Ketika kita merencanakan sebuah mesin untuk kepentingan peningkatan performansi, menghitung rasio kompresi (CR) adalah langkah yang diperlukan untuk sejumlah alasan mulai dari mematuhi aturan kompetisi sampai pada penggunaan bahan bakar yang sesuai.
Menurut definisi, rasio kompresi adalah total volume silinder dari piston di pusat titik mati bawah (TMB), dibagi dengan total volume terkompresi pada posisi piston di pusat mati atas (TMA). Untuk itu, kita akan membahas prosedur dan rumus untuk menentukan volume silinder dan kompresi, dengan mesin yang diilustrasikan pada Gambar 1. Namun demikian, untuk pertama-tama, mari kita periksa konsekuensi jika rasio kompresi sebuah mesin tidak sesuai. Kompresi yang terlalu rendah biasanya akan menghasilkan kinerja mesin yang rendah. Di sisi lain, jika terlalu tinggi, resiko yang lebih besar seperti kerusakan komponen (piston, katup, dll) akan terjadi.
Gambar 1. Sketsa silinder dan ruang bakar
Untuk kepentingan non kompesisi sekalipun, ada baiknya untuk mengetahui dan memahami data yang diperlukan untuk menghitung CR — terutama jika akan mengganti ukuran piston atau merubah kepala silinder. Saat memesan piston, kita harus mengetahui sejumlah faktor untuk memastikan rasio kompresi yang aman.
Parameter input
Pengukuran yang diperlukan untuk menentukan CR:
- Diameter lubang silinder (Ds)
- Panjang stroke crankshaft (Ss)
- Diameter gasket kepala silinder (Dg)
- Ketebalan gasket kepala silinder (Sg)
- Volume ruang pembakaran (Vrb)
- Volume kubah piston (Vkp)
- Volume clearance dek piston (Vdp)
Dasar Perhitungan
Volume Silinder (Vs)
Volume sisa (Vtdc)
Volume sisa merupakan total volume ruangan diatas piston saat berada pada titik mati atas (TDC)
Rasio Kompresi (CR)
Kendala
Ada kesalahpahaman yang umum di antara penggemar mobil, bahwa bahan bakar yang memiliki oktan lebih tinggi akan menghasilkan daya yang lebih besar. Ini adalah pemahaman yang salah. Daya mesin lebih tergantung pada jumlah maksimum campuran bahan bakar udara yang dapat dimasukkan ke dalam ruang bakar. Karena mesin yang berkinerja tinggi beroperasi dengan rasio kompresi tinggi, mereka lebih mungkin mengalami knocking dan karenanya untuk mengkompensasi, mereka membutuhkan bahan bakar dengan oktan yang lebih tinggi untuk mengendalikan pembakaran. Jadi, mobil sport memang membutuhkan bahan bakar dengan oktan yang tinggi, tapi itu bukan karena peringkat oktannya yang membuat dayanya besar, tetapi oktan tinggi itu untuk menahan knocking. Ada korelasi langsung antara rasio kompresi mesin dan kebutuhan oktan bahan bakar. Tabel 1 berikut ini merupakan panduan kasar nilai oktan per rasio kompresi mesin untuk mesin karburator dan mesin injeksi. Untuk mobil dengan sistem injeksi bahan bakar modern dengan sistem manajemen mesin yang canggih, nilai-nilai ini diturunkan sekitar 5 hingga 7 poin.
Tabel 1. Perbandingan kebutuhan oktan bahan bakar
| Compression ratio (CR) | Oktan | |
| Mesin Carburator | Mesin Injeksi | |
| 5 | 72 | 67 |
| 6 | 81 | 76 |
| 7 | 87 | 82 |
| 8 | 92 | 87 |
| 9 | 96 | 91 |
| 10 | 100 | 95 |
| 11 | 104 | 99 |
| 12 | 108 | 103 |
Simulasi
Sebuah mesin memiliki spesifikasi sebagai berikut
| Paramater | Nilai | Unit |
| Diameter lubang silinder (Ds) | 80 | mm |
| Panjang stroke Crankshaft (Ss) | 84 | mm |
| Diameter lubang gasket kepala silinder (Dg) | 81 | mm |
| Ketebalan gasket kepala silinder (Sg) | 2 | mm |
| Volume ruang pembakaran (Vrb) | 20 | |
| Volume kubah piston (Vkp) | 0 | mm |
| Clearance deck piston (Cdp) | 1 | mm |
Sekarang, mari kita masukkan data dalam spesifikasi mesin diatas ke Excel, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Menuliskan spesifikasi mesin di Excel
Selanjutnya, kita akan menghitung parameter output, yaitu:
- Volume silinder,
- Volume sisa, dan
- rasio kompresi
Volume Silinder
Masukkan formula pada Cell C10
=3.14/4*C2^2*C3
Lalu tekan Enter, hasilnya disajikan pada Gambar 3.
Gambar 3. Contoh tampilan hasil perhitungan volume silinder
Untuk mengubah satuan dari mm3 menjadi cc, pada Cell C11, masukkan formula:
=C10/1000
Atau menggunakan fungsi CONVERT
Volume Sisa
Volume sisa merupakan total semua ruangan diatas piston saat berada di TDC. Asumsikan bahwa mesin ini menggunakan piston tanpa dum/piston dengan kepala datar.
Volume lubang gasket (Vg)
Pada Cell C13, masukkan formula:
=3.14/4*C4^2*C5
Hasilnya ditampilkan pada Gambar 4 sebagai berikut.
Gambar 4. Contoh tampilan hasil perhitungan Vg
Volume Clearence deck piston
Pada Cell C16, masukkan formula:
=3.14/4*C2^2*C8
Total Volume Sisa
Pada cell C19, masukkan formula
=C6+C14+C17
Hasilnya ditampilkan pada Gambar 5 sebagai berikut.
Gambar 5. Contoh tampilan hasil perhitungan volume clearence deck dan volume sisa
Rasio Kompresi
Pada Cell C31, masukkan formula
=(C11+C19)/C19
Hasilnya adalah sebagai berikut (lihat cell C21 pada Gambar 6).
Gambar 6. Contoh tampilan hasil perhitungan CR
Logika IF untuk menentukan fuel requirement
Sekarang, kita akan membuat rekomendasi bahan bakar dari hasil peritungan rasio kompresi berdasarkan Tabel 1.
Logika:
Jika CR<=8, oktan 87
Jika CR<=9, oktan 91
Jika CR<=10, oktan 95
Jika CR<=11, oktan 99
Jika CR<=12, oktan 103
Pada Cell C23, masukkan Logika
=IF(C21<=8;”Octane 87″;IF(C21<=9;”Octane 91″;IF(C21<=95;”Octane 100″;IF(C21<=11;”Octane 99″;IF(C21<=12;”Octane 103″;”Octane diatas 103″)))))
Hasilnya ditampilkan pada Gambar 7 sebagai berikut.
Gambar 7. Contoh penggunaan logika IF pada kasus octane requirement
Sekarang, lakukan perubahan nilai pada parameter input (Gambar 7) dan periksa perubahannya pada parameter outputnya.
Original source: Excel Untuk Mahasiswa Teknik Otomotif