PENGENDALIAN EMISI KENDARAAN DENGAN PENGONTROLAN PEMBAKARAN PADA RUANG BAKAR

MAKALAH

PENGENDALIAN POLUSI KENDARAAN

“PENGENDALIAN EMISI KENDARAAN DENGAN PENGONTROLAN PEMBAKARAN PADA RUANG BAKAR”

Dosen Pengampu
Drs. Supraptono, M.Pd.
A. Mustamil Khoiron, S.Pd.,M.Pd.

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN TEKNIK OTOMOTIF
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
SEMARANG
2016

BAB I
PENDAHULUAN

A.      Latar Belakang

Akhir-akhir ini sebagian besar masyarakat di dunia terfokus pada perubahan iklim global yang disebabkan oleh pencemaran lingkungan. Pencemaran lingkungan merupakan salah satu masalah penting yang sedang dihadapi oleh beberapa negara di dunia saat ini, tidak terkecuali Indonesia. Di mana permasalahan tersebut semakin meningkat sejalan dengan meningkatnya jumlah penduduk, pertumbuhan ekonomi, kemajuan teknologi, dan urbanisasi di kota-kota besar. Permasalahan yang hingga saat ini masih menjadi pembicaraan hangat adalah adanya pemanasan global (global warming) yang disebabkan oleh pencemaran udara.

Pencemaran udara sangat mengganggu kenyamanan dan bahkan telah menyebabkan terjadinya gangguan kesehatan serta keseimbangan iklim global. Menurunnya kualitas udara tersebut terutama disebabkan karena banyaknya penggunaan bahan bakar fosil pada sarana transportasi dan industri di hampir seluruh daerah di dunia.

Untuk mengantisipasi dan menanggulangi dampak pencemaran udara terhadap kesehatan manusia maupun lingkungan perlu adanya upaya-upaya nyata dari semua pihak. Upaya ini meliputi pencegahan dan peanggulagan pencemaran serta pemulihan udara dengan melakukan invetarisasi mutu udara ambien, pencegahan sumber pencemar baik sumber bergerak maupun sumber tidak bergerak, serta penanggulangan keadaan darurat akibat pencemaran udara.

Salah satu sumber pencemaran udara terbesar adalah sarana transportasi dengan sistem penggerak motor bakar, di mana terjadi pembakaran akan selalu menghasilkan emisi atau gas buang. Gas-gas sisa yang dihasilkan oleh pembakaran tidak selalu berupa uap air dan CO₂ namun juga seringkali mengandung gas-gas berbahaya, seperti CO, NO_x, dan HC. Produksi gas-gas berbahaya tersebut dapat dikendalikan dengan beberapa cara, antara lain pengontrolan udara dan bahan bakar pada motor bakar, pengontrolan proses pembakaran pada ruang bakar, dengan penambahan Catalistic Converter pada saluran buang, dan Exhaust Gas Recirculating System (EGR System). Untuk itu, perlu adanya pembahasan mengenai bagaimana langkah-langkah pengendalian tersebut dan bagaimana pengaruhnya terhadap gas buang kendaraan. Namun, pada kesempaan kali ini kami hanya akan mengambil topik untuk di bahas dalam makalah ini yaitu pengendalian polusi kendaraan dengan cara pengontrolan proses pembakaran pada ruang bakar.

B.       Rumusan Masalah

Dari latar belakang di atas, dapat diambil beberapa rumusan masalah sebagai beriut:

1.        Apa sajakah treatment yang dapat dilakukan untuk mengontrol pembakaran pembakaran pada ruang bakar?

C.      Tujuan

Dari latar belakang dan rumusan masalah yang telah ditentukan, maka tujuan dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut:

1.        Untuk mengetahui treatment apa saja yang dapat dilakukan dalam pengendalian pembakaran pada ruang bakar.

BAB II
KAJIAN TEORI

A.      Sistem Pengapian

Motor pembakaran dalam (internal combustion engine) mengahasilkan tenaga dengan jalan membakar campuran udara dan bahan bakar pada silinder. Pada motor bensin, loncatan bunga api pada busi diperluakan untuk menyalakan campuran udara dan bahan bakar yang telah dikompresikan oleh torak di dalam silinder.

Karena pada motor bensin proses pembakaran di mulai oleh loncatan bunga api pada busi, maka diperlukan suatu sistem yang berfungsi menghasilkan loncatan bunga api pada busi, untuk beberapa metode diperlukan untuk menghasilkan arus tegangan tinggi yang diperlukan untuk proses pembakaran. Sistem pengapian (ignition sistem) pada motor bensin berfungsi untuk menaikkan tegangan baterai menjadi 10KV atau lebih dengan mempergunakan ignition coil dan kemudian oleh distributor di bagi bagi ke busi melalui kabel tegangan tinggi. Karena pada saat campuran bahan bakar – udara di kompresikan dalam silinder, sangat sulit bagi bunga api untuk melewati udara, maka tegangan yang di berikan pada busi harus cukup tinggi untuk dapat membangkitkan bunga api yang kuat. Dan apabila sistem pengapian tidak bekerja, maka mesin akan mati. Oleh karena itu sistem pengapian harus mempunyai ketahanan yang cukup untuk menahan getaran dan panas yang di bangkitkan oleh mesin, demikian juga tegangan tinggi yang dibangkitkan oleh sistem pengapian itu sendiri.

Sitem pengapian terdiri dari sistem pengapian konvensional, elektronik dan computer. Komponen dari sistem pengapian terdiri dari batri, koil, distributor atau ECU, dan busi.

B.       Sistem Pengapian Konvensional

Sistem pengapian konvensional adalah salah satu sistem pengapian pada motor bensin yang masih bekerja secara mekanik yaitu dengan menggunakan platina untuk memutus hubungkan arus primer koil, yang nantinya bertujuan untuk menghasilkan induksi tegangan tinggi pada kumparan sekunder koil yang akan disalurkan ke masing masing busi.

Gambar 2 sistem pengapian konvensional

Sistem pengapian konvensional mempunyai beberapa kelemahan dilihat dari cara kerjanya yang masih menggunakan prinsip mekanik yaitu :

a.         Diperlukan penyetelan celah platina yang tepat

b.        Terjadinya oksidasi pada permukaan breaker point sehingga memperbesar hambatan pada permukaan breaker point

c.         Permukaan breaker point yang cepat aus sehingga diperlukan pengecekan secara berkala

d.        Permukaan breaker point yang tidak boleh kotor

Dari point point tersebut seluruhnya berpengaruh terhadap performa dari sistem pengapian konvensional karna pada prinsipnya arus yang melewati kumparan primer apabila berubah tegangannya akan mempengaruhi keseluruhan kerja dari sistem pengapian konvensional itu sendiri sehingga dapat juga mempengaruhi kesetabilan kinerja mesin pada setiap rpm.

C.      Sistem Pengapian Elektronik

Sistem pengapian elektronik atau sistem solid state transistorized ignition yang biasa disebut sistem pengapian transistor, memanfaatkan transistor untuk memutus dan mengalirkan arus primer koil untuk menghapuskan kerja mekanik dari breaker point sehingga sistem pengapian diharapkan akan bekerja lebih optimal. Jika pada sistem pengapian konvensional pemutusan arus primer koil dilakukan secara mekanis dengan membuka dan menutup kontak pemutus, maka pada sistem pengapian elektronik pemutusan arus primer koil dilakukan secara elektronis melalui suatu power transistor yang difungsikan sebagai saklar (switching transistor).

Pada sistem pengapian transistor signal generator dipasang di dalam distributor untuk menggantikan breaker point (platina) dan cam. Signal generator membangkitkan tegangan untuk mengaktifkan transistor pada igniter untuk memutus arus primer pada ignition coil.

Sistem pengapian transistor mempunyai keuntungan :

1.        Tidak memerlukan perawatan (penyetelan/penggantian platina) sehingga mengurangi biaya pemeliharaan.

2.        Tidak ada kontak logam dengan logam, sehingga tidak terjadi keausan dan penurunan tegangan primer.

Gambar 3 sistem pengapian elektronika

D.      Saat Pengapian dan Pembakaran

Setelah campuran bahan bakar dibakar oleh bunga api listrik, maka diperlukan waktu tertentu bagi bunga api untuk merambat di dalam ruang bakar. Oleh sebab itu akan terjadi sedikit kelambatan antara awal pembakaran dengan pencapaian tekanan pembakaran maksimum. Oleh karenanya, agar diperoleh output maksimum pada engine dengan tekanan pembakaran mencapai titik tertinggi (sekitar 10º setelah TMA), periode perlambatan api harus diperhitungkan pada saat menentukan saat pengapian (Ignition timing) untuk memperoleh output mesin yang semaksimal mungkin. Akan tetapi karena diperlukan waktu untuk perambatan api, maka campuran udara dan bahan bakar harus dibakar sebelum TMA. Saat terjadinya pembakaran ini disebut dengan saat pengapian (Ignition Timing).

Loncatan bunga api terjadi sesaat piston mencapai titik mati atas (TMA) sewaktu langkak kompresi. Saat loncatan api biasanya dinyatakan dalam derajat sudut engkol sebelum piston mencapai TMA. Pada pembakaran sempurna setelah penyalaan dimulai, api menjalar dari busi dan menyebar keseluruh arah  alam waktu yang sebanding, dengan 20 derajat sudut engkol atau lebih, untuk membakar campuran sampai mencapai tekanan maksimum. Kecepatan api umumnya kurang dari 10 – 30 m/ detik. Panas pembakaran dari TMA diubah dalam bentuk kerja dengan efisiensi yang tinggi. Kelambatan waktu akan menurunkan efisiensi dan ini disebabkan rendahnya tekanan akibat pertambahan volume dan waktu penyebaran api yang terlalu lambat.

Bila Proses pembakaran dimulai dari awal sebelum TMA (menjauhi TMA), tekanan hasil pembakaran meningkat, sehingga gaya dorong piston meningkat (kerja piston menuju gas pada ruang bakar). Jika proses sudut penyalaan dimundurkan mendekati TMA, maka tekanan hasil pembakaran maksimum lebih rendah, bila dibandingkan tekanan hasil pembakaran maksimum, bila sudut penyalaan dimulai normal. Hal ini dikarenakan, pada saat sudut penyalaan yang terlalu dekat dengan TMA, pada saat busi memercikkan bunga api dan api mulai merambat, gerakan piston sudah melewati TMA, sehingga volume ruang bakar mulai membesar. Sehingga walaupun terjadi kenaikan tekanan hasil pembakaran, sebagian telah diubah menjadi perubahan volume ruang bakar. Efek yang terjadi adalah kecilnya kerja ekspansi yang diterima oleh piston.

E.       Emis Gas Buang

Emisi gas buang memang tidak dapat dihilangkan sekaligus, mengingat kebutuhan masyarakat akan transportasi yang semakin tinggi. Alternatif yang muncul dapat berupa penggunaan kendaraan yang bebas polusi dengan penggerak listrik, ataupun dengan memperbaiki ataupun menciptakan system yang lebih ramah lingkungan. Oleh karena itu, sebagai sumber penghasil emisi, kendaraan yang memperoleh tenaga dari hasil pembakaran didalam silinder telah mendapatkan sentuhan teknologi tinggi baik dari penggunaan bahan bakar, mekanisme kerja maupun system kerja yang lebih efektif dan efisien.

Disamping untuk memenuhi tuntutan pemakai kendaraan dan sebagai bentuk kepedulian terhadap lingkungan, produksi kendaraan mengacu pada beberapa kriteria produk yang umum digunakan adalah : 1) Hemat bahan bakar, 2) Rendah emisi, 3)Performa tinggi / maksimal, 4)Tingkat kebisingan yang cukup rendah, 5)Kwalitas kenyamanan yang semakin baik, dll.

BAB IV
PEMBAHASAN

Emisi atau gas buang sisa pembakaran kendaraan bermotor harus terbebas dari gas-gas yang berbahaya. Untuk itu, gas sisa pembakaran perlu dikontrol. Pengontrolan dapat dilakukan dari beberapa sisi, salah satunya adalah pengontrolan pembakaran pada ruang bakar. Berikut akan dibahas treatment atau perlakuan yang dapat dilakukan untuk mengurangi gas-gas berbahaya dari sisa pembakaran.

A.      Pembaruan Konstruksi Mesin

1.        Perbandingan kompresi (compression rasio)

Dalam batas-batas tertentu, perbandingan tekanan kompresi yang tinggi meningkatkan kinerja pembakaran mesin, sehingga otomatis pemakaian bahan bakar lebih hemat dan emisi lebih rendah. Namun, tekanan kompresi tinggi cenderung megakibatkn  masalah ngelitik-knocking dan menghasilkan emisi yang tinggi, yang disebabkan oleh kenaikan suhu dalam ruang bakar. Kecenderungan ini bisa diatas denga menggunakan bahan bakar dengan angka oktan yang tinggi.

2.        Ruang bakar

Bentuk ruang bakkar mempengaruhi kerjaa pembakaran dan emsi yang dikeluarkan, terutama HC. Ruang bakar yang berbentuk rumit dan terlalu luas cenderung membuat campuran udara-bensin tidak terbakar dengan sempurrna. Ruang bakar ideal yang berbentuk sederhana, dan volume tdak terlalu besar sehingga bensi-udara dapat berputar masuk ke dalam ruang bakar dan bercampur lebih homogen. Penempatan busi yang baik pada ruang bakar, sebaiknya berada ditengah ruang bakar sehingga campuran bensin-udara dapat terbakar lebh merata dan sempurna.

3.        Mekanisme katup

Saluran masuk (intake manifold) dirancang mempunyai panjang leher yang sama. Hal ini menghasilkan pemasukkan udara pada tiap silinder sebanding sehingga pembakaran menjadi lebih stabil. Masalah overaping (katup masuk dan keluar membuka bersama) dapat dikurangi dengan pemanfaatan teknologi, misalnya VANOS dan V-TEC. Pada sistem tersebut, pembukaan katup dibantu dengan control elektronik mekannis. Hal ini menghasilkan efisiensi volumetric yang lebih baik sehingga emisi (HC) gas buang yang dihasilkan juga menjadi lebih baik.

B.       Pembaruan Sistem dalam Mesin

1.        Sistem Pengapian Elektronik

Karakteristik pengapian yang stabil menghasilkan proses pengapian yang baik pada waktu putaran mesin rendah ataupun tinggi. Untuk mendapatkan karakteristik yang baik, perlu diterapkan sistem yang stabil dan komponen pendukung yang stabil pula.

2.        Timing Pengapian

Timing pengapian juga akan mempengaruhi hasil gas buang. Timing pengapian yang tidak tepat akan membuat kadar CO pada gas buang akan meingkat. Timing pengapian yang terlalu mundur mengakibatkan campuran udara dan bahan bakar tidak terbakar dengan sempurna, karena durasi pembakaran akan lebih cepat.

BAB V
SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

1                Salah satu cara untuk mengendalikan emisi pada kendaraan adalah pengontrolan pada ruang bakar. Pengontrolan ruang bakar yang dapat dilakukan dibagi menjadi dua yaitu melalui konstruksi mesin dan sistem pengapian.

Saran

1.      Lakukan pengecekan taiming secara berkala untuk menhasilkan timing yang tepat

Daftar Pustaka

Engine Group Step 1, Toyota

Winarno, 2014, “Mesin Konversi Energi”, Universitas Negeri Semarang

Sutiman, 2014, “ UPAYA PENGENDALIAN PENCEMARAN UDARA MELALUI PENGEMBANGAN TEKNOLOGI MOTOR BENSIN DAN EMS”,  Teknik Otomotif FT UNY

Syahril Machmud, Untoro Budi Surono, Leydon Sitorus, “PENGARUH VARIASI UNJUK DERAJAT PENGAPIAN TERHADAP KERJA MESIN” Universitas Janabadra Yogyakarta

Arifin, Zainal, M.T dan Sukoco, M.Pd,2009, “Pengendalian Polusi Kendaraan, alfabet