Makalah ini membahas sistem kontrol emisi pada kendaraan bermotor untuk mengurangi gas buang berbahaya seperti CO, HC, dan NOx. Sistem ini mencakup EGR, PCV, EVAP, dan katalis untuk mengubah polutan menjadi gas-gas yang tidak berbahaya seperti uap air dan nitrogen. Katalis bekerja pada suhu di atas 400°C untuk mengoksidasi CO dan HC menjadi CO2 dan H2O, serta mengubah NOx menjadi N
2. PENDAHULUAN
• Atmosfir bumi atau udara terdiri dari dua gas utama yaitu oksigen (O2)
sekitar 21 % dan nitrogen (N2) sekitar 78% serta sisanya 1% terdiri dari
bermacam-macam gas diantaranya adalah carbon dioksida dan argon.
• Disamping argon dan carbon dioksida, masih banyak gas/zat yang
dihasilkan manusia seperti carbon monoksida (CO), hidro carbon (HC),
nitrogen oksid (NOx) dan sulfur dioksida (Sox).
• Sedangkan zat yang dihasilkan oleh kendaraan bermotor (mobil) dapat
dibagio menjadi 3 macam yaitu : CO,HC dan NOx. Gas ini sangat
mengganggu pernapasan, dan berbahaya terhadap manusia, binatang
dan tanaman.
• Ada 3 sumber CO, HC dan NOx , yaitu : gas buang, blow-by gas dan uap
bahan bakar.
3. POKOK PERMASALAHAN
.Gas Carbon Monoksida
• Gas CO dihasilkan oleh pembakaran yang tidak sempurna akibat dari
kekurangan oksigen pada pembakaran (campuran gemuk). Walaupun
secara teori tidak terdapat CO pada campuran yang kurus akan tetapi
pada kenyataannya CO juga dapat dihasilkan pada campuran yang
kurus karena pembakaran tidak merata karena distribusi bensin yang
tidak merata di dalam ruang bakar, juga karena temperature di
sekeliling silinder rendah sehingga api tidak dapat mencapai daerah ini
pada ruang bakar.
• Konsentrasi (perbandingan volumetric) dari CO dalam gas buang pada
umumnya ditentukan oleh perbandingan udara dan bensin. Di bawah ini
ditunjukkan perubahan konsentrasi terhadap perubahan perbandingan
udara dan bensin. Campuran yang semakin kurus akan menghasilkan
CO yang semakin rendah.
1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 80
1
2
3
4
5
6
7
8
A I R F U E L R A T IOR ic h L e a n
CO%
T h e o r e t ic a l
A ir fu e l r a t io
4. Nitrogen Oksid
• Nitrogen oksid terjadi karena reaksi molekul nitrogen dengan oksigen
pada temperature yang tinggi (1800o C). dengan demikian NOx
terbentuk selama berlangsungnya pembakaran yang sempurna, karena
pada pembakaran yang sempurna akan menghasilkan panas yang
maksimal.
• Bila temperature tidak naik sampai diatas 1800o C, kemudian nitrogen
dan oksigen dibuang ketika langkah buang tanpa bergabung membentuk
NO.
• Dengan demikian factor yang mempunyai efek terbesar terhadap
timbulnya NOx selama proses pembakaran adalah temperature
maksimum di ruang bakar dan perbandingan udara dan bensin.
• Jalan terbaik untuk mengurangi NOx adalah dengan mencegah
temperature di ruang bakar mencapai 1800o C atau memperpendek
waktu dalam mencapai temperature tinggi, kemungkinannya adalah
menurunkan konsentrasi oksigen.
• Konsentrasi Nox paling besar dihasilkan pada perbandingan udara dan
bensin 16:1, perbandingan di atas atau di bawah nilai tersaebut akan
menghasilkan Nox yang lebih rendah. Konsentrasi Nox pada campuran
kaya (< 16:1) akan rendah karena konsentrasi oksigen rendah,
sedangkan untuk campuran yang lebih kurus, pembakarannya lebih
lambat sehingga menghambat kenaikan temperature di ruang bakar
sampai tingkat maksimumnya.
1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 80
1 0 0 0
A I R F U E L R A T I OR ic h L e a n
NOx(ppm)
T h e o r e t ic a l
A ir f u e l r a t io
2 0 0 0
3 0 0 0
4 0 0 0
5. Pemanasan
• Waktu pemanasan adalah dari mesin dihidupkan dalam kondisi dingin
sampai mesin mencapai temperature kerja. Dalam kondisi dingin bensin
tidak dapat menyerap dengan sempurna sehingga campuran menjadi
gemuk dan pembakaran menghasilkan CO dan HC yang banyak. Air
fuel ratio berkisar 5~14:1
Idling
• Selama idling, temperature di ruang baker rendah sehingga bensin
belum sempurna menguap. Untuk menjaga agar putaran idling stabil
maka diperlukan suplai bensin tambahan (memperkaya campuran).
Produksi CO dan HC akan meningkat disebabkan pembakaran yang
tidak sempurna, sedangkan produksi NOx akan berkurang sampai nol
karena temperature pembakaran yang masih rendah.
C O + H C
A ir fu e l ra tio
5 -1 4 :1
6. Saat Kecepatan Rendah
• Pada kecepatan rendah dan sedang, perbandingan udara dan bensin lebih
kurus dari perbandingan teoritis. Mesin sudah memproduksi CO, HC dan
NOx.
Saat Kecepatan Tinggi
• Apabila kecepatan mobil lebih dari 100 km/jam, mesin menghasilkan output
yang tinggi dan air fuel ratio menjadi lebih gemuk dari nilai teoritis untuk
mencapai tenaga yang diinginkan. Produksi CO dan HC akan naik, tetapi
NOx tidak berkurang karena bertambahnya temperature sekalipun pada
campuran gemuk.
Akselerasi/Percepatan
• Apabila throttle valve dibuka mendadak maka akan ada suplai bensin
murni ke ruang baker yang akan memperkaya campuran. Pada kondisi
ini produksi CO dan HC akan meningkat. Selanjutnya karena kecepatan
mesin bertambah maka kecwepatan pembakaran juga meningkat,
menyebabkan temperature akan naik dan meningkatkan produksi NOx.
Deselerasi/Perlambatan
• Saat engine brake, throttle valve akan menutup rapat sehingga
meningkatkan kevacuuman di ruang bakar dan intake manifold.
Kevacuuman ini akan menurunkan kecepatan rambat api, dan
menyebabkan api padam sebelum merambat ke seluruh ruang bakar.
Kondisi ini akan meningkatkan produksi HC di gas buang. Selain itu
dengan berkurangnya oksigen yang masuk maka campuran akan
menjadi gemuk yang dapat meningkatkan kadar CO pada gas buang.
7. Dengan tidak adanya (berkurangnya) pembakaran, maka temperature
ruang bakar akan turun sehingga produksi NOx juga akan rendah.
Beban Berat
• Bila kendaraan mendapat beban berat (mendaki) maka system pengaya
akan bekerja, sehingga campuran udara dan bensin menjadi gemuk
sekali. Pada kondisi ini produksi CO dan HC akan naik sedangkan
produksi NOx akan turun.
PEMBAHASAN
PCV (Positive Crankcase Ventilation)
• 70% sampai 80% blow-by gas yang terdapat di dalam crankcase adalah
gas yang tidak terbakar (HC), sedangkan sisanya 20% sampai 30%
terdiri atas hasil tambahan adri pembakaran (uap air dan berbagai jenis
asam). Semuanya dapat merusak oli mesin, menghasilkan Lumpur atau
menyebabkab karat di dalam crankcase. Untuk mencegahnya maka
blow-by gas dikeluarkan ke intake manifold untuk kemudian disalurkan
kembali ke ruang baker untuk dibakar kembali.
• Banyaknya blow-by gas lebih tergantung dari vacuum intake manifold
dan atau beban mesin daripada kecepatan mesin. Oleh karena itu
apabila dari cylinder head cover ke intake manifold hanya dihubungkan
dengan pipa, hasilnya tidak efektif. Karena beban ringan kevacuuman
pada intake manifold kuat sedangkan produksi blow-by gas sedikit,
sedangkan pada beban berat kevacuuman di intake manifold rendah
sedangkan blow-by gas yang dihasilkan banyak.
• Oleh karena itu katup PCV dipasangkan diantara cylinder head cover
dengan intae manifold, untuk mengatur jumlah blow-by gas yang masuk
8. ke intake manifold untuk dibakar kembali sesuai dengan vacuum intake
manifold.
Idling atau Perlambatan
• Pada saat idling kevacuuman di intake manifold besar sehingga katup
PCV terangkat (terbuka). Blow-by gas yang mengalir ke intake sedikit
Karena saluran di katup PCV sempit
Normal
• Kevacuuman di intake manifold normal, katup sedikit turun
dari posisi idling, saluran terbuka semakin lebar.
Percepatan atau Beban Berat
Kevacuuman di intake manifold kecil, katup PCV semakin turun,
saluran terbuka penuh, semakin banyak blow-by gas yang mengalir
ke intake manifold.
Grafik PCV
• Pada grafik di samping terlihat bahwa jumlah blow-by gas yang
dialirkan oleh katup PCV pada beban berat sangat kecil, walaupun
jumlah gas yang dihasilkan cukup besar. Oleh karena itu apabila jumlah
blow-by gas diluar kemampuan katup PCV untuk mengalirkan ke intake
manifold, maka blow-by gas juga disalurkan dari saringan udara
melalui pipa penyambung saringan udara ke cylinder head cover.
9. EVAPORATIVE CONTROL SYSTEM
• EVAP control system berfungsi mencegah pengeluaran uap bensin yang
berlebihan dan semaksimal mungkin dapat dimanfaatkan untuk
pembakaran kembali. Pada saat kendaraan berjalan atau temperature
udara tinggi, maka bensin di dalam tanki akan menguap. Uap bensin
tersebut dapat menekan pressure control valve, sehingga uap terhisap
oleh canister.
10. EGR (Exhaust Gas Recirculating)
EGR system berfungsi untuk mengontrol pembentukan gas NOx pada gas
buang. NOx terbentuk karena meningkatnya temperature pada ruang bakar.
EGR system bekerja untuk mengalirkan kembali gas buang ke ruang bakar
melalui intake manifold, untuk memperkurus campuran udara bensin sehingga
temperature ruang bakar akan turun dan pembentukan gas NOx dapat dicegah
CATALYTIC CONVERTER
Catalist adalah suatu zat yang menimbulkan reaksi kimia yang zat itu sendiri
tidak berubah bentuk maupun beratnya. Sebagai contoh apabila HC,CO dan
NOx dipanaskan dengan oksigen sampai 500o C, tidak terjadi reaksi kimia.
Akan tetapi apabila pemanasan tersebut berlangsung di catalyst maka akan
terjadi reaksi kimia dan gas ini berubah menjadi CO2,H2O dan N2 yang
B
E
C
A
D
F
E C M
D a r i M a in R e la y
E G R V a lv e
C O
H C
N O x
O 2
C A T A L Y S T
C O 2
H 2 O
N 2
11. • Pada umumnya catalyst terbuat dari platinum, palladium, iridium,
rhodium dan lain-lain. Catalyst ditempelkan pada permukaan carrier
agar permukaan yang terkena gas buang bertambah.
• Apabila kendaraan sudah menggunakan catalyst, maka harus selalu
menggunakan bensin yang tidak mengandung timah karena apabila
menggunakan bensin yang mengandung timah, permukaan catalyst akan
terlapisi timah dan menjadi tidak efektif lagi.
• Seperti terlihat pada grafik bahwa ternyata catalyst akan bekerja
maksimal apabila temperature catalyst di atas 400o C. Artinya catalyst
tidak bekerja dengan maksimal pada temperature di bawah 400o C.
• Purification rate digunakan sebagai ukuran bila perbandingan gas polusi
di dalam gas buang yang dapat dirubah menjadi gas non pulosi.
12. Ada 3 system catalytic converter, yaitu :
• System Oxidation Catalyst (OC)
• System Three-Way Catalyst (TWC)
• System Three-Way Catalyst dan Oxidation Catalyst (TWC-
OC)
Oxidation Catalyst (OC)
• Di dalam CCO (Catalytic Converter for Oxidation), CO dan HC
direaksikan dengan oksigen untuk membentuk CO2 dan H2O yang tidak
berpolusi.
• 2CO + O2 2CO2
0 3 0 0 o C 4 0 0 o C
Purificationrate1 0 0 %
13. • 4HC + 5O2 4CO2 + 2H2O
• agar oksidasi bekerja dengan efisien, maka harus ada kelebihan oksigen
pada exhaust manifold. Oleh karena itu harus ada udara murni yang di
masukkan ke converter. Akan tetapi karena hanya mengurangi sedikit
NOx, gas buang harus diresirkulasikan melalui system EGR.
Three-Way Catalyst (TWC)
• NO dan O2 sebagai komponen oksidasi (yang menyebabkan terbakar), dan
CO dan HC sebagai komponen yang berkurang (terbakar) bereaksi sesuai
dengan persamaan umum seperti di bawah ini dan membentuk komponen
netral (inactive) N2, H2O dan CO2.
• NOx + CO N2 + CO2
• NOx + HC N2 + CO2 + H2O
• O2 + CO CO2
• O2 + HC H2O + CO2
• Agar type converter ini bekerja dengan baik maka syarat mutlak yang harus
dipenuhi adalah perbandingan udara dan bensin harus sedekat mungkin
dengan nilai teoritis (14,7:1). Bila ini tercapai maka akan didapat purification
rate yang tinggi sekali untuk ketiga pollutant, seperti pada grafik di bawah ini.
Untuk mendapatkan nilai perbandingan udara dan bensin seakurat mungkin untuk
mendekati nilai teoritis, maka pada type converter ini selalu dilengkapi dengan
oksigen sensor. Oksigen sensor akan menghitung nilai perbandingan udara dan
bensin dari kandungan oksigen pada gas buang, untuk memberi input ke ECM
yang akan mengoreksi secara terus menerus air-fuel ratio
14. Three-Way Catalyst & Oxidation Catalyst (TWC-OC)
• System ini digunakan pada system emission control dengan system
oxidation catalyst dan three way catalyst untuk lebih banyak mengurangi
polusi udara. System ini merupakan kombinasi dari 2 sistem yang sudah
dibahas sebelumnya.
PENUTUP
KESIMPULAN
Kesimpulannya adalah dari hasil penelitian diatas bisa diambil sebuah
pembelajaran secara lebih lanjut dari sistem emisi control dan hasil
perhitungannya melalui tabel serta perbandingannya
SARAN
Percampuran udara dan bahan bakar sebaiknya lebih diperhatikan,agar pada
emisi gas buangnya lebih stabil dan efektif serta tidak menimbulkan zat yang
berbahaya yang berdampak buruk bagi lingkungan dan manusia disekitar
15. DAFTAR PUSTAKA
1] Kuspriyanto dan Wendhie Prayitno,
“Komunikasi Data Dengan Teknik RS-485.” 3
April 2007.
<http://www.geocities.com/wendhies/index_files
/Data/RS485.pdf>
[2] L.Davis, “EIA-422/485 Bus Interface IC
Manufacturers.” 8 Maret 2007.
<http://www.interfacebus.com/Design_Connect
or_RS422.html>
[3] Atmel Corporation. “8-bit AVR ATmega8.” 29 Juli 2007.
<http://www.atmel.com/dyn/recources/pro_docu
ments/ DOC2486.pdf>
[4] Maxim. “Low-Power, Slew-Rate-Limited RS-
485/RS-422 Transceivers.” 8 Maret 2007.
<http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_
pdf/M/A/X/4/MAX491.shtml>
