Kajian Teori Performance Mesin Daihatsu Terios D99B Berteknologi VVT-i Dengan Sistem Bahan Bakar D Type EFI dan Mesin non VVT-i

(1)

KAJIAN TEORI PERFORMANCE MESIN

DAIHATSU TERIOS D99B BERTEKNOLOGI

VVT-i DENGAN SISTEM BAHAN BAKAR D- TYPE EFI

DAN MESIN NON VVT-i

Skiripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

KHOIRUL ANWAR 090421019

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

KAJIAN TEORI PERFORMANCE MESIN DAIHATSU TERIOS D99B BERTEKNOLOGI VVT-i DENGAN SISTEM

BAHAN BAKAR D-TYPE EFI DAN MESIN NON VVT-i

KHOIRUL ANWAR NIM : 090421019

Telah Disetujui dari Hasil Seminar Skripsi

Periode Ke- 178, Pada Tanggal 26 Mei 2012

Dosen Pembanding I Dosen Pembanding II

Ir. Mulfi Hazwi, MSc Tulus Burhanuddin Sitorus,

(3)

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM PENDIDIKAN EKSTENSI

JURUSAN TEKNIK MSIN MEDAN

KARTU BIMBINGAN

TUGAS SARJANA MAHASISWA

No. 274 / TS / 2011

Sub Program : Teknik Mesin

Bidang Tugas : Motor Bakar

Judul Tugas : Kajian Teori Performance Mesin Daihatsu Terios

D99B berteknologi VVT-i Dengan sistem bahan bakar D type

EFI dan Mesin non VVT-i

Diberikan Tgl. : 26 / 09 / 2011 Selesai Tgl. : 25/ 04 / 2012

Dosen Pembimbing: Ir. Tekad sitepu Nama Mhs : Khoirul Anwar

(4)

Catatan : Diketahui,

1. Kartu harus diperlihatkan kepada Dosen Pembimbing KetuaP.S.

Teknik MesinFT.

No Tanggal Kegiatan Asistensi Bimbingan Tanda Tangan Dosen Pemb.

1 26/09/2011 Pengajuan judul

2 15/10/2011 Penggantian judul

3 1/12/2011 ACC bab I

4 14/1/2012 ACC bab II

5 13/3/2012 Perbaikan bab III,

perhitungan dan rumus rumus dan Grafik

6 20/3/2012 ACC bab III

7 27/3/2012 Perbaikan bab IV

gambar diperjelas dan penulisan kalimat

8 11/4/2012 ACC bab IV

9 14/4/2012 Perbaikan bab V

Penulisan kalimat, kesimpulan, saran, dan daftar pustaka

(5)

JURUSAN TEKNIK MESINAGENDA: 27//TS/2011

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DITERIMA : / /

FAKULTAS TEKNIK USU PARAF:

MEDAN

TUGAS SARJANA

NAMA : KHOIRUL ANWAR

NIM. : 090421019

MATA PELAJARAN : MOTOR BAKAR

SPESIFIKASI : KAJIAN TEORI PERFORMANCE MESIN DAIHATSU

TERIOS D99B BERTEKNOLOGI VVT-i DENGAN

SISTEM BAHAN BAKAR D- TYPE EFI DAN MESIN NON

VVT-i .

DIBERIKAN TANGGAL : 26 / 09 / 2011

SELESAI TANGGAL : / /

KETUA JURUSAN TEKNIK MESIN,

MEDAN,

DOSEN PEMBIMBING,

DR.-Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri Ir. Tekad sitepu

(6)

(7)

2.5.5. Efisiensi Thermal 22

(8)

5.1. Kesimpulan 68

5.2 Saran. 69

(9)

DAFTAR TABEL

Tabel 3.3.1 Spesifikasi Mesin Daihatsu Terios D99B ...33

Tabel 3.3.2 Mesin non VVT-i ...34

Tabel 4.1. Torsi Mesin ...62

Tabel 4.2. Daya Mesin ...64

(10)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Langkah isap ...6

Gambar 2.2. Langkah kompresi ...6

Gambar 2.3. Langkah Usaha ...7

Gambar 2.4. Langkah Buang ...8

Gambar 2.5. Prinsip Kerja motor bensin 4 silinder ...8

Gambar 3.8. Catalytic converter...9

Gambar 3.9. Catalytic converter jenis pellet ...10

Gambar.3.10. Catalytic converter 3 way catalyst ...11

Gambar.3.11. Catalytic converter 2 way catalyst ...12

Gambar. 3.12. Catalytic converter jenis monolhitic ...12

Gambar.2.6. Diagram P-v dan T siklus Otto ...14

Gambar2.6. Diagram siklus aktual ...18

Gambar 3.1. Sistem VVT-i...25

Gambar 3.2. Kontrol VVT-i ...27

Gambar 3.3. Valve timing VVT-i ...27

Gambar 3.4. VVT-i controller ...28

(11)

Gambar 3.6. Posisi retard timing ...29

Gambar 3.7. Camshaft timing oil control valve ...32

Gambar 3.1. Grafik Torsi mesin Daihatsu Terios D99B

dan mesin non VVT-i ...63

Gambar3.2. Grafik Daya mesin Daihatsu Terios D99B

dan mesin non VVT-I ...65

Gambar.3.3. Grafik SFC dan putaran mesin Daihatsu Terios D99B

(12)

DAFTAR NOTASI

rasio kompresi

R konstanta gas (kJ/kg-K) atau (ft-lbf/lbm-0R) atau (BTU/lbm-0R)

Cv panas spesifik pada volume konstan (kj/kg-K) atau (BTU/lbm-0R)

Vd volume langkah (cc) atau (L) atau (in3)

Vc volume sisa (cc) atau (L) atau (in3)

mm massa campuran bahan bakar dan udara (kg)atau (lbm)

ma massa udara (kg) atau (lbm)

mf massa bahan bakar (kg) atau (lbm) massa jenis udara (kg/m3) atau lbm/ft3)

QHV nilai kalor bahan bakar (kj/kg) atau (BTU/lbm) efisiensi pembakaran

mep tekanan efektif rata rata

Wi daya indikasi (W) atau (hp)

N kecepatan mesin (Rpm)

n jumlah putaran dalam satu siklus

Wb daya poros (kW) atau (hp)

(13)

efisiensi thermal

efisiensi mekanis

efisiensi volumetric

Wnett kerja nett (kJ)

(14)

ABSTRAK

VVT-i merupakan salah satu aplikasi teknologi informasi pada industri otomotif khususnya dalam hal penyempurnaan performance mesin VVT-i.

Perbedaan mendasar yang dimiliki oleh sistem VVT-i adalah perputaran intake cam tidak perlu sama persis dengan perputran mesin. Pada mobil tanpa sistem VVT-i, intake cam hanya mempunyai satu pola bukaan katup sehingga membuat mesin tidak dapat memaksimalkan tenaga besar dibutuhkan dan tidak dapat menimbulkan bahan bakar yang dipergunakan ketika tenaga yang dibutuhkan tidak besar.

Pada mobil dengan mesin berteknologi VVT-i, Torsi yang dihasilkan pada putaran 1500 Rpm sebesar 31,83 Nm sedangkan pada non VVT-I pada Rpm yang sama sebesar 25,31 Nm, ini menunjukkan ketika pengemudi memerlukan tenaga lebih besar, maka mekanisme katup akan diatur sedemikan rupa sehingga torsi mesin dapat meningkat. Sebaliknya, ketika mesin hanya dibutuhkan sedikit tenaga mesin, maka mekanisme katup akan diatur sedemikian rupa sehingga bahan bakar yang dipergunakan lebih sedikit dan tentunya gas buang yang dihasilkan lebih bersih.

Dari paparan diatas tujuannya yaitu, mendapatkan torsi yang lebih besar, dan daya yang lebih besar juga, pemakaian bahan bakar yang lebih irit dan optimal disemua kondisi dan beban kerja.

(15)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar belakang

Dilatar belakangi oleh semakin tingginya permintaan para pengguna

kenderaan agar memiliki mesin yang bertenaga namun tetap irit bahan bakar

dan ramah lingkungan telah menjadi pemicu timbulnya teknologi baru yang

dikenal dengan nama Variable Valve Timing-Intelligent atau lebih dikenal dengan sebutan VVT-i.

Teknologi VVT-i merupakan teknologi yang mengatur sistem kerja

katup pemasukan bahan bakar (intake) secara elektronik baik dalam hal waktu maupun ukuran buka katup sesuai dengan besar putaran mesin

sehingga menghasilkan tenaga yang optimal, hemat bahan bakar dan ramah

lingkungan.

Cara kerjanya sangat sederhana, untuk menghitung waktu buka tutup

katup (valve timing) yang optimal, ECU (electronic control unit)

menyesuaikan dengan kecepatan mesin, volume udara masuk dan temperatur

air. Agar target valve timing selalu tercapai, sensor posisi chamsaft dan

crankshaft memberikan sinyal sebagai respon koreksi.

Mudahnya sistem VVT-i akan terus menerus mengoreksi valve timing

atau jalur keluar masuk bahan bakar dan udara. Disesuaikan dengan pijakan

pedal gas dan beban yang ditanggung demi menghasilkan torsi optimal di

setiap putaran dan menghemat konsumsi bahan bakar. Adopsi teknologi

VVT-i ke mesin mobil juga memberikan kelebihan minimnya biaya

(16)

1.2.Tujuan Penulisan

a. Untuk memperoleh perbandingan daya dan torsi dari mesin Daihatsu

terios D99B dan mesin non VVT-i

b. Untuk memperoleh perbandingan pemakaian bahan bakar Mesin

Daihatsu Terios D99B dan mesin non VVT-i.

c. Untuk mengetahui kinerja mesin Daihatsu Terios D99B yang

berteknologi VVT-i dengan sistem bahan bakar D-type EFI.

1.3.Batasan Masalah

Mengingat begitu luasnya cakupan mesin bensin, maka masalah yang

akan di bahas dalam skripsi ini perbandingan performance mobil Daihatsu Terios yang berteknologi VVT-i dengan sistem bahan bakar D-type EFI dengan mobil yang tidak memakai sistem VVT-i, yaitu berupa

a. Daya

b. Sfc (specific fuel consumption)

c. Kontrol VVT-i

d. Catalytic conventer

1.4. Metode Penulisan

Adapun metode penulisan yang di gunakan dalam penulisan skripsi

ini adalah sebagai berikut :

a. Studi Literatur

Metode ini digunakan untuk memperoleh dasar penulisan dan

(17)

b. Survei

Melakukan survei ke showroom dan bengkel untuk pengambilan data spesifikasi mesin.

1.5. Sistematika Penulisan

Untuk mempermudah pembaca dalam memahami tugas sarjana ini,

maka dilakukan pembagian bab berdasarkan isinya, Skripsi ini dibagi

menjadi lima bab dan masing masing terdiri dari sub bab dengan garis besar

tiap bab adalah sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini berisikan latar belakang, tujuan penulisan, batasan masalah,

metode penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini terdiri dari landasan teori, catalytic converter siklus otto dan

aktual, Parameter performance mesin.

BAB III : SISTEM VVT-i DAN CATALYTIC CONVERTER Bab ini berisikan prinsip kerja VVT-i, sistem EFI, VVT-i controller,

spesifikasi Mesin Daihatsu Terios D99B dan mesin non VVT-i

BAB IV : ANALISA TERMODINAMIKA

Bab ini berisikan analisa termodinamika mesin Daihatsu Terios D99B

berteknologi VVT-i dengan sistem bahan bakar D type EFI dan mesin

non VVT-i, tabel dan grafik performance mesin.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

(18)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Landasan Teori

Apabila meninjau mesin apa saja, pada umumnya adalah suatu

pesawat yang dapat mengubah bentuk energi tertentu menjadi kerja mekanik.

Misalnya mesin listrik, merupakan mesin yang kerja mekaniknya diperoleh

dari sumber listrik. Sedangkan mesin gas atau mesin bensin adalah mesin

yang kerja mekaniknya diperoleh dari sumber pembakaran gas atau bensin.

Mesin bensin dikategorikan sebagai mesin kalor. Yang dimaksud

dengan mesin kalor disini adalah mesin yang menggunakan sumber energi

thermal untuk menghasilkan kerja mekanik, atau mesin yang dapat merubah

energi thermal menjadi energi mekanik.

Selanjutnya jika ditinjau dari cara memperoleh sumber energi

thermal, jenis mesin kalor dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu, mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) dan mesin pembakaran luar

(external combustion engine). Yang dimaksud dengan mesin pembakaran dalam adalah mesin dimana proses pembakaran berlangsung didalam mesin

itu sendiri, sedangkan yang dimaksud dengan mesin pembakaran luar adalah

mesin dimana proses pembakarannya terjadi diluar mesin, energy thermal

dari hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui beberapa

dinding pemisah. Mesin pembakaran dalam ini umumnya dikenal dengan

sebutan motor bakar, contoh dari mesin kalor pembakaran dalam ini adalah,

motor bakar torak dan sistem turbin gas.

Selanjutnya jenis motor bakar torak itu sendiri terdiri dari dua bagian

(19)

Perbedaan pokok antara kedua mesin ini adalah pada sistem

penyalaannya. Pada motor bensin penyalaan bahan bakar dilakukan oleh

percikan bunga api listrik dari antara kedua elektroda busi. Oleh karena itu

motor bensin dikenal juga dengan sebutan Spark Ignition Engine.

Didalam mesin diesel penyalaan bahan bakar terjadi dengan

sendirinya, oleh karena itu bahan bakar disemprotkan kedalam ruang bakar

yang berisi udara yang bertekanan dan bersuhu timggi. Bahan bakar itu

terbakar dengan sendirinya oleh udara yang mengandung oksigen bersuhu

melampaui suhu titik nyala (flash point) dari bahan bakar. Mesin ini dikenal

juga dengan sebutan Compression Ignition Engine.

2.2. Prinsip kerja motor bensin

Motor bensin dengan gerakan torak bolak balik (bergerak naik turun

pada motor tegak). Motor bensin bekerja menurut prinsip 4 langkah teridiri

dari :

Langkah isap

Piston bergerak dari TMA (titik mati atas) menuju titik mati bawah

(TMB). katup isap terbuka, dan katup buang ditutup, karena terjadi tekanan

dalam silinder terjadilah kevakuman pada waktu torak bergerak ke TMB

(titik mati atas), selanjutnya campuran udara dan bahan bakar mengalir

(20)

Gambar 2.1 Langkah hisap [14]

Langkah Kompresi

Setelah mencapai TMB (titik mati bawah), piston bergerak kembali

menuju TMA (titik mati atas), dan kedua katup dalam keadaan tertutup.

Dengan demikian campuran udara dan bahan bakar yang berada didalam

silinder ditekan dan dimampatkan oleh torak yang bergerak ke TMA (titik

mati atas), akibatnya tekanan dan suhu dalam silinder naik sehingga bahan

bakar sangat mudah untuk terbakar.

(21)

Langkah kerja

Pada saat piston bergerak dari TMA (titik mati atas) menuju TMB

(titik mati bawah), katup isap dan katup buang ditutup. Sesaat piston

menjelang titik mati atas, busi menyalakan percikan api seketika campuran

udara dan bahan bakar terbakar secara cepat. Dengan terjadinya ledakan,

maka menghasilkan tekanan sangat tinggi untuk mendorong piston ke TMB

(titik mati bawah), sebagai tenaga atau usaha yang dihasilkan mesin.

Gambar 2.3. Langkah usaha [14]

Langkah buang

Piston bergerak dari TMB (titik mati bawah) menuju TMA (titik mati

atas). Katup isap tertutup dan katup buang terbuka. Pada proses ini gas yang

telah dibakar dibuang oleh dorongan piston ke atas dan selanjutnya mengalir

melalui katup buang. Pada posisi ini poros engkol telah berputar dua kali

(22)

Gambar 2.4. Langkah buang [14]

(23)

2.3. Sistem Catalytic converter

Catalytic converter merupakan salah satu inovasi terbesar di industri otomotif. Pasalnya, peranti ini mampu mengubah zat zat hasil pembakaran

seperti, hidrokarbon (HC). Karbon dioksida (CO) dan NOx, menjadi zat yang

lebih ramah lingkungan. Catalytic converter punya batas pemakaian, yang bila waktunya harus diganti. Inidikasinya, bila tercium bau bensin dari ujung

knalpot meskipun mesin bergerak halus dan efisien. Karena harganya mahal,

maka perhatian lebih pada problem problem kecil yang bisa mengurangi usia

pakai catalytic converter.

Gambar 2.6. catalytic converter [9]

Catalytic converter berfungsi untuk menyaring berbagai macam racun yang diakibatkan dari hasil pembakaran (CO, HC, NOx dan timbal ) yang ditimbulkan karena kondisi mesin yang tidak sempurna bisa dari

pengapian, teknologi kompresi dan kebocoran air atau oli dari saluran dalam

(24)

bertimbal. Karena timbal terbawa dalam gas buang dan menyangkut didalam

catalytic converter.

Kinerja catalytic converter lebih maksimal dalam menangkap racun karena adanya sensor O2 . Kerja sensor O2 mengirim data ke ECU untuk mengoreksi O2 yang diterima catalytic converter . Jika data yang diterima ECU kurang bensin maka ECU akan memerintahkan injector menambah debit semprotannya begitu juga sebaliknya, sampai didapat campuran ideal

antara bensin dan udara. Catalytic converter yang kotor juga menyebabkan kerja sensor oksigen tidak maksimal, menyebabkan udara dan bensin tidak

seimbang.

Bentuk catalytic converter seperti tabung. Bahannya terbuat dari keramik ataupun metal dengan ukuran lubang penyaring antara 1 dan 2 mm .

Secara umum ada dua jenis catalytic converter yang dipakai, yaitu jenis

pellet dan monolithic, jenis monolithic merupakan catalytic converter banyak dipakai saat ini. Alasaannya, jenis tersebut memiliki tahanan gas buang yang

kecil, lebih ringan dan cepat panas dibandingkan jenis pellet

(25)

Ada dua tipe jenis catalytic converter, 3way catalyst dan 2 way catalyst. 3 way catalyst digunakan pada mesin mobil dan motor yang menggunakan bahan bakar bensin (premium). 3 way catalyst mengandung platinum dan rhodium yang mampu mengurangi CO, HC, dan NOx. Ada

tiga tahap dalam proses ini yaitu :

1. Reduksi Nitrogen dan Oksida menjadi nitrogen dan oksigen : 2NOx xO2 N2

2. Oksida Carbon Monoksida menjadi Karbondioksida : 2CO O2 2CO2

3. Oksidasi senyawa hidrokarbon yang tak terbakar (HC) menjadi

karbondioksida dan air : 2CxHy (2x y / 2) O2 2xCO2 yH2O

Reaksi reaksi diatas akan berjalan efisien bila mesin bekerja dengan

perbandingan 14,7 bagian udara dengan 1kg bahan bakar.

Gambar 2.8. catalytic converter 3 way catalyst [9]

(26)

Nitrogen Oksida (NOx), maka daur yang terjadi hanyalah daur nomor 2 atau 3 saja.

Gambar 2.9. catalytic converter 2 way catalyst [9]

Gambar 2.10. catalytic converterjenis monolithic [9]

Catalytic converter sangat peka terhadap logam logam lain yang biasanya terkandung dalam bensin ataupun solar misalnya timbal pada

premium, belerang pada solar, lalu seng, mangan, fosfor, silicon, dan

sebagainya. Logam logam tersebut bisa merusak komponem dari catalytic converter . Oleh karena itu teknologi ini tidak bisa digunakan disemua daerah terutama daerah yang premiumnnya belum diganti dengan premium tanpa

(27)

Catalytic converter ditempatkan dibelakang exhaust manifold atau diantara muffler dengan header. Karena catalytic converter cepat panas ketika mesin dinyalakan. Selain itu, sensor bisa segera bekerja untuk

menginformasikan kebutuhan campuran bahan bakar yang tepat ke Engine Control Machine . Peranti catalytic converter baru bekerja efektif ketika kondisinya panas.

Pipa buang adalah pipa baja yang mengalirkan gas sisa pembakaran

dari exhaust manifold ke udara bebas. Konstruksinya dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu pipa bagian depan, tengah, dan belakang. Susunannya

sengaja dibuat demikian untuk mempermudah saat penggantian catalytic converter atau muffler, tanpa perlu melepas keseluruhan konstruksi sistem

pembuangan.

Muffler berfungsi untuk mengurangi tekanan dan mendinginkan gas

sisa pembakaran. Kalau gas ini langsung disalurkan ke udara tanpa muffler,

gas akan mengembang dengan cepat diiringi dengan suara ledakan yang

cukup keras.

2.4. Siklus ideal Otto

Agar dapat lebih mudah memahami diagram p – v motor bakar torak,

maka dilakukan terlebih dahulu idealisasi. Proses yang terjadi sebenarnya

berbeda dengan proses ideal. Beberapa idealisasi pada siklus ideal antara lain

:

a. Fluida kerja dalam silinder adalah udara, dianggap gas ideal dengan

konstanta kalor yang konstan.

(28)

c. Proses pembakaran dianggap sebagai proses pemanasan dalam

d. Pada akhir proses ekspansi, yaitu pada saat torak mencapai TMB, fluida

kerja didinginkan sehingga tekanan dan temperatur turun mencapai

tekanan dan temperatur atmosfer.

e. Tekanan fluida kerja didalam silinder selama langkah buang dan langkah

isap adalah konstan dan sama dengan tekanan atmosfer.

P 3 T 3

Qin

4 2 4 2 Qout

1 1

V s Gambar 2.11. Diagrham P – v dan T – s siklus Otto

Proses siklus thermodinamikanya sebagai berikut :

a. proses 0-1 (Langkah Hisap) : Menghisap udara pada tekanan konstan,

katup masuk terbuka dan katup buang tertutup campuran bahan bakar

udara mengalir ke dalam silinder melalui lubang katup masuk.

(29)

b. Proses 1 – 2 (kompresi Isentropik) : semua katup tertutup, campuran

bahan bakar dan udara yang berada didalam silinder ditekan dan di

mampatkan oleh torak yang bergerak ke TMA, akibatnya tekanan dan

suhu dalam silinder naik menjadi P2dan T2.

P1 V1 = mm RT 1 ... Lit.7 hal 78

V1 = Vd + Vc

=

→ T2 = T1

=

→

P2 =P1

W1-2 =

= (Vd +Vc) / Vc………. Lit.7 hal 41

Dimana :

P1 = tekanan pada titik 1 (kpa)

T2 = temperatur spesifik pada titik 1 (K)

T2 = temperatur spesifik pada titik 2 (K)

(30)

V2 = volume pada titik 2 (m)

W1-2 = kerja pada siklus 1-2 (Kj)

mm = massa campuran gas ideal dalam silinder (kg)

c = rasio kompresi

k = cp / cv = rasio kalor spesifik

c. Proses 2-3 : proses penambahan kalor pada volume konstan

Q2-3 = Qm = mfQHVnc = mmcv (T3 –T2)………. Lit.7 hal 75

=

V2 = V3

T3 = Tmaks dan P3 =Pmaks

Dimana :

Cv = panas jenis gas pada volume konstan (kJ/kg K)

P3 = tekanan pada titik 3 (kPa)

QHv = heating value (kj/kg)

Qin = kalor yang masuk

T3 = temperatur pada titik 3 (K)

(31)

d. Proses 3- 4 : Ekspansi Isentropik

=

……… Lit.7 hal 76

=

Kerja ekspansi dari titik 3 ke titik 4 dari siklus otto juga merupakan

proses isentropis, persamaannya ditunjukkan sebagai berikut :

W3-4 =

`Dimana :

T3 = temperatur pada titik 3 (K)

T4 = temperature pada titik 4 (K)

W3-4 = kerja (kj)

V 3 = volume pada titik 3 (m3)

V4 = volume pada titik 4 (m3)

e. Proses 4 -1 : Proses pembuangan kalor pada volume konstan

(32)

=

W

nett

= W

1 -2

+ W

3-4

V

4

= V

1

th

=

dimana :

Qout = kalor yang dibuang (kJ)

T4 = temperatur pada titik 4 (K)

Wnett = kerja netto (kJ)

th = efisiensi thermal

2.5. Siklus Aktual

Gambar 2.12. Diagram siklus aktual [14 ]

Siklus aktual dari mesin otto. Fluida kerjanya adalah campuran bahan

(33)

isap, tekanannya lebih rendah dibandingkan dengan langkah buang. Proses

pembakaran dimulai dari penyalaan busi (ignition) sampai akhir pembakaran. Proses kompresi dan ekspansi tidak adiabatis, karena terdapat kerugian panas

yang keluar ruang bakar.

2.6. Parameter Performance mesin

2.6.1. Tekanan efektif rata rata

Selama siklus berlangsung, temperatur dan tekanannya selalu berubah

ubah, oleh karena itu sebaiknya dicari harga tekanan tertentu (konstan) yang

apabila mendorong torak sepanjang langkahnya dapat menghasilkan kerja

persiklus yang sama dengan siklus yang dianalisis. Tekanan tersebut dinamai

“ tekanan efektif rata rata” yang diformulasikan sebagai :

mep =

……….. Lit.7 hal 49

Merupakan daya yang dihasilkan dalam silinder motor sehingga

merupakan basis perhitungan atau penentuan efisiensi pembakaran atau

(34)

Wi

………. Lit.7 hal 51

dimana :

Wi = daya indikasi (kW)

N = putaran mesin

n = jumlah putaran dalam satu siklus, untuk 4 tak n = 2 langkah

2.6.3. Daya poros ( Wb)

Daya yang dihasilkan suatu mesin pada poros keluarannya disebut

sebagai daya poros (biasa dikenal dengan sebutan brake horse power) yang

dihitung berdasarkan rumus :

Wb = 2 x N ………. Lit.7 hal 51

dimana :

Wb = daya poros (kW)

N = putaran mesin

torsi (Nm)

Seperti yang telah diketahui, dari sejumlah gaya yang dihasilkan

(35)

bagian mesin yang bergerak, sebagian lagi dipakai untuk mengisap udara dan

bahan bakar serta mengeluarkannya dalam bentuk gas buang.

2.6.4. Konsumsi bahan bakar ( sfc)

Konsumsi bahan bakar didefinisikan. sebagai jumlah bahan bakar

yang dikonsumsi persatuan unit daya yang dihasilkan perjam operasi secara

tidak langsung, konsumsi bahan bakar spesifik merupakan indikasi efisiensi

mesin dalam menghasilkan daya dari pembakaran bahan bakar.

sfc =

……….

Lit.7 hal 56

dimana :

̇ =

dimana

sfc = konsumsi bahan bakar spesifik (gr/kwh )

̇ = laju aliran rata rata bahan bakar (kg/detik)

mf = massa bahan bakar (kg)

(36)

2.6.5. Efisisensi thermal

Efisiensi thermal suatu mesin didefenisikan sebagai perbandingan antara energi keluaran dengan energi kimia yang masuk yang dikandung

bahan bakar dalam bentuk bahan bakar yang dihisap kedalam ruang bakar

Efisiensi thermal sesuai defenisinya merupakan parameter untuk mengukur efisiensi bahan bakar.

th = 1 – ( T1 / T2 ) ……… Lit.7 hal 76

dimana :

th efisiensi thermal

2.6.6. Efisiensi mekanis

Besarnya kerugian daya diperhitungkan dalam efisiensi mekanis yang

dirumuskan sebagai berikut :

m = Wb / Wi ………... Lit.7 hal 64 dimana :

m = efisiensi mekanis

2.6.7. Efisiensi volumetrik

Efisiensi ini didefenisikan sebagai perbandingan antara massa udara

(37)

tekanan dan temperatur atmosfir yang dapat dihisap masuk kedalam volume

sapuan yang sama.

v = ma / ( a x Vd )……….. Lit.7 hal 76

dimana :

v = efisiensi volumetrik

(38)

BAB III

SISTEM VVT-i

3.1 Sistem VVT-i

Sistem VVT-i (Variable Valve Timing – intelligent) merupakan serangakaian peranti lunak untuk mengontrol penggerak camshaft . Pada VVT-i ini bagian yang di variasikan adalah timing (waktu membuka dan

mesin non VVT-i bisa diatasi. Pada prinsipnya ialah, apabila muatan gas baru

yang akan masuk sedikit katup pada mesin, katup masuk tidak perlu dibuka

lama. Tujuannya agar udara dan bahan bakar yang masuk benar benar sesuai

yang dibutuhkan. Tetapi bila udara dan bahan bakar yang akan masuk

banyak, katup masuk harus dibuka cepat atau lebih awal dan ditutup lebih

lama.

Untuk bisa membuat katup isap membuka dan menutup sesuai

(39)

Gambar 3.1. Sistem VVT-i [12]

Jadi disini maksudnya puli pada intake camshaft adalah fleksibel,

camshaft –nya bisa diputar maju mundur, gunanya untuk menyesuaikan waktu bukaan katup dengan kondisi mesin sehingga bisa didapat torsi

optimal disetiap tingkat kecepatan, sekaligus menghemat bahan bakar dan

mengurangi emisi gas buang.

3.2. Sistem EFI (electronic fuel injection)

Sistem pemasukan bahan bakar elektronik atau lebih dikenal dengan

EFI (electronic fuel injection). banyak digunakan pada motor bensin menggantikan karburator. EFI mempunyai banyak kelebihan karena

campuran yang dihasilkan pada intake manifold didasarkan pada suhu, putaran, dan jumlah udara yang masuk.

Berdasarkan cara yang digunakan untuk menyensor jumlah udara

masuk, sistem EFI dibedakan menjadi dua macam, yang pertama D – EFI

(40)

kevakuman didalam intake manifold dan sensor volume udara yang berdasarkan pada kepekatan udara. L – EFI (Mass Flow Control Type) , pada L EFI air flow meter mengontrol langsung jumlah udara yang masuk kedalam intake manifold .

Sistem EFI menggunakan berbagai sensor yaitu, ECU, fuel pump,pressure regulator, temperature sensor, inlet air temperature sensor, inlet air pressure sensor, crankshaft sensor, camchaft sensor, throttle sensor, fuel injector, speed sensor, vehicle-down sensor, untuk mendeteksi kondisi mesin dan kondisi pengendara mobil. Selanjutnya ECU mesin akan

mengkalkulasikan volume penyemprotan bahan bakar optimal, yang

kemudian memerintahkan injektor untuk menyemprotkan bahan bakar.

3.3. Prinsip Kerja VVT-i

Pada prinsipnya pengaturan maju atau mundurnya pembukaan katup

secara variable diatur oleh gerakan poros cam lebih cepat atau lambat untuk menentukan kerja mekanik katup secara tepat, yaitu saat kapan membuka

katup lebih cepat atau lambat. Kerja katup menyesuaikan dengan beban

operasi mesin, mulai dari beban kecepatan minimal sampai beban maksimal

yang diatur oleh alat control VVT-i, alat kontrol VVT-i ini didukung oleh

peralatan elektronik dan sensor, untuk mendapatkan informasi akurat selama

kerja operasi mesin.

Prinsip kerja VVT-i bergerak maju mundur atau menahan antara sudu

(41)

Gambar 3.2. Kontrol VVT-i [12]

Waktu bukaan camshaft bisa bervariasi pada rentang 600. Misalnya, pada saat start, kondisi mesin dingin dan mesin stationer tanpa beban, timing

dimundurkan 300. Cara ini akan menghilangkan overlap yaitu peristiwa membuka katup masuk dan buang secara bersamaaan diakhir langkah

pembuangan karena katup masuk akan membuka beberapa saat setelah katup

buang menutup penuh. Pada kondisi ini mesin tak perlu bekerja ekstra.

Dengan tertutupnya katup buang, tak ada bahan bakar yang terbuang saat

terhisap keruang bakar.

(42)

Konsumsi bahan bakar jadi hemat dan mesin lebih ramah lingkungan.

Sedangkan saat ada beban, timing akan maju 300. Derajat overlapping akan meningkat. Tujuannya untuk membantu mendorong gas buang serta

memanaskan campuran bahan bakar dan udara yang masuk.

Untuk mewujudkannya, ada VVT-i controller pada timing gear di

intake camshaft. Alat ini terdiri dari atas housting (rumah). Kemudian didalamnya ada ruangan oli untuk menggerakkan vane atau baling baling. Baling baling itu terhubung dengan chamsaft . Didalamnya terdapat dua jalur oli menuju masing masing ruang oli didalam rumah VVT-i controller. Dari

jalur oli yang berbeda inilah, vane akan mengatur waktu bukaan katup.

Gambar 3.4. VVT-I controller [12]

(43)

Gambar 3.5. posisi advanced timing [12]

Kebalikannya, untuk kondisi retard (mundur), ruang didepan vane

akan terisi dan posisi timing mundur. Sedangkan kalau dibutuhkan pada kondisi standar, ada pin yang akan mengunci posisi vane tetap ada ditengah.

Gambar 3.6. Posisi Retard timing [12]

Dari semua paparan diatas tujuannya cuma satu, yaitu mendapatkan

power dan torsi yang optimal disemua kondisi dan beban kerja dengan tetap

irit bahan bakar.

Drain oil

ECU

Oil Drain

Vane

(44)

3.4 Komponem VVT-i

1. ECU (electronic control unit)

2. Chamsaft Position Sensor

3. Chamsaft Timing Oil Control Valve

4. Chamsaft Position Sensor

3.4.1. ECU ( Electronic Control unit)

ECU merupakan perangkat yang bertugas menerima masukan dari

sensor yang kemudian dikalkulasi untuk mencari kondisi optimum dan

memberi perintah ke aktuator untuk melakukan fungsinya. Misalkan

memerintahkan injektor menyemprotkan bahan bakar atau memerintahkan

ignition coil untuk melepaskan listrik tegangan tinggi ke busi sehingga akan

timbul bunga api. Jadi, aktuator berfungsi sebagai kacungnya ECU sehingga

mesin bekerja dalam kondisi optimalnya.

Guna mengetahui berapa bahan bakar yang harus disemprot dan

berapa derajat sebelum titik mati atas busi harus dinyalakan, ECU

dilengakapi denga database yang lazim dikenal dengan engine mapping.

ECU selalu membandingkan hasil masukan sensor dengan engine mapping

guna mengetahui apa yang harus diperintahkan kepada aktuator.

3.4.2. Camshaft Position Sensor

(45)

dengan menekannya, atau dengan mekanisme bantuan lainnya, ketika sedang

berputar.

Camshaft Position Sensor (CPS) berguna untuk mengetahui kedudukan camshaft. Jika ada perubahan beban mesin atau perubahan putaran mesin atau perubahan mesin yang semuanya di olah oleh ECU dan

dihitung untuk mendapatkan sebesar mungkin efisiensi volumetrik, dari

perhitungan ECU ini didapatlah kedudukan camhsaft yang harus di ubah, ECU ini akan memerintahkan module VVT-i untuk merubah kedudukan

camshaft

Setelah module VVT-i menerima perintah dari ECU untuk mengubah

kedudukan camshaft , maka module VVT-i akan mengirimkan signal ke OCV (Oil Control Valve) untuk mengatur tekanan oli yang akan diteruskan ke sprocket. Dengan adanya perubahan tekanan oli yang dilakukan oleh OCV ini yang sampai ke sprocket, maka sprocket akan berubah posisinya. Karena

sprocket itu menjadi satu dengan chamsaft, maka chamsaft akan berubah posisinya sesuai dengan yang diinginkan oleh ECU.

Kedudukan camshaft yang baru ini dideteksi oleh CPS dan signalnya dikirimkan ke ECU sebagai update posisi camshaft dan kedududkan

(46)

3.4.3. Camshaft timing oil control valve

Sebagai pengatur katup aliran oli ke control VVT-i sehingga camshaft

maju mundur untuk menentukan selisih sudut pembukaan katup dengan

durasi dan waktu yang tepat.

Sistem VVT-i bekerja otomatis menyesuaikan dengan beban dan

tingkat kecepatan mesin. Data masukan diperoleh dari respon sensor sensor,

untuk menggerakkan katup OCV secara tepat. Hal ini berguna untuk

menggerakkan control VVT-i selanjutnya camshaft dapat menggeser maju,

mundur atau menahan secara otomatis dapat menentukan sudut pembukaan

katup masuk dengan tepat.

Gambar 3.7. Camshaft Timing Oil Control Valve [12]

3.4.4. Crhanksaft Position Sensor

Sensor ini memberikan ECU (electronic control unit) kecepatan putaran mesin dengan tepat. Pada sistem penyemprotan bahan bakar, sensor

ini juga memberitahu ECU waktu yang tepat untuk menyemprotkan bahan

(47)

3.5. SPESIFIKASI MESIN

3.5.1. Daihatsu Terios D99B

Item 3SZ-VE

Jumlah dan susunan silinder 4- cylinder, inline

Mekanisme katup 16-valve DOHC + VVT-i, Chain

Drive

Sususnan intake dan exhaust Cross flow

Displacement cm 3 1.495

Bore Stroke mm 72 91,8

Kompresi rasio 10.0

Max. Output 80kw @6000 Rpm

Max. Torque 141 N.m @ 4400 Rpm

Sistem bahan bakar D-type EFI

(48)

(49)

BAB IV

ANALISA TERMODINAMIKA MESIN DAIHATSU TERIOS D99B

DAN MESIN NON VVT–i

4.1. Mesin Daihatsu Terios D99B

4.1.1. Analisa Thermodinamika

Proses 0 -1 : Langkah isap, tekanan konstan, katup buang tertutup sedangkan katup masuk terbuka. Udara dianggap sebagai gas ideal. Udara

dihisap masuk kedalam silinder dengan tekanan 1,03 atm atau 104,3647 kPa

pada temperatur 27o C atau 300 K, maka :

Po = P1 = 104, 3647 kPa

T1 = 300 K

= 10

B = 7,2 cm

S = 9,18 cm

R = 0,287 kj/kg.K

Cv = 0,718 kj/kg.K

Volume langkah :

Merupakan volume dari langkah torak dari titik mati bawah (TMB)

(50)

Vd =

Vd = 373,75 = 0,0003738 m3

Volume sisa :

Didefenisikan sebagai volume minimum silinder pada saat torak

berada di titik mati atas (TMA). Dengan rasio kompresi sebesar 10 : 0 dan

volume langkah sebesar 0,00037375 m 3 maka besarnya volume sisa :

= 10

=

Vc = 0,000041528 m 3

Volume pada titik 1 :

Merupakan hasil penjumlahan volume langkah (Vd) dengan volume sisa (Vc)

V1 Vd Vc

0,00037375 0,000041527

(51)

Massa campuran bahan bakar dan udara :

Sejumlah udara dihisap masuk kedalam silinder dengan perbandingan

14,7 : 1 terhadap bahan bakar pada tekanan konstan. Udara mengisi ruangan

silinder yang bertambah besar seiring bergeraknya torak dari titik mati atas

(TMA ) ke titik mati bawah (TMB) untuk 1 kg bahan bakar diperlukan 14,7

kg udara dengan masssa campuran (mm) sebesar 0,00050337 kg serta diasumsikan residu gas hasil pembakaran 4 % [lit 7] dari siklus sebelumnya, maka besarnya massa dan udara dan massa bahan bakar adalah :

ma =

0,96 0,00050337 0,00045246 kg

mf =

(52)

Densitas udara ( )

Tekanan dan temperatur udara sekitar mesin dapat digunakan untuk

mencari densitas udara dengan persamaan sebagai berikut :

1,2121213357 kg / m3

Proses 1 – 2 : langkah kompresi isentropik, semua katup tertutup. Torak

bergerak dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA)

Campuran bahan bakar udara yang berada didalam silinder di tekan

dan dimampatkan oleh torak yang bergerak ke titik mati atas. Akibatnya,

tekanan dalam silinder naik menjadi P2

P2 P1

104,3647

2621,52274 kPa

Campuran bahan bakar dan udara yang dimampatkan oleh torak yang

bergerak ke titik mati atas (TMA), juga mengakibatkan suhu dalam silinder

(53)

T2 = T1

= 300

= 753,565929 K

V2

=

= 0,0000415278 m3

V2 Vc

Kerja persiklus 1-2 :

Kerja yang diserap selama langkah kompresi isentropik untuk satu

silinder dalam satu siklus adalah sebagai berikut :

W1-2

(54)

Proses 2-3 : Penambahan kalor pada volume konstan

Kalor masuk :

Bahan bakar yang digunakan Bensin dengan nilai kalori bahan bakar

4400kj/kg[20]dan diasumsikan terjadi pembakaran sempurna, nc = 1

Qin

0,000030779 x 44400 x 1

1,3660725 kj

Temperatur pada titik 3

Dengan mengggunakan persamaan Qin = , maka T3 dapat diketahui :

T3

T3 4534,769911 K

(55)

Dari diagram P- v siklus otto (Gambar 2.5) dapat dilihat bahwa V3 sama dengan V2

V3 = V2 = 0,00004152 m3

Tekanan pada titik 3 :

Seiring dengan bertambahnya temperatur selama siklus tertutup

volume konstan, maka bertambah pula tekanan di dalam silinder.

P3 = P2

= 2621,522739

= 15775,66338 kPa

Tekanan tersebut merupakan tekanan maksimum siklus.

P3 Pmaksimum

Proses 3 -4 : Langkah Ekspansi isentropik

(56)

Setelah torak mencapai titik mati bawah (TMB) sejumlah kalor

dikeluarkan dari dalam silinder sehingga temperatur fluida kerja akan turun

menjadi T4 .

T4 = T3

= 4534,769911

= 1805,324418 K

Begitu juga dengan tekanan didalam silinder, mengalami penurunan

menjadi P4

P4 = P3

= 3711,6447

= 628,0404711 kPa

Dari diagram P-v siklus ideal Otto (Gambar 2.5) dapat dilihat bahwa

(57)

V4 = V1 = 0,000041527 m 3

Kerja per siklus 3-4 :

Tekanan tinggi yang disertai pembakaran didalam silinder, membuat

piston terdorong kembali ke titik mati bawah (TMB). Gerakan piston tersebut

menghasilkan kerja sebesar W3-4.

W3-4 =

=

= 0,98579248 kJ

Proses 4-1 : Proses pembuangan kalor pada volume konstan

Kalor yang di buang :

Pada saat torak mencapai titik mati bawah (TMB) kalor di buang

sebesar Q4-1

Q4-1 = Qout =

= 0,00050337 0,718 ( 300 – 1805,324418)

(58)

Kerja satu siklus :

Kerja yang dihasilkan dari satu siklus termodinamika adalah sebagai

berikut :

Wnett = W1-2 + W3-4

= 0,16381418 + 0,98579248 = 0,821978297 kJ

4.1.2 . Parameter Performa Mesin

Tekanan efektif rata rata

Didefenisikan sebagai suatu tekanan yang dibayangkan bekerja pada

permukaan piston pada langkah kerja, sehingga dapat dirumuskan sebagai

berikut :

mep =

dengan nilai Wnett = 0,821978297 kJ dan besarnya volume langkah

(Vd) = 0,0003738 m3

maka besarnya tekanan efektif rata rata adalah :

mep =

(59)

Daya indikator

besarnya laju panas akibat pembakaran didalam silinder.

Besarnya harga daya indikator (Wi) pada putaran 4400 rpm dapat

sebagai daya poros (brake horse power), dengan besar torsi 141 N-m yang diperoleh dari spesifikasi mesin pada halaman 33. Torsi mesin pada putaran

4400 Rpm dapat dihitung dengan besarnya Wb berdasarkan persamaan :

Wb 2 3,14

141

Wb 64935,2 Nm/det

(60)

Maka besarnya torsi pada putaran 6000 Rpm dapat dihitung dengan

Secara tidak langsung konsumsi bahan bakar spesifik merupakan

indikasi efisiensi dalam menghasilkan daya dari pembakaran bahan bakar.

Laju aliran bahan bakar sebesar 0,0000307794 kg/det dan daya poros (Wb) sebesar 64,9352 kW, maka konsumsi bahan bakar spesifik pada putaran 4400 rpm diperoleh sebagai berikut :

Efisiensi ini merupakan indikasi sesungguhnya dari konversi input

(61)

nth =

(Wi) sebesar 120,5568 kW, maka besarnya efisiensi mekanis dapat diketahui dengan persamaan sebagai berikut :

Merupakan indikasi sejauh mana volume sapuan (swept volume)

(62)

0,00045239 kg, densitas udara 1,2121 kg/m3, dan besarnya volume langkah 0,00037375 m3, maka efisiensi volumetrik dapat dihitung, sebagai berikut :

nv =

= 0,9987

= 99,87 %

4.2 . Mesin Non VVT- I

4.2.1. Analisa thermodinamika

Proses 0-1 : Langkah isap, tekanan konstan, katup buang tertutup

sedangkan katup masuk terbuka. Udara dianggap sebagai gas ideal. Udara

dihisap masuk ke silinder dengan tekanan 1,03 atm atau 104,3647 kPa pada temperatur 27o C atau 300 K, maka :

PO = P1 = 104,3647 kPa

T1 = 300 K

= 10

B = 7,2 cm

(63)

R 0,287 Kj/kg.K

Cv = 0,718 kJ/kg.K

Volume langkah :

Merupakan volume dari langkah torak dari titik mati bawah (TMB)

ke titik mati atas (TMA). Kapasitas 4 silinder adalah 1498CC, maka volume langkah untuk satu silinder :

Vd =

Vd = 324,5 = 0,0003245 m3

Volume sisa :

Didefenisikan sebagai volume minimum silinder pada saat torak

berada di titik mati atas (TMA). Dengan rasio kompresi sebesar 9,5 dan

volume langkah sebesar 0,00037375 m3 maka besarnya volume sisa :

= 10

=

(64)

Merupakan hasil penjumlahan volume langkah (Vd) dengan volume sisa (Vc)

V1 = Vd + Vc

= 0,0003245 + 0,000036055

= 0,00036056 m3

Massa campuran bahan bakar dan udara :

Dengan tekanan 1,03 atm atau 104,3647 kPa dan volume silinder 0,00036056 m3 pada temperatur 300 K, massa campuran bahan bakar udara adalah :

mm =

=

= 0,00043704 kg

Massa udara pembakaran (mc) dan massa bahan bakar (mf) :

Sejumlah udara dihisap masuk ke dalam silinder dengan

perbandingan 14,7 : 1 terhadap bahan bakar pada tekanan konstan. Udara

(65)

dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB). Untuk 1 kg bahan

Tekanan dan temperatur udara sekitar mesin dapat digunakan untuk

mencari densitas udara dengan persamaan sebagai berikut :

=

bergerak dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA)

Campuran bahan bakar dan udara yang berada didalam silinder

ditekan dan dimampatkan oleh torak yang bergerak ke titik mati atas.

(66)

P2 = P1

= 104,3647 = 2621,52274 kPa

Temperatur pada titik 2 :

Campuran bahan bakar dan udara yang dimampatkan oleh torak yang

bergerak ke titik mati atas (TMA) juga mengakibatkan suhu dalam silinder

naik menjadi T2

T2 = T1

= 300

= 753,565929 K

V2 =

=

0,000036056 m3

(67)

Kerja persiklus 1-2

Kerja yang diserap selama langkah kompresi isentropik untuk satu

silinder dalam satu siklus adalah sebagai berikut :

W1-2 =

= - 0,14222797 kj

Proses 2-3 : Penambahan kalor pada volume konstan

Kalor masuk

Bahan bakar yang digunakan adalah BENSIN dengan nilai kalori

bahan bakar 44400 kj/kg[20] dan diasumsikan terjadi pembakaran sempurna,

nc = 1

Qin = mfQHVnc

= 0,000026723 44400 = 1,18652589 kJ Temperatur pada titik 3 :

(68)

T3 =

=

T3 = 4534,76991 K

T3= Tmaks

Dari diagram P-v siklus Otto ideal (Gambar 2.5) dapat dilihat bahwa

V3 sama dengan V2

V3 = V2 = 0,000036055 m3

Seiring dengan bertambahnya temperatur selama siklus tertutup

volume konstan, maka bertambah pula tekanan didalam silinder.

P3 = P2

= 2621,52274

= 15775,6634 kPa

(69)

P3 = P maksimum

Proses 3-4 : Langkah Ekspansi isentropik

Temperatur pada titik 4 :

Setelah torak mencapai titik mati bawah (TMB) sejumlah kalor

dikeluarkan dari dalam silinder sehingga temperatur fluida kerja akan turun

menjadi T4 .

T4 = T3

= 4534,76991

= 1805,32442 K

Begitu juga dengan tekanan didalam silinder, mengalami penurunan

menjadi P4 .

P4 = P3

= 15775,6634

(70)

Volume pada titik 4

Dari diagram P-v siklus Otto (Gambar 2.5) dilihat bahwa V4 sama dengan V1.

V4 = V1 = 0,00036056 m3

Kerja 3- 4 :

Tekanan tinggi yang disertai pembakaran didalam silinder, membuat

piston terdorong kembali ke titik mati bawah (TMB). Gerakan piston tersebut

menghasilkan kerja sebesar W3-4 .

W3-4 =

= –

= 0,85589207 kJ

Proses 4 – 1 : Proses pembuangan kalor pada volume konstan

Kalor yang dibuang :

Pada saat torak mencapai titik mati bawah (TMB) kalor dibuang

sebesar Q4-1..

Q4-1 = Qout = mmcv (T1 –T4)

(71)

= 0,47236447 kJ

Kerja satu siklus :

Kerja yang dihasilkan dari satu siklus termodinamika adalah sebagai

berikut :

Wnett = W1-2 W3-4

= -0,14222797 085589207

= 0,7136641 kJ

4.2.2. Parameter performance mesin

Tekanan efektif rata rata

Didefenisikan sebagai suatu tekanan yang dibayangkan bekerja pada

permukaan piston pada langkah kerja, sehingga dapat dirumuskan sebagai

berikut :

mep = Wnett /Vd

Dengan nilai Wnett = 0,7136641 kJ dan besarnya volume langkah (Vd) = 0,0003245 m3

Maka besarnya tekanan efektif rata rata adalah :

mep =

(72)

Daya indikator

besarnya laju panas akibat pembakaran didalam silinder.

Besarnya daya indikator (Wi) pada putaran 3200 RPM dapat dirumuskan sebagai berikut :

Wi =

19,0310 kW

Untuk 4 silinder = 4 19,0310 kW = 76,1241 kW

sebagai daya poros (brake horse power) dengan besar torsi 120 Nm yang diperoleh dari spesifikasi mesin halaman 34, maka torsi dapat dihitung

berdasarkan persamaan :

Wb = 2 3,14

120

(73)

Besarnya torsi pada putaran 6000 rpm dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan :

100,31 N.m

Konsumsi bahan bakar spesifik (sfc)

Secara tidak langsung konsumsi bahan bakar merupakan indikasi

efisiensi dalam menghasilkan daya dari pembakaran bahan bakar. Laju aliran

bahan bakar sebesar 0,000026724 kg/det dan daya poros (Wb)¸sebesar 40,192 kW maka konsumsi bahan bakar spesifik pada putaran 3200 RPM diperoleh sebagai berikut :

sfc =

= 0,000070923 kg/Kw –det

(74)

Efisiensi thermal

Efisiensi ini merupakan indikasi sesungguhnya dari konvensi energi

input thermodinamika menjadi energi mekanis.

Merupakan perbandingan antara daya poros dengan (Wb) dengan daya indikator (Wi) dengan daya poros sebesar 40,192 dan daya indikator 76,1241 maka besarnya efisiensi mekanis dapat diketahui dengan rumus

(75)

Efisiensi volumetrik

Merupakan indikasi sejauh mana volume sapuan (swept volume)

mesin tersebut dapat terisi fluida kerja. Dengan massa udara sebesar

0,000392836 kg, densitas udara 1,21213356 kg/m3,dan besar volume langkah 0,0003245 m3, maka efisiensi volumetrik dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

v

0,9987

(76)

Berikut adalah tabel dan grafik performance mesin Daihatsu Terios D99B dan mesin non VVT-i

Tabel 4.1. Torsi Mesin

Putaran

(RPM) TORSI (Nm)

VVT- i

Non VVT- i

1500 31,83 25,31

2000 42,45 33,42

2500 53,07 41,78

3000 63,67 50,14

3500 74,29 58,50

4000 84,9 66,86

4500 95,52 75,22

5000 106,14 83,58

5500 116,75 91,94

(77)

Gambar 4.1. Grafik Torsi Mesin Daihatsu Terios dan mesin non VVT-i

Pada putaran 1500 rpm pada mesin Daihatsu Terios D99B torsi yang

dihasilkan sebesar 31,83 Nm dan sedangkan pada mesin non VVT-i torsi

yang dihasilkan sebesar 25,31 Nm. Sehingga terjadi peningkatan sebesar

6,52 Nm. Hingga 6000 Rpm torsi yang dihasilkan mesin Daihatsu terios

cenderung lebih besar dibanding dengan mesin non VVT-i, ini disebabkan

oleh teknologi VVT-I yang memakai DOHC (Double Over Head Chamsaft)

dimana cam atau nok menjadi profil cam pada poros yang membuat katup

isap atau katup masuk dapat bekerja secara tepat dan fleksibel sesuai dengan

putaran mesin Pada saat bekerja pada putaran rendah, mesin hanya

memerlukan campuran udara dan bahan bakar yang lebih sedikit, karena

tenaga yang harus dihasilkan tidak perlu besar.

0

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000

(78)

Tabel 4.2 Daya Mesin

Putaran (RPM)

Daya (KW)

VVT-i

Non

VVT -i

1500 19,99 15,9

2000 26,66 20,99

2500 33,33 26,24

3000 39,99 31,49

3500 46,66 36,74

4000 53,32 41,99

4500 59,99 47,24

5000 66,66 52,49

5500 73,32 57,74

(79)

Gambar 4.2 Grafik Daya mesin Daihatsu Terios D99B dan mesin non VVT-i

Putaran 1500 Rpm daya yang dihasilkan pada mesin Daihatsu Terios

lebih besar yaitu 19,99 kW, dibanding dengan mesin non VVT-i daya yang

dihasilkan sebesar 15,90 kW. Sehingga terjadi peningkatan daya sebesar 4,09

kW pada mesin Daihatsu Terios D99B. Begitu juga pada putaran 2000 Rpm

hingga 6000 Rpm Daya yang di hasilkan mesin VVT-i lebih besar. OCV

(Oil Control valve) pada saat mesin idling OCV menerima masukan dari sensor sensor selanjutnya plunger OCV bergerak maju dan membuka katup

aliran oli masuk menekan di depan sudu sudu atau blade control VVT-i,

sehingga putaran, roda control VVT-i menggeser maju membuat poros cam

tertinggal putarannya. Dengan tertinggalnya poros cam membuat katup

masuk lebih lambat, jadi tenaga yang dihasilkan mesin juga kecil sebanding

dengan konsumsi bahan bakar yang masuk ke silinder mesin.

0

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000

(80)

(81)

Gambar 4.3. Grafik SFC dan putaran mesin Daihatsu Terios D99B dan mesin non VVT-i

Pada putaran yang sama yaitu 1500 Rpm, konsumsi bahan bakar

mesin Daihatsu Terios sebesar 85,3238 gr/kw-jam, sedangkan pada mesin

non VVT-i sebesar 119.6900 gr/kw-jam. Sehingga pemakaian bahan bakar

berkurang menjadi 34,3662 gr/kw-jam. Dengan adanya sistem VVT-i, saat

bekerja pada putaran rendah waktu buka katup isap tidak perlu lama, waktu

buka katup diperlambat dan tutupnya dipercepat sehingga bahan bakar yang

diperlukan mesin tetap sedikit, selanjutnya, bila saat percepatan, hal itu akan

menyebabkan kebutuhan mesin akan bahan bakar dan udara makin besar,

katup isap membuka lebih cepat dan waktu menutup diperlambat, artinya

waktu buka katup masuk lebih lama. Dengan demikian, jumlah udara dan

bahan bakar yang masuk kedalam mesin jadi lebih banyak.

Pada mesin non VVT-i waktu buka dan tutup katup isap selalu sama,

baik saat bekerja pada putaran rendah maupun tinggi, kondisi ini akan

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000

(82)

membuat mesin tidak bekerja secara optimal dan efisien, baik pada putaran

rendah maupun saat putaran tinggi. Sebaliknya bila mesin melakukan

percepatan, kerja mesin pada putaran tinggi akan tersendat, selain itu

(83)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Adapun kesimpulan dan saran yang dapat diperoleh adalah sebagai

berikut :

a. Pada mesin Daihatsu Terios yang berteknologi VVT-i lebih

mengoptimalkan torsi mesin pada setiap kecepatan dan kondisi

pengemudian yang menghasilkan konsumsi bahan bakar yang efisien

dan tingkat emisi bahan bakar yang sangat rendah, Torsi yang

dihasilkan pada 3500 RPM yang dihasilkan sebesar 74,29 Nm

sedangkan pada Mesin non VVT-i sebesar 58,50 Nm. Sehingga

kenaikan torsi mesin bertambah 15,79 Nm.

b. Dari hubungan putaran mesin dan daya mesin dari gambar 3.1, pada

mesin Daihatsu Terios daya yang dihasilkan pada putaran 3500 Rpm

sebesar 46,66 kw, daya meningkat seiring dengan bertambahnya

putaran mesin, sampai 6000 RPM mesin yang berteknologi VVT-I

lebih unggul. Perbedaan yang paling signifikan juga pada putaran

6000 Rpm, yaitu pada mesin VVT-i daya yang dihasilkan sebesar

79,99 kW sedangkan non VVT-i 62,99 kW.

c. Untuk putaran 3500 RPM pada mesin Daihatsu Terios pemakaian

bahan bakar sebesar 199,0890 gr/kw-jam, sedangkan pada mesin non

VVT-i pemakaian bahan bakar pada putaran 3500 RPM sebesar

279,2768 gr/kw-jam, sehingga terjadi penghematan sebesar 80,1878

(84)

d. Dari gambar 4.1 grafik torsi mesin Daihatsu terios dan mesin non

VVT-i dapat dilihat bahwa torsi meningkat seiring dengan

bertambahnya putaran mesin, begitu juga pada gambar 4.2 grafik

daya mesin Daihatsu terios D99B dan mesin non VVT-i. Daya

bertambah seiring dengan bertambahnya putaran mesin

e. Adanya perbedaan konsumsi bahan bakar yang signifikan antara

mesin yang Daihatsu terios dan mesin non VVT-i. Ini dapat dilihat

dari gambar 4.3 grafik SFC (specific fuel consumption) mesin Daihatsu terios D99B dan mesin non VVT-i, pada putaran 6000

Rpm.

5.2. Saran

a. Pilihlah bensin tanpa timbal dengan angka oktan 91 atau lebih tinggi

untuk menghindari adanya kocking.

b. Untuk mobil yang memiliki catalytic converter, jangan menghi dupkan kenderaan dalam kondisi lebih dari 20 menit. Jika mesin di

hidupkan dalam waktu lama pada kondisi diam, kenaikan suhunya

akan melebihi ambang batas aman. Selanjutnya, catalytic converter

(85)

DAFTAR PUSTAKA

1. Drs. Boentarto. Cara Pemeriksaan, penyetelan dan perawatan

KELISTRIKAN MOBIL. ANDI OFFSET Yogyakarta.

2. BPM. Arends H.Berenschot. MOTOR BENSIN. ERLANGGA

3. TIM WACAN INTELEKTUAL. ENGINEERING DICTIONARY.

WIPPRESS

4. PT. ASTRA DAIHATSU MOTOR TRAINING CENTER,

DAIHATSU TERIOS D99B. Manual Book.

5. POLITEKNIK UNIVERSITAS ANDALAS. TERMODINAMIKA 2,

COURSE NOTE

6. WAHYU HIDAYAT,ST. Motor Bensin MODERN, Rineka

Cipta,2012

7. Willard W. Pulkrabek. Enginering Fundamentals of the Internal

Combustion Engine. Prentice Hall Upper saddle River, New Jersey

07458

(86)

9. http://www.kaverwerter.eu/assets/image/AutomotiveCatalyticConvert

er.jpg

10.www.Daihatsu.co.id/TechnologyInd.asp

11.http://www.mit.edu/16.unified/www/spring/propulsion/notes/node25.

html#5:ottoReal

12.http://www.panavi.kz/4runner/215/NCF/1gr-fe_vvtisystempdf

13.http://en.wikipedia.org/wiki/variable_valve_timing

14.http://en.wikipedia.org/wiki/fourstroke_cycle

15.http://webhome.idirect.com/sav/Exhaust/Image12.gif

16.http://www.ASTRA.DIHATSU.co.id

17.http://www.kaverwerter.eu/assets/image/.Crhansaftpositionsensor.jpg

18.http://www.kaverwerter.eu/assets/image/.Electroniccontrolunit.jpg

19.http://www.kaverwerter.eu/assets/image/.Oilcontrolvalve.jpg

(87)

(88)

(89)

(90)

(91)