Dokumen Perancangan dan Simulasi Modifikasi Mesin Supra X
Dokumen ini berisi perhitungan dan pemodelan untuk memodifikasi mesin Supra X (basis 125 cc) agar dapat disimulasikan dalam empat varian displacement: 110 cc, 125 cc (baseline), 140 cc, dan 150 cc. Target utama modifikasi ini adalah meningkatkan efisiensi bahan bakar dan performa kecepatan. Selain perhitungan geometri mesin (bore, stroke, ruang bakar, dan rasio kompresi), dokumen ini juga mencakup perhitungan TMB, TMA, ukuran klep, dan parameter camshaft lain yang diperlukan.
I. Dasar Perhitungan Geometri Mesin
A. Rumus Volume Silinder
Untuk satu silinder, displacement (dalam cc) dihitung dengan rumus:
Displacement (cc) = (π x Bore² x Stroke) / 4000di mana:
- Bore dan Stroke dalam satuan milimeter.
- Konversi: 1 cc = 1000 mm³.
Contoh: Untuk mesin 125 cc dengan stroke standar 57,9 mm dan bore ≈ 52,4 mm, diperoleh:
V125 = (π x (52.4)² x 57.9) / 4000 ≈ 125 ccB. Pengaturan Ruang Bakar (Clearance) Agar CR Target Tercapai
Rasio kompresi (CR) didefinisikan dengan rumus:
CR = (Vswept + Vclearance) / VclearanceUntuk target CR misalnya 10,5:1, volume ruang bakar (clearance) dihitung:
Vclearance = Vswept / (CR - 1)Contoh untuk mesin 125 cc:
Vclearance = 125 / (10.5 - 1) = 125 / 9.5 ≈ 13.16 ccMetode serupa digunakan untuk varian lain.
II. Desain Geometri Mesin untuk Masing-masing Varian Displacement
Kami asumsikan stroke tetap 57,9 mm sehingga hanya nilai bore yang disesuaikan untuk mencapai displacement yang diinginkan.
1. Varian 110 cc
Target Displacement: 110 cc
Perhitungan Bore:
Bore² = (4 x 110,000) / (π x 57.9) ≈ 2416.5
Bore ≈ √2416.5 ≈ 49.16 mm
(Dibulatkan: ≈ 49.2 mm)Ruang Bakar (Clearance):
Vclearance = 110 / 9.5 ≈ 11.58 cc2. Varian 125 cc (Baseline)
Target Displacement: 125 cc
Bore: ≈ 52,4 mm (nilai standar)
Stroke: 57,9 mm
Clearance:
Vclearance ≈ 13.16 cc3. Varian 140 cc
Target Displacement: 140 cc
Perhitungan Bore:
Bore² = (4 x 140,000) / (π x 57.9) ≈ 3077.7
Bore ≈ √3077.7 ≈ 55.48 mm
(Dibulatkan: ≈ 55.5 mm)Ruang Bakar (Clearance):
Vclearance = 140 / 9.5 ≈ 14.74 cc4. Varian 150 cc
Target Displacement: 150 cc
Perhitungan Bore:
Bore² = (4 x 150,000) / (π x 57.9) ≈ 3296.7
Bore ≈ √3296.7 ≈ 57.40 mm
(Dibulatkan: ≈ 57.4 mm)Ruang Bakar (Clearance):
Vclearance = 150 / 9.5 ≈ 15.79 ccIII. Parameter Desain Katup & Camshaft
Desain katup dan camshaft sangat menentukan performa mesin. Parameter utama yang disimulasikan antara lain:
- Ukuran Klep (Valve Size) untuk intake dan exhaust.
- Parameter Camshaft:
- TMB (Titik Maksimum Buka)
- TMA (Titik Maksimum Tutup)
- Lift maksimum valve (mm)
- Durasi cam (@0.050″ lift) dalam derajat
- Lobe Separation Angle (LSA)
A. Penetapan Ukuran Klep dan Camshaft (Parameter Awal)
Berikut adalah nilai yang disarankan berdasarkan target displacement, dengan asumsi peningkatan displacement dapat memberikan peluang untuk meningkatkan ukuran dan lift guna memaksimalkan volumetrik:
| Varian Displacement | Intake Valve (mm) | Exhaust Valve (mm) | Intake Lift (mm) | Exhaust Lift (mm) | Intake Duration (° @0.050″) | Exhaust Duration (° @0.050″) | LSA (°) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 110 cc | 27.0 | 25.0 | 6.5 | 6.0 | ~210 | ~200 | 110 |
| 125 cc | 28.0 | 26.0 | 7.0 | 6.5 | ~220 | ~210 | 110 |
| 140 cc | 29.0 | 27.0 | 7.5 | 7.0 | ~230 | ~220 | 112 |
| 150 cc | 29.5 | 27.5 | 7.8 | 7.2 | ~235 | ~225 | 112 |
Catatan: Nilai-nilai di atas merupakan estimasi awal. Penyesuaian lebih lanjut menggunakan simulasi 1D/3D dan pengujian dyno diperlukan untuk memperoleh nilai optimum.
B. Penetapan TMB dan TMA
Untuk keperluan simulasi, parameter waktu kejadian katup ditetapkan sebagai berikut (dalam derajat crankshaft):
| Varian | Intake TMB (°) | Intake TMA (°) | Exhaust TMB (°) | Exhaust TMA (°) |
|---|---|---|---|---|
| 110 cc | -2° (sedikit maju dari TDC) | ~48° | ~48° (BBDC) | ~22° (ATDC) |
| 125 cc | 0° (TDC) | 50° | 50° | 20° |
| 140 cc | +1° | 55° | 52° | 18° |
| 150 cc | +2° | 55–60° | 53° | 18° |
IV. Integrasi Parameter ke dalam Simulasi Engine
Seluruh parameter geometri dan camshaft di atas diintegrasikan ke dalam model simulasi, dengan langkah-langkah sebagai berikut:
- Model Baseline (125 cc): Buat model 3D komponen seperti silinder, piston, head, dan camshaft dengan bore 52,4 mm, stroke 57,9 mm, clearance 13,16 cc, serta parameter valve sesuai tabel untuk varian 125 cc.
- Modifikasi Parametrik untuk Varian Lain:
- Varian 110 cc: Ubah bore ke 49,2 mm, clearance ke ~11,6 cc, serta sesuaikan parameter cam sesuai tabel.
- Varian 140 cc: Ubah bore ke 55,5 mm, clearance ke ~14,7 cc, serta sesuaikan parameter cam (naikkan lift dan durasi, LSA ke 112°, TMA intake ke ~55°).
- Varian 150 cc: Ubah bore ke 57,4 mm, clearance ke ~15,8 cc, serta sesuaikan parameter cam (lift dan durasi lebih tinggi, LSA 112°, TMB intake +2°, TMA intake 55–60°).
- Simulasi 1D Engine: Gunakan software seperti GT-Power atau Ricardo WAVE untuk input parameter dan analisis siklus pembakaran, output power, torsi, dan BSFC.
- Analisis Hasil dan Iterasi: Bandingkan performa tiap varian dan lakukan penyesuaian terutama pada TMB/TMA camshaft untuk optimasi pembakaran.
V. Kesimpulan dan Rekomendasi
Dokumen ini memberikan kerangka perancangan lengkap beserta perhitungan dasar untuk empat varian mesin (110, 125, 140, dan 150 cc) termasuk penetapan ukuran klep, parameter camshaft (TMB, TMA, lift, durasi, LSA) yang perlu disimulasikan. Setiap tahap perhitungan adalah acuan awal yang harus dievaluasi lebih lanjut melalui simulasi dan uji prototipe agar modifikasi yang diterapkan optimal sesuai target performa dan efisiensi motor.
Pastikan untuk melakukan iterasi nilai berdasarkan hasil simulasi dan pengujian nyata untuk mendapatkan hasil terbaik.
