SKRIPSI
STUDI ANALISA PERFORMANSI MESIN – SISTEM PEMBAKARAN EFI DAN KARBURATOR PADA MESIN BENSIN 7 K
Skipsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
DISUSUN OLEH:
HENDRI PRANATA
NIM. 090021028
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
MEDAN
TUGAS SARJANA
STUDI ANALISA PERFORMANSI MESIN – SISTEM PEMBAKARAN EFI DAN KARBURATOR PADA MESIN BENSIN 7 K
MOTOR BAKAR
Oleh:
HENDRI PRANATA NIM: 090421028
Diketahui / Disyahkan Disetujui Oleh
Departemen Teknik Mesin Dosen Pembimbing,
Fakultas Teknik USU Ketua
MOTOR BAKAR
STUDI ANALISA PERFORMANSI MESIN – SISTEM PEMBAKARAN EFI DAN KARBURATOR PADA MESIN BENSIN 7 K
OLEH
HENDRI PRANATA 090421028
Penguji 1, Penguji 2,
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT,
yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis telah
menyelesaikan tugas Sarjana ini.
Tugas Sarjana ini merupakan satu satu syarat yang harus dipenuhi
mahasiswa untuk menyelesaikan pendidikan di Departemen Teknik Mesin
Universitas Sumatera Utara. Adapun judul tugas akhir ini adalah
”Studi Analisa Performansi Mesin – Sistem Pembakaran EFI dan Karburator pada Mesin Bensin 7 K”. Tugas sarjana ini disusun berdasarkan survay lapangan serta melakukan pembahasan pada studi literatur.
Dalam proses pembuatan Tugas Sarjana ini, penulis telah mendapat
bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak baik material, spiritual, informasi
maupun segi administrasi. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih
kepada :
1. Bapak Ir. Syahrul Abda,M.S.c, koordinator Ekstensi Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara .
2. Bapak Dr. Ing, Ir.Ikhwansyah Isranuri, selaku ketua Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara
3. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc, selaku sebagai dosen pembimbingyang
dengan sabar telah meluangkan waktu, pemikiran dan tenaga untuk
membimbing serta memberikan arahan hingga selesainya Tugas
4. Seluruh Staf Pengajar pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bekal pengetahuan
kepada penulis hingga akhir studi.
5. Pimpinan dan seluruh jajaran staf karyawan PT. Toyota Astra Motor,Auto
2000 Gatsu,Medan. Sumatera Utara.
6. Orang tua tercinta yang selalu memberikan dorongan, nasehat, kasih
sayang, doa, dukungan material dan spiritual serta adik, dan teman-teman
yang banyak membantu penulis.
7. Seluruh Pegawai yang banyak membantu penulis dari awal hingga akhir
studi dalam menangani administrasi sekalipun ditengah-tengah kesibukan
yang padat, serta kepada seluruh pegawai lainnya di Departemen Teknik
Mesin FT-USU.
8. Teman-teman mahasiswa yang telah banyak memberikan bantuan, support
dan inspirasi khususnya angkatan 2009 baik selama masa kuliah maupun
dalam penyelesaian skripsi ini.
9. Semua pihak yang telah membantu dan mendukung dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
Penulis sadar bahwa Tugas Akhir ini masih belum sempurna dikarenakan
keterbatasan penulis. Untuk itu penulis tetap mengharapkan saran dan kritik yang
sifatnya membangun untuk kesempurnaan Tugas Akhir ini.
Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih.
Medan, September 2013
Penulis,
ABSTRAK
EFI ( Electronic Fuel Injection ) adalah suatu sistem injeksi bahan bakar
yang dikontrol secara elektronik dengan berdasarkan pada masukan sinyal- sinyal
dari sensor-sensor yang diolah oleh ECU ( Electronic Control Unit ), yaitu berupa
chips yang terdiri dari microprosesor dan memory yang dipasang secara on board
pada mobil. Tujuan penggunaan dan pengembangan EFI sampai saat ini adalah
untuk meningkatkan tenaga atau daya mesin dan selain itu juga untuk
memperbaiki prestasi motor bakar dan mengurangi emisi gas buang.
Sistem injeksi bahan bakar berupa EFI ini adalah sebagai pengganti
karburator dengan pertimbangan-pertimbangan antara lain : karburator tidak
mampu mengalirkan campuran udara-bahan bakar dengan harga perbandingan
yang sama untuk setiap silinder, uap bahan bakar yang lebih berat daripada udara
maka akan mengalami kesulitan ketika mengalir melalui belokan dan sudut-sudut
tajam dari saluran isap ( intake manifold ), dengan sistem injeksi maka bahan
bakar dapat dikabutkan langsung kedalam saluran isap dekat dengan katup isap,
lebih presisi dalam mengatur jumlah bahan bakar yang dikabutkan sebagai fungsi
dari kondisi operasi mesin yang dideteksi oleh berbagai sensor. Berdasarkan hasil
perhitungan untuk mesin bensintipe 7K-Carburator diperoleh Daya sebesar
43,1541 kW, Torsi sebesar 117,8 Nm pada rpm 3500, sedangkan untuk mesin
7K-EFI diperoleh Daya sebesar 50,5749 kW, Torsi sebesar 121,8 Nm pada rpm 4000.
ABSTRACT
EFI ( Electronic Fuel Injection ) is a fuel injection system with electronically
controlled based on input signals from the sensors are processed by the ECU (
Electronic Control Unit ) , which is in the form of chips consisting of a
microprocessor and memory installed on board on the car . The purpose of the use
and development of EFI to date is to increase the power or engine power and also
to improve performance motor fuel and reduce exhaust emissions .
Systems such as EFI fuel injection instead of carburetors are the considerations ,
among others : not able to drain the carburetor air-fuel mixture at the same price
ratio for each cylinder , fuel vapors are heavier than air it will have trouble when
flowing through curves and sharp corners of the suction channel ( intake manifold
) , with the injection system can be atomized fuel directly into the suction line
near the suction valve , more precision in regulating the amount of atomized fuel
as a function of engine operating conditions detected by various sensors . Based
on calculations for 7K - type gasoline engine Power Carburator obtained at
43.1541 kW , torque of 117.8 Nm at 3500 rpm , while the engine - EFI 7K
obtained Power of 50.5749 kW , torque of 121.8 Nm at rpm 4000 .
Keywords : 7K Gasoline Engine , Injection System , ECU ( Electronic Control
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR...i
ABSTRAK...iii
DAFTAR ISI...iv
DAFTAR GAMBAR...x
DAFTAR TABEL...xiv
DAFTAR NOTASI...xv
DAFTAR LITERATUR...xvii
BAB I PENDAHULUAN...1
1.1 Latar Belakang...1
1.2 Tujuan Penulisan...2
1.3 Manfaat Penulisan...2
1.4 Batasan Masalah...2
1.5 Ruang lingkup Analisa...2
1.6 Sistematika Penulisan...3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA...4
2.1 Pengertian Dasar...4
2.2 Prinsip kerja Motor Bakar...5
2.3 Sistem EFI (Electric Fuel Injection)...6
2.4.2 Sistem L- EFI (Air flow Control Type)...8
2.5Sistem-sistem yang ada pada EFI....9
2.5.1Sistem bahan bakar (Fuel System)...9
2.5.2Sistem induksi udara (Air Induction System)...9
2.5.3(Electronic ControlSystem)...9
2.6Sistem Bahan Bakar...9
2.6.1 Pompa bahan bakar...10
2.6.1.1In tank type ...10
2.6.1.2In line type ...12
2.6.2Pulsation damper ...13
2.6.3 Pressure Regulator………14
2.6.4 Injektor ……….15
2.10.2Manifold Pressure Sensor...24
2.10.5Sensor temperatur udara masuk...27
2.11 Signal pengapian mesin………..28
2.12Signal starter ………...28
2.13 Relay utama EFI………...29
2.14 Sensor oxygen ………..29
2.15 Sistem karburator………..30
2.15.1 Tipe venturi karburator………..30
2.15.1.1 Karburator dengan venturi tetap (fixed venturi) ………30
2.15.1.2 Karburator variable venturi...31
2.15.1.3 Karburatorair valve venturi ………32
2.15.2 Arah masuk campuran udara dan bahan bakar………..33
2.15.2.1 Karburator arus turun………..33
2.15.2.2 Karburator arus datar ………..33
2.15.3 Jumlah barel karburator ……….34
2.15.3.1 Karburatorsingle barel………34
2.15.3.2 Karburatordouble barel ………...34
2.16Prinsip Kerja Karburator ………35
2.17Cara Kerja Karburator ………36
2.17.1 Sistem Pelampung ……….37
2.17.2 SistemStasioner dan Kecepatan lambat………….38
2.17.3 Sistem kecepatan Tinggi Primer ………...38
2.17.4Sistem Kecepatan Tinggi Sekunder……….39
2.17.7 Sistem Cuk ………42
2.17.7.1 Sistem Cuk Manual ………42
2.17.7.2 Sistem Cuk Otomatis ……….43
2.17.8 Mekanisme Idel Cepat………..44
2.17.9 Hot Idel Compensator (HIC)...45
2.17.10 Anti Dieseling ………..46
2.17.11 Dashpot ………47
2.17.12 Deceleration Fuel Cut-Off System………48
2.18Siklus ideal Otto ( siklus volume konstan )...49
2.19Siklus Aktual ...53
2.20Parameter Performansi Mesin ...55
2.20.1 Tekanan efektif rata-rata (mep)...55
2.20.2 Daya Indikator (Wi) ...55
2.20.3 Daya Poros (Wb) ...56
2.20.4 Konsumsi bahan bakar (sfc) ...56
2.20.5 Efisiensi termal(ηth) ...57
2.20.6 Efisiensi mekanis (ηm) ...57
2.20.7 Efisiensi Volumetrik(ηv) ...57
BAB III METODOLOGI PENELITIAN...58
3.1 Waktu dan Tempat...58
3.2 Bahan dan Alat...58
3.2.2 Alat...58
3.3 Sepesifikasi mesin...59
3.3.1 Sistem Karburator...59
3.3.2Sistem EFI...59
3.4Metode Pengumpulan data...59
3.5Pengamatan dari proses Analisa...60
3.6Perosedur Analisa Performansi mesin7K – E IN LINE...61
3.6.1 Alat – alat untuk proses analisa Unjuk kerja Mesin...61
3.6.2 Proses analisis unjuk kerja Mesin Bensin 7K…………65
3.7Diagram Alir Proses Pelaksanaan...66
3.8 Metodologi Analisa yang Digunakan...67
BAB IV ANALISA TERMODINAMIKA DAN PRESTASI MESIN 68
4.1 Idealisasi Analisa Termodinamika...68
4.2Mekanisme kerja sistem pembakaran pada ruang bakar……...69
4.3Kelebihan system EFI...70
4.3.1 Penentuan Debit Aliran Bahan bakar ke Injektor………71
4.3.2 Penentuan Laju Aliran Bahan bakar………72
4.4 Mesin Dengan Sistem Bahan bakar Karburator...74
4.4.1Analisa Termodinamika……….74
4.4.2 Siklus Termodinamika Mesin………..76
4.4.3 Parameter Performansi Mesin...83
4.5.2 Siklus Termodinamika Mesin………..88
4.5.3Parameter Performansi Mesin………88
4.6Data Tabel dan Gerafik ………...100
4.6.1Tabel dan Gerafik Torsi Mesin…….………...100
4.6.2 Tabeldan Grafik Daya Mesin ………102
4.6.3Tabel dan Grafik Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc)……104
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...106
5.1 Kesimpulan...106
5.2 Saran...107
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Motor Bakar Torak... 4
Gambar 2.2 Prinsip kerja motor bensin 4 langkah... 6
Gambar 2.3 Sistem EFI tipe D ……….. 7
Gambar 2.4 Sistem EFI tipe L ………... 8
Gambar 2.5 Sistem bahan bakar EFI ………. 10
Gambar 2.6 Pompa bahan bakar in tank type ………. 11
Gambar 2.7 Cara kerja pompa bahan bakar in tank type…. 11 Gambar 2.8 Pompa bahan bakar tipe in line………. 12
Gambar 2.9 Cara kerja pompa bahan bakar tipe in line…… 13
Gambar 2.10 Pulsation damper ………. 13
Gambar 2.11 Pressure regulator……… 14
Gambar 2.12 Cara kerja pressure regulator……… 15
Gambar 2.13 Injektor……….. 15
Gambar 2.14 Cold start injector……….. 16
Gambar 2.15 Cold start injector time switch……… 17
Gambar 2.16 Cara kerja cold start injector saat mesin dingin.. 17
Gambar 2.17 Cara kerja cold start injector saat mesin panas… 18 Gambar 2.18 Sistem induksi udara tipe D EFI………. 18
Gambar 2.19 Sistem induksi udara tipe L EFI………. 19
Gambar 2.22 Katup udara tipe wax………. 21
Gambar 2.23 Cara kerja katup udara saat mesin dingin…….. 22
Gambar 2.24 Cara kerja katup udara saat mesin panas ……… 22
Gambar 2.25 Air intake chamber ………. 23
Gambar 2.26 Sistem control elektronik ………... 23
Gambar 2.27 Air flow meter ………. 24
Gambar 2.38 Karburator dengan venturi tetap ………. 30
Gambar 2.46 Konstruksi dasar karburator ………. 36
Gambar 2.47 Sistem pelampung ………. 37
Gambar 2.48 Sistem stasioner dan kecepatan lambat ……….. 38
Gambar 2.49 Sistem kecepatan tinggi primer..……….. 39
Gambar 2.50 Sistem kecepatan tinggi sekunder ……….. 39
Gambar 2.51 Sistem tenaga……….. 40
Gambar 2.52 Power valve pada sistem tenaga………. 41
Gambar 2.53 Sistem percepatan ... 41
Gambar 2.54 Sistem cuk manual ………. 42
Gambar 2.55 Sistem cuk otomatis saat dingin………. 43
Gambar 2.56 Sistem cuk otomatis saat panas ……… 44
Gambar 3.1 Mesin bensin yang akan dianalisa……… 61
Gambar 3.2 Universal Dynamometer Module ……… 61
Gambar 3.3 Electronic Indicating …….……… 62
Gambar 3.6 Dweel tester dan tachometer... 63
Gambar 3.7 timing light………. 63
Gambar 3.8 Multimeter……… 64
Gambar 3.9 Test Comprestion………. 64
Gambar 3.10 Feeler Gauge ……….. 65
Gambar 3.11 Diagram alir penelitian……… 66
Gambar 4.1 Mekanisme sistem pembakaran……… 69
Gambar 4.2 Sistem Kerja mesin EFI……….………. 70
Gambar 4.3 Komponen Injektor ……….…………. 71
Gambar 4.4 Sensor pada Mesin EFI ……… 73
Gambar 4.5 Mesin Bensin dengan sistem Karburator ……… 74
Gambar 4.6 Diagram P – v (siklus volume konstan )... 75
Gambar 4.7 Siklus Aktual Mesin Karburator……….. 83
Gambar 4.8 Mesin dengan sistem EFI... 87
Gambar 4.9 Diagram P – v (siklus volume konstan )... 88
Gambar 4.10 Siklus Aktual………... 96
Gambar 4.11 Grafik Torsi Mesin Vs Putaran ……… 101
Gambar 4.12 Grafik Daya Vs Putaram mesin ……… 103
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1 Tabel Torsi Vs Putaran (RPM)... 100
Tabel 4.2 Tabel Daya Vs Putaran (RPM)... 102
DAFTAR NOTASI
rc : Rasio kompresi
R : Konstanta gas (kJ/kg.K) atau (ft-lbf/lbm-oR)atau(BTU/lbm-oR)
Vd : Volume langkah (cm3 atau m3)
Cv : Panas spesifik pada volume konstan (kg/kg-K) atau (BTU/lbm-oK)
mm : Massa campuran bahan bakar dan udara (kg) atau (lbm)
ma : massa udara (cc) atau (L) atau (in3)
ηm : Efisiensi mekanis
mf : massa bahan bakar (kg) atau (lbm)
vc : volume sisa (cc) atau (L) atau (in3)
ρa : massa jenis udara (kg/m3) atau (lbm/ft3)
QHV : nilai kalor bahan bakar (kJ/m3) atau (BTU/lbm)
ηc : efisiensi pembakaran
mep : tekanan efektif rata – rata (kPa) atau (atm) atau (psi)
Wi : Daya indikator (kW) atau (hp)
N : kecepatan mesin (RPM)
n : jumlah putaran dalam satu siklus
Wb : daya poros (kW) atau (hp)
sfc : Konsumsi bahan bakar spesifik (gr/kW-h)
ηth : Efisiensi termal
ηv : Efisiensi volumetrik
Wnett : kerja netto (kJ)
mf : Laju aliran rata – rata bahan bakar (kg/s)
Xr : residu gas buang
