Output maksimum. kw ps rpm
106 144 3.400
Torsi Maksimum Nm kgm rpm
343 35 1.600 – 2800
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
Sumber: Toyota Fortuner leafet 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
= 320 K r
c
= 18,5 D = 92 mm
S = 93,8 mm R = 0,287 kJkg-K
C
v
= 0,718 kJkg-K C
p
= 1,005 kJkg.K Volume langkah:
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:
Universitas Sumatera Utara
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 udara : dengan tekanan 100 kpa silinder 6,5912 x 10
-4
pada temperatur 320 K, maka massa udara adalah :
m
m
=
=
= 7,1768x10
-4
kg
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
=
Universitas Sumatera Utara
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
10 785
, 4
10 1768
, 7
, 15
− −
× =
− ×
=
Maka, massa udara m
a
yang masuk dalam silinder adalah: m
a
= m
m
– m
f
= 7,1768x10
-4
kg – 4,785x10
-5
kg = 6,6984x10
-4
kg Densitas udara
a
ρ
: P
= 100 kpa T
= 320 K Kerapatan udara masuk ruang bakar :
kgm
3
Sesuai dengan persamaan 2.1. maka kerja yang terjadi pada titik 6-1 adalah dihitung berdasarkan persamaan berikut ini:
6 1
1 6
V V
P W
− =
−
........ dimana P
o
= P
1
kJ m
m kPa
08235 ,
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.
k c
r P
P
1 2
=
= 100 kPa x 18,5
1,4
= 5943,4747 kPa
Universitas Sumatera Utara
Temperatur pada titik 2 : 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. di bawah ini:
1 1
2 −
=
k c
r T
T
= 330 K x 18,5
1,4-1
= 1060,1873 K Volume pada titik 2:
2 2
2
P RT
m V
m
=
kPa K
K kg
kJ kg
4747 ,
5943 1873
, 1060
. 287
, 10
1768 ,
7
4
× ×
× =
−
= 3,674 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
10 674
, 3
5 ,
18 10
1768 ,
7 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
330 1873
, 1060
287 ,
10 1768
, 7
4
− −
× ×
=
−
= -0,3759 kJ
Universitas Sumatera Utara
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
=
kJ kg
kJ kg
1044 ,
2 1
43980 10
785 ,
4
5
= ×
× ×
=
−
Volume pada titik 3: Volume pada titik 3 dapat kita peroleh dengan menggunakan rumus
berikut ini hal. 101 Lit.1:
2 3
3
P T
R m
V
m
× ×
=
3 4
4
10 3808
, 1
4747 ,
5943 4728
, 3735
. 287
, 10
1768 ,
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
, 3235
. 005
, 1
10 1768
, 7
1873 ,
1060 .
005 ,
1 10
1768 ,
7 1044
, 2
4 4
= ×
× ×
× ×
+ =
− −
maks
T T
=
3
Universitas Sumatera Utara
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
− =
−
kJ m
m kPa
8023 ,
10 674
, 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 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 7374
, 1779
10 5912
, 6
10 3808
, 1
7428 ,
3325
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
Universitas Sumatera Utara
kPa m
m kPa
3052 ,
666 10
5912 ,
6 10
3808 ,
1 4747
, 5943
4 ,
1 3
4 3
4
=
×
× =
− −
Kerja persiklus 3-4: 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 8960
, 4
, 1
1 7428
, 3325
7374 ,
1779 .
287 ,
10 1768
, 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. =
= =
kJ K
K K
kg kJ
kg 7470
, 7374
, 1779
330 .
718 ,
10 1768
, 7
4
− =
− ×
× ×
=
−
Maka, Sesuai dengan persamaan 2.18. maka kerja
5 4
=
−
W
Proses 5-6:
Titik 6 merupakan proses langkah buang pada tekanan konstan .
Untuk kerja yang dihasilkan pada proses 5- 6 dapat dihitung berdasarkan
persamaan 2.21 berikut ini:
1 6
5 6
6 5
v v
P v
v P
W −
× =
− ×
=
−
Universitas Sumatera Utara
V
2
= V
6
V
5
= V
1
Sesuai dengan gambar 2.2. diagram p-v, maka nilai Po – P1 = 100 kPa.
1 6
1 6
5
v v
P W
− ×
=
−
kJ m
m kPa
05544 ,
10 5912
, 6
10 674
, 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 42931
, 1
05544 ,
8960 ,
8023 ,
3759 ,
08235 ,
+ =
− +
+ +
+ +
+ −
+ +
=
Sehingga, kerja yang dihasilkan dalam satu siklus kerja dari Toyota Fortuner Tipe 2KD-FTV VN Turbo adalah 1,1982 kJ.
Untuk effisiensi termal dari satu siklus kerja dari motor diesel 2KD-FTV dapat dihitung berdasarkan persamaan 2.22 dibawah ini:
in nett
th
Q W
= η
93 ,
67 6793
, 104
, 2
42931 ,
1
= =
= kJ
kJ
Universitas Sumatera Utara
4.3. Parameter Performansi Mesin Diesel Toyota Fortuner Tipe 2KD-FTV VN Turbo
