x Langkah mm Rasio kompresi
18.5 : 1 Output maksimum
75 kW 3600 rpm Momen maksimum
200 N.m 4000 rpm
Dimensi Katup mm
Diameter Katup masuk Intake
36 Katup buang Exhaust
29 Panjang
100 Penjang Connecting
Rod mm 167
Angka Cetane Bahan Bakar
48 atau lebih tinggi
Valve timing Intake
Buka 2
o
BTDC Tertutup
31
o
ABDC Exhaust
Buka 30
o
BBDC Tertutup
o
ATDC Sumber: Toyota Kijang Innova Leaflet dan Lit.6
4.2 Analisa Termodinamika Proses 6-1 :
Langkah hisap, tekanan konstan, katup hisap terbuka dan katup keluar tertutup. Udara dianggap sebagai gas ideal. Udara dihisap masuk ke
silinder dengan tekanan 100 kPa pada temperatur 27
o
C atau 300 K, maka : P
= 100 kPa T
1
= 300 K r
c
= 18,5 B = 9,2 cm
S = 9,38 cm R = 0,287 kJkg-K
C
v
= 0,718 kJkg-K C
p
= 1,005 kJkg.K Volume langkah:
Universitas Sumatera Utara
Merupakan volume dari langkah torak dari titik mati bawah TMB ke titik mati atas TMA. Kapasitas 4 silinder adalah 2494 cc, maka volume langkah
untuk satu silinder adalah:
4 2494
= Vd
Vd = 623,5 cc = 6,235 x 10
-4
m
3
Volume sisa: Merupakan volume minimum silinder pada saat torak berada di titik mati
atas TMA. Dengan rasio kompresi sebesar 18,5:1 dan volume langkah sebesar 6,235 x 10
-4
m
3
maka besarnya volume sisa adalah:
c c
d c
V V
V r
+ =
c c
V V
m x
+ =
− 3
4
10 235
, 6
5 ,
18 Vc = 3,562 x 10
-5
m
3
Volume pada titik 1: Merupakan hasil penjumlahan volume langkah Vd dengan volume sisa
Vc.
c d
V V
V +
=
1
V
1
= 6,235 x 10
-4
m
3
+ 3,562 x 10
-5
m
3
= 6,5912 x 10
-4
m
3
Massa campuran bahan bakar dan udara : Dengan tekanan 100 kPa dan volume silinder 6,5912 x 10
-4
m
3
pada temperatur 300 K, maka massa campuran bahan bakar dan udara adalah:
Universitas Sumatera Utara
kg K
K kg
kJ m
kPa RT
V P
m
m
4 3
4 1
1 1
10 655
, 7
300 .
287 ,
10 5912
, 6
100
− −
× =
× ×
× =
=
Massa udara pembakaran ma dan massa bahan bakar mf: Untuk menentukan massa bahan bakar yang diinjeksikan pada satu siklus
dapat diperoleh dari persamaan Air Fuel Ratio AF dibawah ini. AF
= Berdasarkan data bahan bakar isooctane pada tabel A-2 Properties Of
Fuels pada lampiran I, Air Fuel Ratio AF = 15,0. Dimana m
a
+ m
f
= m
m
= 7,655 x 10
-4
kg. Maka, massa bahan bakar yang diinjeksikan m
f
setiap satu siklus adalah:
kg mf
mf mf
kg
5 4
10 784375
, 4
10 655
, 7
, 15
− −
× =
− ×
=
Maka, massa udara m
a
yang masuk dalam silinder adalah: = m
m
– m
f
= 7,655x10
-4
kg – 4,784375x10
-4
kg = 2,870x10
-4
kg Densitas udara
a
ρ : Tekanan dan temperatur udara sekitar mesin dapat digunakan
untuk mencari densitas udara dengan persamaan matematika sebagai berikut:
3 1
1
1614 ,
1 300
. 287
, 100
m kg
K K
kg kJ
kPa RT
P
a
= ×
= =
ρ
Sesuai dengan persamaan [2.1] maka kerja yang terjadi pada titik 6-1 adalah dihitung berdasarkan persamaan berikut ini:
Universitas Sumatera Utara
6 1
1 6
V V
P W
− =
−
........ dimana P
o
= P
1
kJ m
m kPa
06235 ,
10 562
, 3
10 5912
, 6
100
3 5
3 4
= ×
− ×
× =
− −
Proses 1-2 : Langkah kompresi isentropik, semua katup tertutup. Torak
bergerak dari titik mati bawah TMB ke titik mati atas TMA. Tekanan pada titik 2 :
Campuran bahan bakar dan udara yang berada di dalam silinder ditekan dan dimampatkan oleh torak yang bergerak ke titik mati atas TMA. Akibatnya,
tekanan dalam silinder naik menjadi P
2.
Nilai dari P
2
dapat kita hitung sesuai dengan persamaan [2.3] yaitu:
k c
r P
P
1 2
= = 100 kPa x 18,5
1,4
= 5943,4747 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 T
2
. Nilai dari T2 dapat kita kita hitung sesuai dengan persamaan [2.2] yaitu:
1 1
2 −
=
k c
r T
T
= 300 K x 18,5
1,4-1
= 963,8067 K
Volume pada titik 2: Nilai dari V
2
dapat kita hitung sesuai dengan persamaan [2.4] yaitu:
2 2
2
P RT
m V
m
=
Universitas Sumatera Utara
kPa K
K kg
kJ kg
4747 ,
5943 8067
, 963
. 287
, 10
655 ,
7
4
× ×
× =
−
= 3,562 x 10
-5
m
3
Adapun cara lain yang dapat digunakan untuk mendapatkan nilai V
2
adalah:
c
r V
V
1 2
=
3 5
4
10 562
, 3
5 ,
18 10
5912 ,
6 m
− −
× =
× =
V
2
= V
c
Kerja persiklus 1-2: Kerja yang diserap selama langkah kompresi isentropik untuk satu silinder
dalam satu siklus dapat kita hitung sesuai dengan persamaan [2.6] sebagai berikut:
k T
T R
m W
m
− −
=
−
1
1 2
2 1
4 ,
1 1
300 8067
, 963
287 ,
10 655
, 7
4
− −
× ×
=
−
= -0,3645 kJ
Proses 2-3: Penambahan kalor pada tekanan konstan.
Kalor masuk: Q
HV
merupakan nilai kalor panas dari bahan bakar. Berdasarkan Tabel A- 2 pada Lampiran 1, nilai kalor panas dari cetane adalah 43.980 kJkg dan
diasumsikan terjadi pembakaran sempurna 1
=
c
η . Maka, kalor masuk pada
kondisi tekanan konstan dapat kita hitung sesuai dengan persamaan [2.7] adalah sebagai berikut:
c HV
f in
Q m
Q
η
=
Universitas Sumatera Utara
kJ kg
kJ kg
1041 ,
2 1
43980 10
784375 ,
4
5
= ×
× ×
=
−
Volume pada titik 3: Volume pada titik 3 dapat kita peroleh dengan menggunakan rumus
berikut ini Lit.1 hal 101:
3 3
3
P T
R m
V
m
× ×
=
3 4
4
10 3808
, 1
4747 ,
5943 4728
, 3735
. 287
, 10
655 ,
7 m
kPa K
K kg
kJ
− −
× =
× ×
× =
Temperatur pada titik 3: Sesuai dengan persamaan matematika [2.7] dimana
2 3
T T
C m
Q
p m
in
− =
maka nilai T
3
dapat kita hitung sebagai berikut:
p m
p m
in
C m
T C
m Q
T
2 3
+ =
K K
kg kJ
kg K
K kg
kJ kg
kJ 7428
, 3735
. 005
, 1
10 655
, 7
8067 ,
963 .
005 ,
1 10
655 ,
7 104
, 2
4 4
= ×
× ×
× ×
+ =
− −
maks
T T
=
3
Tekanan pada titik 3: Sesuai dengan Gambar 2.2 Diagram p-v jelas terlihat bahwa tidak ada
perubahan tekanan mulai titik 2 hingga titik 3 ekivalen, walaupun terjadi peningkatan temperatur.
Maka P
2
= P
3
= P
maks
= 5943,4747 kPa. Sesuai dengan persamaan [2.10] maka kerja yang terjadi pada titik 2-3
dapat kita hitung sebagai berikut:
2 3
2 3
2
V V
P W
− =
−
Universitas Sumatera Utara
kJ m
m kPa
6089 ,
10 562
, 3
10 3808
, 1
4747 ,
5943
3 5
3 4
= ×
− ×
× =
− −
Proses 3-4: Langkah isentropik
Volume pada titik 4: Berdasarkan diagram p-v siklus diesel pada Bab II sebelumnya terlihat
jelas bahwa:
4 1
4
10 5912
, 6
−
× =
= V V
m
3
Temperatur pada titik 4: Setelah torak mencapai titik mati bawah TMB sejumlah kalor
dikeluarkan dari dalam silinder sehingga temperatur fluida kerja akan turun menjadi T
4
. Nilai dari T
4
dapat kita hitung dengan persamaan [2.14] berikut ini:
1 4
3 3
4 −
=
k
V V
T T
K m
K 1412
, 1999
10 5912
, 6
10 3808
, 1
7428 ,
3735
4 ,
4 3
4
=
×
× =
− −
Tekanan pada titik 4: Tekanan pada titik 4 di dalam silinder akan mengalami penurunan setelah
titik 3. Nilai dari P
4
dapat kita hitung sesuai dengan persamaan [2.15] di bawah ini:
k
V V
P P
=
4 3
3 4
kPa m
m kPa
3052 ,
666 10
5912 ,
6 10
3808 ,
1 4747
, 5943
4 ,
1 3
4 3
4
=
×
× =
− −
Kerja persiklus 3-4:
Universitas Sumatera Utara
Untuk kerja yang dihasilkan selama langkah ekspansi
4 3
−
W dapat
ditentukan berdasarkan persamaan [2.16] berikut ini:
k T
T R
m W
m
− −
× ×
=
−
1
3 4
4 3
kJ K
K K
kg kJ
kg 9538
, 4
, 1
1 7428
, 3735
1412 ,
1999 .
287 ,
10 655
, 7
4
= −
− ×
× ×
=
−
Proses 4-5:
Titik 5 merupakan proses langkah buang atau disebut juga proses exhaust blowdown dimana katup keluar terbuka dan katup hisap tertutup. Sesuai dengan
persamaan [2.17] maka volume pada titik 5 V
5
sama dengan volume pada titik 4 =
3 4
1 4
10 5912
, 6
m V
V V
BDC −
× =
= =
. Sedangkan temperatur pada titik 5 T
5
sama dengan temperatur pada titik 1 T
1
, ini dibuktikan dari persamaan [2.19] berikut ini: =
=
v m
C m
=
4 1
T T
C m
v m
−
kJ K
K K
kg kJ
kg 9339
, 1412
, 1999
300 .
718 ,
10 655
, 7
4
− =
− ×
× ×
=
−
Maka, Sesuai dengan persamaan [2.18] maka kerja
5 4
=
−
W
Proses 5-6:
Universitas Sumatera Utara
Titik 6 merupakan proses langkah buang pada tekanan konstan .
Untuk kerja yang dihasilkan pada proses 5- 6
6 5
−
W dapat dihitung berdasarkan
persamaan [2.21] berikut ini:
1 6
5 6
6 5
V V
P V
V P
W −
× =
− ×
=
−
Sesuai dengan gambar 2.2 diagram p-v, maka nilai P
o
– P
1
= 100 kPa.
1 6
1 6
5
V V
P W
− ×
=
−
kJ m
m kPa
06235 ,
10 5912
, 6
10 562
, 3
100
3 4
3 5
− =
× −
× ×
=
− −
W nett Kerja satu siklus:
Kerja yang dihasilkan dalam satu siklus kerja dapat dihitung berdasarkan persamaan dibawah ini:
6 5
5 4
4 3
3 2
2 1
1 6
− −
− −
− −
+ +
+ +
+ =
W W
W W
W W
W
nett
kJ kJ
kJ kJ
kJ 1982
, 1
06235 ,
9538 ,
6089 ,
3645 ,
06235 ,
+ =
− +
+ +
+ +
+ −
+ +
=
Sehingga, kerja yang dihasilkan dalam satu siklus kerja dari motor bensin Kijang Innova 2KD-FTV adalah 1,1982 kJ
Untuk effisiensi termal dari satu siklus kerja dari motor bensin Kijang Innova 2KD-FTV dapat dihitung berdasarkan persamaan [2.22] dibawah ini:
in nett
th
Q W
= η
94 ,
56 5694
, 104
, 2
1982 ,
1
= =
= kJ
kJ
4.3 Parameter Performansi Mesin Diesel Toyota Kijang Innova Tipe 2KD- FTV