air fuel ratio

Air Fuel Ratio ? (AFR)

Untuk mengetahui apakah campuran bahan bakar yang masuk ke dalam ruang bakar mempunyai ratio yang tepat kita bisa melihat kondisi motor di bagian ruang bakar dan performa saat dinyalakan.

Campuran yang tepat akan menghasilkan pembakaran yang sempurna sehingga busi berwarna coklat keabu-abuan dan kering, deposit karbon tidak banyak terbentuk, putaran mesin stabil dan mesin mudah distart.

Campuran yang terlalu kurus/miskin, bisa ditandai dengan kondisi sbb:

* Electrode pada busi berwarna putih

* Stasioner / langsam tidak stabil

* Mesin terasa cepat panas

* Mesin sulit distart

* Ngelitik / detonasi

Campuran yang terlalu gemuk/kaya bisa ditandai dengan kondisi sbb:

* Electrode busi berwarna hitam dan basah

* Knalpot berasap hitam

* Bahan bakar sangat boros

* Putaran mesin tidak stabil

* Banyak deposit karbon di dalam ruang bakar

* Mesin sulit distart

Untuk mendapatkan ratio yang tepat, karburator disetting agar aliran udara yang masuk sesuai dengan bahan bakar yang dikabutkan. Secara teoritis, untuk membakar bensin secara sempurna, ratio udara banding bahan bakar yang tepat adalah 15:1. Namun mesin memerlukan kondisi campuran yang berbeda bergantung pada kondisi kerja, contohnya sbb

Start mesin dingin	2~3 : 1 (choke dioperasikan)
Start mesin yang sudah panas	7~8 : 1
Stasioner/langsam	8~10 : 1
Kecepatan rendah	10~12 : 1
Kecepatan menengah	15~17 : 1
Kecepatan tinggi / beban berat	12~13 : 1

Secara umum, peruntukan ratio yang baik sbb:

v  * 12~13 : 1  : Adalah ratio yang menghasilkan tenaga yang paling besar / maksimum

v  * 15 : 1         : Adalah ratio yang memungkinkan pembakaran bensin secara sempurna

v  * 16~17 : 1  : Adalah ratio untuk pemakaian bensin yang paling irit

Setelah kita perhatikan gambar diatas akan muncul pertanyaan berapakah perbandingan udara dan bahan bakar agar  terjadi  pembakaran yang sempurna ?

 Setiap bahan bakar mempunyai karakteristik tersendiri. Antara bahan bakar bensin, diesel, metanol maupun lainnya memerlukan perbandingan udara-bahan bakar yang berbeda satu sama lainnya.

- Campuran = Campuran antara udara dan bahan bakar

- Perbandingan campuran = Perbandingan berat udara (G_ud) dengan berat bahan bakar (G_bb)dalam campuran.

- Perbandingan udara-bahan bakar (Air-Fuel Ratio) = Perbandingan campuran

Dalam proses pembakaran sempurna bahan bakar hydrocarbon, C akan terbakar menjadi CO₂dan H akan menjadi H₂O. Maka perbandingan dari berat minimum udara terhadap berat bahan bakar disebut dengan perbandingan campuran teoritis.

 Sedangkan perbandingan campuran terhadap perbandingan campuran teoritis inilah yang dinamai dengan Exces Air-Fuel Ratio.

Excess air-fuel ratio = (perbandingan campuran) : (perbandingan campuran teoritis)

Sehingga dapat ditulis dengan formula:

Excess air-fuel ratio = (G_ud/G_bb) : (G_ud/G_bb teoritis)

Jika excess air-fuel ratio nilainya kecil, maka ini berarti bahwa bahan bakar yang dipakai terlalu banyak, atau kekurangan udara.  Batas terendah excess air fuel ratio dapat berbeda beda, tetapi boleh dikatakan tidak pernah lebih rendah dari 1,1. Maka meskipun terdapat udara berlebihan, tetapi asap hitam juga masih bisa terjadi hal tersebut menunjukkan bahwa pencampuran dengan pusaran didalam ruang bakar tidak dapat berlangsung dengan baik.

Nilai perbandingan campuran teoritis

Misalkan bahan bakar yang digunakan adalah senyawa hydrocarbon yang diketahui data datanya sebagai berikut:

-  86% beratnya adalah carbon / C

-  14% beratnya adalah hydrocarbon / 2H₂ .

-  Berat atom C adalah 12,011 g/mol

-  Berat atom H adalah 1,008 g/mol. (lihat tabel periodik).

Persamaan pembakarannya adalah:

-  C + O₂ = CO₂

-  2H₂ + O₂ = 2H₂O

Ini artinya bahwa untuk membakar 12,011 g Carbon diperlukan 1 mol O₂, dan untuk membakar 4,032 g (2 x 1,008 x 2) Hydrocarbon diperlukan 1 mol O₂.

Volume setiap 1 mol gas apapun pada kondisi 0ºC (273 K) dan 760 mm Hg (1 atm) adalah 22,41 Liter.

Udara terdiri atas 21% volume O₂ dan 79% volume N₂, lainnya 1%. Maka volume minimum udara yang diperlukan untuk membakar sempurna bahan bakar tersebut diatas adalah:

(komposisi atom C : berat atom C) x volume setiap 1 kmol gas x (voleme udara total : volume oksigen)

((0,86/12,011) +( 0,14/4,032)) x 22,41x 100/21 = 11,35 . 

Oleh karena berat 1 liter udara setara dengan 1.293 g, maka perbandingan campuran teoritis udara-bahan bakar menjadi: 11,35 x 1,293 = 14,68 g udara/g bahan bakar, artinya secara teoritis untuk membakar 1 g bahan bakar secara sempurna diperlukan 14,68 g udara, atau secara teoritis 1 gram bahan bakar memerlukan 14,68 gram udara agar bisa terbakar secara sempurna.

Hubungan antara AFR dengan deposit carbon

Kita perhatikan tabel di bawah ini

Dapat di perhatikan bahwa semakin kecil perbandingan udara terhadap bahan bakar maka deposit carbon yang terbentuk akan semakin banyak, ini dikarenakan sisa pembakaran (C) akan lebih besar nilainya, untuk mesin dengan menggunakan karburator memang agak sedikit sulit untuk mendapatkan rentang AFR yang nyaris sama di setiap putaran rpm nya di karenakan keterbatasan jetting karbu itu sendiri, berbeda dengan sistem injeksi closed loop yang dapat meng atur dan menyesuaikan afr sedemikian rupa hingga nyaris mendekati ideal pada setiap putaran rpm nya

Penumpukan kerak juga akan turut dipengaruhi oleh kondisi mesin itu sendiri, dimana kondisi seal klep, ring piston, liner yang sudah aus akan menambah deposit kerak secara signifikan karena adanya OLI yang ikut terbakar sisanya menetap di kepala piston, penyetingan karburator secara benar akan turut menurunkan tingkat sisa pembakaran ini secara signifikan juga, dimana apabila kita menyeting secara tepat berada pada posisi air fuel ratio di 15:1 maka deposit carbon akan menurun drastis, namun dengan konsekuesi tenaga yang dihasilkan juga akan berkurang.

.