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

Transkripsi

1 SKRIPSI MOTOR BAKAR KAJIAN TEORITIS PERFORMANSI MESIN NON STATIONER (MOBILE) BERTEKNOLOGI VVT-i DAN NON VVT-i OLEH : FATAH MAULANA SIREGAR PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009 Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

2 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. Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

3 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 Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

4 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 BEBAS LEMBAR 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 Batasan Masalah Tujuan Akademis Metode penulisan... 2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pengertian Dasar Prinsip kerja motor bakar bensin Siklus ideal Otto (siklus volume konstan) Siklus Aktual Parameter Performansi Mesin Spesifikasi mesin Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

5 BAB III ANALISA TERMODINAMIKA DAN PRESTASI MESIN PADA MESIN VVT-i DAN NON VVT-i 3.1 Mesin VVT-i Analisa Termodinamika Parameter Performansi Mesin Mesin Non VVT-i Analisa Termodinamika Parameter Performansi Mesin BAB IV SISTEM VVT-i DAN CATALYTIC CONVERTER 4.1 Sistem VVT-i ECU (Electronic Control Unit) Camshaft Position Sensor Camshaft Timing Oil Control Valve Crankshaft Position Sensor Catalytic Converter BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA L A M P I R A N Lampiran A. Tabel faktor faktor konversi Lampiran B. Tabel Sifat sifat udara (Tabel A-17) Lampiran C. Gambar Perangkat VVT-i Lampiran D. Gambar Catalytic Converter Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

6 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 Gambar 3.1. Grafik Torsi Mesin Gambar 3.2. Grafik Daya Mesin Gambar 3.3. Grafik Sfc Mesin Gambar 4.1. Sistem VVT-i Gambar 4.2. Valve Timing VVT-i Gambar 4.3. VVT-i Controller Gambar 4.4. Posisi advance timing Gambar 4.5. Posisi retard timing Gambar 4.6. Camshaft Timing Oil Control Valve Gambar 4.7. Catalytic Converter Gambar 4.8. (a) Catalytic converter berbahan keramik, (b) catalytic converter berbahan metal Gambar 4.9. Catalytic converter jenis pellet Gambar Catalytic converter jenis monolithic Gambar C.1 Mesin K3 VE VVT-i Gambar C.2 Mesin yang menggunakan teknologi VVT-i Gambar C.3 VVT-i Kontroller Gambar C.4 Lock Pin Gambar C.5 ECU (Electronic Control Unit) Gambar C.6 Crankshaft Position Sensor Gambar D.1 Catalytic Converter tipe Pellet dan tipe Ceramic Monolith Gambar D.2 Proses Penyaringan Gas Buang Gambar D.3 Skema Catalytic Converter Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

7 Gambar D.4 Letak Catalytic Converter DAFTAR TABEL Tabel 3.1. Torsi Mesin Tabel 3.2. Daya Mesin Tabel 3.3. SFC Vs Putaran Mesin Tabel 4.1. Valve timing dan status operasi Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

8 DAFTAR NOTASI = rasio kompresi = konstanta gas (kj/kg-k) atau (ft-ibf/lbm-ºr) atau (BTU/lbm-ºR) = panas spesifik pada volume konstan (kj/kg-k) atau (BTU/lbm-ºR) = 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/m 3 ) atau (lbm/ft 3 ) = 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) Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

9 = 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 Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

10 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. Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

11 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar belakang Dilatar 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 chamshaft atau crankshaft memberikan 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. Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

12 1.2. Batasan Masalah Mengingat 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 Akademis a. 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 Metode penulisan Adapun 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. Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

13 c. Metode bimbingan Metode ini berupa bimbingan dengan dosen pembimbing mengenai penulisan materi maupun pelaksanaan Skripsi. Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

14 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pengertian Dasar Apabila 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 Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

15 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 motor Diesel. 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 O 2 bersuhu melampaui suhu titik nyala (flash point) dari bahan bakar. Mesin diesel ini dikenal juga dengan sebutan Compression Ignition Engine Prinsip kerja motor bakar bensin Motor 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 Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

16 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. Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

17 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. Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

18 Tekanan, P Temperatur, T TMA TMB Volume spesifik, v Entropy, s 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 P 2 dan T 2. [2] 1 lit. Willard W. Pulkrabek, Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal.74 2 ibid, hal.78 Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

19 [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 (m 3 ) = volume pada titik 2 (m 3 ) = 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 Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

20 = rasio kompresi = c p / c v = 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 Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

21 [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 (m 3 ) = volume pada titik 4 (m 3 ) e. Proses 4 1: Proses pembuangan kalor pada volume konstan [6] 5 lit. Willard W. Pulkrabek, Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal lit. Willard W. Pulkrabek, Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal. 76 Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

22 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) Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

23 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 Parameter Performansi Mesin Tekanan efektif rata rata (mep) 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) V d = volume langkah torak (m 3 ) W nett = kerja netto dalam satu siklus (kj) Daya Indikator ( ) 7 lit. Michael J. Moran dan Howard N. Shapiro, Termodinamika Teknik 2, Erlangga, hal. 57 Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

24 Merupakan daya yang dihasilkan dalam silinder motor sehingga merupakan basis perhitungan atau penentuan efisiensi pembakaran atau besarnya laju panas akibat pembakaran di dalam silinder. [8] dimana : = daya indikasi (kw) N n = putaran mesin (putaran/detik) = jumlah putaran dalam satu siklus, untuk empat tak n = 2 (putaran/siklus) Daya poros ( ) Daya yang dihasilkan suatu mesin pada poros keluarannya disebut sebagai daya poros (atau biasa dikenal dengan brake horse power) yang dihitung berdasarkan rumusan: [9] dimana: = daya poros (kw) N = putaran mesin (putaran/detik) τ = torsi (N m) seperti yang telah diketahui, dari sejumlah gaya yang dihasilkan mesin, maka sebagian darinya dipakai untuk mengatasi gesekan/friksi antara bagian bagian 8 lit. Willard W. Pulkrabek, Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal ibid Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

25 mesin yang bergerak, sebagian lagi dipakai untuk mengisap udara dan bahan bakar serta mengeluarkannya dalam bentuk gas buang 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) Efisiensi termal Efisiensi 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 Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

26 yang dihisap ke dalam ruang bakar. Efisiensi termal sesuai defenisinya merupakan parameter untuk mengukur efisiensi bahan bakar. [11] dimana: = efisiensi termal Efisiensi mekanis Besarnya kerugian daya diperhitungkan dalam efisiensi mekanis yang dirumuskan sebagai berikut: [12] dimana: = efisiensi mekanis Efisiensi volumetrik Efisiensi ini didefenisikan sebagai perbandingan antara massa udara yang masuk karena dihisap torak pada langkah hisap dan massa udara pada tekanan dan temperatur atmosfir yang dapat dihisap masuk kedalam volume sapuan yang sama [13] Dimana: = efisiensi volumetrik = massa jenis udara (kg/m 3 ) 11 ibid, hal ibid, hal lit. Willard W. Pulkrabek, Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal. 60 Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

27 2.6. Spesifikasi mesin Data diperoleh dari PT. ASTRA DAIHATSU MOTOR Trainning Center VVT i Tipe Nama : Motor bensin 4 langkah : K3 VE VVT i DOHC Volume langkah : 1298 cm 3 Jumlah silinder Jumlah katup : 4 buah segaris : 16 buah Diameter (B) x Langkah (S) : 72 mm 79,7 mm Daya maksimum Torsi maksimum Sistem bahan bakar : RPM atau 67, RPM : 12,2 kgf 4400 RPM : EFI Rasio kompresi : 11: Non VVT i Tipe Nama : Motor bensin 4 langkah : K3 DE DOHC Volume langkah : 1298 cm 3 Jumlah silinder Jumlah katup : 4 buah segaris : 16 buah Diameter (B) x Langkah (S) : 72 mm 79,7 mm Daya maksimum Torsi maksimum : RPM atau 63, RPM : 11,9 kgf 3200 RPM Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

28 Sistem bahan bakar : EFI Rasio kompresi : 10:1 Fatah Maulana Siregar : Performansi Mesin Non Stationer (Mobile) Berteknologi VVT-i Dan Non VVT-i, USU Repository 2009

29 BAB III ANALISA TERMODINAMIKA DAN PRESTASI MESIN PADA MESIN VVT-i DAN NON VVT-i 3.1 Mesin VVT-i Analisa Termodinamika Proses 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 27 C atau 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: 17

30 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, m 3 maka besarnya volume sisa: [1] Volume pada titik 1: Merupakan hasil penjumlahan volume langkah (V d ) dengan volume sisa (V c ). [2] 1 lit. John B Heywood, Internal Combustion Engines Fundamentals, McGraw-Hill inc, hal.43 2 ibid, hal.78 18

31 Massa campuran bahan bakar dan udara: Dengan tekanan 1 atm atau 104,3647 kpa dan volume silinder 0, m 3 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 (m m ) sebesar 0, kg serta diasumsikan residu gas hasil pembakaran 4% [5] dari siklus sebelumnya, maka besarnya massa udara dan massa bahan bakar adalah: 3 lit. Willard W. Pulkrabek, Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal.70 4 PT. ASTRA DAIHATSU MOTOR Trainning Center 5 lit. Willard W. Pulkrabek, Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal.77 19

32 Densitas udara : Tekanan dan temperatur udara sekitar mesin dapat digunakan untuk mencari densitas udara dengan persamaan matematika sebagai berikut: Proses 1 2 : Langkah kompresi isentropik, semua katup tertutup. Torak bergerak dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA). Tekanan pada titik 2 : Campuran bahan bakar dan udara yang berada di dalam silinder ditekan dan dimampatkan oleh torak yang bergerak ke titik mati atas (TMA). Akibatnya, tekanan dalam silinder naik menjadi P 2. [6] Temperatur pada titik 2: 6 lit. Willard W. Pulkrabek, Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal.78 20

33 Campuran bahan bakar dan udara yang dimampatkan oleh torak yang bergerak ke titik mati atas (TMA) juga mengakibatkan suhu dalam silinder naik menjadi T 2. [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] 7 ibid 8 ibid 9 lit. Willard W. Pulkrabek, Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal

34 Proses 2 3: Penambahan kalor pada volume konstan. Kalor masuk : Bahan bakar yang digunakan adalah PERTAMAX dengan nilai kalori bahan bakar kj/kg [10] dan diasumsikan terjadi pembakaran sempurna, =1. [11] Temperatur pada titik 3: Dengan menggunakan persamaan matematika [12], maka T 3 dapat diketahui ; Volume pada titik 3: Dari diagram P-v siklus Otto ideal dapat dilihat bahwa V 3 sama dengan V Sumber : Pertamina 11 lit. Willard W. Pulkrabek, Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal ibid 22

35 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 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 T 4. [14] 13 lit. Willard W. Pulkrabek, Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal ibid. 23

36 Tekanan pada titik 4: Begitu juga dengan tekanan di dalam silinder, mengalami penurunan menjadi P 4. [15] Volume pada titik 4: Dari diagram P-v siklus ideal Otto dapat dilihat bahwa V 4 sama dengan V 1. 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 W 3 4. [16] 0,9 15 lit. Willard W. Pulkrabek, Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal ibid. 24

37 Proses 4 1: Proses pembuangan kalor pada volume konstan Kalor yang dibuang : Pada saat torak mencapai titik mati bawah (TMB) kalor dibuang sebesar Q 4 1. [17] Kerja satu siklus : Kerja yang dihasilkan dari satu siklus termodinamika adalah sebagai berikut: [18] Parameter Performansi Mesin Tekanan 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 W nett = dan besarnya volume langkah ( ) =, maka besarnya tekanan efektif rata rata adalah: 17 ibid. 18 lit. Willard W. Pulkrabek, Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal lit. Michael J. Moran dan Howard N. Shapiro, Termodinamika Teknik 2, Erlangga, hal

38 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 26

39 44,1798 Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) Secara tidak langsung konsumsi bahan bakar spesifik merupakan indikasi efisiensi dalam menghasilkan daya dari pembakaran bahan bakar. Laju aliran bahan bakar sebesar dan daya poros ( ) sebesar 44,1798 kw, maka konsumsi bahan bakar spesifik pada putaran 3500 RPM diperoleh sebagai berikut: [22] 0, 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 ibid, hal lit. Willard W. Pulkrabek, Engineering Fundamentals of Internal Combustion, Prentice hall, hal.59 27

40 Efisiensi mekanis Merupakan perbandingan antara daya poros ( ) dengan daya indikator ( ). Dengan daya poros ( ) sebesar 44,1798 kw dan 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, kg, densitas udara 24 ibid, hal

41 1,2121 kg/m 3, dan besar volume langkah 0, m 3, maka efisiensi volumetrik dapat dihitung dengan rumusan matematika sebagai berikut : 3.2 Mesin Non VVT-i Analisa Termodinamika Proses 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 27 C atau 300 K, maka : = 104,3647 kpa = 300 K = 10 = 7,2 cm = 7,97 cm = 0,287 kj/kg-k 29

42 = 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, m 3 maka besarnya volume sisa: Volume pada titik 1: Merupakan hasil penjumlahan volume langkah (V d ) dengan volume sisa (V c ). 30

43 Massa campuran bahan bakar dan udara: Dengan tekanan 1 atm atau 104,3647 kpa dan volume silinder 0, m 3 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 (m m ) sebesar 0, kg serta diasumsikan sisa gas hasil pembakaran 4% dari siklus sebelumnya, maka besarnya massa udara dan massa bahan bakar adalah: 31

44 Densitas udara : Tekanan dan temperatur udara sekitar mesin dapat digunakan untuk mencari densitas udara dengan persamaan matematika sebagai berikut: Proses 1 2 : Langkah kompresi isentropik, semua katup tertutup. Torak bergerak dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA). Tekanan pada titik 2 : Campuran bahan bakar dan udara yang berada di dalam silinder ditekan dan dimampatkan oleh torak yang bergerak ke titik mati atas (TMA). Akibatnya, tekanan dalam silinder naik menjadi P 2. 32

45 Temperatur pada titik 2: Campuran bahan bakar dan udara yang dimampatkan oleh torak yang bergerak ke titik mati atas (TMA) juga mengakibatkan suhu dalam silinder naik menjadi T 2. Volume pada titik 2 : Kerja persiklus 1 2: Kerja yang diserap selama langkah kompresi isentropik untuk satu silinder dalam satu siklus adalah sebagai berikut: 33

46 Proses 2 3: Penambahan kalor pada volume konstan. Kalor masuk : Bahan bakar yang digunakan adalah PERTAMAX dengan nilai kalori bahan bakar kj/kg dan diasumsikan terjadi pembakaran sempurna, =1. Temperatur pada titik 3: Dengan menggunakan persamaan matematika, maka T 3 dapat diketahui ; Volume pada titik 3: Dari diagram P-v siklus Otto ideal dapat dilihat bahwa V 3 sama dengan V 2. Tekanan pada titik 3: 34

47 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 T 4. Tekanan pada titik 4: Begitu juga dengan tekanan di dalam silinder, mengalami penurunan menjadi P 4. 35

48 Volume pada titik 4: Dari diagram P-v siklus ideal Otto dapat dilihat bahwa V 4 sama dengan V 1. Kerja 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 W ,8816 Proses 4 1: Proses pembuangan kalor pada volume konstan Kalor yang dibuang : Pada saat torak mencapai titik mati bawah (TMB) kalor dibuang sebesar Q

49 Kerja satu siklus : Kerja yang dihasilkan dari satu siklus termodinamika adalah sebagai berikut: Parameter Performansi Mesin Tekanan efektif rata rata Didefenisikan sebagai suatu tekanan yang dibayangkan bekerja pada pada permukaan piston pada langkah kerja, sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut: = Dengan nilai W nett = 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. 37

50 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 bakar spesifik (Sfc) Secara tidak langsung konsumsi bahan bakar spesifik merupakan indikasi efisiensi dalam menghasilkan daya dari pembakaran bahan bakar. Laju aliran bahan bakar 38

51 sebesar dan daya poros ( ) sebesar 43,15407 kw maka konsumsi bahan bakar spesifik pada putaran 3500 RPM diperoleh sebagai berikut: 0, 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 39

52 86,2612 kw, maka besarnya efisiensi mekanis dapat diketahui dengan rumusan matematika sebagai berikut: Efisiensi volumetrik Merupakan indikasi sejauh mana volume sapuan (swept volume) mesin tersebut dapat terisi fluida kerja. Dengan massa udara sebesar 0, kg, densitas udara 1,2121 kg/m 3, dan besar volume langkah 0, m 3, maka efisiensi volumetrik dapat dihitung dengan rumusan matematika sebagai berikut : 40

53 Berikut adalah tabel dan grafik performansi mesin : Tabel 3.1. Torsi Mesin Putaran Mesin (RPM) TORSI (Nm) NON VVT-i VVT-i (Sumber :Lit. 3) 41

54 Gambar 3.1. Grafik Torsi Mesin Tabel 3.2. Daya Mesin Putaran Mesin (RPM) Daya (kw) NON VVT-i VVT-i

55 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

56 Gambar 3.3. Grafik Sfc Mesin 44

57 BAB IV SISTEM VVT-i DAN CATALYTIC CONVERTER 4.1 Sistem VVT-i Sistem VVT-i (Variable Valve Timing - intelligent) merupakan serangkaian peranti untuk mengontrol penggerak camshaft yang diperkenalkan pada tahun Pada VVT-i ini bagian yang divariasikan adalah timing (waktu buka-tutup) intake valve dengan merubah atau menggeser posisi intake camshaft terhadap puli camshaft drive. 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) 45

58 Jadi disini maksudnya puli pada intake camshaft adalah fleksibel, camshaft nya 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 60 o. Misalnya, pada saat start, kondisi mesin dingin dan mesin stasioner tanpa beban, timing dimundurkan 30 o. 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. 30 IN open TMA EX close 2 12 Arah putaran mesin 52 IN open 30 EX open TMB Gambar 4.2. Valve Timing VVT-i (Sumber Gambar: Lit. 3) 46

59 Konsumsi bahan bakar jadi hemat dan mesin lebih ramah lingkungan. Sedangkan saat ada beban, timing akan maju 30 o. 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 valve Sudut buka intake valve VALVE TIMING STATUS OPERASI OBJEK Meniadakan overlap EFEK o Pembakaran Saat idling Mengurangi gas buang yang balik ke menjadi stabil o Menambah hemat intake port 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 berat kecepatan rendah dan sedang Saat beban berat kecepatan tinggi Saat menutup intake valve maju Meniadakan gas buang yang balik ke intke port Memperbaiki volumetric efficiency Saat penutupan valve sesuai dengan gaya inersia aliran udara yang masuk Meningkatkan volumetric efficiency Meningkatkan torsi pada kecepatan rendah dan sedang Meningkatkan daya keluaran (Sumber Tabel: Lit. 3) 47

60 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 masing masing bilah vane. Sehingga vane akan bergerak maju dan posisi timing pun ikut maju 30 derajat. Tekanan olinya sendiri disediakan oleh camshaft timing oli control valve yang diatur oleh ECU (Electronic Control Unit ) mesin. 48

61 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) 49

62 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 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. 50

63 4.1.2 Camshaft Position Sensor Camshaft 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. Camshaft Position 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 Camshaft Timing Oil Control Valve Camshaft Timing Oil Control Valve mengendalikan posisi spool valve berdasarkan sinyal yang dikirim ECU hingga mengalokasikan tekanan oli ke VVT-i Controller untuk sisi maju dan sisi mundur. Ketika mesin berhenti, Camshaft Timing Oil Control Valve berada dalam sisi mundur. 51

64 Gambar 4.6. Camshaft Timing Oil Control Valve (sumber gambar: Lit. 16) Crankshaft Position Sensor Sensor 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. 52

65 4.2 Catalytic Converter Catalytic converter merupakan salah satu inovasi terbesar di industri otomotif. Pasalnya, peranti ini mampu mengubah zat-zat hasil pembakaran seperti, hidrokarbon (HC), karbon 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, NO X dan timbal ) yg ditimbulkan karena 53

66 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 300 C 500 C. 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 converter berbahan metal (Sumber gambar: Lit. 14) Kinerja catalitytic converter lebih maksimal dalam menangkap racun karena adanya sensor O 2. Kerja sensor O 2 mengirim data ke ECU untuk mengoreksi O 2 yang diterima catalitytic converter. Jika data yang diterima ECU kurang 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. Bentuk catalytic converter seperti tabung yang mirip sarang tawon. Bahannya terbuat dari keramik ataupun metal dengan ukuran lubang penyaring antara 1 hingga 2 54

67 mm. Secara umum ada dua jenis catalytic converter yang dipakai, yaitu jenis pellet dan 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 jenis pellet. Gambar 4.9. Catalytic converter jenis pellet (Sumber : Lit. 18) Ada dua tipe dari catalytic converter, yaitu 3-way catalist dan 2-way catalyst. 3-way catalist digunakan 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 : 2NO x xo 2 +N 2 2. Oksidasi Carbon Monoksida menjadi Karbon Dioksida : 2CO + O 2 2CO 2 3. Oksidasi senyawa Hidrokarbon yang tak terbakar (HC) menjadi Karbon Dioksida dan air : 2C x H y + (2x+y/2)O 2 2xCO 2 + yh 2 O Reaksi-reaksi di atas akan berjalan efisien bila mesin bekerja dengan perbandingan 14,7 bagian udara dengan 1 bagian bahan bakar. 55

68 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 (NO x ), maka daur yang terjadi hanyalah daur nomor 2 dan 3 saja. Gambar 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 56

69 dinyalakan. Selain itu, sensor bisa segera bekerja untuk menginformasikan kebutuhan campuran bahan bakar udara yang tepat ke Engine Control Machine (ECU). Peranti catalytic converter baru bekerja efektif ketika kondisinya panas. Pipa buang adalah pipa baja yang mengalirkan gas sisa pembakaran dari exhaust manifold ke udara bebas. Konstruksinya dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu pipa bagian depan, tengah, dan belakang. Susunannya sengaja dibuat demikian untuk mempermudah saat penggantian catalytic converter atau muffler, tanpa perlu melepas keseluruhan konstruksi sistem pembuangan. Muffler berfungsi untuk mengurangi tekanan dan mendinginkan gas sisa pembakaran. Kalau gas ini langsung disalurkan ke udara luar tanpa muffler, gas akan mengembang dengan cepat diiringi dengan suara ledakan yang cukup keras. 57