Analisa Pengaruh Variasi Pegas [PDF]

Citation preview

Analisa Pengaruh Variasi Pegas Katup Standar, XR dan EDR terhadap Performa dan Konsumsi Bahan Bakar pada Motor Yamaha Vega ZR Mustofa1, Abdul Hamid2 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana Jakarta Email. [email protected] ABSTRAK Naskah ini bertujuan untuk mengetahui performa dan konsumsi bahan bakar pada motor bensin empat langkah yang menggunakan beberapa variasi pegas katup yaitu: 1. Pegas katup standar 2. Pegas katup XR 3. Pegas katup EDR. Pengujian untuk mengetahui perubahan torsi, daya, dan konsumsi bahan bakar pada motor bensin empat langkah, peneliti melakukan pengujian di Ultra Speed Racing dengan menggunakan Dyno Test. Berdasarkan pengujian kecepatan pegas katup EDR dan pegas katup XR memiliki akselerasi lebih baik dari pegas katup standar. Untuk pengujian kecepatan 0-20 km/jam jam penggunaan pegas katup EDR 15,62 % lebih cepat dari pegas katup XR dan 21,87%lebih cepat dari pegas katup standarnya. Untuk kecepatan 0-40 km/jam penggunaan pegas katup EDR 17,39% lebih cepat dari pegas katupXR dan 34,78 %lebih cepat bila dari pegas katup standarnya. Pada pengujian kecepatan 0-60 km/jam pegas katup EDR 23,35% lebih cepat dari pegas katup XR dan 34,304% lebih cepat dari pegas katup standarnya.Pada pengujian daya dan torsi pada pegas katup standar didapat hasil daya 7,457Nm@5900rpm dan torsi 5,143kW(7,257Hp)@7664rpm, pada pegas katup XR didapat hasil daya 7,804N-m@5430rpm dan torsi 5,662kW(7,591HP)@7708rpm pada pegas katup EDR didapat hasil daya 9,129N-m@5680rpm dan torsi 6,476kW(8,681Hp)@7433rpm.Pada pengujian konsumsi bahan bakar pada rpm 2000 penggunaan pegas katup standar 1,78% lebih irit dari penggunaan pegas katup XRdan 3,24% dari penggunaan pegas katup EDR. Sedangkan pada rpm 4000 penggunaan pegas katup standar 2,16% irit dari penggunaan pegas katup XR dan 3,98% dari penggunaan pegas katup EDR untuk konsumsi 100 ml bahan bakar. Kata kunci : pegas katup XR,pegas katup EDR, torsi,langkah isap 1. Pendahulian Mekanisme katup adalah salah satu bagian terpenting dari motor 4 langkah. Jika salah satu komponen mekanisme katup ada yang aus maka bisa dipastikan performa motor itu akan menurun. Salah satu komponen dari mekanisme katup adalah pegas katup, dimana pada kendaraan itu jika sudah digunakan dalam jangka waktu yang relatif lama maka pegas katupnya akan melemah. Melemahnya pegas katup berakibat pada penutupan katup yang kurang cepat dan terjadi kerugian akibat adanya gaya pegas, sehingga menyebabkan kerja katup kurang maksimal. Berdasarkan uraian di atas maka perlu diadakan sebuah penelitian tentang penggantian pegas katup yang tingkat kekerasannya berbeda-beda. Hal ini bertujuan agar bisa dilihat dengan jelas kenaikan atau bahkan penurunan laju aliran bahan bakar dan percepatan motor karena pemakaian pegas katup dengan kekerasan yang berbeda.



2 langkah. Prinsip kerja motor pembakaran dalam yaitu menghasilkan tenaga dari pembakaran bahan bakar di dalam silinder. Pada saat langkah kompresi campuran bahan bakar dan udara dibatasi oleh dinding silinder dan torak, sehingga walaupun gas itu ingin mengembang tetapi karena ruanganya dibatasi menyebabkan suhu dan tekanan di dalam silinder akan naik. Pada kondisi tersebut bunga api dipercikkan oleh busi sehingga terjadi proses pembakaran. Pembakaran bahan bakar dan udara didalam silinder akan menyebabkan panas yang akan mempengaruhi gas yang ada dalam silinder untuk mengembang. Dari pembakaran tersebut terjadi tekanan ke dinding silindetr dan torak, karena dibuat tetap dan hanya torak yang bisa bergerak maka tekanan hasil pembakaran itu akan mendorong torak dan menghasilkan tenaga gerak. Tenaga gerak inilah yang digunakan untuk menggerakan motor. Gerakan pada piston berupa gerak translasi yang kemudian dirubah menjadi gerak rotasi oleh poros engkol (crankshaft)



2. Teori Motor pembakaran dalam (internal combustion engine) adalah motor bakar yang fluida kerjanya dihasilkan di dalam pesawat itu sendiri. Motor jenis ini banyak digunakan sebagai sumber tenaga untuk menggerakan kendaraan darat, laut maupun udara. Motor pembakaran dalam jika dilihat dari siklus kerjanya dibagi menjadi 2 yaitu motor 2 langkah dan motor 4 langkah. Motor 4 langkah paling banyak digunakan karena lebih efisien jika dibandingkan dengan motor



2.1 Prinsip Langkah



Kerja



Motor



Empat



Suatu motor bakar disebut motor empat langkah (four-stroke engine) karena dalam satu proses kerja atau menghasilkan tenaga memerlukan empat kali langkah torak dalam dua kali putaran poros engkol. Empat langkah torak yaitu langkah hisap, langkah kompresi, langkah usaha dan langkah



1



buang. Motor 4 langkah berdasarkan siklus Otto.



bekerja



dan bahan bakar di dalam silinder naik. Poros engkol sudah berputar satu kali saat torak mencapai TMA.



Siklus Mesin Empat Langkah ( Siklus 2.1(b) Langkah Kerja (Power Stroke)



Otto )



Gambar 1 Siklus Motor Empat Langkah Keterangan: a. Langkah isap (0-1) b. Langkah kompresi (1-2) c. Proses pembakaran (2-3) d. Langkah kerja (3-4) e. Proses pembuangan (4-1) f. langkah buang (1-0)



Gambar 4 Langkah Kerja Langkah kerja adalah langkah dihasilkanya kerja dari energi pembakaran campuran bahan bakar dan udara di dalam silinder. Posisi kedua katup tertutup, beberapa saat sebelum torak mencapai TMA busi memercikan bunga api pada campuran bahan bakar dan udara yang telah dikompresi dan terjadi pembakaran. Terjadinya pembakaran menyebabkan gas didalam silinder mengembang, tekanan dan temperatur naik.



Pada motor empat langkah terdapat mekanisme katup yang berfungsi untuk mengatur keluar masuknya fluida pembakaran pada silinder. Siklus 4 langkah terdiri dari a. Langkah Hisap (Intake Stroke)



b. Langkah Buang (Exhause Stroke)



Gambar 2 Langkah Hisap Gambar 5 Langkah Buang



Langkah hisap adalah langkah dimana campuran bahan bakar dan udara dihisap ke dalam silinder. Proses yang terjadi pada langkah hisap adalah posisi katup hisap terbuka sedangkan katup buang tertutup, torak bergerak dari Titik Mati Atas (TMA) ke Titik Mati Bawah (TMB). Gerakan torak menyebabkan ruang didalam silinder menjadi vakum, sehingga campuran bahan bakar dan udara masuk kedalam silinder. 2.1(a)Langkah Kompresi (Compression Stroke)



Langkah buang adalah langkah dimana gas sisa pembakaran dikeluarkan dari silinder. Katup hisap tertutup dan katup buang terbuka, torak bergerak dari TMB menuju ke TMA, gas sisa hasil pembakaran akan terdorong ke luar dari dalam silinder melalui katup buang. Saat torak sudah mencapai TMA poros engkol sudah berputar dua kali. 3.Experiment 3.1Pengujian Terhadap performa dan Akselerasi Penggujian kecepatan atau akselerasi menggunakan alat Dyno Test,untuk setiap pengujian akselerasi atau kecepatan selalu dimulai dari titik berhenti. Langkah-langkah menguji kendaraan dengan menggunakan dyno test sebagai berikut:



Gambar 3 Langkah Kompresi a. Siapkan kendaraan yang akan diuji.



Langkah kompresi adalah langkah dimana campuran bahan bakar dan udara dikompresikan atau ditekan di dalam silinder. Proses yang terjadi pada langkah hisap adalah posisi kedua katup yaitu katup hisap dan katup buang tertutup, torak bergerak dari Titik Mati Bawah (TMB) menuju ke Titik Mati Atas (TMA). Karena gerakan torak volume ruang bakar mengecil sehingga membuat terkanan dan temperatur campuran udara



b. Naikkan kendaraan yang akan diuji pada dynotest. c.



2



Pasang pengikat kendaraan agar kendaraan aman sewaktu menguji dan kaitkan roda dengan roller sempurna.



d. Hidupkan kendaraan dan masukkan gigi pertama kemudian pedal gas diinjak penuh, masukkan gigi kedua injak penuh, masukkan gigi tiga injak penuh pedal gas, masukkan gigi empat injak penuh pedal gas, dan seterusnya sampai top gear. e. Lihat pembacaan grafik dari layar monitor, maka akan didapatkan daya dan torsi tertinggi serta akselerasi.



Gambar 8 Diagram Kecepatan Hasil uji kecepatan untuk 0-20 km/jam dengan menggunakan pegas katup standar memerlukan waktu 3,2 s. Pada pegs katup XR waktu yang diperlukan yaitu 2,7 s. Sedangkan untuk pegas katup EDR hanya memerlukan waktu 2,5 s. Hasil uji kecepatan untuk 0-40 km/jam dengan menggunakan pegas katup standar memerlukan waktu 6,2 s. Pada pegas katup XR waktu yang diperlukan yaitu 5,5 s. Sedangkan untuk pegas katup EDR hanya memerlukan waktu 4,5 s. Hasil uji kecepatan untuk 0-60 km/jam dengan menggunakan pegas katup standar memerlukan waktu 13,7 s. Pada pegas katup XR waktu yang diperlukan yaitu 10,5 s. Sedangkan untuk pegas katup EDR hanya memerlukan waktu 9 s.



Gambar 6. Pengujian Terhadap Torsi, Daya, Dan Akselerasi



3



Melakukan pengujian konsimsi bahan bakar dengan cara memperhatikan berapa waktu pemakaian bahan bakar (100 ml) untuksemua jenis pegas katup pada Rpm 2000 dan 4000. Masing – masing waktu lama habisnya bahan bakar diukur menggunakan stopwatch. Langkah – langkah dalam pengujian pemakaian bahan bakar sebagai berikut: a. Siapkan kendaraan yang akan diuji. b. Hidupkan mesin sampai kondisinya stasioner. c. Menyetel putaran idle dengan cara memutar sekrup idle searah dengan jarum jam pada karburator. d. Melakukan pengujian dengan cara memperhatikan berapa waktu pemakaian bahan bakar (100 ml) pada beberapa tingkat. Masing-masing waktu habisnya bahan bakar diukur menggunakan stopwatch. e. Teliti dan catat lamanya bahan bakar habis. f. Ulangi langkah-langkah pengujian tersebut sampai batas yang diinginkan.



Analisa hasil pengujian torsi dan daya Tabel 1. Hasil uji torsi dan daya



Per Klep Standar XR EDR



Torsi 7,457Nm@5900rpm 7,804Nm@5430rpm 9,129Nm@5680rpm



Daya 5,413 kW (7,257Hp)@7664rpm 5,662 kW (7,591HP)@7708rpm 6,476 kW (8,681Hp)@7433rpm



Dengan memperhatikan grafik hasil dari penggabungan power dan torsi untuk keseluruhan pegas katup, maka terbukti bahwa beberapa variasi pegas katup tersebut mampu meninggkatkan performa motor. Kenaikan tenaga bervariasi, antara pegas katup standar dengan pegas katup XR kenaikan tenaganya 0,229Hp, dan untuk pegas katup standar dengan pegas katup kenaikan tenaganya mencapai 1,007Hp.



EDR



Sedangkan untuk torsi antara pegas katup standar dengan pegas katup XR mengalami kenaikan 0,285 N-m, dan untuk pegas standar dengan pegas katup EDR kenaikan torsinya mencapai 0,893 N-m 3.3 Analisa hasil pengujian konsumsi bahan bakar



Gambar 7 Instalasi pengukuran bahan bakar 3.2 Analisa hasil pengujian kcepatan



3



waktu (S)



556.3 548.06 600 566.43 500 407.2 398.4 391.29 400 300 200 100 0 2000 4000 rpm rpm



Untuk pengujian kecepatan 0-60 km/jam penggunaan pegas katup EDR 23,35% lebih cepat dari penggunaan pegas katup XR dan 34,304% lebih cepat bila dibandingkan dengan penggunaan pegas katup standarnya. 3. Untuk pengujian konsumsi bahan bakar pada penggunaan pegas katup standar lebih irit bila dibandingkan dengan pegas katup XR dan EDR. Pada pengujian pertama, pada rpm 2000 penggunaan pegas katup standar 1,78% lebih irit dari penggunaan pegas katup XRdan 3,24% dari penggunaan pegas katup EDR. Sedangkan pada rpm 4000 penggunaan pegas katup standar 2,16% irit dari penggunaan pegas katup XR dan 3,98% dari penggunaan pegas katup EDR untuk konsumsi 100 ml bahan bakar. 4. Bahwa penggantian dengan pegas katupXR dan EDR terbukti dapat meningkatkan performa kendaraan.



pegas katup standar pegas katup XR pegas katup EDR



putaran mesin (rpm)



Gambar 9 Diagram Konsumsi Bahan Bakar 4.



Kesimpulan Berdasarkan hasil pengujian yang telah dilakukan pada Yamaha Vega ZR maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Untuk pengujian akselerasi, terlihat bahwa penggunaan pegas katup EDR pada Yamaha Vega ZR lebih unggul bila dibandingkan dengan penggunaan pegas katup XR dan pegas katup standarnya. Pegas katup EDR mampu menghasilkan torsi sebesar 9,129 N-m @ 5680 rpm dan daya sebesar 5,314kW( 8,681Hp) @ 7433 rpm. Jika dihitung secara persentase maka peningkatan tenaganya12,56% dari penggunaan pegas katup XR dan 17,94% dari penggunaan pegas katup standar.



Daftar Pustaka 1.Arismunandar, Wiranto. “Penggerak Mula Motor Bakar”, Edisi Kelima, Bandung, 1987. 2.Chigier, Norman, “Energi, Combustion and Environment”, USA, Mc Braw Hill Book Company,inc, 1981. 3.Ferguson C., “Iternal , Combustion Engines, Aplied Tremosesciences”, New York, John Willey Sons, 1985. 4.F.Young, James. “Material dan proses”, Edisi:3, Tokyo, Charles E. Turtle Company, 1980.



2. Untuk pengujian akselerasi terlihat bahwa pegas katup EDR memiliki akselerasi lebih baik dari pegas katup standard an pegas katup XR.pada pengujian kecepatan 0-20 km/jam penggunaan pegas katup EDR 15,62 % lebih cepat dari penggunaan pegas katup XRdan 21,87%lebih cepat bila dibandingkan dengan penggunaan pegas katup standarnya. Untuk pengujian kecepatan 0-40 km/jam penggunaan pegas katup EDR 17,39% lebih cepat dari penggunaan pegas katupXR dan 34,78 %lebih cepat bila dibandingkan dengan penggunaan pegas katup standarnya.



5.Japanese Standar Association, “JIS Handbook 1983 Machine Element”, Japan, 1987. 6.Khurmi, R.S. Gupta, J.K. “Text Book of Machine Design”, Edisi:3. New Delhi, Eurasia Publishing House (PVT) LTD. 7.Sularso, Suga Kiyokatsu. “Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin”. PT. Pradnya Paramitha, 1987.



4