HENDRI PRANATA NIM

Transkripsi

1 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 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

2 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK MEDAN TUGAS SARJANA MOTOR BAKAR STUDI ANALISA PERFORMANSI MESIN SISTEM PEMBAKARAN EFI DAN KARBURATOR PADA MESIN BENSIN 7 K Oleh: HENDRI PRANATA NIM: Diketahui / Disyahkan Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU Disetujui Oleh Dosen Pembimbing, Ketua DR. ING. IR. IKHWANSYAH ISRANURI IR.MULFI HAZWI,MSC NIP NIP

3 MOTOR BAKAR STUDI ANALISA PERFORMANSI MESIN SISTEM PEMBAKARAN EFI DAN KARBURATOR PADA MESIN BENSIN 7 K OLEH HENDRI PRANATA Penguji 1, Penguji 2, Ir. M. Syahril Gultom, M. T. Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP NIP

4

5

6

7

8

9

10 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. 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. 2. Bapak Dr. Ing, Ir.Ikhwansyah Isranuri, selaku ketua Departemen Teknik Mesin 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.

11 4. Seluruh Staf Pengajar pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik 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

12 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 Kata Kunci : Mesin Bensin 7K, Sistem Injeksi, ECU ( Electronic Control Unit )

13 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 kw, torque of Nm at 3500 rpm, while the engine - EFI 7K obtained Power of kw, torque of Nm at rpm Keywords : 7K Gasoline Engine, Injection System, ECU ( Electronic Control Unit )

14 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 Latar Belakang Tujuan Penulisan Manfaat Penulisan Batasan Masalah Ruang lingkup Analisa Sistematika Penulisan...3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Pengertian Dasar Prinsip kerja Motor Bakar Sistem EFI (Electric Fuel Injection) Macam-macam Sistem EFI Sistem D- EFI (Manifold Pressure Control Type)...7

15 2.4.2 Sistem L- EFI (Air flow Control Type) Sistem-sistem yang ada pada EFI Sistem bahan bakar (Fuel System) Sistem induksi udara (Air Induction System) (Electronic ControlSystem) Sistem Bahan Bakar Pompa bahan bakar In tank type In line type Pulsation damper Pressure Regulator Injektor Cold start injektor Cold start injector time switch Sistem Induksi Udara Throttle body Katup udara Tipe bi-metal Tipe wax Air intake chamber dan intake manifold Sistem Kontrol Elektronik Air flow meter Manifold Pressure Sensor Sensor posisi throttle..25

16 2.10.5Sensor temperatur udara masuk Signal pengapian mesin Signal starter Relay utama EFI Sensor oxygen Sistem karburator Tipe venturi karburator Karburator dengan venturi tetap (fixed venturi) Karburator variable venturi Karburatorair valve venturi Arah masuk campuran udara dan bahan bakar Karburator arus turun Karburator arus datar Jumlah barel karburator Karburatorsingle barel Karburatordouble barel Prinsip Kerja Karburator Cara Kerja Karburator Sistem Pelampung SistemStasioner dan Kecepatan lambat Sistem kecepatan Tinggi Primer Sistem Kecepatan Tinggi Sekunder Sistem Tenaga Sistem Percepatan.41

17 Sistem Cuk Sistem Cuk Manual Sistem Cuk Otomatis Mekanisme Idel Cepat Hot Idel Compensator (HIC) Anti Dieseling Dashpot Deceleration Fuel Cut-Off System Siklus ideal Otto ( siklus volume konstan ) Siklus Aktual Parameter Performansi Mesin Tekanan efektif rata-rata (mep) Daya Indikator (W i ) Daya Poros (Wb) Konsumsi bahan bakar (sfc) Efisiensi termal(η th ) Efisiensi mekanis (η m ) Efisiensi Volumetrik(η v )...57 BAB III METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan Tempat Bahan dan Alat Bahan...58

18 3.2.2 Alat Sepesifikasi mesin Sistem Karburator Sistem EFI Metode Pengumpulan data Pengamatan dari proses Analisa Perosedur Analisa Performansi mesin7k E IN LINE Alat alat untuk proses analisa Unjuk kerja Mesin Proses analisis unjuk kerja Mesin Bensin 7K Diagram Alir Proses Pelaksanaan Metodologi Analisa yang Digunakan...67 BAB IV ANALISA TERMODINAMIKA DAN PRESTASI MESIN Idealisasi Analisa Termodinamika Mekanisme kerja sistem pembakaran pada ruang bakar Kelebihan system EFI Penentuan Debit Aliran Bahan bakar ke Injektor Penentuan Laju Aliran Bahan bakar Mesin Dengan Sistem Bahan bakar Karburator Analisa Termodinamika Siklus Termodinamika Mesin Parameter Performansi Mesin Mesin dengan Sistem bahan bakar EFI Analisa Termodinamika...87

19 4.5.2 Siklus Termodinamika Mesin Parameter Performansi Mesin Data Tabel dan Gerafik Tabel dan Gerafik Torsi Mesin Tabeldan Grafik Daya Mesin Tabel dan Grafik Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) 104 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

20 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 2.20 Throttle body.. 20 Gambar 2.21 katup udara tipe bimetal 20

21 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 Gambar 2.27 Air flow meter. 24 Gambar 2.28 Manifold pressure sensor Gambar 2.29 Sensor posisi throttle 25 Gambar 2.30 Sensor temperatur air 26 Gambar 2.31 Grafik hubungan temperatur dengan tahanan 26 Gambar 2.32 Sensor temperatur udara masuk 27 Gambar 2.33 Sensor temperatur udara masuk pada D EFI 27 Gambar 2.34 Signal pengapian mesin 28 Gambar 2.35 Signal starter.. 28 Gambar 2.36 Relay utama EFI 29 Gambar 2.37 Sensor oksigen Gambar 2.38 Karburator dengan venturi tetap. 30 Gambar 2.39 Karburator variable venturi 31 Gambar 2.40 Tingkat aliran udara 31 Gambar 2.41 Karburator air valve venturi 32 Gambar 2.42 Karburator arus turun 33 Gambar 2.43 Karburator arus datar 33 Gambar 2.44 karburator single barel. 34 Gambar 2.45 karburator double barel... 35

22 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 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 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 2.57 Mekanisme idel cepat 44 Gambar 2.58 Hot idel compensator 45 Gambar 2.59 Anti dieseling 46 Gambar 2.60 Katup solenoid pada anti dieseling. 46 Gambar 2.61 Dashpot 47 Gambar 2.62 Deceleration Fuel Cut-Off System 48 Gambar 2.63 diagram P v dan T s siklus otto 49 Gambar 2.64 diagram siklus aktual Gambar 3.1 Mesin bensin yang akan dianalisa 61 Gambar 3.2 Universal Dynamometer Module 61 Gambar 3.3 Electronic Indicating. 62 Gambar 3.4 Unit Komputer Gambar 3.5 Display Board Meansurement... 62

23 Gambar 3.6 Dweel tester dan tachometer 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 ) Gambar 4.7 Siklus Aktual Mesin Karburator.. 83 Gambar 4.8 Mesin dengan sistem EFI Gambar 4.9 Diagram P v (siklus volume konstan ) Gambar 4.10 Siklus Aktual Gambar 4.11 Grafik Torsi Mesin Vs Putaran 101 Gambar 4.12 Grafik Daya Vs Putaram mesin 103 Gambar 4.13 Grafik Torsi Mesin Vs Putaran 105

24 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1 Tabel Torsi Vs Putaran (RPM) Tabel 4.2 Tabel Daya Vs Putaran (RPM) Tabel 4.3 SFC Vs Putaran (RPM)

25 r c : Rasio kompresi DAFTAR NOTASI R : Konstanta gas (kj/kg.k) atau (ft-lbf/lbm- o R)atau(BTU/lbm- o R) V d : Volume langkah (cm 3 atau m 3 ) C v : Panas spesifik pada volume konstan (kg/kg-k) atau (BTU/lbm- o K) m m : Massa campuran bahan bakar dan udara (kg) atau (lbm) m a : massa udara (cc) atau (L) atau (in 3 ) η m m f : Efisiensi mekanis : massa bahan bakar (kg) atau (lbm) v c : volume sisa (cc) atau (L) atau (in 3 ) ρ a : massa jenis udara (kg/m 3 ) atau (lbm/ft 3 ) Q HV η c mep W i N n W b sfc η th η v η m : nilai kalor bahan bakar (kj/m 3 ) atau (BTU/lbm) : efisiensi pembakaran : tekanan efektif rata rata (kpa) atau (atm) atau (psi) : Daya indikator (kw) atau (hp) : kecepatan mesin (RPM) : jumlah putaran dalam satu siklus : daya poros (kw) atau (hp) : Konsumsi bahan bakar spesifik (gr/kw-h) : Efisiensi termal : Efisiensi volumetrik : efisiensi mekanis

26 W nett m f Xr Ľ : kerja netto (kj) : Laju aliran rata rata bahan bakar (kg/s) : residu gas buang : Jumlah aktual udara yang dibutuhkan (mole/kg)