering, GunmaUniversity, Kiryu, Japan

[8] Graham Bell, A, 1981, Four Stroke Performance Engine Tuning in Theory andPractice, HeynesPublising, California

[9] Antoni. Julius, 2012, KonsepPengembanganMekanisme Single RailuntukPerubahanBukaanKatubpada Single Camshaft, JurusanTeknikMesin,Universitas Indonesia, Jakarta

[10] G. Fontana, E. Galloni, 2008, Variable Valve Timing for Fuel EconomyImprovement in A Small Spark-Ignition Engine, Department of IndustrialEngineering, University of Cassino, Cassino, Italy

[11] Astawa. Ketut, 2010, Pencapaian Performa Padakatub Variable Timing FixedTiming untukMesin yang Optimal, JurusanTeknikMesin, UniversitasUdayana, Bali

[12] Masi. Massimo, Toffolo. Andrea, Antonello. Marco, 2009, Experimental Analysis ofA Motorbike High Speed Racing Engine, Department of Mechanical Engineering,,University of Padova, Padova, Italy

[13] Heinz Heisler. 1995.Advanced Engine Technology,Edward Arnold, The College ofNorth West London, Willesden Centre, London, UK.

[14] Mathur, M. L, Sharma, R. P. 1980. A Course in Internal Combustion Engines.DhanpatRai& Sons, 3rd Edition.New Delhi,

[15] Crouse, William, 1995, Automotive Engine, McGraw-Hill School Publising Company,New York

[16] Heywood, John B.1988.Internal Combustion Engine Fondamentals,McGraw HillBook Co. Inc, New York.

[17] Kawano. D Sungkono, 2011, Motor BakarTorak, ITS Press, Surabaya