PERMODELAN DAN SIMULASI PERFORMA SAPU ANGIN I DENGAN ENGINE PE-M 40 BERSIKLUS MILLER MENGGUNAKAN MATLAB

SIMULINK

Oleh:

Galih Priyo Atmojo

2106 100 035

Dosen Pembimbing:

Dr. M. Nur Yuniarto, S.T.

TUGAS AKHIR

GALIH PRIYO ATMOJO

2106 100 035

JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYA

JUMAT, 01 JULI 2011

LATAR BELAKANG

Kompetisi kendaraan hemat bahan bakar antarpelajar se-Asia (Sirkuit Sepang, Malaysia)

Kendaraan Sapu Angin I(232 km/liter bensin)Engine : PE-X 40 SI ICEFuel : gasolineTransmission : sprocket chain

Engine PaijoExperiment 40 cc (PE-X 40)(Siklus Otto)

Engine Paijo Experiment Miller 40 cc (PE-M 40)(Siklus Miller)

modifikasi

Evaluasi performamodifikasi

Permodelan sistem & Simulasi Matlab/Simulink

PERMASALAHAN

• Bagaimana cara membuat permodelan sistem kendaraan untukmengevaluasi performa dan konsumsi bahan bakar kendaraan SapuAngin I bersiklus Miller?

• Bagaimana cara menyimulasikan interaksi antara dinamikakendaraan, pengemudi, dan sirkuit dengan menggunakan software Matlab Simulink?

BATASAN MASALAH

• Kondisi dan properti kendaraan Sapu Angin I diperoleh berdasarkandata dan informasi dari tim Shell Eco Marathon Asia 2010 MesinITS.

• Karakteristik lintasan kendaraan yang digunakan adalahkarakteristik sirkuit Internasional Sepang, Malaysia.

• Properti input yang divariasikan adalah properti dari engine PaijoExperiment Miller 40 cc(PE-M 40).

TUJUAN TUGAS AKHIR• Membuat model kendaraan untuk mengevaluasi performa dan

konsumsi bahan bakar Sapu Angin I bersiklus Miller.• Mensimulasikan model sistem yang terdiri dari dinamika kendaraan

Sapu Angin I bersiklus Miller, pengemudi, dan sirkuit denganmenggunakan software Matlab Simulink.

• Mengetahui mode mengemudi terbaik untuk mendapatkankonsumsi bahan bakar paling efektif.

MANFAAT TUGAS AKHIR• Mengetahui performa dan konsumsi bahan bakar kendaraan Sapu

Angin I dengan engine bersiklus Miller. • Dapat mempermudah pengembangan Sapu Angin selanjutnya.• Mengetahui perbandingan antara penggunaan siklus Miller dengan

siklus Otto standar pada motor pembakaran dalam.

TINJAUAN PUSTAKA

• Abdulhamid (2008) permodelan untuk evaluasi dilakukan dengan penjelasan dan perumusan matematis, yang kemudian dirangkai menjadi blok-blok sesuai logika dan alur perhitungan

• Assanis, dkk (2000) membuat model sistem truk yang terdiri dari engine, torque converter, driveline

• Grunditz dan Jansson (2009) pemodelan untuk sistem kendaraan hybrid terdiri dari tiga subsistem, yaitu environment, driver demand, dan vehicle

• Willard W. Pulkrabek (1996) perhitungan matematis termodinamika pada engine bersiklus Miller ideal

• Poompipatpong (2008) siklus Miller pada mesin diesel• Lee, Chang Ro & Park, Bong Chul (2006) Perlakuan pengendara dimodelkan sebagai model

PI-controller• Lee, Jeongwoo (2009) model kendaraan konvensional sederhana untuk memperoleh

konsumsi bahan bakar. Model terdiri dari dua bagian utama, model kendaraan dan model roda• MathWorks, Inc (1998) contoh permodelan sistem transmisi yang menghubungkan torsi

keluaran transmisi menjadi kecepatan kendaraan dan kecepatan keluaran transmisi yang dipengaruhi rasio final drive, beban jalan, dan kecepatan roda kendaraan

MODEL VEHICLE DYNAMIC

Lee, Jeongwoo (2009)

Grunditz dan Jansson (2009)

Vehicle Dynamic

• Fdrag=½.ρ.CD. A .V2

• Frr=Crr.m.g.cos(θ)

• Fgrade=m.g.sin(θ)

Lee, Jeongwoo (2009)

Willard W. Pulkrabek (1996), Massa total aktual yang masuk

kedalam silinder pada tiap siklus, berubah mengikuti effisiensivolumetris engine:

SITTHIRACHA (2006), Model engine :Performa engine dipengaruhiefisiensi volumetrik engine, termodinamika, dan kerugian gesek

MODEL ENGINE

SIKLUS MILLER

MODEL ENGINE

2

1

V

Vrc

2

4

V

Vre

Diagram P-V

ce rr

DIAGRAM P-v

TIMING VALVE SIKLUS MILLER(Poompipatpong ,2007)

MODEL ENGINE

Efisiensi siklus MILLER vs rpm(Poompipatpong ,2007)

Poompipatpong (2007 aplikasi Siklus Miller pada mesin diesel berbahan bakar gas alam. Siklus Miller tanpa supercharger dapat meningkatkan efisiensi termal brake 1,08% dan brake spesific fuel

consumption (bsfc) sebanyak 4,58%. Pada penelitian tersebut, Poompipatpong melakukan 3 variasi waktu penutupan katup hisap, yakni 350, 510, dan 770.

APLIKASI SIKLUS MILLER

MODEL DRIVER

Driver menentukan perlakuan mengemudi kendaraan yang berupa kecepatan

Grunditz dan Jansson (2009)

MODEL ENVIRONMENT

Penggambaran kondisi lintasan berdasarkan panjang lintasan dan kemiringan

Grunditz dan Jansson (2009)

METODE PENELITIAN

FLOW CHART PENELITIAN

Model Kendaraan Utama

NEXT

Environment

Driver

PI controller

Vehicle

Controller

ICE on/off

Fuel Consumption Calculator

Gear-Wheel

Chassis

Lintasan

Sirkuit Sepang, Malaysia

Kemiringan fungsi jarak lintasan Sirkuit Sepang, Malaysia

Simulasi Engine PE-M 40

Daya Brake fungsi rpm

@1500-2750 rpm, daya = 0,63 -1,13 kW

1500-2750 pm

Simulasi Engine PE-M 40

Torsi Brake fungsi rpm

@1500-2750 rpm, torsi = 4,01 -3,94 Nm

Torsi maksimum 4,52 Nm @ 2100 RPM

Simulasi Engine PE-M 40

Fuel flow rate fungsi rpm

@1500-2750 rpm, fuel flow rate = 3,43x10-6 - 6,17x10-6 kg/s

Simulasi Sapu Angin I dengan Engine PE-M 40

Parameter lomba : 5 lap jarak total = 13,054 kmWaktu tempuh maksimal = 28 menit (1680 sekon)

Simulasi :

Akselerasi V=0-30 km/jam 83 sekon

Simulasi Sapu Angin I dengan Engine PE-M 40

Daya engine sesaat vs referensi(engine on pada kecepatan konstan)

Kecepatan = 30 km/jam 996,5 km/liter

Simulasi Sapu Angin I dengan Engine PE-M 40

Daya engine sesaat vs referensi(engine on/off pada kecepatan konstan)

Kecepatan = 30 km/jam 1540 km/liter

Simulasi Sapu Angin I dengan Engine PE-M 40

Torsi yang bekerja pada kendaraan

KESIMPULAN• Engine bersiklus Miller dapat digunakan untuk meningkatkan efisiensi konsumsi

bahan bakar.

• Gaya hambat yang berpengaruh paling besar adalah kemiringan lintasan.

• Besarnya kecepatan kendaraan ikut menentukan besarnya tingkat konsumsibahan bakar. Hal ini berhubungan dengan efektivitas daya dan torsi yang digunakan pada kecepatan tertentu.

• Mode mengemudi sangat menentukan tingkat konsumsi bahan bakar yang mampu dicapai. Mode mengemudi kecepatan konstan dengan kondisi enginemenyala memiliki konsumsi bahan bakar 996,5 km/liter. Mode stop and gomemiliki efisiensi konsumsi bahan bakar yang lebih baik, yakni 1540 km/liter biladibandingkan dengan kecepatan konstan.

SARAN• Model engine hanya merupakan gambaran kasar karakteristik PE-M 40 bersiklus

Miller. Untuk mendapatkan hasil yang lebih riil, model engine bisa diperoleh daridata pengujian.

• Belum ada referensi yang dapat menggambarkan model engine secaramendetail. Hendaknya perlu dikembangkan model engine yang lebih baik danlebih detail.