People Innovation Excellence

Desain Mesin Motor Bakar Baru yang Lebih Irit dan Ramah Lingkungan

Dorongan untuk mencetuskan sebuah desain mesin baru yang lebih irit dan ramah lingkungan terus bergulir terutama dengan terus naiknya kesadaran masyarakat akan dampak sosial dan lingkungan yang dihasilkan oleh industri otomotif saat ini. Salah satu desain yang cukup kontroversial adalah Scuderi Engine. Menggunakan teknologi yang telah ada sejak 1914, Carmelo Scuderi mengembangkan motor bakar “split-cycle” yang berfungsi sebagai kompresor udara dan mesin bakar. Mesin ini diklaim mampu menghasilkan efisiensi hingga 50% dan pengurangan emisi hingga 80%, namun sayangnya hingga saat ini belum muncul prototipe ataupun mesin yang siap dikomersialkan terlepas dari desain yang sudah dimulai sejak 1998[1] dan banyaknya investor yang masuk yaitu 400 investor dengan nilai hingga 80juta USD [2]. Beberapa desain mesin motor bakar baru akan dijelaskan dibawah ini.

Mesin Duke di New Zealand dimulai oleh Noel Duke dan John Garvey pada tahun 1993 untuk mengembangkan mesin aksial. Lima silinder mesin konvesional 200cc disusun diseputar mesin dan paralel dengan poros engkol (crank shaft). Tidak seperti mesin-mesin pada umumnya mesin ini uniknya tidak memiliki noken as (cam shaft), push rods, rocker arms ataupun per katup. Mesin ini merubah pergerakan piston linier menjadi melingkar. Mesin ini memiliki kepala yang terdiri dari busi dan saluran campuran udara-bahan bakar dimana bagian ini tidak bergerak. Ketika piston berputar melewati lubang inlet maka campuran udara-bahan bakar akan masuk pada saat kondisi piston melakukan langkah hisap kemudian langkah kompresi, dan ketika melalui busi maka campuran udara-bahan bakar tadi dibakar dimana piston berada pada kondisi langkah kerja, sampai hampir mendekati lubang pembuangan maka langkah buang dilakukan. Saat ini, Duke Engine sudah memiliki prototipe generasi ke-3. Dengan prototipe mesin kapasitas 3 liter dan 5 silinder, daya yang dihasilkan adalah 215 HP dengan torsi 229 Nm pada 4500 rpm. Ini lebih baik dari mesin konvensional dengan kapasitas yang sama. Mesin Duke lebih ringan 20% dari mesin konvensional. Mesin bekerja dengan suhu yang lebih dingin sehingga mengurangi kemungkinan pembakaran yang terlalu awal sehingga kompresinya bisa dinaikkan hingga 14:1 dengan bahan bakar oktan 91[3].

Sebuah siklus motor bakar inovatif yang mengambil keuntungan dari siklus Diesel, Otto dan juga Atkinson dikembangkan oleh Dr. Nikolay Shkolnik dan Dr. Alexander Shkolnik pada tahun 2003 di Amerika,

dengan mesin yang terinspirasi dari mesin bakar rotari Wankel. Siklus ini dinamakan High Efficiency Hybrid Cycle (HEHC). Sangat menarik karena dari data desain mesin 4 langkah siklus HEHC ini memiliki performa yang baik dengan daya tarik perbandingan antara rasio tenaga dan berat yang cukup tinggi yaitu mencapai hingga 2 HP/Lb (3.3 kW/kg). Ini berarti sekitar 30% lebih kecil dan ringan dari mesin bakar bensin dan 75% lebih kecil dan ringan daripada mesin diesel pada umumnya. Dengan jumlah komponen bergerak yang lebih sedikit seperti tidak adanya katup, ditambah dengan tidak diperlukannya knalpot menjadikan mesin ini sangat tenang. Dengan range tenaga yang cukup luas (1 HP hingga 1000 HP) serta dengan konsumsi bahan bakar 20% lebih rendah dari motor bakar bensin dan 50% lebih rendah dari mesin diesel, desain mesin ini menjadi sangat menarik[4].

Mesin dengan piston yang berhadapan (opposed piston engine) dengan konfigurasi mesin 2 langkah diesel melalui perusahaan Achates Power yang didirikan oleh salah satu anggota National Academy of Engineering (NAE), Dr. James U. Lemke di Amerika tahun 2004. Mesin ini memiliki efisiensi termal paling tinggi yaitu 46% untuk brake thermal efficiency (BTE) pada mesin kelas mobil medium. Ini didukung dengan memadukan keuntungan dari rasio area permukaan dengan volume, durasi pembakaran yang pendek, rasio yang tinggi dari specific heat dan scavenging yang efisien, dimana konsumsi pelumas secara rata-rata yaitu 0.114% dari bahan bakar setara dengan konsumsi pelumas pada mesin 4 langkah diesel. Keuntungan lainnya mesin ini dapat dengan mudah diaplikasikan dengan komponen lain yang sudah ada seperti turbocharger, transmisi dsb[5]. Melalui pengujian yang lebih dari 7,000 jam dengan dynamometer, mesin ini mampu menunjukkan perbaikan efisiensi bahan bakar sebesar 30% dibandingkan dengan mesin diesel kelas light-duty dan 86% lebih efisien dibandingkan dengan mesin bakar bensin. Mesin ini juga mampu memenuhi kriteria regulasi emisi seperti EPA 2010, Euro 6, CAFE 2025 GHG2 dan Tier 3 / LEV 3[6].

Dengan konsep yang hampir sama dengan Achates Power, Ecomotors yang didirikan oleh Prof. Peter Hofbauer di Amerika pada tahun 2008 mengembangkan mesin Opposed-Piston Opposed-Cylinder (opoc)[7]. Kelebihan dari mesin ini adalah performa dari mesin dapat lebih ditingkatkan karena jarak tempuh piston dan kecepatannya menjadi kurang lebih setengah dari mesin konvensional sehingga gesekan menjadi lebih kecil dan ini meningkatkan efisiensi mesin. Desainnya yang modular memungkinkan mesin ini untuk

digabungkan menjadi beberapa modul untuk meningkatkan daya yang dibutuhkan. Dua modul yang digabungkan akan memberikan perbaikan konsumsi bahan bakar menjadi 30-45% dibandingkan dengan dua modul yang bekerja secara individual. Mesin ini memiliki bobot dan ukuran yang lebih kecil dibandingkan dengan mesin konvensional dengan performa yang sama. Sebagai contoh, sebuah modul mesin opoc 240 HP dengan mesin dari dua produsen mesin lainnya, mesin opoc menempati ruang 0.48 m3 / 16.95 ft3, sementara dari produsen negara barat 0.64 m3 / 22.6 ft3 (lebih besar 33%), dan dari produsen negara timur 0.7 m3 / 24.7 ft3 (lebih besar 45%)[8].

Masih dengan desain piston yang berhadapan, Pinnacle Engines didirikan oleh Monty Cleeves pada Agustus 2007 di Amerika dengan dorongan untuk membuat mesin bakar yang lebih efisien. Mesin yang dikembangkan adalah mesin dengan rasio kompresi tinggi, empat langkah,  spark-ignited (SI), piston berhadapan (opposed-piston), dan katup mesin sleeve-valve. Mesin ini mampu menghasilkan indicated specific fuel consumption (ISFC) antara 30-60% pada beban rendah dan 12-30% pada beban medium dibandingkan dengan mesin teknologi katup poppet-valve konvensional. Namun, tidak terdapat perbaikan ISFC pada beban tinggi. Terdapat dua konfigurasi pada desain mesin ini, versi geometri tetap dengan fitur yang lebih rendah untuk target pasar negara berkembang seperti untuk motor skuter, dan geometri dengan variabel dengan fitur yang lebih kaya (variable compression ratio (VCR); variable valve train (VVT); EGR eksternal; turbocharger; direct injection) untuk aplikasi multi-cylinder yang lebih canggih pada otomotif[9].

Beberapa ide yang menarik yang coba dikembangkan untuk mesin bakar yaitu meningkatkan perbandingan antara luas area permukaan dengan volume pembakaran, menaikkan rasio kompresi, menurunkan jarak tempuh dan kecepatan piston, mengurangi komponen bergerak, mengurangi durasi pembakaran, menaikan efisiensi volumetrik dengan turbocharger atau supercharger, menggunakan sistem injeksi dan variabel geometri yang menyesuaikan dengan kondisi terus diaplikasikan dengan harapan untuk menaikkan efisiensi mesin dan menurunkan emisi gas buang. Ide-ide tersebut tidak semuanya baru, beberapa sudah diaplikasikan dalam mesin konvesional seperti sistem injeksi, variabel geometri, turbocharger dan supercharger. Desain mesin-mesin diatas sebagian besar masih dalam tahap pengembangan, pengujian dan tahap persiapan produksi massal, sehingga secara komersial paling cepat dapat kita lihat mungkin dalam 2-5 tahun kedepan.

Kontributor : E. Byan Wahyu R., S.T., M.Eng., PhD.

Referensi

  1. com. (2017). About Us. Retrieved from http://www.scuderigroup.com/about-us/
  2. com. (2016, January 3). The Curious Case of Scuderi Group and the Scuderi Engine. Retrieved from http://www.nanalyze.com/2016/01/the-curious-case-of-scuderi-group-and-the-scuderi-engine/.
  3. Suresh, R. (2017, January 9). Tech Talk- DUKE Engines, a different approach indeed! . Retrieved from http://www.bikesindia.org/reviews/tech-talk-duke-engines-a-different-approach-indeed.html.
  4. (2017). Engine Benefits. Retrieved from http://liquidpiston.com/technology/engine-benefits/.
  5. Regner, G. (2012). Modernizing The Opposed-Piston, Two-Stroke Diesel Engine for More Efficient Commercial Vehicle Applications. http://achatespower.com/wp-content/uploads/2015/04/modernizing_the_opposed-piston_two-stroke_diesel_engine_for_more_efficient_commercial_vehicle_applications.pdf.
  6. Achates Power. (2015, December). Achates Power Corporate Fact Sheet. Retrieved from http://achatespower.com/wp-content/uploads/2015/12/ACH-corporatefactsheet_022216.pdf.
  7. com (2017, February 5). Company Overview of EcoMotors,Inc. http://www.bloomberg.com/research/stocks/private/snapshot.asp?privcapId=40087887.
  8. com (2016). OPOC Overview. Retrieved from http://ecomotors.com/opposed-piston-opposed-cylinder-engine.
  9. Green Car Congress (2012, April 24). Pinnacle 4-stroke opposed-piston SI engine shows fuel economy improvements of between 30-60% at light loads, 12-30% at medium loads over conventional. Retrieved from http://www.greencarcongress.com/2012/04/pinnacle-20120424.html

Published at : Updated
Leave Your Footprint

    Periksa Browser Anda

    Check Your Browser

    Situs ini tidak lagi mendukung penggunaan browser dengan teknologi tertinggal.

    Apabila Anda melihat pesan ini, berarti Anda masih menggunakan browser Internet Explorer seri 8 / 7 / 6 / ...

    Sebagai informasi, browser yang anda gunakan ini tidaklah aman dan tidak dapat menampilkan teknologi CSS terakhir yang dapat membuat sebuah situs tampil lebih baik. Bahkan Microsoft sebagai pembuatnya, telah merekomendasikan agar menggunakan browser yang lebih modern.

    Untuk tampilan yang lebih baik, gunakan salah satu browser berikut. Download dan Install, seluruhnya gratis untuk digunakan.

    We're Moving Forward.

    This Site Is No Longer Supporting Out-of Date Browser.

    If you are viewing this message, it means that you are currently using Internet Explorer 8 / 7 / 6 / below to access this site. FYI, it is unsafe and unable to render the latest CSS improvements. Even Microsoft, its creator, wants you to install more modern browser.

    Best viewed with one of these browser instead. It is totally free.

    1. Google Chrome
    2. Mozilla Firefox
    3. Opera
    4. Internet Explorer 9
    Close