Analisa Unjuk Kerja Mesin Otto EFI Satu Silinder Berbahan Bakar Campuran Premium Metanol Dengan Menggunakan Supercharger Listrik

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Supercharger

Peranti yang satu ini cara kerjanya adalah memasok udara tambahan dengan mengikuti rotasi putaran mesin, semisal putaran mesin mencapai 6000 rpm, begitu halnya dengan Supercharger, Keuntungannya adalah Supercharger ini bisa mendongkrak tenaga di putaran bawah, otomatis respon mesin terhadap akselerasi meningkat, kelemahannya Supercharger hanya bisa mendongkrak tenaga di putaran bawah saja.Biasanya Supercharger diaplikasikan pada mobil-mobil yang mengusung mesin V8 keatas, memang supercharger bagus, tapi hanya untuk putaran awalnya saja.

Sebuah supercharger memampatkan asupan udara untuk tekanan atmosfer di atas yang meningkatkan densitas saluran udara masuk ke mesin. Daya dihasilkan ketika campuran udara dan bahan bakar dibakar di dalam sebuah silinder mesin. Jika udara dipaksa lebih banyak ke dalam silinder, maka bahan bakar lebih dapat dibakar dan kekuasaan yang lebih diproduksi dengan stroke masing-masing. Tentu-disedot mesin beroperasi dengan udara terkompresi pada tekanan atmosfer atau 1 bar. Ketika katup intake silinder terbuka, tekanan atmosfer mendorong udara ke dalam silinder ketika piston diturunkan. Ketika katup buang terbuka, piston mendorong gas buang keluar ke dalam sistem knalpot, lagi pada tekanan atmosfer normal. Karena baik asupan dan knalpot ujung sistem ini adalah pada tekanan udara yang sama, tidak ada aliran alami udara melalui sistem. Pada mesin tersebut, timing katup, timing camshaft & knalpot ukuran sangat penting untuk mendapatkan output daya maksimum.

Dalam sistem supercharge, ada laju aliran massa udara yang lebih besar, yaitu kerapatan yang lebih tinggi dan kecepatan aliran udara. Tekanan udara meningkat kompresor dalam perjalanan ke mesin, daya lebih dihasilkan oleh pembakaran, dan gas buang keluar jauh lebih cepat, membuat timing dan knalpot ukuran kurang penting. Meskipun beberapa dari kekuatan tambahan dihasilkan

harus digunakan untuk menggerakkan pompa konpresor, hasil bersih lebih total daya dari sistem. supercharger yang mencakup sistem memotong katup yang memungkinkan supercharger untuk ‘siaga’ ‘kekuatan tinggi’ ketika tidak diperlukan, mematikan tekanan dan memungkinkan mesin untuk menjalankan sebagai mesin naturally aspirated. Katup bypass dapat dipasang secara remote, atau langsung ke intake port.

Supercharger ditemukan pertama kali oleh kakak beradik philander dan francis marion roots dari amerika serikat, yang idenya adalah meniupkan angin pada tungku besi. Kemudian pada tahun 1885 gottlieb daimler dibuatlah piranti fungsional pertama kali. Supercharger membutuhkan sumber putaran untuk menggerakan komponennya, sumber putarannya biasanya diambil dari tenaga mesin. Keunggulan dari supercharger ini adalah efeknya lebih spontan, dari putaran rendah sudah terjadi kenaikkan tenaga.

Gambar 2.1 Supercharger [7]

2.2 Supercharger Elektrik

Mengantisipasi regulasi yang harus dijalankan negara-negara dunia pada 2012, yaitu tentang emisi gas buang yang makin ketat. Di samping itu, juga memenuhi keinginan konsumen secara umum di seluruh dunia, yaitu kendaraan yang irit konsumsi bahan bakar, sekaligus ramah lingkungan.

Caranya, dengan menawarkan supercharger listrik (electric supercharger). Tujuannya, agar mesin bekerja makin efisien. Supercharger atau turbocharger listrik bukalahn temuan baru. Di Indonesia alat sudah dipasarkan sejak awal 1990-an.

Supercharger ini biayanya lebih murah dibandingkan dengan versi mekanis atau yang diputar oleh mesin (drive belt). Pemasangannya pun dinilai lebih gampang karena tak banyak lagi modifikasi. Hebatnya lagi, supercharger ini ditarget untuk mesin yang berkapasitas kecil. Pasalnya, supercharger ini tidak mempengaruhi langsung kinerja mesin. Bisa bekerja pada seluruh kondisi kerja mesin.Di lain hal, supercharger konvensional, untuk memutarnya, dibutuhkan tenaga langsung dari mesin. Tepatnya, untuk memutarnya, turbocharger mengkonsumsi sebagian kecil tenaga yang dihasilkan mesin.

Turbocharger yang digerakkan oleh gas buang – energi diperoleh secara gratis – hanya lancar bekerja pada putaran sedang dan tinggi (di atas 2.500 rpm). Pada putaran rendah, dengan tekanan gas buang yang masih lemah, terjadi gejala yang disebut “turbo lag”. Akibatnya, mesin kurang rensposif pada putaran rendah. Dengan supercharger, apalagi digerakkan oleh listrik (mengambil tenaga dari bateri 12 volt), sejak awal mesin bekerja udara tambahan sudah bisa dipasok ke dalam mesin. Dengan ini, tenaga atau torsi bisa diperoleh pada putaran lebih rendah. Hasilnya, selain irit bahan bakar, membuat mesin enak dan nyaman dikendarai di jalanan yang makin macet.

Diharapkan pula, dengan supercharger ini, penggunaan mesin ber-cc lebih kecil makin berkembang. Hal ini tidak hanya menguntungkan pemakai mesin dari konsumsi bahan bakar, harga juga bisa ditekan karena pajaknya lebih murah.

2.3 Metanol

Metanol adalah salah satu jenis bahan bakar alternatif untuk mesin pembakaran dalam dan beberapa jenis mesin lainnya. Metanol dapat digunakan dengan mencampurkannya denga Di Amerika Serikat, bahan bakar

jagung bisa memunculkan beberapa keuntungan politik. Secara umum, etanol juga lebih tidak beracun dan memiliki kandungan energi yang lebih tinggi, meskipun sebenarnya metanol lebih murah untuk diproduksi dan membutuhkan dana lebih sedikit untuk mengurangi emisi karbonnya. Meskipun begitu, untuk mengoptimalkan performa mesin, kesediaan bahan bakar, keuntungan politis dan kesehatan, campuran dari etanol, metanol, dan bensin sebaiknya digunakan bersamaan daripada hanya menggunakan ketiga jenis bahan bakar ini secara terpisah. Metanol dapat dibuat dari fosil atau sumber energi terbaharui lainnya.

Metanol, juga dikenal sebagai metil alkohol, wood alcohol atau spiritus,

adala

paling sederhana. Pada "keadaan atmosfer" ia berbentuk cairan yang ringan, mudah menguap, tidak berwarna, mudah terbakar, dan beracun dengan bau yang khas (berbau lebih ringan daripada pendingin anti beku, pelarut, bahan bakar dan sebagai bahan additif bagi etanol industri.

Metanol diproduksi secara alami oleh metabolism Hasil proses tersebut adalah uap metanol (dalam jumlah kecil) di udara. Setelah beberapa hari, uap metanol tersebut aka sinar terbakar di udara dan membentuk karbon dioksida dan air adalah sebagai berikut:

2 CH3OH + 3 O2→ 2 CO2 + 4 H2O

Api dari metanol biasanya tidak berwarna. Oleh karena itu, kita harus berhati-hati bila berada dekat metanol yang terbakar untuk mencegah cedera akibat api yang tak terlihat. Karena sifatnya yang beracun, metanol sering digunakan sebagai bahan additif bagi pembuatan alkohol untuk penggunaan industri; Penambahan "racun" ini akan menghindarkan industri dari pajak yang dapat dikenakan karena etanol merupakan bahan utama untuk minuman keras (minuman beralkohol). Metanol kadang juga disebut sebagai wood alcohol karena ia dahulu merupakan produk samping dari dihasilkan melului proses multi tahap. Secara singkat

dibakar dalam tungku untuk membentuk gas hidrogen dan kemudian, gas hidrogen dan karbon monoksida ini bereaksi dalam tekanan tinggi dengan bantuan adal

Metanol digunakan secara terbatas dalam dikarenakan metanol tidak mudah terbakar dibandingkan denga juga digunakan sebagai campuran utama untuk bahan bakar dalam konsentrasi tinggi adalah sifat oksida yang biasanya melindungi aluminium dari korosi:

6 CH3OH + Al2O3→ 2 Al(OCH3)3 + 3 H2O

Ketika diproduksi dari kayu atau bahan oganik lainnya, metanol organik tersebut merupaka (100% bioalkohol) sebagai bahan bakar tanpa modifikasi. Metanol juga digunakan sebagai

2.4 Premium

Premium atau sering kita sebut bensin merupakan sala satu hasil penyulingan (destilasi) dari minyak bumi. Bensin, atau Petrol (biasa disebut gasoline di kuningan, dan berasal dari pengolaha digunakan sebagai digunakan sebagai melarutkan cat. Sebagian besar bensin tersusun dari diperkaya denga kadang, bensin juga dicampur dengan bi

Bensin diproduksi di mesin modern. Material ini nantinya akan menjadi campuran hasil akhir.

Semua bensin terdiri da antara 4 sampai 12 (biasanya disebut C4 sampai C12). Kini bensin sudah hampir mejadi kebutuhan pokok masyarakat dunia yang semakin dinamis. Karena merupakan campuran berbagai bahan, daya bakar bensin berbeda-beda menurut komposisinya. Ukuran daya bakar ini dapat dilihat dari Indonesia, bensin diperdagangkan dalam dua kelompok besar: campuran standar, disebut premium, dan bensin super.

Bensin memiliki berbagai nama, tergantung pada produsen da jenis bensin yang dikenal di

•

•

•

•

untuk kebutuhan balap mobil.

•

•

•

•

•

•

2.5 Campuran Premium-Methanol

Penggunaan bensin-methanol dengan konsentrasi methanol akan dapat meningkatkan unjuk kerja secara umum pada kendaraan bermotor dan bahwa penggunaan campuran methanol pada bensin dapat meningkatkan sifat antiknocking pada bensin.

Efek lain dari penggunaan methanol sebagai campuran pada bensin adalah naiknya angka oktan.

Table 2.1 RON campuran bensin-metanol [6]

% CH3OH

Research Octane

Blending Octane

0 90.8 136.8

10 95.4 129.5

15 96.6 126.8

20 98

0 + 3cc TEL 98

15 + 3 CC

TEL 101.9 124

2.6 Motor Bensin

Motor bensin merupakan salah satu penggerak mula yang berperan penting sebagai tenaga penggerak. Motor bensin yang menggerakkan mobil penumpang, truk, sepeda motor dan jenis kenderaan lain saat ini merupakan perkembangan dan perbaikan mesin yang sejak semula dikenal mesin otto. Pada motor bensin untuk mendapatkan energi termal diperlukan proses pembakaran dengan menggunakan campuran bahan bakar dan udara di dalam mesin, sehingga motor bensin disebut juga sebagai motor pembakaran dalam (Internal Combustion Engine). Di dalam proses pembakaran ini gas hasil pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja. Pada motor bensin campuran bahan bakar dan udara terjadi di dalam karburator, kemudian diisap masuk ke dalam silinder selama langkah pengisapan. Kemudian campuran tersebut dimampatkan (dikompresikan) oleh torak dalam silinder dan pada akhir langkah kompresi terjadi loncatan bunga api listrik dari busi, akibatnya campuran bahan bakar dan udara terbakar sehingga diperoleh tenaga panas yang kemudian dikonversikan menjadi tenaga mekanik. Tenaga mekanik tersebut dapat menimbulkan gerak translasi pada torak dan gerak rotasi pada poros engkol, yang pada akhirnya mesin dapat menghasilkan energi gerak secara berkesinambungan.

2.6.1 Motor Bensin Empat Langkah

Motor empat langkah adalah motor yang menghasilkan satu kali usaha dalam empat kali langkah torak atau dua kali putaran poros engkol. Adapun langkah-langkah yang dimaksud adalah langkah isap (pemasukan bahan bakar-udara), langkah kompresi (pemampatan), langkah ekspansi (usaha) dan langkah pembuangan. Cara kerja motor bensin 4 langkah ini dapat dilihat pada gambar berikut:

Gambar 2.2 Cara kerja motor bensin 4 langkah [1]

Adapun siklus otto yang terjadi pada motor bensin empat langkah adalah sebagai berikut:

Proses – proses yang terjadi :

 Proses (0 – 1) = Langkah isap (udara murni) pada tekanan konstan.

Pada langkah isap, piston bergerak dari TMA menuju TMB. Saat piston bergerak turun, katup masuk dalam keadaan terbuka, sehingga campuran bahan bakar dan udara terhisap ke dalam silinder. Ketika piston mencapai TMB, katup masuk dalam keadaan tertutup, dapat dikatakan bahwa langkah isap selesai.

W0-1 = P0 (V1 – V2).

 Proses (1 – 2) = Langkah kompresi isentropik.

Pada langkah kompresi, kedua katup (katup masuk dan katup buang) dalam keadaan tertutup. Piston bergerak naik dari TMB menuju TMA mendorong campuran bahan bakar dan udara dalam silinder, sehingga menyebabkan tekanan udara dalam silinder meningkat. Sebelum piston mencapai TMA campuran bahan bakar dan udara yang bertekanan tinggi dibakar oleh loncatan bunga api busi.

 Proses (2 – 3) = Proses pembakaran (pemasukan kalor pada volume konstan).

Pada proses ini kedua katup tertutup. Piston berada di TMA dan loncatan api busi yang bereaksi dengan campuran udara dan bahan bakar bertekanan tinggi akan menimbulkan pembakaran.

Qin = Cv (T3 – T2).

 Proses (3 – 4) = Langkah ekspansi (kerja)

Pada langkah kerja loncatan api busi yang bereaksi dengan campuran bahan bakar dan udara bertekanan tinggi akan menimbulkan letusan. Letusan ini akan menghasilkan tenaga yang mendorong piston bergerak turun menuju TMB. Tenaga yang dihasilkan oleh langkah kerja diteruskan oleh poros engkol untuk menggerakan gigi transmisi yang menggerakkan gear depan.

 Proses (4 – 1) = Proses pembuangan (pengeluaran kalor) pada volume konstan.

Pada proses ini katup isap tertutup dan katup buang terbuka. Posisi piston berada di TMB.

Qout = Cv (T4 – T1).

Pada langkah pembuangan, piston bergerak naik dari TMB menuju TMA. Katup masuk dalam keadaan tertutup dan katup buang dalam keadaan terbuka. Gas sisa hasil pembakaran terdorong keluar menuju saluran pembuangan. Dengan terbuangnya gas sisa pembakaran, berarti kerja dari langkah – langkah mesin untuk satu kali proses kerja (siklus) telah selesai.

W1-0 = P1 (V2 – V1)

2.6.2 Performansi Mesin Otto

Bagian ini membahas tentang performansi mesin pembakaran dalam. Parameter mekanik yang termasuk dalam subbab ini adalah torsi, daya, perbandingan udara bahan bakar, konsumsi bahan bakar spesifik dan effisiensi dari pembakaran di dalam mesin

a. Torsi

Torsi adalah ukuran kemampuan mesin untuk melakukan kerja, jadi torsi adalah suatu energi. Besaran torsi adalah besaran turunan yang biasa digunakan untuk menghitung energi yang dihasilkan dari benda yang berputar pada porosnya.. Apabila suatu benda berputar dan mempunyai besar gaya sentrifugal sebesar F, benda berputar pada porosnya dengan jari-jari sebesar r, dengan data tersebut torsinya dapat dihitung dengan rumus :

T = F x r x Torsiblower ... (2.1)

Dimana : T = Torsi (Nm)

F = Gaya yang dihasilkan (N)

r = Jarak poros dengan titik gaya (m)

Pada mesin otto untuk mengetahui daya poros harus diukur atau diketahui dulu torsinya. Torsi (torque) yang dihasilkan suatu mesin dapat

diukur dengan menggunakan dynamometer yang dikopel dengan poros

sebagai daya rem (Brake Power) karena alat ukur ini bertindak sebagai rem dalam sebuah mesin yang diukur

.

b. _Daya

Alat yang digunakan untuk mengukur torsi dinamakan dynamometer , alat ini di kopel dengan poros output mesin. Cara kerja dynamometer mirip dengan kerja sebuah rem yang dilekatkan ke poros mesin, maka daya yang diukur dinamakan dengan daya rem ( brake power ).

�

�

=

2×₆₀₀₀₀�×� ... (2.2) Dimana :�_� = Daya keluaran (KW)

N = putaran mesin (rpm)

T = Torsi (N.m)

c. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (specific fuel consumption, sfc)

Nilai ekonomis sebuah mesin ditunjukkan dengan seberapa besar jumlah bahan bakar yang dipakai untuk menghasilkan sejumlah daya selang waktu tertentu. Satuan untuk sfc adalah kg/jam, maka

���= ṁ�×103

�� ... (2.3)

dimana : Sfc = konsumsi bahan bakar spesifik (g/kW.h).

�̇f = laju aliran bahan bakar (kg/jam)

Besarnya laju aliran massa bahan bakar (�̇f) dihitung dengan persamaan berikut :

ṁ� =�������10−3

Dimana : sgf = spesific gravity

�� = volume bahan bakar yang diuji

�� = waktu untuk menghabiskan bahan bakar (detik)

d. Effisiensi Thermal

Energy yang dibangkitkan oleh piston akan lebih besar dari ekerja yang terpakai. Hal ini dikarenakan adanya rugi-rugi mekanis yang terdapat pada mesin itu sendiri. Maka perlu dicari kerja maksimum yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini dipanggil dengan nama efisiensi termal brake.

�� = _��������_{�����}��������_����������_{�����} ... (2.5)

Laju panas yang masuk Q, dapat dihitung dengan rumus berikut :

� =ṁ�×��� ... (2.6) Dimana, LHV = nilai kalor bawah bahan bakar (kj/kg)

Jika daya keluaran (�_�) dalam satuan kW, laju aliran bahan bakar �_� dalam satuan kg/jam dan ηc = efisiensi pembakaran, maka:

�� = _�̇���

.���.��× 3600 ... (2.7)

e. Rasio Udara - Bahan Bakar (AFR)

Energi yang masuk kedalam sebuah mesin �_�� berasal dari

pembakaran bahan bakar hidrokarbon. Udara digunakan untuk menyuplai oksigen yang dibutuhkan untuk mendapatkan reaksi kimia didalam ruang bakar. Agar terjadinya reaksi pembakaran, jumlah oksigen dan bahan bakar harus tepat. Yang dirumuskan sebagai berikut:

��� =��

�� = ṁ�

�� = ��(_���_.�+_���) ... (2.9)

Dimana: �_� = massa udara di dalam silinder per siklus (kg/cyl-cycle)

�� = massa bahan bakar di dalam silinder per siklus

ṁ� = laju aliran udara didalam mesin (kg/jam)

ṁ� = laju aliran bahan bakar di dalam mesin (kg/jam)

�� = tekanan udara masuk silinder (kpa)

�� = temperatur udara masuk silinder (k)

� = konstanta udara (Kj/Kg.k)

�� = volume langkah (displacement)(m3)

�� = volume sisa (m3)

f. Efisiensi Volumetris

Efisiensi volumetris adalah perbandingan antara jumlah udara yang masuk atau terisap sebenarnya ke dalam ruang bakar terhadap jumlah udara yang mengisi volume langkah pada suhu dan tekanan yang sama. Efisiensi volumetris merupakan salah satu proses penting yang menentukan berapa besar daya yang dapat diperoleh dari sebuah mesin dengan jumlah maksimum udara yang dapat masuk ke dalam silinder setiap siklus. Lebih banyak udara berarti lebih banyak bahan bakar yang dapat dibakar dan lebih banyak energi dapat dikonversi menjadi daya. Idealnya, massa udara sama dengan kerapatan udara atmosfer setelah masuk ke dalam silinder tiap siklus. Namun, karena waktu siklus yang sangat pendek dan saluran masuk udara seperti karburator, intake manifold dan katup mengakibatkan banyak kerugian sehingga udara yang masuk ke dalam silinder lebih sedikit dari udara yang seharusnya (Willard W.P,1996). Efisiensi volumetris dihitung dengan rumus sebagai berikut :

�

�

=

_ρ���_×�� ... (2.10)

Dimana:

ma = massa udara di dalam silinder per siklus

Vd = volume langkah (displacement) (m3)

Untuk

ρ

_�

=

��

��� ... (2.11)

2.7 Nilai Kalor Bahan Bakar

Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan panas. Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan bahan bakar dibakar sempurna disebut nilai kalor bahan bakar (Calorific Value, CV). Bedasarkan asumsi ikut tidaknya panas laten pengembunan uap air dihitung sebagai bagian dari nilai kalor suatu bahan bakar, maka nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan nilai kalor bawah.

Nilai kalor atas (High Heating Value,HHV), merupakan nilai kalor yang diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan kalorimeter dimana hasil pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar uap air yang terbentuk dari pembakaran hidrogen mengembun dan melepaskan panas latennya. Data yang diperoleh dari hasil pengujian bom calorimeter adalah temperatur air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan. Selanjutnya untuk menghitung nilai kalor atas, dapat dihitung dengan persamaan berikut: Secara teoritis, besarnya nilai kalor atas (HHV) dapat dihitung bila diketahui komposisi bahan bakarnya dengan menggunakan persamaan Dulong :

HHV = (T2 – T1 – Tkp) × Cv ... (2.12) Dimana:

HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg)

T1 = Temperatur air pendingin sebelum penyalaan (0_C)

T2 = Temperatur air pendingin sesudah penyalaan (0_C)

Cv = Panas jenis bomkalorimeter (73529.6 Kj/kg0_C)

Tkp = Kenaikan temperatur akibat kawat penyalaan (0.050C)

Sedankan nilai kalor bawah dihiung dengan persaman berikut

HHV = 33950 + 144200 (H2-�2

8) + 9400 S ... (2.13)

Dimana: HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg)

C = Persentase karbon dalam bahan bakar H2 = Persentase hidrogen dalam bahan bakar

O2 = Persentase oksigen dalam bahan bakar

S = Persentase sulfur dalam bahan bakar

Nilai kalor bawah (low Heating Value, LHV), merupakan nilai kalor bahan bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air. Umumnya kandungan hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15 % yang berarti setiap satu satuan bahan bakar, 0,15 bagian merupakan hidrogen. Pada proses pembakaran sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar adalah setengah dari jumlah mol hidrogennya.

Selain berasal dari pembakaran hidrogen, uap air yang terbentuk pada proses pembakaran dapat pula berasal dari kandungan air yang

memang sudah ada didalam bahan bakar (moisture). Panas laten

pengkondensasian uap air pada tekanan parsial 20 kN/m2 _{(tekanan yang}

umum timbul pada gas buang) adalah sebesar 2400 kJ/kg, sehingga besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut :

LHV = HHV – 2400 (M + 9 H2) ... (2.14)

Dimana: LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg)

M = Persentase kandungan air dalam bahan bakar

(moisture)

Dalam perhitungan efisiensi panas dari motor bakar, dapat menggunakan nilai kalor bawah (LHV) dengan asumsi pada suhu tinggi saat gas buang meninggalkan mesin tidak terjadi pengembunan uap air. Namun dapat juga menggunakan nilai kalor atas (HHV) karena nilai tersebut umumnya lebih cepat tersedia. Peraturan pengujian berdasarkan ASME (American of Mechanical Enggineers) menentukan penggunaan nilai

kalor atas (HHV), sedangkan peraturan SAE (Society of Automotive

Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor bawah (LHV).

2.8 Sistem Bahan Bakar Ijeksi (EFI)

2.8.1 Perkembangan Sistem Bahan Bakar Injeksi

Sistem bahan bakar tipe injeksi merupakan langkah inovasi yang sedang dikembangkan untuk diterapkan pada sepeda motor. Tipe injeksi sebenarnya sudah mulai diterapkan pada sepeda motor dalam jumlah terbatas pada tahun 1980-an, dimulai dari sistem injeksi mekanis kemudian berkembang menjadi sistem injeksi elektronis. Sistem injeksi mekanis disebut juga sistem injeksi kontinyu (K-Jetronic) karena injektor menyemprotkan secara terus menerus ke setiap saluran masuk (intake manifold). Sedangkan sistem injeksi elektronis atau yang lebih dikenal dengan Electronic Fuel Injection (EFI), volume dan waktu penyemprotannya dilakukan secara elektronik. Sistem EFI kadang disebut juga dengan EGI (Electronic Gasoline Injection), EPI (Electronic Petrol Injection), PGM-FI (Programmed Fuel Injenction) dan Engine Management. Penggunaan sistem bahan bakar injeksi pada sepeda motor komersil di Indonesia sudah mulai dikembangkan. Salah satu contohnya adalah pada salah satu tipe yang di produksi Astra Honda Mesin, yaitu pada Supra X 125. Istilah sistem EFI pada Honda adalah PGM-FI (Programmed Fuel Injection) atau sistem bahan bakar yang telah terprogram. Secara umum, penggantian system bahan bakar konvensional ke

sistem EFI dimaksudkan agar dapat meningkatkan unjuk kerja dan tenaga mesin yang lebih baik, akselarasi yang lebih stabil pada setiap putaran mesin, pemakaian bahan bakar yang ekonomis dan menghasilkan kandungan racun (emisi) gas buang yang lebih sedikit sehingga bisa lebih ramah terhadap lingkungan. Selain itu, kelebihan dari mesin dengan bahan bakar tipe injeksi ini adalah lebih mudah dihidupkan pada saat lama tidak digunakan, serta tidak terpengaruh pada temperatur di lingkungannya. Sepeda Motor Sistem Bahan Bakar Injeksi.

2.8.2. Prinsip Kerja Sistem EFI

Istilah sistem injeksi bahan bakar (EFI) dapat digambarkan sebagai suatu sistem yang menyalurkan bahan bakarnya dengan menggunakan pompa pada tekanan tertentu untukmencampurnya dengan udara yang masuk ke ruang bakar. Pada sistem EFI dengan mesin berbahan bakar bensin, pada umumnya proses penginjeksian bahan bakar terjadi di bagian ujung intake manifold/manifold masuk sebelum katup/klep masuk (inlet valve). Pada saat katup masuk terbuka, yaitu pada langkah hisap, udara yang masuk ke ruang bakar sudah bercampur dengan bahan bakar. Secara ideal, sistem EFI harus dapat mensuplai sejumlah bahan bakar yang disemprotkan agar dapat bercampur dengan udara dalam perbandingan campuran yang tepat sesuai kondisi putaran dan beban mesin, kondisi suhu kerja mesin dan suhu atmosfir saat itu. Sistem harus dapat mensuplai jumlah bahan bakar yang bervariasi, agar perubahan kondisi operasi kerja mesin tersebut dapat dicapai dengan unjuk kerja mesin yang tetap optimal.

2.8.3. Dasar Sistem EFI

Secara umum, sistem EFI dapat dibagi menjadi tiga bagian/sistem utama, yaitu; a) sistem bahan bakar (fuel system), b) sistem kontrol elektronik (electronic control system), dan c) sistem induksi/pemasukan udara (air induction system). Ketiga sistem utama ini akan dibahas satu persatu di bawah ini. Jumlah komponen-komponen yang terdapat pada sistem EFI bisa berbeda pada setiap jenis sepeda mesin. Semakin lengkap komponen sistem EFI yang digunakan, tentu kerja sistem EFI akan lebih baik sehingga bisa menghasilkan unjuk kerja mesin yang lebih optimal pula. Dengan semakin lengkapnya komponen-komponen

sistem EFI (misalnya sensor-sensor), maka pengaturan koreksi yang diperlukan untuk mengatur perbandingan bahan bakar dan udara yang sesuai Sepeda Motor Sistem Bahan Bakar Injeksi dengan kondisi kerja mesin akan semakin sempurna.

2.9 Emisi Gas Buang

Emisi gas buang adalah sisa hasil pembakaran bahan bakar di dalam dikeluarkan melalu

Polutan dibedakan menjadi polutan primer atau sekunder.Polutan primer seperti nitrogen oksida (NOx) dan hidrokarbon (HC) langsung dibuangkan ke udara bebas dan mempertahankan bentuknya seperti pada saat pembuangan. Polutan sekunder seperti ozon (O3) dan peroksiasetil

nitrat (PAN) adalah polutan yang terbentuk di atmosfer melalui reaksi fotokimia, hidrolisis atau oksidasi. Adapun standarisasi emisi gas buang berdasarkan peraturan menteri negara lingkungan hidup nomor 05 tahun 2006 tentang ambang batas emisi gas buang.[Lampiran].

2.9.1 Komposisi Kimia

Polutan dibedakan menjadi organik dan inorganik. Polutan organik mengandung karbon dan hidrogen, juga beberapa elemen seperti oksigen, nitrogen, sulfur atau fosfor, contohnya : hidrokarbon, keton, alkohol, ester dan lain-lain. Polutan inorganik seperti : karbon monoksida (CO), karbonat, nitrogen oksida, ozon dan lainnya.

Polutan dibedakan menjadi partikulat atau gas. Partikulat dibagi menjadi padatan dan cairan seperti : debu, asap, abu, kabut dan spray, partikulat dapat bertahan di atmosfer. Sedangkan polutan berupa gas tidak bertahan di atmosfer dan bercampur dengan udara bebas.

a. Partikulat

Polutan partikulat yang berasal dari kendaraan bermotor umumnya merupakan fasa padat yang terdispersi dalam udara dan membentuk asap. Fasa padatan tersebut berasal dari pembakaran tak sempurna bahan bakar dengan udara, sehingga terjadi tingkat ketebalan asap yang tinggi. Selain itu partikulat juga mengandung timbal yang merupakan bahan aditif untuk meningkatkan kinerja pembakaran bahan bakar pada mesin kendaraan.

Apabila butir-butir bahan bakar yang terjadi pada penyemprotan kedalam silinder motor terlalu besar atau apabila butir–butir berkumpul menjadi satu, maka akan terjadi dekomposisi yang menyebabkan terbentuknya karbon–karbon padat atau angus. Hal ini disebabkan karena pemanasan udara yang bertemperatur tinggi, tetapi penguapan dan pencampuran bahan bakar dengan udara yang ada di dalam silinder tidak dapat berlangsung sempurna, terutama pada saat–saat dimana terlalu banyak bahan bakar disemprotkan yaitu pada waktu daya motor akan diperbesar, misalnya untuk akselerasi, maka terjadinya angus itu tidak dapat dihindarkan. Jika angus yang terjadi itu terlalu banyak, maka gas buang yang keluar dari gas buang motor akan bewarna hitam.

b. Unburned Hidrocarbon (UHC)

Hidrokarbon yang tidak terbakar dapat terbentuk tidak hanya karena campuran udara bahan bakar yang gemuk, tetapi bisa saja pada campuran kurus bila suhu pembakarannya rendah dan lambat serta bagian dari dinding ruang pembakarannya yang dingin dan agak besar. Motor memancarkan banyak hidrokarbon kalau baru saja dihidupkan atau berputar bebas (idle) atau waktu pemanasan.

Pemanasan dari udara yang masuk dengan menggunakan gas buang meningkatkan penguapan dari bahan bakar dan mencegah pemancaran hidrokarbon. Jumlah hidrokarbon tertentu selalu ada dalam penguapan bahan bakar, di tangki bahan bakar dan dari kebocoran gas

yang melalui celah antara silinder dari torak masuk kedalam poros engkol, yang disebut dengan blow by gasses (gas lalu).Pembakaran tak sempurna pada kendaraan juga menghasilkan gas buang yang mengandung hidrokarbon. Hal ini pada motor diesel terutama disebabkan oleh campuran lokal udara bahan bakar tidak dapat mencapai batas mampu bakar.

c. Karbon Monoksida (CO)

Karbon dan Oksigen dapat bergabung membentuk senyawa karbon monoksida (CO) sebagai hasil pembakaran yang tidak sempurna dan karbon dioksida (CO2) sebagai hasil pembakaran sempurna. Karbon

monoksida merupakan senyawa yang tidak berbau, tidak berasa dan pada suhu udara normal berbentuk gas yang tidak berwarna. Gas ini akan dihasilkan bila karbon yang terdapat dalam bahan bakar (kira–kira 85 % dari berat dan sisanya hidrogen) terbakar tidak sempurna karena kekurangan oksigen. Hal ini terjadi bila campuran udara bahan bakar lebih gemuk dari pada campuran stoikiometris, dan terjadi selama idling pada beban rendah atau pada output maksimum. Karbon monoksida tidak dapat dihilangkan jika campuran udara bahan bakar gemuk. Bila campuran kurus karbon monoksida tidak terbentuk.

d. Oksigen (O2)

Oksigen (O2) sangat berperan dalam proses pembakaran, dimana

oksigen tersebut akan diinjeksikan ke ruang bakar. Dengan tekanan yang sesuai akan mengakibatkan terjadinya pembakaran bahan bakar. Dalam ruang bakar, campuran udara dan bensin dapat terbakar dengan sempurna apabila bentuk dari ruang bakar tersebut melengkung secara sempurna. Kondisi ini memungkinkan molekul bensin dan molekul udara dapat dengan mudah bertemu untuk bereaksi dengan sempurna pada proses pembakaran. Tapi sayangnya, ruang bakar tidak dapat sempurna melengkung dan halus sehingga memungkinkan molekul bensin

seolah-olah bersembunyi dari molekul oksigen dan menyebabkan proses pembakaran tidak terjadi dengan sempurna.

Normalnya konsentrasi oksigen di gas buang adalah sekitar 1.2% atau lebih kecil bahkan mungkin 0%. Tapi kita harus berhati-hati apabila konsentrasi oksigen mencapai 0%. Ini menunjukkan bahwa semua oksigen dapat terpakai semua dalam proses pembakaran dan ini dapat berarti bahwa AFR cenderung kaya. Dalam kondisi demikian, rendahnya konsentrasi oksigen akan berbarengan dengan tingginya emisi CO.

Dimana: LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg)

M = Persentase kandungan air dalam bahan bakar

(moisture)

Dalam perhitungan efisiensi panas dari motor bakar, dapat menggunakan nilai kalor bawah (LHV) dengan asumsi pada suhu tinggi saat gas buang meninggalkan mesin tidak terjadi pengembunan uap air. Namun dapat juga menggunakan nilai kalor atas (HHV) karena nilai tersebut umumnya lebih cepat tersedia. Peraturan pengujian berdasarkan ASME (American of Mechanical Enggineers) menentukan penggunaan nilai kalor atas (HHV), sedangkan peraturan SAE (Society of Automotive Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor bawah (LHV).

2.8 Sistem Bahan Bakar Ijeksi (EFI)

2.8.1 Perkembangan Sistem Bahan Bakar Injeksi

Sistem bahan bakar tipe injeksi merupakan langkah inovasi yang sedang dikembangkan untuk diterapkan pada sepeda motor. Tipe injeksi sebenarnya sudah mulai diterapkan pada sepeda motor dalam jumlah terbatas pada tahun 1980-an, dimulai dari sistem injeksi mekanis kemudian berkembang menjadi sistem injeksi elektronis. Sistem injeksi mekanis disebut juga sistem injeksi kontinyu (K-Jetronic) karena injektor menyemprotkan secara terus menerus ke setiap saluran masuk (intake manifold). Sedangkan sistem injeksi elektronis atau yang lebih dikenal dengan Electronic Fuel Injection (EFI), volume dan waktu penyemprotannya dilakukan secara elektronik. Sistem EFI kadang disebut juga dengan EGI (Electronic Gasoline Injection), EPI (Electronic Petrol Injection), PGM-FI (Programmed Fuel Injenction) dan Engine Management. Penggunaan sistem bahan bakar injeksi pada sepeda motor komersil di Indonesia sudah mulai dikembangkan. Salah satu contohnya adalah pada salah satu tipe yang di produksi Astra Honda Mesin, yaitu pada Supra X 125. Istilah sistem EFI pada Honda adalah PGM-FI (Programmed Fuel Injection) atau sistem bahan bakar yang telah terprogram. Secara umum, penggantian system bahan bakar konvensional ke

sistem EFI dimaksudkan agar dapat meningkatkan unjuk kerja dan tenaga mesin yang lebih baik, akselarasi yang lebih stabil pada setiap putaran mesin, pemakaian bahan bakar yang ekonomis dan menghasilkan kandungan racun (emisi) gas buang yang lebih sedikit sehingga bisa lebih ramah terhadap lingkungan. Selain itu, kelebihan dari mesin dengan bahan bakar tipe injeksi ini adalah lebih mudah dihidupkan pada saat lama tidak digunakan, serta tidak terpengaruh pada temperatur di lingkungannya. Sepeda Motor Sistem Bahan Bakar Injeksi.

2.8.2. Prinsip Kerja Sistem EFI

Istilah sistem injeksi bahan bakar (EFI) dapat digambarkan sebagai suatu sistem yang menyalurkan bahan bakarnya dengan menggunakan pompa pada tekanan tertentu untukmencampurnya dengan udara yang masuk ke ruang bakar. Pada sistem EFI dengan mesin berbahan bakar bensin, pada umumnya proses penginjeksian bahan bakar terjadi di bagian ujung intake manifold/manifold masuk sebelum katup/klep masuk (inlet valve). Pada saat katup masuk terbuka, yaitu pada langkah hisap, udara yang masuk ke ruang bakar sudah bercampur dengan bahan bakar. Secara ideal, sistem EFI harus dapat mensuplai sejumlah bahan bakar yang disemprotkan agar dapat bercampur dengan udara dalam perbandingan campuran yang tepat sesuai kondisi putaran dan beban mesin, kondisi suhu kerja mesin dan suhu atmosfir saat itu. Sistem harus dapat mensuplai jumlah bahan bakar yang bervariasi, agar perubahan kondisi operasi kerja mesin tersebut dapat dicapai dengan unjuk kerja mesin yang tetap optimal.

2.8.3. Dasar Sistem EFI

Secara umum, sistem EFI dapat dibagi menjadi tiga bagian/sistem utama, yaitu; a) sistem bahan bakar (fuel system), b) sistem kontrol elektronik (electronic control system), dan c) sistem induksi/pemasukan udara (air induction system). Ketiga sistem utama ini akan dibahas satu persatu di bawah ini. Jumlah komponen-komponen yang terdapat pada sistem EFI bisa berbeda pada setiap jenis sepeda mesin. Semakin lengkap komponen sistem EFI yang digunakan, tentu kerja sistem EFI akan lebih baik sehingga bisa menghasilkan unjuk kerja mesin yang lebih optimal pula. Dengan semakin lengkapnya komponen-komponen

sistem EFI (misalnya sensor-sensor), maka pengaturan koreksi yang diperlukan untuk mengatur perbandingan bahan bakar dan udara yang sesuai Sepeda Motor Sistem Bahan Bakar Injeksi dengan kondisi kerja mesin akan semakin sempurna.

2.9 Emisi Gas Buang

Emisi gas buang adalah sisa hasil pembakaran bahan bakar di dalam dikeluarkan melalu

Polutan dibedakan menjadi polutan primer atau sekunder.Polutan primer seperti nitrogen oksida (NOx) dan hidrokarbon (HC) langsung dibuangkan ke udara bebas dan mempertahankan bentuknya seperti pada saat pembuangan. Polutan sekunder seperti ozon (O3) dan peroksiasetil

nitrat (PAN) adalah polutan yang terbentuk di atmosfer melalui reaksi fotokimia, hidrolisis atau oksidasi. Adapun standarisasi emisi gas buang berdasarkan peraturan menteri negara lingkungan hidup nomor 05 tahun 2006 tentang ambang batas emisi gas buang.[Lampiran].

2.9.1 Komposisi Kimia

Polutan dibedakan menjadi organik dan inorganik. Polutan organik mengandung karbon dan hidrogen, juga beberapa elemen seperti oksigen, nitrogen, sulfur atau fosfor, contohnya : hidrokarbon, keton, alkohol, ester dan lain-lain. Polutan inorganik seperti : karbon monoksida (CO), karbonat, nitrogen oksida, ozon dan lainnya.

Polutan dibedakan menjadi partikulat atau gas. Partikulat dibagi menjadi padatan dan cairan seperti : debu, asap, abu, kabut dan spray, partikulat dapat bertahan di atmosfer. Sedangkan polutan berupa gas tidak bertahan di atmosfer dan bercampur dengan udara bebas.

a. Partikulat

Polutan partikulat yang berasal dari kendaraan bermotor umumnya merupakan fasa padat yang terdispersi dalam udara dan membentuk asap. Fasa padatan tersebut berasal dari pembakaran tak sempurna bahan bakar dengan udara, sehingga terjadi tingkat ketebalan asap yang tinggi. Selain itu partikulat juga mengandung timbal yang merupakan bahan aditif untuk meningkatkan kinerja pembakaran bahan bakar pada mesin kendaraan.

Apabila butir-butir bahan bakar yang terjadi pada penyemprotan kedalam silinder motor terlalu besar atau apabila butir–butir berkumpul menjadi satu, maka akan terjadi dekomposisi yang menyebabkan terbentuknya karbon–karbon padat atau angus. Hal ini disebabkan karena pemanasan udara yang bertemperatur tinggi, tetapi penguapan dan pencampuran bahan bakar dengan udara yang ada di dalam silinder tidak dapat berlangsung sempurna, terutama pada saat–saat dimana terlalu banyak bahan bakar disemprotkan yaitu pada waktu daya motor akan diperbesar, misalnya untuk akselerasi, maka terjadinya angus itu tidak dapat dihindarkan. Jika angus yang terjadi itu terlalu banyak, maka gas buang yang keluar dari gas buang motor akan bewarna hitam.

b. Unburned Hidrocarbon (UHC)

Hidrokarbon yang tidak terbakar dapat terbentuk tidak hanya karena campuran udara bahan bakar yang gemuk, tetapi bisa saja pada campuran kurus bila suhu pembakarannya rendah dan lambat serta bagian dari dinding ruang pembakarannya yang dingin dan agak besar. Motor memancarkan banyak hidrokarbon kalau baru saja dihidupkan atau berputar bebas (idle) atau waktu pemanasan.

Pemanasan dari udara yang masuk dengan menggunakan gas buang meningkatkan penguapan dari bahan bakar dan mencegah pemancaran hidrokarbon. Jumlah hidrokarbon tertentu selalu ada dalam penguapan bahan bakar, di tangki bahan bakar dan dari kebocoran gas

yang melalui celah antara silinder dari torak masuk kedalam poros engkol, yang disebut dengan blow by gasses (gas lalu).Pembakaran tak sempurna pada kendaraan juga menghasilkan gas buang yang mengandung hidrokarbon. Hal ini pada motor diesel terutama disebabkan oleh campuran lokal udara bahan bakar tidak dapat mencapai batas mampu bakar.

c. Karbon Monoksida (CO)

Karbon dan Oksigen dapat bergabung membentuk senyawa karbon monoksida (CO) sebagai hasil pembakaran yang tidak sempurna dan karbon dioksida (CO2) sebagai hasil pembakaran sempurna. Karbon

monoksida merupakan senyawa yang tidak berbau, tidak berasa dan pada suhu udara normal berbentuk gas yang tidak berwarna. Gas ini akan dihasilkan bila karbon yang terdapat dalam bahan bakar (kira–kira 85 % dari berat dan sisanya hidrogen) terbakar tidak sempurna karena kekurangan oksigen. Hal ini terjadi bila campuran udara bahan bakar lebih gemuk dari pada campuran stoikiometris, dan terjadi selama idling pada beban rendah atau pada output maksimum. Karbon monoksida tidak dapat dihilangkan jika campuran udara bahan bakar gemuk. Bila campuran kurus karbon monoksida tidak terbentuk.

d. Oksigen (O2)

Oksigen (O2) sangat berperan dalam proses pembakaran, dimana

oksigen tersebut akan diinjeksikan ke ruang bakar. Dengan tekanan yang sesuai akan mengakibatkan terjadinya pembakaran bahan bakar. Dalam ruang bakar, campuran udara dan bensin dapat terbakar dengan sempurna apabila bentuk dari ruang bakar tersebut melengkung secara sempurna. Kondisi ini memungkinkan molekul bensin dan molekul udara dapat dengan mudah bertemu untuk bereaksi dengan sempurna pada proses pembakaran. Tapi sayangnya, ruang bakar tidak dapat sempurna melengkung dan halus sehingga memungkinkan molekul bensin

seolah-olah bersembunyi dari molekul oksigen dan menyebabkan proses pembakaran tidak terjadi dengan sempurna.

Normalnya konsentrasi oksigen di gas buang adalah sekitar 1.2% atau lebih kecil bahkan mungkin 0%. Tapi kita harus berhati-hati apabila konsentrasi oksigen mencapai 0%. Ini menunjukkan bahwa semua oksigen dapat terpakai semua dalam proses pembakaran dan ini dapat berarti bahwa AFR cenderung kaya. Dalam kondisi demikian, rendahnya konsentrasi oksigen akan berbarengan dengan tingginya emisi CO.