BAB II LANDASAN TEORI 2.1 SISTEM BAHAN BAKAR INJEKSI (EFI), DAN PERKEMBANGAN SISTEM INJEKSI Sistem bahan bakar tipe injeksi merupakan langkah inovasi yang sedang dikembangkan untuk diterapkan pada kendaraan. Tipe injeksi sebenarnya sudah diterapkan pada sepeda motor dala jumlah terbatas pada tahun 1980-an, dimulai dari sistem injeksi mekanis kemudian berkembang menjadi sistem injeksi elektronis. Sistem injeksi mekanis juga disebut dengan sistem continue (K-jetronic) karena injektor menyemprotkan secara terus menerus kesetiap saluran masuk (intake/manifold) sedangkan sistem injeksi elektronis atau yang di kenal dengan Electronic Fuel Injection (EFI) volume dan waktu penyemprotannya dilakukan secara elektronik. Sistem EFI juga sering disebut dengan EGI (Electronic Gasoline injection), EPI (Electronic Petrol Injection), PGM-FI (Programmed Fuel Injection) dan Engine Management. Penggunaan sistem bahan bakar injeksi pada sepeda motor komersil di Indonesia sudah mulai dikembangkan. Dan pada saat ini banyak kendaraan beroda dua yang sudah menggunakan teknologi injeksi. Istilah sistem EFI pada Yamaha adalah YMJET-FI (Yamaha Mixture Jet Fuel Injection) atau sistem bahan bakar yang telah terprogram secara umum. Pergantian sistem bahan bakar secara 1
konfensional ke sistem EFI dimaksudkan agar dapat unjuk kerja dan tenaga mesin (power) yang lebih baik, akselarasi yang lebih baik pada setiap putaran mesin. Pemakaian bahan bakar yang ekonomis (irit) dan menghasilkan kandungan racun (emisi gas buang) yang lebih sedikit sehingga lebih ramah terhadap lingkungan di sekitar. Selain itu keunggulan dari mesin berbahan bakar injeksi lebih mudah dihidupkan saat lama tidak digunakan serta tidak pengaruh pada temperatur di lingkungannya. Gambar 2.1 : sistem injeksi konvensional ( ultraspeed.bloger.com) 2.2 KONTRUKSI DASAR EFI Secara umum, kontruksi sistem EFI dapat dibagi menjadi tiga bagian atau sistem utama yaitu; 1. Sistem bahan bakar (Fuel System) 2. Sistem kontrol elektronik (Electronic Control System) 3. Sistem induksi/pemasukan uadara (Air Induction System) 2
Jumlah komponen-komponen yang terdapat pada EFI bisa berbeda pada setiap jenis kendaraan bermotor. Semakin lengkap komponen sistem EFI yang digunakan, tentu kesrja sistem EFI akan lebih baik, sehingga lebih optimal pula. Dengan lengkapnya komponen-komponen sistem EFI (misalnya sensor-sensor) maka pengaturan koreksi yang diperlukan untuk mengatur perbandingan bahan bakar dan udara yang sesuai dengan kerja mesinakan semakin sempurna. 2.3 PRINSIP KERJA SISTEM EFI Istilah sistem bahan bakar berteknologi EFI dapat digambarkan sebagai suatu sistem yang menyalurkan bahan bakarnya dengan menggunakan pompa pada tekanan tertentu untuk mencampurnya dengan udara yang masuk kedalam ruang bakar. Pada sistem teknologi EFI berbahan bakar bensin, pada umumnya proses penginjeksian dilakukan pada ujung intake/manifold masuk sebelum inlet valve (katup/klep masuk) pada saat inlet valve tebuka yaitu pada lankah hisap udara yang masuk keruang bakar sudah tercampur dengan bahan bakar. Secara ideal sistem teknologi EFI harus dapat mensuplai bahan bakar yang disemprotkan agar dapat becampur dengan udara, dalam perbandingan yang tepat sesuai kondisi putaran dan beban mesin, kondisi suhu keja mesin dan suhu atmosfir saat itu. Sistem harus dapat mensuplai jumlah bahan bakar yang bervariasi, agar perubahan kondisi kerja mesin tersebut dapat di capai dengan unjuk kerja mesin yang optimal. ( gunadi 2009. Pengaruh waktu pengapian terhadap gas buang dengan sistem elektronik fuel injeksi, penerbit UNY yogyakarta ) 3
Gambar 2.3 : prinsip kerja sistem EFI. (Ariefpoetrayunar.blogspot.com) 2.3.1 EMISI GAS BUANG Emisi zat pencemar udara yang berasal dari kendaraan bermotor bersumber dari: 1. Blow by gas merupakan gas yang lolos kedalam ruang engkol melalui celah antara ring piston dan silinder ketika terjadi langkah kompresi. - Berupa gas Hidrocarbon (HC) - Bila dibiarkan didalam engkol bisa merusak kualitas oli / pelumas pada mesin - Dimasukkan lagi kedalam ruang bakar melalui PCV valve 2. Evaporated fuel merupakan penguapan bensin dari dalam tangki maupun ruang pelampung dalam karburator - Berupa gas Hidrocarbon (HC) - Bisa dimasukkan kedalam saluran intake untuk dibakar didalam mesin melalui EVAP system 4
3. Emisi gas buang merupakan gas hasil pembakaran di dalam mesin dan dikeluarkan melalui saluran pembuangan (knalpot) - Gas buang: CO 2, H 2 O, O 2, HC, CO, NOx, Pb, SOx dll - Emisi: HC (Hidrcarbon), CO (Carbonmonoxide), NOx (NitrogeOxide), CO2 (Carbondioksida) Zat pencemar udara utama yang terkandung dalam gas buangan kendaraan bermotor pada umumnya terdiri dari: - Karbon Monoksida (CO) - Karbon Dioksida (CO 2 ) - Hidrokarbon (HC) - Nitrogen Oksida (NOx) - Partikulat Sedang zat pencemar udara lainnya, seperti sulfur oksida (SOx) dan senyawa timah hitam (Pb) biasanya berasal dari bahan bakar yang digunakan oleh kendaraan bermotor tersebut. Untuk menghasilkan tenaga pada kendaraan bermotor maka memerlukan reaksi kimia pembakaran senyawa hidrokarbon. Hidrokarbon yang biasa digunakan adalah oktana, pada dasarnya reaksi yang terjadi adalah; C8H18 + 12,502 = 8CO2 + 9H2O. Ini adalah pembakaran yang terjadi secara sempurna walaupun masih terdapat polutan, yaitu karbon dioksida (CO2). Tetapi pada prakteknya pembakaran yang terjadi tidaklah sempurna, yaitu karbon yang tidak berkaitan sempurna dengan oksigen, sehingga terdapat sisa karbonmonoksida (CO) yang menjadi polutan berbahaya. 5
Pada negara-negara yang memiliki standar emisi gas buang yang ketat, ada 5 unsur dalam kendaran yang akan diukur yaitu senyawa HC, CO, O2, CO2, dan senyawa NOx. Sedangkan pada negara-negara yang standar emisinya tidak terlalu ketat, hanya ada 4 unsur dalam gas buang yaitu senyawa HC,CO,O2,CO2 termasuk Indonesia. Beberapa unsur gas yang akan dibahas dalam penelelitian ini adalah ; a. Hidrokarbon(HC) Bahan bakar adalah senyawa hidrokarbon, jadi setiap HC yang diperoleh atau didapat di gas buang kendaraan menunjukkan adanya bahan bakar yang tidak terbakar dan terbuang bersama sisa pembakaran. Apabila senyawa hidrokarbon terbakar sempurna (bereaksi dengan oksigen) maka hasil pembakaran tersebut adalah karbondioksida (CO2) dan air (H2O). Walaupun rasio perbandingan antara udara dan bensin (AFR = Air to Fuel Ratio) sudah tepat dan didukung oleh desain ruang bakar mesin yang saat ini mendekati ideal, tetapi tetap saja sebagian dari bahan bakar seolah-olah tetap bersembunyi dari api saat terjadinya proses pembakaran dan menyebabkan emisi HC pada ujung kenalpot sangatlah tinggi mencapai 2000 ppm. b. Karbon monoksida (CO) Gas karbon monoksida adalah gas yang relatif tidak stabil dan cenderung dengan unsur lain. Karbon monoksida dapat diubah dengan mudah menjadi CO2 dengan bantuan oksigen dan panas saat mesin bekerja dengan AFR yang tepat, emisi pada ujung knalpot sekitar 0,5% sampai dengan 2% untuk mesin dengan teknologi injeksi, atau sekitar 2,5% untuk mesin yang masih 6
menggunakan sistem karburator (konvensional). Dengan bantuan air injection sistem atau CC, maka CO dapat dibuat serendah mungkin mendekati 0% emisi pada ujung knalpot sistem injeksi. c. Karbon dioksida (CO 2 ) Karbon dioksida (CO 2 ) merupakan hasil pembakaran antara bahan bakar dengan udara di ruang bakar. Karbon dioksida selalu terbentuk disepanjang proses pembakaran berlangsung. Dan karbondioksida pada umumnya hanya mencapai 12% sampai 15%, jika hasil kurang dari 12% maka pembakaran pada kendaraan tidaklah stabil dan jika melebihi dari 15% maka pembakaran pada kendaraan sangatlah tidak bagus dan menibulkan pousi udara. d. Nitrogen Oksida (NOx) Nitrogen oksida (NOx) dihasilkan senyawa nitrogen dan oksida yang terkandung di udara dari capuran udara-bahan bakar. Kedua unsur tersebut bersenyawa jika temperatur didalam ruang bakar diatas 1.800OC. 95 ppm dari Nox yang terdapat pada gas buangan berupa nitric oxide (NO) yang terbentuk di dalam ruang bakar, dengan reaksi kimia beriku: N 2 + O 2 2NO Nitric oxide ini selanjutnya bereaksi dengan oksigen diudara membentuk nitrogen dioksida (NO 2 ). Dalam kondisi normal, nitrogen (N 2 ) akan stabil berada diudara atmosfer sebesar hampir 80 ppm, namun dalam keadaan temperatur tinggi (diatas sekitar 1.800 C) dan pada konsentrasi oksigen yang tinggi, maka nitrogen bereaksi dengan oksigen membentuk NOx. Pada kondisi ini maka konsentrasi NOx justru akan semakin besar pada proses pembakaran yang sempurna. (Darmono 2001. hal 24) 7
2.3.2 Dampak Emisi Gas Buang Terhadap Lingkungan Tidak semua senyawa yang terkandung di dalam gas buang kendaraan bermotor diketahui dampaknya terhadap lingkungan selain manusia. Beberapa senyawa yang dihasilkan dari pembakaran sempurna seperti CO 2 yang tidak beracun, belakangan ini menjadi perhatian orang. Senyawa CO 2 sebenarnya merupakan komponen yang secara alamiah banyak terdapat di udara. Oleh karena itu CO 2 dahulunya tidak menepati urutan pencemaran udara yang menjadi perhatian lebih dari normalnya akibat penggunaan bahan bakar yang berlebihan setiap tahunnya. Pengaruh CO 2 disebut efek rumah kaca dimana CO 2 diatmosfer dapat menyerap energi panas dan menghalangi jalanya energi panas tersebut dari atmosfer ke permukaan yang lebih tinggi. Keadaan ini menyebabkan meningkatnya suhu rata -rata di permukaan bumi dan dapat mengakibatkan meningginya permukaan air laut akibat melelehnya gunung-gunung es, yang pada akhirnya akan mengubah berbagai sirklus alamiah. Pengaruh pencemaran CO 2 terhadap lingkungan telah banyak diketahui. Pada tumbuhan, daun adalah bagian yang paling peka terhadap pencemaran CO 2, dimana akan terdapat bercak atau noda putih atau coklat merah pada permukaan daun. Dalam beberapa hal, kerusakan pada tumbuhan dan bangunan disebabkan karena CO dan CO 2 di udara, yang masing-masing membentuk asam sulfit dan asam sulfat. Suspensi asam di udara ini dapat terbawa turun ke tanah bersama air hujan dan mengakibatkan air hujan bersifat asam. Sifat asam dari air hujan ini dapat menyebabkan korosif pada logam-logam dan rangka -rangka bangunan, merusak bahan pakian dan tumbuhan. Oksida nitrogen, NO dan NO x berasal dari pembakaran bahan bakar fosil. Pengaruh NOx yang utama terhadap lingkungan adalah dalam pembentukan smog. NOx dan NO 2 dapat memudarkan warna dari serat-serat rayon dan menyebabkan warna bahan putih menjadi kekuning-kuningan. Kadar NO x sebesar 25 ppm 8
yang pada umumnya dihasilkan adari emisi industri kimia, dapat menyebabkan kerusakan pada banayak jenis tanaman. Kerusakan daun sebanyak 5 % dari luasnya dapat terjadi pada pemajanan dengan kadar 4-8 ppm untuk 1 jam pemajanan. Tergantung dari jenis tanaman, umur tanaman dan lamanya pemajanan, kerusakan terjadi dapat bervariasi. Kadar NOx sebesar 0,22 ppm dengan jangka waktu pemajanan 8 bualan terus menrus, dapat menyebabkan rontoknya daun berbagai jenis tanaman. (darmono 2001. Lingkungan hidup dan pencemaran Jakarta, penerbit universitas Indonesia) 2.4 PENGENDALIAN PENCEMARAN UDARA KENDARAAN BERMOTOR Berbagai pengaruh negatif yang ditimbulkan oleh zat pencemar dari kendaraan bermotor, sangat merugikan kehidupan manusia. Karena alasan itu maka berbagai usaha untuk memahami lebih jauh serta pengendalian pencemaran udara tersebut terus dilakukan berbagai pihak. Pemahaman dan pengendalian pencemaran uadar dari kendaraan bermotor dapat didekati dari 3 aspek yang dilaksanakan secara simultan, yakni: 1. Penerapan teknologi pengendalian sumber pencemar. Dengan mengasumsikan bahwa sumber pencemar dapat dikendalikan atau direduksi hingga berada pada tingkat yang telah ditentukan sebelumnya, untuk memenuhi suatu regulasi dan nilai ambang batas yang diinginkan. 2. Penggunaan bahan bakar yang berkadar pencemaran rendah. 3. Pengendalian transportasi dan lalu lintas yang optimal. 2.4.1. Teknologi Pengendalian Sumber Pencemar Besarnya konsentrasi zat pencemar dari kendaraan bermotor didalam udara sangat dipengaruhi oleh besarnya zat pencemar yang dihasilkan oleh masing-masing kendaraan 9
bermotor yang bersangkutan serta banyaknya kendaraan bermotor yang menyeburkan zat pencemar pada suatu wilayah tertentu pada kurun waktu tertentu. Oleh karena itu, penggunaan kendaraan bermotor yang mengeluarkan zat pencemar besar, berarti denagn sengaja memberikan konstribusi peningkatan konsentrasi pencemaran udara di wilayah yang bersangkutan. Usaha pengunaan teknologi motor yang lebih baik, penggunaan bahan bakar berkualitas lebih baik, peningkatan kualitas perawatan serta pengendalian pencemaran uadra dari kendaraan bermotor perlu segera dilakukan oleh semua pihak. Oleh karena itu, para pakar otomotif cenderung melakukan kegiatan rancang bangun dan rekayasa motor yang mengarah kepada teknologi yang kompak, ringan, menghasilkan daya motor yang tinggi dengan zat pencemar yang rendah, serta irit bahan bakar. Untuk itu beberapa pakar otomotif telah mengembangkan berbagai teknologi kendaraan bermotor, anatar lain, penyempurnaan sistem pembakaran, penggunaan peralatan elektronik, pemilihan / penggunaan bahan bakar kualitasnya lebih baik, melaksanakan perawatan dengan baik, melaksanakan pengujian terhadap setiap kendaraan bermotor yang dioperasikan dijalan dan lain sebagainya. Namun demikian, memilih teknologi yang tepat dalam rangka menurunkan dan / atau mengendalikan zat pencemar kendaraan bermotor kadang-kadang mengalami kesulitan, karena usaha penurunan kadar polutan tersebut biasanya diikuti oleh penurunan tenaga motor dan /atau konsumsi bahan bakar bertambah boros dan / atau memerlukan biaya yang lebih tinggi. Hal ini disebabkan oleh korelasi yang sangat erat antara faktor satu dengan faktor lainnya, sedemikian rupa sehingga memperbaiki parameter yang satu dapat memperburuk parameter yang lain. Mengingat kebutuhan yang sangat mendesak, semua pihak diharuskan untuk menurunkan kadar polutan gas buangan kendaraan bermotor meskipun perlu diikuti pengorbanan, berupa penurunan tenaga mesin, pemakaian bahan bakar yang lebih poros maupun biaya relatif lebih tinggi. Oleh 10
karena itu, banyak para ahli teknologi kendaraan bermotor bekerja keras untuk mengembangkan cara yang lebih efektif dan efisien untuk mengendalikan zat pencemar gas buangan kendaraan bermotor dengan pengorbanan sekecil-kecilnya. 2.4.2 Penggunaan Bahan Bakar Berkadar Pencemaran Rendah 1. Dari sekian jenis zat pencemar dari kendaraan bermotor terdapat jenis zat Pencemar yang keberadaannya sangat ditentukan oleh kualitas atau unsur-unsur yang terkandung dalam bahan bakar yang digunakan. Zat pencemar dimaksud adalah timah hitam dan sulfur. 2. Timah hitam yang dihirup masuk ke paru-paru sangat membahayakan kesehatan manusia. Zat ini sengaja ditambahkan ke dalam bensin dalam bentuk tetra-ethyl lead atua tetra methyl lead, karena merupakan cara paling murah untuk menaikkan bilangan oktan bensin. 3. Dalam proses pembakaran, timah hitam tidak tertinggal di ruang bakar, tetapi diemisikan ke udara bersama-sama dengan gas buangan kendaraan bermotor. 4. Bahan bakar bensin yang tidak mengandung timah hitam, namun tetap mempunyai bilangan oktan tinggi telah digunakan dan dikembangkan di beberapa negara. Oleh karena itu, para pakar otomotif telah mengembangkan rancang bangun dan rekayasa motor modern dengan menggunakan bahan bakar bebas timah hitam. 5. Penggunaan bahan bakar gas (BBG) sebagai bahan bakar alternatif kendaaan bermotor merupakan salah satu jawaban terhadap permasalahan pengendalian pencemaran uadra dari kendaraan bermotor. Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa penggunaan bahan bakar jenis ini mampu meredusir kadar pencemaran sebesar lebih 90% bila dibandingkan dengan bensin. Namun, penurunan kadar emisi gas buangan tersebut diikuti dengan penurunan daya 11
sekitar 10 17%. Walaupun demikian, penggunaan bahan bakar alternatif jenis ini perlu ditingkatkan. 6. Disamping itu, masih banyak energi alternatif lain yang membantu kebijaksanaan udara bersih, antara lain penggunaan energi listrik, hidrogen, energi matahari, dan lain sebagainya. Namun energi jenis ini masih dalam penelitian dan percobaan negara maju (Arifin z 2009. Hal 12) 2.5 PENGENDALIAN SYSTEM TRANSPORTASI LALU LINTAS SECARA OPTIMAL a. Konsentrasi zat pencemar udara dari kendaraan bermotor sanagt bergantung pada kadar zat pencemar yang diemisikan oleh masing-masing kendaraan bermotor serta jumlah kendaraan bermotor yang dioperasikan paad suatu wilayah/ daerah dalam kurun waktu tertentu. Oleh karena itu, pengendalian system transportasi dan lalu lintas secara optimal merupakan salah satui cara untuk mengurangi konsentrasi zat pencemar tersebut. Faktor-faktor yang perlu diperhatikan antara lain adalah masalah pemilihan sarana angkutan yang tepat, optimalisasi pemanfaatan ruas jalan, mengemudikan kendaraan bermotor secara baik dan benar, kondisi lingkungan transportasi dan lalu lintas, kelancaran lalu lintas sistem pengaturan dan pengendalian dan lain sebagainya. b. Pemilihan sarana angkutan umum yang bersifat massal merupakan salah satu usaha untuk memanfaatkan ruas jalan secara optimal. Pemilihan sarana angkutan massal tersebut disamping dapat memecahkan masalah transportasi, juga sangat membantu penataan kondisi lalu lintas yang lebih lancar, menghemat pemakaian energi per penumpang / ton barang, tarif yang relatif murah, mengurangi banyaknya konsentrasi zat pencemar di udara, dan lain 12
sebagainya. Untuk itu, Departemen Perhubungan telah menetapkan kebijaksanaan yang mengarahkan penggunaan sarana pengangkutan yang bersifat massal ini. c. Keterampilan serta tingkah laku pengemudi kendaraan bermotor juga merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi besarnya zat pencemar yang dihasilkan oleh kendaraan bermotor bahwa ada hubungan yang sangat erat antara cara mengemudikan kendaraan bermotor dengan besarnya zat pencemar yang dihasilkannya. - Gas CO meningkat, jika kendaraan bermotor diperlambat atau dalam keadaan idling. - Gas HC meningkat pada saat terjadinya penggantian persneling dan kendaraan bermotor mengalami perlambatan. - Gas NOx meningkat pada saat kendaraan bermotor dipercepat. (putranto, L.S. 2008. Hal 44) 13