Upload
karyagata-mandiri
View
218
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
1/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
SKRIPSI
MOTOR BAKAR
KAJIAN TEORITIS
PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE)
BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON VVT-i
OLEH :
2009
FATAH MAULANA SIREGAR
0 6 0 4 2 1 0 0 9
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
2/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah Yang Maha Esa atas Berkah dan
Rahmat-Nya 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 Kajian Teoritis
Performansi Mesin Non Stationer (mobile) Berteknologi VVT-i dan Non VVT-i .
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. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Tulus B. Sitorus, ST. MT, selaku Wakil Ketua Jurusan Departemen
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dan Dosen
Pembimbing Skripsi yang telah banyak meberikan waktu, arahan, bimbingan,
dan nasehat hingga terselesaikannya tugas akhir ini.
3. Seluruh staf pengajar di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara
4. Seluruh Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Mesin
Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan pelayanan terbaik dalam
akademis ataupun non-akademis.
5. Kedua orang tua penulis, atas doa, dukungan materi maupun spritiual
6. Semua rekan rekan saya.
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
3/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
Penulis menyadari masih adanya kekurangan dalam Skripsi ini. Oleh karena itu,
sangat diharapkan saran dan kritik yang membangun untuk penyempurnaan Skripsi ini.
Medan, Februari 2009
Fatah Maulana Siregar
NIM. 060421009
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
4/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
DAFTAR ISI
LEMBAR PERSETUJUAN DOSEN PEMBIMBING
LEMBAR PERSETUJUAN DOSEN PEMBANDING
LEMBAR KESIMPULAN SEMINAR DOSEN PEMBANDING I
LEMBAR KESIMPULAN SEMINAR DOSEN PEMBANDING II
LEMBAR ABSENSI PEMBANDING BEBASLEMBAR TUGAS SARJANA
LEMBAR KARTU BIMBINGAN
KATA PENGANTAR .................................................................................................. i
DAFTAR ISI .............................................................................................................. iii
DAFTAR GAMBAR................................................................................................... v
DAFTAR TABEL ...................................................................................................... vi
DAFTAR NOTASI.................................................................................................... vii
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar belakang ................................................................................... 1
1.2. Batasan Masalah ................................................................................ 2
1.3. Tujuan Akademis ............................................................................... 2
1.4. Metode penulisan ............................................................................... 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pengertian Dasar ................................................................................ 4
2.2. Prinsip kerja motor bakar bensin ........................................................ 5
2.3. Siklus ideal Otto (siklus volume konstan) ........................................... 7
2.4. Siklus Aktual ................................................................................... 12
2.5. Parameter Performansi Mesin .......................................................... 13
2.6. Spesifikasi mesin ............................................................................. 17
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
5/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
BAB III ANALISA TERMODINAMIKA DAN PRESTASI MESIN PADA
MESIN VVT-i DAN NON VVT-i
3.1 Mesin VVT-i.................................................................................... 17
3.1.1 Analisa Termodinamika .............................................................. 17
3.1.2 Parameter Performansi Mesin ...................................................... 25
3.2 Mesin Non VVT-i ............................................................................ 29
3.2.1 Analisa Termodinamika .............................................................. 29
3.2.2 Parameter Performansi Mesin ...................................................... 37
BAB IV SISTEM VVT-i DAN CATALYTIC CONVERTER
4.1 Sistem VVT-i ................................................................................... 45
4.1.1 ECU (Electronic Control Unit) .................................................... 50
4.1.2 Camshaft Position Sensor ............................................................ 51
4.1.3 Camshaft Timing Oil Control Valve ............................................ 51
4.1.4 Crankshaft Position Sensor .......................................................... 52
4.2 Catalytic Converter .......................................................................... 53
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan ................................................................................................. 58
Saran ........................................................................................................... 59
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ 60
L A M P I R A N
Lampiran A. Tabel faktor faktor konversi ............................................ 56
Lampiran B. Tabel Sifat sifat udara (Tabel A-17) ................................ 61
Lampiran C. Gambar Perangkat VVT-i................................................... 66
Lampiran D. Gambar Catalytic Converter ............................................... 69
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
6/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Prinsip kerja motor bensin 4 langkah......................................................... 7
Gambar 2.2. Diagram P v dan T s siklus Otto .......................................................... 8
Gambar 2.3. Diagram siklus aktual ............................................................................. 12
Gambar 3.1. Grafik Torsi Mesin ................................................................................. 42
Gambar 3.2. Grafik Daya Mesin.................................................................................. 43
Gambar 3.3. Grafik Sfc Mesin..................................................................................... 44
Gambar 4.1. Sistem VVT-i.......................................................................................... 45
Gambar 4.2. Valve Timing VVT-i............................................................................... 46
Gambar 4.3. VVT-i Controller .................................................................................... 48
Gambar 4.4. Posisi advance timing ............................................................................. 49
Gambar 4.5. Posisi retard timing ................................................................................. 49
Gambar 4.6. Camshaft Timing Oil Control Valve ....................................................... 52
Gambar 4.7. Catalytic Converter ................................................................................. 53
Gambar 4.8. (a) Catalytic converter berbahan keramik, (b) catalytic converter berbahan
metal ...................................................................................................... 54
Gambar 4.9. Catalytic converter jenis pellet ................................................................ 55
Gambar 4.10. Catalytic converter jenis monolithic ...................................................... 56
Gambar C.1 Mesin K3 VE VVT-i ............................................................................... 66
Gambar C.2 Mesin yang menggunakan teknologi VVT-i ............................................ 66
Gambar C.3 VVT-i Kontroller .................................................................................... 67
Gambar C.4 Lock Pin.................................................................................................. 67
Gambar C.5 ECU (Electronic Control Unit) ................................................................ 68
Gambar C.6 Crankshaft Position Sensor ...................................................................... 68
Gambar D.1 Catalytic Converter tipe Pellet dan tipe Ceramic Monolith ...................... 69
Gambar D.2 Proses Penyaringan Gas Buang ............................................................... 70
Gambar D.3 Skema Catalytic Converter ...................................................................... 70
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
7/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
Gambar D.4 Letak Catalytic Converter ....................................................................... 71
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Torsi Mesin ................................................................................................ 41
Tabel 3.2. Daya Mesin ................................................................................................ 42
Tabel 3.3. SFC Vs Putaran Mesin................................................................................ 43
Tabel 4.1. Valve timing dan status operasi .................................................................. 47
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
8/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
DAFTAR NOTASI
= rasio kompresi
= konstanta gas (kJ/kg-K) atau (ft-Ibf/lbm-R) atau (BTU/lbm-R)
= panas spesifik pada volume konstan (kJ/kg-K) atau (BTU/lbm-R)
= volume langkah (cc) atau (L) atau (in.3)
= volume sisa (cc) atau (L) atau (in.3)
= massa campuran bahan bakar dan udara (kg) atau (lbm)
= massa udara (kg) atau (lbm)
= massa bahan bakar (kg) atau (lbm)
= massa jenis udara (kg/m3) atau (lbm/ft3)
= nilai kalor bahan bakar (kJ/kg) atau (BTU/lbm)
= efisiensi pembakaran
= tekanan efektif rata rata (kPa) atau (atm) atau (psi)
= daya indikasi (kW) atau (hp)
= kecepatan mesin (RPM)
= jumlah putaran dalam satu siklus
= daya poros (kW) atau (hp)
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
9/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
= konsumsi bahan bakar spesifik (gr/kW-h)
= efisiensi thermal
= efisiensi mekanis
= efisiensi volumetrik
= kerja nett (kJ)
= laju aliran rata rata bahan bakar (kg/sec)
Xr = residu gas buang
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
10/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
ABSTRAK
VVT-i merupakan salah satu aplikasi teknologi informasi pada industri otomotif
khususnya dalam hal penyempurnaan performansi mesin. VVT-i adalah teknologi
pengaturan katup pembakaran.
Perbedaan mendasar yang dimiliki oleh sistem VVT-i adalah perputaran intake
cam tidak perlu sama persis dengan perputaran mesin. Pada mobil tanpa system VVT-i,
intake cam hanya mempunyai satu pola bukaan katup sehingga membuat mesin tidak
dapat memaksimalkan tenaga mesin pada saat tenaga besar dibutuhkan dan tidak dapat
meminimalkan bahan bakar yang dipergunakan ketika tenaga yang dibutuhkan tidak
besar.
Sedangkan pada mobil dengan mesin berteknologi VVT-i, ketika pengemudi
memerlukan tenaga lebih besar, maka mekanisme katup akan diatur sedemikian rupa
sehingga torsi mesin dapat meningkat. Sebaliknya, ketika 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 cuma satu, yaitu mendapatkan power dan torsi yang
optimal di semua kondisi dan beban kerja dengan tetap irit bahan bakar.
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
11/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.Latar belakangDilatar belakangi oleh semakin tingginya tingkat permintaan para pengguna
kendaraan agar memiliki mobil dengan 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 tutup katup sesuai dengan besar putaran mesin sehingga menghasilkan
tenaga yang optimal, hemat bahan bakar dan ramah lingkungan.
Cara kerjanya cukup 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 chamshaftatau crankshaftmemberikan sinyal sebagai
respon koreksi.
Mudahnya sistem VVT-i akan terus 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 BBM. Adopsi teknologi VVT-i ke mesin mobil juga memberikan
kelebihan minimnya biaya pemeliharaan yang harus ditanggung. Sebab tune-up
seperti setel klep dan lain sebagainya tidak diperlukan lagi.
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
12/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
1.2.Batasan MasalahMengingat begitu luasnya cakupan mesin bensin, maka masalah yang akan dibahas
dalam Skripsi ini adalah perbandingan performansi antara mesin bensin yang
berteknologi VVT-i dengan yang tanpa VVT-I berupa:
a. Daya
b. Sfc (Specific fuel consumption)
c. Kontrol VVT-i
d. Catalytic Converter
1.3.Tujuan Akademisa. Tujuan umum
Untuk melengkapi persyaratan menyelesaikan akademis di Fakultas Teknik
Program Pendidikan Sarjana Ekstensi Departemen Teknik Mesin.
b. Tujuan khusus
Untuk mengetahui kinerja mesin bensin yang berteknologi VVT-i.
1.4.Metode penulisanAdapun metode yang digunakan 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 Daihatsu Jl. Sisingamangaraja
Medan.
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
13/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
c. Metode bimbingan
Metode ini berupa bimbingan dengan dosen pembimbing mengenai penulisan
materi maupun pelaksanaan Skripsi.
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
14/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.Pengertian DasarApabila meninjau mesin apa saja, pada umumnya adalah suatu pesawat yang dapat
merubah 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 termal untuk menghasilkan
kerja mekanik, atau mesin yang dapat merubah energi termal menjadi kerja mekanik.
Selanjutnya jika ditinjau dari cara memperoleh sumber energi termal, jenis mesin
kalor dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu, mesin pembakaran luar (external
combustion engine) dan mesin pembakaran dalam (internal combustion engine). Yang
dimaksud dengan mesin pembakaran luar adalah mesin dimana proses pembakaran
terjadi di luar mesin, energi termal dari hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja
mesin melalui beberapa dinding pemisah. Contohnya adalah mesin uap. Sedangkan
yang dimaksud dengan mesin pembakaran dalam, adalah mesin dimana proses
pembakaran berlangsung didalam mesin itu sendiri, sehingga gas pembakaran yang
terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja. Mesin pembakaran dalam ini umumnya
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
15/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
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,
mesin bensin atau motor bensin dikenal dengan mesin Otto atau mesin Beau Des
Rochas, dan motorDiesel.
Perbedaan pokok antara kedua mesin ini adalah pada sistem penyalaannya. Pada
mesin bensin penyalaan bahan bakar dilakukan oleh percikan bunga api listrik dari
antara kedua elektroda busi. Oleh sebab itu mesin bensin dikenal juga dengan sebutan
Spark Ignition Engine.
Didalam mesin diesel, penyalaan bahan bakar terjadi dengan sendirinya, oleh
karena itu bahan bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar yang berisi udara yang
bertekanan dan bersuhu tinggi. Bahan bakar itu terbakar dengan sendirinya oleh udara
yang mengandung O2 bersuhu melampaui suhu titik nyala (flash point) dari bahan
bakar. Mesin diesel ini dikenal juga dengan sebutan Compression Ignition Engine.
2.2.Prinsip kerja motor bakar bensinMotor bensin bekerja dengan gerakan torak bolak balik (bergerak naik turun pada
motor tegak). Motor bensin bekerja menurut prinsip 4 langkah (tak) dan 2 langkah (tak).
Yang dimaksud dengan istilah langkah disini adalah perjalanan torak dari satu titik
mati atas ke titik mati bawah.
Langkah hisap
Torak begerak ke bawah, katup masuk membuka, katup buang tertutup, terjadilah
kevakuman pada waktu torak bergerak ke bawah, campuran bahan bakar udara mengalir
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
16/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
ke dalam silinder melalui lubang katup masuk, campuran bahan bakar udara datang dari
karburator.
Langkah kompresi
Setelah mencapai titik mati bawah, torak bergerak kembali menuju titik mati atas,
sembari saat itu katup hisap dan katup buang dalam keadaan tertutup. Dengan demikian
campuran bahan bakar dan udara yang berada di dalam silinder tadi ditekan dan
dimampatkan oleh torak yang bergerak ke titik mati atas. Akibatnya, tekanan dan suhu
dalam silinder naik sehingga sangat mudah bagi bahan bakar untuk terbakar.
Langkah kerja
Pada saat torak hampir mencapai titik mati atas, campuran bahan bakar dan udara
dinyalakan, maka terjadilah ledakan atau proses pembakaran yang mengakibatkan suhu
dan tekanan naik dengan cepat. Di lain pihak torak tetap meneruskan perjalanannya
menuju titik mati atas, ini berarti ruang bakar atau silinder semakin menyempit sehingga
suhu dan tekanan gas di dalam silinder semakin bertambah tinggi lagi. Akhirnya torak
mencapai posisi titik mati atas, dan pada kondisi ini gas pembakaran mampu untuk
mendorong torak kembali dari posisi titik mati atas ke posisi titik mati bawah dengan
tetap katup hisap dan katup buang dalam tertutup. Pada langkah ini volume gas
pembakaran di dalam silinder bertambah besar oleh karena itu tekanannya turun.
Langkah buang
Kemudian pada saat torak mencapai posisi titik mati bawah, katup buang terbuka
dan katup hisap tetap tertutup. Torak kembali ke titik mati atas dan mendesak gas
pembakaran keluar silinder melalui saluran katup buang.
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
17/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
Langkah hisap Langkah kompresi Langkah kerja Langkah buang
Gambar 2.1. Prinsip kerja motor bensin 4 langkah
(Sumber: Lit. 7)
2.3.Siklus ideal Otto (siklus volume konstan)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.
b. Proses kompresi dan ekspansi berlangsung secara isentropik.
c. Proses pembakaran dianggap sebagai proses pemanasan fluida kerja.
d. Pada akhir proses ekspansi, yaitu pada saat torak mencapai Titik Mati Bawah, fluida
kerja didinginkan sehingga tekanan dan temperatur turun mencapai tekanan dan
temperatur atmosfer.
e. Tekanan fluida kerja di dalam silinder selama langkah buang dan langkah isap adalah
konstan dan sama dengan tekanan atmosfer.
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
18/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
Gambar 2.2. Diagram P v dan T s siklus Otto
(sumber: Lit. 1, hal.75)
Proses siklusnya 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.
[1
b. Proses 1 2 (Kompresi Isentropik) : Semua katup tertutup. Campuran bahan bakar
dan udara yang berada di dalam silinder tadi ditekan dan dimampatkan oleh torak
yang bergerak ke titik mati atas (TMA). Akibatnya, tekanan dan suhu dalam silinder
naik menjadi P2 dan T2.
]
[2
1
lit. Willard W. Pulkrabek,Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal.742 ibid, hal.78
]
Tekanan,P
Temperatur,T
TMA TMB
Volume spesifik, v Entropy, s
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
19/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
[3]
Dimana :
= tekanan pada titik 1 (kPa)
= tekanan pada titik 2 (kPa)
= temperatur spesifik pada titik 1 (K)
= temperatur spesifik pada titik 2 (K)
= volume pada titik 1 (m3)
= volume pada titik 2 (m3)
= kerja pada siklus 1-2 (kJ)
= massa campuran gas di dalam silinder (kg)
3 lit. John B Heywood,Internal Combustion Engines Fundamentals, McGraw-Hill inc, hal.43
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
20/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
= rasio kompresi
= cp/ cv = rasio kalor spesifik
c. Proses 2 3: Proses penambahan kalor pada volume konstan
[4]
dan
dimana:
= panas jenis gas pada volume konstan (kJ/kg K)
= tekanan pada titik 3 (kPa)
= heating value (kJ/kg)
= kalor yang masuk (kJ)
= temperatur pada titik 3 (K)
= efisiensi pembakaran
d. Proses 3 4 : Ekspansi Isentropik
4 lit. Willard W. Pulkrabek,Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal.75
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
21/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
[5]
Kerja ekspansi dari titik 3 ke titk 4 dari siklus Otto juga merupakan proses isentropis,
persamaannya ditunjukkan sebagai berikut:
dimana :
= tekanan pada titik 4 (kPa)
= temperatur pada titik 3 (K)
= temperatur pada titik 4 (K)
= kerja (kJ)
= volume pada titik 3 (m3)
= volume pada titik 4 (m3)
e. Proses 4 1: Proses pembuangan kalor pada volume konstan
[6
5
lit. Willard W. Pulkrabek,Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal. 766 lit. Willard W. Pulkrabek,Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal. 76
]
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
22/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
dimana:
= kalor yang dibuang (kJ)
= temperatur pada titik 4 (K)
= kerja netto (kJ)
= efisiensi thermal
2.4.Siklus Aktual
Gambar 2.3. Diagram siklus aktual
((Sumber : Lit. 10)
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
23/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
Gambar 2.3 adalah gambar siklus aktual dari mesin Otto. Fluida kerjanya adalah
campuran bahan bakar udara, jadi ada proses pembakaran untuk sumber panas. Pada
langkah hisap, tekanannya lebih rendah dibandingkan dengan langkah buang. Proses
pembakaran dimulai dari penyalaan busi (ignition) sampai akhir pembakaran. Proses
kompresi dan ekspasi tidak adiabatis, karena terdapat kerugian panas yang keluar ruang
bakar.
2.5.Parameter Performansi Mesin2.5.1. 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
[7]
dimana:
= tekanan efektif rata rata (kPa)
Vd = volume langkah torak (m3)
Wnett= kerja netto dalam satu siklus (kJ)
2.5.2. Daya Indikator ( )
7 lit. Michael J. Moran dan Howard N. Shapiro, Termodinamika Teknik 2, Erlangga, hal. 57
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
24/90
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
25/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
mesin yang bergerak, sebagian lagi dipakai untuk mengisap udara dan bahan bakar
serta mengeluarkannya dalam bentuk gas buang.
2.5.4. Konsumsi bahan bakar (Sfc)Konsumsi bahan bakar 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.
[10]
dimana:
dimana:
= konsumsi bahan bakar spesifik (gr/kwh)
= laju aliran rata rata bahan bakar (kg/detik)
= massa bahan bakar (kg)
= massa udara (kg)
2.5.5. Efisiensi termalEfisiensi termal suatu mesin didefenisikan sebagai perbandingan antara energi keluaran
dengan energi kimia yang masuk yang dikandung bahan bakar dalam bentuk bahn bakar
10 lit. Willard W. Pulkrabek,Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal. 56
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
26/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
yang dihisap ke dalam ruang bakar. Efisiensi termal sesuai defenisinya merupakan
parameter untuk mengukur efisiensi bahan bakar.
[11]
dimana:
= efisiensi termal
2.5.6. Efisiensi mekanisBesarnya kerugian daya diperhitungkan dalam efisiensi mekanis yang dirumuskan
sebagai berikut:
[12]
dimana:
= efisiensi mekanis
2.5.7. Efisiensi volumetrikEfisiensi 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
[13]
Dimana:
= efisiensi volumetrik
= massa jenis udara (kg/m3)
11
ibid, hal. 7612
ibid, hal. 6413 lit. Willard W. Pulkrabek,Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal. 60
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
27/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
2.6. Spesifikasi mesinData diperoleh dari PT. ASTRA DAIHATSU MOTOR Trainning Center.
2.6.1. VVTiTipe : Motor bensin 4 langkah
Nama : K3VE VVTi DOHC
Volume langkah : 1298 cm3
Jumlah silinder : 4 buah segaris
Jumlah katup : 16 buah
Diameter (B) x Langkah (S) : 72 mm 79,7 mm
Daya maksimum : 92 PS @ 6000 RPM atau 67,712 kW @ 6000 RPM
Torsi maksimum : 12,2 kgfm @ 4400 RPM
Sistem bahan bakar : EFI
Rasio kompresi : 11:1
2.6.2. Non VVTiTipe : Motor bensin 4 langkah
Nama : K3 DE DOHC
Volume langkah : 1298 cm3
Jumlah silinder : 4 buah segaris
Jumlah katup : 16 buah
Diameter (B) x Langkah (S) : 72 mm 79,7 mm
Daya maksimum : 86 PS @ 6000 RPM atau 63,296 kW @ 6000 RPM
Torsi maksimum : 11,9 kgfm @ 3200 RPM
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
28/90
Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, 2009.USU Repository 2009
Sistem bahan bakar : EFI
Rasio kompresi : 10:1
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
29/90
17
BAB III
ANALISA TERMODINAMIKA DAN PRESTASI MESIN PADA
MESIN VVT-i DAN NON VVT-i
3.1 Mesin VVT-i3.1.1 Analisa TermodinamikaProses 0 1 :Langkah hisap, 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 27Catau 300 K, maka :
= 104,3647 kPa
= 300 K
= 11
= 7,2 cm
= 7,97 cm
= 0,287 kJ/kg-K
= 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 1298 cc, maka volume langkah untuk satu silinder:
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
30/90
18
Volume sisa :
Didefenisikan sebagai volume minimum silinder pada saat torak berada di titik mati
atas (TMA). Dengan rasio kompresi sebesar 11:1 dan volume langkah sebesar
0,0003245 m3 maka besarnya volume sisa:
[1]
Volume pada titik 1:
Merupakan hasil penjumlahan volume langkah (Vd) dengan volume sisa (Vc).
[2]
1
lit. John B Heywood,Internal Combustion Engines Fundamentals, McGraw-Hill inc, hal.432 ibid, hal.78
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
31/90
19
Massa campuran bahan bakar dan udara:
Dengan tekanan 1 atm atau 104,3647 kPa dan volume silinder 0,00035695 m3 pada
temperatur 300 K, massa campuran bahan bakar dan udara adalah :
[3]
Massa udara pembakaran dan massa bahan bakar :
Sejumlah udara dihisap masuk ke dalam silinder dengan perbandingan 14,7:1[4]
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 0,0004326 kg serta diasumsikan residu gas hasil pembakaran
4%[5]
dari siklus sebelumnya, maka besarnya massa udara dan massa bahan bakar
adalah:
3lit. Willard W. Pulkrabek,Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal.70
4
PT. ASTRA DAIHATSU MOTOR Trainning Center5 lit. Willard W. Pulkrabek,Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal.77
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
32/90
20
Densitas udara :
Tekanan dan temperatur udara sekitar mesin dapat digunakan untuk mencari densitas
udara dengan persamaan matematika sebagai berikut:
Proses 1 2 :Langkah kompresiisentropik, 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.
[6]
Temperatur pada titik 2:
6 lit. Willard W. Pulkrabek,Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal.78
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
33/90
21
Campuran bahan bakar dan udara yang dimampatkan oleh torak yang bergerak ke
titik mati atas (TMA) juga mengakibatkan suhu dalam silinder naik menjadi T2.
[7]
Volume pada titik 2 :
[8]
Kerja persiklus 1 2:
Kerja yang diserap selama langkah kompresi isentropik untuk satu silinder dalam
satu siklus adalah sebagai berikut:
[9]
7ibid
8
ibid9 lit. Willard W. Pulkrabek,Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal. 79
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
34/90
22
Proses 2 3:Penambahan kalor pada volume konstan.
Kalor masuk:
Bahan bakar yang digunakan adalah PERTAMAX dengan nilai kalori bahan bakar
46000 kJ/kg[10]
dan diasumsikan terjadi pembakaran sempurna, =1.
[11]
Temperatur pada titik 3:
Dengan menggunakan persamaan matematika [12], maka T3
dapat diketahui ;
Volume pada titik 3:
Dari diagram P-v siklus Otto ideal dapat dilihat bahwa V3 sama dengan V2.
10Sumber : Pertamina
11
lit. Willard W. Pulkrabek,Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal.7512 ibid
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
35/90
23
Tekanan pada titik 3:
Seiring dengan bertambahnya temperatur selama siklus tertutup volume konstan,
maka bertambah pula tekanan di dalam silinder.
[13]
Tekanan tersebut merupakan tekanan maksimum siklus.
Proses 3 4:Langkah Ekspansiisentropik
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.
[14]
13
lit. Willard W. Pulkrabek,Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal.7914 ibid.
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
36/90
24
Tekanan pada titik 4:
Begitu juga dengan tekanan di dalam silinder, mengalami penurunan menjadi P4.
[15]
Volume pada titik 4:
Dari diagram P-v siklus ideal Otto dapat dilihat bahwa V4 sama dengan V1.
Kerja persiklus 3 4:
Tekanan tinggi yang disertai pembakaran di dalam silinder, membuat piston
terdorong kembali ke titik mati bawah (TMB). Gerakan piston tersebut menghasilkan
kerja sebesar W3 4.
[16]
0,9
15
lit. Willard W. Pulkrabek,Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal.7916 ibid.
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
37/90
25
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.
[17]
Kerja satu siklus :
Kerja yang dihasilkan dari satu siklus termodinamika adalah sebagai berikut:
[18]
3.1.2 Parameter Performansi MesinTekanan efektif rata rata
Didefenisikan sebagai suatu tekanan yang dibayangkan bekerja pada pada
permukaan piston pada langkah kerja, sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut:
=[19]
Dengan nilai Wnett = dan besarnya volume langkah ( ) = ,
maka besarnya tekanan efektif rata rata adalah:
17ibid.
18
lit. Willard W. Pulkrabek,Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal.7919 lit. Michael J. Moran dan Howard N. Shapiro, Termodinamika Teknik 2, Erlangga, hal. 57
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
38/90
26
Daya indikator
Merupakan daya yang dihasilkan dalam silinder motor sehingga merupakan basis
perhitungan atau penentuan efisiensi pembakaran atau besarnya laju panas akibat
pembakaran di dalam silinder.
Besarnya harga daya indikator ( ) pada putaran 3500 RPM dapat dirumuskan sebagai
berikut:
[20]
Untuk 4 silinder =
Daya poros
Daya yang dihasilkan suatu mesin pada poros keluarannya disebut sebagai daya
poros (atau biasa dikenal dengan sebutan brake horse power), dengan besar torsi 120,6
N-m yang diperoleh dari grafik torsi vs rpm seperti yang terlampir pada Tabel 3.1. Torsi
mesin di halaman 37 dapat dihitung besarnya berdasarkan persamaan:
[21
20 lit. Willard W. Pulkrabek,Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal.51
]
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
39/90
27
44,1798
Konsumsi bahan bakarspesifik(Sfc)
Secara tidak langsung konsumsi bahan bakar spesifik merupakan indikasi efisiensi
dalam menghasilkan daya dari pembakaran bahan bakar. Laju aliran bahan bakar
sebesar dan daya poros ( ) sebesar 44,1798 kW, maka konsumsi
bahan bakar spesifik pada putaran 3500 RPM diperoleh sebagai berikut:
[22]
0,00006986
Efisiensi thermal
Efisiensi ini merupakan indikasi sesungguhnya dari konversi input termodinamika
menjadi kerja mekanis.
[23
21
lit. Willard W. Pulkrabek,Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal.5122
ibid, hal. 5623 lit. Willard W. Pulkrabek,Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal.59
]
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
40/90
28
Efisiensi mekanis
Merupakan perbandingan antara daya poros ( ) dengan daya indikator ( ).
Dengan daya poros ( ) sebesar 44,1798 kWdan daya indikator ( ) sebesar 87,5115
kW, maka besarnya efisiensi mekanis dapat diketahui dengan persamaan matematika
sebagai berikut:
[24]
Efisiensi volumetrik
Merupakan indikasi sejauh mana volume sapuan (swept volume) mesin tersebut
dapat terisi fluida kerja. Dengan massa udara sebesar 0,00038891 kg, densitas udara
24 ibid, hal. 47
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
41/90
29
1,2121 kg/m3, dan besar volume langkah 0,0003245 m3, maka efisiensi volumetrik dapat
dihitung dengan rumusan matematika sebagai berikut :
3.2 Mesin Non VVT-i3.2.1 Analisa TermodinamikaProses 0 1 :Langkah hisap, 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 27Catau 300 K, maka :
= 104,3647 kPa
= 300 K
= 10
= 7,2 cm
= 7,97 cm
= 0,287 kJ/kg-K
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
42/90
30
= 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 1298 cc, maka volume langkah untuk satu silinder:
Volume sisa :
Didefenisikan sebagai volume minimum silinder pada saat torak berada di titik mati
atas (TMA). Dengan rasio kompresi sebesar 10:1 dan volume langkah sebesar
0,0003245 m3
maka besarnya volume sisa:
Volume pada titik 1:
Merupakan hasil penjumlahan volume langkah (Vd) dengan volume sisa (Vc).
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
43/90
31
Massa campuran bahan bakar dan udara:
Dengan tekanan 1 atm atau 104,3647 kPa dan volume silinder 0,00035695 m3
pada
temperatur 300 K, massa campuran bahan bakar dan udara adalah :
Massa udara pembakaran dan massa bahan bakar :
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%
dari siklus sebelumnya, maka besarnya massa udara dan massa bahan bakar adalah:
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
44/90
32
Densitas udara :
Tekanan dan temperatur udara sekitar mesin dapat digunakan untuk mencari densitas
udara dengan persamaan matematika sebagai berikut:
Proses 1 2 :Langkah kompresiisentropik, 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.
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
45/90
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
46/90
34
Proses 2 3:Penambahan kalor pada volume konstan.
Kalor masuk:
Bahan bakar yang digunakan adalah PERTAMAX dengan nilai kalori bahan bakar
46000 kJ/kg dan diasumsikan terjadi pembakaran sempurna, =1.
Temperatur pada titik 3:
Dengan menggunakan persamaan matematika , maka T3 dapat
diketahui ;
Volume pada titik 3:
Dari diagram P-v siklus Otto ideal dapat dilihat bahwa V3 sama dengan V2.
Tekanan pada titik 3:
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
47/90
35
Seiring dengan bertambahnya temperatur selama siklus tertutup volume konstan,
maka bertambah pula tekanan di dalam silinder.
Tekanan tersebut merupakan tekanan maksimum siklus.
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.
Tekanan pada titik 4:
Begitu juga dengan tekanan di dalam silinder, mengalami penurunan menjadi P4.
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
48/90
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
49/90
37
Kerja satu siklus :
Kerja yang dihasilkan dari satu siklus termodinamika adalah sebagai berikut:
3.2.2 Parameter Performansi MesinTekanan efektif rata rata
Didefenisikan sebagai suatu tekanan yang dibayangkan bekerja pada pada
permukaan piston pada langkah kerja, sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut:
=
Dengan nilai Wnett = dan besarnya volume langkah ( ) = ,
maka besarnya tekanan efektif rata rata adalah:
Daya indikator
Merupakan daya yang dihasilkan dalam silinder motor sehingga merupakan basis
perhitungan atau penentuan efisiensi pembakaran atau besarnya laju panas akibat
pembakaran di dalam silinder.
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
50/90
38
Besarnya harga daya indikator ( ) pada putaran 3500 RPM dapat dirumuskan sebagai
berikut:
Untuk 4 silinder =
Daya poros
Daya yang dihasilkan suatu mesin pada poros keluarannya disebut sebagai daya
poros (atau biasa dikenal dengan brake horse power), dengan besar torsi 117,8 N-m
yang diperoleh dari grafik torsi vs rpm seperti yang terlampir pada halaman lampiran
dapat dihitung besarnya berdasarkan persamaan:
43,15407
Konsumsi bahan bakarspesifik(Sfc)
Secara tidak langsung konsumsi bahan bakar spesifik merupakan indikasi efisiensi
dalam menghasilkan daya dari pembakaran bahan bakar. Laju aliran bahan bakar
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
51/90
39
sebesar dan daya poros ( ) sebesar 43,15407 kWmaka konsumsi
bahan bakar spesifik pada putaran 3500 RPM diperoleh sebagai berikut:
0,00007225
Efisiensi thermal
Efisiensi ini merupakan indikasi sesungguhnya dari konversi input termodinamika
menjadi kerja mekanis.
Efisiensi mekanis
Merupakan perbandingan antara daya poros ( ) dengan daya indikator ( ).
Dengan daya poros ( ) sebesar 43,15407 kW dan daya indikator ( ) sebesar
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
52/90
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
53/90
41
Berikut adalah tabel dan grafik performansi mesin :
Tabel 3.1. Torsi Mesin
Putaran Mesin
(RPM)
TORSI
(Nm)
NON VVT-i VVT-i
1500 85.8 87.5
2000 103.4 104.4
2500 109.9 112.0
3000 118.6 117.2
3500 117.8 120.6
4000 118.0 120.8
4500 118.6 119.8
5000 115.5 120.4
5500 114 115.3
6000 106.0 107.8
6500 95 96.8
7000 85.8 87.6
(Sumber :Lit. 3)
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
54/90
42
Gambar 3.1. Grafik Torsi Mesin
Tabel 3.2. Daya Mesin
Putaran Mesin
(RPM)
Daya
(kW)
NON VVT-i VVT-i
1500 13.4706 13.7375
2000 21.6451 21.8544
2500 28.7572 29.3067
3000 37.2404 36.8008
3500 43.1541 44.17984000 49.6539 50.5749
4500 55.4838 56.4258
5000 61.7533 63.0093
5500 65.3382 66.3744
6000 66.5680 67.6984
6500 64.6317 65.8563
7000 62.8628 64.1816
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
55/90
43
Gambar 3.2. Grafik Daya Mesin
Tabel 3.3. SFC Vs Putaran Mesin
Putaran Mesin
(RPM)
SFC
(gr/kW-jam)
NON VVT-i VVT-i
1500 357.0917 346.6524
2000 296.3102 290.5372
2500 278.785 270.8222
3000 258.3345 258.8062
3500 260.0889 251.5098
4000 259.6481 251.0934
4500 258.3345 253.1894
5000 265.2682 251.9276
5500 268.7585 263.0710
6000 289.0422 281.3737
6500 322.5102 313.3480
7000 357.0917 346.2567
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
56/90
44
Gambar 3.3. Grafik Sfc Mesin
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
57/90
45
BAB IV
SISTEM VVT-i DAN CATALYTIC CONVERTER
4.1 Sistem VVT-iSistem VVT-i (Variable Valve Timing - intelligent) merupakan serangkaian
peranti untuk mengontrol penggerak camshaft yang diperkenalkan pada tahun 1996.
Pada VVT-i ini bagian yang divariasikan adalah timing (waktu buka-tutup) intakevalve
dengan merubah atau menggeser posisi intakecamshaftterhadap puli camshaftdrive.
Fluida yang digunakan sebagai aktuator untuk menggeser posisi camshaft adalah oli
mesin yang diberikan tekanan.
Gambar 4.1. Sistem VVT-i
(Sumber Gambar: Lit. 3)
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
58/90
46
Jadi disini maksudnya puli pada intake camshaftadalah fleksibel, camshaftnya bisa
diputar maju atau mundur. gunanya untuk menyesuaikan waktu bukaan katup dengan
kondisi mesin sehingga bisa didapat torsi optimal di setiap tingkat kecepatan, sekaligus
menghemat bahan bakar dan mengurangi emisi gas buang.
Prinsip kerja VVT-i
Waktu bukaan camshaft bisa bervariasi pada rentang 60o. Misalnya, pada saat
start, kondisi mesin dingin dan mesin stasioner tanpa beban, timing dimundurkan 30o.
Cara ini akan menghilangkan overlap yaitu peristiwa membukanya katup masuk dan
buang secara bersamaan di akhir langkah pembuangan karena katup masuk baru akan
membuka beberapa saat setelah katup buang menutup penuh. Logikanya, pada kondisi
ini mesin tak perlu bekerja ekstra. Dengan tertutupnya katup buang, tak ada bahan bakar
yang terbuang saat terhisap ke ruang bakar.
Gambar 4.2. Valve Timing VVT-i
(Sumber Gambar: Lit. 3)
2 12EX close
Arah putaran
mesin
IN open30
TMA
30 EX openIN open
52
TMB
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
59/90
47
Konsumsi bahan bakar jadi hemat dan mesin lebih ramah lingkungan. Sedangkan
saat ada beban, timing akan maju 30o. Derajat overlaping akan meningkat. Tujuannya
untuk membantu mendorong gas buang serta memanaskan campuran bahan bakar dan
udara yang masuk. Berikut tabel dari valve timing.
Tabel 4.1. Valve timing dan status operasi
Sudut buka exhaust valveSudut buka intake valve
VALVE TIMINGSTATUS
OPERASI
OBJEK EFEK
Saat idling
Meniadakan overlap
Mengurangi gas
buang yang balik ke
intake port
o Pembakaran
menjadi stabil
o Menambah hemat
bahan bakar
Saat beban
ringan dan
sedang
Menambah overlap
Internal EGR rate
bertambah
Mengurangi
pumping loss
o Menambah
hemat bahan
bakar
o Mengurangi
emisi Nox dan
membakar
kembali HC
Saat beban
beratkecepatan
rendah dansedang
Saat menutupintake valve maju
Meniadakan gasbuang yang balik
ke intke port
Memperbaiki
volumetricefficiency
Meningkatkan torsipada kecepatan
rendah dan sedang
Saat beban
beratkecepatan
tinggi
Saat penutupanvalve sesuaidengan gaya
inersia aliran udarayang masuk
Meningkatkanvolumetric
efficiency
Meningkatkan dayakeluaran
(Sumber Tabel: Lit. 3)
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
60/90
48
Untuk mewujudkannya, ada VVT-i controller pada timing gear di intake
camshaft. Alat ini terdiri atas housing (rumah), kemudian di dalamnya ada ruangan oli
untuk menggerakkan vane atau baling baling (lihat gambar 4.3). Baling-baling itu
terhubung dengan camshaft. Di dalamnya terdapat dua jalur oli menuju masing-masing
ruang oli di dalam rumah VVT-i controller. Dari jalur oli yang berbeda inilah, vane
akan mengatur waktu bukaan katup.
Gambar 4.3. VVT-i Controller(sumber gambar: Lit. 15)
Posisi advance timing (maju) didapat dengan mengisi oli ke ruang belakang
masingmasing bilah vane. Sehingga vane akan bergerak maju dan posisi timing pun
ikut maju 30 derajat. Tekanan olinya sendiri disediakan oleh camshafttimingoli control
valve yang diatur oleh ECU (Electronic Control Unit) mesin.
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
61/90
49
Gambar 4.4. Posisi advance timing
(sumber gambar: Lit. 9)
Kebalikannya, untuk kondisi retard (mundur), ruang di depan vane akan terisi
dan posisi timing mundur. Sedangkan kalau dibutuhkan pada kondisi standar, ada pin
yang akan mengunci posisi vane tetap ada di tengah.
Gambar 4.5. Posisi retard timing
(sumber gambar: Lit. 9)
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
62/90
50
Dari semua paparan diatas tujuannya cuma satu, yaitu mendapatkan power dan
torsi yang optimal di semua kondisi dan beban kerja dengan tetap irit bahan bakar.
Komponen VVT-i
1. ECU (Electronic Control Unit)
2. Camshaft Position Sensor
3. Camshaft Timing Oil Control Valve
4. Crankshaft Position Sensor
4.1.1 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 dilengkapi dengan database yang
lazim dikenal dengan engine mapping. ECU selalu membandingkan hasil masukan
sensor dengan engine mapping guna mengetahui apa yang harus diperintahkan kepada
aktuator.
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
63/90
51
4.1.2 Camshaft Position SensorCamshaft merupakan sebuah alat yang digunakan dalam mesin torak untuk
menjalankan valve. Dia terdiri dari batangan silinder. Cam membuka katup dengan
menekannya, atau dengan mekanisme bantuan lainnya, ketika mereka berputar.
CamshaftPosition Sensor(CPS) berguna untuk mengetahui kedudukan camshaft.
Jika ada perubahan beban mesin atau perubahan putaran mesin yang semuanya diolah
oleh ECU dan dihitung untuk mendapatkan sebesar mungkin efisiensi volumetrik, dari
perhitungan ECU ini didapatlah kedudukan camshaft yang harus diubah. ECU ini akan
memerintahkan module VVTI untuk merubah kedudukan camshaft.
Setelah Module VVTI menerima perintah dari ECU untuk mengubah kedudukan
camshaft, maka module VVTI akan mengirimkan signal ke OCV (Oil Control Valve)
untuk mengatur tekananan 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 sprockeet itu menjadi satu sama camshaft,
maka camshaft akan berubah posisinya sesuai yang diinginkan oleh ECU.
Kedudukan camshaft yang baru ini dideteksi oleh CPS dan signalnya dikirimkan
ke ECU sebagai update posisi / kedudukan camshaft dan kedudukan camshaft ini akan
menentukan timing dari valve, begitu seterusnya.
4.1.3 Camshaft Timing Oil Control ValveCamshaft Timing Oil Control Valve mengendalikan posisi spool valve berdasarkan
sinyal yang dikirim ECU hingga mengalokasikan tekanan oli ke VVT-i Controlleruntuk
sisi maju dan sisi mundur. Ketika mesin berhenti, Camshaft Timing Oil Control Valve
berada dalam sisi mundur.
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
64/90
52
Gambar 4.6. Camshaft Timing Oil Control Valve
(sumber gambar: Lit. 16)
4.1.4 Crankshaft Position SensorSensor ini memberitahu ECU 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.
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
65/90
53
4.2 Catalytic ConverterCatalytic convertermerupakan salah satu inovasi terbesar di industri otomotif.
Pasalnya, peranti ini mampu mengubah zat-zat hasil pembakaran seperti, hidrokarbon
(HC), karbon oksida (CO), dan NOx, menjadi zat yang lebih ramah lingkungan.
Catalytic converter punya umur, yang bila tiba waktunya harus diganti. Indikasinya,
bila tercium bau bensin dari ujung knalpot meskipun mesin bergerak halus dan efisien.
Karena harganya mahal, maka beri perhatian lebih pada problem problem kecil yang
bisa mengurangi usia pakai catalytic converter.
Gambar 4.7. Catalytic Converter
(sumber gambar: Lit. 17)
Catalitytic converter berfungsi untuk menyaring berbagai racun yang
diakibatkan dari hasil pembakaran ( CO, HC, NOX dan timbal ) yg ditimbulkan karena
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
66/90
54
kondisi mesin yang tidak sempurna bisa dari pengapian, teknologi kompresi dan
kebocoran air atau oli dari saluran dalam mesin. Catalytic converter memiliki suhu
kerja normal 300C 500C. Penyebab catalitytic converter kotor adalah pemakaian
bensin bertimbel. Karena timbel terbawa gas buang dan nyangkut dalam sarang tawon
catalitytic converter.
(a) (b)
Gambar 4.8. (a) Catalytic converter berbahan keramik, (b) catalytic converterberbahan metal
(Sumber gambar: Lit. 14)
Kinerja catalitytic converter lebih maksimal dalam menangkap racun karena
adanya sensor O2. Kerja sensor O2 mengirim data ke ECUuntuk mengoreksi O2 yang
diterima catalitytic converter. Jika data yang diterima ECUkurang bensin maka ECU
akan memerintahkan injektor menambah debit semprotannya begitu juga sebaliknya,
sampai didapat campuran ideal antara bensin dan udara. Catalitytic converter yang
kotor juga menyebabkan kerja sensor oksigen tidak maksimal, menyebabkan udara dan
bensin tidak seimbang.
Bentukcatalytic converterseperti tabung yang mirip sarang tawon. Bahannya
terbuat dari keramik ataupun metal dengan ukuran lubang penyaring antara 1 hingga 2
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
67/90
55
mm. Secara umum ada dua jenis catalytic converteryang dipakai, yaitu jenispelletdan
monolithic. Jenis monolithic merupakan catalytic converter yang banyak dipakai saat
ini. Alasannya, jenis tersebut memiliki tahanan gas buang yang kecil, lebih ringan, dan
cepat panas dibandingkan jenispellet.
Gambar 4.9. Catalytic converter jenis pellet(Sumber : Lit. 18)
Ada dua tipe dari catalytic converter, yaitu 3-way catalistdan 2-way catalyst.
3-way catalistdigunakan pada mesin mobil dan motor yang menggunakan bahan bakar
bensin (Premium, dsb.). 3-way catalist mengandung platinum dan rhodium yang
mampu mengurangi CO, HC, dan NOx. Ada tiga tahap dalam proses ini yaitu :
1. Reduksi Nitrogen Oksida menjadi nitrogen dan Oksigen : 2NOx xO2+N2
2. Oksidasi Carbon Monoksida menjadi Karbon Dioksida : 2CO + O2 2CO2
3. Oksidasi senyawa Hidrokarbon yang tak terbakar (HC) menjadi Karbon Dioksida
dan air : 2CxHy + (2x+y/2)O2 2xCO2 + yH2O
Reaksi-reaksi di atas akan berjalan efisien bila mesin bekerja dengan
perbandingan 14,7 bagian udara dengan 1 bagian bahan bakar.
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
68/90
56
Sedangkan 2-way catalist digunakan pada mesin diesel. Jenis 2-way catalist
menggunakan material platinum dan paladium, yang dapat mengurangi CO dan HC
Karena pada daur Mesin Diesel tidak dihasilkan Nitrogen Oksida (NOx), maka daur
yang terjadi hanyalah daur nomor 2 dan 3 saja.
Gambar 4.10. Catalytic converter jenis monolithic(Sumber : Lit. 18)
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, silikon, dan sebagainya. Logam-logam tersebut bisa
merusak komponen dari catalytic converter. Oleh karena itu teknologi ini tidak bisa
digunakan di semua daerah terutama daerah yang premiumnya belum diganti dengan
Premium Tanpa Timbal.
Catalytic converter ditempatkan di belakang exhaust manifold atau diantara
muffler dengan header. Alasannya,catalytic converter
cepat panas ketika mesin
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
69/90
57
dinyalakan. Selain itu, sensor bisa segera bekerja untuk menginformasikan kebutuhan
campuran bahan bakar udara yang tepat ke Engine Control Machine (ECU). Peranti
catalytic converterbaru bekerja efektif ketika kondisinya panas.
Pipa buang adalah pipa baja yang mengalirkan gas sisa pembakaran dari
exhaust manifoldke udara bebas. Konstruksinya dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu
pipa bagian depan, tengah, dan belakang. Susunannya sengaja dibuat demikian untuk
mempermudah saat penggantian catalytic converteratau 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 luar tanpa muffler, gas akan
mengembang dengan cepat diiringi dengan suara ledakan yang cukup keras.
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
70/90
58
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
a. Untuk putaran yang sama yaitu 3500 rpm, daya yang dihasilkan teknologi VVTi
sebesar 44,179 kW, sedangkan tanpa teknologi VVTi daya yang dihasilkan
sebesar 43,154. Sehingga kenaikannya 2,32%.
b. Dari hubungan putaran mesin dan daya mesin dari Gambar 3.2. Grafik Daya
Mesin, bahwa daya meningkat seiring dengan bertambahnya putaran mesin.
Namun setelah mencapai daya maksimum pada putaran 6000 RPM, secara
perlahan daya menurun walaupun putaran mesin terus bertambah.
c. Untuk putaran yang sama yaitu 3500 rpm, konsumsi bahan bakar teknologi
VVTi sebesar 251,5098 gr/kW jam, sedangkan tanpa teknologi VVTi
konsumsi bahan bakarnya sebesar 260,0889 gr/kW jam. Sehingga penurunannya
3.41%.
d. Dari Gambar 3.1. Grafik Torsi Mesin dapat dilihat bahwa torsi meningkat seiring
dengan bertambahnya putaran mesin. Namun setelah mencapai torsi maksimum,
secara perlahan torsi menurun walaupun putaran mesin terus bertambah.
e. Adanya perbedaan torsi dan konsumsi bahan bakar yang signifikan antara mesin
yang berteknologi VVT-i dengan mesin yang Non VVT-i di putaran 5000 RPM.
Ini dapat dilihat pada gambar 3.1. Grafik Torsi Mesin dan Gambar 3.3. Grafik
SFC Mesin.
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
71/90
59
Saran
a. Pilih bensin tanpa timbal dengan angka oktan (Research Octane Number) 91 atau
lebih tinggi untuk menghindari adanya kocking.
b. Untuk mobil yang memiliki catalytic converter, jangan menghidupkan kendaraan
dalam kondisi diam lebih dari 20 menit. Jika mesin dihidupkan dalam waktu lama
pada kondisi diam, kenaikan suhunya akan melebihi ambang batas aman.
Selanjutnya, catalyticconverterakan membara.
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
72/90
60
DAFTAR PUSTAKA
1. Pulkrabek Willard W, Engineering Fundamentals of The Internal Combustion
Engine, Prentice Hall, New Jersey
2. Heywood John B, Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw Hill Book
Company, New York, 1988
3. PT. Astra Daihatsu Motor Training Center, Diktat VVT-i
4. Arismunandar Wiranto, Penggerak Mula otor Bakar Torak, ITB; 1983-B
5. Gordon Van Wylen, Fundamentals of Classical Thermodynamics, 4th edition, 1994
6. Yunus A. Cengel, Thermodynamics An Engineering Approch, 2nd edition, 1994
7. http://en.wikipedia.org/wiki/Four-stroke_cycle
8. http://en.wikipedia.org/wiki/Variable_valve_timing
9. http:// www.panavi.kz/4runner/215/NCF/1gr-fe_vvtisystem.pdf
10.http://web.mit.edu/16.unified/www/SPRING/propulsion/notes/node25.html#fig5:
OttoIdeal
11.http://web.mit.edu/16.unified/www/SPRING/propulsion/notes/node25.html#fig5:
OttoReal
12.http://www.daihatsu.co.id/our%20product/Xenia_Spec_Ind.asp
13.http://www.daihatsu.co.id/Technology/Technology_Ind.asp
14.http://www.katverwerter.eu/assets/images/AutomotiveCatalyticConverter.jpg
15.http://toyota.typepad.com/photos/uncategorized/2008/02/08/vvti_actuator.png
16.www.mr2.com/files/mr2/techinfo/Random%20FSM%20Data/3grfse-2.pdf
17.http://en.wikipedia.org/wiki/Catalytic_converter
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
73/90
61
18.http://webhome.idirect.com/~sav/Exhaust/Image12.gif
19. http://i134.photobucket.com/albums/q102/dua_putra_variasi/axnet/mesin-avanza.jpg
L A M P I R A N
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
74/90
62
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
75/90
56
Lampiran A. Tabel faktor faktor konversi
Dimension Metric Metric/English
Acceleration
Area
Density
Energy, heat, work,
internal energy,
enthalpy
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
76/90
57
Dimension Metric Metric/English
(Natural
Gas)
Force
Heat Flux
Heat generation rate
Heat Transfer
coefficient
Thermal Conductivity
Length
Mass
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
77/90
58
Dimension Metric Metric/English
Specific Heat
Power, heat transfer
rate
Pressure
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
78/90
59
Dimension Metric Metric/English
Specific Volume
Temperature
Velocity
Volume
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
79/90
60
Dimension Metric Metric/English
exact conversion factor between metric and English units
Calorieisoriginally defined as the amount of heat needed to raise the temperature of 1 g of water by
1C but it varies with the international steam table calorie (generally prefered by engineers) is exactly
4,1868 J by definition and corresponds to the specific heat of water at 15 C. The thermocehemical
calorie (generally preferred by physicists) is exactly 4,184 J by defintion and corresponds to the specific
heat of water at room temperature. The difference between the two is about 0,06 percent, which is
negligible. The capitalized Calorie used by nutritionists is actually a kilocalorie (1000 IT Calories).Mechanical horse power. The electrical horse power is taken to be axactly 746 W
(Sumber : Lit. 7)
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
80/90
61
Lampiran B. Tabel Sifat sifat udara (Tabel A-17)
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
81/90
62
Catatan : Prdan Vrtak berdimensi di dalam analisa proses isentropis.
(Sumber : Lit. 7)
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
82/90
63
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
83/90
64
Lampiran F. Spesifikasi Mesin
Spesifikasi Mesin Daihatsu Xenia Non VVT-i
SPESIFIKASI DAIHATSU XENIA1.0 Mi/Li 1.3Xi
Dimensi
Panjang mm 4070
Lebar mm 1630
Tinggi mm 1685
Jarak Poros Roda mm 2655
Jarak Terendah mm 190 200
Jarak Pijak Roda Depan mm 1415 1405
Belakang mm 1425 1415
Berat
Berat Kosong Kg 990/1020 1050
Berat Total Kg 1425/1455 1485
Mesin
Model/Tipe EJ-DE DOHC K3-DE DOHC
Diameter x langkah mm 72 x 81 72 x 79,7
Isi Silinder cc 989 1298
Daya Maksimum (Standard JIS) PS/rpm 57/5200 86/6000
Torsi Maksimum (Standard JIS) Kgm/rpm 9,2/3600 11,9/3200
Sistem Bahan
Bakar
EFI
Bahan Bakar Bensin
Transmisi
Mode/Tipe Manual ,5 kecepatan maju
Rasio Gigi 1 3,769 3,769
2 2,045 2,045
3 1,457 1,578
4 1,000 1,000
5 0,838 0,838
Mundur 4,128 4,128Rasio Gigi Akhir 5,571 5,125
Kemudi
Tipe Rack & Pinion
REM
Depan Cakram
Belakang Drums, Leading & Trailing
Rem parkir Mekanis pada roda belakang
Suspensi
Depan MacPherson strut, dengan per keong stabilizer
Belakang Semi-trailing, per keong independen 5 link, rigrid axle dengan per
keong
Ban 165/80R13
(Sumber : Lit. 3)
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
84/90
65
Spesifikasi Daihatsu Xenia VVT-i
SPESIFIKASI DAIHATSU
XENIA VVT-iMi Li Xi
DIMENSIPanjang Keseluruhan mm 4120
Lebar Keseluruhan mm 1630
Tinggi Keseluruhan mm 1685
Jarak Sumbu Roda mm 2655
Jarak Pijak Roda Depan mm 1415 1405
Jarak Pijak Roda Belakang mm 1425 1415
Tinggi Dari Tanah mm 190
BERAT
Berat Kosong Kendaraan kg 980 995 1030
Berat Total Kendaraan kg 1540 1570
Kapasitas Tempat Duduk 7
PERFORMA
Radius Putar Minimum m 4.5 4.7MESIN
Tipe EJ-VE 1.0 VVT-i DOHC K3-VE 1.3 VVT-i DOHC
Kapasitas Silinder cc 989 1298
Konfigurasi Mesin 3 4
Konfigurasi Katup 12 16
Diameter x Langkah mm 72 x 81 72 x 79,7
Tenaga Maksimum ps/rpm 63/5600 92/6000
Torsi Maksimum kg - m/rpm 9.2 / 3600 12.2/4400
Sistem Bahan Bakar Electronic Fuel Injection
Jenis Bahan Bakar Bensin tanpa timbal
Kapasitas Bahan Bakar litre 45
TRANSMISI
Tipe Manual, 5 Kecepatan, 1 MundurKecepatan Maksimum km / jam 135 160
Rasio Gir
I : 3,769 IV : 1,000 I : 3,769 IV : 1,000
II : 2,049 V : 0,838 II : 2,049 V : 0,838
III : 1,457 R : 4,128 III : 1,457 R : 4,128
Rasio Final Gir 5,571 5,125
SISTEM KEMUDI
Tipe Rack & Piniom Rack & Pinion dgn Power Steering
REM
Depan Cakram
Belakang Drum, Leading & trailing
Rem Parkir Mekanis pada roda belakang
SUSPENSI
Depan MacPherson strut dengan Coil Spring Mac Pherson strut dengan PerKeong & stabilizer
Belakang 5 link, rigid axle dgn Coil Spring
BAN 165/80 R 13 185/70 R 14
PILIHAN WARNA
CLASSIC SILVER
MIDNIGHT BLACK
AQUA BLUE
LIME GREEN n.a
EXOTIC BEIGE n.a
ROYAL RED n.a
NOBLE GREY n.a
(Sumber : Lit. 3)
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
85/90
66
Lampiran C. Gambar Perangkat VVT-i
Gambar C.1 Mesin K3 VE VVT-i
(sumber : Lit. 19)
Gambar C.2 Mesin yang menggunakan teknologi VVT-i
(sumber : Lit. 3)
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
86/90
67
Gambar C.3 VVT-i Kontroller
(sumber : Lit. 3)
Gambar C.4 Lock Pin
(sumber : Lit. 3)
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
87/90
68
Gambar C.5 ECU (Electronic Control Unit)
(sumber : Lit. 3)
Gambar C.6 Crankshaft Position Sensor
(sumber : Lit. 3)
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
88/90
69
Lampiran D. Gambar Catalytic Converter
Gambar D.1 Catalytic Converter tipe Pellet dan tipe Ceramic Monolith
(sumber : Lit. 3)
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
89/90
70
Gambar D.2 Proses Penyaringan Gas Buang
(sumber: Lit. 3)
Gambar D.3 Skema Catalytic Converter
(sumber : Lit 17)
7/31/2019 MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON V
90/90
Gambar D.4 Letak Catalytic Converter
(sumber : Lit. 17)