Peningkatan power mesin dengan head porting dan 3 angle valve job

Cross sectional / bowl area adalah bagian penting melakukan cylinder head porting

Assalamu’alaikum wR wB

Seperti sudah kita ketahui bersama bahwa cara kerja engine seperti pompa udara. Faktor efisiensi udara yang masuk ke dalam silinder berpengaruh terhadap besarnya energi dihasilkan dari ledakan kemudian menekan piston dan memutar crankshaft. Bagian terbesar terjadi hambatan terhadap aliran udara atau airflow adalah cylinder head. Dengan itu untuk menciptakan airflow secara efektif melewati port cylinder head yaitu dengan minimalkan hambatan yang ditemui.

Bagi pro engine tuner handal melakukan modifikasi cylinder head bagaikan mengerjakan sebuah karya seni. Mengerjakannya harus dengan perasaan positif, kehati-hatian dan ketepatan (precission). Supaya hasil dari karyanya itu sesuai seperti yang diinginkan yaitu cylinder head ber qualitas tinggi.

Inti dari melakukan porting cylinder head adalah meningkatkan airflow dan kecepatan (velocity). Airflow dan kecepatan sangat penting dalam menentukan efisiensi dari sebuah cylinder head. Kedua nya saling berhubungan terhadap menghasilkan cylinder pressure di dalam ruang bakar (combustion chamber). Menurut para engine tuner faktor penghambat airflow dan kecepatannya adalah dari bentuk intake/exhaust port cylinder head dan bentuk cut angle klep dan dudukan klep (valve seat) intake dan exhaust.

Secara esensi udara berperi-laku seperti air pada kecepatan tertentu yang akan ekspansi kalau temperatur naik. Udara bergerak mengalir secara smooth di dinding pipa sampai kemudian berubah kalau menemui radius belok semakin tajam sekitar 9-10 derajat. Smooth airflow disebut dengan laminar flow. Laminar flow adalah udara atau air dapat mengalir secara teratur dan halus. Laminar flow biasanya walaupun tidak selalu, cenderung memproduksi volume flow paling besar dengan sedikit hambatan atau drag. Jadi benar-benar pada level sangat efisien.

Engine tuner berpendapat :

– Temukan area dimana hambatan terbesar berada dan lakukan porting di titik itu lebih dulu.

– Biarkan udara bergerak sesuai dengan sifatnya, jangan berpikir seperti apa yang kita inginkan.
– Gerakan percampuran (mixture motion) apakah itu gerakan berputar (swirl) atau gerakan yang meluncur jatuh (tumble) atau gabungan dari keduanya adalah sangat penting dan harus diperhitungkan.
– Bentuk saluran atau port secara keseluruhan adalah paling penting, sedangkan cylinder head port yang licin (smooth) tidak ada pengaruh siknifikan terhadap peningkatan airflow dan kecepatan.

Klep intake dan exhaust adalah bagian dari cylinder head port, ketika klep dalam keadaan menutup maka airflow yang masuk menjadi berhenti. Artinya klep adalah bagian dimana mempunyai hambatan terbesar terhadap airflow sampai kemudian klep membuka kembali. Ukuran dari klep membatasi kecepatan airflow karena molekul udara membentur klep dan memperlambat nya.  

Strategi untuk mencegah flow loss secara siknifikan adalah mengarahkan airflow semaksimal mungkin langsung ke valve seats. Pada saat klep posisi open kelancaran dari airflow terpengaruhi dari bentuk dudukan klep (valve seat) dan valve cut/angle. Terjadi turbulensi ketika klep terbuka memberi efek negatif. Semakin besar turbulensinya semakin buruk kecepatan airflow. Hal tersebut mempengaruhi kepadatan (density) udara yang masuk ke dalam silinder. Konsekwensinya nilai volumetric efficiency jadi menurun.

Mengurangi turbulensi melalui cara membentuk beberapa sudut pada dudukan klep dan bentuk potongan klep (valve cut). Biasanya engine dari pabrik memiliki hanya satu angle/sudut 45 derajat. Pola dari airflow yang di inginkan masuk ke ruang bakar ialah dengan bentuk berputar (swirl) atau meluncur jatuh (tumble).

Problem valve seats dengan satu sudut 45 derajat terdapat bagian tajam tepat di atas dan dibawah klep intake ketika posisi menutup. Pada saat klep intake terangkat dari valve seat, kedua bagian yang tajam tersebut menimbulkan turbulensi.  

Solusinya para engine builder profesional menambahkan beberapa sudut (angle0 lagi menjadi 3 atau lebih. Valve seat dengan tiga sudut 30-45-60 derajat mampu menghaluskan airflow yang melewati klep.

– (A) Dudukan klep dan klep yang berbentuk sudut tajam (square) adalah paling terjelek terhadap kelancaran airflow.

– (B) Dudukan klep dan klep membentuk sudut 45 derajat memberikan kelancaran airflow lebih baik dari yang berbentuk sudut tajam.

– (C) Dudukan klep dan klep dengan 3 angle cut memberi efek lebih baik.

– (D) Dan dengan 4 angle cut akan menambah airflow lebih bagus lagi.

Valve seats & valve cut

5 angle valve seat

Dengan penambahan cut angle pada klep dan valve seat secara siknifikan meningkatkan airflow yang masuk ke silinder dan itu mengungkit torsi puncak. Menurut John Maher Racing engine dengan modifikasi ringan bisa mendapatkan keuntungan dari bentuk klep dan dudukan klep (valve seat) multi angle cut yang besarnya mencapai sekitar 10 bhp untuk mesin mobil 1776cc.

Test silinder head baru dengan 35,5 mm intake valve.

-Red line: straight out of the box with no modification

-Green line: 3 angle valve job 30-45-60 derajat

-Blue line: 3 angle valve job  30-45-60 derajat plus 30 derajat backcut on the valve

Penambahan airflow sebesar 14 cfm pada bukaan (lift) klep 0.500 inchi menghasilkan sekitar 10 bhp.

Porting pada saluran intake-exhaust cylinder head dipengaruhi oleh cross sectional area dan radius belokan pada area di atas dudukan klep atau valve seat. Kalau radius nya terlalu tajam maka volume udara yang mengalir akan jadi terpisah (air separation) dan menyebabkan menurunnya kecepatan (velocity). 

Untuk high revving engine belokan/lekukan dengan radius lebar akan lebih optimal dan sebaliknya jika ingin porting cylinder head street performance radius yang tajam akan bagus menghasilkan torsi dan power pada putaran bawah-tengah.

Cross sectional area adalah bagian yang paling sempit di port. Cross sectional area yang terlalu besar pada engine balap high revving akan mengakibatkan airflow menjadi lambat. Mengurangi cylinder pressure dan menyebabkan efek engine reversion, yaitu campuran udara-bbm yang berbalik kembali masuk ke intake port pada phase overlap.

Cross sectional area di cylinder head salah satu parameter yang penting untuk optimalkan airflow

Radius velocity stack membuat airflow smooth masuk ke inlet port.

Luas area A,B dan C di cylinder head inlet port diusahakan dibuat sama dalam centimeter/inchi persegi.

Menjaga kecepatan airflow tetap konsisten dari cross sectional area sampai ke radius diatas valve seat atau bowl area adalah penting. Perubahan yang tiba-tiba pada area port mengakibatkan airflow menjadi cepat atau melambat. Juga diperhatikan volume port harus disesuaikan dengan kapasitas engine dan RPM. Volume port spek balap yang terlalu besar di aplikasikan ke engine jalan raya adalah hal yang kontra produktif. Airflow menjadi lambat dan engine tidak mampu membangun torsi pada rpm rendah-tengah. 

Camshaft balap dengan valve lift radikal menaikkan kecepatan airflow. Itu terjadi karena menyediakan area tirai klep atau valve curtain area yang lebih lebar sejauh klep intake terangkat dari seat. Pada bukaan jarak tertentu pola airflow berbentuk kerucut (cone shaped) melewati klep dan masuk ke silinder. Begitu airflow bentuk kerucut terjadi, penambahan jarak bukaan klep tidak akan meningkatkan kecepatan lagi. Jalan lain melalui durasi yang lebih panjang. 

Volume udara yang besar mungkin potensial tapi optimalkan airflow pada saat klep intake belum membuka secara full (valve lift) adalah kunci keberhasilan membangun power dan torsi.

Hitungan valve curtain area misalkan ada penambahan valve lift. Valve diameter (square inches) x 0.98 x 3.14 x valve lift.

Area dikotak merah adalah flow window ketika klep intake posisi open. Airflow melewati klep membentuk pola kerucut.

Piston bore extra large membawa manfaat valve area dapat lebih luas. Keuntungan lainnya dimana bagian pinggir klep dan dinding ruang bakar berjauhan. Jarak yang terlalu dekat merusak pola airflow itu. klep intake berjauhan dengan dinding ruang bakar atau istilahnya unshrouded valve, efeknya airflow bisa secara sempurna mengerucut setelah melewati klep intake tanpa banyak hambatan.

Klep yang terlalu berdekatan dengan dinding ruang bakar merusak pola airflow. Airflow berbentuk kerucut (cone shaped) setelah melewati flow window area tidak akan terjadi secara sempurna

Ukuran dan panjang intake manifold berpengaruh terhadap putaran engine. Biasanya intake manifold standard dari pabrik di design sesuai dengan pemakaian mobil/motor di jalan raya. Jika engine dilakukan modifikasi misalkan mengganti camshaft dengan profil lebih ekstrim, size throttle body lebih besar juga cylinder head di porting maka intake manifold standard akan tidak mampu memenuhi airflow yang dibutuhkan. Engine akan mengalami defisiensi atau kekurangan airflow karena tercekik istilahnya pada putaran tinggi. Dengan itu perubahan pada intake manifold juga harus dilakukan dari panjang dan diameter runner juga besarnya plenum. Engine motor bisa diatur dari panjang velocity stack.

Flow bench merk SuperFlow

Alat berupa flow bench seperti merk Super flow adalah suatu keharusan untuk dimiliki engine builder professional. Flow bench membantu tuner mengetahui port cylinder head mencapai ukuran yang di targetkan. Tanpa flow bench pekerjaan head porting akan menjadi kurang presisi atau perlu feeling yang kuat si tuner. Airflow biasanya di ukur dalam cubic feet per minute (CFM) atau juga dalam cubic centimeter per minute. Airflow yang masuk ke cylinder head diukur sebelum dan sesudah pengerjaan head porting. Mengetahui volume airflow dalam CFM pro engine builder dapat estimasikan seberapa besar HP maksimum mampu diciptakan engine nantinya

Menghaluskan bagian yang kurang sempurna di cross sectional dan bowl area untuk kelancaran airflow

Cylinder head motor BMW S1000RR standard dari pabrik sudah memiliki efisiensi airflow begitu prima yaitu power output 185 hp di ban belakang. Setelah head di porting power dapat bertambah sekitar 9-10 hp lagi. Jadi masih ada potensi power dikeluarkan hanya melalui porting cylinder head. Hasil head porting dipengaruhi oleh keahlian si engine tuner. Engine tuner handal dan berpengalaman adalah jaminan merealisasikan cylinder head pada level top of the line. Pengerjaan nya pun memerlukan banyak waktu dan tentunya dengan ongkos jasa cukup lumayan mahal.

Demikian ulasan pendek berkenaan dengan head porting dan multi angle valve job dimana sangat penting bila ingin membangun sebuah street high performance engine atau full balap.


semoga berguna..