Analisa Performansi Pada Mobil Toyota Fortuner Mesin Diesel Tipe 2KD-FTV VN Turbo Intercooler

ANALISA PERFORMANSI PADA MOBIL TOYOTA
FORTUNER MESIN DIESEL TIPE 2KD-FTV VN
TURBO INTERCOOLER

SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

ANDI SETIAWAN GINTING
NIM. 090421060

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara


Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa
atas segala kasih dan rahmat-NYA dalam kehidupan penulis yang senantiasa
memberikan waktu tenaga dan dana sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas
Sarjana ini.
Skripsi ini merupakan salah satu persyaratan menyelesaikan pendidikan

pada Departemen Teknik Mesin. Adapun judul Skripsi ini adalah “Analisa
Performansi Pada Mobil Toyota Fortuner Mesin Diesel Tipe 2KD-FTV VN
Turbo Intercooler”
Dalam penyelesaian Tugas Sarjana ini, penulis banyak mengalami
masalah, hambatan namun berkat bantuan Dosen Pembimbing dan bantuan dari
berbagai pihak yang berupa Spritual, meterial dan informasi maka Tugas Sarjana
ini dapat diselesaikan. Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan
dan ucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Kedua Orangtua penulis Ayahanda M. Ginting dan Ibunda R. br.
Tarigan. Terima kasih atas doa dan dukungan yang tiada hentihentinya baik moril maupun materil hingga skripsi ini dapat
diselesaikan.
2. Bapak Ir. Mulfi Hazwi,M.Sc. sebagai Dosen Pembimbing Skripsi yang
telah banyak memberikan waktu dan bimbingan, hingga skripsi ini
dapat diselesaikan.
3. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri, dan Bapak Ir.Syaril Gultom.MT
selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas
Teknik USU.
4. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Depatermen Teknik Mesin
Fakultas Teknik USU.


Universitas Sumatera Utara

5. Abang saya Heri Gunawan Ginting SP, dan adik saya Bijak Bestari
Gintung, terima kasih atas dukungan doa dan semangat hingga skripsi
ini dapat diselesaikan.
6. Seluruh rekan rekan mahasiswa Teknik Mesin terkhusus Stambuk
2009 ekstensi, yang tidak dapat disebut satu persatu “Solidarity
Forever”.
7. Staff AUTO 2000 – TOYOTA Jl.Sisangamangaraja yang telah banyak
membantu dan membantu dan membimbing penulis selama pengujian
di Bengkel.
8. Buat Yessy B Sitorus yang terus memberikan semangat, dukungan dan
bantuan dalam doa.
9. Buat kekompakan rekan rekan satu kost Gg Happy No.11 yang terus
mendukung dalam doa dan semagat.
10. Dan semua pihak yang turut membantu dalam menyelasaikan Tugas
Sarjana ini yang namanya tidak dapat penulis tuliskan satu persatu.
Penulis menyadari masih adanya kekurangan dalam Skripsi ini. Oleh
karena itu, sangat diharapkan kritik dan saran yang membangun demi
penyempurnaan Skripsi ini.


Medan, October 2013
Penulis

Andi Setiawan Ginting
NIM. 090421060

Universitas Sumatera Utara

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 84,4 %. Hal ini membuktikan bahwa mobil ini telah
mempunyai efisiensi yang sudah bagus. Disamping itu untuk putaran 2800 rpm
didapatlah daya sebesar 100,5218 kW. Hasil analisa secara keseluruhan
membuktikan bahwa mobil ini memiliki performa yang baik.

Kata kunci: teknologi, kuantitas, akselerasi, emisi, optimal.

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR.................................................................................. ..........i
ABSTRAK.............................................................................................................iii
DAFTAR ISI..........................................................................................................iv
DAFTAR TABEL................................................................................................vii

DAFTAR GAMBAR ..........................................................................................viii
DAFTAR NOTASI...............................................................................................ix
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang....................................................................................1
1.2 Tujuan ................................................................................................3
1.3 Batasan Masalah ................................................................................3
1.4 Manfaat...............................................................................................4
1.5 Sistematika Penulisan.........................................................................4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Dasar................................................................................7
2.2 Motor Diesel.......................................................................................8
2.2.1 Sejarah Mesin Diesel..................................................................8
2.2.2 Prinsip Kerja Motor Bakar Diesel..............................................9
2.2.3 Siklus Ideal Diesel....................................................................11
2.2.4 Siklus Dual Cycle.....................................................................16
2.2.5 Konfigurasi Mesin Diesel........................................................16
2.2.6 Kelebihan dan Kekurangan Mesin Diesel................................17
2.2.7 Prinsip Turbo Intercooler..........................................................18
2.2.8 Analisa Termodinamika Motor bakar diesel pada Turbocarjer
dan Intercoller ....................................................................... 21

2.2.9 Teknologi Diesel Sistem Common Rail....................................22
2.2.10 Perbedaan Diesel Common Rail dengan Diesel
Konvensional.............................................................................23
2.3

Parameter Performasi...............................................................24

Universitas Sumatera Utara

2.3.1 Tekanan efektif rata-rata ........................................................24
2.3.2 Daya Indikator..........................................................................25
2.3.3 Torsi dan Daya.........................................................................25
2.3.4 Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc).....................................26
2.3.5 Emisi Gas Buang Pada Motor Diesel…………………….....26
2.3.5.1 Pembentukan Karbon Monoksida (CO)................ ..... 26
2.3.5.2 Pembentukan Hidrokarbon (HC)..................................27
2.3.5.3 Pembentukan Nitrogen Oksida (NOx)..........................28
2.3.5.4 Pembentukan Partikulat (Particulate Matter)…….....28
2.3.5.5 Pembentukan Emisi Asap (Smoke)….…………….....30
2.3.6 Efisiensi mekanis.....................................................................30

2.3.7 Efisiensi Volumetrik ...............................................................31
2.3.8 Efisiensi Thermal Brake ...........................................................31
BAB III

METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat.......................................................................32
3.2 Bahan dan Alat.............................................................................32
3.2.1

Bahan..................................................................................32

3.2.2

Speksifikasi alat ukur.........................................................33

3.3 Variabel Riset.................................................................................38
3.4 Prosedur Analisa…………………………………………….….38
3.4.1 Keterangan Diagram Alir………………..………………...40
3.4.1.1 Mulai………..………………………..………………....40
3.4.1.2 Studi Literatur…………………. ……………………….40

3.4.1.3 Pencarian dan Pengumpulan Data………………...…….40
3.4.1.4 Proses Perhitungan…………………………….…...…...41
3.4.1.5 Kesimpulan dan Saran.………………………..…...…....41
3.4.1.6 Selesai………………………...…………………....……41
BAB IV

ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Awal....................................................................................42
4.1.1 Dimensi Silinder……………………..……………….…........42
4.2 Analisa Termodinamika...............................................................43
4.3 Parameter Performansi Mesin Diesel Toyota Fortuner Tipe

Universitas Sumatera Utara

2KD-FTV VN Turbo....................................................................51
4.3.1

Tekanan efektif rata-rata..................................................51

4.3.2


Daya indikator....................................................................51

4.3.3

Torsi dan Daya………………………………………....53

4.3.4

Pengabungan antara Daya Mesin Dan torsi dalam satu
Grafik ................................................................................56

4.3.5

Grafik

perbandingn

hasil


perhitungan

dengan

hasil

pengukuran pada daya mesin dengan putaran mesin..57

BAB V

4.3.6

Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc)…………….…...58

4.3.7

Efisiensi mekanis…………………………………….....60

4.3.8

Efisiensi Volumetrik..........................................................60

4.3.9

Efisiensi Thermal Breake...................................................61

KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan....................................................................................62
5.2 Saran..............................................................................................63

DAFTAR PUSTAKA...........................................................................................64
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. Data Hasil Pengukuran Kondisi Ruang Bakar Toyota
Fortuner Mesin Diesel Tipe 2KD-FTV VN Turbo
Intercoller dengan menggunakan Intelligent Tester II
Lampiran E. Leaflet Spesifikasi Toyota Fortuner Secara Umum

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data Spesifikasi Mesin Toyota Kijang Innova Tipe 2KD-FTV VN
Turbo......................................................................................................................39
Tabel 4.2 Daya Indikator.……………………………….…………………….…51
Tabel 4.3 Torsi Mesin…………………………………………………………....53
Tabel 4.4 Daya Mesin….……………………………..…...……………………..54
Tabel 4.5 Sfc………………………………………………………………….….56

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Langkah Kerja Motor Diesel ...........................................................10
Gambar 2.2. Diagram P–v dan T–s siklus Diesel..................................................12
Gambar 2.3. Diagram P – v dan diagram T – s Siklus Dual Cyle……………....16
Gambar 2.4. Cara Kerja Mesin Turbo.............................................………….….18
Gambar 2.5. Prinsip Mesin Turbo.......... ..............................................................19
Gambar 2.6 Analisa Termodinamika Motor bakar diesel pada Turbocharger dan
Intercooler .......................................................................................21
Gambar 2.7. Sistem Diagram Common Rail.........................................................23
Gambar 2.8. Pembentukan soot particle................................................................29
Gambar 3.1. Four gas Analyser.............................................................................34
Gambar 3.2. Tachometer.......................................................................................35
Gambar 3.3. Universal Dynamometer Module.....................................................35
Gambar 3.4. Multimeter.......................................................................................36
Gambar 3.5. Intelligent tester II...........................................................................37
Gambar 3.6. Toolbox............................................................................................38
Gambar 3.7. Diagram Alir Pengerjaan Skripsi.....................................................39
Gambar 3.8. Motor Diesel Toyota Fortuner Tipe 2KD-FTV VN Intercooler…..41
Gambar 4.1. Grafik Daya Indikator Mesin...........................................................52
Gambar 4.2. Grafik Torsi Mesin....................................... …………………...…54
Gambar 4.3. Grafik Daya Mesin...........................................................................55
Gambar 4.4. Grafik perbandingan hasil perhitungan dengan hasil pengukuran...56
Gambar 4.5. Grafik Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Sfc)..................................57

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR NOTASI
rc

= rasio kompresi

R

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

cv

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

Vd

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

Vc

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

mm

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

ma

= massa udara (kg) atau (lbm)

mf

= massa bahan bakar (kg) atau (lbm)

ρa

QHV

ηc

= massa jenis udara (kg/m3) atau (lbm/ft3)
= nilai kalor bahan bakar (kJ/kg) atau (BTU/lbm)
= efisiensi pembakaran

mep

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

Ẃi

= daya indikasi (kW) atau (hp)

N

= Putaran mesin (RPM)

n

= jumlah putaran dalam satu siklus

Ẃb

= daya poros (kW) atau (hp)

sfc

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

η th
ηm

ηv

= efisiensi thermal
= efisiensi mekanis
= efisiensi volumetrik

Wnett

= kerja netto (kJ)

m´f

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

Xr

= residu gas buang

Universitas Sumatera Utara