MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN – NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON...

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


2/90


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.


3/90


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


4/90


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


5/90


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


6/90


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


7/90


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


8/90


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)


9/90


= 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


10/90


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.


11/90


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.


12/90


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.


13/90


c. Metode bimbingan

Metode ini berupa bimbingan dengan dosen pembimbing mengenai penulisan

materi maupun pelaksanaan Skripsi.


14/90


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


15/90


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


16/90


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.


17/90


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.


18/90


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


19/90


[3]

Dimana :

= tekanan pada titik 1 (kPa)


= temperatur spesifik pada titik 1 (K)

= temperatur spesifik pada titik 2 (K)

= volume pada titik 1 (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


20/90


= 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)


= 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


21/90


[5]

Kerja ekspansi dari titik 3 ke titk 4 dari siklus Otto juga merupakan proses isentropis,

persamaannya ditunjukkan sebagai berikut:

dimana :




= kerja (kJ)



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

]


22/90


dimana:

= kalor yang dibuang (kJ)


= kerja netto (kJ)

= efisiensi thermal

2.4.Siklus Aktual

Gambar 2.3. Diagram siklus aktual

((Sumber : Lit. 10)


23/90


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


24/90


25/90


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


26/90


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


27/90


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


28/90


Sistem bahan bakar : EFI

Rasio kompresi : 10:1


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:


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


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


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:



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


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]


Dengan menggunakan persamaan matematika [12], maka T3

dapat diketahui ;


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


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


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.


36/90

24


Begitu juga dengan tekanan di dalam silinder, mengalami penurunan menjadi P4.

[15]


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.


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


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


]


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

]


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


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


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:


Merupakan hasil penjumlahan volume langkah (Vd) dengan volume sisa (Vc).


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:


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.


45/90


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.


Dengan menggunakan persamaan matematika , maka T3 dapat

diketahui ;


Dari diagram P-v siklus Otto ideal dapat dilihat bahwa V3 sama dengan V2.



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


Setelah torak mencapai titik mati bawah (TMB) sejumlah kalor dikeluarkan dari

dalam silinder sehingga temperatur fluida kerja akan turun menjadi T4.


Begitu juga dengan tekanan di dalam silinder, mengalami penurunan menjadi P4.


48/90


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.


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


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


52/90


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)


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


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


56/90

44

Gambar 3.3. Grafik Sfc Mesin


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)


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


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)


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.


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



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.


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.


64/90

52

Gambar 4.6. Camshaft Timing Oil Control Valve


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.


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


Catalitytic converter berfungsi untuk menyaring berbagai racun yang

diakibatkan dari hasil pembakaran ( CO, HC, NOX dan timbal ) yg ditimbulkan karena


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


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.


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


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.


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.


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.


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


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


74/90

62


75/90

56

Lampiran A. Tabel faktor faktor konversi

Dimension Metric Metric/English

Acceleration

Area

Density

Energy, heat, work,

internal energy,

enthalpy


76/90

57


(Natural

Gas)

Force

Heat Flux

Heat generation rate

Heat Transfer

coefficient

Thermal Conductivity

Length

Mass


77/90

58


Specific Heat

Power, heat transfer

rate

Pressure


78/90

59


Specific Volume

Temperature

Velocity

Volume


79/90

60


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)


80/90

61

Lampiran B. Tabel Sifat sifat udara (Tabel A-17)


81/90

62

Catatan : Prdan Vrtak berdimensi di dalam analisa proses isentropis.

(Sumber : Lit. 7)


82/90

63


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)


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)


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)


86/90

67

Gambar C.3 VVT-i Kontroller

(sumber : Lit. 3)

Gambar C.4 Lock Pin

(sumber : Lit. 3)


87/90

68

Gambar C.5 ECU (Electronic Control Unit)

(sumber : Lit. 3)

Gambar C.6 Crankshaft Position Sensor

(sumber : Lit. 3)


88/90

69

Lampiran D. Gambar Catalytic Converter

Gambar D.1 Catalytic Converter tipe Pellet dan tipe Ceramic Monolith

(sumber : Lit. 3)


89/90

70

Gambar D.2 Proses Penyaringan Gas Buang

(sumber: Lit. 3)

Gambar D.3 Skema Catalytic Converter

(sumber : Lit 17)


90/90

Gambar D.4 Letak Catalytic Converter

(sumber : Lit. 17)

MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN – NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON...

Documents

Transcript of MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN – NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON...