Analisa Performansi Pada Mobil Toyota Kijang Innova Mesin Diesel Tipe 2KD-FTV

ANALISA PERFORMANSI PADA MOBIL TOYOTA

KIJANG INNOVA MESIN DIESEL TIPE 2KD-FTV

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

CHANDRA MANAHAN HUTAPEA NIM. 090421026

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan karuniaNya yang telah dilimpahkan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini.

Skripsi ini merupakan salah satu persyaratan menyelesaikan pendidikan pada Departemen Teknik Mesin. Adapun judul Skripsi ini adalah “Analisa Performansi Pada Mobil Toyota Kijang Innova Mesin Diesel Tipe 2KD-FTV”.

Dalam penyelesaian Skripsi ini tidak terlepas dari bantuan dan dukungan yang diberikan oleh berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Kedua Orangtua penulis Ayahanda P. Hutapea dan Ibunda H. br. Siregar. Terima kasih atas doa dan dukungan yang tiada henti-hentinya baik moril maupun materil hingga skripsi ini dapat diselesaikan.

2. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus,ST,MT sebagai Dosen Pembimbing Skripsi yang telah banyak memberikan waktu dan bimbingan, hingga skripsi ini dapat diselesaikan.

3. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Ir.Mulfi Hazwi,MSc dan bapak Dr.Eng.Himsar Ambarita, ST,MT sebagai dosen penguji I, II yang menyempurnakan skripsi saya. 5. Abang saya Sihar M. Hutapea,S.Kep dan adik saya Boby B. Hutapea, ST terima kasih atas dukungan doa dan semangat hingga skripsi ini dapat diselesaikan.

6. Seluruh Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara atas pelayanan yang baik selama ini.

7. Teman-teman saya stambuk 2009 Ekstensi yang juga sedang berjuang dalam skripsi, terima kasih atas kebersamaannya.

8. Dan kepada pihak-pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu, atas doa dan dukungannya.

Penulis menyadari masih adanya kekurangan dalam Skripsi ini. Oleh karena itu, sangat diharapkan kritik dan saran yang membangun demi penyempurnaan Skripsi ini.

Medan, Oktober 2011

Chandra M. Hutapea NIM. 090421026

ABSTRAK

Direct Four Stroke Turbo Commonrail Injection yang dikenal dengan

D4D merupakan kemajuan teknologi pada industri otomotif khususnya dalam hal penyempurnaan performansi mesin. D4D adalah teknologi pengaturan laju tekanan bahan bakar dari sisi kuantitas dan waktu penyemprotan bahan bakar secara elektronik.

Kelebihan yang dimiliki oleh mesin D4D adalah dengan penggunaan sistem commonrail dimana bahan bakar solar akan dihisap oleh pompa bahan bakar melalui saringan bahan bakar agar dapat menghasilkan kualitas bahan bakar solar dengan tingkat emisi gas buang yang sangat rendah. Disamping itu dengan adanya teknologi ini akselerasi dan performa yang dihasilkan sangat optimal beserta tingkat getaran dan suara mesin yang lebih halus.

Motor Diesel memiliki efisiensi termal dan performansi yang lebih baik serta dapat menghasilkan energi yang relatif besar. Efisiensi termal yang merupakan indikasi sesungguhnya dari konversi input termodinamika menjadi kerja mekanis mencapai 56,94 %. Hal ini membuktikan bahwa mobil ini telah mempunyai efisiensi yang sudah bagus. Disamping itu untuk putaran 2000 rpm didapatlah daya sebesar 41,8667 kW. Hasil analisa secara keseluruhan membuktikan bahwa mobil ini memiliki performa yang baik.

DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL

LEMBAR PERSETUJUAN DOSEN PEMBANDING LEMBAR PERSETUJUAN DOSEN PENGUJI LEMBAR TUGAS SARJANA

LEMBAR KESIMPULAN SEMINAR DOSEN PEMBANDING I LEMBAR KESIMPULAN SEMINAR DOSEN PEMBANDING II LEMBAR ABSENSI PEMBANDING BEBAS

LEMBAR KARTU BIMBINGAN

KATA PENGANTAR... ...i

ABSTRAK...ii

DAFTAR ISI...iii

DAFTAR TABEL...vi

DAFTAR GAMBAR ...vii

DAFTAR NOTASI...viii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang...1

1.2 Batasan Masalah...2

1.3 Tujuan Akademis...3

1.4 Manfaat...3

1.5 Sistematika Penulisan...3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Dasar...6

2.2 Motor Diesel...7

2.2.1 Sejarah Mesin Diesel...7

2.2.2 Prinsip Kerja Motor Bakar Diesel...8

2.2.3 Siklus Ideal Diesel...11

2.2.4 Siklus Dual Cycle...15

2.2.5 Kelebihan dan Kekurangan Mesin Diesel...16

2.2.6 Teknologi Diesel Sistem Common Rail...17

2.2.7 Perbedaan Diesel Common Rail dengan Diesel Konvensional...18

2.3 Parameter Performansi/Unjuk Kerja Mesin Diesel...19

2.3.1 Tekanan efektif rata-rata ...19

2.3.2 Daya Indikator...19

2.3.3 Torsi dan Daya...20

2.3.4 Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc)...20

2.3.5 Emisi Gas Buang Pada Motor Diesel………..21

2.3.5.1 Pembentukan Karbon Monoksida (CO)...21

2.3.5.2 Pembentukan Hidrokarbon (HC)...22

2.3.5.3 Pembentukan Nitrogen Oksida (NOx)...23

2.3.5.4 Pembentukan Partikulat (Particulate Matter)………...23

2.3.5.5 Pembentukan Emisi Asap (Smoke)….………..25

2.3.6 Efisiensi mekanis...25

2.3.7 Efisiensi Volumetrik ...26

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat...27

3.2 Bahan dan Alat...27

3.2.1 Bahan...27

3.2.2 Alat...28

3.3 Variabel Riset...28

3.4 Prosedur Analisa………29

3.4.1 Keterangan Diagram Alir………..………..30

3.4.1.1 Mulai………..………..………..30

3.4.1.2 Studi Literatur………. ………..30

3.4.1.3 Pencarian dan Pengumpulan Data………...…...30

3.4.1.4 Proses Perhitungan……….31

3.4.1.5 Kesimpulan dan Saran.………...31

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Awal...32

4.1.1 Dimensi Silinder………..………..32

4.2 Analisa Termodinamika...33

4.3 Parameter Performansi Mesin Diesel Toyota Kijang Innova Tipe 2KD-FTV………...………..42

4.3.1 Tekanan efektif rata-rata...42

4.3.2 Daya indikator...42

4.3.3 Torsi dan Daya………...44

4.3.4 Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc)……….46

4.3.5 Efisiensi mekanis………...48

4.3.6 Efisiensi Volumetrik...48

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan...49

5.2 Saran...50

DAFTAR PUSTAKA...51

LAMPIRAN

Lampiran A. Table A-2 Properties of Fuels

Lampiran B. Table A-2 Ideal-Gas Specific Heats of Various Common Gases

Lampiran C. Table A-2 Ideal-Gas Specific Heats of Various Common Gases (Continued)

Lampiran D. Spesifikasi Toyota Kijang Innova Mesin Diesel Tipe 2KD- FTV

Lampiran E. Data Hasil Pengukuran Kondisi Ruang Bakar Toyota Kijang Innova Mesin Diesel Tipe 2KD-FTV dengan menggunakan Intelligent Tester II

Lampiran F. Tabel Data Informasi Diagnostik Kijang Innova/2KD-FTV Lampiran G. Leaflet Spesifikasi Toyota Kijang Innova Secara Umum

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data Spesifikasi Mesin Toyota Kijang Innova Tipe 2KD-FTV...30

Tabel 4.2 Daya Indikator.……….………40

Tabel 4.3 Torsi Mesin………...44

Tabel 4.4 Daya Mesin….………..…...……….45

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Langkah Kerja Motor Diesel ...7

Gambar 2.2. Diagram P–v dan T–s siklus Diesel...9

Gambar 2.3. Diagram P – v dan diagram T – s (Lit. 4 hal. 68)………...…..13

Gambar 2.4. Sistem Diagram Common Rail (Sistem Bahan Bakar)………….….15

Gambar 2.5. Pembentukan Soot Particle ...21

Gambar 3.1. Diagram Alir Pengerjaan Skripsi...26

Gambar 3.2. Motor Diesel Toyota Kijang Innova Tipe 2KD-FTV...28

Gambar 4.1. Grafik Daya Indikator Mesin...40

Gambar 4.2. Kurva Kinerja Motor Diesel Toyota Kijang Innova Tipe 2KD-FTV [Lit.6]……….……41

Gambar 4.3. Grafik Daya Mesin………42

DAFTAR NOTASI

c

r = rasio kompresi

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

v

c = panas spesifik pada volume konstan (kJ/kg-K) atau (BTU/lbm-oR)

d

V = volume langkah (cc) atau (L) atau (in.3)

c

V = volume sisa (cc) atau (L) atau (in.3)

m

m = massa campuran bahan bakar dan udara (kg) atau (lbm)

a

m = massa udara (kg) atau (lbm)

f

m = massa bahan bakar (kg) atau (lbm)

a

ρ = massa jenis udara (kg/m3) atau (lbm/ft3)

HV

Q = nilai kalor bahan bakar (kJ/kg) atau (BTU/lbm)

c

η = efisiensi pembakaran

mep = tekanan efektif rata-rata (kPa) atau (atm) atau (psi)

Ẃi = daya indikasi (kW) atau (hp)

N = kecepatan mesin (RPM)

n = jumlah putaran dalam satu siklus

Ẃb = daya poros (kW) atau (hp)

sfc = konsumsi bahan bakar spesifik (gr/kW-h)

th

η = efisiensi thermal

m

η = efisiensi mekanis

v

η = efisiensi volumetrik

nett

W = kerja netto (kJ)

ḿf = laju aliran rata-rata bahan bakar (kg/sec)

ABSTRAK

Direct Four Stroke Turbo Commonrail Injection yang dikenal dengan

D4D merupakan kemajuan teknologi pada industri otomotif khususnya dalam hal penyempurnaan performansi mesin. D4D adalah teknologi pengaturan laju tekanan bahan bakar dari sisi kuantitas dan waktu penyemprotan bahan bakar secara elektronik.

Kelebihan yang dimiliki oleh mesin D4D adalah dengan penggunaan sistem commonrail dimana bahan bakar solar akan dihisap oleh pompa bahan bakar melalui saringan bahan bakar agar dapat menghasilkan kualitas bahan bakar solar dengan tingkat emisi gas buang yang sangat rendah. Disamping itu dengan adanya teknologi ini akselerasi dan performa yang dihasilkan sangat optimal beserta tingkat getaran dan suara mesin yang lebih halus.

Motor Diesel memiliki efisiensi termal dan performansi yang lebih baik serta dapat menghasilkan energi yang relatif besar. Efisiensi termal yang merupakan indikasi sesungguhnya dari konversi input termodinamika menjadi kerja mekanis mencapai 56,94 %. Hal ini membuktikan bahwa mobil ini telah mempunyai efisiensi yang sudah bagus. Disamping itu untuk putaran 2000 rpm didapatlah daya sebesar 41,8667 kW. Hasil analisa secara keseluruhan membuktikan bahwa mobil ini memiliki performa yang baik.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan akan kendaraan pada saat sekarang ini sangatlah tinggi demi menunjang aktivitas dan kegiatan sehar-hari. Kendaraan diharapkan dapat membantu perjalanan seseorang ataupun keluarga untuk melaksanakan kegiatan sehari-hari baik menuju tempat kerja, sekolah ataupun melakukan perjalanan jarak jauh ke luar kota. Pada sebagian besar orang timbul keragu-raguan untuk memilih kendaraan apa yang sesuai dengan aktivitas mereka.

Hal inilah yang menjadi bahan pemikiran dan masukan bagi mobil pabrikan toyota untuk mendesain mobil keluarga yang sesuai dengan kebutuhan masyarakat. Maka didesainlah mobil keluarga yaitu toyota kijang innova. Toyota kijang semakin berkembang dari waktu ke waktu hingga mengalami banyak perbaikan dan disain baru sesuai dengan kemajuan zaman. Hingga pada saat ini dikeluarkanlah toyota kijang innova sebagai inovasi baru dari berbagai faktor pertimbangan ilmu pengetahuan dan teknologi diantaranya disain bentuk yang ergonomis, aerodinamis, tangguh dan irit bahan bakar. Mobil toyota kijang innova ini terdiri dari dua pilihan mesin yaitu mesin bensin dan mesin diesel.

Toyota kijang innova dengan masing-masing pilihan mesin ternyata memiliki kelebihan dan ciri khas masing-masing. Pada seri mesin bensin Toyota Kijang Innova tipe 1TR-FE, mesinnya menggunakan teknologi

Variable Valve Timing Intelligent atau yang lebih dikenal dengan singkatan VVT-i yang berfungsi mengatur pola bukaan katup sehingga dapat memaksimalkan tenaga mesin pada saat tenaga besar dan sebaliknya dengan pemakaian bahan bakar yang sesuai kondisi. Pada seri mesin diesel Toyota Kijang Innova tipe 2KD-FTV menggunakan mesin D4D yang ternyata juga

D4D atau juga disebut Direct Four Stroke Turbo Commonrail Injection. Mesin ini menggunakan sistem injeksi Commonrail dimana bahan bakar solar akan dihisap oleh pompa bahan bakar melalui saringan bahan bakar (fuel filter) agar dapat menghasilkan kualitas bahan bakar solar dengan tingkat emisi gas buang yang sangat rendah. Bahan bakar ditekan pada jalur sebelum injektor Piezo dengan tekanan tinggi sebelum Engine Control Unit (ECU)

memerintahkan untuk diinjeksikan ke dalam ruang bakar. Sistem commonrail

akan mengatur laju tekanan bakan bakar secara elektronik, baik dari sisi banyaknya maupun waktu penyemprotan bahan bakar. Bahan bakar disemprotkan melalui injektor berlubang 6 dengan diameter 0.14 mm. Pada mesin ini terdapat ECU 32 bit yang berfungsi sebagai sensor utama mesin. Keunggulan mesin ini adalah akselerasi dan performa yang optimal, beserta tingkat getaran dan suara mesin yang lebih halus yang dapat dihasilkan beserta dengan tingkatan jumlah emisi gas buang yang lebih rendah.

1.2 Batasan Masalah

Mengingat begitu luasnya cakupan mesin diesel, maka masalah yang akan dibahas dalam Skripsi ini adalah analisa performansi pada mobil toyota kijang innova tipe 2KD-FTV mesin diesel yaitu sebagai berikut:

1. Mesin yang digunakan sebagai objek dalam analisa performansi ini adalah motor diesel empat langkah Toyota Kijang Innova 2KD-FTV 2. Analisa performansi yang dilakukan didahului dengan analisa secara

termodinamika kemudian dilanjutkan dengan analisa untuk mendapatkan nilai dari parameter-parameter performansi, diantaranya:

a. Daya b. Torsi

c. Konsumsi bahan bakar spesifik (Specific Fuel Consumption)

d. Emisi

3. Tidak membahas secara detail tentang emisi gas buang hasil proses pembakaran

4. Analisa performansi yang dilakukan dibatasi pada beban kerja dan rpm yang ditentukan.

1.3 Tujuan Akademis

1. Tujuan Umum

Untuk melengkapi persyaratan menyelesaikan akademis di Fakultas Teknik Program Pendidikan Sarjana Ekstensi Departemen Teknik Mesin.

2. Tujuan Khusus

Untuk mengetahui performansi dan kinerja mesin diesel yang berteknologi D4D atau juga disebut Direct Four Stroke Turbo Commonrail Injection pada seri Toyota Kijang Innova tipe 2KD-FTV.

1.4 Manfaat

1. Untuk menambah khasanah ilmu pengetahuan dan teknologi terkini di bidang teknik mesin khususnya otomotif pada mobil toyota kijang innova tipe 2KD-FTV mesin diesel dengan menguraikannya secara jelas.

2. Untuk mengetahui dan menambah wawasan tentang performansi dan kinerja mesin diesel pada mobil toyota kijang innova tipe 2KD-FTV sehingga mengerti dan memahami bagaimana kinerja mesin tersebut.

1.5 Sistematika Penulisan

Adapun sistematika penulisan skripsi ini akan diuraikan secara singkat sebagai gambaran isi pada masing-masing bab, yaitu:

1. Bab I Pendahuluan

Pada bab ini akan dibahas mengenai latar belakang dari judul skripsi disertai dengan hal-hal yang penulis ingin ungkapkan dan dapatkan, kemudian dilanjutkan dengan batasan masalah yaitu sejauh mana penulis mengerjakan skripsi ini dan hal-hal apa yang menjadi topik utama dalam skripsi ini. Kemudian dilanjutkan dengan tujuan yaitu apa yang penulis ingin capai atau

mempunyai nilai yang positif. Bagian akhir dari bab ini adalah sistematika penulisan skripsi yang harus diuraikan satu per satu sebagai gambaran singkat susunan dan isi skripsi yang ditulis.

2. Bab II Tinjauan Pustaka

Pada bab ini akan dibahas tentang teori-teori yang berhubungan dengan judul skripsi. Teori-teori yang disajikan berupa pengertian kemudian dilanjutkan dengan rumus-rumus yang akan dihitung nantinya. Teori-teori tersebut diambil dari berbagai sumber seperti buku bacaan, brosur-brosur, data dari tempat survei (survei lapangan) dan internet. Bahan-bahan tersebut akan digabungkan menjadi sebuah tulisan yang menjadi dasar teori dari judul skripsi yang memperkuat skripsi tersebut dengan data-data yang ada.

3. Bab III Metodologi Penelitian

Sebuah skripsi yang baik haruslah menggunakan teknik dan cara ataupun metode yang baik di dalam melakukan penelitian sebagai data pendukung dalam penyusunan skripsi. Karna skripsi ini adalah analisa, maka harus dilakukan survei ataupun penelitian. Pada bab ini akan dibahas tentang cara-cara yang dilakukan untuk mendapatkan data-data pendukung seperti spesifikasi dan juga disertai dengan teknik dan metode yang digunakan untuk menyelesaikan skripsi ini dalam bentuk flowchart (diagram alir). Setelah itu, akan diuraikan satu per satu tentang tahapan-tahapan yang dilakukan dalam penyusunan skripsi pada flowchart tersebut. Oleh karena itu, dengan membaca bab ini kita akan mengerti proses penyusunan skripsi ini.

4. Bab IV Analisa Data dan Pembahasan

Pada bab ini akan diuraikan tentang proses perhitungan dari data-data yang sudah di dapatkan. Perhitungan yang dilakukan berlandaskan teori pada bab dua dimana rumus-rumus tersebut akan digunakan untuk mendapatkan data-data hasil yang diinginkan. Proses perhitungan dan pembahasan akan disajikan secara teratur dan terangkai dengan baik. Hal-hal yang dianggap sangat penting akan diuraikan dengan menarik baik dengan menggunakan tabel atau grafik. Dari tabel ataupun grafik tersebut akan tampak secara jelas hasil yang diperoleh.

5. Bab V Kesimpulan dan Saran

Bab ini adalah bab yang terakhir yang berisikan intisari ataupun kesimpulan yang didapatkan dalam proses penyusunan skripsi dan hasil yang didapatkan. Bab ini akan menguraikan secara singkat hal-hal yang sangat penting tentang hasil yang diperoleh. Setelah itu, dilanjutkan dengan saran yang penulis anggap penting untuk kemajuan yang lebih baik.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Dasar

Jika meninjau jenis-jenis mesin, pada umumnya adalah suatu pesawat yang dapat merubah bentuk energi tertentu menjadi kerja mekanik. Misalnya, mesin listrik yang mana adalah sebuah 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.

Selain daripada itu, apabila ditinjau dari cara memperoleh sumber energi termal, jenis mesin kalor dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu :

1. Mesin pembakaran luar (external combustion engine). Mesin pembakaran luar adalah mesin dimana proses pembakaran terjadi diluar mesin, energi termal dari hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui beberapa dinding pemisah. Contohnya adalah mesin uap.

2. Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine). Mesin pembakaran dalam adalah mesin dimana proses pembakaran berlangsung di dalam mesin itu sendiri, sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja. Mesin pembakaran dalam ini umumnya dikenal dengan sebutan motor bakar. Contoh dari mesin kalor pembakaran dalam ini adalah, motor bakar torak dan turbin gas.

Motor diesel adalah jenis khusus dari mesin pembakaran dalam. Karakteristik utama dari mesin diesel yang membedakannya dari motor bakar yang lain terletak pada metode penyalaan bahan bakarnya. Dalam mesin diesel bahan bakar diinjeksikan ke dalam silinder yang berisi udara bertekanan tinggi. Selama proses pengkompresian udara dalam silinder mesin, suhu udara meningkat, sehingga ketika bahan bakar yang berbentuk kabut halus bersinggungan dengan udara panas ini, maka bahan bakar akan menyala dengan sendirinya tanpa bantuan alat penyala lain. Karena alasan inilah mesin diesel juga disebut mesin penyalaaan kompresi (Compression Ignition Engines).

Motor diesel memiliki perbandingan kompresi sekitar 11:1 hingga 26:1 jauh lebih tinggi dibandingkan motor bakar bensin yang hanya berkisar 6:1 hingga 9:1. Konsumsi bahan bakar spesifik mesin diesel lebih rendah kira-kira 25% dibanding mesin bensin namun perbandingan kompresinya yang lebih tinggi menjadikan tekanan kerjanya juga tinggi.

Sebagai jenis kedua motor bakar torak selain dari pada mesin diesel, motor bensin yang dikenal dengan mesin otto atau mesin Beau Des Rochas, penyalaan bahan bakarnya dilakukan oleh percikan bunga api listrik dari antara kedua elektroda busi. Sehingga mesin bensin dikenal dengan sebutan Spark Ignition Engine.

Disamping itu, klasifikasi motor bakar berdasarkan siklus langkah kerjanya, dibedakan atas dua jenis, yaitu:

1. Motor dua langkah (tak). Pengertian dari motor dua langkah adalah motor yang pada dua langkah piston (satu putaran engkol) sempurna akan menghasilkan satu tenaga kerja (satu langkah kerja).

2. Motor empat langkah (tak). Pengertian dari motor empat langkah adalah motor yang pada setiap empat langkah piston (dua putaran sudut engkol) sempurna menghasilkan satu tenaga kerja (satu langkah kerja).

2.2 Motor Diesel

2.2.1 Sejarah Mesin Diesel

Mesin diesel adalah sejenis mesin pembakaran dalam lebih spesifik lagi sebuah mesin pemicu kompresi dimana bahan bakar dinyalakan oleh suhu tinggi gas yang dikompresi dan bukan oleh alat berenergi lain seperti busi. Mesin ini ditemukan pada tahun 1892 oleh Rudolf Diesel yang menerima paten pada 23 Februari 1893. Diesel menginginkan sebuah mesin untuk dapat digunakan dengan berbagai macam bahan bakar termasuk debu batu bara. Dia mempertunjukkannya pada Exposition Universelle (Pameran Dunia) tahun 1900 dengan menggunakan minyak kacang. Kemudian diperbaiki dan disempurnakan oleh Charles F. Kettering.

Motor Diesel merupakan motor pembakaran dalam (Internal Combustion Engine), dimana bahan bakarnya disemprotkan kedalam silinder pada waktu torak hampir mencapai titik mati atas (TMA).

Oleh karena udara di dalam silinder mempunyai temperatur yang tinggi, maka bahan bakar akan terbakar dengan sendirinya. Motor Diesel umumnya mempunyai beberapa konstruksi utama diantaranya adalah torak, batang torak, poros engkol, katup, pompa bahan bakar bertekanan tinggi dan mekanisme penggerak lainnya.

Daya yang dihasilkan motor diesel diperoleh melalui pembakaran bahan bakar yang terjadi di dalam silinder. Hal ini menyebabkan gerakan translasi torak didalam silinder yang dihubungkan dengan poros engkol pada bantalannya melalui batang penghubung (Connecting Rod).

2.2.2 Prinsip Kerja Motor Bakar Diesel

Ketika gas dikompresi, suhunya meningkat (seperti dinyatakan oleh Hukum Charles; mesin diesel menggunakan sifat ini untuk menyalakan bahan bakar. Udara disedot ke dalam silinder mesin diesel dan dikompresi oleh piston yang merapat, jauh lebih tinggi dari rasio kompresi dari mesin menggunakan busi. Pada saat piston memukul bagian paling atas, bahan bakar diesel dipompa ke ruang pembakaran dalam tekanan tinggi, melalui nozzle atomising, dicampur dengan udara panas yang bertekanan tinggi. Hasil pencampuran ini menyala dan membakar dengan cepat.

Ledakan tertutup ini menyebabkan gas dalam ruang pembakaran di atas mengembang, mendorong piston ke bawah dengan tenaga yang kuat dan menghasilkan tenaga dalam arah vertikal. Rod penghubung menyalurkan gerakan ini ke crankshaft yang dipaksa untuk berputar, menghantar tenaga berputar di ujung pengeluaran crankshaft.

Scavenging yang mendorong muatan-gas yang habis terbakar keluar dari silinder, dan menarik udara segar kedalam mesin dilaksanakan oleh ports atau

valves. Untuk menyadari kemampuan mesin diesel, penggunaan turbocharger

untuk mendinginkan udara yang disedot masuk setelah kompresi oleh

turbocharger meningkatkan efisiensi.

Komponen penting dari mesin diesel adalah governor, yang membatasi kecepatan mesin mengontrol pengantaran bahan bakar. Mesin yang menggunakan pengontrolan elektronik canggih mencapai ini melalui Electronic Control Modul

(ECM) atau Electronic Control Unit (ECU) yang merupakan komputer dalam

mesin. ECM/ECU menerima kecepatan signal mesin melalui sensor dan menggunakan algoritma dan mencari tabel kalibrasi yang disimpan dalam

ECM/ECU, dia mengontrol jumlah bahan bakar dan waktu melalui aktuator

elektronik atau hidrolik untuk mengatur kecepatan mesin.

Mesin diesel tidak dapat beroperasi pada saat silinder dingin. Beberapa mesin menggunakan pemanas elektronik kecil di dalam silinder untuk memanaskan silinder sebelum penyalaan mesin. Lainnya menggunakan pemanas

resistive grid dalam intake manifold untuk menghangatkan udara masuk sampai mesin mencapai suhu operasi. Setelah mesin beroperasi pembakaran bahan bakar dalam silinder dengan efektif memanaskan mesin.

Dalam cuaca yang sangat dingin, bahan bakar diesel mengental dan meningkatkan viskositas dan membentuk kristal lilin atau gel. Ini dapat mempersulit pemompa bahan bakar untuk menyalurkan bahan bakar tersebut ke dalam silinder dalam waktu yang efektif, membuat penyalaan mesin dalam cuaca dingin menjadi sulit, meskipun peningkatan dalam bahan bakar diesel telah membuat kesulitan ini menjadi sangat jarang. Cara umum yang dipakai adalah untuk memanaskan penyaring bahan bakar dan jalur bahan bakar secara elektronik.

Gambar 2.1 Proses Kerja Motor Diesel Empat Langkah (Lit. 2 hal. 6)

Maka secara ringkas langkah-langkah kerja pada mesin diesel adalah sebagai

berikut:

1. Langkah Hisap

- Piston bergerak dari TMA ke TMB - Katup hisap terbuka.

- Katup buang tertutup.

- Terjadi kevakuman dalam silinder, yang menyebabkan udara murni masuk ke dalam silinder.

2. Langkah Kompresi

- Piston bergerak dari TMB ke TMA. - Katup hisap tertutup.

- Katup buang tertutup.

- Udara dikompresikan sampai tekanan dan suhunya menjadi 30 kg/cm2 dan 500°C.

3. Langkah Usaha

- Katup hisap tertutup. - Katup buang tertutup.

- Injektor menyemprotkan bahan bakar sehingga terjadi pembakaran yang menyebabkan piston bergerak dari TMA ke TMB.

4. Langkah Buang

- Piston bergerak dari TMB ke TMA. - Katup hisap tertutup.

- Katup buang terbuka.

- Piston mendorong gas sisa pembakaran keluar.

2.2.3 Siklus Ideal Diesel

Pada motor bakar mesin diesel, siklus yang berlangsung pada proses pembakaran adalah siklus diesel. Pada siklus ini tampak secara jelas dan diuraikan satu per satu proses perpindahan atau aliran yang berlangsung dari satu titik ke titik yang lain. Dengan memperhatikan gambar dan arah perpindahan maka kita akan memahami proses yang berlangsung pada grafik ini.

Gambar 2.2 Diagram P – v dan diagram T – s Siklus Ideal Diesel (Lit. 1 hal. 92)

Proses-proses yang terjadi pada siklus tersebut adalah: a. Proses 6-1. Tekanan konstan udara hisap pada Po.

Katup hisap terbuka dan katup keluar tertutup: Po

Entropy (s) 2

1 1

4

2 3

5 6

Volume spesifik (v)

Tekanan (P) Temperatur (T)

4 3

Keterangan:

0

P = tekanan pada titik 0 (kPa)

1

V = volume pada titik 1 (m3)

6

V = volume pada titik 6 (m3)

1 6−

W = kerja pada titik 6-1 (kJ)

b. Proses 1-2. Langkah kompresi isentropik Semua katup tertutup:

k T T R m W Q P RT m V V r P V V P V V P P r T V V T V V T T m m TDC k c k k k c k k − − = = = = = = = = = = − − − − − 1 / ) ( 0 / ) ( ) / ( ) / ( ) ( ) / ( ) / ( 1 2 2 1 2 1 2 2 2 1 2 1 1 2 1 1 2 1 1 1 2 1 1 1 2 1 1 2

Sumber: (Lit. 5 hal. 93) Keterangan:

1

P = tekanan pada titik 1 (kPa)

2

P = tekanan pada titik 2 (kPa)

1

T = temperatur pada titik 1 (K)

2

T = temperatur pada titik 2 (K)

1

V = volume pada titik 1 (m3)

2

V = volume pada titik 2 (m3)

2 1−

W = kerja pada siklus 1-2 (kJ)

R = konstanta gas (kJ/kg.K)

c. Proses 2-3. Tekanan Konstan Panas Masuk (Pembakaran) semua katup tertutup:

max 3 2 3 2 2 3 3 2 3 2 2 3 2 3 3 2 2 3 2 3 2 3 3 2 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 ( ) ( ) ( ) ( T T V V P u u Q W h h T T C Q Q T T C AF Q T T C m m T T C m Q m Q Q p in p c HV p f a p m c HV f in = − = − − = − = − = = − + = − + = − = = = − − − − η η [2.2] [2.3] [2.4] [2.5] [2.6]

[2.7 ] [2.8 ] [2.9 ] [2.10] [2.11]

Cut of Ratio :

2 3 2

3 V T /T

V − =

=

β [2.12]

Sumber: (Lit. 5 hal. 93) Keterangan:

3

P = tekanan pada titik 3 (kPa)

2

P = tekanan pada titik 2 (kPa)

3

T = temperatur pada titik 3 (K)

2

T = temperatur pada titik 2 (K)

HV

Q = heating value (kJ/kg)

in

Q = kalor yang masuk (kJ)

c

η = efisiensi pembakaran

m

m = massa campuran gas di dalam silinder (kg)

p

C = panas jenis gas pada tekanan konstan (kJ/kg.K)

3 2−

W = kerja pada titik 2-3 (kJ)

d. Proses 3-4: Langkah Insentropik atau langkah ekspansi: Semua katup tertutup:

Sumber: (Lit. 5 hal. 93) Keterangan:

4

P = tekanan pada titik 4 (kPa)

3

P = tekanan pada titik 3 (kPa)

3

T = temperatur pada titik 3 (K)

T = temperatur pada titik 4 (K)

[2.13] [2.14] [2.15] [2.16] ) ( ) ( ) 1 /( ) ( ) 1 /( ) ( ) / ( ) / ( ) / ( ) / ( 0 4 3 4 3 3 4 3 3 4 4 4 3 4 3 3 4 3 3 4 1 4 3 3 1 4 3 3 4 4 3 T T C u u k T T R k V P V P W V V P V V P P V V T V V T T Q v k k k k − = − = − − = − − = = = = = = = − − − −

4

V = volume pada titik 4 (m3)

m

m = massa campuran gas di dalam silinder (kg)

R = konstanta gas (kJ/kg.K)

4 3−

W = kerja pada titik 3-4 (kJ)

e. Proses 4-5: Rejeksi panas volume konstan (keluaran berhembus kebawah) Katup keluar terbuka dan katup hisap tertutup.

BDC

v V V

V₅ = ₄ = ₁ = [2.17] 0

5 4− =

W [2.18]

) ( ) ( ) ( ) ( ) ( 4 1 4 5 4 5 5 4 4 1 4 5 5 4 T T C u u T T C Q Q T T C m T T C m Q Q v v out v m v m out − = − = − = = = − = − = = − −

Sumber: (Lit. 5 hal. 93-94) Keterangan:

4

T = temperatur pada titik 4 (K)

5

T = temperatur pada titik 5 (K)

m

m = massa campuran gas di dalam silinder (kg)

v

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

5 4−

W = kerja pada titik 4-5 (kJ) f. Proses 5-6: Tekanan Konstan langkah buang di Po.

Katup buang terbuka dan katup hisap tertutup. )

( )

( _{6 5 0 6 1}

0 6

5 P V V P V V

W ₋ = − = − [2.21] Sumber: (Lit. 5 hal. 94) Keterangan:

0

P = tekanan pada titik 0 (kPa)

5

V = volume pada titik 5 (m3)

6

V = volume pada titik 6 (m3)

6 5−

W = kerja pada titik 5-6 (kJ)

[2.19] [2.20]

Effisiensi Thermal Siklus Diesel (Eff. Th):

[ ] [ ]

/ 1 (

[ ] [ ]

/ ) )

(η_{t DIESEL} = W_net Q_in = − Q_out Q_in

Sumber: (Lit. 5 hal. 94)

2.2.4. Siklus Dual Cycle

Diagram tekanan-volume (P-v) pada motor pembakaran dalam yang aktual tidak tergambarkan dengan baik melalui siklus Otto dan siklus Diesel. Siklus yang dapat digunakan untuk memberikan perkiraan variasi tekanan yang lebih baik adalah siklus rangkap (dual cycle) seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3. dibawah ini.

Gambar 2.3 Diagram P – v dan diagram T – s Siklus Dual Cycle (Lit. 4 hal. 68)

Sebagaimana terdapat pada siklus Otto maupun siklus Diesel, proses-proses yang terjadi pada diagram T-s adalah sebagai berikut:

a. Proses 1-2 adalah kompresi isentropik

b. Proses 2-3 adalah penambahan kalor pada volume konstan c. Proses 3-4 adalah penambahan kalor pada tekanan konstan

d. Proses 4-5 adalah ekspansi isentropik sebagai tahap akhir langkah kerja [2.22]

1

4 3

2

1 5

4 3

2

5

s = c

s = c

v = c

p = c

v = c P

v T

2.2.5 Konfigurasi Mesin Diesel

Ada dua kelas mesin diesel yaitu dua langkah (stroke) dan empat langkah

(stroke). Banyak mesin diesel besar beroperasi dalam dua langkah. Mesin yang lebih kecil biasanya menggunakan empat langkah. Biasanya kumpulan silinder digunakan dalam kelipatan dua, meskipun berapapun jumlah silinder dapat digunakan selama muatan di crankshaft di tolak-seimbangkan untuk mencegah getaran yang berlebihan. Inline-6 paling banyak diproduksi dalam mesin tugas-medium ke tugas-berat, meskipun V8 dan straight-4 juga banyak diproduksi.

2.2.6 Kelebihan dan kekurangan Mesin Diesel

Mesin diesel lebih besar dari mesin bensin dengan tenaga yang sama karena konstruksi berat diperlukan untuk bertahan dalam pembakaran tekanan tinggi untuk penyalaan. Dan juga dibuat dengan kualitas sama yang membuat penggemar mendapatkan peningkatan tenaga yang besar dengan menggunakan mesin turbocharger melalui modifikasi yang relatif mudah dan murah. Mesin bensin dengan ukuran sama tidak dapat mengeluarkan tenaga yang sebanding karena komponen di dalamnya tidak mampu menahan tekanan tinggi, dan menjadikan mesin diesel kandidat untuk modifikasi mesin dengan hanya menggunakan ongkos dengan biaya murah.

Kekurangannya hanya terletak suara yang berisik juga pada bobot dan dimensi yang dua kali lebih berat dan besar dari mesin bensin, dikarenakan komponen mesin diesel yang di didesain kuat untuk menahan kompresi tinggi, begitu juga akselerasi yang lemot namun bisa di perbaiki melalui penambahan turbo atau yang dikenal sebagai supercharger.

Penambahan turbocharger atau supercharger ke mesin meningkatkan ekonomi bahan bakar dan tenaga. Rasio kompresi yang tinggi membuat mesin diesel lebih efisien dari mesin menggunakan bensin. Peningkatan ekonomi bahan bakar juga berarti mesin diesel memproduksi karbon dioksida yang lebih sedikit.

2.2.7 Teknologi Diesel Sistem Common Rail

Sistem Common rail menggunakan bahan bakar bertekanan tinggi yang dihasilkan oleh supply pump untuk memperbaiki penggunaan bahan bakar yang ekonomis dan menambah kekuatan (power) mesin, juga mengurangi vibrasi dan

noise mesin. Sistem ini menyimpan bahan bakar, yang telah mempunyai tekanan yang dihasilkan oleh supply pump, pada common rail. Dengan menyimpan bahan bakar dengan tekanan tinggi sistem commonrail dapat menyediakan bahan bakar dengan tekanan bahan bakar yang stabil, tidak terpengaruh oleh cepatnya mesin atau beban mesin.

ECM menghasilkan arus listrik ke solenoid valve pada injektor, menggunakan EDU, untuk mengatur waktu dan jumlah injeksi bahan bakar, dan juga memonitor tekanan bahan bakar di dalam common rail dengan menggunakan

fuel pressure sensor. ECM memerintahkan supply pump untuk menyuplai bahan bakar di dalam common rail dengan menggunakan fuel pressure sensor. ECM

memerintahkan supply pump untuk menyuplai bahan bakar yang dibutuhkan untuk memperoleh target tekanan bahan bakar, kira-kira 20 sampai 135 MPa (204 sampai 1,337 kgf/cm2, 2,901 sampai 19,581 psi).

Sebagai tambahan, sistem ini menggunakan 2-Way Valve (TWV) di dalam injektor untuk membuka dan menutup saluran bahan bakar. Walau demikian, waktu dan volume injeksi bahan bakar dapat di atur secara presisi oleh ECM. Sistem common rail menghasilkan dua injeksi bahan bakar yang terpisah. Untuk memperlembut kejutan pembakaran, sistem ini melakukan pilot-injection sebagai bagian injeksi bahan bakar lebih dulu ke injeksi bahan bakar utama. Hal ini dapat membantu mengurangi vibrasi dan noise mesin.

Gambar 2.4 Sistem Diagram Common Rail (Sistem Bahan Bakar) (Lit. 6 hal. 168)

2.2.8 Perbedaan Diesel Common Rail dengan Diesel Konvensional

Perbedaan antara mesin diesel modern, common rail dengan konvensional adalah cara memasok bahan bakarnya. Terutama, komponen yang berada antara pompa injeksi dan injector. Ada dua komponen utama di sini, yaitu pompa injeksi atau mekanik awam menyebutnya Bosch pump dan injector.

Cara kerja common rail layaknya seperti konsep hidup bersama. Dalam hal ini, semua injector yang bertugas memasok solar langsung ke dalam mesin, menggunakan satu wadah atau rel yang sama dari pompa injector. Caranya sama dengan yang digunakan pada sistem injeksi bensin. Sedangkan mesin diesel konvensional, setiap injector memiliki pasokan solar sendiri-sendiri langsung dari pompa injeksi.

Tekanan bahan bakar dalam rel sangat tinggi. Sekarang, yaitu common rail

generasi ke-3, tekananya sudah mencapai 1800 bar. Kalau dikonversi ke PSI yang masih digunakan sekarang menjadi 26.100 PSI. Bandingkan dengan tekanan ban 30 PSI. Atau tabung elpiji 25 bar dan CNG 200 bar. Dengan tekanan setinggi tersebut, pengabutan yang dihasilkan tentu saja semakin bagus. Hasil pembakaran menjadi lebih sempurna dan kerja mesin makin efisien. Sehingga mesin Diesel

Captiva VCDI lebih terlihat minim asap hitam ketimbang mesin Diesel jaman dahulu.

Sesuai dengan perkembangan mesin diesel, para ahli mengembangkan sistem yang paling mutakhir pada mesin diesel yakni yang dikenal dengan CRDI

(Common Rail Direct Injection) teknologi ini telah digunakan oleh Chevrolet Captiva Diesel CRDI/VCDI dengan kapasitas mesin 2000cc 16 katup segaris memuntahkan tenaga 150 Daya Kuda pada kitiran 4000 Rpm dengan torsi max 320 Nm pada putaran 2000 Rpm kemudian diikuti pada saat ini oleh kijang innova denga 16 katup, segaris 4 silinder yang akan menghasilkan tenaga besar namun efisien.

2.3 Parameter Performansi/Unjuk Kerja Mesin Diesel 2.3.1 Tekanan efektif rata-rata (mep)

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 (mep), yang diformulasikan sebagai:

Vd Wnett

mep= [2.23] Sumber: (Lit. 4 hal. 57) dimana:

mep = tekanan efektif rata-rata (kPa) Vd = volume langkah torak (m3)

Wnett = kerja netto (kJ) 2.3.2 Daya Indikator ( Ẃi )

Merupakan daya yang dihasilkan dalam silinder motor sehingga merupakan basis perhitungan atau penentuan efisiensi pembakaran atau besarnya laju panas akibat pembakaran di dalam silinder.

Ẃi =

n WnettxN

[2.24] Sumber: (Lit. 5 hal. 51) dimana:

Ẃi = daya indikasi (kW)

N = putaran mesin (putaran/detik)

n = jumlah putaran dalam satu siklus, untuk empat tak n = 2 (putaran/siklus)

nett

W = kerja netto (kJ)

2.3.3 Torsi dan Daya

Daya yang dihasilkan suatu mesin pada poros keluarannya disebut sebagai daya poros (atau biasa dikenal dengan brake power) yang dihitung berdasarkan rumusan:

Ẃb=2π×N×τ [2.25] Sumber: (Lit. 5 hal. 51) dimana:

Ẃb = daya poros (kW)

N = putaran mesin (putaran/detik)

τ = torsi (Nm)

π = 3,14

Seperti yang telah diketahui, dari sejumlah gaya yang dihasilkan mesin, maka sebagian darinya dipakai untuk mengatasi gesekan/friksi antara bagian-bagian mesin yang bergerak, sebagian lagi dipakai untuk mengisap udara dan bahan bakar serta mengeluarkannya dalam bentuk gas buang.

2.3.4 Konsumsi bahan bakar (Sfc)

Konsumsi bahan bakar (Sfc) didefenisikan 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 = ḿf / Ẃb [2.26] Sumber: (Lit. 5 hal.56) dimana:

ḿf

n

nder jumlahsili N

mf × × =

dimana:

sfc = konsumsi bahan bakar spesifik (gr/kwh)

ḿf = laju aliran rata-rata bahan bakar (kg/detik) mf = massa bahan bakar (kg)

ma = massa udara (kg)

Ẃb = daya poros (kW)

N = putaran mesin (putaran/detik)

2.3.5 Emisi Gas Buang Pada Motor Diesel

Pada prakteknya pembakaran dalam motor tidak pernah terjadi dengan sempurna meskipun sudah dilengkapi dengan kontrol yang canggih. Pada motor diesel, besarnya emisi bentuk opasitas (ketebalan asap) tergantung banyaknya jumlah bahan bakar yang disemprotkan dalam silinder, karena pada motor diesel yang dikompresikan adalah udara murni. Dengan kata lain semakin kaya campuran maka semakin besar konsentrasi NOx, CO dan asap (smoke). Sementara itu semakin kurus campuran konsentrasi NOx, CO dan asap juga semakin kecil.

2.3.5.1 Pembentukan Karbon Monoksida (CO)

Pada proses pembakaran, bila karbon di dalam bahan bakar terbakar dengan sempurna akan menghasilkan CO2 (karbon dioksida). Tetapi jika unsur

oksigen (udara) tidak cukup maka yang terjadi adalah pembakaran tidak sempurna, sehingga karbon di dalam bahan bakar terbakar dalam suatu proses sebagai berikut :

bakar (Air-Fuel Ratio). Jadi untuk mengurangi CO perbandingan campuran ini harus dibuat kurus (excess air).

Namun akibat lain HC dan NOx lebih mudah timbul dan output motor menjadi berkurang. Emisi karbon monoksida tidak beraroma dan tidak berwarna, namun sangat beracun. Pengaruh buruk pada motor apabila CO berlebihan adalah pembentukan deposit karbon yang berlebihan katup, ruang bakar, kepala piston, dan busi (untuk motor bensin). Deposit yang ditimbulkan tersebut secara alami mengakibatkan fenomena Self-Ignition (dieseling) dan mempercepat kerusakan mesin. Emisi CO berlebihan banyak disebabkan oleh faktor kesalahan pencampuran udara dan bahan bakar yang masuk ke dalam motor.

2.3.5.2 Pembentukan Hidrokarbon (HC)

Pada proses pembakaran, gas buang hidrokarbon yang dihasilkan dibedakan menjadi dua kelompok yaitu bahan bakar yang tidak terbakar dan keluar menjadi gas mentah, atau bahan bakar terpecah karena reaksi panas yang berubah menjadi gugus HC lain dan keluar bersama gas buang. Ada beberapa penyebab utama timbulnya hidrokarbon (HC) diantaranya adalah sebagai berikut : • Dinding-dinding ruang bakar yang bertemperatur rendah mengakibatkan hidrokarbon (HC) di sekitar dinding tidak terbakar.

• Terjadi misfiring (gagal pengapian) ini bisa terjadi pada saat motor diakselerasi ataupun deselerasi.

• Adanya overlap intake valve (kedua valve bersama-sama terbuka) sehingga HC berfungsi sebagai gas pembilas/pembersih.

• Ignition delay yang panjang merupakan faktor yang mendorong terjadinya peningkatan emisi HC.

Selain mengganggu kesehatan, emisi HC yang berlebihan juga menyebabkan fenomena photochemical smog (kabut). Karena HC merupakan sebagian bahan bakar yang tidak terbakar, makin tinggi emisi HC berarti tenaga motor makin berkurang dan konsumsi bahan bakar semakin meningkat.

2.3.5.3 Pembentukan Nitrogen Oksida (NOx)

Nitrogen oksida dihasilkan akibat adanya N2 (nitrogen) dalam campuran udara dan bahan bakar serta suhu pembakaran yang tinggi, sehingga terjadi pembentukan NOx. Biasanya timbul ketika mesin bekerja pada beban yang berat. Bila terdapat N2 dan O2 pada temperatur 1800 - 2000˚ C akan terjadi reaksi pembentukan gas NO seperti di bawah ini : N2 + O2→ 2 NO Selanjutnya gas NO

bereaksi lebih lanjut di udara menjadi NO2. Temperatur pembakaran yang

melebihi 2000˚C dalam ruang bakar mengakibatkan gas NOx. Sementara itu gas buang terdiri dari 95% NO, 3-4% NO2, sisanya N2O dan N2O3. Substansi NOx

tidak beraroma, namun terasa pedih di mata. Faktor-faktor utama yang mempengaruhi konsentrasi NOx selama pembakaran diantaranya maksimum temperatur yang dapat dicapai dalam ruang bakar, dan perbandingan udara - bahan bakar (AFR). Sehingga solusi untuk mengurangi kandungan NOx dalam gas buang yaitu dengan mengupayakan temperatur ruang bakar tidak mencapai

1800˚ C atau dengan mengusahakan sesingkat mungkin mencapai temperatur

maksimum. Cara lain yaitu dengan mengurangi konsentrasi O2.

2.3.5.4 Pembentukan Partikulat (Particulate Matter)

Partikulat dihasilkan oleh adanya residu bahan bakar yang terbakar dalam ruang bakar, dan keluar melalui pipa gas buang. Partikel-partikel seperti jelaga, asap dan debu secara umum terbagi menjadi dua bagian yaitu partikel-partikel yang merupakan emisi langsung biasanya disebut partikel utama (primary particles) dan partikel-partikel hasil transformasi gas lain atau disebut partikel

sekunder (secondary particles). Ukuran partikel bervariasi, dengan ukuran besar cenderung berasal dari faktor geologi, seperti debu dan pasir yang ditiup angin. Sedangkan yang berukuran kecil terutama dari sumber-sumber pembakaran dan perubahan dari gas-gas emisi yang lain, seperti sulfur dioksida menjadi sulfat dan nitrogen oksida menjadi nitrat. Dari sini jelas bahwa emisi gas buang merupakan unsur yang berbahaya. Sebagian besar partikulat mengandung unsur karbon dan kotoran lain berbentuk butiran atau partikel dengan ukuran ± 0,01 – 10 μm. Gas buang diesel sebagian besar berupa partikulat dan berada pada dua fase yang berbeda

tak terbakar. Gas buang yang berbentuk cair akan meresap ke dalam fase padat. Buangan ini disebut partikel. Partikel-partikel tersebut berukuran mulai dari 100 mikron hingga kurang dari 0,01 mikron. Partikulat yang berukuran kurang dari 10 mikron memberikan dampak terhadap visibilitas udara karena partikulat tersebut akan memudarkan cahaya. Pembentukan partikel tersebut dapat dilihat pada gambar 2.4 dibawah.

Diesel fuel molecules Air molecules

Incomplete combustion

Precursor molecules

Nucleation Soot Nuclei

Coalescent Coagulation Surface growth Spherule

Chain forming coagulation Surface growth Soot Particle

Gambar 2.5 Pembentukan Soot Particle

(Lit. 2 hal.15)

Berdasarkan ukurannya partikel dikelompokkan menjadi tiga yaitu : a. 0,01 – 110 μm disebut partikel smoke/kabut/asap

b. 10 – 50 μm disebut dust/debu c. 50 – 100 μm disebut ash/abu

Penyebab terjadinya partikulat antara lain tekanan injeksi yang terlalu rendah dan saat pengapian yang kurang tepat.

“Particles” “Molecules”

2.3.5.5 Pembentukan Emisi Asap (Smoke)

Emisi asap (smoke) merupakan polutan utama pada mesin diesel. Pembentukan smoke pada mesin diesel terjadi karena kekurangan oksigen, hal itu terjadi pada inti (core) spray yang mempunyai λ ≤ 0,8. Dalam proses pembakaran

berlangsung ketika bahan bakar yang disemprotkan ke dalam silinder yang berbentuk butir-butir cairan yang halus saat keadaan di dalam silinder tersebut sudah bertemperatur dan bertekanan tinggi sehingga butir-butir tersebut akan menguap. Namun jika butir-butir bahan bakar yang terjadi karena penyemrotan itu terlalu besar atau apabila beberapa butir terkumpul menjadi satu, maka akan terjadi dekomposisi. Dekomposisi itu akan menyebabkan terbentuknya karbon-karbon padat (angus). Hal ini disebabkan karena pemanasan udara yang bertemperatur tinggi, tetapi penguapan dan pencampuran dengan udara yang ada di dalam silinder tidak dapat berlangsung sempurna. Terutama pada saat-saat dimana terlalu banyak bahan bakar yang disemprotkan, yaitu pada waktu daya mesin akan diperbesar. Misalnya untuk akselerasi maka angus akan terjadi. Jika angus yang terjadi itu terlalu banyak, gas buang yang keluar dari mesin akan berwarna hitam dan mengotori udara serta mengganggu pemandangan.

2.3.6 Efisiensi mekanis

Besarnya kerugian daya diperhitungkan dalam efisiensi mekanis yang dirumuskan sebagai berikut:

ηm = Ẃb / Ẃi [2.27]

Sumber: (Lit. 5 hal.47) dimana:

ηm = efisiensi mekanis

Ẃb = daya poros (kW)

2.3.7 Efisiensi volumetrik

Efisiensi ini didefinisikan sebagai perbandingan antara massa udara yang masuk karena dihisap torak pada langkah hisap dan massa udara pada tekanan dan temperatur atmosfir yang dapat dihisap masuk kedalam volume satuan yang sama.

) /( _{a d}

a

v =m ρ ×V

η [2.28] Sumber: (Lit. 5 hal. 60) dimana:

v

η = efisiensi volumetrik

a

ρ = massa jenis udara (kg/m3) ma = massa udara (kg)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat

Survei dan pengumpulan data dilakukan di Auto 2000 Jl. Sisingamangaraja No.8 Medan pada bulan juli dan agustus 2011.

3.2 Bahan dan Alat 3.2.1 Bahan

Bahan yang menjadi objek pengujian pada penelitian ini adalah ruang bakar atau mesin diesel pada mobil toyota kijang innova tipe 2KD-FTV dimana pada saat adanya pelanggan yang sedang memperbaiki mobilnya tersebut, maka bersama-sama dengan pihak auto 2000 melakukan pengujian akan performa mesin tersebut dan kemudian dicatat dan diolah datanya sehingga dapat disimpulkan apakah kondisi dari mobil tersebut masih bagus atau tidak.

Adapun spesifikasi mesin dari motor diesel pada mobil toyota kijang innova tipe 2KD-FTV (sumber: toyota kijang innova leaflet) adalah sebagai berikut:

Jumlah silinder dan susunan : 4-silinder, segaris

Mekanisme katup : 16-valve DOHC,Belt & Gear Drive

Ruang Bakar : Tipe Injeksi Langsung

Manifold : Aliran-melintang

Sistem Bahan Bakar : Tipe Common-rail

Kapasitas (Volume Silinder) : 2494 cm3 Diameter x Langkah : 92.0 x 93.8 mm

Rasio Kompresi : 18.5 : 1

Output Maksimum : 75 kW @ 3600 rpm

3.2.2 Alat

Alat-alat yang digunakan pada pengujian tersebut diantaranya adalah sebagai berikut:

1. Alat bantu perbengkelan seperti kunci pas, kunci inggris, tang, kunci ring, kunci L, obeng, palu dan sebagainya.

2. Intelligent Tester II, yaitu alat yang digunakan untuk mengetahui berbagai informasi penting pada saat mesin dinyalakan seperti tekanan, suhu dalam ruang bakar, tekanan dalam ruang bakar, putaran mesin dan masih banyak parameter-parameter lainnya yang dihubungkan secara langsung ke soket yang tersedia pada mobil sehingga nilai dari masing-masing parameter akan muncul dengan lengkap.

Adapun tahapan-tahapan yang dilakukan untuk mendapatkan harga-harga ataupun nilai dari sejumlah parameter yang dicari dengan menggunakan alat Intelligent Tester II adalah:

a. Panaskan mesin

b. Putar kunci kontak ke OFF

c. Hubungkan intelligent tester II ke DLC3

d. Putar kunci kontak ke ON

e. Hidupkan intelligent tester II

f. Masuk ke menu-menu berikut: Powertrain/Engine/Data List

g. Baca Data List

3.3Variabel Riset

Dalam analisa performansi ini, variabel yang digunakan adalah nilai dari temperatur, tekanan pada ruang bakar, dan perbandingan massa bahan bakar yang diperoleh dari hasil perhitungan dalam siklus kerja motor diesel Kijang Innova 2KD-FTV.

3.4 Prosedur Analisa

Dalam pengerjaan analisa performansi ini, penulis membuat diagram alir untuk dapat mempermudah pengerjaan secara sistematis. Berikut pada Gambar 3.1 dapat dilihat diagram alir yang digunakan dalam analisa performansi ini.

Gambar 3.1 Diagram Alir Pengerjaan Skripsi Mulai

Studi Literatur

Pencarian dan Pengumpulan Data 1. Buku

2. Jurnal 3. Paper 4. Internet

Data Engine (spesifikasi)

Proses Perhitungan

Parameter performansi:

- Analisa termodinamika - Tekanan efektif rata-rata - Daya indikator

- Torsi dan Daya - Sfc

- Efisiensi (mekanis, volumetrik)

Selesai Kesimpulan dan

3.4.1 Keterangan Diagram Alir 3.4.1.1 Mulai

Pada tahap ini proses pengerjaan akan mulai dilaksanakan, dan bahan-bahan yang dibutuhkan untuk pengerjaan skripsi akan dikumpulkan untuk dikerjakan.

3.4.1.2 Studi Literatur

Studi literatur dilakukan dengan pengumpulan referensi-referensi mengenai materi yang berhubungan dengan proses pembakaran motor diesel Toyota kijang Innova 2KD-FTV. Literatur-literatur tersebut didapatkan dari: 1. Buku referensi

 Motor Bakar

 Termodinamika Teknik 2. Internet

 Combustion analysis on a DI (Direct Injection) diesel engine.

 Motor diesel 4 langkah 3. Artikel dan paper-paper

 Leaflet toyota kijang innova mesin diesel

 Proses pembakaran dalam ruang bakar motor diesel

3.4.1.3Pencarian danPengumpulan Data

Pada tahap ini dilakukan pencarian dan pengumpulan data spesifikasi mesin motor diesel Toyota Kijang Innova tipe 2KD-FTV yang akan digunakan sebagai data awal dalam melakukan proses perhitungan.

Berikut, pada Gambar 3.2 dapat dilihat motor diesel Toyota Kijang Innova 2KD-FTV.

Gambar 3.2 Motor Diesel Toyota Kijang Innova tipe 2KD-FTV

3.4.1.4 Proses Perhitungan

Pada tahap ini dilakukan perhitungan dengan sedemikian rupa dengan menggunakan data awal kedalam formula atau rumus kemudian diolah dan dihitung sehingga akan mendapatkan hasil yang kita inginkan.

3.4.1.5 Kesimpulan Dan Saran

Tahap ini merupakan pengambilan kesimpulan dari proses perhitungan dan hasil yang telah dilakukan. Kesimpulan berisi jawaban dari hasil perhitungan dan analisa dari tujuan analisa seperti yang tertulis pada BAB I. Pada akhir bagian ini juga terdapat saran penulis tentang analisa hasil perhitungan ini, sehingga tulisan ini dapat lebih bermanfaat bagi setiap kalangan.

3.4.1.6 Selesai

Tahap pengerjaan skripsi selesai dilaksanakan dengan hasil-hasil yang didapatkan sesuai dengan perencanaan dan tujuan pengerjaan skripsi dan kiranya hasil skripsi ini bermanfaat bagi siapapun yang membacanya.

BAB IV

ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Awal

Didalam melakukan analisa data dan pembahasan, maka hal yang paling penting untuk dipersiapkan adalah data-data utama yang akan diolah untuk mendapatkan data-data ataupun informasi lain yang dibutuhkan. Data-data tersebut diantaranya adalah:

1. Dimensi ruang bakar (silinder)

2. Tekanan dan temperatur pada langkah awal siklus kerja

Data-data ini didapatkan dari pengembangan data awal dari spesifikasi motor diesel Toyota Kijang Innova 2KD-FTV dengan melakukan perhitungan manual.

4.1.1 Dimensi Silinder

Ruang bakar atau silinder merupakan tempat terjadinya proses pembakaran, sehingga dimensi ruang bakar diperlukan sebagai masukan data untuk melakukan perhitungan manual sehingga hal-hal yang kita cari dapat kita peroleh berdasarkan perhitungan. Oleh karena itu, untuk data awal didapat dari spesifikasi motor diesel Toyota Kijang Innova Tipe 2KD-FTV, yang dapat dilihat pada Tabel 4.1 berikut ini.

Tabel 4.1 Data Spesifikasi Mesin Toyota Kijang Innova Tipe 2KD-FTV

Tipe mesin 2KD-FTV

Jumlah silinder & susunan

4-silinder, segaris

Mekanisme katup 16-valve DOHC, Belt & GearDrive

Ruang bakar Tipe Injeksi Langsung

Kapasitas (cm3) 2494

Sistem bahan bakar Tipe Common Rail

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 2o BTDC

Tertutup 31o ABDC

Exhaust Buka 30o BBDC

Tertutup 0o 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 27oC atau 300 K, maka :

P0 = 100 kPa

T1 = 300 K

rc = 18,5

B = 9,2 cm S = 9,38 cm R = 0,287 kJ/kg-K Cv = 0,718 kJ/kg-K

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 m3

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 m3 maka besarnya volume sisa adalah:

c c d c

V V V

r = +

c

c

V

V m

x +

= 6,235 10−4 3

5 , 18

Vc = 3,562 x 10-5m3

Volume pada titik 1:

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

c d V

V

V₁ = +

V1 = 6,235 x 10-4 m3 + 3,562 x 10-5m3

= 6,5912 x 10-4 m3

Massa campuran bahan bakar dan udara :

Dengan tekanan 100 kPa dan volume silinder 6,5912 x 10-4m3 pada temperatur 300 K, maka massa campuran bahan bakar dan udara adalah:

kg K K kg kJ m kPa RT V P mm 4 3 4 1 1 1 10 655 , 7 300 . / 287 , 0 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 ma + mf = mm =

7,655 x 10-4 kg. Maka, massa bahan bakar yang diinjeksikan (mf) setiap satu

siklus adalah: kg mf mf mf kg 5 4 10 784375 , 4 10 655 , 7 0 , 15 − − × = − × =

Maka, massa udara (ma) yang masuk dalam silinder adalah:

= mm – mf

= 7,655x10-4kg – 4,784375x10-4kg = 2,870x10-4 kg

Densitas udara (ρ_a):

Tekanan dan temperatur udara sekitar mesin dapat digunakan untuk mencari densitas udara dengan persamaan matematika sebagai berikut: 3 1 1 / 1614 , 1 300 . / 287 , 0 100 m kg K K kg kJ kPa RT P a = × = = ρ

) ( _{1 6}

0 1

6 P V V

W ₋ = − ... dimana Po = P1

kJ m m kPa 06235 , 0 ) 10 562 , 3 10 5912 , 6 (

100 4 3 5 3

= × − × × = − −

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 P2. Nilai dari P2 dapat kita hitung sesuai

dengan persamaan [2.3] yaitu:

k c

r P P₂ = ₁( )

= 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 T2. 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 V2 dapat kita hitung sesuai dengan persamaan [2.4] yaitu:

2 2 2 P RT m

V = m

kPa K K kg kJ kg 4747 , 5943 8067 , 963 . / 287 , 0 10 655 ,

7 × 4 × ×

= −

= 3,562 x 10-5 m3

Adapun cara lain yang dapat digunakan untuk mendapatkan nilai V2 adalah:

c

r V V₂ = 1

3 5 4 10 562 , 3 5 , 18 10 5912 , 6 m − − × = × =

V2 = Vc

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 )

( _{2 1}

2 1 4 , 1 1 ) 300 8067 , 963 ( 287 , 0 10 655 , 7 4 − − × × = −

= (-0,3645) kJ

Proses 2-3:Penambahan kalor pada tekanan konstan.

Kalor masuk:

QHV merupakan nilai kalor panas dari bahan bakar. Berdasarkan Tabel

A-2 pada Lampiran 1, nilai kalor panas dari cetane adalah 43.980 kJ/kg dan diasumsikan terjadi pembakaran sempurna (η_c =1). Maka, kalor masuk pada kondisi tekanan konstan dapat kita hitung sesuai dengan persamaan [2.7] adalah sebagai berikut:

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 , 0 10 655 , 7 m kPa K K kg kJ − − × = × × × =

Temperatur pada titik 3:

Sesuai dengan persamaan matematika [2.7] dimana Qin =mmCp(T3 −T2)maka

nilai T3 dapat kita hitung sebagai berikut:

p m p m in C m T C m Q

T₃ = + 2

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 T₃ = 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 P2 = P3 = Pmaks = 5943,4747 kPa.

Sesuai dengan persamaan [2.10] maka kerja yang terjadi pada titik 2-3 dapat kita hitung sebagai berikut:

) ( _{3 2}

2 3

2 P V V

kJ m m kPa 6089 , 0 ) 10 562 , 3 10 3808 , 1 ( 4747 ,

5943 4 3 5 3

= × − × × = − −

Proses 3-4: Langkah isentropik

Volume pada titik 4:

Berdasarkan diagram p-v siklus diesel pada Bab II sebelumnya terlihat jelas bahwa: V₄ =V₁ =6,5912×10−4m3

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. Nilai dari T4 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 , 0 4 3 4 =       × × = − ₋

Tekanan pada titik 4:

Tekanan pada titik 4 di dalam silinder akan mengalami penurunan setelah titik 3. Nilai dari P4 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 =       × × = −₋

Untuk kerja yang dihasilkan selama langkah ekspansi (W₃₋₄) 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 , 0 4 , 1 1 ) 7428 , 3735 1412 , 1999 ( . / 287 , 0 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 (V5) sama dengan volume pada titik 4

( =V₄ =V₁ =V_BDC =6,5912×10−4m3).

Sedangkan temperatur pada titik 5 (T5) sama dengan temperatur pada titik

1 (T1), ini dibuktikan dari persamaan [2.19] berikut ini:

= = m_mC_v = m_mC_v(T₁ −T₄)

kJ K K K kg kJ kg ) 9339 , 0 ( ) 1412 , 1999 300 ( . / 718 , 0 10 655 , 7 4 − = − × × × = − Maka,

Sesuai dengan persamaan [2.18] maka kerja (W₄₋₅)=0

Titik 6 merupakan proses langkah buang pada tekanan konstan ( ). Untuk kerja yang dihasilkan pada proses 5- 6 (W₅₋₆) dapat dihitung berdasarkan persamaan [2.21] berikut ini:

(

_{6 5}

)

₀

(

_{6 1}

)

0 6

5 P V V P V V

W ₋ = × − = × −

Sesuai dengan gambar 2.2 diagram p-v, maka nilai Po – P1 = 100 kPa.

) ( _{6 1}

1 6

5 P V V

W ₋ = × −

kJ m m kPa ) 06235 , 0 ( ) 10 5912 , 6 10 562 , 3 (

100 5 3 4 3

− = × − × × = − −

W nett (Kerja satu siklus):

Kerja yang dihasilkan dalam satu siklus kerja dapat dihitung berdasarkan persamaan dibawah ini:

) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

( ₆₋₁ + ₁₋₂ + ₂₋₃ + ₃₋₄ + ₄₋₅ + ₅₋₆

= W W W W W W

Wnett kJ kJ kJ kJ kJ 1982 , 1 ) 06235 , 0 ( ) 0 ( ) 9538 , 0 ( ) 6089 , 0 ( ) 3645 , 0 ( ) 06235 , 0 ( + = − + + + + + + − + + =

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 , 0 104 , 2 1982 , 1 = = = kJ kJ

2KD-4.3.1 Tekanan efektif rata-rata

Didefenisikan sebagai suatu tekanan yang dibayangkan bekerja pada permukaan piston pada langkah kerja, sesuai dengan persamaan [2.23] yaitu:

d

v Wnett

mep=

Dengan nilai Wnett =1,1982kJ dan besarnya volume langkah )

10 235 , 6

(V_d = × −4m3 , maka besarnya tekanan efektif rata-rata adalah:

kPa m kJ mep 7321 , 1921 10 235 , 6 1982 , 1 3 4 = × = ₋

4.3.2 Daya indikator

Daya indikator adalah daya yang dihasilkan dalam silinder motor sehingga merupakan basis perhitungan atau penentuan efisiensi pembakaran atau besarnya laju panas akibat pembakaran di dalam silinder. Besarnya nilai daya indikator

(Ẃi) pada putaran 2000 rpm dapat dirumuskan sesuai dengan persamaan [2.24]

yaitu:

Ẃi

n N W_nett × = kW 97 , 19 2 60 2000 1982 , 1 = × =

Untuk 4 silinder = 4 x 19,97 kW = 79,88 kW

Berikut ini akan ditampilkan tabel dan grafik daya indikator hasil perhitungan.

Putaran Mesin (rpm) Daya Mesin (kW)

1000 9.985

1500 14.9775

2000 19.97

2500 24.9625

3000 29.955

3500 34.9475

4000 39.94

4500 44.9325

5000 49.925

Gambar 4.1 Grafik Daya Indikator Mesin Keterangan:

Sesuai dengan Gambar 4.1 diatas dapat kita perhatikan bahwa seiring dengan bertambahnya putaran mesin, otomatis akan meningkatkan daya indikator. Hal ini secara terus menerus akan meningkat seiring dengan putaran mesin yang bertambah.

Torsi yang dihasilkan dari sebuah mesin dapat diukur dengan menggunakan dynamometre yang dikopel dengan poros output mesin. Oleh karena sifat dynamometer yang bertindak seolah-olah seperti sebuah rem dalam sebuah mesin, maka daya yang dihasilkan poros output ini sering disebut sebagai daya rem (brake power) dan dapat dihitung sesuai dengan persamaan [2.25] yaitu:

Ẃb =

kW Nm

Nm

8667 , 41

det / 7 , 41866

200 60

2000 2

= =

× ×

×

= π

Dari data spesifikasi motor diesel Toyota Kijang Innova tipe 2KD-FTV, didapatkan data-data sebagai berikut :

Output maksimum (N) : 75 kw @ 3600 rpm

Momen maksimum (T) : 200 N.m @ 1400 - 3400 rpm

Artinya adalah, torsi atau momen maksimum dicapai pada rentang putaran mesin 1400 rpm sampai dengan 3400 rpm sebesar 200 Nm. Maka, dengan demikian untuk putaran 2000 rpm didapatlah torsi atau momen sebesar 200 Nm. Untuk lebih jelasnya, dapat kita lihat dalam Gambar 4.2 berikut ini.

Tabel 4.3 Torsi Mesin Putaran mesin Torsi

(rpm) (Nm)

1200 196

1400 200

1600 200

1800 200

2000 200

2200 200

2400 200

2600 200

2800 200

3000 200

3200 200

Untuk data hasil perhitungan daya mesin dapat dilihat pada tabel 4.4 di bawah ini.

Tabel 4.4 Daya Mesin Putaran Mesin Daya Mesin

(rpm) (kW)

1200 24,6176 1400 29,3067 1600 33,4933 1800 37,6800 2000 41,8667 2200 46,0533 2400 50,2400 2600 54,4267 2800 58,6133 3000 62,8000 3200 66,9867 3400 70,7819

Grafik Daya Mesin vs Rpm 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

0,0000 10,0000 20,0000 30,0000 40,0000 50,0000 60,0000 70,0000 80,0000

Daya Mesin (kW)

P u tar an M esi n ( rp m )

Gambar 4.3 Grafik Daya Mesin Keterangan:

Sesuai dengan Gambar 4.3 diatas dapat kita simpulkan bahwa putaran mesin yang meningkat akan membuat daya mesin semakin bertambah. Hal ini adalah hal yang wajar dimana ketika sebuah mesin mempercepat laju kendaraan maka otomatis daya yang dibutuhkan akan semakin bertambah.

4.3.4 Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc)

Laju aliran bahan bakar sebesar 4,784375×10−5kg/det dan daya (Ẃb)

sebesar 41,8667 kW, maka konsumsi bahan bakar spesifik sesuai dengan persamaan [2.26] pada putaran 2000 rpm adalah sebagai berikut:

Sfc = ḿf / Ẃb

8667 , 41 4 5 , 0 60 2000 10 784375 ,

4 × 5× × ×

= − sfc jam kW gram kW kg − = − × = − / 2633 , 274 det / 10 6184 , 7 5

Untuk hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel 4.5 di bawah ini. Tabel 4.5 Sfc

Putaran

Mesin Sfc

(rpm)

(gram/kW-jam)

1200 164,5580 1400 191,9843 1600 219,4107 1800 246,8370 2000 274,2633 2200 301,6896 2400 329,1160 2600 356,5423 2800 383,9686 3000 411,3950 3200 438,8213 3400 466,2476

Grafik Sfc vs Rpm

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

0,0000 50,0000 100,000 0 150,000 0 200,000 0 250,000 0 300,000 0 350,000 0 400,000 0 450,000 0 500,000 0

Sfc (gram /kW-jam )

P u tar an M esi n ( rp m )

Gambar 4.4 Grafik Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) Keterangan:

Sesuai dengan Gambar 4.4 diatas tampak bahwa seiring dengan putaran mesin yang bertambah otomatis akan meningkatkan konsumsi bahan bakar. Hal ini adalah hal yang wajar dimana ketika kita sebuah mesin bekerja lebih berat maka pemakaian bahan bakarnya pun akan bertambah.

4.3.5 Efisiensi mekanis

Merupakan perbandingan antara daya poros (Ẃb) dengan daya indikator

(Ẃi). Dengan daya poros (Ẃ b) sebesar 41,8667 kW dan daya indikator (Ẃi)

sebesar 79,88 kW, maka besarnya efisiensi mekanis dapat kita hitung dengan menggunakan persamaan [2.27] yaitu:

Wi W_b m = η % 41 , 52 5241 , 0 88 , 79 8667 , 41 = = = kW kW

4.3.6 Efisiensi Volumetrik

Merupakan indikasi sejauh mana volume sapuan (swept volume) mesin tersebut dapat terisi fluida kerja. Dengan massa udara sebesar 2,870×10−4kg, densitas udara 1,1614kg/m3, dan besar volume langkah 6,235×10−4m3, maka efisiensi volumetrik dapat dihitung dengan persamaan [2.28] yaitu:

d a a v V m ρ η = % 63 , 39 3963 , 0 10 235 , 6 / 1614 , 1 10 870 , 2 3 4 3 4 = = × × × = − ₋ m m kg kg

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Beberapa kesimpulan yang dapat ditarik dari analisa ini adalah:

1. Kerja yang dihasilkan dari satu siklus termodinamika pada mobil toyota kijang innova mesin diesel type 2KD-FTV adalah 1,1982 kJ.

2. Tekanan efektif rata-rata pada permukaan piston pada langkah kerja pada mobil toyota kijang innova mesin diesel type 2KD-FTV adalah

7321 ,

1921 kPa.

3. Daya yang dihasilkan pada poros output mesin yang sering disebut sebagai daya rem (brake power) adalah 41,8667 kW.

4. Daya indikator sebagai daya yang dihasilkan dalam silinder motor sehingga merupakan basis perhitungan atau penentuan efisiensi pembakaran atau besarnya laju panas akibat pembakaran di dalam silinder adalah 79,88 kW.

5. Konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) sebagai indikasi efisiensi dalam menghasilkan daya dari pembakaran bahan bakar adalah 274,2633 gram/kW-jam.

6. Efisiensi termal yang merupakan indikasi sesungguhnya dari konversi input termodinamika menjadi kerja mekanis adalah 56,94 %.

7. Efisiensi mekanis yang merupakan perbandingan antara (Ẃb) dengan daya indikator (Ẃi) pada mobil toyota kijang innova mesin diesel type 2KD -FTV ini adalah 52,41 %.

8. Efisiensi volumetrik pada mobil toyota kijang innova mesin diesel type 2KD-FTV ini adalah 39,63 %.

5.2. Saran

Beberapa saran yang dapat saya berikan setelah menyusun skripsi ini adalah:

1. Untuk mendukung kelancaran dan akurasi hasil pengujian sebaiknya dilakukan pemeriksaan dan kalibrasi terhadap instrumentasi dan alat ukur setiap kali pengujian akan dilakukan.

2. Pada setiap kali melakukan percobaan dan survei di lapangan hendaknya melakukan pengamatan secara serius dan menanyakan hal-hal yang tidak mengerti kepada pembimbing di lapangan untuk menghindari ketidaktahuan dalam menjawab pertanyaan pada saat seminar dan meja hijau berlangsung.

3. Data-data yang didapatkan dari tempat survei lapangan baik berupa diktat ataupun tulisan tangan hendaknya dikumpulkan dan disusun dengan baik serta disimpan untuk menjadi arsip sebagai data pendukung utama dalam skripsi ini.

DAFTAR PUSTAKA

1. Arismunandar, Wiranto. (1975). Motor Diesel Putaran Tinggi. Bandung. Penerbit ITB Bandung.

2. Darsono, Dody. (2010). Simulasi CFD Pada Mesin Diesel Injeksi

Langsung Dengan Bahan Bakar Biodiesel dan Solar. Tugas Sarjana

Mahasiswa Fakultas Teknik Universitas Indonesia.

3. Kuwana, Wowo Sunaryo, Modul Motor Diesel 1 (Mekanisme Motor Diesel ) Jurusan Pendidikan Teknik Mesin, Keahlian Kemampuan Otomotif FPTK Universitas Pendidikan Indonesia.

4. Moran, Michael J. and Shapiro N. Howard. (2004). Termodinamika Teknik 2. Edisi Keempat. Jakarta. Erlangga.

5. Pulkrabek Willard W. Engineering Fundamentals of The Internal Combustion Engine. New Jersey. Prentice Hall.

6. Toyota Astra Motor, Diktat Mesin-Mesin 2KD-FTV, Toyota Astra Motor. 7. Yunus A. Cengel. (2002). Thermodynamics An Engineering Approach, 4

Lampiran E. Data Hasil Pengukuran Kondisi Ruang Bakar Toyota Kijang Innova Mesin Diesel Tipe 2KD-FTV Dengan Menggunakan Intelligent Tester

II

Vehicle Speed = 0 km/h Engine Speed = 2000 rpm Calculate Load = 36,4 % Atmosphere Pressure = 100 kPa

Intake air = 270C

Battery Voltage = 13,6 V Target Commonrail Press = 42180 kPa

Fuel Press = 42170 kPa

Fuel Temperature = 300C Coolant Temperature = 28,10C Injection Volume = 15,09 mm Alternate Duty Ratio = 42% Accel Position = 10,15%

Lampiran E. Data Hasil Pengukuran Kondisi Ruang Bakar Toyota Kijang Innova Mesin Diesel Tipe 2KD-FTV Dengan Menggunakan Intelligent Tester

II

Vehicle Speed = 0 km/h Engine Speed = 2000 rpm Calculate Load = 36,4 % Atmosphere Pressure = 100 kPa Intake air = 270C Battery Voltage = 13,6 V Target Commonrail Press = 42180 kPa Fuel Press = 42170 kPa Fuel Temperature = 300C Coolant Temperature = 28,10C Injection Volume = 15,09 mm Alternate Duty Ratio = 42% Accel Position = 10,15%