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

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

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, ST.MT NIP : 19491012 1981 031002 NIP : 19720923 2000 121003

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

Catatan : Diketahui, 1. Kartu harus diperlihatkan kepada Dosen Pembimbing KetuaP.S.

Teknik MesinFT. USU

2.Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi 3.Kartu ini dikembalikan ke Jurusan, bila kegiatan

Asistensi telah selesai

DR.-Ing.Ir.IkhwansyahIsranuri NIP.196412241992111001

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

10 25/4/2012 Lengkapi daftar isi, daftar tabel, daftar gambar, daftar notasi

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

DAFTAR ISI

Kata Pengantar i

Daftar Isi iii

Daftar Tabel v

Daftar Gambar vi

Daftar Notasi vii

Abstrak viii

BAB 1. PENDAHULUAN 1

1.1. Latar Belakang 2

1.2. Batasan Masalah 2

1.3. Tujuan 2

1.4. Metode Penulisan 2

1.5. Sistematika Penulisan 3

BAB II. LANDASAN TEORI 7

2.1. Landasan Teori 7

2.2. Prinsip Kerja Motor Bensin 8

3.5 . Catalyitic Converter 9

2.3. Siklus ideal Otto 13

2.4. Siklus Aktual. 18

2.5. Parameter performance Mesin 19

2.5.1. Tekanan Efektif rata rata . 19

2.5.2. Daya Indikator 19

2.5.3. Daya Poros . 20

2.5.5. Efisiensi Thermal 22

2.5.6. Efisiensi Mekanis 22

2.5.7. Efisiensi Volumetrik 22

BABIII. SISTEM VVT-I DAN CATALYTIC CONVERTER 24

3.1. Sistem VVT-i 24

3.2. Sistem EFI 25

3.3. Prinsip Kerja VVT-i. 26

3.4. Komponem VVT-i 30

3.4.1. ECU ( Electronic control unit) . 30

3.4.2. Camshaft Position Sensor . 30

3.4.3. Camshaft Timing Oil Control Valve. 32

3.4.4. Crankshaft Position Sensor 32

3.5. Spesifikasi Mesin 33

3.5.1 Daihatsu Terios D99B 33

3.5.2. Taruna F series (non VVT-i). 34

BAB IV.. Analisa Thermodinamika Mesin Daihatsu Terios D99B dan Mesin non VVT-i 35

4.1. Mesin Daihatsu Terios 35

4.1.1 Analisa Thermodinamika 35

4.1.2 Parameter performa Mesin. 44

4.2. Mesin non VVT-I 48

4.2.1 Analisa Thermodinamika 48

4.2.2 Parameter performa Mesin. 58

5.1. Kesimpulan 68 5.2 Saran. 69

Daftar Pustaka Lampiran

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

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

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

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)

efisiensi thermal

efisiensi mekanis

efisiensi volumetric

Wnett kerja nett (kJ)

laju aliran rata rata Xr residu gas buang

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.

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 pemeliharan yang harus ditanggung. Sebab tune up seperti setel katup dan lain sebagainya tidak diperlukan lagi.

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 referensi dalam penyusunan skripsi.

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

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 utama yaitu, motor bensin dikenal dengan mesin Otto dan mesin Diesel.

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 kedalam silinder melalui katup masuk untuk mengisi ruang silinder.

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.

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 dalam satu siklus dari empat langkah.

Gambar 2.4. Langkah buang [14]

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 mesin. Catalytis converter memiliki suhu kerja normal sebesar 3000C – 5000C . penyebab catalytic converter kotor adalah pemakaian bensin

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

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]

Sedangkan 2 way catalyst digunakan pada mesin diesel. Jenis 2 way catalyst menggunakan material platinum dan palladium, yang dapat mengurangi CO dan HC karena pada daur mesin Diesel tidak dihasilkan

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 timbal.

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.

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.

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) P2 = tekanan pada titik 2 (kpa)

T2 = temperatur spesifik pada titik 1 (K) T2 = temperatur spesifik pada titik 2 (K) V1 = volume pada titik 1 (m)

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)

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 :

P4 = tekanan pada titik 4 (kpa) 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

=

=

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 bakar udara, jadi ada proses pembakaran untuk sumber panas. Pada langkah

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 dimana :

mep = tekanan efektif rata rata (kPa)

Vd = volume langkah torak (m3)

Wnett = kerja netto dalam satu siklus (kJ)

2.6.2. Daya Indikator (Wi)

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

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 mesin, maka sebagian darinya 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.

2.6.4. 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)

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 yang masuk karena dihisap torak pada langkah hisap dan massa udara pada

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 a = massa jenis udara (kg/m3)

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 menutup katup) .

Sistem kerja VVT- i teknologi untuk membuat mekanik katup isap dan masuk dapat bekerja tepat dan fleksibel sesuai dengan putaran mesin. Dengan demikian selain membuat kerja mesin makin efektif dan efisien, sehingga masalah yang akan dihadapi pada putaran rendah dan tinggi pada 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 dengan kondisi kerja mesin, pada sistem poros cam katup ditambahkan mekanisme VVT-i, rangkaian komponem mekaniknya antara lain timing rotor, rumah dan baling baling (fan) controller dan katup spul, semuanya disatukan pada poros cam isap. controller VVT-i bergerak memutar atau menggeser posisi poros cam. Hal ini menyebabkan waktu buka tutup katup berubah. Controller VVT-i bekerja atas tekanan oli dari katup yang mengalirkan ke sudu sudu.

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

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 sudu dengan rodanya, sudu sudu terpasang rigid dengan poros cam dan roda VVT-i berhubungan dengan timing chain atau timing belt yang digerakkan poros engkol .

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.

Gambar 3.3. Valve timingVVT-i [13]

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]

Posisi advance timing (maju) didapat dengan mengisi oli keruang belakang masing masing bilah vane . Sehingga vane akan bergerak maju dan posisi timing pun ikut maju 30 derajat. Tekanan olinya sendiri disediakan oleh chamsaft timing oli control valve yang diatur oleh ECU (Electronic Control Unit ) mesin.

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

ECU

Oil Drain

Vane

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

Camshaft merupakan sebuah alat yang digunakan dalam mesin torak untuk menjalankan valve, terdiri dari batangan silinder, cam membuka katup

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

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 bakar yang kemudian diteruskan ke fuel injector.

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

3.3.2. DAIHATSU TERIOS PUR 4 WD

Item DAIHATSU K3

Jumlah dan susunan silinder

4 Cylinder, line

Additional feature

Multi- point fuel Injection,

DOHC

Displacement cm3

1298

Bore x Stroke mm

72 x 79,7

Kompresi rasio

10:1

Max power

63 Kw@ 6000 Rpm

Max Torque

120 Nm/3200 Rpm

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) ke titik mati atas (TMA). Kapasitas 4 silinder adalah 1495cc, maka volume langkah untuk satu silinder

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 0,00041528 m3

Massa campuran bahan bakar dan udara :

Dengan tekanan 1,03 atm atau 104,3647 kPa dan volume silinder 0,00041528 m3 pada temperatur 300 K, massa campuran bahan bakar dan udara adalah :

mm =

= = 0,00050337 kg

Massa udara pembakran (ma) dan massa bahan bakar (mf) :

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 =

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 naik menjadi T2

T2 = T1 = 300

= 753,565929 K

Volume pada titik 2 :

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

0,16381418 kj

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

Volume pada titik 3 :

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

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

Tekanan pada titik 4 :

Begitu juga dengan tekanan didalam silinder, mengalami penurunan menjadi P4

P4 = P3

= 3711,6447

= 628,0404711 kPa

Volume pada titik 4 :

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

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)

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 =

Daya indikator

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

Besarnya harga daya indikator (Wi) pada putaran 4400 rpm dapat dirumuskan sebagai berikut :

Wi =

Wi =

Wi = 30,1392 kW

Untuk 4 silinder = 4 23,9743 kW = 120,5568 kW

Daya poros

Daya yang dihasilkan suatu mesin pada poros keluarannya disebut 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

Maka besarnya torsi pada putaran 6000 Rpm dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

=

=

= 127,38

Konsumsi bahan bakar spesifik (sfc)

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 :

sfc =

sfc =

= 0,000069519 kg / kW – det = 250,2834 gram/ kW – jam

Efisiensi thermal

Efisiensi ini merupakan indikasi sesungguhnya dari konversi input termodinamika menjadi kerja mekanis.

nth =

nth =

nth = 0,6014 nth = 60,14 %

Efisiensi mekanis

Merupakan perbandingan antara daya poros (Wb) dengan daya indikator (Wi), dengan daya poros sebesar 64,9352 kW dan daya indikator

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

nm =

nm =

nm = 0,5386 nm = 53,86 % Efiesiensi volumetric

Merupakan indikasi sejauh mana volume sapuan (swept volume)

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

nv =

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

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

= Vc = 0,000036056 m3

Volume pada titik 1 :

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 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 massa campuran (mm) sebesar 0,00043704 kg serta diasumsikan sisa gas hasil pembakaran 4 % [lit 7] dari siklus sebelumnya, maka besarnya massa udara dan massa bahan bakar adalah :

ma =

00043704 kg = 0,00039284 kg

mf =

0,96 0,00043704 kg = 0,000026724 kg

Tekanan dan temperatur udara sekitar mesin dapat digunakan untuk mencari densitas udara dengan persamaan sebagai berikut :

=

= = 1,21213357 kg/m3

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 didalam silinder ditekan dan dimampatkan oleh torak yang bergerak ke titik mati atas. Akibatnya, tekanan dalam silinder naik menjadi P2 .

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

Volume pada titik 2 :

V2 =

=

0,000036056 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 =

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 :

Dengan menggunakan persamaan Qin = mmCv (T3 – T2), maka T3dapat diketahui :

T3 =

=

T3 = 4534,76991 K T3= Tmaks

Volume pada titik 3 :

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

V3 sama dengan V2

V3 = V2 = 0,000036055 m3

Tekanan pada titik 3 :

Seiring dengan bertambahnya temperatur selama siklus tertutup volume konstan, maka bertambah pula tekanan didalam silinder.

P3 = P2

= 2621,52274

= 15775,6634 kPa

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

Tekanan pada titik 4 :

Begitu juga dengan tekanan didalam silinder, mengalami penurunan menjadi P4 .

P4 = P3

= 15775,6634

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)

= 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 =

Daya indikator

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

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

Wi =

Wi =

19,0310 kW

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

Daya yang dihasilkan suatu mesin pada poros keluarannya disebut 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

Wb = 40,192 kW

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 =

sfc =

= 0,000070923 kg/Kw –det

Efisiensi thermal

Efisiensi ini merupakan indikasi sesungguhnya dari konvensi energi input thermodinamika menjadi energi mekanis.

th =

th

th 0,6014

th 60,14 %

Efisiensi 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 sebagai berikut :

m

m

m 0,5279 m 52,79 %

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

v

0,9987

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

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 20 40 60 80 100 120 140

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000

non VVT-I VVT-i RPM To rsi N .m

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

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 10 20 30 40 50 60 70 80 90

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000

VVT-i non VVT-i RPM D AYA (KW)

Tabel 3.3. SFC dan Putaran Mesin

Putaran (RPM)

SFC (gr/kW-jam)

VVT-i

Non VVTi

1500

85,3238 119.6900

2000

113,7651 159,5867

2500

142,2064 199,4834

3000

170,6477 239,3807

3500

199,089 279,2768

4000

227,5309 319,1735

4500

255,9716 359,0702

5000

284,4129 398,9669

5500

312,8542 438,8636

6000

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

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000

non VVT-i "VVT-i"

RPM SF C ( g r/ kw -jam )

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 konsumsi bahan bakar juga menjadi boros.

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 gr/kw-jam.

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

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

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 20.http://www.Pertamina.com

(Sumber : PT.ASTRA DAIHATSU MOTOR TRAINING CENTER)

TERIOS 3SZ VE

Displacement (cc)

1,495

Valve mechanism

16 valve DOHC + VVT-i

Fuel System

EFI

Bore Stroke (mm)

72.0 91.8

Compression Ratio

10.0

Max output (KW/rpm)

80/6,000 Max.Torque (Nm/rpm) 141/4,400 Bahan bakar

Tanpa timbal, 90 octane atau lebih

Level Emisi

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 20.http://www.Pertamina.com

(Sumber : PT.ASTRA DAIHATSU MOTOR TRAINING CENTER)

TERIOS 3SZ VE

Displacement (cc)

1,495

Valve mechanism

16 valve DOHC + VVT-i

Fuel System

EFI

Bore Stroke (mm)

72.0 91.8

Compression Ratio

10.0

Max output (KW/rpm)

80/6,000 Max.Torque (Nm/rpm) 141/4,400 Bahan bakar

Tanpa timbal, 90 octane atau lebih

Level Emisi