Sekelumit Analisa Gas Buang

Dalam mendukung usaha pelestarian lingkungan hidup, negara-negara di dunia mulai menyadari bahwa gas buang kendaraan merupakan salah satu polutan atau sumber pencemaran udara terbesar oleh karena itu, gas buang kendaraan harus dibuat “sebersih” mungkin agar tidak mencemari udara. Pada negara-negara yang memiliki standar emisi gas buang kendaraan yang ketat, ada 5 unsur dalam gas buang kendaraan yang akan diukur yaitu senyawa HC, CO, CO2, O2 dan senyawa NOx. Sedangkan pada negara-negara yang standar emisinya tidak terlalu ketat, hanya mengukur 4 unsur dalam gas buang yaitu senyawa HC, CO, CO2 dan O2.

Emisi Senyawa Hidrokarbon
Bensin adalah senyawa hidrokarbon, jadi setiap HC yang didapat di gas buang kendaraan menunjukkan adanya bensin yang tidak terbakar dan terbuang bersama sisa pembakaran. Apabila suatu senyawa hidrokarbon terbakar sempurna (bereaksi dengan oksigen) maka hasil reaksi pembakaran tersebut adalah karbondioksida (CO2) dan air(H¬2O). Walaupun rasio perbandingan antara udara dan bensin (AFR=Air-to-Fuel-Ratio) sudah tepat dan didukung oleh desain ruang bakar mesin saat ini yang sudah mendekati ideal, tetapi tetap saja sebagian dari bensin seolah-olah tetap dapat “bersembunyi” dari api saat terjadi proses pembakaran dan menyebabkan emisi HC pada ujung knalpot cukup tinggi.

Untuk mobil yang tidak dilengkapi dengan Catalytic Converter (CC), emisi HC yang dapat ditolerir adalah 500 ppm dan untuk mobil yang dilengkapi dengan CC, emisi HC yang dapat ditolerir adalah 50 ppm.

Emisi HC ini dapat ditekan dengan cara memberikan tambahan panas dan oksigen diluar ruang bakar untuk menuntaskan proses pembakaran. Proses injeksi oksigen tepat setelah exhaust port akan dapat menekan emisi HC secara drastis. Saat ini, beberapa mesin mobil sudah dilengkapi dengan electronic air injection reaction pump yang langsung bekerja saat cold-start untuk menurunkan emisi HC sesaat sebelum CC mencapai suhu kerja ideal.

Apabila emisi HC tinggi, menunjukkan ada 3 kemungkinan penyebabnya yaitu CC yang tidak berfungsi, AFR yang tidak tepat (terlalu kaya) atau bensin tidak terbakar dengan sempurna di ruang bakar. Apabila mobil dilengkapi dengan CC, maka harus dilakukan pengujian terlebih dahulu terhadap CC denganc ara mengukur perbedaan suhu antara inlet CC dan outletnya. Seharusnya suhu di outlet akan lebih tinggi minimal 10% daripada inletnya.

Apabila CC bekerja dengan normal tapi HC tetap tinggi, maka hal ini menunjukkan gejala bahwa AFR yang tidak tepat atau terjadi misfire. AFR yang terlalu kaya akan menyebabkan emisi HC menjadi tinggi. Ini bias disebabkan antara lain kebocoran fuel pressure regulator, setelan karburator tidak tepat, filter udara yang tersumbat, sensor temperature mesin yang tidak normal dan sebagainya yang dapat membuat AFR terlalu kaya. Injector yang kotor atau fuel pressure yang terlalu rendah dapat membuat butiran bensin menjadi terlalu besar untuk terbakar dengna sempurna dan ini juga akan membuat emisi HC menjadi tinggi. Apapun alasannya, AFR yang terlalu kaya juga akan membuat emisi CO menjadi tinggi dan bahkan menyebabkan outlet dari CC mengalami overheat, tetapi CO dan HC yang tinggi juga bisa disebabkan oleh rembasnya pelumas ke ruang bakar.

Apabila hanya HC yang tinggi, maka harus ditelusuri penyebab yang membuat ECU memerintahkan injector untuk menyemprotkan bensin hanya sedikit sehingga AFR terlalu kurus yang menyebabkan terjadinya intermittent misfire. Pada mobil yang masih menggunakan karburator, penyebab misfire antara lain adalah kabel busi yang tidak baik, timing pengapian yang terlalu mundur, kebocoran udara disekitar intake manifold atau mechanical problem yang menyebabkan angka kompresi mesin rendah.

Untuk mobil yang dilengkapi dengan sistem EFI dan CC, gejala misfire ini harus segera diatasi karena apabila didiamkan, ECU akan terus menerus berusaha membuat AFR menjadi kaya karena membaca bahwa masih ada oksigen yang tidak terbakar ini. Akibatnya CC akan mengalami overheat.

Emisi Karbon Monoksida (CO)
Gas karbonmonoksida adalah gas yang relative tidak stabil dan cenderung bereaksi dengan unsur lain. Karbon monoksida, dapat diubah dengan mudah menjadi CO2 dengan bantuan sedikit oksigen dan panas. Saat mesin bekerja dengan AFR yang tepat, emisi CO pada ujung knalpot berkisar 0.5% sampai 1% untuk mesin yang dilengkapi dengan sistem injeksi atau sekitar 2.5% untuk mesin yang masih menggunakan karburator. Dengan bantuan air injection system atau CC, maka CO dapat dibuat serendah mungkin mendekati 0%.

Apabila AFR sedikit saja lebih kaya dari angka idealnya (AFR ideal = lambda = 1.00) maka emisi CO akan naik secara drastis. Jadi tingginya angka CO menunjukkan bahwa AFR terlalu kaya dan ini bisa disebabkan antara lain karena masalah di fuel injection system seperti fuel pressure yang terlalu tinggi, sensor suhu mesin yang tidak normal, air filter yang kotor, PCV system yang tidak normal, karburator yang kotor atau setelannya yang tidak tepat.

Emisi Karbon Dioksida (CO2)
Konsentrasi CO2 menunjukkan secara langsung status proses pembakaran di ruang bakar. Semakin tinggi maka semakin baik. Saat AFR berada di angka ideal, emisi CO2 berkisar antara 12% sampai 15%. Apabila AFR terlalu kurus atau terlalu kaya, maka emisi CO2 akan turun secara drastis. Apabila CO2 berada dibawah 12%, maka kita harus melihat emisi lainnya yang menunjukkan apakah AFR terlalu kaya atau terlalu kurus.

Perlu diingat bahwa sumber dari CO2 ini hanya ruang bakar dan CC. Apabila CO2 terlalu rendah tapi CO dan HC normal, menunjukkan adanya kebocoran exhaust pipe.

Oksigen
Konsentrasi dari oksigen di gas buang kendaraan berbanding terbalik dengan konsentrasi CO2. Untuk mendapatkan proses pembakaran yang sempurna, maka kadar oksigen yang masuk ke ruang bakar harus mencukupi untuk setiap molekul hidrokarbon.

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.

Untuk mengurangi emisi HC, maka dibutuhkan sedikit tambahan udara atau oksigen untuk memastikan bahwa semua molekul bensin dapat “bertemu” dengan molekul oksigen untuk bereaksi dengan sempurna. Ini berarti AFR 14,7:1 (lambda = 1.00) sebenarnya merupakan kondisi yang sedikit kurus. Inilah yang menyebabkan oksigen dalam gas buang akan berkisar antara 0.5% sampai 1%. Pada mesin yang dilengkapi dengan CC, kondisi ini akan baik karena membantu fungsi CC untuk mengubah CO dan HC menjadi CO2.

Mesin tetap dapat bekerja dengan baik walaupun AFR terlalu kurus bahkan hingga AFR mencapai 16:1. Tapi dalam kondisi seperti ini akan timbul efek lain seperti mesin cenderung knocking, suhu mesin bertambah dan emisi senyawa NOx juga akan meningkat drastis.

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. Apabila konsentrasi oksigen tinggi dapat berarti AFR terlalu kurus tapi juga dapat menunjukkan beberapa hal lain. Apabila dibarengi dengan tingginya CO dan HC, maka pada mobil yang dilengkapi dengan CC berarti CC mengalami kerusakan. Untuk mobil yang tidak dilengkapi dengan CC, bila oksigen terlalu tinggi dan lainnya rendah berarti ada kebocoran di exhaust sytem.

Emisi senyawa NOx

Selain keempat gas diatas, emisi NOx tidak dipentingkan dalam melakukan diagnose terhadap mesin. Senyawa NOx adalah ikatan kimia antara unsur nitrogen dan oksigen. Dalam kondisi normal atmosphere, nitrogen adalah gas inert yang amat stabil yang tidak akan berikatan dengan unsur lain. Tetapi dalam kondisi suhu tinggi dan tekanan tinggi dalam ruang bakar, nitrogen akan memecah ikatannya dan berikatan dengan oksigen.

Senyawa NOx ini sangat tidak stabil dan bila terlepas ke udara bebas, akan berikatan dengan oksigen untuk membentuk NO2. Inilah yang amat berbahaya karena senyawa ini amat beracun dan bila terkena air akan membentuk asam nitrat.

Tingginya konsentrasi senyawa NOx disebabkan karena tingginya konsentrasi oksigen ditambah dengan tingginya suhu ruang bakar. Untuk menjaga agar konsentrasi NOx tidak tinggi maka diperlukan kontrol secara tepat terhadap AFR dan suhu ruang bakar harus dijaga agar tidak terlalu tinggi baik dengan EGR maupun long valve overlap. Normalnya NOx pada saat idle tidak melebihi 100 ppm. Apabila AFR terlalu kurus, timing pengapian yang terlalu tinggi atau sebab lainnya yang menyebabkan suhu ruang bakar meningkat, akan meningkatkan konsentrasi NOx dan ini tidak akan dapat diatasi oleh CC atau sistem EGR yang canggih sekalipun.

Tumpukan kerak karbon yang berada di ruang bakar juga akan meningkatkan kompresi mesin dan dapat menyebabkan timbulnya titik panas yang dapat meningkatkan kadar NOx. Mesin yang sering detonasi juga akan menyebabkan tingginya konsentrasi NOx.


Untuk memudahkan kita menganalisa kondisi mesin, kita dapat memakai penjelasan dibawah sebagai alat bantu :

1. Emisi CO tinggi menunjukkan kondisi dimana AFR terlalu kaya (lambda < 1.00). Secara umum CO menunjukkan angka efisiensi dari pembakaran di ruang bakar. Tingginya emisi CO disebabkan karena kurangnya oksigen untuk menghasilkan pembakaran yang tuntas dan sempurna. Hal-hal yang menyebabkan AFR terlalu kaya antara lain :

 Idle speed terlalu rendah.
 Setelan pelampung karburator yang tidak tepat menyebabkan bensin terlalu banyak.
 Air filter yang kotor.
 Pelumas mesin yang terlalu kotor atau terkontaminasi berat.
 Charcoal Canister yang jenuh.
 PCV valve yang tidak bekerja.
 Kinerja fuel delivery system yang tidak normal.
 Air intake temperature sensor yang tidak normal.
 Coolant temperature sensor yang tidak normal.
 Catalytic Converter yang tidak bekerja.

2. Normal CO. Apabila AFR berada dekat atau tepat pada titik ideal (AFR 14,7 atau lambda = 1.00) maka emisi CO tidak akan lebih dari 1% pada mesin dengan sistem injeksi atau 2.5% pada mesin dengan karburator.
3. CO terlalu rendah. Sebenarnya tidak ada batasan dimana CO dikatakan terlalu rendah. Konsentrasi CO terkadang masih terlihat “normal” walaupun mesin sudah bekerja dengan campuran yang amat kurus.
4. Emisi HC tinggi. Umumnya kondisi ini menunjukkan adanya kelebihan bensin yang tidak terbakar yang disebabkan karena kegagalan sistem pengapian atau pembakaran yang tidak sempurna. Konsentrasi HC diukur dalam satuan ppm (part per million). Penyebab umumnya adalah sistem pengapian yang tidak mumpuni, kebocoran di intake manifold, dan masalah di AFR. Penyebab lainnya adalah :

 Pembakaran yang tidak sempurna karena busi yang sudah rusak.
 Timing pengapian yang terlalu mundur.
 Kabel busi yang rusak.
 Kompresi mesin yang rendah.
 Kebocoran pada intake.
 Kesalahan pembacaan data oleh ECU sehingga menyebabkan AFR terlalu kaya.

5. Kosentrasi Oksigen. Menunjukkan jumlah udara yang masuk ke ruang bakar berbanding dengan jumlah bensin. Angka ideal untuk oksigen pada emisi gas buang adalah berkisar antara 1% hingga 2%.
6. Konsentrasi oksigen tinggi. Ini menunjukkan bahwa AFR terlalu kurus. Kondisi yang menyebabkan antara lain :

 AFR yang tidak tepat.
 Kebocoran pada saluran intake
 Kegagalan pada sistem pengapian yang menyebabkan misfire

7. Konsentrasi oksigen rendah. Kondisi ini menunjukkan bahwa AFR terlalu kaya.
8. Konsentrasi CO2 tinggi. Kondisi ini menunjukkan bahwa AFR berada dekat atau tepat pada kondisi ideal.
9. Konsentrasi CO2 rendah. Kondisi ini menunjukkan bahwa AFR terlalu kurus atau terlalu kaya dan kebocoran pada exhaust system.
10. Konsentrasi senyawa NOx. Senyawa NOx termasuk nitrit oksida (NO) atau nitrat oksida (NO2) akan terbentuk bila suhu ruang bakar mencapai lebih dari 2500 derajat Farenheit (1350 oC). Senyawa ini juga dapat terbentuk apabila mesin mendapat beban berat.

11. Konsentrasi NOx tinggi. Kondisi ini menunjukkan :

 EGR Valve tidak bekerja.
 AFR terlalu kurus.
 Spark Advancer yang tidak bekerja.
 Thermostatic Air Heater yang macet.
 Kerusakan pada cold air duct.
 Tingginya deposit kerak di ruang bakar.
 Catalytic Converter yang tidak normal.

12. Konsentrasi NOx rendah. Sebenarnya tidak ada batasan yang menyatakan emisi senyawa NOx terlalu rendah. Umumnya NOx adalah 0 ppm saat mesin idle.



Berikutnya adalah tabel untuk membantu kita membaca kemungkinan yang terjadi pada mesin berdasarkan kombinasi emisi gas buang yang ada :

CO CO2 HC O2 Penyebab
H L H H AFR terlalu kaya dan pengapian mengalami misfire
H L H L AFR terlalu kaya dan kerusakan pada thermostat atau coolant sensor
L L L H Kebocoran pada exhaust system
L H L H Kegagalan pada injector
H L M H AFR terlalu kaya
H H H H Kegagalan pada injector, kombinasi antara AFR terlalu kaya dan kebocoran pada saluran intake
L L H H Kegagalan pada sistem pengapian, AFR terlalu kurus, kebocoran udara pada saluran antara airflow sensor dan throttle body.
L H L L Kondisi yang tepat


ANALISA DATA EMISI LENGKAP
No Kasus Parameter Emisi Idle rpm 1.000- 1500 rpm 2.500-3000 rpm Catatan untuk setiap parameter emisi Penyebab Gangguan Keterangan
1. CO > > > Tinggi pada semua rpm campuran kaya/gemuk
tutup karburator longgar
filter udara kotor
choke tertutup
karburator rusak
stelan pelampung ketinggian • asap hitam knalpot
• konsumsi bahan bakar tinggi
• karburator banjir
HC = = = Rata-rata normal
CO2 < < < Selalu rendah
O2 = = = Selalu normal
2. CO > > = Tinggi pada rpm rendah • campuran kaya/gemuk
• Penyetelan karburator salah
• idle jet bermasalah • asap hitam
• konsumsi tinggi
• rpm idle kasar
HC > = = Tinggi pada rpm idle
CO2 < = = Rendah pada rpm idle
O2 = = = Selalu minimum
3. CO < = = Tinggi pada rpm idlle • campuran kaya/gemuk
• penyetelan IMAS salah
• idle jet kendor • konsumsi tinggi
• rpm idle tdk teratur
HC = = = Rata-rata normal
CO2 < = = Rendah pada rpm idle
O2 = = = Selalu minimum
4. CO < = = Rendah pada rpm idle • campuran miskin
• penyetelan karburator salah
• pasokan udara berlebih • rpm idle tidak teratur
• rpm akselerasi tidak teratur
• suara ledakan di knalpot
HC > = = Tinggi pada rpm idle
CO2 < = = Rendah pada rpm idle
O2 > = = Tinggi pada rpm tinggi
5. CO = = = Rata-rata normal • pengapian terganggu
• kontak point tidak baik
• kabel busi rusak
• busi salah/rusak
• kapasitor rusak
• kabel busi tebalik
• tutup distributor retak
• timing terlalu advance • konsumsi tinggi
• rpm idle tidak teratur
• tenaga kurang
HC > > > Selalu tinggi
CO2 < < < Rendah pada rpm idle
O2 > > > Selalu tinggi
6 CO = = = Rata-rata normal • kompresi rendah
• seat valve rusak
• ring piston rusak
• silinder rusak
• intake manifold bocor • kompresi rendah
HC > > = Tinggi pada rpm idle
CO2 < < = Rendah pada rpm idle
O2 > > = Tinggi pada rpm tinggi
7 CO = = = Rata-rata normal • pengapian terganggu
• timing terlalu maju
• pengapian terganggu pada rpm tinggi
• coil rusak
• gap busi terlalu kecil • konsumsi tinggi
• tenaga kurang
HC = = > Tinggi pada rpm tinggi
CO2 = = < Rendah pada rpm tinggi
O2 = = = Rata-rata normal
8 CO > > < Tinggi pada rpm rendah • campuran kaya/gemuk
• nozle karburator aus • konsumsi tinggi
• tenaga kurang
HC > = = Tinggi pada rpm idle
CO2 < < < Selalu rendah
O2 = = > Tinggi pada rpm tinggi


Tengkiu Om Saftari...!