GPF pada Kendaraan Berbahan Bakar Bensin: Saudara Sepi dari DPF pada Diesel

GPF adalah sistem filter yang menangkap jelaga dan partikel halus dari knalpot mesin bensin agar tidak terlebih keluar; merupakan versi filter partikel diesel (DPF) yang diadaptasi untuk mesin bensin dan telah secara efektif menjadi perlengkapan standar pada kendaraan bensin injeksi langsung bersamaan dengan norma Euro 6d. Meskipun tidak sekenal DPF di sisi diesel, sistem ini bekerja dalam diam di sebagian besar kendaraan bensin turbo yang dijual saat ini.

Mengapa GPF diperlukan: Masalah partikel dari injeksi langsung

Selama beberapa dekade, mesin bensin telah beralih dari arsitektur injeksi lama yang menyemprotkan bahan bakar ke port intake menuju injeksi langsung (GDI) yang memaksa bahan bakar langsung ke dalam silinder di bawah tekanan. Alasannya sederhana: efisiensi bahan bakar dan keunggulan CO₂. Namun setiap pilihan rekayasa memiliki konsekuensinya. Waktu yang tersedia untuk bahan bakar bercampur sebelum pembakaran di dalam silinder menjadi lebih singkat, terbentuk zona-zaya lokal yang kaya, dan hal ini menghasilkan sejumlah besar partikel halus, yaitu jelaga kelas PM2.5. Sebuah hasil yang ironis tetapi dapat diukur: mesin bensin injeksi langsung yang baru ternyata mampu bersaing dengan diesel modern dalam hal emisi partikel.

Para regulator tidak melewatkannya tanpa mengukurnya. Di Eropa keluarga Euro 6, di Tiongkok China 6, untuk pertama kalinya menetapkan batas jumlah partikel untuk knalpot bensin. Batas yang ditetapkan dengan Euro 6c adalah 6×10¹¹ partikel per kilometer dalam kondisi sertifikasi; sedangkan batas massanya 0,0045 g/km. Batas numerik ini tidak mungkin dipenuhi dengan katalitik konverter, karena konverter mengolah gas, bukan partikel padat. Solusinya adalah membawa teknologi filtrasi aliran-dinding yang telah terbukti di sisi diesel ke knalpot bensin. GPF pun lahir.

Bagaimana GPF bekerja: Teknologi aliran-dinding yang diwarisi dari DPF

Di dalam GPF terdapat struktur sarang lebah (honeycomb) keramik yang ujung-ujungnya ditutup secara bergantian. Saat gas melewati dinding, partikel tetap tertahan di dalam; ini disebut filtrasi aliran-dinding. Partikel menempel ke dinding melalui tiga mekanisme: partikel yang lebih besar menabrak dinding searah aliran (impaksi), ukuran menengah menggesek permukaan dinding (intersepsi), dan yang terkecil tertangkap dengan berdifusi ke dinding melalui gerakan molekuler. Ketiganya bekerja bersama dan identik dengan mekanisme pada DPF.

Perbedaannya dimulai pada material dan mikrostruktur. GPF sepenuhnya diproduksi dari kordierit keramik dan struktur dindingnya jauh lebih berpori dibandingkan DPF. Hal ini menimbulkan dua konsekuensi: gas melewati lebih mudah, artinya tekanan balik lebih rendah, dan filter lebih ringan. Karena egzoz bensin memang membawa partikel karbon jauh lebih sedikit daripada egzoz diesel, porositas ini dimungkinkan tanpa mengorbankan efisiensi filtrasi. Filter juga dirancang dengan ketahanan termal benturan (thermal shock) untuk menahan suhu di atas 1100 °C dan memungkinkan pemanasan cepat di udara dingin. Rentang partikel yang ditargetkan adalah PM2.5 dan di bawahnya; yaitu justru fraksiyon halus yang dapat dihirup dan dominan pada egzoz bensin.

Perbedaan antara GPF dan DPF: Tabel perbandingan

Ini adalah pertanyaan yang paling sering diajukan para pengemudi: "Apakah jadi masalah seperti DPF?" Jawabannya perlu diberikan bukan dengan jaminan sembarangan, melainkan dengan perbedaan terukur dari kedua sistem tersebut. Mesin diesel, karena prinsip kerjanya, menghasilkan jelaga jauh lebih banyak dibandingkan mesin bensin; sehingga DPF harus mengelola siklus regenerasi yang lebih sering dan lebih agresif. Pada GPF bebannya rendah, sehingga kebutuhan intervensi pun rendah.

Rentang lebar pada baris efisiensi bukan kebetulan. GPF menjadi lebih efisien seiring bertambahnya jarak tempuh saat lapisan abu tipis menumpuk di dindingnya; nilai di atas 95% yang disebutkan untuk filter baru dan rentang 60-80% yang ditetapkan sebagai rata-rata seumur pakai adalah hasil dari titik pengukuran yang berbeda, bukan kontradiksi.

Regenerasi: Bagaimana GPF membersihkan dirinya sendiri?

Pembakaran jelaga yang menumpuk di filter, yaitu regenerasi, pada GPF terutama terjadi melalui jalur pasif. Saat pemotongan bahan bakar (deceleration fuel cut-off), misalnya ketika Anda melepas pedal gas, oksigen masuk ke egzoz; ketika suhu melampaui sekitar 600 °C, jelaga teroksidasi dan terbakar dengan sendirinya. Siklus regenerasi aktif teratur seperti pada diesel jarang terjadi pada bensin, karena memperkaya campuran secara sengaja untuk memaksa kenaikan suhu membawa risiko meningkatkan emisi NOx.

Meski demikian, ECU tidak tinggal diam. Sensor tekanan memantau perbedaan tekanan pada filter; pada kondisi kecepatan rendah, sedikit penundaan penyalaan (spark retard) diterapkan sehingga suhu egzoz dapat ditingkatkan sekitar 50 °C, dalam tingkat yang tidak akan disadari pengemudi. Jadi, yang memicu regenerasi bukanlah tombol peringatan, melainkan manajemen mesin itu sendiri. Masalah dimulai pada pola penggunaan yang tidak pernah memberikan kesempatan bagi mekanisme ini untuk bekerja: profil yang terdiri dari perjalanan singkat lima belas menit di mana mesin tidak pernah mencapai suhu kerja membuat penumpukan terjadi lebih cepat daripada regenerasi. Rute reguler jarak menengah, di mana mesin sudah hangat bahkan pada kecepatan rendah dan dapat dikendarai setidaknya sekitar 80 km/jam, memberikan kondisi yang cukup bagi filter untuk melindungi dirinya sendiri.

Penyumbatan, gejala kerusakan dan diagnosisnya

GPF yang lebih jarang tersumbat dibandingkan DPF bukan berarti tidak akan pernah tersumbat. Kendaraan penumpang menempuh jarak kilometer lebih sedikit dan mesin bensin menghasilkan jelaga lebih sedikit; dua alasan ini menjadikan GPF praktis bukanlah komponen yang bermasalah. Namun ada skenario di mana penumpukan melampaui regenerasi: kendaraan yang hanya digunakan untuk jarak pendek, profil perkotaan stop-and-go yang tidak memungkinkan mesin mencapai suhu kerja dengan benar, serta data sensor yang salah akibat sensor tekanan gas buang yang rusak.

Gejalanya mirip dengan pola pada DPF:

• Lampu peringatan filter partikulat atau sistem emisi di panel instrumen.
• Penurunan performa yang jelas akibat backpressure yang tinggi.
• Pada kasus lanjut, ECU mengaktifkan mode perlindungan mesin, yaitu limp mode.
• Kode terkait sirkuit tekanan diferensial pada alat diagnosis, misalnya P2452.

Pada penyumbatan yang nyata, solusi paling efektif adalah melepas filter dan membersihkannya dengan metode profesional; melepas GPF adalah jalan yang bertentangan dengan regulasi emisi maupun keabsahan uji berkala, dan meskipun dianggap layak diperdebatkan di dunia tuning, itu bukan pilihan yang legal.

Minyak, bahan bakar, dan uji berkala pada kendaraan dengan GPF: Hal-hal yang perlu diketahui pengemudi

Mengapa pemilihan minyak harus rendah abu (low SAPS)

Sebagian minyak mesin meresap ke ruang bakar dan sebagai produk pembakaran, abu menumpuk di dinding filter. Abu ini tidak dapat dibakar melalui regenerasi; abu menempati ruang di filter secara permanen. Karena itu, pada kendaraan dengan GPF, minyak dengan kandungan abu sulfat rendah, yaitu formula low SAPS, adalah suatu keharusan. Minyak low SAPS selama ini dikaitkan dengan mesin diesel yang dilengkapi DPF; GPF membawa kebutuhan ini ke sisi mesin bensin. Spesifikasi minyak ILSAC GF-7 terkini menurunkan batas maksimum abu sulfat hingga 0,9 persen berat, sehingga memperbaiki kompatibilitas dengan GPF. Kesimpulan praktisnya sederhana: tidak keluar dari minyak bersertifikat dengan kadar abu rendah yang ditentukan pabrikan adalah asuransi termurah untuk umur panjang filter.

Dampaknya pada efisiensi bahan bakar dan performa

Seperti komponen gas buang tambahan lainnya, GPF juga menciptakan sedikit backpressure; hal ini dapat sedikit menurunkan efisiensi mesin dan meningkatkan konsumsi. Seiring waktu, penumpukan jelaga dan abu meningkatkan backpressure; setiap siklus regenerasi juga sementara meningkatkan konsumsi. Penggunaan di perkotaan yang memicu regenerasi lebih sering berarti efek ini akan sedikit lebih terasa di lalu lintas yang padat. Bukan hukuman yang fatal, tetapi merupakan pos biaya yang perlu diketahui.

Apakah GPF diuji dalam uji emisi gas buang?

Tidak ada pos pemeriksaan tersendiri untuk GPF itu sendiri; dalam uji berkala, emisi gas buang diukur berdasarkan batas umum. Namun kendaraan dengan filter yang rusak, dilepas, atau tersumbat parah dapat gagal dalam uji berkala karena memengaruhi nilai emisi dan uji kobi. Karena itu, membiarkan filter tetap terpasang pada sistem dan menjaganya tetap sehat bukan hanya kewajiban lingkungan, tetapi juga kewajiban administratif.

Setelah Euro 6d: Ke mana arah GPF di dunia?

Euro 6d dan uji RDE (emisi pengemudian nyata) yang melekat padanya kini mengukur batas jumlah partikel di luar laboratorium, di jalan. Respons para produsen terhadap ujian sertifikasi ini adalah GPF; Menjelang 2018, sebagian besar mesin bensin dan semua mesin dengan injeksi langsung telah dilengkapi filter ini untuk memenuhi standar Euro 6. Di sisi Amerika Utara, situasinya berjalan berbeda: tidak ada batas federal untuk jumlah partikel, namun standar PM berbasis massa menjadikan GPF tak terelakkan dan di pasar Amerika Utara filter-filter ini sudah mulai tersebar; diperkirakan regulasi pemerintah juga sedang dalam perjalanan.

Pada akhirnya, GPF terbilang tersembunyi dalam bayangan DPF, tetapi bukan perangkat yang melakukan pekerjaan yang sama; ini adalah versi yang dilonggarkan sesuai kondisi khas knalpot bensin, sehingga jauh lebih sedikit bermasalah dalam penggunaan sehari-hari. Oli yang tepat, mesin yang dipanaskan secara teratur, dan sesekali perjalanan jauh; secara rekayasa, itulah tiga hal yang diinginkan sistem ini.

Sumber

• Apa itu Gasoline Particulate Filter (GPF)?
• Gasoline Particulate Filters - DieselNet
• Regenerasi GPF - Diagnosis, Pengujian, dan Perbaikan dengan Percaya Diri
• Dampak Gasoline Particulate Filter terhadap Efisiensi Bahan Bakar
• Gasoline particulate filter (GPF) - Ringkasan Teknis AECC
• Gasoline Particulate Filter - gambaran umum
• Diesel Particulate Filter vs Gasoline Particulate Filter
• Oli Mesin yang Tepat untuk Kendaraan dengan GPF
• Filter partikel bensin
• Emisi Jumlah Partikel dari Kendaraan Bensin Euro 6d-Temp
• Gasoline Particulate Filters
• Menjawab Tiga Pertanyaan tentang Gasoline Particulate Filters
• Filter GPF - cara kerja, masalah umum, perawatan
• Filter GPF: apa itu dan cara merawatnya
• Semua yang perlu Anda ketahui tentang GPF