Emission Control System

EMISIApakah emisiitu?Bagaimana emisi bisa terjadi?Apakah emisi bisa dikurangi?Mengapa harus uji emisi?Apa itu standar emisi EURO?Bagaimana supaya lulus emisi?Bagaimana katalisator bekerja?

Tujuan mereduski emisi mesin bensin yaitu :Mengusahakan terbakarnya campuran udara-bensin dgan sempurna dlm silinder mesin, bila campuran udara-bensin terbakar sempurna / habis terbakar semuannya maka emisi yg dihasilkan menjadi relatif rendah.Uap bensin (HC) yg berlebih dikembalikan ke silinder mesin untuk dibakar kembali.Menyediakan area tambahan untuk proses oksidasi atau melanjutkan proses pembakaran emisi yg berbahaya pd saluran knalpot sebelum gas buang tersebut keluar ke udara terbuka.

21 % oksigen (O2) 78 % nitrogen (N2)1 % CO, Ar, (CO), (HC), (NOx) (SOx). CO, HC dan NOx. berbahaya terhadap manusia, binatang dan tanamanblow-by gas dan uap bahan bakar.ATMOSFIR/UDARA Gas BuangHidrokarbon (HC)HC diharapkan akan terbakar selama terjadi proses pembakaran ber-sama-sama dgn oksigen, akan tetapi tdk semua hidrokarbon dan oksigen tsb terbakar, shg sebagian hidrokarbon dan oksigen yg tidak terbakar akan keluar melalui knalpot.Semua hal yang menyebabkan bensin tdk dpt terbakar dgn sempuna akan menyebabkan kandungan HC dan oksigen dlm emisi mesin bensin akan meningkat (HC tinggi, O2 tinggi). HC yang tinggi sering disebabkan oleh masalah seperti di bawah ini :Kinerja sistem pengapian yang menurun.Tekanan kompressi lemah.Kebocoran saluran intake manifold/saluran kevakumaman.Perbandingan campuran udara bensin gemuk/kayaTekanan sistem aliran bensin berlebih.

Karbon Monoxida (CO) adalah bagian campuran udara bensin yg tidak terbakar dengan sempurna.CO tdk berbau, tidak berwarna, bersifat racun serta dapat mematikan. Salah satu penyebab timbulnya CO adalah;Perbandingan campuran yang gemuk,Putaran idel rendahSaringan udara kotor,Atau kesalahan pada sistem aliran bahan bakar.Karbon Monoxida (CO)Karbon adalah salah satu elemen yg dihasilkan saat bensin bersama oksigen terbakar dlm silinder mesin, jika dalam mesin terdapat cukup oksigen maka mesin akan mengeluarkan gas buang yg mengandung karbon dioxida (CO2 ) yang tidak membahayakan manusia, tapi CO2 akan menyebabkan Pemanasan Global

Nitrogen Oksida (NOx)Terdapat sekitar 79% Nitrogen pd udara yg disap oleh mesin, terutama pada waktu suhu yang tinggi (1800o C). bersama-sama dengan oksigen akan membentuk Nitrogen Oksida (NOx).Jika NOx dilepaskan pd udara luar dan dikombinasikan dengan bensin yg tidak terbakar akan membentuk polusi udara berbentuk kabut tipis. NOx terbentuk jika suhu ruang bakar terlalu tinggi.Secara umum NOx disebabkan oleh; kesalahan EGR (Ex-haust Gas Recircula-tion), Sistem Pendi-ngin tdk bekerja dgn sempurna, atau per-bandingan campuran udara bensin yg tidak sesuai. ( >16:1)

AFR yg ideal (campuran bensin udara utk pembakaran dgn tingkat polusi yg paling rendah) adalah 1 : 14,715 atau dlm ukuran liter dpt disebutkan 1 liter bensin secara ideal harus bercampur dgn 11500 liter udara atau 1 kg bensin dicampur dgn 14,7 15 kg udara.AFR tersebut tidak bisa diterapkan terus menerus pada setiap keadaan operasional, contohnya; saat putaran idel dan beban penuh kendaraan mengkonsumsi campuran udara bensin yg gemuk, sedangkan dlm ke-adaan lain pemakaian campuran udara bensin bisa mendekati yg ideal.Simbol AFR yg masuk ke silinder mesin dinyatakan dgn = Lambda ( ) = 1; Jumlah udara masuk ke dlm silinder mesin sama dgn jumlah syarat udara dalam teori. 1; Jumlah udara yg masuk lebih kecil dari jumlah syarat udara dlm teori, pada situasi ini mesin kekurangan udara, campuran gemuk, dalam batas tertentu dapat meningkatkan daya mesin. 1; Jumlah udara yg masuk lebih banyak dari syarat udara secara teoritis, saat ini mesin kelebihan udara, campuran kurus, daya kurang. 1,2; campuran bensin - udara sangat kurus sehingga pembakaran berkemungkinan tidak dapat terjadi pada tempat dan tidak merata dlm silinder mesin

Pemanasan : Waktu pemanasan adalah mulai mesin dihidupkan dalam kondisi dingin sampai mesin mencapai temperature kerja. Dalam kondisi dingin bensin tdk dpt menyerap dgn sempurna sehingga campuran menjadi gemuk dan pembakaran menghasilkan CO dan HC yg banyak. Air fuel ratio berkisar 15~14:1 15~14:1

IdlingSelama idling, temperature di ruang bakar 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 yg tidak sempurna, sedangkan produksi NOx akan berkurang sampai nol karena temperature pembakaran yang masih rendah.

Saat Kecepatan RendahPada kecepatan rendah dan sedang, perbandingan udara dan bensin lebih kurus dari perbandingan teoritis. Mesin sudah memproduksi CO, HC dan NOx.

Saat Kecepatan TinggiApabila kecepatan mobil lebih dari 100 km/jam, mesin meng-hasilkan 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/PercepatanApabila 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/PerlambatanSaat engine brake, throttle valve akan menutup rapat shg meningkat- kan 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 mening-katkan produksi HC di gas buang. Selain itu dgn berkurangnya oksigen yg masuk maka campuran akan menjadi gemuk yg dpt meningkatkan kadar CO pd gas buang. Dgn tdk 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.

Dasar : 93/116/EC

PCV (Positive Crankcase Ventilation)Sistem ini menghisap kembali kebocoran HC dari celah piston dan dinding silinder yg tertampung dalam carter mesin, lalu hidrokarbon ini dikembalikan ke intake manifold melalui PCV karena HC tidak boleh dibuang ke udara terbuka70% 80% blow-by gas yg terdapat di dalam crankcase adalah gas yg tidak terbakar (HC), sedangkan sisanya 20% 30% terdiri atas hasil tambahan dari pembakaran (uap air dan berbagai jenis asam). Semuanya dpt merusak oli mesin, menghasilkan Lumpur atau menye-babkab 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 apa-bila dari cylinder head cover ke intake manifold hanya dihubungkan dgn 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 dgn intake manifold, untuk mengatur jumlah blow-by gas yg masuk ke intake manifold utk dibakar kembali sesuai dgn vacuum intake manifold.

Mesin Berhenti atau Back Firing (Pembakaran Balik)Katup menutup karena beratnya sendiri dan berat pegas.Idling atau PerlambatanPada saat idling kevacuuman di intake manifold besar sehingga katup PCV terangkat (terbuka). Blow-by gas yg 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 Kevacuman 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 yg dialirkan oleh katup PCV pd beban berat sangat kecil, walaupun jumlah gas yg dihasilkan cukup besar. Oleh karena itu apabila jumlah blow-by gas diluar kemampuan katup PCV utk mengalirkan ke intake manifold, maka blow-by gas juga disalurkan dari saringan udara melalui pipa penyambung saringan udara ke cylinder head cover.

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.

EGR (Exhaust Gas Recirculating)EGR system berfungsi utk 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 yg menimbulkan reaksi kimia yg zat itu sendiri tidak berubah bentuk maupun beratnya. Sebagai contoh apabila HC, CO dan NOx dipanaskan dgn 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 yg tdk berbahaya.

Pada umumnya catalyst terbuat dari platinum, palladium, iridium, rhodium dan lain-lain. Catalyst ditempelkan pd permukaan carrier agar permukaan yang terkena gas buang bertambah.

Catalytic Converter

Apabila kendaraan sudah mengguna-kan catalyst, maka harus selalu menggunakan bensin yang tidak mengandung timah karena apabila menggunakan bensin yg mengan-dung timah, permukaan catalyst akan terlapisi timah dan menjadi tidak efektif lagi.Seperti terlihat pada grafik bahwa ternyata catalyst akan bekerja mak-simal apabila temperature catalyst di atas 400o C. Artinya catalyst tidak bekerja dgn maksimal pd tempera-ture di bawah 400o C.Purification rate digunakan sebagai ukuran bila perbandingan gas polusi di dalam gas buang yg dapat dirubah menjadi gas non pulosi.

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 direak-sikan dgn oksigen untuk membentuk CO2 dan H2O yg tdk berpolusi.2CO + O2 2CO24HC + 5O2 4CO2 + 2H2OAgar oksidasi bekerja dgn 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)

Type ini merupakan yang paling ideal dari semua type catalytic converter. Karena tidak hanya CO dan HC saja yang dirubah menjadi zat non pulosi tetapi juga NOx. 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 + CO2NOx + HC N2 + CO2 + H2OO2 + CO CO2O2 + HC H2O + CO2Agar 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 dgn oksigen sensor. Oksigen sensor akan meng-hitung nilai perbandingan udara dan bensin dari kandungan oksigen pd gas buang, untuk memberi input ke ECM yg akan mengoreksi secara terus menerus air-fuel ratio.

Three-Way Catalyst & Oxidation Catalyst (TWC-OC)

System ini digunakan pd system emission control dengan system oxidation catalyst dan three way catalyst utk lebih banyak mengurangi polusi udara. System ini merupakan kombinasi dari 2 sistem yang sudah diba-has sebelumnya.

PCV VALVE :Tujuan dari PCV (Positive Crankcase Ventilation) sistem, adalah mengembalikan uap bensin (HC) yg bocor dari slinder mesin lalu di-kembalikan sedemikian rupa ke saluran masuk utuk dibakar kembali.Uap bensin tersebut tidak boleh dibuang ke udara terbuka begitu saja, tetapi harus dimasukkan kembali ke ruang bakar. Namun uap bensin ini tentu saja akan mempengaruhi perbandingan campuran udara-bensin yang sudah ditakar sedemikian rupa oleh ECU.Pada waktu mesin putaran idel dan perbandingan campuran udara-bensin sudah dihitung sedemikan rupa, maka diaturlah sesedikit mung-kin uap bensin yg dialirkan kembali ke ruang bakar, pd saat putaran mesin tinggi barulah uap bensin diperbolehkan dimasukkan ke ruang bakar.

EGR VALVETujuan dari katup resirkulasi gas buang (EGR/Exhaust Gas Recir-culation) adalah untuk mengatur sebagian kecil dari gas buang dan dikembalikan masuk ke dalam silinder melalui intake manifold, hal ini bertujuan utk menurunkan suhu ruang pembakaran, karena suhu ruang pembakaran yg berlebihan membentuk oksid nitrogen (NOx) yg tinggi, sedangkan NOx adalah polutan sangat berbahaya.

Katup EGR merupakan metode yg paling efektif untuk mengontrol oksid nitrogen (NOx), dan bekerjanya katup EGR dikontrol secara elektronis oleh ECU atau yg model lama bekerja berdasarkan kevakuman intake manifold, sehingga EGR tidak bekerja waktu mesin putaran idel, atau mesin berjalan dengan beban penuh.CHARCOAL CANISTERSudah kita ketahui bahwa bensin dpt menguap dgn mudah. Di masa lalu emisi HC (uap bensin) tersebut dilepaskan begitu saja ke atmosfir. 20% dari seluruh emisi HC mobil berasal dari ventilasi tangki bensin. Pada tahun 1970 undang-undang di AS menyatakan melarang ventilasi tangki bensin berhubunggan dgn atmosfer/udara luar.Sebuah sistem kontrol penguapkan HC utk ventilasi tangki bensin di-kembangkan guna menghilangkan sumber polusi itu. Cara kerja sistem kontrol ventilasi tangki adalah dengan cara mengumpulkan uap bensin yg berasal dari ventilasi ke dalam suatu wadah.Wadah/tabung berisikan arang yang dapat pengumpulkan uap bensin dari ventilasi tangki, karena sudah menjadi sifat uap bensin dapat terhisap dan menyatu dengan serbuk arang dalam sebuah wadah yang disebut dengan canister.

Pada waktu mesin hidup, uap bensin pd arang dalam canister itu diisap dan dikembali lagi ke dlm silinder mesin utk dibakar. Pengaturan kem-balinya uap bensin itu harus dilakukan sedemikian rupa oleh ECU atau berdasarkan kevakuman pd intake manifold mesin agar pengisapan kembali uap bensin itu tidak merubah perbandingan campuran.AIR INJECTIONTidak ada mesin pembakaran dlm (internal combustion engine) 100% efisien, maka selalu ada sebagian kecil bensin (HC) yg tdk terbakar dan keluar di knalpot. Hal ini meningkatkan emisi hidrokarbon (HC).Sisa HC yg keluar dari ruang bakar tsb dpt dioksidasikan lagi jika pada kenalpot dimasukkan udara dgn tekanan tertentu. Sebagaimana yang kita ketahui bahwa proses pembakaran bisa terjadi jika ada HC, panas dan oksigen.Pada waktu sisa HC dalam gas buang meliwati knalpot yg suhunya panas, akan dpt dioksidasikan/dibakar kembali dgn cara menginjek-sikan udara ke dalam knalpot, dgn demikian gas buang yg keluar dari knalpot kandungan HC-nya dpt direduksi. Tidak seperti halnya katup EGR, atau CHARCOAL CANISTER, maka AIR INJECTION ini tidak akan mempengaruhi kinerja mesin karena proses air injection terjadi pada pipa knalpot,

*