3 Way Catalytic Converter Close Loop Sistem Andalan untuk Memenuhi Standar Emisi Euro 4

Assalamu’alaikum wa rochmatullohi wa barokatuh
Salam sejahtera buat kita semua, semoga kita semua selamat di perjalanan sampai ke tujuan

Dalam proses pembakaran antara udara dan bahan bakar dalam ruang bakar sebuah engine, tidak bisa dihindari adanya hasil sampingan yang tidak diinginkan. Hal ini terjadi karena banyak sekali variabel yang sulit untuk diukur dan dikontrol, untuk mendapatkan pembakaran yang sempurna. Hasil sampingan ini sifatnya sangat beracun dan berbahaya bagi kehidupan manusia dan juuga lingkungan.

Sedangkan jumlah kendaraan bermotor jumlahnya terus meningkat, yang mengakibatkan akumulasi gas beracun ini meningkat siginifikan dan sangat berbahaya jika terus dibiarkan. Karenanya dibuatlah standar internasional untuk meminimalisir penambahan jumlah kadar gas beracun tersebut di udara. Salah satu standar emisi yang saat ini sedang heboh  adalah euro, yang sampai saat ini telah diberlakukan euro4 untuk motor terbaru tahun 2019.

Karena ketatnya pembatasan kadar emisi gas buang dalam standar euro4, banyak kendaraan bermotor (khususnya sepeda motor) yang berjatuhan, karena tidak mampu memenuhi standar euro4 ini [artikel]. Karena salah satu teknik yang harus diaplikasikan adalah Three Way Catalitic (TWC) Converter Close Loop System pada saluran exhaust (knalpot). Yang mana pengaplikasian sistem ini menjadikan sistem kontrol bertambah rumit, dan bobot motor bertambah berat.

Nah pada artikel kali ini iwf (admin motogokil) akan mencoba menjelaskan apa itu twc close loop tersebut. Untuk sementara simak gambar kuantitas gas buang terhadap perbandingan udara dan bbm (AFR – Lambda).

Terlihat bahwa nilai lambda sangat mempengaruhi kandungan gas buang yang sifatnya beracun, yaitu HC, NOx dan CO. Sehingga mengontrol nilai lambda sangat berpengaruh dalam mendapatkan kinerja optimum sekaligus dengan kandungan gas beracun yang minim. Padahal pada daerah kesetimbangan (disekitar lambda =1) terbentuk kuantitas gas-gas beracun yang dihasilkan pembakaran masih cukup besar, jadi selain harus dikontrol, juga harus dirancang suatu bagian untuk menetralisir gas-gas beracun tersebut agar saat keluar dari knalpot sudah tidak membahayakan kehidupan dan juga lingkungan.

Bagian yang mampu menetralisir gas beracun tersebut adalah kombinasi air injection secondary supply system (AIS) dan catalitic converter (Cat-Con). AIS mensuplai udara segar yang mengandung banyak O2 (oksigen), dan Cat-Con mempermudah perubahan senyawa gas beracun (HC, CO dan NOx) menjadi gas yang ramah lingkungan (H2O, CO2, N2). Cat-Con sebelumnya menerapkan proses 2 way untuk menetralisir gas beracun, sedangkan yang terkini (mampu meningkatkan kualitas standar emisi menuju euro4) adalah yang 3 way. Berikut perbedaannya :

Two-way
1. Mengoksidasi CO menjadi CO2: 2CO + O2 → 2CO2
2. Mengoksidasi hidrokarbon (bbm) yang tidak terbakar/terbakar sebagian menjadi CO2 dan Air H2O): CxH2x+2 + 2xO2 → xCO2 + 2xH2O

Three-way
1. Mereduksi NOx menjadi nitrogen (N2) dan oksigen (O2): 2NOx → xO2 + N2
2. Mengoksidasi CO menjadi CO2: 2CO + O2 → 2CO2
3. Mengoksidasi hidrokarbon (bbm) yang tidak terbakar/terbakar sebagian menjadi CO2 dan Air H2O): CxH2x+2 + 2xO2 → xCO2 + 2xH2O

Proses di atas dapat berjalan dengan mudah jika terdapat katalisator, yang dalam hal ini adalah logam mulia seperti platinum, paladium atau rhodium pada catalytic converter. Berikut ini deskripsi dari proses netralisasi gas beracun menjadi gas yang ramah lingkungan dengan logam platinum sebagai katalisnya.

Dan logam  Rhodium sebagai katalisnya

Berikut ini penampakan struktur cat-con yang ternyata tidak sesederhana yang kita pikirkan.

Sebuah cat-con minimal memiliki 4 lapisan :

1. Housing yang terdiri dari inlet/outlet pipes/flanges,
   steel housing, insulation material, seals, inlet/outlet cones
2. Substrat yang juga biasa disebut catalyst support, sebuah truktur sarang lebah (honeycomb) yang terbentuk dari keramik atau stainless steel. Bentuk ini memungkinkan permukaan yang akan bersentuhan dengan gas buang menjadi sangat luas.
3. Washcoat, suatu lapisan berbentuk seperti permukaan handuk, yang menjadikan permukaan menjadi sangat kasar, sehingga semakin memperluas luas permukaan catcon yang bersentuhan dengan gas buang
4. Catalyst, suatu lapisan yang berisi molekul logam mulia, seperti platinum, paladium atau rhodium

Meskipun demikian kinerja dari sebuah twc tidaklah linear, akan tetapi bersifat sangat dinamis. Bahkan kemampuannya bisa menurun sesuai dengan umur penggunaannya.

Karenanya untuk semakin menyempurnakan kinerja netralisasi gas buang yang sangat beracun ini, twc dikombinasikan dengan sistem kontrol close loop, untuk memberikan pengaturan pada banyaknya bbm yang akan digunakan dalam pembakaran di ruang bakar suatu engine sepeda motor.

Dengan sistem close loop ini, kelemahan yang terjadi pada katalis dapat sedikit dikompensasi dengan pengaturan kuantitas bbm yang dicemburkan oleh injektor, yang dikontrol penuh oleh controller (ECU). Apalagi jika bukaan gas (throttle) tidak sepenuhnya dilakukan oleh rider, akan tetapi juga diatur sesuai dengan setingan map yang diinginkan. Dalam hal ini throttle by wire (tbw) semakin memberikan kontrol yang optimum dalam meminimkan emisi gas buang beracun yang keluar dari knalpot.

Dari aplikasi twc ini telah memberikan kontribusi yang sangat besar yaitu :

1. Menetralisir gas buang beracun dengan jumlah yang sangat besar, yaitu :
   • 4 milyar ton Hidrokarbon
   • 4 milyar ton Nitrogen Oksida
   • 40 milayar ton karbon monooksida
2. Memperbaiki kondisi Lingkungan
3. Meningkatkan efiseinsi penggunaan bbm 8 sampai 12%
4. Membersihakan udara untuk milyaran manusia

Sungguh suatu teknologi yang sangat bermanfaat untuk mereduksi sebahagain besar gas beracun yang dihasilkan oleh pembakaran suatu engine kendaraan bermotor. Semoga tulisan ini bermanfaat. Mohon maaf jika ada salah dan kurangnya, wassalamu’alaikum wa rochmatullohi wa barokatuh.