Subyek:
- Umum
- Asal usul partikel jelaga
- Pengoperasian filter partikulat
- Filter partikulat yang menghasilkan sendiri
- Filter partikulat semi terbuka
- Asap knalpot dari mesin diesel
Umum:
Filter partikulat digunakan pada mesin diesel. Tujuan dari filter partikulat adalah untuk membiarkan gas buang lewat dan menahan partikel jelaga. Saat ini, setiap mesin diesel pada mobil baru dilengkapi dengan filter partikulat untuk memenuhi persyaratan lingkungan yang ketat. Di beberapa kota besar, mobil diesel 'kotor' tanpa filter partikulat dan mobil bensin tanpa catalytic converter sudah dilarang mengemudi.
Asal usul partikel jelaga:
Partikel jelaga selalu dihasilkan selama proses pembakaran mesin diesel. Jelaga adalah tanda pembakaran tidak sempurna. Partikel jelaga adalah bola karbon kecil dengan inti karbon murni, dengan diameter kira-kira 0,05 mikromilimeter. Zat berbahaya tertentu, termasuk hidrokarbon, belerang, dan oksida logam, melekat pada inti karbon ini. Beberapa hidrokarbon dapat berbahaya bagi kesehatan.
Pembentukan dan kuantitas partikel jelaga bergantung terutama pada penggunaan, pasokan udara, injeksi dan pembakaran mesin. Khususnya ketika terjadi kekurangan oksigen, emisi jelaga meningkat karena campurannya terlalu kaya sehingga pembakaran tidak sempurna. Penyetelan chip juga bisa menjadi penyebab emisi jelaga yang berlebihan.
Dimensi partikel jelaga hampir sama pada mesin diesel injeksi tidak langsung dengan ruang putar, injeksi langsung, mesin common rail dan unit injektor.
Pengoperasian filter partikulat:
Filter partikulat terdiri dari badan keramik berbentuk sarang lebah yang terbuat dari silikon karbida yang ditempatkan dalam wadah logam. Badan keramik terdiri dari banyak saluran mikroskopis paralel, yang ditutup secara bergantian di satu sisi.
Ketika gas buang mengalir melalui filter partikulat, partikel-partikelnya tertahan di saluran masuk, sedangkan komponen gas lainnya dari gas buang melewati dinding berpori filter.
Filter partikulat yang menghasilkan sendiri:
Filter partikulat yang dapat dihasilkan sendiri memblokir sekitar 90% jelaga yang dikeluarkan oleh mesin. Karena banyak partikel jelaga yang tertinggal dalam filter partikulat yang dihasilkan sendiri setelah beberapa saat, filter tersebut akan tersumbat jika tidak dilakukan tindakan. Untuk mencegahnya, filter harus diregenerasi secara berkala (setiap 200-1000 km). Ini disebut “proses regenerasi”. Ini berarti partikel jelaga yang terkumpul terbakar. Saat dibakar, partikel-partikel tersebut diubah menjadi zat karbon dioksida dan air yang tidak berbahaya. Suhu pembakaran partikel jelaga setidaknya 600ºC untuk filter partikulat tanpa lapisan katalitik, namun gas buang seringkali tidak cukup panas untuk ini. Untuk membakar partikel jelaga dapat digunakan cara-cara sebagai berikut:
- Filter partikulat dengan lapisan katalitik:
Filter partikulat jenis ini memiliki lapisan katalitik yang memungkinkan pembakaran partikel jelaga pada suhu 250ºC. Namun, filter partikulat harus ditempatkan sedekat mungkin dengan mesin, jika tidak banyak panas yang akan hilang. Metode regenerasi ini digunakan antara lain untuk filter partikulat semi terbuka dan regenerasi terus menerus. - Gunakan katalis oksidasi: Dengan katalis oksidasi, nitrogen oksida dalam gas buang sebagian diubah menjadi nitrogen dioksida. Nitrogen dioksida ini sangat reaktif, yang berarti jelaga lebih mudah terbakar sehingga pada suhu yang lebih rendah. Oleh karena itu, katalis oksidasi selalu ditempatkan sebelum filter partikulat, bahkan biasanya segera setelah manifold buang. Kadang-kadang bahkan 2 katalis ini dipasang. (Lihat gambarnya)
- Pemanasan eksternal: Dengan menempatkan koil pijar atau injektor bahan bakar di knalpot, suhu yang diperlukan dapat dicapai untuk menyalakan partikel jelaga. Ini dikendalikan melalui unit kontrol mesin. Ini mencatat nilai dari sensor tekanan diferensial yang mengukur sebelum dan sesudah filter dimana filter partikulat mulai penuh.
- Injeksi bahan bakar tambahan: Dengan menambahkan bahan bakar ekstra ke nozel selama langkah buang, suhu gas buang meningkat, yang dapat mencapai regenerasi.
Filter partikulat semi terbuka:
Filter partikulat semi terbuka dirancang untuk mobil yang tidak dilengkapi filter partikulat sebagai standar. Oleh karena itu, filter partikulat jenis ini dipasang setelahnya. Jumlah filter partikulat semi terbuka semakin sedikit, karena semua mobil baru kini dilengkapi dengan filter partikulat sebagai standar.
Filter partikulat semi terbuka memiliki struktur terbuka yang memungkinkan gas buang mengalir tanpa hambatan melalui filter. Beberapa partikel jelaga memang menempel di dinding. Filter ini memiliki lapisan katalitik di bagian dalam, yang memungkinkan untuk meregenerasi (membakar) partikel jelaga pada suhu rendah. Regenerasi berlangsung terus menerus pada suhu tinggi. Kemungkinan filter tersumbat kecil, asalkan filter sering dihangatkan. Kerugian terbesarnya adalah emisi hanya dapat dikurangi sebanyak maksimal 60% pada kondisi optimal dan emisi pada kondisi kurang optimal, yang sering terjadi pada penggunaan normal, hanya dapat dikurangi sebesar 30%.
Gas buang dari mesin diesel:
Pada gambar sebelah kanan dan penjelasan di bawah ini Anda dapat melihat apa saja kandungan gas buang mesin diesel.
- 67% Nitrogen (N2)
- 12% Karbon dioksida (CO2)
- 11% Air (H2O)
- 10% Oksigen
- 0,3% zat lain, termasuk partikel jelaga (PM), Hidrokarbon (HC), Nitrogen oksida (NOx), Karbon monoksida (CO).
Untuk mengurangi emisi NOx, mesin diesel semakin banyak yang menggunakannya Katalis SCR dengan sistem dosis AdBlue.
