## ANALISA PENGARUH PEMBUKAAN THROTTLE TERHADAP PERFORMA ENGINE DIESEL COMMONRAIL DENGAN MENGGUNAKAN TURBO DAN TANPA MENGGUNAKAN TURBO PADA KENDARAAN DINAS TNI AD ¾ TON
Tulus 1 , Jumiadi 2 , Kusnadi 3

## Abstraksi
Motor  bakar  adalah  salah  satu  jenis  mesin  konversi  energi  yang  mengubah  energi  termal  menjadi  energi mekanik atau mengubah tenaga kimia bahan bakar menjadi tenaga mekanis. Turbo charge pada motor diesel merupakan salah satu komponen yang memberikan pengaruh yang cukup besar pada performa motor diesel. Salah satu faktor  yang  mempengaruhi performa  motor bakar yaitu bukaan  katup gas. Fungsi dari katub gas ( throttle  valve) sebagai  pengatur  jumlah  campuran  udara  dan  bahan  bakar  yang  akan  masuk  ke  silinder. Semakin besar bukaan throttle maka semakin banyak campuran udara yang akan disuplai ke silinder motor bakar, sehingga menyebabkan perubahan daya dan torsi yang dihasilkan. Adapun dari hasil pengujian motor diesel  dengan  menggunakan  turbo  dan  tanpa  turbo  menunjukkan  bahwa torsi  yang  dihasilkan  mesin  tanpa turbo dan dengan turbo semakin meningkat seiring perubahan putaran dan percepatan dengan hasil maksimal terjadi pada putaran 1479 rpm. Daya yang dihasilkan juga semakin meningkat seiring perubahan putaran jadi semakin tinggi putaran semakin besar juga daya yang dihasilkan. Dalam penggunaan bahan bakar cenderung lebih  hemat  mesin  dengan  turbo  dibandingkan  tanpa  turbo.  Efisiensi  yang  terjadi  juga  meningkat  seiring meningkatnya putaran dan percepatan yang digunakan.
Kata Kunci : Throttle Valve , Turbo Charge , Daya, Torsi
1 Mahasiswa Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Merdeka Malang
2 Dosen Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Merdeka Malang
3 Dosen Sekolah Tinggi Teknologi Angkatan Darat

## PENDAHULUAN
Salah satu faktor yang mempengaruhi  performa  motor  bakar yaitu  pembukaan throttle .  Dalam  teori fungsi  katub  gas  ( throttle  valve) sebagai pengatur jumlah  udara yang akan masuk ke  dalam  ruang  silinder,  semakin  besar pembukaan  katup  gas  maka  semakin banyak  udara  yang  akan  disuplai  ke dalam    ruang  bakar  (Arismunandar.  W, 1988). Dari hal tersebut bisa dilihat pada kondisi pembukaan throttle berapa derajat  motor  bakar  dapat  mengeluarkan daya  dan  torsi  maksimal  serta  dapat dilihat  juga  berapa  nilai  konsumsi  bahan bakar  pada  setiap  variasi  pembukaan throttle pada pengujian.
Penelitian  ini  tentang  pengaruh pembukaan throttle terhadap
performance motor  bakar  diesel  dengan dan tanpa menggunakan turbo. Pengamatan ini dilakukan untuk mengetahui  unjuk  kerja  mesin  yang dilakukan dengan beberapa variasi pembukaan throttle .
Berdasarkan  latar  belakang  di  atas, dapat  dirumuskan  permasalahan  sebagai berikut :
1. Pengaruh pembukaan throttle terhadap  daya  yang  dihasilkan  mesin dengan turbo dan tanpa turbo.
2. Pengaruh pembukaan throttle terhadap  torsi  yang  dihasilkan  mesin dengan turbo dan tanpa turbo.
3. Komsumsi bahan bakar yang diperlukan  mesin  dengan  turbo  dan tanpa turbo.
Adapun  batasan  masalah  dalam penelitian ini meliputi :
1. Penelitian  ini  dilakukan  pada  motor bakar  4  langkah  DOHC  dengan    16 katup  dengan  kapasitas  2477  cc
dengan menggunakan
mesin mitsubishi strada triton.
2. Pengukuran  performa  meliputi  daya, torsi  dan  komsumsi  bahan  bakar yang  diperlukan  pada  kendaraan dengan turbo dan tanpa turbo.
3. Penelitian  ini    hanya  meneliti pembukaan throttle dengan  variasi derajat  10 ⁰ ,  20 ⁰ ,  30 ⁰ ,  40 ⁰ ,  50 ⁰ ,  60 ⁰ , 70 ⁰ ,  80 ⁰ ,  90 ⁰ dengan  menggunakan mesin tanpa turbo dan dengan turbo.
4. Penilitian  ini  juga  memvariasikan percepatan transmisi yang digunakan pada gigi transmisi 1,2,3 dan 4.

## KAJIAN PUSTAKA
Prinsip  Kerja  Motor  Bakar  Diesel  4 Langkah
Prinsip  kerja  dari  motor  diesel  4 langkah  adalah  setiap  1  siklus  kerja memerlukan  4  kali  langkah  torak  atau 2 kali putaran poros engkol. a.  Langkah Isap ( Suction Stroke )
Pada  langkah  ini  torak  bergerak dari posisi TMA (titik mati atas) ke TMB (titik  mati  bawah),  dimana  KI  (katup
isap)  terbuka  dan  KB  (katup  buang) tertutup. Karena pergerakan torak tersebut  terjadilah  kevakuman  didalam silinder  sehingga  udara  akan  terhisap masuk  ke  dalam  silinder  (ruang  bakar) (Arismunandar. W, 1988).
b.  Langkah Kompresi ( Compression
Stroke )
Pada  langkah  ini  torak  bergerak dari posisi TMB ke TMA dengan KI dan KB tertutup. Proses ini terjadi penurunan volume yang mengakibatkan tekanan dan temperatur  di  dalam  silinder  meningkat (Arismunandar. W, 1988).
c.  Langkah  Ekspansi (Expansion  Stroke) atau Kerja
Pada  langkah  ini,  ketika  posisi torak  berada  pada  ±  10º  TMA, injector menyemprotkan  bahan  bakar  ke  dalam ruang  bakar    sehingga  terjadi  proses pembakaran.  Akibatnya  tekanan  dan temperatur  di  ruang  bakar  meningkat, torak  mampu  melakukan  langkah  kerja atau  langkah  ekspansi.  Langkah  kerja dimulai  dari  posisi  torak  pada  TMA  dan berakhir pada posisi TMB (Arismunandar. W, 1988).
d.  Langkah Buang
Pada  langkah  ini  torak  bergerak dari  posisi  TMB  ke  TMA  dengan  KI tertutup  dan  KB  terbuka.  Sehingga  gas sisa  pembakaran  terbuang  ke  atmosfer (Arismunandar. W, 1988).
Skema  masing  masing  langkah gerakan  torak  di  dalam  silinder  motor bakar diesel 4 langkah tersebut ditunjukkan dalam gambar 1.
Gambar 1. Prisip Kerja Motor Diesel 4 Langkah (Yunus A dan M. A. Boles, 1990)
Sistem Induksi Udara
Tujuan  dari  sistem  induksi  udara adalah  untuk filter  meter ,  dan  mengukur asupan  udara  ke intake  manifold .  Udara mengalir  ke  mesin  membuka bypass throttle . Air  valve mengirimkan  udara secukupnya  ke intake .  Udara  disaring oleh  saringan  udara  masuk  ke  dalam intake  manifold dalam  berbagai  volume.
Jumlah  udara  yang  masuk  ke  mesin adalah  fungsi  dari  pembukaan throttle valve sudut  dan  putaran  mesin.  Udara bersih  dari  saringan  udara  ( air  cleaner ) masuk  ke mass  air  flow (MAF)  dengan membuka measuring  plate ,  besarnya
pembukaan ini tergantung pada kecepatan  aliran  udara  yang  masuk  ke intake  chamber .  Besarnya  udara  yang masuk ke intake chamber ditentukan oleh lebarnya  katup throttle terbuka.  Aliran udara masuk ke intake manifold kemudian  keruang  bakar  ( combustion chamber )  bila  mesin  dalam  keadaan dingin, air  valve mengalirkan  udara langsung  ke intake  chamber untuk menambah  putaran  sampai fast  idle , tanpa  memperhatikan  apakah throttle valve dalam  keadaan  membuka  atau tertutup.  Jumlah  udara    yang  masuk dideteksi oleh mass air flow (L-EFI) atau dengan  tekanan  udara  (Syamsul  Rizal, 2013).
Udara  dari air  cleaner masuk melalui air  flow  meter dan  membuka measuring plate sebelum mengalir ke air intake  chamber .  Volume  udara  yang mengalir ke air intake chamber ditentukan oleh pembukaan katup throttle .  Selanjutnya  udara  dari intake chamber didistribusikan ke setiap manifold  dan  mengalir  ke  dalam  rauang bakar.  Apabila  mesin  masih  dingin, air valve akan  terbuka  dan  udara  mengalir melalui air  intake  chamber .  Sekalipun throttle  valve dalam  keadaan    menutup, udara  akan  mengalir  ke air  intake chamber untuk  menambah  putaran idle ( fast idle ) (Syamsul Rizal, 2013).

## Throttle Body
Throttle body terdiri  atas  : throttle valve ,  yang  mengatur  volume  udara masuk   selama mesin bekerja normal dan saluran bypass yang  mengalirkan  udara selama  mesin  berputar idle . Throttle position sensor juga dipasang pada poros throttle  valve untuk  mendeteksi  sudut pembukaan  katup throttle .  Beberapa throttle dilengkapi  dengan air  valve  tipe wax atau dash  pot yang  memungkinkan throttle valve kembali  secara  bertahap bila throttle  valve tertutup  (Syamsul Rizal, 2013).
Gambar 2. Throttle b ody [6]
Selama  putaran idle , throttle  valve tertutup  penuh.Udara  yang  masuk  ke air intake  chamber melalui  saluran by  pass .
Putaran  idel  mesin  dapat  diatur  dengan mengatur  volume  udara  yang  masuk melalui saluran by pass . Dengan memutar idle adjusting screw searah putaran jarum jam akan mengurangi volume udara yang masuk  melalui  saluran by  pass dan putaran  mesin  akan  turun.  Sebaliknya apabila idle  adjusting  screw diputar  ke kiri,  putaran  mesin  akan  naik.  Mesin
yang  dilengkapi  dengan idle  speed control (ISC),  volume  udara  mengalir melalui  saluran by  pass terpisah  diatur oleh  ISC.  Oleh  karena  itu idle  speed adjusting screw diset pada posisi tertutup penuh oleh pabrik (Syamsul Rizal, 2013). Cara Kerja Throttle
Throttle merupakan  bagian  dari suatu  kendaraan  yang  berfungsi  untuk mengatur  keluar  masuknya  udara  pada kendaraan  mesin  diesel. Throttle terdiri dari  sebuah  katup  yang  akan  membuka apabila  kendaraan  dihidupkan.  Banyak sedikit  udara  yang  masuk  dalam  ruang bakar  dipengaruhi  oleh  besar  kecilnya pedal  gas  yang  diinjak  sehingga  akan membuka katup throttle untuk menyuplai udara  yang  dibutuhkan  dalam  ruang bakar.  Apabila  suplai  udara  yang  masuk dalam  ruang  bakar  berkurang  akan mengakibatkan susahnya kendaraan tersebut  untuk  hidup.  Sehingga throttle sangat  berpengaruh  dalam  kendaraan mesin diesel (Syamsul Rizal, 2013). Rumus-rumus  Yang Digunakan
a. Untuk menghitung perbandingan putaran mesin dengan putaran propeler setelah transmisi.
rpm i n N in out . 1 
b. Untuk  mengetahui  debit  udara  yang masuk pada intake manifold (Arismunandar. W, 1986).
Q = V x A
Dimana :
V : kecepatan udara masuk (m/s 2 )
A : luas penampang (m 2 )
A :  r 2 ( 1-cos ( 0 180 .   ))
c. Laju  aliran  massa  (Arismunandar.  W, 1988).
ṁ = ρ . V . A
Dimana : ρ : massa jenis udara (kg/m 3 )
d. Torsi  efektif  ( Te )  (Arismunandar.  W,
1986).
Te = P . L
Dimana : P =  Beban (kg)
L =  Panjang lengan (m)
e. Daya  efektif  ( Ne )  (Arismunandar.  W,
1986).
N e = 2 , 716 . 75 1 60 . . 2 n T x T x n   (PS)
Dimana : N =  Putaran poros (rpm)
T =  Torsi (kg.m)
f. Pemakaian bahan bakar spesifik efektif  ( B e ) (Arismunandar. W, 1986).
B e = e N Gf 
     PS jam kg /

## Dimana :
Gf =  Pemakaian bahan bakar (kg/jam)
Ne =   Daya efektif (PS)
g. Pemakaian bahan bakar spesifik indikasi ( B i ) (Arismunandar. W, 1986).
Bi = i N Gf       PS jam kg /
Dimana :
Gf =  Pemakaian bahan bakar (kg/jam)
Ni =  Daya indikasi (PS)
h. Efisiensi
- Efisiensi thermal indikasi  ( η i ) (Syamsul Rizal. 2013)
η i = % 100 427 75 . 3600 x x Qm Ni Dimana : Ni =  Daya indikasi (PS)
Qm =  Panas
hasil pembakaran (kcal/jam)
- Efisiensi thermal efektif ( η e ) (Syamsul Rizal. 2013)
η e = % 100
427 75 . 3600 x x Qm Ne Dimana : Ne = Daya efektif (PS)
Q m = Panas hasil pembakaran (kcal/jam)

## METODOLOGI PENELITIAN Variabel Yang Direncanakan
Variabel  yang  digunakan    pada penelitian  ini  ada  dua    yaitu  variabel bebas dan variabel terikat :
a. Variabel  bebas  adalah  variabel  yang besarnya  ditentukan  yaitu  putaran yang akan digunakan dalam
pengujian.
b. Variabel  terikat  adalah  variabel  yang besarnya  tergantung  pada  variabel bebasnya.  Dalam  perencanaan  ini variabel terikatnya adalah :
(1)  Jumlah  udara  yang  masuk  (m 3 /s).
(2) Pembebanan (Kg).
(3) Waktu pemakaian bahan bakar (s).

## Alat–Alat Yang Digunakan
Adapun  peralatan  yang  digunakan dalam  pengujian  adalah  kendaraan  dinas TNI-AD  ¾  ton  dengan  spesifikasi sebagai berikut :
Type mesin : 4D56
Siklus : 4 langkah Kapasitas : 2477 cc Diameter Silinder (Bore) : 91,1 mm Panjang  Langkah (Stroke) : 95 mm
Jumlah Silinder : 4 buah
Gambar 3. Objek Penelitian
Serta  alat  ukur  yang  digunakan dalam  proses  pengambilan  data  antara lain scan  tool atau scanner,  tachometer,
torquemeter, jangka  sorong,  gelas  ukur,
anemometer, stopwatch .

## Diagram Alir Penelitian
Gambar 4. Diagram Alir Penelitian

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Tabel 1. Hasil Perhitungan Perbandingan Putaran

## Perhitungan Debit Udara
Tabel 2. Perhitungan Debit Udara Tanpa Turbo
No Alfa ( ⁰ ) A (m²) V (m/s) Q (m ³ /s) ρ (kg/m 3 ) ṁ (kg/s) 1 10 0,00488 4,8 0,02346 1,171 0,02747 2 20 0,01940 7,28 0,14124 1,171 0,16538 3 30 0,04309 9,45 0,40729 1,171 0,47693 4 40 0,07526 10,26 0,7722 1,171 0,90424 5 50 0,11491 12,6 1,44793 1,171 1,69552 6 60 0,16084 12,91 2,07657 1,171 2,43166 7 70 0,21167 14,05 2,97398 1,171 3,48253 8 80 0,26583 15,11 4,01679 1,171 4,70366 9 90 0,32169 16,1 5,17936 1,171 6,06502
Tabel 3. Perhitungan Debit Udara Dengan Turbo No  Alfa ( ⁰ ) A (m²) V (m/s) Q (m ³ /s) ρ (kg/m 3 ) ṁ (kg/s) 1 10 0,00488 7,15 0,03494 1,171 0,04091 2 20 0,01940 10,125 0,19643 1,171 0,23002 3 30 0,04309 13,23 0,57021 1,171 0,66771 4 40 0,07526 13,2 0,99348 1,171 1,16335 5 50 0,11491 13,25 1,52262 1,171 1,78299 6 60 0,16084 15,31 2,46261 1,171 2,88371 7 70 0,21167 15,98 3,38251 1,171 3,96092 8 80 0,26583 17,31 4,60163 1,171 5,38851 9 90 0,32169 18,48 5,945 1,171 6,96159

## Pengolahan Data Pengujian
Dari  hasil  pengujian  unjuk  kerja  mesin  diesel  dengan  dan  tanpa  mengunakan  turbo didapatkan hasil sebagai berikut :
Tabel 4. Hasil Perhitungan Tanpa Turbo
Tabel 5. Hasil Perhitungan Dengan Turbo
Pembahasan
Grafik torsi vs putaran
Gambar 5. Grafik Torsi Vs Putaran
Dari  gambar  5  hubungan  torsi  vs putaran  dapat  dilihat  pada  putaran  di bawah  1479  rpm,  torsi  yang  dihasilkan mesin dengan menggunakan turbo cenderung  lebih  besar  dibandingkan mesin  yang  tanpa  turbo.  Torsi  tertinggi pada  mesin  dengan  turbo  terjadi  pada pembukaan throttle 70 ⁰ dengan  putaran 1478  rpm  pada  transmisi  gigi  3, sedangkan  mesin  tanpa  turbo  torsi tertinggi dicapai pada puataran 1479 rpm pada transmisi  gigi  3 dengan pembukaan throttle 70 ⁰ .  Sehingga  turbo  pada kendaraan  mesin  diesel    memberikan pengaruh  pada  torsi  yang  dihasilkan.
Perceptan  atau  perubahan  transmisi  juga mempengaruhi  torsi  yang  dihasil  pada setiap putaran.
Grafik daya vs putaran
Gambar 6. Grafik Daya Vs Putaran
Dari  gambar  6  hubungan  daya  vs putaran  dapat  dilihat  pada  putaran  di bawah  2500  rpm,  daya  yang  dihasilkan mesin  dengan  turbo  maupun  tanpa  turbo cenderung  semakin  meningkat  selama putaran  dan  pembukaan throttle juga meningkat.  Hal  ini  disebabkan  karena mesin  menggunakan  turbo  pada  putaran di bawah 1900 rpm torsi yang dihasilkan cenderung  lebih  besar  dari  pada  mesin yang  tanpa  turbo.  Sedangkan  pada putaran  di  atas  1900  rpm  mesin  dengan menggunakan turbo torsi yang dihasilkan
cenderung  lebih  besar  dari  pada  mesin tanpa  turbo.  Dengan  demikian  berarti nilai  torsi  berbanding  lurus  dengan  daya yang dihasilkan.
Grafik konsumsi BB vs putaran
Gambar 7. Grafik Konsumsi BB Vs

## Putaran
Dari gambar 7 hubungan pemakaian  bahan  bakar  vs  putaran  dapat dilihat  pada  putaran  di  bawah  1479  rpm dengan  pembukaan throttle dibawah  60 ⁰ pada  transmisi  gigi  3  pemakaian  bahan bakar  cenderung  lebih  besar  atau  boros dengan  menggunakan  mesin  tanpa  turbo dari  pada  dengan  turbo.  Sedangkan  pada putaran  diatas  1479  rpm,  pemakaian bahan bakar mesin dengan turbo semakin meningkat  seiring  dengan  bertambahnya pembukaan throttle daripada mesin tanpa turbo.

## Grafik efisiensi vs putaran
Dari  gambar  8  hubungan  efisiensi vs  putaran  dapat  dari  putaran  207  pada pembukaan  throttle  10º  pada  transmisi gigi  1  dimana  efisiensi  mesin  dengan turno  atau  tanpa  turbo  sudah  berbeda dimana  efisiensi  yang  terjadi  lebih  besar
mesin dengan turbo daripada tanpa turbo. Jadi semakin  tinggi  putaran yang digunakan  dan  perubahan  percepatan yang digunakan juga dapat mempengaruhi  efiensi  yang  terjadi  pada mesin tersebut.

## Gambar 8. Grafik efisiensi vs putaran

## SIMPULAN
Dari  hasil  pengolahan  data  diatas maka dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Torsi  yang  dihasilkan  mesin  tanpa turbo  dan  dengan  turbo  semakin meningkat  seiring  perubahan  putaran yang  digunakan  dan  percepatan  gigi transmisi.
2. Daya yang dihasilkan semakin meningkat seiring perubahan transmisi dan percepatan.
3. Pemakaian  bahan  bakar  mesin  dengan turbo cenderung lebih hemat dibanding dengan mesin tanpa turbo.
4. Efisiensi  maksimal  yang  dihasilkan semakin meningkat bersamaan dengan meningkatnya  putaran  dan  perubahan percepatan yang digunakan.

## DAFTAR PUSTAKA
Aldi  Nata,  2014, Analisa  Pengaruh Bukaan  Katup  Gas  ( Throtlle )
Terhadap Performa Motor Bakar  4  Langkah  Studi  Kasus Honda Gx-160 , Universitas Bengkulu.
Arismunandar.  W,  1986, Motor  Diesel
Putaran Tinggi , ITB, Bandung.
Arismunandar.  W,  1988, Penggerak Mula  Motor  Bakar  Torak ,  ITB, Bandung.
Yunus  A  dan  M.  A.  Boles,  1990,
Introductory Mechanics Experimental Laboratory.
Syamsul  Rizal,  2013, Sistem  Induksi Udara  ( Air  Induction  System )
Dan Troubleshooting Pada  Mesin Toyota  Vios  1nz-Fe ,  Universitas Negeri Semarang
Hus, 2006, Ototronik , Malang, PPPPTK VEDC Malang.
Anonimus , Pedoman  Efisiensi  Energi
untuk Industri di Asia .