Perubahan Efisiensi Konsumsi Bahan Bakar pada Mesin K3DE 1300 CC dengan Pembersihan Karbon Deposit di Combustion Chamber

Abstract

p>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 .</p

Full text

Jurnal Rekayasa Mesin
p-ISSN: 1411-6863, e-ISSN: 2540-7678
Vol.17, No.3, Desember 2022, hal. 381-388
Copyright © 2022, https://jurnal.polines.ac.id/index.php/rekayasa
Perubahan Efisiensi Konsumsi Bahan Bakar pada Mesin K3DE 1300 CC dengan
Pembersihan Karbon Deposit di Combustion Chamber
Mujahid Wahyu*1, Nila Nurlina1, Dani Irawan2
1Jurusan Teknik Mesin, PSDKU Polinema Kediri,
Jalan Lingkar Maskumambang No.1, Sukorame, Mojoroto, Kota Kediri
2Fakultas 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].

Mujahid wahyu dkk /Jurnal Rekayasa Mesin
p-ISSN: 1411-6863, e-ISSN: 2540-7678
Vol.17|No.3|381-388|Desember|2022
382
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 H2O dan CO2 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

Mujahid wahyu dkk /Jurnal Rekayasa Mesin
p-ISSN: 1411-6863, e-ISSN: 2540-7678
Vol.17|No.3|381-388|Desember|2022
383
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).
2C8H18 + 25O216 CO2 + 18 H2O
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.
Rst = Gud : Gbb (1)
Dimana Rst = rasio stoikiometris; Gud = massa udara dan Gbb= massa bahan bakar
AFR yang stoikiometrik memiliki perbandingan udara dan bahan bakar (Gud : 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

Mujahid wahyu dkk /Jurnal Rekayasa Mesin
p-ISSN: 1411-6863, e-ISSN: 2540-7678
Vol.17|No.3|381-388|Desember|2022
384
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

Mujahid wahyu dkk /Jurnal Rekayasa Mesin
p-ISSN: 1411-6863, e-ISSN: 2540-7678
Vol.17|No.3|381-388|Desember|2022
385
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
3Hasil 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.
Gambar 5. Nilai AFR dari chassis dyno test

Mujahid wahyu dkk /Jurnal Rekayasa Mesin
p-ISSN: 1411-6863, e-ISSN: 2540-7678
Vol.17|No.3|381-388|Desember|2022
386
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.

Mujahid wahyu dkk /Jurnal Rekayasa Mesin
p-ISSN: 1411-6863, e-ISSN: 2540-7678
Vol.17|No.3|381-388|Desember|2022
387
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

Mujahid wahyu dkk /Jurnal Rekayasa Mesin
p-ISSN: 1411-6863, e-ISSN: 2540-7678
Vol.17|No.3|381-388|Desember|2022
388
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.