BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN...

34
1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran pada motor SI konvensional. 7.1. Pembentukan Campuran Rasio udara λ merupakan parameter penting yang mempengaruhi daya (IMEP) dan efisiensi (konsumsi bahan bakar spesifik), lihat Gambar 7.1. Campuran hanya menyala dalam suatu batas-batas penyalaan. Dari titik keluaran daya optimum, campuran yang sedikit kaya dengan nilai kalor maksimum sangat diinginkan. Untuk meminimalkan konsumsi bahan bakar, campuran yang sedikit miskin adalah yang terbaik. Gambar 7. 1. Pengaruh dari Rasio Udara Penyiapan campuran pada motor bensin konvensional harus memenuhi kriteria- kriteria berikut: - Rasio udara harus berada di dalam batas-batas penyalaan untuk semua kondisi operasi dan semua silinder. Selama penyalaan dingin(cold start) dan putaran stasioner, kondensasi bahan bakar harus dapat ditentukan.

Transcript of BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN...

Page 1: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

1

BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN

PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN

Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran pada motor

SI konvensional.

7.1. Pembentukan Campuran

Rasio udara λ merupakan parameter penting yang mempengaruhi daya (IMEP)

dan efisiensi (konsumsi bahan bakar spesifik), lihat Gambar 7.1. Campuran hanya

menyala dalam suatu batas-batas penyalaan. Dari titik keluaran daya optimum,

campuran yang sedikit kaya dengan nilai kalor maksimum sangat diinginkan.

Untuk meminimalkan konsumsi bahan bakar, campuran yang sedikit miskin

adalah yang terbaik.

Gambar 7. 1. Pengaruh dari Rasio Udara

Penyiapan campuran pada motor bensin konvensional harus memenuhi kriteria-

kriteria berikut:

- Rasio udara harus berada di dalam batas-batas penyalaan untuk semua kondisi

operasi dan semua silinder. Selama penyalaan dingin(cold start) dan putaran

stasioner, kondensasi bahan bakar harus dapat ditentukan.

Page 2: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

2

- Pada beban rendah, konsumsi bahan bakar minimum dan karenanya campuran

miskin harus disediakan.

- Pada beban tinggi, daya maksimum membutuhkan campuran kaya.

Kebutuhan-kebutuhan ini dipenuhi oleh karburator atau sistem injeksi bahan bakar

yang menginjeksikan bahan bakar ke dalam saluran masuk pada manifold. Setelah

menggunakan konverter-konverter katalis untuk penanganan gas buang, rasio

udara harus sama dengan satu pada semua kondisi operasi, yang hanya dapat

dicapai oleh sistem-sistem injeksi bahan bakar.

Karburator

Prinsip kerja karburator diperlihatkan pada Gambar 7.2. Udara masuk ke dalam

bagian hisap karburator dan mengalir ke dalam venturi (6) karburator, sebuah

konvergen dan divergen nosel, dimana kecepatan meningkat dan tekanan

menurun. Perbedaan tekanan bergantung pada aliran massa. Hal ini menyebabkan

bahan bakar cair mengalir ke ruang bakar (3), dimana level bahan bakar dijaga

konstan, melalui main jet (4), calibrated orifice, ke dalam tabung saluran

discharge bahan bakar. Di sini penguapan bahan bakar dimulai dan berlanjut di

dalam manifold. Aliran tersebut kemudian melalui katup gas (5) dan memasuki

saluran masuk pada manifold. Rasio udara diatur oleh permukaan menyilang dari

main jet(4). Kuantitas campuran ditentukan oleh posisi katup gas(throttle).

Gambar 7. 2. Skema Karburator

Page 3: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

3

Untuk menghitung rasio udara, aliran massa udara dan bahan bakar harus

ditentukan menggunakan persamaan-persamaan untuk aliran cairan melalui suatu

orifice dengan koefisien aliran α:

FFFFst

AAAA

Fst

A

FFFFF

AAAAA

pALpA

mLm

pAm

pAm

Δ

Δ=

=

Δ=

Δ=

.....

.

.2.

.2.

ραρα

λ

λ

ρα

ρα

&

&

Seperti halnya perbedaan-perbedaan tekanan untuk udara dan bahan bakar yang

hampir sama dan semua parameter lain yang hampir konstan, demikian pula rasio

udara tetap konstan dan tidak bergantung pada laju aliran massa.

Gambar 7. 3. Skema Karburator

Untuk merealisasikan kebutuhan-kebutuhan karburator, fitur-fitur tambahan

dimasukkan, lihat Gambar 7.3:

- Beban sedang (posisi katup gas(throttle) 6b): main jet didukung oleh jet (7)

yang menambah udara melalui bukaan (9) untuk menjaga rasio udara miskin.

Page 4: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

4

- Beban penuh (posisi katup gas 6c): sistem memperkaya campuran (10), (11)

dengan menambah bahan bakar.

- Operasi stasioner tanpa beban (posisi katup gas 6a): sistem terpisah (13), (14),

(15) menyediakan bahan bakar.

- Akselerasi: untuk mengurangi efek inersia dan kondensasi, ditambahkan

sebuah pompa untuk akselerasi.

- Penyalaan dingin: sebuah choke (17) ditambahkan untuk memperkaya

campuran dengan meningkatkan perbedaan tekanan.

Sistem Injeksi Bahan Bakar

Pada motor SI modern, bahan bakar diinjeksikan ke dalam sistem hisap. Jumlah

bahan bakar yang tepat dihitung untuk setiap titik operasi secara elektronik.

Sistem injeksi menjadi pengendali dengan adanya konverter katalis yang harus

dioperasikan pada rasio udara tepat satu pada semua kondisi.

Sejumlah sistem digunakan , seringkali dikombinasikan dengan sistem penyalaan

dan deteksi detonasi. Sebagai contoh, Gambar 7.4 memperlihatkan skema KE-

Jetronik. Unit pemroses pusat (17) menerima sejumlah sinyal dan mengendalikan

aktuator tekanan (16) mendistribusikan bahan bakar ke injektor (6).

Gambar 7. 4. Skema KE-Jetsonic Buatan Bosch.

Page 5: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

5

7.2. Penyalaan Busi

Pada motor dengan penyalaan busi, lompatan bunga api listrik yang diproduksi di

antara elektrode-elektrode busi memulai proses pembakaran. Voltase tinggi yang

cukup (15kV-40kV) harus disediakan dan didistribusikan ke silinder-silinder oleh

sistem penyalaan.

Tersedia sejumlah sistem, seperti sistem penyalaan magnetis sederhana, sistem

penyalaan baterai dengan penyalaan coil dengan atau tanpa transistor, atau sistem

kapasitor, lihat Gambar 7.5

Gambar 7. 5. Sistem Penyalaan

Gambar 7. 6. Pemetaan Sudut Penyalaan

Tugas penting suatu sistem penyalaan adalah penentuan waktu penyalaan

berdasarkan kondisi-kondisi operasi motor. Pada motor dengan kecepatan tinggi,

penyalaan harus dipercepat, yang dapat diperoleh dengan mekanisme sentrifugal.

Page 6: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

6

Pada beban rendah, kecepatan propagasi nyala api dikurangi sehingga penyalaan

harus diperlambat. Hal ini dapat dilakukan dengan mekanisme vakum pada intake

manifold.

Pada motor modern, pewaktuan penyalaan dikendalikan secara elektronik, yang

memungkinkan pewaktuan penyalaan optimal pada seluruh kondisi operasi. Selain

beban dan kecepatan motor, seringkali temperatur, akselerasi, atau pengurangan

emisi buang juga dimasukkan ke dalam perhitungan. Pemetaan sudut penyalaan

untuk sistem-sistem mekanik konvensional dan sistem-sistem elektronik

diperlihatkan pada Gambar 7.6.

7.3. Pembakaran

Plasma kerne dengan temperatur yang tinggi dihasilkan oleh penyalaan yang

berlanjut pada self sustaining and perambatan nyala awal. Ini adalah lapisan tipis

tempat reaksi kimia pembakaran berlangsung. Karakteristik nyala awal ini

(kecepatan propagasi,bentuk) berpengaruh langsung pada operasi motor. Pada

pembakaran normal, Nyala api awal harus menyebar melalui ruang bakar secepat

mungkin dan se-uniform mungkin sebelum dipadamkan pada dinding-dinding,

lihat Gambar 7.7a. Pembakaran tidak normal disebabkan oleh detonasi atau

penyalaan awal.

Gambar 7. 7. Laju Perambatan.

Page 7: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

7

Detonasi merupakan penyalaan spontan sebagian campuran didepan awal

penyalaan yang disebabkan oleh tekanan dan temperatur tinggi, lihat Gambar

7.7b. Pelepasan energi kimia yang cepat menyebabkan gelombang-gelombang

tekanan lokal yang sangat tinggi yang mengakibatkan suara detonasi, lihat

Gambar 7.8. Beban mekanik dan termal yang tinggi pada pembakaran detonasi

dapat merusak komponen-komponen motor.

Gambar 7. 8. Pembakaran abnormal Gambar 7. 9. Laju rata-rata

perambatan api

Penyalaan Permukaan disebabkan oleh titik-titik panas pada dinding ruang

bakar (busi, katup buang) yang menyebabkan pra- atau paska- penyalaan, lihat

Gambar 7.7c.

Untuk pembakaran normal dengan efisiensi yang baik, turbulensi yang tinggi yang

menyebabkan kecepatan perambatan nyala yang tinggi seperti diinginkan.

Kecepatan nyala rata-rata meningkat seiring dengan kecepatan piston rata-rata.

Kecepatan penyalaan juga bergantung pada rasio udara, lihat Gambar 7.9. Sejalan

dengan turunnya kecepatan penyalaan pada sebagian beban, jeda penyalaan

meningkat dan pewaktuan penyalaan harus diperlambat.

Jeda penyalaan atau pembakaran adalah waktu (atau sudut engkol) di antara awal

penyalaan dan awal pembakaran, ditandai oleh kenaikan tekanan di dalam silinder

atau kenaikan laju panas yang dilepaskan, lihat Gambar 7.10. Bagian terendah

Gambar 7.10 menunjukkan laju pelepasan panas.

Page 8: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

8

bakarbahan massa/ terbakar yangbakar bahan massax

ataunkeseluruha panas / dilepaskan yang panasx

=

=

Gambar 7. 10. Penyalaan dan Pembakaran.

Menimbang tingginya turbulensi pada ruang bakar, variasi-variasi siklus cukup

beragam pada motor bensin, lihat Gambar 7.11.

Page 9: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

9

Gambar 7. 11. Variasi Siklus pada Motor Bensin

Pembakaran juga dipengaruhi oleh rancangan motor. Rancangan yang diinginkan

adalah yang memiliki ruang bakar dengan bentuk yang kompak dan yang posisi

businya di tengah-tengah. Beberapa variasi rancangan diperlihatkan pada Gambar

7.12.

Gambar 7. 12

Untuk meningkatkan kecepatan penyalaan dan mengurangi detonasi, akhir-akhir

ini banyak digunakan inlet manifold dengan bentuk khusus yang menyebabkan

efek putaran fluida(swirl) yang dapat meningkatkan turbulensi, lihat Gambar 7.13.

Penginduksian gerakan campuran menggunakan sejumlah energi dan

menyebabkan transfer panas yang lebih tinggi.

Gambar 7. 13 Pergerakan Campuran yang diakibatkan Intake Manifold.

Page 10: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

10

BAB VIII PEMBENTUKAN CAMPURAN DAN PEMBAKARAN

CAMPURAN PADA MOTOR DIESEL

Bab ini berhubungan dengan pembentukan campuran dan pembakaran campuran

pada motor diesel konvensional. Prosesnya sangat kompleks dan membutuhkan

teknik-teknik pengukuran yang canggih (misalnya metode optik) dan simulasi-

simulasi matematis (CFD 3D) untuk pendeskripsiannya.

8.1. Pembentukan Campuran

Pada motor diesel, bahan bakar diinjeksikan ke dalam udara terkompresi di dekat

TMA. Pembakaran diawali oleh penyalaan sendiri (penyalaan kompresi), pada

saat bahan bakar menguap dan bercampur dengan udara silinder yang bertekanan

dan bertemperatur tinggi. Injeksi bahan bakar harus disertai dengan tekanan tinggi

dan pewaktuan tertentu. Tujuan utamanya adalah untuk memperoleh pencampuran

bahan bakar – udara yang cukup cepat di dalam ruang bakar.

Beberapa karakteristik yang penting adalah:

- Campuran tidak homogen. Karena rasio udara lokal dapat berada di dalam

batas-batas penyalaan, walaupun rasio udara rata-ratanya tidak, beban parsial

dan kecepatan dapat dikontrol oleh kuantitas bahan bakar yang diinjeksikan.

Oleh karena itu, motor diesel dioperasikan pada rasio udara miskin yang

rentangnya lebar, lihat Gambar 8.1.

- Pada rasio udara yang tinggi, konsumsi bahan bakarnya minimum. Oleh

karena itu, konsumsi bahan bakar motor diesel relatif lebih kecil daripada

motor SI, khususnya pada beban parsial yang diaktuasi tanpa kerugian katup

gas. Selain itu, campuran miskin mempunyai koefisien isentropik yang lebih

kecil sehingga efisiensinya lebih tinggi.

- Rasio udara minimum yang berkisar 1,2-2 memungkinkan IMEP maksimum

yang lebih rendah relatif terhadap motor SI. Jelaga terbentuk karena

kurangnya udara sehingga bahan bakar tidak dapat terbakar sempurna sebelum

Page 11: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

11

proses buang. Akibatnya, jelaga atau asap hitam pada gas buang tersebut

membatasi daya keluarannya.

- Tidak ada batas detonasi sehingga rasio kompresi yang lebih tinggi dapat

digunakan untuk memperbaiki efisiensi relatif terhadap motor SI.

Gambar 8. 1

Beberapa karakteristik pembentukan dan pembakaran campuran dapat dijelaskan

dari Gambar 8.2. Laju injeksi bahan bakar pada nosel berbeda dari laju injeksi di

dalam pompa karena adanya efek dinamika fluida (elastisitas dan inersia bahan

bakar).

Pembakaran memiliki fasa-fasa berikut:

- Waktu Tunda, bergantung pada temperatur sehingga menurunkan partikel-

partikel bahan bakar yang diinjeksikan selanjutnya (b). Jeda injeksi menurun

kira-kira linear dengan peningkatan beban, dimana temperatur gas dan dinding

yang lebih tinggi menyebabkan temperatur campuran yang lebih tinggi.

- Pada fasa pembakaran cepat, bahan bakar yang telah dicampur dengan udara

di dalam batas-batas kemampuan terbakar, selama jeda penyalaan terbakar

dengan cepat. Ketika pembakaran ini diinginkan dengan memperhatikan

efisiensi, hal ini menyebabkan temperatur tinggi, tekanan tinggi, emisi NOx

Page 12: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

12

tinggi, dan kebisingan yang tinggi pula. Untuk menghindari pembakaran

cepat:

• Jeda pembakaran harus dijaga tetap singkat dengan menggunakan

bahan bakar dengan bilangan setan tinggi dan tekanan injeksi yang

tinggi, serta turbulensi yang tinggi di dalam ruang bakar.

• Injeksi awal sejumlah kecil bahan bakar.

• Sistem pembakaran melepaskan bahan bakar perlahan-lahan ke

pembakaran utama (ruang bakar awal).

- Pembakaran terkendali membakar sebagian besar bahan bakar. Laju

pelepasan panas atau laju pembakaran dikontrol oleh laju ketersediaan

campuran untuk pembakaran dari proses pencampuran udara – uap.

- Pembakaran lanjutan terhadap bahan bakar yang tidak tercampur sempurna

mengakibatkan termperatur tinggi pada gas buang, emisi CH yang tinggi, dan

efisiensi yang buruk. Hal ini harus dihindari dengan cara:

• Pencampuran yang baik (distribusi mikro)

• Distribusi yang baik (distribusi makro)

• Rancangan ruang bakar yang sesuai

• Turbulensi yang tinggi

Gambar 8. 2. Karakteristik Injeksi dan Pelepasan Panas.

Page 13: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

13

8.2. Injeksi

Bahan bakar harus diinjeksikan ke dalam silinder umumnya pada tekanan silinder

50-100 bar. Semprotan bahan bakar cair yang diinjeksikan diusahakan memasuki

silinder pada kecepatan tinggi agar:

- mengatomisasi bahan bakar menjadi partikel-partikel berukuran kecil untuk

memungkinkan penguapan dan pencampuran dengan udara yang cepat.

- Menyiapkan ruang bakar dalam waktu singkat sehingga mampu memproses

campuran udara.

Gambar 8. 3. Waktu Sesudah Injeksi Dimulai

Pada sistem injeksi, bahan bakar diambil dari tangki oleh sebuah pompa suplai,

melalui sebuah saringan, dan dikompresi pada pompa injeksi. Pipa-pipa nosel

membawa bahan bakar bertekanan tinggi ke nosel injektor. Motor-motor kecil

menggunakan menggunakan pompa-pompa injeksi bahan bakar distributor,

motor-motor yang lebih besar menggunakan pompa-pompa segaris dengan sebuah

plunyer untuk setiap silinder yang dikendalikan oleh sebuah cam. Jumlah bahan

bakar yang dikirim diubah-ubah dengan memvariasi langkah plunyer, lihat

Gambar 8.4. Sebuah governor digunakan untuk mengendalikan kecepatan motor

idle dan maksimum, sebuah alat yang mengatur laju injeksi bahan bakar sesuai

dengan putaran mesin.

Page 14: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

14

Gambar 8. 4 Sistem Injeksi Motor Diesel Gambar 8. 5. Injektor Elektronik

Untuk menghindari efek-efek dinamika fluida pada nosel, unit pompa-pompa

injektor bahan bakar telah dikembangkan. Dengan kendali elektronik terhadap

unit-unit ini, peningkatan fleksibilitas pada laju aliran dan pewaktuan bahan bakar

dapat dicapai, lihat Gambar 8.5.

Pengembangan yang terbaru adalah sistem common rail dengan reservoir

bertekanan tinggi dan nosel yang dikontrol secara elektronik memungkinkan

pengesetan yang tepat terhadap kuantitas dan pewaktuan injeksi.

Gambar 8. 6. Nosel Multi Lubang dan Nosel tipe Pintle

Nosel injeksi sangat mempengaruhi pembentukan campuran sehingga juga

mempengaruhi efisiensi dan emisi. Injeksi harus dimulai dan diakhiri pada waktu

yang ditentukan tanpa pengurangan. Parameter-parameter rancangan untuk nosel

Page 15: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

15

meliputi jumlah, situasi, dan diameter-diameter lubang-lubang disesuaikan dengan

kebutuhan. Pada kebanyakan kasus digunakan nosel bertipe multi-lubang, lihat

Gambar 8.6, pada ruang-ruang pra- dan efek pusaran(swirl) digunakan pintle

nozzle. Nosel tersebut hanya menginjeksikan bahan bakar dalam jumlah kecil pada

awalnya sehingga bising dang emisi buang yang dihasilkan rendah.

8.3. Pembakaran

Pada semprotan bahan bakar, perbedaan rasio udara lokal selalu menghasilkan

area di dalam batas-batas kemampuan untuk tidak menyala, lihat Gambar 8.7

(pencampuran makro). Selain itu, di dalam penyemprotan tunggal bahan bakar,

rasio udara bervariasi dari bahan bakar murni sampai udara murni, lihat Gambar

8.8 (pencampuran mikro). Pembakaran yang dimulai pada campuran kaya (λ=0,6)

menyebabkan pembentukan jelaga. Pembakaran pada motor diesel lebih stabil

daripada motor-motor bensin, variasi siklik lebih kecil.

Gambar 8. 7. Rasio Udara di sekitar Semprotan

Gambar 8. 8. Rasio Udara di sekitar titik jatuh bahan bakar

Pergerakan gas di dalam silinder merupakan salah satu faktor utama dalam

mengendalikan pencampuran bahan bakar – udara dan proses pembakaran. Pola

awal aliran dalam silinder diset oleh proses hisap (katup-katup dan port-port) dan

diubah oleh gerakan piston (swirl, squish). Gerakan campuran juga mempengaruhi

perpindahan panas, emisi, dan efisiensi. Berbagai sistem pembakaran telah

dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan motor-motor penyalaan kompresi.

Page 16: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

16

Injeksi Tidak Langsung (IDI = Indirect Injection)

Bahan bakar diinjeksikan ke dalam ruang bakar awal(pre-chamber) atau ruang

bakar dengan efek swirl(swirl-chamber) dimana pembakaran dimulai yang

kemudian diteruskan ke dalam ruang bakar utama, lihat Gambar 8.9. Motor-motor

IDI menghasilkan kebisingan dan emisi buang yang rendah karena fase

pembakarannya yang cepat dan lemah. Kerugiannya adalah efisiensi yang rendah,

beban termal pada ruang yang tinggi, dan rancangan yang lebih rumit. IDI

digunakan pada motor-motor mobil penumpang berkecepatan tinggi.

Gambar 8. 9. Pembakaran pada Sistem Injeksi Tidak Langsung(IDI)

Injeksi Langsung (DI = Direct Injection)

Bahan bakar diinjeksi secara langsung ke dalam ruang bakar. Bahan bakar

(bilangan setana tinggi) dan sistem injeksi (nosel dengan multi saluran, tekanan

tinggi) harus memenuhi tuntutan-tuntutan yang tinggi. Untuk membatasi

pembakaran cepat pada awal, efek swirl dapat dilakukan selama bahan bakar

dalam intake, dimana sebagian kecil bahan bakar disemprotkan ke dinding pada

fase awal pembakaran, lihat Gambar 8.10. Motor-motor DI memiliki efisiensi

terbaik dan digunakan pada motor-motor truk, akhir-akhir ini juga mobil-mobil

penumpang.

Page 17: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

17

Gambar 8. 10. Pembakaran pada Sistem Injeksi Langsung.

Kini, sistem-sistem pembakaran baru sedang diperkenalkan, seperti pembakaran

diesel homogen.

8.4. Perbandingan Sistem Pembakaran pada Motor Diesel dan Bensin

Motor diesel dapat beroperasi pada rasio kompresi tinggi sehingga menghasilkan

tekanan puncak yang tinggi dan kenaikan tekanan yang tinggi pula. Hal ini

menyebabkan emisi bising dan NOx. Mengingat batas jelaga, motor diesel selalu

beroperasi dengan rasio udara miskin (λ=1,2). Oleh karena itu, motor bensin

(λ=1) dapat membakar lebih banyak bahan bakar pada volume yang sama dan

melepaskan lebih banyak panas yang memberikan daya spesifik yang lebih tinggi

(temperatur gas juga lebih tinggi). Tatapi, motor bensin memiliki tingkat

konsumsi bahan bakar yang lebih tinggi (khususnya pada beban yang diakibatkan

oleh kerugian katup gas(throttle)), emisi buang yang lebih jelek, dan tidak terlalu

sesuai untuk sistem supercarjer.

Perbandingan siklus ideal dan real untuk motor bensin (pembakaran volume

konstan) dan motor diesel (pembakaran tekanan terbatas) diperlihatkan pada

Page 18: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

18

Gambar 8. 11. Laju Pelepasan Panas Untuk Motor Bensin dan Diesel

Gambar 8. 12. Perbandingan Berbagai Macam Tipe Motor

Gambar 8.11. Gambar 8.12 memberikan beberapa rincian tekanan silinder p,

temperatur silinder T, dan laju pelepasan panas untuk motor bensin (OM), motor

diesel dengan swirl-chamber (WK), motor diesel DI dengan pertukaran gas secara

Page 19: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

19

alami (DE-S), dan motor diesel DI dengan turbocarjer pada kondisi beban penuh,

mengilustrasikan karakteristik-karakteristik tersebut.

Pengembangan terkini memperlihatkan peningkatan derajat kombinasi fitur-fitur

yang dulunya dimiliki oleh konsep-konsep motor yang berlainan satu dengan

lainnya.

Page 20: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

20

BAB IX EMISI

9.1. Pertimbangan Umum

Penggunaan motor diesel untuk transportasi telah mengubah kehidupan manusia

lebih banyak dibandingkan dengan penemuan lainnya. Sayangnya, kerugian-

kerugian yang diakibatkan pembakaran bahan bakar fosil semakin nyata.

Pemakaian motor diesel, selain terus mengurangi sumber daya alam, juga menjadi

sumber utama emisi kebisingan dan gas-gas buang.

Suara adalah fluktuasi yang sangat kecil dalam tekanan udara yang dapat diterima

oleh telinga manusia. Suara yang tidak diinginkan disebut kebisingan. Motor

diesel dan sistem pembuangannya merupakan sumber kebisingan. Kebisingan

dihasilkan secara langsung oleh aliran gas (pipa pembuangan, kipas) atau secara

tidak langsung oleh getaran permukaan (kebisingan motor, kebisingan

pembakaran). Rendahnya frekuensi kebisingan pembakaran bergantung pada

tekanan silinder, kenaikan tekanan menyebabkan frekuensi kebisingan meningkat.

Untuk mengurangi kebisingan, produksi kebisingan dikurangi (kurva tekanan

yang lebih halus) dan kecepatan propagasi atau emisi dikurangi (covers,

damping).

Emisi gas-gas buang merupakan masalah kedua dari motor diesel. Hal ini disadari

pertama kali di California pada tahun 1940-an ketika ditemukan bahwa masalah

smog dihasilkan dari reaksi antara oksida nitrogen dengan senyawa-senyawa

hidrokarbon dengan bantuan sinar matahari.

Sejak itu, peraturan-peraturan gas buang diperketat dan emisi motor diesel

diturunkan secara drastis dengan munculnya katalitik konverter. Namun, masalah

tersebut tetap belum terpecahkan seiring dengan meningkatnya jumlah kendaraan

bermotor secara pesat, lihat Gambar 9.1. Selain itu, pembakaran bahan bakar HC

selalu menghasilkan CO2 hingga 20%, yang meskipun bukan merupakan gas

Page 21: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

21

berbahaya namun mengakibatkan efek rumah kaca yang meningkatkan temperatur

global, lihat Gambar 9.2.

Gambar 9. 1. Jumlah Kendaraan Gambar 9. 2.Temperatur Global Rata-Rata dan Konsentrasi CO2

9.2. Pembentukan Polutan

Bahaya suatu polutan bergantung pada jumlah yang diserap, periode waktu, dan

jenis polutan tersebut. Jenis-jenis polutan gas buang utama, asal, dan sifatnya:

Karbon Monoksida CO

Di negara-negara industri, 2/3 emisi CO disebabkan oleh kendaraan bermotor (1/3

disebabkan pembakaran bahan bakar pada rumah tangga). Karena jumlahnya yang

besar, mobil penumpang menyumbang emisi CO paling banyak, baik motor

bensin yang memenuhi aturan katalitik maupun motor diesel menyumbang jumlah

yang relatif sama. CO merupakan gas yang tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak

berasa, namun sangat beracun (menghirup 0,3% volume dapat menyebabkan

kematian dalam setengah jam). Dengan bantuan oksigen, CO dapat diubah

menjadi CO2.

Partikulat

Hampir 1/3 emisi partikulat disebabkan oleh kendaraan bermotor (1/3 oleh rumah

tangga dan proses pemanasan di dalamnya). Emsisi partikulat, bersama-sama

Page 22: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

22

dengan emisi NOx, merupakan masalah utama motor diesel. Partikulat meliputi

semua bahan cair maupun padat (abu, karbon, debu, jelaga). Partikel-partikel

tersebut menyebabkan iritasi pada sistem pernafasan. Hidrokarbon dapat diserap

pada permukaan partikel sehingga menjadi zat karsinogenik.

Oksida Nitrogen NOx

Kendaraan bermotor menyumbang 2/3 emisi NOx, diikuti oleh industri. NOx

umumnya diproduksi pada motor diesel. Nitrogen monoksida NO merupakan gas

yang tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak berasa yang dengan bantuan oksigen

dapat berubah menjadi nitrogen dioksida NO2 yang merupakan gas beracun

berwarna coklat kemerah-merahan dan berbau menyengat yang merusak paru-

paru.

Hidrokarbon HC

Kendaraan bermotor lagi-lagi menjadi sumber utama emisi HC(1/3). Motor bensin

memproduksi HC lebih banyak dibandingkan dengan motor diesel, terutama

motor dua langkah yang kecil. Hidrokarbon sangat reaktif. Dengan bantuan sinar

matahari, oksida nitrogen bereaksi dengan HC menghasilkan oksidan yang

menyebabkan iritasi membran mukosa pada tenggorokan, hidung, dan telinga.

Beberapa jenis HC juga merupakan zat karsinogen.

Ozon O3

Ozon merupakan oksida yang berasal dari unsur-unsur gas buang (HC dan NOx)

di bawah pengaruh radiasi ultraviolet. Ozon merupakan gas yang sangat beracun

dengan bau yang merusak paru-paru.

Oksida Sulfur

Sulfur dioksida SO2 dihasilkan dari sulfur yang terdapat di dalam bahan bakar

sebagai pengotor. Ini merupakan gas beracun tak berwarna yang merusak paru-

paru. Senyawa ini dapat bereaksi membentuk asam sulfur.

Senyawa Timbal

Page 23: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

23

Senyawa-senyawa timbal dahulu digunakan sebagai bahan tambahan untuk bensin

yang meningkatkan tahanan detonasi. Timbal merupakan logam berat beracun

yang dapat tertimbun di dalam tubuh, khususnya hati.

Pembakaran Sempurna

Dengan rasio udara λ=1 dan waktu reaksi yang cukup, pembakaran sempurna

menghasilkan karbon dioksida dan air. Nitrogen tetap tak berubah.

( ) 22222 24773.3

276.3

24NzyxOHyxCONOzyxOHC zyx ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+++→+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −++

Pembakaran Tak Sempurna

Dengan kurangnya oksigen, pembakaran tak sempurna menghasilkan:

- Hidrokarbon yang tidak terbakar (HC,CxHy):

Unsur-unsur pembangun bahan bakar.

- Hidrokarbon yang terbakar sebagian (CO):

Sebagian unsur terbakar, sementara sisanya, khususnya CO, tertinggal sebagai

gas buang.

- Jelaga(soot).

Pembakaran Berlebih

Dengan kelebihan oksigen pada temperatur yang sangat tinggi, pembakaran

berlebih mengubah nitrogen di atmosfer N2 menjadi oksida nitrogen (NO,NO2).

9.2.1. Emisi Motor SI

Emisi motor SI dari suatu tes di Eropa diperlihatkan pada Gambar 9.3.

Emisi polutan bergantung terutama pada rasio udara, lihat Gambar 9.4.

Emisi CO

Emisi CO rendah pada campuran miskin dan meningkat tajam pada λ=1 dengan

kondisi kurang udara (campuran gemuk). Konsentrasi CO tertinggi terjadi selama

pembakaran. Selama ekspansi, CO + air akan menghasilkan CO2 + hidrogen

(reaksi air - gas). Oksidasi menurun dengan menurunnya temperatur.

Page 24: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

24

Gambar 9. 3. Emisi dari Motor Bensin

Gambar 9. 4. Emisi dari Motor Bensin Terhadap Rasio Udara

Emisi HC

Emisi HC mencapai minimum di sekitar λ=1,1 dan meningkat mendekati batas

penyalaan. Sebagian HC dioksidasi pada saat proses ekspansi dan proses buang.

Tiga mekanisme yang diyakini menyebabkan pembentukan HC:

- misfire: kurangnya pembakaran merupakan masalah pada motor bensin di

sekitar batas inflammability, khususnya ketika beroperasi pada campuran

miskin atu EGR.

Page 25: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

25

- Penyimpanan dan pelepasan bahan bakar atau oli: lapisan-lapisan oli di dalam

motor dapat menjebak sebagian bahan bakar dan melepaskannya pada saat

ekspansi.

- Flame-quenching dalam celah: di dalam celah di antara cincin piston atas,

piston, dan dinding silinder, celah lebih kecil daripada jarak quenching.

Akibatnya, api tidak dapat menyebar ke campuran bahan bakar – udara yang

terkompresi ke dalam celah. Bahan bakar yang tidak bereaksi tersebut

tertinggal di dekat dinding tetapi sebagian keluar pada proses ekspansi, lihat

Gambar 9.5.

Gambar 9. 5. Formasi HC pada Ruang Bakar

Emisi NOx

Emisi NOx mencapai maksimum dengan puncak yang tajam pada λ=1,1 yang

disebabkan oleh tingginya temperatur dan cukupnya oksigen pada titik operasi ini.

Karena emisi NOx maksimum bersamaan dengan emisi HC minimum,

pengurangan pembentukan polutan pada motor bensin menjadi sulit.

9.2.2. Emisi Motor Diesel

Secara umum karakteristik emisi bergantung pada rasio udara, lihat Gambar 9.6.

Emisi CO

Emisi CO rendah karena operasi miskin.

Page 26: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

26

Emisi HC

Emisi HC dihasilkan karena:

- campuran lokal tidak berada di dalam batas inflammability (terlalu miskin)

- dripping atau penguapan bahan bakar dari injektor nosel

- flame quenching di dekat dinding atau di dalam celah

Emisi NOx

Emisi NOx meningkat dengan meningkatnya temperatur dan beban. Sistem DI

menghasilkan emisi NOx lebih banyak. Emisi ini dapat dikurangi dengan injeksi

terlambat dan re-sirkulasi gas buang.

Emisi Jelaga

Emisi jelaga merupakan bagian utama asal diesel dan sekaligus merupakan

masalah utama motor diesel. Jelaga terbentuk pada temperatur tinggi lebih dari

1500 K dengan kondisi kekurangan oksigen. Partikel-partikel jelaga mengental

dan menyerap senyawa-senyawa lain. Pembentukan jelaga juga bergantung pada

sistem pembakaran.

Pada motor diesel, campuran tidak seragam sehingga pembentukan polutan juga

bergantung pada distribusi bahan bakar dan proses pembakaran. Gambar 9.7

menunjukkan mekanisme pembentukan polutan pada motor diesel DI.

Gambar 9. 6. Emisi Motor Diesel Terhadap Rasio Udara

Gambar 9. 7. Formasi dari Polutan

Page 27: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

27

9.2.3. Perbandingan Motor Bensin dan Diesel serta Pengaruh Kondisi Operasi

Motor bensin menghasilkan emisi buang CO, HC, dan NOx dalam jumlah besar.

Dengan menggunakan katalitik konverter, emisi tersebut dapat dikurangi hingga

90%, namun tetap lebih tinggi dibandingkan dengan motor diesel, lihat Gambar

9.8. Konsumsi bahan bakar (yang juga berdampak pada emisi CO2) juga lebih

tinggi. Namun, emisi NOx dan jelaga lebih banyak dihasilkan oleh motor diesel.

Gambar 9. 8. Emisi Motor Bensin dengan Katalis 3 jalur dan Motor Diesel

Operasi juga sangat berpengaruh terhadap emisi:

- Penyalaan Dingin:

Pada motor SI, campuran kaya menyebabkan emisi HC yang banyak. Bahan

bakar membentuk lapiasan film cair pada dinding dingin yang sebagian

menguap menyebabkan tingginya emisi HC. Emisi NOx rendah. Jika pada

motor diesel bahan bakar tidak menguap dan tercampur dengan baik, batas

penyalaan tidak akan tercapai sehingga bahan bakar meninggalkan silinder

dalam bentuk emisi HC (asap putih).

- Akselerasi:

Page 28: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

28

Pada motor SI dengan karburator, campuran bahan bakar - udara yang lebih

kaya akan menghasilkan emisi CO yang lebih tinggi. Hal ini tidak terjadi pada

sistem injeksi bahan bakar. Pada motor diesel turbocarjer, pembentukan jelaga

dimungkinkan (asap hitam) jika turbo membutuhkan waktu untuk

menghasilkan tekanan yang dibutuhkan untuk beban yang lebih tinggi.

- Perlambatan:

Lapisan film terkondensasi pada sistem hisap menguap dan memperkaya

campuran sehingga menyebabkan terjadinya misfire dan mempertinggi emisi

CO dan HC. Pada motor SI modern, seperti juga pada motor diesel, suplai

bahan bakar dikurangi dan tidak ada emisi yang signifikan.

9.3. Pengurangan Polutan

Emisi polutan dapat dikurangi dengan beberapa cara:

- Operasi:

Efisiensi motor mobil penumpang di kota hanya sekitar 10%. Polutan dapat

dikurangi dengan mengurangi lalu lintas individu di kota-kota. Emisi juga

sangat tinggi pada saat pemanasan motor, ketika katalitik konverter belum

aktif (80% emisi selama tes FTP driving dihasilkan pada 10% pertama waktu

tes). Selain itu, penggunaan transmisi otomatis juga membantu.

- Rancangan motor:

Penurunan konsumsi bahan bakar merupakan tujuan utama penurunan CO2

dan emisi lainnya. Ini dapat dicapai dengan mengurangi kerugian mekanis dan

termodinamik (empat katup, katup yang dapat diatur), dengan

mengoptimalkan pembentukan dan pembakaran campuran (sistem injeksi, re-

sirkulasi gas buang = Exhaust Gas Recirculation = EGR), dan dengan sistem

supercarjer. Dengan ditemukannya manajemen motor elektronik, perbaikan

operasi motor yang sangat signifikan dapat dicapai. Di tahun-tahun terakhir,

konsep motor baru yang sedang dikembangkan menjanjikan pengurangan

emisi, seperti konsep pembakaran miskin, motor campuran bertingkat, injeksi

bensin langsung (GDI = Gasoline Direct Injection).

- Pengolahan sesudah proses pembakaran(after threatment):

katalitik konverter 3 jalur untuk motor bensin telah mengurangi emisi secara

dramatis (mencapai 90%). Konsep baru untuk konverter ini sedang

Page 29: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

29

diperkenalkan (katalis oksidasi), seperti juga filter partikulat dan perangkap

untuk emisi diesel.

9.3.1. Pengendalian Emisi Pada Motor SI

Motor SI konvensional beroperasi pada rasio udara di antara 0,85 dan 1,15. Pada

λ=1,1 konsumsi bahan bakar serta emisi CO dan HC minimal, sedangkan emisi

NOx tinggi. Dengan operasi yang lebih miskin, batas penyalaan dicapai pada

λ=1,2 (misfiring). Pembentukan campuran homogen dengan rasio udara tertentu

yang konstan untuk semua silinder dikombinasikan dengan manajemen motor

elektronik digunakan utnuk mengurangi emisi. EGR, pengurangan bahan bakar

pada operasi idle, dan re-sirkulasi bahan bakar yang sudah menguap sangat umum

digunakan.

Re-sirkulasi Gas Buang

Re-sirkulasi gas buang internal (selama pertukaran gas dengan overlap katup

panjang) atau eksternal (gas buang yang didinginkan melalui katup) mengurangi

puncak temperature pembakaran dan emisi NOx, lihat Gambar 9.9. ERG tidak

diinginkan pada beban penuh (mengurangi daya) dan idle (dapat menyebabkan

misfire).

Page 30: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

30

Gambar 9. 9. Reduksi Emisi NOX Pada Penggunaan EGR

Katalitik Konverter

Katelitik konverter mempercepat reaksi kimia, umumnya pada temperatur tinggi.

Katalis Oksidasi

Katalis oksidasi mengoksidasi CO dan HC menjadi CO2 dan air dengan

bantuan oksigen pada 250°C.

Katalis Reduksi

Katalis reduksi mengurangi NOx ke N2 pada rasio udara di bawah satu.

Katalis 3 jalur

Katalis 3 jalur memungkinkan oksidasi CO dan HC sekaligus reduksi NOx

dengan sebuah katalis. Efisiensi konversi bergantung pada rasio udara, lihat

Gambar 9.10. Hanya di sekitar λ=1 semua polutan dapat diubah dengan

tingkat 90%.

Untuk mengoperasikan motor di semua kondisi pada rasio udara stokiometri,

dibutuhkan kendali jerat tertutup yang canggih. Sebuah sensor oksigen (sensor

lambda) pada sistem buang memberikan sinyal ke unit elektronik yang

Page 31: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

31

mengendalikan sistem aliran bahan bakar. Platinum dan Rhodium digunakan

sebagai katalis, umumnya diaplikasikan pada keramik khusus yang menyediakan

permukaan luas untuk reaksi kimia. Katalis dihancurkan oleh timbal (bahan bakar

tanpa timbal!) dan membutuhkan temperatur sekurang-kurangnya 300°C

(pemanasan).

Gambar 9. 10. Laju Konversi pada Katalis 3 Jalur

9.3.2. Pengendalian Emisi Pada Motor Diesel

Kuantitas bahan bakar yang diinjeksikan dibatasi karena adanya pembentukan

jelaga dengan rasio udara 1,2 sampai 1,1. Selain itu, NOx bertambah. Injeksi

lambat umum digunakan untuk mengurangi emisi NOx, yang juga mengurangi

efisiensi. Pada beban rendah dan idle, pembentukan HC meningkat.

Re-sirkulasi Gas Buang

Re-sirkulasi gas buang mengurangi konsentrasi oksigen dalam campuran dan

meningkatkan panas spesifik. Kedua faktor ini mengurangi pembentukan NOx.

Tingkat EGR yang tinggi menyebabkan emsisi jelaga, CO dan HC yang lebih

tinggi.

Page 32: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

32

Turbocarjer dengan Pendingin Antara

Turbocarjer dengan pendingin antara di samping meningkatkan daya keluaran dan

efisiensi, juga menurunkan pembentukan semua polutan.

Katalis Oksidasi

Katalis oksidasi yang umum digunakan adalah katalis untuk oksidasi CO dan HC.

Pengurangan HC juga sedikit mengurangi partikulat karena HC yang dapat

menggumpal dengan partikel-partikel jelaga lebih sedikit.

Katalis Reduksi

Katalis reduksi untuk mengubah NOx sedang dikembangkan.

Filter

Filter, misalnya filter keramik, dipasang di sistem pembuangan untuk mengurangi

emisi partikulat. Pada motor diesel, katalis 3 jalur tidak dapat digunakan karena

tingginya rasio udara.

Gambaran umum pengukuran penanganan gas buang dan keefektifannya

diberikan pada Ganbar 9.11.

Gambar 9. 11. Pemrosesan Gas Buang Pada Motor Diesel

Page 33: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

33

9.4. Uji Operasi Kendaraan(Driving Test)

Saat ini semua negara industri secara legal telah mewajibkan Uji Operasi

Kendaraan dan batas emisi. Kendaraan dipasangi dinamometer, lalu disimulasikan

siklus operasi kendaraan, dan emisi buangnya diambil sebagai contoh (CVS =

Constant Volume Sampling = Pengambilan Data pada Volume Konstan). Variasi

siklus tes dilakukan untuk menyediakan pilihan titik-titik beban motor dan

kecepatan operasi. Gambar 9.12 menggambarkan siklus operasi kendaraan untuk

motor bensin yang diterapkan pada sebuah kota di USA. Tes ini mencakup

rentang beban yang lebar seperti dapat dilihat dari titik-titik operasi terhadap peta

performa pada Gambar 9.13. Penyalaan kendaraan dalam keadaan dingin

seringkali merupakan bagian integral dari tes.

Batas-batas emisi terus diturunkan dan pendekatan baru untuk mengurangi emisi

akan terus dicari.

Gambar 9. 12. Pengujian Operasi Kendaraan di Amerika

Page 34: BAB VII - mesin.itb.ac.id Modul 1 b.pdf1 BAB VII PEMBENTUKAN CAMPURAN, PENYALAAN, DAN PEMBAKARAN PADA MOTOR BENSIN Bab ini membahas pembentukan campuran, penyalaan, dan pembakaran

34

Gambar 9. 13. Pengujian Operasi Kendaraan di Amerika dalam Peta Performansi