EGR (Exhaust Gas Resirculation)

Kendaraan menghasilkan dua macam bentuk racun, yang terlihat oleh mata dan yang tak terlihat oleh mata. Yang terlihat oleh mata adalah PM (particulate matter) yaitu jelaga, asap hitam, tar, dan hidrokarbon yang tidak terbakar. Sedang untuk yang tak terlihat oleh mata adalah NOx, CO dan hidrokarbon, walaupun tak terlihat biasanya indera kita bisa merasakan kalau kadar nya terlalu tinggi yaitu mata perih dan menjadi berlinang air mata. Lalu kenapa sih kok bisa seperti itu? Mesin dapat menghasilkan tenaga dari hasil pembakaran bahan bakar,



Siklus mesin diesel 4 tak.


1. Intake valve membuka, piston akan bergerak turun maka udara akan masuk ke silinder

2. 2. Piston naik udara dalam silinder akan tertekan

3. 3. Ketika solar disemprot dari nozzle, pada waktu yang bersamaan dengan piston mencapai puncak dan udara hamper terkompresi, solar akan sendirinya meletup oleh panas (500 sampai 700 derajat Celcius)

4. 4. Ketika exhaust valve membuka dan piston naik, gas dalam silinder akan keluar sebagai hasil pembuangan.

Jika suhu dalam ruang bakar terlalu rendah maka jumlah PM nya akan meningkat dan jika suhu terlalu tinggi maka NOx nya yang akan meningkat. Dalam mesin diesel, formasi unsur NOx sangat dipengaruhi oleh peningkatan suhu dalam ruang bakar. Maka daripada itu, penting dilakukan menjaga tingkat temperature ruang bakar pada posisi tertentu. Cara mudah untuk mengurangi kadar NOx adalah memperlambat timing semprotan bahan bakar, akan tetapi hal tersebut malah mengakibatkan borosnya bahan bakar sebesar 10-15%. Lalu bagaimana caranya supaya PM nya rendah dan NOx nya juga rendah dengan tidak mengorbankan kemampuan mesin, lebih ekonomis bahan bakar dan lebih ramah kepada lingkungan? Beberapa cara untuk meningkatkan kemampuan efisiensi pembakaran banyak macamnya yaitu dengan menggunakan bantuan computer, mengatur kesesuaian semprotan bahan bakar dan udara, menggunakan teknologi common rail dimana menggunakan tekanan yang sangat tinggi dan kesesuaian timing injeksi pada setiap putaran mesin, kepala silinder bermulti-klep dan lain-lain.

Untuk memenuhi standar gas buang euro2, saat ini di Indonesia banyak kendaraan komersil yang menggunakan teknologi turbo-intercooler dan dilengkapi catalyst. Lalu apa hubungannya?

Turbo

Turbo bekerja pada rpm tinggi. Pada mesin normally aspirated keadaan ini dimana silinder mebutuhkan udara yang banyak sehingga bahan bakar juga semakin boros dan menhasilkan NOx yang tinggi. Pada mesin turbo, saat piston bergerak cepat menghasilkan gas exhaust bertekanan. Tekanan tersebut dimanfaatkan untuk memutar turbin pada rumah turbo dan menghisap udara masuk ke ruang silinder menjadi lebih efisien sehingga bahan bakar menjadi lebih efisien dengan peningkatan tenaga yang cukup signifikan.

Intercooler

udara tekanan tinggi dari turbo masuk ke dalam intercooler untuk diturunkan temperaturnya, baru kemudian masuk kedalam ruang bakar. Udara dingin dengan densitas lebih tinggi akan meningkatkan efisensi pembakaran dan mengurangi kadar NOx.

Oxydation Catalyst

Alat ini berfungsi mereduksi jumlah PM yang keluar dari silinder dengan merubah zat beracun menjadi zat tidak beracun dengan mengubahnya secara kimia oleh katalis yang terinstall dalam knalpot sebelum dibuang / dilepas ke udara.

EGR dan SCR

untuk mendapatkan nilai efisiensi yang maksimum dari mesin diesel dan pemenuhan standar euro 4 dan 5 beberapa alat tambahan yang biasa dipakai adalah SCR dan EGR, SCR (Selective Catalytic Reduction) biasanya dipakai pada kendaraan keluaran Mercedes-Benz dan Volvo. Dengan cara ini NOx yang berbahaya diubah menjadi Nitrogen biasa dan air. Beberapa komponen pendukung system SCR adalah mesin yang lebih canggih dan bertenaga, catalytic converter dan Adblue.

Beberapa keuntungan bluetec:

- 1. Standar emisi Euro5 dapat dicapai

- 2. Efisien, pembakaran yang lebih bersih pada mesin

- 3. Interval perawatan yang sama dengan mesin Euro3

- 4. Perawatan yang sama dengan mesin Euro3

- 5. Dapat menggunakan solar bersulfur

- 6. Lebih irit 5% (dengan menggunakan mesin V8)

Kekurangan

- Harus menambahkan cairan tambahan seperti AdBlue



EGR (Exhaust Gas Resirculation)

EGR adalah alternative lain daripada SCR untuk memenuhi standar emisi gas buang Euro4. Dalam gas bung terdapat CO2, NOx dan uap air. NOx dikurangi dalam ruang bakar dengan menyuntik kembali gas buang yang telah didinginkan melalui heat exchanger. Udara yang dimasukkan kembali ke dalam silinder ini mengurangi konsentrasi O2 dan suhu pembakaran sehingga nilai NOx nya pun turun. Namun bahan bahan bakar dan PM akan bertambah karena pembakaran menjadi tidak optimal. PM ini harus dikurangi dengan cara memodifikasi injector bahan bakar, memodifikasi catalyst atau filter.

Temperatur spesifik EGR lebih tinggi daripada udara bebas, oleh karena itu EGR meningkatkan suhu intake lalu pada waktu yang bersamaan menurunkannya pada ruang bakar.

%EGR= [volume EGR/jumlah udara masuk ke silinder]x100%, atau

EGR rasio= [CO2 intake – CO2 ambient]/[CO2 exhaust – CO2 ambient], (Baerta et al 1999)



Pada pembebanan yang tinggi, sangat sulit EGR bekerja mendinginkan pembakaran dan malah akan menyebabkan timbulnya banyak asap dan PM. Pada pembebanan ringan, hidrokarbon yang tidak terbakar dalam EGR akan terbakar kembali dalam campuran berikutnya, meningkatkan bahan bakar yang tidak terbakar pada exhaust dan meningkatkan effisiensi penhentian thermal. Selain itu juga, EGR panas akan meningkatkan suhu intake, yang akan mempengaruhi pembakaran dan emisi pembuangan. Dengan menggunakan EGR, terdapat timbale balik antara pengurangan kadar NOx dengan peningkatan jelaga dan hidrokarbon yang tidak terbakar. Beberapa penelitian telah membuktikan hal ini dan mengindikasikan bahwa lebih dari 50% EGR , PM meningkat sangat tajam dan sangat dianjurkan menggunakan filter atau catalyst.

Efek EGR pada tingkat pembebanan (Mehta et al, 1994)



Ketika komponen mesin bersentuhan langsung dengan PM, abrasi akan mungkin terjadi. Asam sulfur dan air kondensasi dari EGR akan menyebabkan korosi. Beberapa penelitian menemukan kerusakan pada dinding silinder karena pengurangan kapasitas oli pelumasan, untuk mencegah tercampurnya jelaga campuran yang terbawa oleh resirkulasi gas buang (Mehta et al 1994).

Penelitian juga menyebutkan EGR yang dihubungkan dengan filter atau catalyst, menurunkan kadar PM. Filter akan cepat tersumbat oleh PM dan akan menyebabkan meningkatnya tekanan balik pada exhaust mesin yang juga akan mengurangi performa mesin. Filter ini harus diperbarui agar tidak cepat tersumbat yaitu dengan menggunakan teknik aerodinamika, atau teknik regenerasi elektrostatik. Cara lainnya adalah menggunakan cairan additive berbahan dasar cerium atau besi and continous regeneration trap (CRT) menggunakan bahan bakar solar bebas sulfur. (zalenka et al 1998)



Klasifikasi EGR

1. Berdasarkan temperature

a. EGR panas = udara buang diresirkulasi tanpa didinginkan, menyebabkan peningkatan suhu intake

b. EGR sangat dingin = udara buang didinginkan menggunakan heat exchanger, kondensasi air akan menyebabkan tetesan air yang akan berefek buruk dalam ruang silinder.

c. EGR dingin sebagian = untuk menghindari kondensasi, temperature dijaga sesuai dengan yang diinginkan.

2. Berdasarkan konfigurasi

a. Sistem Long Route (LR) = dalam system LR, tekanan akan turun sepanjang udara masuk dan tekanan akan tetap pada sisi exhaust.

b. Sistem Short Route (SR) = system ini berbeda dengan system lain yang bermetode perbedaan tekanan postif sepanjang rangkaian EGR. Cara lain mengendalikan nilai EGR adalah dengan menggunakan Variable Nozzle Turbine (VNT) . kebanyakan system VNT menggunakan masukan tunggal, dimana mengurangi efisiensi system oleh pemisahan denyut exhaust. EGR yang telah didinginkan haruslah dimasukkan secara efektif.

3. Berdasarkan tekanan

a. Sistem tekanan rendah = lintasan EGR berlanjut dari hili turbin menuju bagian hulu kompresor. Hal ini ditemukan dalam menggunakan metode rute tekanan rendah dimana EGR akan naik dengan pengurangan nilai NOx. Akan tetapi berefek mempengaruhi ketahanan mesin, pembatasan peningkatan suhu outlet kompresor dan penyumbatan intercooler.

b. Sistem tekanan tinggi = lintasan EGR berlanjut dari hulu ke hilir kompresor, walaupun EGR akan bekerja di beban berat, perbandingan udara akan meningkat dan konsumsi bbm menjadi boros.