BAB I - USU Institutional Repository - Universitas Sumatera Utara

ANALISIS PENGARUH PENGGUNAAN SISTEM HYBRID TERHADAP EFISIENSI DAN TINGKAT EMISI GAS BUANG PADA MOTOR BAKAR DIESEL

SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

YOKI HUSADA NIM : 080401148

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2010

Universitas Sumatera Utara








KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum wr. Wb. Ucapan terimakasih serta syukur kehadirhat Allah SWT karena rahmat dan karunianya yang maha besar akhirnya Tugas Akhir ini dapat selesai Tugas Skripsi ini ditulis untuk melengkapi persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Judul dari Tugas Skripsi ini adalah “Analisis Pengaruh Penggunaan Sistem Hybrid Terhadap Efisiensi Dan Tingkat Emisi Gas Buang Pada Motor Bakar Diesel”. Tak dapat dipungkiri Tugas Skripsi ini dapat selesai berkat bantuan, semangat, bimbingan, dan dorongan dari berbagai pihak, langsung maupun tidak langsung dan selayaknya Penulis menghaturkan terimakasih dan rasa hormat yang besar kepada : 1. Bapak Ir.Isril Amir, selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan

waktunya

untuk

membimbing

penulis

dalam

menyelesaikan Tugas skripsi ini. 2. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 3. Bapak / Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 4. Kedua orang tua saya Ayahanda, Sugiat Smhk dan Ibunda Ismawati serta kakak saya Rury Widyastuti dan kedua adik saya Rivi Novra Devi, Yustian yang terus membimbing dan mengarahkan saya. 5. teman-teman mahasiswa teknik mesin Program Pendidikan D-IV stambuk 2005 dan Program Pendidikan Mandiri Reguler stambuk 2008 yang tidak dapat saya sebutkan namanya satu persatu. 6. Semua pihak yang membantu secara langsung maupun tidak langsung dalam penyusunan dan penulisan tugas skripsi ini.


Penulis mengharapkan masukan berupa kritik dan saran yang membangun untuk penyempurnaan Tugas Skripsi ini. Semoga apa yang ada dalam Tugas Skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca secara umum dan penulis secara khusus. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih.

Medan, November 2010 Penulis,

Yoki Husada


ABSTRAK

Sistem hybrid merupakan suatu rangkaian komponen (system) yang sangat penting, yaitu sistem yang menggabungkan motor elektrik dengan mesin konvensional yang keduanya bekerjasama secara sinergis guna menghasilkan kendaraan yang handal, irit bahan bakar dan ramah lingkungan. Sistem hybrid dapat mengurangi pengurangan bahan bakar hingga 60 % dan system hybrid mampu mengurangi kadar emisi gas buang sekitar 25 %. Untuk mengurangi emisi gas buang maka pada sistem hybrid ini dilengkapi dengan alat yang disebut EGR (Exhaust Gas Recirculation) yang mensirkulasi gas buang sehingga Nitrogen exhaust dapat dikurangi dan VGT (Variable Geometri Thurbocharger) yang berfungsi untuk mengurangi kadar uap.

Kata kunci : Sistem Hybrid, EGR, VGT.


DAFTAR ISI

Kata Pengantar ............................................................................................... i Abstrak ..........................................................................................................iii Daftar Isi ...................................................................................................... v Daftar Tabel ................................................................................................. ix Daftar Gambar .............................................................................................. x Daftar Notasi ................................................................................................... xii Bab

I

Pendahuluan ............................................................................... 1 1.1 Latar Belakang ....................................................................... 1 1.2 Tujuan Penulisan .................................................................... 2 1.3 Batasan Masalah ..................................................................... 2 1.4 Manfaat Penulisan .......................................................................2 1.5 Metode Pembahasan ............................................................... 2 1.6 Sistematika Penulisan ............................................................. 3

Bab

II

Tinjauan Pustaka ....................................................................... 6 2.1 Mesin Pembakaran Dalam ...................................................... 6 2.2 Motor Bakar 4 (empat) Langkah ............................................. 6 2.2.1 Motor Bakar Otto ........................................................... 6 2.2.2 Motor Bakar Diesel ....................................................... 7 2.3 Siklus Motor Bakar Diesel ...................................................... 7 2.4 Komponen Utama Motor Bakar Diesel ................................. 10


2.5 Sistem Bahan Bakar (Fuel System) ....................................... 10 2.5.1 Bahan Bakar Diesel ................................................... 11 2.6 Sistem Mekanisme Katup ..................................................... 12 2.7 Sistem Kerja Motor Bakar Diesel .......................................... 14 2.8 Emisi Gas Buang .................................................................. 14 2.9 Konsumsi Bahan Bakar Diesel .............................................. 15 2.10 Performansi Motor Diesel ................................................... 15 2.10.1 Torsi Dan Daya ......................................................... 16 2.10.2 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ................................ 16 Bab

III

Sistem Hybrid Pada Motor Bakar Diesel ................................ 18 3.1 Sistem Hybrid ....................................................................... 18 3.1.1 Skema Mobil Hybrid ................................................... 19 3.1.2 Konstruksi ................................................................... 21 3.2 Tipe Sistem Hybrid ............................................................... 21 3.2.1 Pemanfaatan Yang Terbaik Dari Kedua Dunia ............ 22 3.2.2 Tipe Dari Sistem Hybrid ............................................. 24 3.3 Komponen Utama Sistem Hybrid ......................................... 29 3.3.1 Kontrol Sistem Hybrid ................................................ 30 3.3.2 Motor Generator ......................................................... 31 3.3.3 Inverter ....................................................................... 31 3.3.4 Unit Baterai Hybrid ..................................................... 32 3.3.5 Unit Box Hybrid ......................................................... 34


3.3.6 Start & Akselerasi ....................................................... 35 3.3.7 Kecepatan Konstan ..................................................... 35 3.3.8 Deselarasi ................................................................... 35 3.3.9 Saat Stop ..................................................................... 36 3.3.10 Pelindung Sistem Hybrid ........................................... 36 3.4 Cara kerja Sistem Hybrid ...................................................... 36 3.4.1 Transmisi .................................................................... 37 3.4.2 Kepincangan ............................................................... 37 3.4.3 Penyimpanan Arus Tegangan Tinggi ........................... 38 3.5 Peforma Motor Bakar Diesel Sistem Hybrid ......................... 38 3.5.1 Karakteristik Kurva Motor Generator .......................... 38 3.5.2 Konsumsi Bahan Bakar ............................................... 39 3.5.3 Emisi Gas Buang ........................................................ 40 Bab

IV

Emisi Gas Buang Motor Bakar Diesel Sistem Hybrid .......... 44 4.1 Umum .................................................................................. 44 4.2 Solusi Tingginya Emisi Gas Buang ....................................... 45 4.2.1 Teknologi Perangkat Mesin ......................................... 45 4.2.1.1 Injeksi Bahan Bakar ........................................ 45 4.2.1.2 ECU (Electronic Control Unit) ........................ 46 4.2.1.3 Catalytic Converter .......................................... 47 4.2.2 Alternatif mesin penggerak kendaraan ......................... 47 4.2.2.1 Fuel cell .......................................................... 47


4.2.2.2 Sel Surya ......................................................... 48 4.2.2.3 Mobil Listrik ................................................... 49 4.2.2.4 Hybrid car ....................................................... 49 4.3 Emisi Gas Buang Motor Bakar Diesel Sistem Hybri ............. 50 4.3.1 EGR (Exhaust Gas Resirculation) ............................... 51 4.3.2 Klasifikasi EGR .......................................................... 53 4.3.3 VGT (Vortable Geometri Turbocharger) ..................... 54 4.4 Analisis Kondisi Mesin Terhadap Emisi Gas Buang .............. 55 4.5 Bahan Bakar Motor Bakar Diesel Sistem Hybrid ................... 60 4.6 Faktor Yang Mempengaruhi Peforma Sistem Hybrid ............. 61 4.6.1 Torsi ........................................................................... 61 4.6.2 Akselerasi ................................................................... 61 Bab Dan

V

Analisa Perbandingan Performansi Mobil Diesel Konvensional Mobil Diesel Hybrid ................................................................. 65 5.1 Spesifikasi Mobil Diesel Konvensional (Peugeot 308) .......... 65 5.1.1 Konsumsi Bahan Bakar Pada Peugeot 308.................... 65 5.2 Spesifikasi Mobil Diesel Hybrid (Peugeot 3008).................... 66 5.2.1 Konsumsi Bahan Bakar Pada Peugeot 3008.................. 66 5.3 Analisa Performansi .............................................................. 67 5.3.1 Daya............................................................................. 68 5.3.1.1 Untuk Analisis Pada Mobil Peugeot 308 ........ 69 5.3.1.2 Untuk Analisis Pada Mobil Peugeot 3008 ....... 69


5.3.2 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik................................... 71 5.3.2.1 Untuk Analisis Pada Peugeot 308 ................ 72 5.3.2.2 Untuk Analisis Pada Peugeot 3008.................. 73 5.4 Pengujian Emisi Gas Buang ................................................... 75 5.4.1 Pengujian Untuk Mobil Diesel (Peugeot 308) ............... 75 5.4.2 Pengujian Untuk Mobil Hybrid (Peugeot 3008) ............ 76 Bab

VI

Kesimpulan dan Saran ............................................................. 81 6.1 kesimpulan ............................................................................. 81 6.2 Saran ...................................................................................... 81

Daftar Pustaka ............................................................................................... 82 Lampiran ......................................................................................................... 84


DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Karakteristik Mutu Solar ............................................................ 12 Tabel 3.1 Pengaturan Energi pada Kendaraan Listrik Hybrid .................... 24 Tabel 3.2 Tabel Perbandingan Konsumsi Bahan Bakar Mobil Hybrid ....... 39 Tabel 4.1 Hasil Analisis Mesin Terhadap Emisi Gas Buang ……….…… 58 Tabel 4.2 Hasil Analisis Mesin Terhadap (AFR=Air-to-Fuel-Ratio) .…… 58 Tabel 4.3 Hasil Analisis Mesin Terhadap Berdasarkan Tingkat rpm….… 59 Tabel 5.1 Spesifikasi Mobil Peugeot 308 ………………….…….….…… 65 Tabel 5.3 Spesifikasi Mobil Peugeot 3008 ……………………….….…… 66 Tabel 5.4 Data Hasil Perhitungan Daya Pada Mobil Peugeot 308 Dan Peugeot 3008 ....….…………………………….………... 70 Tabel 5.5 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) Pada Peugeot 308 Dan Peugeot 3008 ….….…….……………………………….... 74 Tabel 5.6 Perbandingan Emisi Gas Buang Peugeot 308 Dan Peugeot 3008 ……….…….……………………………….. 77


DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Diagram P – V Volume Konstan .................................................. 7 Gambar 2.2 Siklus Tekanan Konstan .............................................................. 8 Gambar 2.3 Siklus Tekanan Terbatas ............................................................. 9 Gambar 3.1 Skema Mobil BMW 4 Cylinder Sistem Hybrid ......................... 20 Gambar 3.2 Cross – Sectional Drawing of The Transmission ...................... 21 Gambar 3.3 Skema Konfigurasi Seri Sistem Hybrid ..................................... 25 Gambar 3.4 Skema Konfigurasi Pararel Sistem Hybrid ................................ 27 Gambar 3.5 Skema Konfigurasi seri - Pararel Sistem Hybrid ....................... 28 Gambar 3.6 Skematik Rangkaian Series Hybrid Pada Kendaraan Jenis Bus .. 29 Gambar 3.7 Skematik Sistem Hybrid ........................................................... 30 Gambar 3.8 Cara Kerja Sistem Hybrid ......................................................... 30 Gambar 3.9 Motor Generator Hybrid ........................................................... 31 Gambar 3.10 Contoh Inverter Sistem Hybrid ................................................ 32 Gambar 3.11 Jenis Baterai Yang Digunakan Pada Sistem Hybrid .................. 33 Gambar 3.12 Skema Unit Box Sistem Hybrid .............................................. 34 Gambar 3.13 Diagram Pengujian Baterai ..................................................... 39 Gambar 3.14 Diagram Karakteristik Kurva Motor Generator ....................... 40 Gambar 4.1 Skematik Diagram Efek EGR pada tingkat pembebanan ........... 52 Gambar 4.2 Skematik Diagram Dari VGT/ EGR .......................................... 55 Gambar 4.3 Skematik diagram hybrid .......................................................... 62


Gambar 4.4 Sketasa Teknik Kerja Sistem Hybrid ......................................... 62 Gambar 5.1 Grafik Daya Vs Putaran ............................................................ 71 Gambar 5.2 Grafik Sfc Vs Putaran ............................................................. 75 Gambar 5.3 Grafik Kadar CO Pada Peugeot 3008 Dan Peugeot 308.............. 78 Gambar 5.4 Grafik Kadar HC Pada Peugeot 3008 Dan Peugeot 308 ............ 78 Gambar 5.5 Grafik Kadar Nox Pada Peugeot 3008 Dan Peugeot 308 .......... 79 Gambar 5.6 Grafik Kadar CO2 Pada Peugeot 3008 Dan Peugeot 308 .......... 79


DAFTAR NOTASI

Lambang

Keterangan

Satuan

PB

Daya keluaran

Watt

N

Putaran mesin

Rpm

T

Torsi

N.m

Sfc

Konsumsi bahan bakar spesifik

g/kW.h

Laju aliran massa udara

kg/jam

Vs

Volume langkah torak

m3

AFR

Air fuel ratio

A

Air

BMEP

Brake mean effective pressue

CO

Carbon monoxide

CO2

Carbon dioxide

CVT

Continuosly variable transmission

DME

Dymethyl esther

EGR

Exhaust gas recirculation

EPA

Environmental protection agency

EREN

Energy efficiency and renewable energy network

EV

Electric vehicle

F

Fuel

FMEP

Friction mean effective pressure

.

ma


GDI

Gasoline direct injection

GPS

Global positioning system

H

Hydrogen

H2O

Water

HC

Hydrocarbon

HEV

Hybrid electric vehicle

ICE

Internal combustion engine

IMEP

Indicated mean effective pressure

NH3

Ammonia

NOX

Nitrogen hydrogen oxides

n net,

All four strokes in a combustion cycle

O

Oxygen

PM

Particulate matter

PSH

Power split hybrid

SCR

Selective catalytic reduction

SOC

State of charge

TWC

Three – way catalytic converter
