Perubahan Efisiensi Konsumsi Bahan Bakar pada Mesin K3DE 1300 CC dengan Pembersihan Karbon Deposit di Combustion Chamber
Mujahid Wahyu *1 , Nila Nurlina 1 , Dani Irawan 2
1 Jurusan Teknik Mesin, PSDKU Polinema Kediri, Jalan Lingkar Maskumambang No.1, Sukorame, Mojoroto, Kota Kediri
2 Fakultas Teknik, Universitas Negeri Malang, Jalan Semarang No.05, Sumbersari, Lowokwaru, Kota Malang
*E-mail : mujahid .wahyu89@gmail.com
Diajukan: 16 Maret 2022; Diterima: 17 Desember 2022; Diterbitkan: 23 Desember 2022 Abstrak
Karbon  deposit  merupakan  karbon  hasil  proses  pembakaran internal  combustion  engine yang  tertinggal  di combustion chamber atau ruang bakar. Ada pengaruh negatif dari adanya  karbon deposit terhadap  penurunan daya, torsi dan peningkatan kadar gas buang pada motor pembakaran dalam. Upaya pembersihan terhadap karbon deposit mampu memperbaiki nilai daya, torsi dan kadar gas buang. Dimungkinkan upaya tersebut juga mampu memperbaiki efisiensi konsumsi bahan bakar. Tujuan dari peneltian ini adalah mengetahui perubahan konsumsi bahan bakar pada mesin  K3DE  1300  CC  pada  setiap  kecepatan  putaran mesin  setelah  dilakukan  proses  pembersihan  karbon  deposit dari combustion chamber . Perubahan tingkat konsumsi  bahan bakar diukur berdasarkan nilai  AFR ( Air Fuel Ratio ) pada  setiap  kecepatan  putaran  mesin  dengan  menggunakan  data  hasil  pengukuran  yang  termonitor  dari  alat  ukur chassis  dyno  test .  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  AFR  uji  dibanding  pra  uji  pada  kecepatan  menengah  (50 kph),  tinggi  (100  kph)  dan  sangat  tinggi  (130  kph)  masing-masing  bernilai  (15,8:14,0);(12,8:12,4)  dan  (12:11,9). Dengan demikian,  terjadi perubahan  efisiensi  konsumsi  bahan  bakar  setelah dilakukan  proses  pembersihan  karbon deposit dari combustion chamber .
Kata kunci: AFR; karbon deposit; ruang bakar

## Abstract
Carbon deposits  were  carbon resulting  from the  combustion process of  internal combustion engine that  left  in the combustion  chamber.  There  was a negative effect of  the  presence  of  carbon deposits on decreasing  power,  torque and increasing exhaust gas levels in internal combustion engines. Efforts to clean the carbon deposit could improve the value  of  power,  torque  and exhaust  gas levels.  It  was possible  that  these efforts were  also able to improve  the efficiency of  fuel consumption.  The purpose  of  this study  was to  determine  the  changes in  fuel consumption on the K3DE 1300 CC engine at each engine speed after cleaning carbon deposits from the combustion chamber. Changes in the level of fuel consumption are measured based on the AFR (Air Fuel Ratio) value at each engine speed using measurement data that was monitored from the chassis dyno test measuring instrument. The results showed that the test AFR compared to the pre-test and post-test at medium (50 kph), high (100 kph) and very high (130 kph) speeds, respectively (15,8:14,0); (12,8:12,4) and (12:11,9). Thus, there  was a change in  the efficiency of fuel consumption after the carbon deposit cleaning process was carried out from the combustion chamber.

## Keywords: AFR; carbon deposit; combustion chamber

## 1. Pendahuluan
Hal  yang  sangat  penting  dalam  kepemilikan  kendaraan  bermotor  adalah  menjaga  kondisi  mesin  kendaraan  agar tetap prima. Kondisi mesin yang tetap prima dapat didapatkan melalui proses perawatan secara rutin dan baik. Hal ini sesuai dengan [1] yang menyatakan bahwa pemeliharaan mesin mobil sula dimaksudkan untuk menjaga kondisi mesin mobil tetap pada peforma terbaik. Jika dikembalikan pada konsep dasar perawatan maka akan dipahami bahwa tujuan mendasar  kegiatan  perawatan  ( maintenance )  yaitu  untuk  menjaga  kondisi  mesin  dengan  terfokus  pada  langkah pencegahan sehingga mengurangi atau bahkan menghindari kerusakan dari peralatan [2][3].
Salah  satu  teknik  perawatan  mesin  agar  mesin  tetap  prima  adalah  dengan  pembersihan  karbon  deposit  hasil pembakaran yang tertinggal di combustion chamber atau ruang bakar. Semakin lama kendaraan digunakan, maka akan dapat  menurunkan  peforma  dari  kendaraan.  Lebih  lanjut  dinyatakan  bahwa  yang  menjadi  salah  satu  sebab  adalah combustion  chamber terdapat  kerak  yang  diperoleh  dari  hasil  pembakaran  yang  tidak  sempurna  dan  kualitas  bahan bakar yang kurang baik. Oleh karena itu dibutuhkan perawatan agar peforma kendaraan tetap prima [4].
Kerak  karbon  yang dimaksud merupakan karbon deposit  yang dapat  dikategorikan menjadi  2 jenis yaitu  deposit yang mudah dibuang ( easy removable ) dan sulit dibuang ( difficult to remove deposits ). Lebih lanjut dijelaskan deposit tersebut  dinyatakan  dengan  istilah soot ( smoke  black )  sebagai  deposit  yang  mudah  dibuang  serta varnish dan coke sebagai deposit  yang sulit dibuang [5].  Kerak karbon yang terjadi di ruang bakar dinamakan juga dengan combustion chamber  deposits [6]  atau  disebut  juga  dengan carbonaceus yang  bermasalah  [7].  Kerak  karbon  atau combustion chamberdeposits  (CCD) meskipun  jumlahnya  sedikit,  namun  perlu  mendapatkan  perhatian.  Akumulasi  kerak  karbon dapat mengakibatkan meningkatnya suhu gas buang kendaraan. Lebih jauh, karbon deposit yang menempel di injektor nozzel dapat mempengauhi aliran bahan bakar pada nozzel tersebut [8]. Endapan karbon yang terbentuk di dalam atau di luar injektor memiliki pengaruh buruk pada kinerja mesin dan sistem injeksi bahan bakar [9].
Hasil-hasil penelitian sebelumnya telah berusaha mengungkapkan adanya pengaruh negatif adanya karbon deposit yang ada di combustion chamber . Pengaruh negatif tersebut mulai dari penurunan daya, torsi bahkan peningkatan kadar emisi gas buang kendaraan. Makna lain yang ditampilkan dari hasil penelitian menunjukkan bahwa ada pengaruh positif akibat dari pembersihan karbon deposit di combustion chamber .  Hasil penelitian dari  [10] yang bertajuk penambahan zat aditif yang digunakan sebagai bahan untuk mengurangi emisi gas buang kendaraanmampu mengikis karbon deposit yang disebabkan oleh pembakaran yang tidak  sempurna.  Gas buang  karbon monooksida  (CO) turun sebesar 13,92% dan Hidrokarbon (HC) turun sebesar 16,48%.
Hasil temuan yang lain juga  diungkapkan oleh [11] yang menyatakan bahwa  penggunaan carbon cleaner dengan teknik gurah mesin pada mesin corolla twincam AE92 dapat menurunkan level persentase gas CO sebesar 0,268%. Hal tersebut  diungkapkan  oleh  peneliti  bahwa  perlakuan  tersebut  mampu  menghasilkan  hasil  pembakaran  yang  lebih sempurna. Pembakaran yang sempurna akan menghasilakan H 2 O dan CO 2 sebagai produknya.
Hasil temuan lain juga diungkapkan oleh [12] dengan penelitian yang bertajuk penggunaan carbon cleaner untuk membersihkan  ruang  bakar  Yamaha  Jupiter  Z  CW.  Hasil  penelitian  menyimpulkan  bahwa  telah  terjadi  peningkatan peforma mesin pada putaran mesin 1400 rpm meliputi peningkatan torsi sebesar 1,95 kg.m. Sementara daya maksimum mesin juga mengalami peningkatan pada putaran mesin 4200 rpm sebesar 12.07 hp.
Perlu  diteliti lebih lanjut  topik  ini  sehingga  mendapatkan satu  kesatuan hasil  penelitian yang utuh.  Hipotesis lain dari  adanya  karbon  deposit  di  sekitar combustion  chamber juga  dapat mempengaruhi  konsumsi  bahan  bakar.  Dengan demikian,  tujuan dari  penelitian ini  adalah    untuk  mengetahui  perubahan  efisiensi konsumsi  bahan  bakar  pada  mesin K3DE 1300 CC setelah dilakukan proses pembersihan karbon deposit dari combustion chamber .

## 2. Material dan metodologi

## 2.1 Karbon deposit
Karbon deposit  adalah karbon hasil pembakaran yang tertinggal di ruang bakar atau combustion chamber .  Ruang bakar merupakan adalah ruang tertutup yang berada pada bagian atas silinder antara kepala silinder dengan piston pada posisi  titik  mati  atas  (TMA)  [13]. Combustion chamber yang  baik harus memenuhi  persyaratan  efisiensi  volumetrik dan  efisiensi  thermal.  Persyaratan  utama  untuk  menghasilkan  efisiensi  volumetrik  pada  ruang  bakar  mesin  meliputi
kelancaran aliran  gas,  ketepatan timing  valve dengan  pembukaan throttle dan  suhu  campuran  serendah mungkin  saat katup  masuk  menutup.  Sementara  persyaratan efisiensi  thermal meliputi  rasio  kompresi  yang  tinggi  tanpa  terjadi knocking ( detonation ) dan kehilangan panas yang minimum ke dinding ruang bakar [14].  Berikut  adalah reaksi kimia proses pembakaran yang ada pada internal combustion engine (mesin pembakaran dalam).
2C 8 H 18 + 25O 2 16 CO 2 + 18 H 2 O
Berdasarkan  reaksi  kimia  tersebut,  bahan  bakar  yang  bercampur  dengan  oksigen  akan  terbakar  sempurna  menjadi karbon dioksida dan air. Proses pembakaran yang tidak sempurna akan menghasilkan karbon deposit  yang dinamakan dengan soot ( smoke black ).  Berikut  penampakan dari  karbon deposit yang menempel pada  kepala piston melalui  foto mikro dan makro.
Gambar 1 . Karbon deposit yang Menempel Kepala Piston 2.2 AFR (Air Fuel Ratio)
Pengujian  konsumsi  bahan  bakar  dapat  dilakukan  dengan  berbagai  cara  [15],  termasuk  dalam  penelitian  ini menggunakan data AFR. AFR dimaknai sebagai perbandingan massa antara bahan bakar dengan udara atau sebaliknya [13].  Pada spark  ignitionengine (SI engine )  yaitu  mesin  yang  proses  pembakarannya  berasal  dari  loncatan  bunga  api dari busi, secara praktis nilai AFR konstant pada berbagai operasi mesin. Sementara pada compression ignition engine (CI engine ) yang merupakan mesin dengan proses pembakaran dari udara bertekanan, AFR nilainya bervariasi. Pada CI engine , dengan kecepatan aliran udara yang tetap, kecepatan aliran bahan bakar akan bervariasi tergantung pada beban yang terjadi.
Pada  campuran  ( mixture )  yang  cukup  udaranya  untuk  membakar  sempurna  seluruh  bahan  bakar  disebut  dengan campuran  sempurna  kimia  atau  campuran  stoikiometrik  dari  AFR.  AFR  secara  matematis  dihitung  dengan  rumus sebagai berikut.
R st = G ud : G bb (1)
Dimana Rst = rasio stoikiometris; G ud = massa udara dan G bb = massa bahan bakar AFR yang stoikiometrik memiliki perbandingan udara dan bahan bakar (G ud : G bb ) dalam berbagai teori mencapai 14,  68  kg  udara  :  1  kg  bahan  bakar  atau  secara  ringkas  nilai  AFR  nya  ditulis  14,7:1.Campuran  yang  jumlah  bahan bakarnya lebih dari 1 kg sehingga menjadikan jumlah pembanding udaranya menjadi kurang dari 14,7 kg, maka disebut
dengan campuran gemuk ( rich mixture ). Sementara campuran yang jumlah bahan bakarnya kurang dari 1 kg sehingga pembanding udaranya menjadi lebih besar dari 14,7 kg, maka disebut dengan campuran kurus ( lean mixture ) [8][16].

## 2.3 Metodologi Penelitian
Penelitian ini menggunakan metode eksperimen. Eksperimen dalam penelitian ini mengacu pada   3 variabel  yang digunakan yaitu pembersihan karbon  deposit sebagai variabel bebas, konsumsi bahan bakar sebagai variabel terikat dan kecepatan putaran mesin sebagai variabel kontrol. Berikut adalah diagram alir penelitian yang dilaksanakan.
Gambar 2 . Diagram Alir Penelitian
Eksperimen diawali dengan penyiapan alat dan bahan yang meliputi mesin K3DE 1300 CC, alat pembersih karbon deposit  dan  alat  uji chassys  dyno  test .  Alat  pembersih  karbon  deposit  merupakan  alat  yang  direkayasa  mampu membantu  proses  pembersihan  karbon  deposit  di  ruang  bakar  dengan  cara  menghisap  cairan  pembersih  yang sebelumnya sudah dimasukkan ke ruang bakar yang dituju. Berikut alat dan bahan yang digunakan, seperti yang terlihat pada gambar 3.
Pada  langkah  selanjutnya  adalah  pengambilan  data  konsumsi  bahan  bakar  pra  uji  ( pre-test )  berupa  data  AFR dengan chassys dyno test . Data pra uji diambil dalam 2 kondisi, yaitu pada saat gigi percepatan 3 dan 4. Masing-masing gigi  percepatan,  diambil  data  sebanyak  2-3    kali  untuk  memastikan  validitas  data.  Setelah  hal  tersebut  dilakukan, dilanjutkan dengan proses pembersihan karbon deposit  dari combustion chamber .  Mesin K3DE  1300 CC dibersihkan karbon  depositnya  dari combustion  chamber dengan  teknik vacum  cleaner .  Teknik  yang  dimaksud  di  sini  adalah pembersihan  dengan  bantuan  cairan carbon  cleaner yang  ditetapkan  jumlah  volumenya  (50  ml).  Cairan  tersebut
dimasukkan  ke  dalam combustion  chamber melalui  lubang  busi  pada  keempat  silinder.  Setelah  didiamkan  beberapa saat, cairan carbon cleaner dihisap keluar dengan bantuan alat seperti di gambar 3. Setelah pembersihan selesai, maka diambil data setelah perlakuan ( post-test ) berupa  data  AFRdengan alat chassis dyno  test .  Data pasca  perlakuan ( post- test )  juga  diambil  dalam  2  kondisi,  yaitu  pada  saat  gigi  percepatan  3  dan  4.  Masing-masing gigi  percepatan,  diambil data  sebanyak  2-3  kali  untuk  memastikan  validitas  data.  Tahap  akhir  dari  penelitian  ini  adalah  analisis  data  secara deskriptif sederhana membandingkan antara data pre-test dengan post-test pada setiap kecepatan putaran mesin.
Gambar 3. Alat dan Bahan yang Digunakan dalam Eksperimen

## 3 Hasil dan pembahasan
Mesin  K3DE  1300  CC  diuji  dengan  alat chassis  dynotest (alat  uji  daya  melalui  putaran  roda  kendaraan).  Alat chassis  dyno  test fungsi  utama  untuk  mengukur  daya  dan  torsi  dari  suatu  mesin,  namun  alat  ini  juga  mampu menampilkan  nilai  AFR  aktual  dalam  berbagai  putaran  mesin  (rpm).  Pengujian  dengan chassysdyno  test dilakukan dengan  meletakkan  roda  belakang  di  atas roller  chassis  dyno  test (gambar  3).  Berikut  merupakan  gambar  data  AFR hasil penelitian yang termonitor dari data hasil pengukuran dengan chassys dyno test .
Berdasarkan  gambar  5,  secara  visual  menunjukkan  bahwa  grafik  AFR  setelah  dilakukan  pembersihan  (warna merah)  deposit  carbon  dari combustion  chamber cenderung  selalu  di  atas  dari  grafik  nilai  AFR  sebelum  perlakuan (warna biru), kecuali pada beberapa kecepatan tertentu. Berikut merupakan tampilan gambar grafik AFR pada beberapa kecepatan mesin.
Gambar 6 . Nilai AFR dari berbagai kecepatan mesin
Berdasarkan gambar 6 tersebut, pada kecepatan menengah, 50 kph ( kilo per hours ), massa udara untuk AFR pada post-test lebih besar dari  pada  massa udara  saat pre-test yaitu  15,8  kg dibanding 14,0  kg.  Pada  kecepatan tinggi, 100 kph, massa udara untuk AFR post-test juga lebih banyak dari pre-test yaitu 12,8 kg dibanding 12,4 kg. Sementara pada kecepatan sangat tinggi, 130 kph, massa udara untuk AFR post-test juga lebih besar dari pre-test yaitu 12 kg dibanding 11,9  kg  .  Semakin  besar  nilai  massa  udara  maka  pada  berbagai  putaran  mesin  campuran  yang  terbentuk  merupakan campuran berjenis lean mixtures . Lean mixtures sendiri merupakan campuran yang jumlah bahan bakarnya kurang dari
1 kg sehingga pembanding udaranya menjadi lebih besar dari 14,7 kg [13]. Hal ini dimungkinkan terjadi karena volume ruang  bakar  menjadi  semakin  normal  karena  tidak  ada  tumpukan  karbon  deposit  di  dinding  sekitar  ruang  bakar  dan sedikit hilangnya panas di dinding ruang bakar [14].
Dengan  demikian,  pembersihan  karbon  deposit  dari combustion  chamber mampu  mempengaruhi  perubahan efisiensi  konsumsi  bahan  bakar  pada  mesin  K3DE  1300  CC  sebagaimana  yang  ditampilkan  oleh  nilai  AFR  dengan chassys  dyno  test .  Konsumsi  bahan  bakar mesin  lebih  efisien  dari  pada  sebelum  dilakukan  pembersihan.  Temuan  ini sekaligus melengkapi berbagai data yang ada pada penelitian sebelumnya seperti yang telah dilakukan oleh [10][11] dan [12] dimana pembersihan karbon deposit dapat menurunkan konsentrasi gas buang dan meningkatkan output daya dan torsi.    Perlu  diteliti  lebih  lanjut  seberapa  jauh  penurunan hilangnya  nilai  panas  di  dinding ruang  bakar akibat adanya karbon deposit.

## 4 Kesimpulan
Karbon deposit  sebagai  karbon sisa hasil  pembakaran yang tertinggal di ruang bakar mesin berpengaruh terhadap kinerja  mesin.  Pembersihan  karbon  deposit  dari  ruang  bakar  diantaranya  mampu  meningkatkan  efisiensi  konsumsi bahan bakar pada mesin K3DE 1300 CC melalui data tampilan nilai AFR. Mesin menjadi lebih hemat konsumsi bahan bakarnya. AFR uji pada bebagai kecepatan putar mesin setelah pembersihan memiliki nilai yang selalu lebih tinggi  dari pada AFR pra uji. Nilai AFR yang tinggi menandakan campuran udara dan bahan bakar menjadi campuran yang kurus/ lean mixture .

## Ucapan Terima kasih
Penelitian ini dibiayai oleh Politeknik Negeri Malang dengan skema penelitian swadana reguler tahun 2021.

## Daftar Pustaka
[ 1].   Effendi  A,  Buchori  AZ. Pemeliharaan Mesin Mobil Listrik Sula  Politeknik  Negeri  Subang.  J Rekayasa  Mesin. 2019 Dec;14(3):79–86.
[2]. Ansori, Mustajab. Sistem Perawatan Terpadu. Yogyakarta: Graha Ilmu; 2013. 3 p.
[3]. Dentom T. Advance Automotive Fault Diagnosis 4th. Oxford: Elsevier Butterworth-Heinemann; 2017.
[4]. Rosyidin A, Effendi Y, Efrizal, Amir. Comparative analysis combustion chamber cleaners use carbon cleaner on performance  engine  type  16  3SZ-VE  IL,-4  cylinder  valve,  DOHC,VVT-i,  1500cc  Daihatsu  Astra  cars.  J  Phys Conf Ser. 2020;1477(5).
[5]. Rasliyakov A, Balakin A, Vlasova N, Klassen N. Method of cleaning from the carbon deposits of the surfaces of the elements of internal-combustion engines without their unbuttoning. In: IOP Conferences: Material Sciences And Engineering. IOP Publisher; 2019. p. 1–5.
[6]. Kalghatgi GT, McDonald CR, Hopwood AB. An experimental study of combustion chamber deposits and their effects in a spark-ignition engine. SAE Tech Pap. 1995;(412).
[7]. Martin  JW,  Salamanca  M,  Kraft  M.  Soot  inception:  Carbonaceous  nanoparticle  formation  in  flames:  Soot inception. Prog Energy Combust Sci. 2022;88.
[8]. Pehan S, Jerman MS, Kegl M, Kegl B. Biodiesel influence on tribology characteristics of a diesel engine. Fuel [Internet]. 2009;88(6):970–9. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2008.11.027
[9]. Hoang AT, Le AT. A review on deposit formation in the injector of diesel engines running on biodiesel. Energy Sources, Part A Recover Util Environ Eff [Internet]. 2019;41(5):584–99. Available from: https://doi.org/10.1080/15567036.2018.1520342
[10].   Nugraha R, Alwi E, Fernandes D. Pengaruh Penambahan Zat Aditif Carbon Cleaner Terhadap Emisi Gas Buang Sepeda Motor Suzuki Shogun 125. [Padang]: UNP; 2015.
[11].   Wahyu  M,  Rahmad  H.  The  Effect  of  10%  Bioetanol  And  Carbon  Cleaner  Mixtures  With  Engine  Gurah Technique on The Level of CO Emission In Corolla Twincam AE 92. Vanos. 2018 Dec;3(2):163–72.
[12].   Kurniawan RA, Margianto, Lesmanah U. Pengaruh Penggunaan Carbon Cleaner Terhadap Performa Mesin Pada Sepeda Motor Yamaha Jupiter Z CW. [Malang]: UNISMA; 2019.
[13].   Ganesan V. Internal Combustion Engine 4 th. New Delhi: Mc Graw-Hill; 2004.
[14].   Hillier VA. Fundamental of motor vehicle technology. Cheltenham: Stanley Thornes Publisher; 2007.
[15].   Wahyu M, Rahmad  H.  Rekayasa  Uji  Konsumsi Biogasoline Kendaraan VVT-I dan Dual VVT-I.  In:  Prosiding
Seminar Nasional Teknologi Terapan. 2019. p. 65–72.
[16].   Wahyu  M,  Rahmad  H,  Gotama  GJ.  Effect  of  Cassava  Biogasoline  on  Fuel  Consumption  and  CO  Exhaust Emissions. Autimotive Exp. 2019;2(3):97–103.