SKRIPSI STUDI ANALISA PERFORMANSI MESIN – SISTEM PEMBAKARAN EFI DAN KARBURATOR PADA MESIN BENSIN 7 K
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
FAKULTAS TEKNIK
MEDANTUGAS SARJANA
MOTOR BAKARSTUDI ANALISA PERFORMANSI MESIN – SISTEM PEMBAKARAN
EFI DAN KARBURATOR PADA MESIN BENSIN 7 K
Oleh:
HENDRI PRANATA
NIM: 090421028
Diketahui / Disyahkan Disetujui Oleh Departemen Teknik Mesin Dosen Pembimbing, Fakultas Teknik USU Ketua DR. ING. IR. IKHWANSYAH ISRANURI
IR.MULFI HAZWI,MSC NIP. 19641224 199211 1 001 NIP. 194910121981031002
STUDI ANALISA PERFORMANSI MESIN – SISTEM PEMBAKARAN
EFI DAN KARBURATOR PADA MESIN BENSIN 7 K
OLEH
HENDRI PRANATA
090421028
Penguji 1, Penguji 2, Ir. M. Syahril Gultom, M. T. Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP. 19551210 198710 1 001 NIP. 196412241992111001Alhamdulillah, 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 Sarjanaini.
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,
Hendri Pranata
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.
Kata Kunci : Mesin Bensin 7K, Sistem Injeksi, ECU ( Electronic Control Unit )
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 Unit )
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 Macam-macam Sistem EFI……………………………………7
2.4.1 Sistem D- EFI (Manifold Pressure Control Type)..........7
2.4.2 Sistem L- EFI (Air flow Control Type)............................8
2.6.6 Cold start injector time switch ……………………….16
2.10.2Manifold Pressure Sensor............................................................................24
2.10.1Air flow meter ………………………………………...24
2.10Sistem Kontrol Elektronik …………………………………………………..23
2.9Air intake chamber dan intake manifold…………………………………….22
2.8.2 Tipe wax ……………………………………………..21
2.8.1Tipe bi-metal..........................................................................20
2.8Katup udara ..........................................................................................20
2.7.1 Throttle body…………………………………………..19
2.7Sistem Induksi Udara ...............................................................18
2.6.5 Cold start injektor ……………………………………16
2.5Sistem-sistem yang ada pada EFI..............................................9
2.6.4 Injektor ……………………………………………….15
2.6.3 Pressure Regulator……………………………………14
2.6.2Pulsation damper ............................................................13
2.6.1.2In line type .................................................................................12
2.6.1.1In tank type ............................................................10
2.6.1 Pompa bahan bakar...............................................................10
2.6Sistem Bahan Bakar....................................................................9
2.5.2Sistem induksi udara (Air Induction System)...................................................9 2.5.3(Electronic ControlSystem)...............................................9
2.5.1Sistem bahan bakar (Fuel System)...........................................9
2.10.4Sensor posisi throttle……………………………………………………..25
2.10.5Sensor temperatur udara masuk.........................................27
2.15.3 Jumlah barel karburator ………………………………….34
2.17.5 Sistem Tenaga …………………………………...40
2.17.4Sistem Kecepatan Tinggi Sekunder……………….39
2.17.3 Sistem kecepatan Tinggi Primer ………………...38
2.17.2 SistemStasioner dan Kecepatan lambat………….38
2.17.1 Sistem Pelampung ……………………………….37
2.17Cara Kerja Karburator ………………………………………36
2.16Prinsip Kerja Karburator ……………………………………35
2.15.3.2 Karburatordouble barel ……………………......34
2.15.3.1 Karburatorsingle barel…………………………34
2.15.2.2 Karburator arus datar …………………………..33
2.11 Signal pengapian mesin……………………………………..28
2.15.2.1 Karburator arus turun…………………………………..33
2.15.2 Arah masuk campuran udara dan bahan bakar…………………………..33
2.15.1.3 Karburatorair valve venturi ……………………32
2.15.1.2 Karburator variable venturi................................31
2.15.1.1 Karburator dengan venturi tetap (fixed venturi) ………30
2.15.1 Tipe venturi karburator……………………………..30
2.15 Sistem karburator…………………………………………..30
2.14 Sensor oxygen ……………………………………………..29
2.13 Relay utama EFI…………………………………………...29
2.12Signal starter ………………………………………………...28
2.17.6 Sistem Percepatan ……………………………….41
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 (W i ) ..................................................55
2.20.3 Daya Poros (Wb) ......................................................56
2.20.4 Konsumsi bahan bakar (sfc) .....................................56
2.20.5 Efisiensi termal th ) .................................................57
(η
2.20.6 Efisiensi mekanis ..............................................57
(η m )
2.20.7 Efisiensi Volumetrik v ) ..........................................57
(η
BAB III METODOLOGI PENELITIAN.................................................58
3.1 Waktu dan Tempat..................................................................58
3.2 Bahan dan Alat....................................................................................58
3.2.1 Bahan..............................................................................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
4.5Mesin dengan Sistem bahan bakar EFI…………………….....87
4.5.1Analisa Termodinamika…………………………….........................87
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 PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
2.12 Cara kerja pressure regulator…………………
20 Gambar 2.21 katup udara tipe bimetal………………………
19 Gambar 2.20 Throttle body …………………………………..
18 Gambar 2.19 Sistem induksi udara tipe L EFI……………….
18 Gambar 2.18 Sistem induksi udara tipe D EFI……………….
2.17 Cara kerja cold start injector saat mesin panas…
17 Gambar
17 Gambar 2.16 Cara kerja cold start injector saat mesin dingin..
2.15 Cold start injector time switch …………………
16 Gambar
2.14 Cold start injector ……………………………..
15 Gambar
15 Gambar 2.13 Injektor ………………………………………..
14 Gambar
Halaman
2.11 Pressure regulator ……………………………
13 Gambar
13 Gambar 2.10 Pulsation damper …………………………….
2.9 Cara kerja pompa bahan bakar tipe in line……
12 Gambar
11 Gambar 2.8 Pompa bahan bakar tipe in line……………….
11 Gambar 2.7 Cara kerja pompa bahan bakar in tank type….
10 Gambar 2.6 Pompa bahan bakar in tank type …………….
8 Gambar 2.5 Sistem bahan bakar EFI …………………….
7 Gambar 2.4 Sistem EFI tipe L …………………………...
6 Gambar 2.3 Sistem EFI tipe D …………………………..
4 Gambar 2.2 Prinsip kerja motor bensin 4 langkah..............
Gambar 2.1 Motor Bakar Torak..........................................20
Gambar 2.22 Katup udara tipe wax………………………….29 Gambar 2.37 Sensor oksigen………………………………...
34 Gambar 2.45 karburator double barel ....................................
33 Gambar 2.44 karburator single barel ……………………….
2.43 Karburator arus datar …………………………
33 Gambar
2.42 Karburator arus turun …………………………
32 Gambar
2.41 Karburator air valve venturi …………………
31 Gambar
2.40 Tingkat aliran udara …………………………
31 Gambar
2.39 Karburator variable venturi …………………
30 Gambar
29 Gambar 2.38 Karburator dengan venturi tetap …………….
28 Gambar 2.36 Relay utama EFI………………………………
21 Gambar 2.23 Cara kerja katup udara saat mesin dingin……..
28 Gambar 2.35 Signal starter…………………………………..
27 Gambar 2.34 Signal pengapian mesin ………………………
27 Gambar 2.33 Sensor temperatur udara masuk pada D EFI …
26 Gambar 2.32 Sensor temperatur udara masuk ………………
26 Gambar 2.31 Grafik hubungan temperatur dengan tahanan…
25 Gambar 2.30 Sensor temperatur air …………………………
25 Gambar 2.29 Sensor posisi throttle …………………………
24 Gambar 2.28 Manifold pressure sensor ……………………...
23 Gambar 2.27 Air flow meter ………………………………….
23 Gambar 2.26 Sistem control elektronik ……………………...
22 Gambar 2.25 Air intake chamber …………………………….
2.24 Cara kerja katup udara saat mesin panas ………
22 Gambar
35
Gambar 2.46 Konstruksi dasar karburator ………………….46 Gambar 2.60 Katup solenoid pada anti dieseling ………….
62 Gambar 3.5 Display Board Meansurement .........................
62 Gambar 3.4 Unit Komputer................................................
3.3 Electronic Indicating …….…………………
61 Gambar
3.2 Universal Dynamometer Module ……………
61 Gambar
3.1 Mesin bensin yang akan dianalisa……………
53 Gambar
49 Gambar 2.64 diagram siklus aktual.......................…………
48 Gambar 2.63 diagram P – v dan T – s siklus otto……………
2.62 Deceleration Fuel Cut-Off System ……………
47 Gambar
2.61 Dashpot ………………………………………
46 Gambar
2.59 Anti dieseling …………………………………
36 Gambar 2.47 Sistem pelampung …………………………….
41 Gambar 2.54 Sistem cuk manual …………………………….
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 ..............................................
42 Gambar 2.55 Sistem cuk otomatis saat dingin……………….
45 Gambar
43 Gambar
2.56 Sistem cuk otomatis saat panas ………………
44 Gambar
2.57 Mekanisme idel cepat…………………………
44 Gambar
2.58 Hot idel compensator …………………………
62
Gambar 3.6 Dweel tester dan tachometer...........................4.4 Sensor pada Mesin EFI ………………………
4.12 Grafik Daya Vs Putaram mesin …………… 103 Gambar
4.11 Grafik Torsi Mesin Vs Putaran …………… 101 Gambar
96 Gambar
88 Gambar 4.10 Siklus Aktual…………………………...........
87 Gambar 4.9 Diagram P – v (siklus volume konstan )...........
83 Gambar 4.8 Mesin dengan sistem EFI................................
75 Gambar 4.7 Siklus Aktual Mesin Karburator……………..
74 Gambar 4.6 Diagram P – v (siklus volume konstan )..........
4.5 Mesin Bensin dengan sistem Karburator ………
73 Gambar
71 Gambar
63 Gambar 3.7 timing light …………………………………….
70 Gambar 4.3 Komponen Injektor ……………….………….
69 Gambar 4.2 Sistem Kerja mesin EFI……………….……….
4.1 Mekanisme sistem pembakaran…………………
66 Gambar
3.11 Diagram alir penelitian…………………………
65 Gambar
64 Gambar 3.10 Feeler Gauge ………………………………..
64 Gambar 3.9 Test Comprestion …………………………….
3.8 Multimeter……………………………………
63 Gambar
4.13 Grafik Torsi Mesin Vs Putaran………………… 105
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1 Tabel Torsi Vs Putaran (RPM)....................... 100Tabel 4.2 Tabel Daya Vs Putaran (RPM)....................... 102Tabel 4.3 SFC Vs Putaran (RPM)................................... 104r c : Rasio kompresi R : Konstanta gas (kJ/kg.K) atau (ft-lbf/lbm- o
: volume sisa (cc) atau (L) atau (in
η v : Efisiensi volumetrik
mep : tekanan efektif rata – rata (kPa) atau (atm) atau (psi) W i : Daya indikator (kW) atau (hp) N : kecepatan mesin (RPM) n : jumlah putaran dalam satu siklus W b : daya poros (kW) atau (hp) sfc : Konsumsi bahan bakar spesifik (gr/kW-h) η th : Efisiensi termal
: efisiensi pembakaran
η c
) atau (BTU/lbm)
3
Q HV : nilai kalor bahan bakar (kJ/m
)
3
) atau (lbm/ft
3
ρ a : massa jenis udara (kg/m
)
3
η m : Efisiensi mekanis m f : massa bahan bakar (kg) atau (lbm) v c
R)atau(BTU/lbm-
)
3
m a : massa udara (cc) atau (L) atau (in
: Massa campuran bahan bakar dan udara (kg) atau (lbm)
m m
K)
C v : Panas spesifik pada volume konstan (kg/kg-K) atau (BTU/lbm- o
)
3
atau m
3
V d : Volume langkah (cm
R)
o
η m : efisiensi mekanis
W nett : kerja netto (kJ) m f : Laju aliran rata – rata bahan bakar (kg/s) Xr : residu gas buang Ľ
: Jumlah aktual udara yang dibutuhkan (mole/kg)