1. PENDAHULUAN

Salah satu faktor penting yang menentukan besarnya daya yang dihasilkan oleh sebuah motorpembakaran dalam adalah input energi kimia persatuan waktu yang masuk dan kemudian terbakar di dalam ruang bakar. Mengingat hal tersebut di atas, maka jumlah campuran udara dan bahan bakar yang masuk ke dalam ruang bakar merupakan faktor yang penting.

Pemasukan campuran bahan bakar dan udara ke dalam ruang bakar diatur oleh katup isap yang terletak di bagian atas ruang bakar bersama-sama dengan katup buang.

Pembukaan katup isap dan katup buang ini diatur oleh suatu mekanisme katup yang terdiri dari poros kam, lengan ayun dan katup beserta pegasnya. Besarnya pembukaan katup ditentukan oleh profil kam yang mempunyai kontur tertentu sehingga mempunyai tinggi angkat (L), pada setiap derajat kam, yang tertentu pula.

Parameter prestasi yang berhubungan dengan jumlah campuran udara dan bahan bakar yang masuk ke dalam ruang bakar adalah \(\eta_{\rm V}\). Efisiensi volumetrik ini didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah massa udara dan bahan bakar sebenarnya yang masuk ke dalam ruang bakar dengan jumlah massa udara dan bahan bakar yang seharusnya (ideal) masuk ke dalam ruang bakar.

Aliran fluida kerja (dalam hal ini campuran udara dan bahan/bakar) di dalam katup isap yang merupakan bagian dari sistem saluran masuk ruang bakar, dapat disamakan dengan aliran fluida di dalam saluran yang mempunyai penampang mengecil

(misalnya nosel, orifis atau venturi). Oleh karena terdapat penyempitan penampang di dalam sistem saluran masuk ini, maka perlu diketahui juga koefisien aliran katup isap.

Untuk mengetahui bagaimana pengaruh tinggi angkat katup isap terhadap \(\eta_{\rm V}\), maka di dalam pengujian ini akan dipergunakan tiga buah kam dengan \(L_{\rm max}\) yang berbeda. Profil ketiga kam ini, beserta grafik tinggi angkat katup isap terhadap sudut kam dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Grafik tinggi angkat katup terhadap sudut kam, dan profil kam motor HONDA 360 untuk ketiga kam.

Laboratorium Motor Bakar dan Sistem Propulsi, ITB.

2. PÉNGUJIAN KOEFISIEN ALIRAN KATUP ISAP

Untuk dapat mengetahui koefisien aliran katup rata-rata, perlu dilakukan 2 macam pengujian. Yang pertama adalah pengujian koefisien aliran katup isap, dan yang kedua adalah pengukuran profil kam, untuk ketiga kam yang dipergunakan.

Hasil pengukuran profil kam ini dapat dilihat pada Gambar 1 b. dalam bentuk grafik antara tinggi angkat katup dengan sudut kam. Sedang \(L_{maks}\) yang juga didapat dari pengukuran ini, untuk masing-masing kam adalah :

\(\text{[rumus tidak dapat ditampilkan dengan baik — lihat PDF asli]}\)

Pengujian koefisien aliran katup isap dilakukan dengan melepas kepala silinder motor HONDA 360 yang akan diuji, dan kemudian meletakkannya di atas tangki peredam seperti yang terlihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Instalasi Pengujian Koefisien Aliran Katup Isap, Motor HONDA 360.

Keterangan Gambar: (Gambar 2).

• A. Blower.
• B. Tangki Peredam Pertama.
• C. Orifis.
• D. Mikro Manometer.
• E. Tangki Peredam Kedua.
• F. Dial Stand.
• G. Dial Indikator pengukur tinggi angkat katup isap.

• H. Baut Penekan katup isap.
• 1. Kepala Silinder Mesin HONDA 360.
• J. Manometer miring.
• K. Katup bypass.
• L. Katup isap yang akan diuji koefisien alirannya.

Selanjutnya dengan membuat aliran udara melalui katup menggunakan sebuah blower, dan mengukur perbedaan tekanan di orifis, sebelum orifis dan tangki peredam maka didapatkan koefisien aliran katup (\(C_v\)) untuk setiap tinggi angkat katup. Hasilnya dapat dilihat pada Gambar 3 yang merupakan grafik \(C_v\) terhadap L.

Gambar 3. Grafik koefisien aliran katup (C_v) terhadap tinggi angkat.

\(C_{\rm V}\) yang didapat dari pengujian ini kemudian digabungkan dengan hasil pengukuran profil kam, sehingga didapat grafik antara \(C_{\rm V}\) dengan sudut kam. Dari grafik ini kemudian didapat koefisien aliran katup rata-rata (\(C_{\rm i}\)) yang merupakan koordinat rata-rata dari grafik tersebut di atas. \(C_{\rm i}\) ini dapat dilihat pada Gambar 4, untuk ketiga kam yang dipergunakan.

Dari Gambar 4 tersebut, terlihat bahwa koefisien aliran katup rata-rata sebanding dengan tinggi angkat katup maksimum \((L_{maks})\).

Gambar 4. a. Koefisien aliran vs. sudut kam no.1.

Gambar 4. b. Koefisien aliran katup vs sudut kam no. 2.

Gambar 4. c. Koefisien aliran vs. sudut kam no. 3.

3. PENGARUH TINGGI ANGKAT KATUP ISAP TERHADAP EFISIENSI VOLUMETRIK

Seperti telah disinggung sebelumnya, pengujian ini dilakukan dengan tiga buah kam yang mempunyai \(L_{maks}\) yang berlainan. Kam yang mempunyai \(L_{maks}\) paling besar disebut kam nomor 1. Sedang kam nomor 2, yang merupakan kam standar, mempunyai tinggi angkat maksimum lebih kecil daripada kam nomor 1, dan kam nomor 3 mempunyai \(L_{maks}\) yang paling kecil. Untuk masingmasing kam dilakukan pengujian pada setiap bukaan katup gas tertentu, yaitu mulai dari bukaan katup gas 1/4, 2/4, 3/4 sampai 4/4. Pemeriksaan ditekankan pada \(\eta_{\rm V}\). Hasil pengujian ini dapat dilihat pada Gambar 5, dalam bentuk grafik antara \(\eta_{\rm V}\) dengan putaran motor.

Dari Gambar 5 terlihat bahwa \(\eta_{\rm V}\) terbesar diberikan oleh kam nomor 2 untuk semua bukaan katup gas. Kam nomor 1 memberikan \(\eta_{\rm V}\) lebih besar dari kam nomor 3 untuk bukaan katup gas 1/4 dan 2/4 (Gambar 5a dan 5b). Sedang pada bukaan katup gas 3/4 dan 4/4 (Gambar 5c dan 5d) \(\eta_{\rm V}\) yang diberikan kam nomor 3 lebih besar dari kam nomor 1.

Jika dilihat sepintas, kam yang mempunyai tinggi angkat katup (maksimum) lebih besar akan memberikan \(\eta_{\rm V}\) yang lebih besar pula karena dapat memasukkan campuran udara dan bahan bakar yang lebih banyak. Temyata hasil pengujian menunjukkan hasil yang berlawanan untuk kam nomor 1 dan kam nomor 2. Beberapa hal yang menyebabkannya adalah:

Dari gambar 3 terlihat bahwa C_V terbesar dicapai pada L sebesar 9 mm atau pada perbandingan L/D_V (di mana D_V adalah diameter katup isap) sebesar 0,26, sesudah itu C_V besarnya tetap. Ini berarti kalau L ditambah menjadi lebih besar dari 9 mm (atau perbandingan L/D_V sebesar 0,26), tidak akan menaikkan jumlah massa udara (dan bahan bakar) yang mengalir melalui katup isap. Jadi dengan menambah L_maks sampai sebesar 9,6140 mm seperti pada kam nomor 1, dilihat dari koefisien aliran katup isapnya tidak banyak menambah jumlah massa udara dan bahan bakar yang masuk ke ruang bakar (dibanding dengan kam standar, kam nomor 2).

Gambar 5. a. Grafik \(\eta_V\) terhadap putaran mesin (n) untuk ketiga kam pada bukaan katup gas 1/4.

Gambar 5. c. Grafik \(\eta_v\) terhadap putaran mesin (n) untuk kam pada bukaan katup 3/4.

Gambar 5. b. Grafik \(\eta_v\) terhadap putaran mesin untuk ketiga kam pada bukaan katup 2/4.

Gambar 5. d. Grafik \(\eta_V\) terhadap putaran mesin (n) untuk kam pada bukaan katup 4/4.

isap masih terbuka pada sebagian awal langkah kompresi. Jadi ada kemungkinan sejumlah kecil campuran udara dan bahan bakar yang sudah berada di dalam ruang bakar akan mengalir kembali ke saluran isap. Pada kam nomor 1, tinggi angkat rata-rata dari TMB sampai saat penutupan katup isap lebih besar dari kam nomor 2. Dengan demikian campuran udara dan bahan bakar yang mengalir kembali ke saluran isap juga lebih banyak pada kam nomor 2.

Ketiga hal tersebut di atas menyebabkan \(\eta_{\rm V}\) yang diberikan kam nomor 1 lebih rendah dari kam nomor 2 meskipun \(L_{\rm maks}\) kam nomor 1 lebih besar dari kam nomor 2.

4. KESIMPULAN

• Perubahan L_maks katup isap akan mempengaruhi koefisien aliran katup rata-rata (C_i). Makin besar L_maks, (sampai suatu batas tertentu) makin tinggi C_i.
• 2. Kenaikan tinggi angkat katup isap yang menyebabkan kenaikan C_i terjadi sampai perbandingan

• \(L/D_v\) sebesar 0,26. Kenaikan tinggi angkat selanjutnya tidak akan mempengaruhi \(C_i\).
• 3. Harga \(C_i\) yang lebih tinggi tidak selalu memberikan \(\eta_V\) yang lebih tinggi (untuk saat pembukaan katup, kedudukan puncak kam dan saat penutupan katup yang sama).
• 4. Dari hasil pengujian prestasi motor HONDA 360 ini, ternyata kam nomor 2 (kam standar) memberikan karakteristik \(\eta_v\) yang paling baik.