HENDRI PRANATA NIM

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 2013

Universitas Sumatera Utara

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: 090421028

Diketahui / Disyahkan Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU

Disetujui Oleh Dosen Pembimbing,

Ketua

DR. ING. IR. IKHWANSYAH ISRANURI NIP. 19641224 199211 1 001

IR.MULFI HAZWI,MSC NIP. 194910121981031002


MOTOR BAKAR STUDI ANALISA PERFORMANSI MESIN – SISTEM PEMBAKARAN EFI DAN KARBURATOR PADA MESIN BENSIN 7 K OLEH

HENDRI PRANATA 090421028

Penguji 1,

Ir. M. Syahril Gultom, M. T. NIP. 19551210 198710 1 001

Penguji 2,

Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP. 196412241992111001








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 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 7KEFI 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 2.5Sistem-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 2.6.5 Cold start injektor ……………………………………16 2.6.6 Cold start injector time switch ……………………….16 2.7Sistem Induksi Udara ...............................................................18 2.7.1 Throttle body…………………………………………..19 2.8Katup udara ..........................................................................................20 2.8.1Tipe bi-metal..........................................................................20 2.8.2 Tipe wax ……………………………………………..21 2.9Air intake chamber dan intake manifold…………………………………….22 2.10Sistem Kontrol Elektronik …………………………………………………..23 2.10.1Air flow meter ………………………………………...24 2.10.2Manifold Pressure Sensor............................................................................24 2.10.4Sensor posisi throttle……………………………………………………..25


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 2.17.5 Sistem Tenaga …………………………………...40 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 (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 3.2.1 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

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


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

2.28

Manifold pressure sensor ……………………...

25

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………………………………...

29

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


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

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.......................…………

53

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................................................

62

Gambar

3.5

Display Board Meansurement.........................

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

Gambar

4.13

Grafik Torsi Mesin Vs Putaran…………………

105


DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 4.1

Tabel Torsi Vs Putaran (RPM).......................

100

Tabel 4.2

Tabel Daya Vs Putaran (RPM).......................

102

Tabel 4.3

SFC Vs Putaran (RPM)...................................

104


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

ηm

: efisiensi mekanis


Wnett

: kerja netto (kJ)

mf

: Laju aliran rata – rata bahan bakar (kg/s)

Xr

: residu gas buang

Ľ

: Jumlah aktual udara yang dibutuhkan (mole/kg)


HENDRI PRANATA NIM

Recommend Documents