Transcript Tugas Emisi - pusdiklat otomotif r4 suzuki-um

Emission Control System
Gas Buang
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 dibagi 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, blowby gas dan uap bahan bakar.

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.
8
7
6
CO %

5
4
3
2
1
0
Theoretic al
Air fuel ratio
11
Rich
12
13
14
15
AIR FUEL RATIO
16
17
18
Lean
Gas Hydrocarbon
Bila uap bensin dipanaskan pada
temperature tinggi, akan terjadi
oksidasi,
akibatnya
adalah
pembakaran
tidak
sempurna
bahkan ada bagian yang tidak
terbakar. Bensin yang tidak terbakar
ini keluar dari ruang bakar dalam
bentuk HC. HC bersumber dari :

Bensin yang tidak terbakar akibat
overlap katup

Gas sisa di dinding silinder dan
terbuang saat langkah buang


Gas yang tidak terbakar yang
tertinggal di belakang ruang bakar
setelah misfiring ketika jalan
menurun atau saat engine brake
Gas yang tidak terbakar akibat
pembakaran terlalu singkat atau
campuran terlalu gemuk
800
HC (pp m)

600
400
200
Theoretic al
Air fuel ratio
0
11
Rich
12
13
14
15
AIR FUEL RATIO
16
17
18
Lean
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.
4000
3000
NOx (ppm )

2000
1000
Theoretic al
Air fuel ratio
0
11
Rich
12
13
14
15
AIR FUEL RATIO
16
17
18
Lean
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
Air fuel ratio
5-14:1
CO+ HC
Idling

Selama 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 yang tidak
sempurna,
sedangkan
produksi
NOx
akan
berkurang
sampai
nol
karena
temperature
pembakaran yang masih
rendah.
Air fuel ratio
13-14:1
CO+ HC
Saat Kecepatan Rendah

Pada
kecepatan
rendah dan sedang,
perbandingan udara
dan bensin lebih
kurus
dari
perbandingan
teoritis.
Mesin
sudah memproduksi
CO, HC dan NOx.
Air fuel ratio
14-16:1
CO+ HC+ 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.
Air fuel ratio
13-14:1
CO+ HC+ NOx
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.
Air fuel ratio
8:1
CO+ HC+ 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. Dengan tidak
adanya
(berkurangnya)
pembakaran, maka temperature
ruang
bakar
akan
turun
sehingga produksi NOx juga
akan rendah.
l ra tio
Air fue
Ric h
C
C O+ H
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.
Air fu
el
11-1 ra tio
3: 1
C O+
HC +
NO x
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 ke intake manifold untuk dibakar kembali sesuai dengan
vacuum intake manifold.

Mesin Berhenti atau Back Firing
(Pembakaran Balik)
Sisi intake manifold

Katup
karena
sendiri
pegas.
menutup
beratnya
dan berat
Katup
Tutup katup PCV
Sisi cylinder head
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
Saluran vacuum sempit
Katup PCV terbuka
Normal

Kevacuuman
di
intake
manifold
normal,
katup
sedikit turun dari
posisi idling, saluran
terbuka
semakin
lebar.
Saluran vacuum lebar
Katup PCV terbuka
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.
Saluran vac uum
terbuka penuh
Katup PCV terbuka
BLOW-BY GAS
Pada grafik di samping
terlihat bahwa jumlah blowby 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 blowby gas juga disalurkan dari
saringan udara melalui pipa
penyambung saringan udara
ke cylinder head cover.
Small

Large
Grafik PCV
Weak
(flow load)
VACUUM
Strong
(idling)
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 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.
Dari Main Relay
EGR Valve
B
E
C
A
D
F
ECM
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 tidak berbahaya.
CO
HC
NOx
O2
CATALYST
CO2
H2O
N2

Pada
umumnya
catalyst
terbuat
dari
platinum,
palladium, iridium,
rhodium dan lainlain.
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.

Purific ation rate
100 %
0
300o C
400o C
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

4HC + 5O2

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.
Air c leaner
Throttle body
2CO2
4CO2 + 2H2O
Intake manifold
Engine
Exhaust m anifold
Oxidation c atalist
Exhaust gas
EGR
Air suction
or
Air injection
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 polusi 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 + 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.

PURIFICATION RATE
High
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.
Low

NO X
HC
CO
Operational
range of
converter
Ric her
Theoritical
air-fuel
ratio
Leaner
AIR-FUEL RATIO
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.
Air suc tion
valve
TWC-OC
Catalytic converter