PENGARUH PENGHALUSAN INTAKE MANIFOLDTERHADAP

PERFORMANSI MOTOR BAKAR BENSIN

Ekadewi Anggraini HandoyoDosen Jurusan Teknik Mesin, Universitas Kristen Petra

Jl Siwalankerto 121 - 131 Surabaya 60236ekadewi@peter.petra.ac.id

Temmy FebriartoAlumni Jurusan Teknik Mesin, Universitas Kristen Petra

Abstrak

Ada beberapa teknisi di bengkel yang menghaluskan permukaan dalam intake manifold mobil dengan bahan bakar bensin (motor bakar bensin) agar torsi dan daya yang dihasilkan meningkat. Namun, selama ini tidak diketahui seberapa besar perbedaan yang dihasilkan dengan modifikasi ini terhadap performansi mobil bensin. Oleh karena itu dilakukan penelitian tentang hal ini pada suatu motor bakar bensin 4 silinder di laboratorium Otomotif, VEDC, Arjosari Malang.

Pengujian dilakukan dengan metode beban berubah - putaran berubah dari 1000 rpm hingga 3000 rpm. Pengukuran dilakukan tiap interval 500 rpm. Pengujian diulangi tiga kali.

Dari penelitian yang dilakukan, didapat bahwa penghalusan permukaan dalam intake manifold membuat torsi maksimum naik 1.8%, daya maksimum naik 3%, Brake Mean Effective Pressure (BMEP) maksimum naik 2.53% dan efisiensi termal naik rata-rata 5.24% sedang konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) turun sebesar rata-rata 4.9%.

Kata kunci: intake manifold, motor bakar bensin.

1. Pendahuluan

Berbagai modifikasi dilakukan orang khususnya di bengkel untuk meningkatkan performansi motor bakar bensin. Modifikasi tersebut antara lain adalah mengurangi berat flywheel, mengurangi ketinggian silinder head dan menghaluskan intake manifold. Dengan mengurangi berat flywheel, maka putaran motor akan lebih cepat dengan demikian dihasilkan peningkatan akselerasi. Sedang dengan mengurangi ketinggian silinder head akan didapat rasio kompresi yang lebih besar yang tentunya menghasilkan peningkatan daya motor bakar. Kedua modifikasi ini terlihat dengan jelas. Modifikasi dengan menghaluskan intake manifold merupakan modifikasi yang termudah untuk dilakukan.

Dengan menghaluskan permukaan dalam, maka aliran campuran udara - bahan bakar mengalami friksi lebih kecil. Hal ini akan membuat aliran masuk ruang bakar pada tekanan lebih tinggi dibanding jika friksi yang dialami aliran lebih besar. Campuran udara - bahan bakar yang masuk pada tekanan lebih tinggi akan menghasilkan daya yang lebih besar saat langkah kerja.

Sampai saat ini belum ada penelitian yang dilakukan untuk membuktikan bahwa modifikasi ini memang meningkatkan performansi motor bakar. Menyadari pentingnya hal ini, maka dilakukan penelitian pada motor bakar bensin dengan skala laboratorium. Pengukuran meliputi torsi yang dihasilkan dan laju konsumsi bahan bakar dengan kondisi intake manifold standart dan yang dihaluskan.

2. Landasan Teori

Daya Motor (Brake Horse Power - BHP)

Yang dimaksud dengan daya motor adalah besar kerja motor yang diberikan ke poros penggerak. Daya motor dapat dihitung dengan persamaan:

(1)

Tekanan Efektif Rata-rata (Brake Mean Pressure - BMEP)

Proses pembakaran udara dengan bahan bakar menghasilkan tekanan yang bekerja pada torak sehingga menghasilkan langkah kerja. Besar tekanan tersebut berubah-ubah sepanjang langkah torak tersebut. Jika diambil suatu tekanan yang berharga konstan yang bekerja pada torak dan menghasilkan kerja yang sama, maka tekanan tersebut disebut dengan tekanan efektif rata-rata (Bmep). Besar Bmep dapat dihitung dengan persamaan:

(2)

Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Specific Fuel Consumption - SFC)

Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) menyatakan laju konsumsi bahan bakar pada suatu motor bakar torak, pada umumnya dinyatakan dalam jumlah massa bahan bakar per satuan keluaran daya.

Besar SFC dapat dicari dengan persamaan:

(3)

Efisiensi termis

Efisiensi termis didefinisikan sebagai efisiensi pemanfaatan kalor dari bahan bakar untuk diubah menjadi energi mekanis.Besar efisiensi termis dapat dinyatakan:

Panas input merupakan panas yang dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar. Jika untuk menghasilkan daya BHP (hp), laju konsumsi bahan bakar yang dibutuhkan adalah Mb/t (kg/jam) dengan, maka efisiensi termis motor tersebut adalah:

(4)

3. Eksperimen

Eksperimen dilakukan pada motor bakar bensin Toyota model 4K di Laboratorium Otomotif, VEDC, Arjosari Malang dengan spesifikasi:- bore x stroke : 75 x 73 mm- Volume displacement : 1290 cc- compression ratio : 9 : 1Alat pengukur unjuk kerja (torsi) motor digunakan dynamometer.Eksperimen dilakukan dengan metode putaran berubah dengan beban pengereman berubah, kondisi bukaan gas penuh (full throttle).

Prosedur eksperimen:a. Menghidupkan motor pada putaran idle-nya, menunggu motor sekitar 5 menit.b. Mengatur bukaan gas pada kondisi full throttle.c. Melakukan pengereman hingga putaran motor 1000 rpm, dan secara bertahap mengurangi

pengereman sampai putaran motor menjadi 3500 rpm. Setiap interval 500 rpm, mencatat besar torsi yang ditunjukkan pada dinamometer dan waktu konsumsi 25 gram bahan bakar.

d. Mengulangi percobaan hingga total percobaan 3 kali.e. Melepas intake manifold dan menghaluskannya dengan kertas gosok.f. Memasang intake manifold yang telah dihaluskan.

g. Mengulangi langkah a hingga d.

4. Hasil Eksperimen dan Diskusi

Dengan menggunakan persamaan (1) hingga (4), didapat hasil seperti di bawah ini.

Torsi yang dihasilkan

Pada semua putaran motor dapat dilihat ada kenaikan torsi meskipun relatif kecil pada penggunaan intake manifold yang dihaluskan seperti pada gambar 2. Hal ini menunjukkan bahwa penghalusan dapat menaikkan torsi yang dihasilkan motor.

Intake manifold dengan permukaan dalam yang dihaluskan mempunyai koefisien gesek (f) yang lebih kecil dari yang standard. Untuk aliran campuran udara - bahan bakar (bensin) yang mengalir di dalamnya akan mengalami rugi gesekan yang lebih kecil. Hal ini menyebabkan penurunan tekanan campuran udara - bahan bakar lebih kecil pula. Karena hal ini maka campuran udara - bahan bakar yang mengalir melalui intake manifold yang dihaluskan akan masuk ruang bakar dengan tekanan lebih tinggi dibanding yang melalui intake manifold standard.

Tekanan campuran udara - bahan bakar yang tinggi saat masuk silinder pada langkah hisap akan menghasilkan gaya dorong torak yang besar saat langkah tenaga yang kemudian oleh poros engkol dirubah menjadi torsi yang lebih besar.

Gambar 1. Rata-rata hasil eksperimen

Gambar 2. Torsi yang dihasilkan motor bakar

Torsi maksimum yang dihasilkan motor bakar saat eksperimen dengan intake manifold yang dihaluskan adalah 11.5 kgf.m pada putaran 3000 rpm sedangkan yang dihasilkan dengan intake

manifold standard adalah 11.3 kgf.m pada putaran 2500 rpm. Ini menunjukkan kenaikan sebesar 1.8%.

Daya yang dihasilkan

Secara umum daya akan meningkat seiring dengan meningkatnya putaran motor, sampai pada berhentinya kenaikan putaran akibat terbatasnya kemampuan penyuplai campuran udara - bahan bakar (carburator atau injector).

Dari gambar 3 terlihat bahwa pada putaran 1000 sampai 2500 rpm hampir tidak ada perbedaan daya karena torsi yang dihasilkan motor dengan intake manifold yang dihaluskan hampir sama dengan yang standard.

Pada putaran 2500 sampai 3500 rpm terlihat perbedaan daya yang dihasilkan cukup besar. Hal ini disebabkan karena dengan intake manifold yang dihaluskan campuran udara - bahan bakar masuk ruang bakar dengan kerapatan lebih besar. Kerapatan udara - bahan bakar meningkat karena rugi tekanan yang lebih kecil saat aliran melalui intake manifold yang dihaluskan membuat tekanannya lebih besar.

Gambar 3. Daya yang dihasilkan

Campuran udara - bahan bakar yang masuk dengan tekanan tinggi mempunyai kerapatan lebih tinggi pula. Hal ini dapat dipahami dengan persamaan tingkat keadaan gas ideal yaitu P = RT. Suatu proses pembakaran akan sempurna jika ada pencampuran yang baik, jumlah udara dan waktu pembakaran yang cukup, temperatur yang cukup tinggi dan kerapatan campuran yang cukup. Dengan kerapatan yang lebih tinggi, seperti yang terjadi pada motor bakar dengan intake manifold yang dihaluskan, maka pembakaran lebih sempurna. Pembakaran yang lebih sempuran dan tekanan masuk yang lebih tinggi membuat daya yang dihasilkan lebih besar motor bakar lebih besar.

Daya maksimum yang dihasilkan motor bakar dengan intake manifold yang dihaluskan adalah 41.39 kW atau 55.5 hp sedangkan daya yang dihasilkan motor bakar dengan intake manifold standard adalah 40.17 kW atau 53.87 hp. Dengan demikian terjadi kenaikan daya 3%.

Bmep motor bakar

Bmep adalah tekanan efektif rata-rata yang didapatkan dengan membagi daya yang dihasilkan dengan volume perpindahan torak. Kenaikan daya tentu membuat Bmep ikut naik.

Gambar 4. Bmep motor bakar

Dari gambar 4, terlihat bahwa Bmep terbesar yang dihasilkan motor adalah 1119.69 kPa yang terjadi saat putaran 3000 rpm untuk motor dengan intake manifold yang dihaluskan. Sedang motor dengan intake manifold standard menghasilkan Bmep maksimum sebesar 1092.1 kPa. Hal in menunjukkan adanya kenaikan Bmep maksimum sebesar 2.53%.

SFC motor bakar

SFC adalah indicator keefektifan suatu motor bakar torak dalam menggunakan bahan bakar yang tersedia untuk menghasilkan daya. Dengan demikian, semakin kecil SFC maka dapat dikatakan motor semakin hemat bahan bakar.

Pada motor bakar dengan intake manifold yang dihaluskan, aliran masuk dengan tekanan lebih tinggi karena rugi gesekan yang lebih kecil. Keadaan ini membuat bahan bakar dari tanki ke luar ke carburetor dengan laju lebih rendah atau konsumsi bahan bakar lebih rendah seperti terlihat pada gambar 5. Hal ini berdasar prinsip dari carburetor di mana bahan bakar ke luar dari tanki karena adanya beda tekanan antara tekanan bahan bakar di saluran keluaran dengan tekanan udara di carburetor yang berupa nozzle. Semakin rendah beda tekanan maka semakin sedikit bahan bakar yang keluar.

Gambar 5. SFC motor bakar

SFC motor bakar dengan intake manifold yang dihaluskan lebih rendah dibanding yang standard. Pada putaran rendah (dibawah 1500 rpm), penurunan SFC mencapai 8 - 9 % sedang pada putaran lebih tinggi penurunan SFC hanya berkisar 4%. Jika dirata-rata maka penurunan SFC dengan intake manifold yang dihaluskan sebesar 4.9%.

Pada putaran rendah, maka kecepatan aliran udara masuk serta campuran udara - bahan bakar juga rendah. Rugi gesekan selain ditentukan oleh factor gesekan (f) juga oleh kecepatan aliran (v). Pada kecepatan rendah, maka factor gesekan, f, sangat berpengaruh. Sedang pada kecepatan tinggi,

faktor kecepatan, v, lebih berpengaruh dibanding factor gesekan, f. Hal ini menyebabkan penghalusan permukaan sebelah dalam intake manifold berpengaruh cukup besar saat putaran rendah.

Efisiensi motor bakar

Efisiensi motor bakar dengan intake manifold yang dihaluskan lebih tinggi dibandingkan dengan yang standard seperti terlihat pada gambar 6. Dari persamaan (4), terlihat bahwa efisiensi motor bakar tergantung pada besar SFC untuk jenis bahan bakar yang sama. Semakin rendah SFC akan membuat efisiensi lebih tinggi.

Penggunaan intake manifold yang dihaluskan membuat efisiensi motor bakar meningkat rata-rata sebesar 5.24% dibandingkan yang standard.

Gambar 6. Efisiensi motor bakar5. Kesimpulan

Dari eksperimen dengan metode putaran berubah dengan beban pengereman berubah yang dilakukan pada motor bensin Toyota 4 K dengan putaran 1000 rpm hingga 3500 rpm, didapat bahwa penghalusan intake manifold terbukti dapat meningkatkan performansi motor bakar bensin yang meliputi:

Torsi maksimum meningkat sebesar 1.8% Daya maksimum naik 3% Bmep maksimum naik 2.53% Efisiensi termal naik rata-rata 5.24% Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) turun sebesar rata-rata 4.9%.

Notasi

T Torsi yang dihasilkan [kgf.m]BHP Brake Horse Power [Watt]N putaran motor [rpm]Z jumlah putaran poros engkol untuk 1 siklus kerja,

Z = 1 untuk motor 2 langkahZ = 2 untuk motor 4 langkah

Vd Volume displacement [dm3]Bmep Brake Mean effective Pressure [kPa]Mb massa bahan bakar [gr]t waktu konsumsi Mb bahan bakar [detik]SFC Specific Fuel Consumption [gr/kW.h]LHV nilai kalor pembakaran [kkal/kg]th efisiensi termal motor

Daftar Pustaka

1. Heinz Heisler. 1995. Advanced Engine Technology. London: Edward Arnold Ltd.

2. John S. Heywood. 1989. Internal Combustion Engine Fundamentals (International Ed.), Singapore: McGraw-Hill.

3. Robert W. Fox, et al. 1994. Introduction to fluid mechanics, 4th ed., John Willey & Sons.