Gas Buang

GAS BUANG

A. Proses Pembakaran pada Motor Bakar

Proses pembakaran terjadi karena ada tiga komponen yang bereaksi, yaitu bahan bakar,  

                                      
oksigen dan panas. Jika salah satu komponen tersebut tidak ada maka tidak akan timbul
reaksi pembakaran.

Dalam mesin, bensin terbakar karena tiga hal berikut ini.
-  Bensin dan udara bercampur homogen dengan perbandingan berat 1:14,7.
-  Campuran  tersebut  dimampatkan  oleh  gerakan  piston  hingga  tekanan  dalam  silinder
   12 bar sehingga menimbulkan panas. 

-  Kemudian campuran tersebut bereaksi dengan panas yang dihasilkan oleh percikan api
   busi, dan terjadilah pembakaran pada tekanan tinggi sehingga timbul ledakan dahsyat.
   Karena  pembakaran  diawali  oleh  percikan  api  busi  maka  mesin  jenis  ini  disebut  juga
   spark-ignition engine atau mesin pengapian busi. 

Proses pembakaran mesin bensin tidak terjadi dengan sempurna karena lima alasan
berikut ini: 

-  Waktu pembakaran singkat;
-  Overlaping katup; 

-  Udara yang masuk tidak murni hanya oksigen; 
-  Bahan bakar yang masuk tidak murni c8h18;
-  Kompresi tidak terjamin rapat sempurna. 

Pembakaran  yang  tidak  sempurna  itu  menghasilkan  gas  buang  beracun,  misalnya
CO, HC, NOx, Pb, SOx, CO2, dan juga masih menyisakan oksigen di saluran gas buang.

Contoh berikut ini merupakan komposisi gas buang mesin bensin dalam kondisi normal.
N2 = 71%, CO2 = 18,1%, H2O = 9,2%, Polutan = 1% dan O2 = 0,7%

Polutan atau gas beracun terdiri dari:
CO = 0,85%, NOx = 0,08%, HC = 0,05%, dan Bahan Padat = 0,005%

                                                                      

grafik komposisi gas buang 

a.  Pemahaman Nilai AFR dan Lambda 
     Alat  uji  emisi  yang  dilengkapi  dengan  pengukur  nilai  ۸  (lambda)  atau  AFR  (air-fuel
     ratio) dapat mengindikasikan kondisi campuran udara dan bahan bakar dalam mesin. 
b.  Perbandingan Udara dan Bahan Bakar 
     Teori  Stoichiometric  menyatakan,  untuk  membakar  1  gram  bensin  dengan
     sempurna diperlukan 14,7 gram oksigen. Dengan kata lain, perbandingan campuran yang
     ideal = 14,7:1. Perbandingan campuran ini disebut AFR  (air-fuel ratio) atau perbandingan
     udara dan bensin. 
     Alat uji emisi yang menggunakan istilah AFR bisa menampilkan angka, misalnya: 

     - AFR = 14,7 → berarti campuran ideal;
     - AFR >14,7  → berarti campuran kurus/miskin;  

     - AFR < 14,7 → berarti campuran gemuk/kaya.
     Untuk  membandingkan  antara  teori  dan  kondisi  nyata,  dirumuskan  suatu  perhitungan
     yang disebut dengan istilah lambda (۸). Secara sederhana, dituliskan sebagai berikut.

 

     Jika jumlah udara sesungguhnya 14,7, maka:  

                                                         

     Artinya:
     ۸ = 1 → berarti campuran ideal 

     ۸ > 1 → berarti campuran kurus (lebih banyak udara) 

     ۸ < 1 → berarti campuran kaya (kekurangan udara)
     Namun,  baik  nilai  ۸  maupun  AFR  yang  ditampilkan  oleh  alat  uji  merupakan  hasil 

 

     perhitungan dari rumus (OIML standard) berikut ini.

    Keterangan :
    [  ]    : konsentrasi dalam %
    Kl    : faktor konversi untuk pengukuran FID ke pengukuran NDIR
    Hcv   : perbandingan atom hidrogen dengan karbon
    Ocv   : perbandingan atom oksigen dengan karbon
    OIML   : Organisation Internatonale de Metrologie Legale
    Namun, tidak semua alat menggunakan rumus yang sama, bergantung pada standar yang diikuti.
    Berikut ini tabel panduan persamaan nilai ۸ dan AFR.
c.  Tabel Persamaan AFR dengan ۸ 

 

 

     Pemahaman terhadap nilai ۸ ini mempermudah teknisi untuk menyatakan kondisi campuran 

     yang   masuk ke dalam mesin serta menganalisis kondisi mesin dengan cepat.

 

 

     Grafik  di  atas  menggambarkan  hubungan  antara  nilai  ۸   dengan  gas  buang  yang  dihasilkan
     mesin (diasumsikan mesin dalam kondisi normal dengan kecepatan konstan). Seperti terlihat pada
     grafik, konsentrasi emisi CO dan HC menurun pada saat NO meningkat seiring dengan AFR yang
     semakin kurus. Sebaliknya, ketika campuran kaya, NOx menurun tetapi CO dan HC meningkat.   

     Hal ini berarti, pada mesin bensin sangat sulit untuk mencari upaya penurunan emisi CO, HC dan 

     NOx

    pada waktu bersamaan, apalagi  dengan mengubah campurannya saja. Grafik  konsumsi  bahan    

    bakar  (b)  mencapai  titik  terendah  pada  posisi  ۸   beberapa  titik  di atas 1. Pada posisi itu 

    pula   didapatkan nilai NOx yang tinggi meskipun CO dan HC pada titik rendah dan pembakaran 

    terjadi mendekati sempurna, CO2  maksimum.
   Jika  menginginkan  kondisi  pembakaran  dengan  tenaga  maksimum,  ۸   harus  dibuat  lebih
    rendah dari nilai 1, kira-kira 0,90. Namun, didapatkan konsekuensi bahwa konsumsi dan emisi CO
    dan HC akan meningkat tinggi.  

 

    Kualitas  dari  proses  pembakaran  sangatlah  penting,  hal  ini  berpedoman  pada campuran  

    udara  bensin  yang  sesuai,  akan  menghasilkan  tekanan  pembakaran  yang optimal  selama  

    langkah  usaha.  Langkah  selanjutnya  adalah  mengatur  saat  pengapian yang  tepat,  untuk   

    menghasilkan  pembakaran  yang  sempurna,  saat  pengapian  harus diatur/disesuaikan dengan 

    setiap kondisi operasional motor.
    Dengan  demikian  akan  diperoleh  tekanan  pembakaran  yang  optimal,  nilai  polusi  gas buang 

    yang relatif baik serta pemakaian bahan bakar yang lebih hemat.
    Pemakaian  bahan  bakar  pada  motor  bensin  sangat  tergantung  dari  perbandingan campuran 

    bahan bakar dan udara, konsumsi bensin akan lebih rendah bila perbandingan campuran dengan    

    udara sekitar  1 : 15, hal ini berarti 1 kg  bensin dicampur dengan 15 kg udara.  Angka     

     perbandingan  tersebut  dapat  kita  hitung  sama  dengan  11500  liter  udara bercampur dengan 1 

     liter bensin.
    Pada halaman sebelumnya telah disebutkan bahwa perbandingan campuran bensin dan  udara  

    yang  ideal  (campuran  bensin udara  untuk  pembakaran  motor  dengan tingkat polusi yang 

    paling rendah) adalah 1 : 14,7 atau dalam ukuran liter dapat disebutkan 1 liter bensin secara ideal 

    harus bercampur dengan 11500 liter udara.
    Secara  tepat  perbandingan  campuran  bensin  dan  udara  yang  ideal  untuk  proses pembakaran  

    pada  motor  adalah  1  :  14,7.  Perbandingan  campuran  tersebut  tidak  bisa diterapkan  terus  

    menerus  pada  setiap  keadaan  operasional  motor,  contohnya  dalam putaran  idel  dan beban       

    penuh  kendaraan  mengkonsumsi  campuran  udara  bensin  yang gemuk, sedangkan dalam 

    keadaan lain pemakaian campuran udara bensin bisa mendekati yang ideal.
    Simbol  perbandingan  udara  yang  masuk  ke  silinder  motor  dengan  jumlah  udara
    menurut teori dinyatakan dengan = x

    x = 1       Jumlah udara masuk ke dalam silinder motor sama dengan jumlah syarat udara
                   dalam teori 

    x < 1       Jumlah  udara  yang  masuk  sebih  kecil  dari  jumlah  syarat  udara  dalam  teori,  pada  

                    situasi  ini motor kekurangan udara, campuran gemuk, dalam batas tertentu dapat 

                    meningkatkan tenaga motor.

    x > 1      Jumlah  udara  yang  masuk  lebih  banyak  dari  syarat  udara  secara  teoritis,  saat  ini    

                   motor kelebihan udara, campuran kurus, tenaga motor kurang.

    x > 1,2       Dalam  situasi  seperti  ini  campuran  bensin  udara  sangat  kurus  sehingga        

                    pembakaran berkemungkinan tidak dapat terjadi pada tempat yang lebih luas.