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Academia Volkswagen - Pós-Vendas Apostila autodidática 336 Filtro de partículas Diesel com recobrimento catalítico Desenho e funcionamento
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Academia Volkswagen - Pós-Vendas
Apostila autodidática 336
Filtro de partículas Dieselcom recobrimento catalíticoDesenho e funcionamento
Apresentação
1Academia Volkswagen - Pós-Vendas
S336_231
A redução das emissões de partículas representa hoje em dia um grande desafio para o controle das emissões em veículos com motor Diesel.
Adicionalmente às medidas aplicadas ao motor, o filtro de partículas tem uma importância especial com respeito ao tratamento dos gases de escape.
O filtro de partículas representa um componente eficaz para eliminar as partículas de hollín contidas nos gases de escape dos motores Diesel, devido às características específicas do sistema.
Os sistemas de filtração mais utilizados constam de um catalisador de oxidação e o próprio filtro de partículas. No caso do filtro de partículas com recobrimento catalítico da Volkswagen foi combinado o catalisador e o filtro de partículas em uma peça. Assim é possível queimar, de forma continua, as partículas, sem ter que adicionar um aditivo ao combustível, graças ao desenho específico e a montagem do componente bem próximo ao motor.
Índice
2
Introdução .................................................................................................................................3
Aspectos gerais.....................................................................................................................3
Gases de escape ...................................................................................................................4
Origens dos contaminantes no ciclo da combustão..........................................................5
Partículas ...............................................................................................................................7
Partículas de hollín ...............................................................................................................7
Medidas para reduzir as emissões de partículas ...............................................................9
Desenho e funcionamento .......................................................................................................11
Sistema do filtro de partículas Diesel com recobrimento catalítico.................................11
Filtro de partículas ................................................................................................................12
Fase de regeneração ............................................................................................................14
Saturação de hollín no filtro de partículas..........................................................................19
Ciclo de pós-injeção na fase de desaceleração..................................................................20
Cames de injeção..................................................................................................................21
Estrutura do sistema ................................................................................................................22
Sensores e atuadores ...............................................................................................................23
Sensor de pressão 1 para gases de escape G450..............................................................23
Sensor de temperatura antes do filtro de partículas G506 ...............................................25
Sensor de temperatura depois do filtro de partículas G527 .............................................26
Sensor de temperatura antes do turbocompressor G507.................................................27
Sonda lambda G39 ...............................................................................................................28
Medidor de massa de ar G70...............................................................................................29
Luz indicadora de excesso de contaminação K83 (MIL)....................................................29
Luz indicadora para filtro de partículas Diesel K231..........................................................30
Esquema de funções.................................................................................................................31
Esquema de funções ............................................................................................................31
Limites do sistema....................................................................................................................32
Percursos em trajetos curtos ...............................................................................................32
Considerações sobre o combustível e o óleo lubrificante do motor................................32
Emissões ...............................................................................................................................33
Teste seus conhecimentos.......................................................................................................34
Introdução
3Academia Volkswagen - Pós-Vendas
Aspectos gerais
Na combustão do óleo Diesel se produz resíduos dos mais diversos tipos. Os componentes diretamente perceptíveis que compõe os gases de escape, quando o motor funciona a frio, são hidrocarbonetos não oxidados ou parcialmente oxidados, existentes em forma de gotículas que se apresentam como uma fumaça branca e são aldeídos um com forte odor.
Nos motores Diesel, além dos contaminantes gasosos também são emitidos sólidos particulados nos gases de escape que, sob o conceito genérico de «partículas», vêm sendo tratados nas discussões atuais sobre as substâncias nocivas para a sáude e o meio ambiente.
A Volkswagen busca uma estratégia a longo prazo no que diz respeito a redução das emissões de contaminantes nos gases de escape – não só das partículas Diesel, mas também dos outros componentes dos gases de escape, tais como hidrocarbonetos e óxidos nítricos. Há anos que a Volkswagen vêm se esforçando para otimizar os processos da combustão e reduzir as emissões de hollín em seus motores Diesel e com êxito: por exemplo, em 1999 quando lançou o Lupo 3L TDI, um veículo que na época cumpria a severa Norma Euro 4 sobre as emissões contaminantes, seis anos antes desta entrar em vigor no ano 2005 na Europa.
A Volkswagen sempre buscou, de forma determinada, o desenvolvimento do motor Diesel limpo e, com isso, demonstra sua responsabilidade pela proteção do meio ambiente. Exemplos disso é a tecnologia TDI, caracterizada por uma maior eficiência, menor consumo de combustível e índices mínimos de ruído. A Volkswagen seguirá melhorando a combustão dos motores, para reduzir ainda mais o consumo de combustível e as emissões de contaminantes diretamente na fonte de sua geração.
S336_233
Filtro de partículas Diesel
com recobrimento
catalítico
4
Gases de escape
Normativas sobre os gases de escape
Na Alemanha, na Europa e em nível mundial vêm sendo tomadas determinações e ditadas Normas legais, com o objetivo de reduzir as emissões de contaminantes no ar. Atualmente existe a Norma européia sobre emissões de contaminantes EU1 até EU6, que especificam, para a indústria automotiva, os limites das emissões contaminantes para a homologação de novos modelos de veículos.
Normas EU
As Normas EU regem os limites sobre as emissões de escape na Europa.
Quanto mais recente o nível da Norma mais severos e abrangentes são os limites sobre as emissões, ou seja, a Norma EU4 é mais severa que a EU3, assim como a EU5 é mais severa que a EU4 e assim por diante.
No Brasil, a Norma que rege os limites de emissões contaminantes de veículos automotores é o Proconve que segue o mesmo nível de exigência das Normas EU. No entanto, os limites determinados e os contaminantes que são controlados podem divergir entre essas Normas.
Previsão para o futuro
Para o futuro uma coisa é certa: as Normativas serão cada vez mais severas, ou seja, os limites admissíveis de emissões de gases contaminantes serão cada vez menores, assim como o limite de emissões de partículas de hollín para veículos movidos a Diesel. Por esse motivo, é necessário que todos os veículos com motor Diesel sejam equipados com um filtro de partículas.
S336_026
0,2
0,6
0,4
0,8
g/km
HC + NOXCO PMNOX
EU3 EU4 EU3 EU4 EU3 EU4 EU3 EU4
0,64
0,50
0,56
0,30
0,50
0,25
0,05 0,025
Monóxido de carbono Hidrocarboneto e
óxidos nítricos
Óxidos nítricos Partículas de hollín
Limites de emissões de escape admitidos para motores Diesel (ex. segundo EU)
5Academia Volkswagen - Pós-Vendas
Origens dos contaminantes no ciclo da combustão
A geração de contaminantes e, especialmente, as emissões de partículas de hollín, dependem do processo de combustão no motor Diesel. Este processo está sujeito, por sua vez, a múltiplos fatores de desenho, propriedades do combustível e fatores atmosféricos.
O quadro a seguir mostra os componentes de entrada e de saída do motor Diesel no ciclo da combustão.
aprox. 67%
CO2
H2ON2
aprox. 12%
aprox.
11%
HC
NOX
CO
O2
SO2
PM
aprox.
0,3%
aprox
.
10%
S336_108
Combustível injetado:
HC Hidrocarbonetos
S Enxofre
Ar aspirado:
O2 Oxigênio
N2 Nitrogênio
H2O Água
(Umidade do ar)Gases de escape:
O2Oxigênio
N2Nitrogênio
H2OÁgua
CO2Dióxido de carbono
COMonóxido de carbono
HCHidrocarbonetos
SO2Dióxido de enxofre
NOxÓxidos nítricos
PM Partículas de hollín(PM = inglês: particulate matter)
No que diz respeito ao efeito nocivo para o meio ambiente e para a saúde, os gases de escape do motor Diesel contém componentes que merecem uma análise diferenciada.
São catalogadas como substâncias inofensivas os componentes já existentes na atmosfera, que são o oxigênio, o nitrogênio e a água.
O dióxido de carbono, um gás natural contído na atmosfera, encontra-se dentro de uma margem limite com respeito a essa catalogação. Mesmo não sendo tóxico é considerado um dos causadores do efeito estufa em função do aumento e sua concentração.
São consideradas nocivas as substâncias como o monóxido de carbono, os hidrocarbonetos, o dióxido de enxofre, os óxidos nítricos e as partículas de hollín.
6
Substâncias nocivas nos gases de escape
O monóxido de carbono (CO) é produzido em função de uma combustão incompleta dos combustíveis que contém carbono, quando há uma combustão com falta de oxigênio. É um gás incolor, inodoro e insípido.
Se dá o nome de hidrocarboneto a uma grande quantidade de combinações diferentes (por exemplo C6H6, C8H18), que se produzem após uma combustão incompleta.
O dióxido de enxofre é gerado em virtude da combustão de um combustível contendo enxofre. É um gás incolor e com forte odor. O conteúdo de enxofre no combustível vêm sendo reduzido cada vez mais.
Os óxidos nítricos (por exemplo NO, NO2, ...) são produzidos devido a alta pressão, alta temperatura e excesso de oxigênio durante a combustão no motor.
Se falta oxigênio partículas são produzidas de hollín como consequência de uma combustão incompleta.
S336_014
CO
Monóxido de
carbono
S336_016
HC
Hidrocarbonetos
S336_018
SO2
Dióxido de enxofre
S336_020
NOx
Óxidos nítricos
S336_022
Partículas de hollín
7Academia Volkswagen - Pós-Vendas
Partículas
A palavra partícula é utilizada como terminologia genérica para todos os corpúsculos, sólidos ou líquidos, produzidos por abrasão, trituração, erosão, condensação, assim como por uma combustão incompleta. Estes processos geram partículas de diferentes formas, dimensões e estruturas.
As partículas são consideradas contaminantes, por serem tão pequenas, a ponto de poderem flutuar em gases prejudicando o organismo.
Partículas de hollínDurante o processo de combustão em um motor Diesel são produzidas partículas de hollín. São esferas microscópicas de carbono, com um diâmetro de aproximadamente 0,05 μm. Seu núcleo é de carbono puro e em torno deste núcleo se aderem diversas combinações de hidrocarbuonetos, óxidos metálicos e enxofre.
Certas combinações de hidrocarbonetos são catalogadas como críticas para a saúde.
A composição exata das partículas de hollín depende da tecnologia do motor, as condições de aplicação e o combustível utilizado.
Carbono
HidrocarbonetosSO4 (sulfato)
Enxofre e óxidos metálicos
H2O (água)
S336_182
8
Origem das partículas de hollín
A geração das partículas de hollín no motor Diesel depende de diferentes fatores que intervém na combustão, tais como a alimentação de ar, a injeção e a propagação da chama.
A qualidade da combustão depende do modo como se forma a mistura do ar com o combustível.
A mistura pode resultar rica em certas zonas da câmara de combustão, por não haver oxigênio suficiente disponível. Neste caso, a combustão se torna incompleta e se produzem partículas de hollín.
A massa e a quantidade das partículas dependem, portanto, da qualidade obtida na combustão no motor. O sistema de injeção Common Rail estabelece uma combustão eficiente, graças a alta pressão da injeção e um desenvolvimento do ciclo de injeção, que se adapta às exigências impostas ao motor, reduzindo a geração de partículas de hollín durante o processo da combustão.
Contudo, a alta pressão de injeção e a refinada pulverização do combustível obtida como consequência não necessariamente se traduz em partículas menores.
Em medições efetuadas foi comprovado que o tamanho das partículas nos gases de escape é muito parecido, indiferentemente do princípio da combustão do motor, ou seja, com câmara de turbulência, sistema Common Rail ou injetor bomba.
Partícula de hollín típica, como a gerada durante a
combustão no motor Diesel
S336_013
9Academia Volkswagen - Pós-Vendas
Medidas para reduzir as emissões de partículas
A redução das emissões de escape do motor Diesel constitui um objetivo importante para que o mesmo possa continuar a ser utilizado nos veículos. Para a redução das emissões de escape existe uma série de soluções técnicas aplicáveis.
Nesse aspecto diferenciam-se entre medidas internas e externas nos motores.
Medidas internas
Mediante medidas internas se torna possível alcançar uma redução das emissões.
Uma otimização eficaz da combustão contribui para que substâncias contaminantes não sejam produzidas.
Pertencem às medidas internas:
• o desenho dos dutos de admissão e de escape, para estabelecer ótimas condições de fluxo.
• altas pressões de injeção, por exemplo, com a tecnologia Common Rail.
• o desenho da câmara de combustão, por exemplo, reduzindo o espaço nocivo e otimizando a geometria da câmara na cabeça do pistão.
S336_045
10
Medidas externas
Através de medidas externas pode-se evitar a emissão das partículas de hollín que são geradas por causa da combustão. A redução das partículas de hollín é possível em função de um sistema de filtração.
Neste aspecto se distinguem dois sistemas - o filtro de partículas Diesel com aditivo e o filtro de partículas Diesel com recobrimento catalítico. Nas páginas seguintes será explicado exclusivamente a arquitetura e o funcionamento do filtro de partículas Diesel com recobrimento catalítico, o qual é utilizado nos veículos Volkswagen.
Sistema com aditivo
Este sistema é utilizado em veículos com o filtro de partículas instalado longe do motor. Devido ao longo trajeto dos gases de escape entre o motor e o filtro de partículas, a temperatura de combustão necessária para a combustão das partículas somente pode ser atingida adicionando-se um aditivo.
S336_142
750 °C
620 °C 500 °C
Catalisador de
oxidação Fíltro de partículas
Temperatura dos gases de
escape na fase de regeneração
Sistema com recobrimento catalítico
Este sistema é utilizado nos veículos com filtro de partículas instalado próximo ao motor. Devido a curta distância percorrida pelos gases de escape entre o motor e o filtro de partículas, a temperatura dos gases de escape já é suficiente para a combustão das partículas.
S336_144
750 °C
620 °C
Filtro de partículas com catalisador
de oxidação integrado
Temperatura dos gases de
escape na fase de regeneração
Desenho e funcionamento
11Academia Volkswagen - Pós-Vendas
Sistema do filtro de partículas Diesel com recobrimento catalítico
O quadro geral abaixo representa os componentes do sistema de filtração de partículas Diesel.
1 2
4
5
8
6
S336_030
79
10
11
12
3
1 Unidade de Controle do instrumento combinado J285
2 Unidade de Controle do motor
3 Medidor de massa de ar
4 Motor Diesel
5 Sensor de temperatura antes do turbocompressor G507
6 Turbocompressor
7 Sensor de temperatura antes do filtro de partículas G506
8 Sonda lambda G39
9 Filtro de partículas
10 Sensor de pressão 1 para gases de escape G450
11 Sensor de temperatura depois do filtro de partículas G527
12 Silenciador
O quadro mostra um sistema com escape simples. Nos sistemas de escape múltiplos, os
filtros de partículas e os sensores são instalados respectivamente em cada ramal dos
gases de escape.
12
Filtro de partículas
O filtro de partículas Diesel com recobrimento catalítico está situado na tubulação de escape, logo após o turbocompressor.
São combinados dois componentes em uma unidade compartilhada: o catalisador de oxidação e o filtro de partículas, o que o caracteriza como filtro de partículas com recobrimento catalítico.
Filtro de partículas
Diesel com
recobrimento catalítico
S336_039
Em sua função como filtro de partículas Diesel se encarrega de reter partículas de hollín contidas nos gases de escape. Em sua função de catalisador de oxidação se encarrega de depurar os gases de escape contaminantes hidrocarbonetos (HC) e monóxido de carbono (CO), transformando-os em água (H2O) e dióxido de carbono (CO2).
A informação detalhada sobre o tema catalisador de oxidação pode ser consultada na
apostila autodidática SSP007BR Sistemas de gerenciamento de motores aspirados.
Catalisador de
oxidaçãoFiltro de partículas
Filtro de partículas Diesel
com recobrimento catalítico
Catalisador de oxidação Filtro de partículas
Filtro de partículas Diesel
com recobrimento catalítico
S336_212
Estrutura
13Academia Volkswagen - Pós-Vendas
O filtro de partículas Diesel consta de um corpo cerâmico alveolar de carboneto de sílicio, alojado em uma carcaça de metal. O corpo de cerâmica está dividido em uma grande quantidade de pequenos condutos paralelos, fechados de forma alternada. Disso resultam condutos de entrada e de saída separados pelas paredes filtrantes.
S336_038
Corpo cerâmico alveolar
S336_154
As paredes filtrantes de carboneto de silício são porosas.
O corpo de carboneto de silício está recoberto com uma combinação de óxido de alumínio e óxido de cério.
Esta combinação é utilizada como substrato para o catalisador. O substrato está recoberto com platina, um metal nobre, que faz a função de catalisador.
Um catalisador é uma substância que promove ou inibe uma reação química, sem participar da mesma e sem sofrer nenhuma modificação por esse motivo.
S336_204
Carcaça de metal
Conduto de
saída
Conduto de
entrada
Parede filtrante
Corpo de
carboneto de
silício
Substrato
(óxido de alumínio
/ óxido de cério)
Catalisador
de platina
Partícula de
hollín
Funcionamento
Devido aos condutos estarem fechados, alternadamente, em direções de entrada e saída, os gases de escape com cargas de hollín tem que passar pelas paredes filtrantes porosas de carboneto de silício.
Em contraste com os componentes gasosos, as partículas de hollín são retidas nos condutos de entrada.
Partícula de hollín
no conduto de
entrada
Conduto de
saída
14
Fase de regeneraçãoO filtro de partículas Diesel tem que ser descarregado de forma sistemática das partículas de hollín, para evitar que seja afetada sua capacidade de funcionamento. Durante o ciclo de regeneração se procede a queimar (oxidar) as partículas retidas no filtro. No caso da regeneração do filtro de partículas com recobrimento catalítico existe a regeneração passiva e a regeneração ativa. O ciclo de regeneração ocorre sem que o condutor o perceba.
Zonas de recobrimento no filtro de partículas Diesel
O filtro de partículas Diesel deve ter um comprimento específico para contar com uma grande capacidade de retenção de hollín. Da mesma forma, tem que ser recoberto com uma camada de platina para conseguir o efeito catalítico desejado.
O recobrimento catalítico do filtro de partículas Diesel está dividido por zonas sobre a extensão do filtro.
Na zona anterior há uma grande quantidade de platina, enquanto na zona posterior a quantidade de platina é pequena. O recobrimento diferenciado por zonas traz as seguintes vantagens:
• Ao funcionar o motor em condições Normais, o filtro de partículas Diesel se aquece rapidamente na zona anterior. Devido a alta concentração de platina, como material catalisador, nessa zona anterior, o filtro promove uma ação catalítica rápida.
• Na fase de regeneração, a parte posterior do filtro de partículas Diesel alcança altas temperaturas em razão da combustão das partículas de hollín. Estas altas temperaturas provocam um ataque a longo prazo da platina. Por esse motivo evita-se aplicar na zona posterior um recobrimento espesso com platina, a qual possui um custo elevado.
• Outro motivo pelo qual coloca-se menor quantidade de platina na zona posterior é devido ao envelhecimento do filtro de partículas Diesel.Durante seu período de vida útil é cada vez maior a quantidade de resíduos da combustão depositados na parte posterior, afetando assim o efeito catalítico da platina.
S336_010Zona anterior Zona
posterior
15Academia Volkswagen - Pós-Vendas
Regeneração passiva
No ciclo de regeneração passiva as partículas de hollín se queimam de forma contínua, sem intervenção por parte da gestão do motor. A localização do filtro de partículas próximo ao motor permite que, por exemplo, os gases de escape alcancem temperaturas de 350-500 °C ao circular por autoestradas. As partículas de hollín são transformadas, por meio de uma reação com dióxido nítrico, em dióxido de carbono. Esta operação gradual se desenvolve de forma lenta e contínua através do recobrimento de platina, que exerce a função de material catalisador.
A partir dos óxidos nítricos (NOX) e o oxígêno (O2) contidos nos gases de escape é gerado o dióxido nítrico (NO2), com ajuda do recobrimento de platina.NOX + O2 reage produzindo NO2
O dióxido nítrico (NO2) reage com o carbono (C) da partícula de hollín, gerando monóxido de carbono (CO) e monóxido de nitrogênio (NO).NO2 + C reacciona produciendo CO + NO
O monóxido de carbono (CO) e o monóxido de nitrogênio (NO) se combinam com o oxigênio (O2), produzindo dióxido nítrico (NO2) e dióxido de carbono (CO2).CO + NO + O2 reage produzindo NO2 + CO2
Funcionamento
Conduto
de saída
Conduto de
entrada
Parede filtrante
Corpo de
carboneto de
silicio
Substrato
(óxido de
aluminio / óxido
de cério)
Platina
S336_184
16
Regeneração ativa
O propósito da regeneração ativa também é queimar as partículas de hollín. Para isso, a gestão do motor se encarrega de produzir um aumento específico da temperatura dos gases de escape. Ao circular por cidade em baixa carga do motor, a temperatura dos gases de escape são demasiadamente baixas para poder realizar um ciclo de regeneração passiva no filtro de partículas.
Como não é possível queimar as partículas de hollín, ocorre uma saturação no filtro. Quando se alcança uma saturação específica de hollín no filtro, a gestão do motor coloca em vigor um ciclo de regeneração ativa, a qual dura cerca de 10 minutos.
As partículas de hollín se queimam, produzindo dióxido de carbono, a partir de una temperatura dos gases de escape de aproximadamente 600°C.
No caso da regeneração ativa as partículas de hollín são queimadas com a ajuda da alta temperatura dos gases de escape. O carbono das partículas de hollín é submetido a oxidação com o oxígênio, transformando-se em dióxido de carbono.C + O2 reage transformando-se em CO2
Funcionamento
Conduto de
saída
Conduto de
entrada
Parede filtrante
Corpo de carboneto
de silícioSubstrato
(óxido de
aluminio / óxido
de cério)
Platina
S336_186
17Academia Volkswagen - Pós-Vendas
Funcionamento da regeneração ativa
As partículas de hollín são retidas nos condutos de entrada. A Unidade de Controle do motor pode detectar o nível de saturação do filtro de partículas Diesel com base na análise dos sinais procedentes do medidor de massa de ar, dos sensores de temperatura antes e depois do filtro de partículas, assim como do sensor de pressão 1 para os gases de escape.
Filtro de partículas vazio = baixa resistência ao fluxo
Sensor de pressão 1 para
gases de escape G450
Sinais para a unidade de
controle do motor
S336_042
Sensor de temperatura
antes do filtro de
partículas G506
Medidor de massa
de ar G70
Filtro de partículas vazio
S336_044
Filtro de partículas saturado = alta resistência ao fluxo
Sensor de pressão 1 para
gases de escape G450Sensor de temperatura
antes do filtro de partículas
G506
Medidor de massa
de ar G70
Sinais para a unidade de
controle do motor
Filtro de partículas saturado
Se a saturação de hollín alcança um limite específico, determinado pela gestão do motor, esta coloca em vigor um ciclo de regeneração ativa.
Sensor de temperatura
depois do filtro de
partículas G527
Sensor de temperatura
depois do filtro de
partículas G527
18
Gestão do motor durante a execução da regeneração ativa
A Unidade de Controle do motor calcula o estado de saturação do filtro analisando a sua resistência ao fluxo. Uma alta resistência ao fluxo supõe que o filtro tende a se obstruir. Desta forma, a Unidade de Controle do motor coloca em vigor o ciclo de regeneração ativa, tomando as seguintes providências:
• desativa a recirculação dos gases de escape, para subir a temperatura da combustão,
S336_124
• após uma injeção principal com dosagem reduzida, aplica um ciclo de pós-injeção, aos 35° da árvore de manivelas depois do ponto-morto superior do pistão, para subir a temperatura dos gases de escape,
S336_126
• regula a alimentação de ar de admissão através da válvula borboleta elétrica,
S336_120
• adapta a pressão de sobrealimentação, com objetivo de que o torque do motor não se altere, de forma perceptível para o condutor, durante o ciclo de regeneração.
S336_122
Estas medidas contribuem para um aumento específico e breve da temperatura dos gases de escape para mais de 600°C. Nesta faixa de temperatura, o hollín depositado se oxida, transformando-se em dióxido de carbono. Após esta regeneração ativa, o filtro de partículas volta a estar disposto a reter o hollín dos gases de escape.
19Academia Volkswagen - Pós-Vendas
Saturação de hollín no filtro de partículas
A saturação de hollín no filtro de partículas é um aspecto que a Unidade de Controle do motor vigia continuamente para calcular a resistência ao fluxo no filtro. Para determinar a resistência ao fluxo se relaciona a vazão volumétrica dos gases de escape antes do filtro de partículas com a diferença de pressão antes e depois do filtro de partículas.
Diferença de pressão
A diferença de pressão do fluxo de gases de escape antes e depois do filtro de partículas é determinado com o sensor de pressão 1 para gases de escape.
Fluxo volumétrico dos gases de escape
O fluxo volumétrico dos gases de escape é calculado pela Unidade de Controle do motor, tomando como base a corrente de massas de gases no coletor de escape e a temperatura dos gases de escape antes do filtro de partículas. A corrente de massas de gases de escape equivale aproximadamente à corrente de massa de ar do coletor de admissão, a qual se determina por meio do medidor de massa de ar. A massa dos gases de escape depende de sua temperatura. Esta temperatura é determinada pelos termosensores implantados antes e depois do filtro de partículas.Tendo em conta a temperatura dos gases de escape, a Unidade de Controle do motor pode calcular o fluxo volumétrico dos gases de escape, tomando como base a corrente de massas do gás de escape.
Resistência ao fluxo no filtro de partículas
0 100 200 300 400 500 600 700
0
50
100
150
200
250
300
Fluxo volumétrico (m3/h)
Dif
ere
nça d
e p
ressão
Δp
(m
bar)
Filtro de partículas Diesel:
saturado
vazio
avariado
S336_156
A Unidade de Controle do motor relaciona a diferença de pressão com o fluxo volumétrico dos gases de escape e obtém, com isso, a resistência ao fluxo no filtro de partículas. Com a informação da resistência ao fluxo a Unidade de Controle do motor detecta o grau de saturação de hollín.
20
Ciclo de pós-injeção na fase de desaceleração
Ao circular em tráfego urbano lento, com cargas do motor intensamente alternantes e uma alta porcentagem de fases de desaceleração é preciso aplicar medidas especiais para a limpeza do filtro.
Em virtude de que Normalmente se deixa de injetar combustível durante a fase de desaceleração, os gases de escape não alcançam a temperatura necessária para a regeneração do filtro de partículas.
Na fase de desaceleração é injetada uma pequena quantidade de combustível, a cerca dos 35° da árvore de manivelas depois do ponto-morto superior do pistão.
S336_128
Devido ao fato de que a pós-injeção é realizada depois do ponto-morto superior do pistão, o combustível não se queima no cilindro, e sim se evapora.
Estes vapores de combustível se queimam no filtro de partículas. O calor gerado, por esse motivo, faz com que os gases de escape alcancem a temperatura necessária para a regeneração do filtro de partículas.
S336_130
O sensor de temperatura depois do filtro de partículas vigia, durante essa operação, a temperatura dos gases de escape na saída do filtro de partículas. Dessa forma, se regula a dosagem do ciclo de pós-injeção na fase de desaceleração.
S336_202
S336_200
21Academia Volkswagen - Pós-Vendas
Cames de injeção
Nos motores Diesel com injetor bomba e filtro de partículas foi desenhado um came de injeção com contorno específico para o ciclo de pós-injeção.
Em comparação com o motor sem filtro de partículas, o came de injeção é desenhado de modo que o movimento descendente do êmbolo da bomba finalize mais tarde. Deste modo, em um lapso de tempo posterior existe suficiente curso disponível para o ciclo de pós-injeção.
Procure levar em conta as especificações contidas no Manual de Reparações para a
montagem do injetor bomba.
Contorno do came em motores Diesel com injetor bomba, sem filtro de partículas
Contorno do came em motores Diesel com injetor bomba, com filtro de partículas
Came de
injeção
Mola do
êmbolo
Êmbolo de
bomba
Parafuso de
cabeça esférica
Balancim
roletado
S336_216
Estrutura do sistema
22
Sensor de temperatura antes do
filtro de partículas G506
Sensor de pressão 1 para gases
de escape G450
Sonda lambda G39
Unidade de Controle para
sistema de injeção direta
Diesel J248
Unidade de Controle do
instrumento combinado J285
Luz indicadora para
filtro de partículas Diesel K231
Conector para
diagnósticos
CAN-Bus de dados
Aquecimento para sonda lambda
Z19
Sensor de temperatura antes do
turbo-compressor G507
S336_106
Medidor de massa de ar G70
Sensor para indicador do nível de
combustível G
Luz indicadora para tempo
de pré-aquecimento K29
Válvulas injetoras
N240-N243
Bloco de válvulas eletromagnéticas com:
válvula para recirculação de gases de
escape N18,eletroválvula para limitação da pressão
de sobrealimentação N75
Motor para borboleta no coletor
de admissão V157
Sensor de temperatura depois
do filtro de partículas G527
Sensores e atuadores
23Academia Volkswagen - Pós-Vendas
Sensor de pressão 1 para gases de escape G450
Aplicações do sinal
O sensor de pressão 1 para gases de escape se encarrega de medir a diferença de pressão da corrente de gases de escape antes e depois do filtro de partículas. Os sinais do sensor de pressão para gases de escape, os sinais dos sensores de temperatura antes e depois do filtro de partículas, assim como o sinal do medidor de massa de ar, formam um conjunto indivisível para a determinação do estado de saturação no filtro de partículas.
Efeitos em caso de ausência do sinal
Se o sinal do sensor de pressão para gases de escape falhar, a regeneração do filtro de partículas é realizada, inicialmente, de forma cíclica, de acordo com o percurso efetuado ou horas de serviço. Contudo, a longo prazo não é possível regenerar de forma confiável o filtro de partículas.
Depois de um número de ciclos definido se acende , primeiramente, a luz indicadora para filtro de partículas Diesel e, em seguida, pisca a luz indicadora para pré-aquecimento no instrumento combinado. Com isso, o condutor é alertado para levar o veículo a uma oficina.
Estrutura
O sensor de pressão 1 para gases de escape tem duas tomadas. Uma conduz um tubo de pressão até o fluxo dos gases de escape, antes do filtro de partículas, e o outro conduz um tubo até o fluxo dos gases de escape, depois do filtro de partículas.
No sensor existe um diafragma com elementos piezoelétricos, que reagem diante das pressões dos gases de escape.
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Sinal para a
Unidade de
Controle
Diafragma com elementos
piezoelétricos
Pressão antes
do filtro
Pressão depois
do filtro
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Funcionamento:
Filtro de partículas vazio
Se o filtro tem uma carga muito baixa de partículas, a pressão é quase idêntica antes e depois do filtro.
O diafragma com os elementos piezoelétricos se encontra em posição de repouso.
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Pressão antes do filtro =
pressão depois do filtro
Elementos
piezoelétricos
Filtro de partículas saturado
Se foi acumulado hollín no filtro de partículas, a pressão dos gases de escape antes do filtro aumenta em função do fluxo volumétrico disponível.
A pressão dos gases de escape depois do filtro se mantém quase invariável. O diafragma se deforma em função da diferença das pressões. Esta deformação modifica a resistência dos elementos piezoelétricos, que se encontram interconectados, formando uma ponte de medição.
A tensão de saída desta ponte de medição é tratada pela eletrônica do sensor, amplificada e transmitida em forma de sinal de tensão até a Unidade de Controle do motor.
Com ajuda deste sinal, a Unidade de Controle do motor determina o estado de saturação do filtro de partículas e põe em vigor um ciclo de regeneração para descarregar o filtro.
O estado de saturação do filtro de partículas pode ser consultada com o sistema de
diagnose, medição e informação de veículos VAS 5051, em um bloco de valores de
medição que o expressa como “coeficiente de saturação do filtro de partículas”.
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pressão antes do filtro >
pressão depois do filtro
25Academia Volkswagen - Pós-Vendas
Sensor de temperatura antes do filtro de partículas G506
O sensor de temperatura antes do filtro de partículas é um sensor PTC. Em um sensor PTC (termistor de coeficiente de temperatura positivo) a resistência aumenta a medida que aumenta a temperatura.
Aplicações do sinal
Se o sinal do sensor de temperatura antes do filtro de partículas falhar, a regeneração do filtro é realizada primeiramente de forma cíclica, em função do percurso efetuado ou das horas em serviço.
A longo prazo, contudo, não é possível regenerar confiavelmente o filtro de partículas. Após uma quantidade de ciclos se acende, primeiramente, a luz indicadora para filtro de partículas Diesel e, em seguida, a luz indicadora para pré-aquecimento no instrumento combinado. Desta forma, o condutor é avisado para levar o veículo a uma oficina.
Com a ajuda do sinal procedente dos sensores de temperatura antes e depois do filtro de partículas, a Unidade de Controle do motor calcula o fluxo volumétrico dos gases de escape, para poder determinar o estado de saturação do filtro de partículas.
Os sinais dos sensores de temperatura antes e depois do filtro de partículas, o sinal do medidor de massa de ar, assim como o sinal do sensor de pressão 1 para gases de escape, constituem uma unidade indivisível para a determinação do estado de saturação no filtro de partículas.
Além disso, se utiliza o sinal para a proteção de componentes, neste caso, para proteger o filtro de partículas contra temperaturas excessivas dos gases de escape.
Efeitos em caso de ausência do sinal
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Está localizado na tubulação de gases de escape, antes do filtro de partículas Diesel, e se encarrega de medir a temperatura dos gases de escape.
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Se o sinal do sensor de temperatura depois do filtro de partículas falhar, a regeneração do filtro é realizada primeiramente de forma cíclica, segundo o percurso efetuado ou horas de serviço.
A longo prazo, contudo, não é possível regenerar confiavelmente o filtro de partículas.
Após uma quantidade definida de ciclos primeiramente acende a luz indicadora para o filtro de partículas Diesel e, em seguida, pisca a luz indicadora para pré-aquecimento no instrumento combinado. Desta forma, o condutor é avisado para levar o veículo a uma oficina.
A Unidade de Controle do motor utiliza os sinais do sensor de temperatura, depois do filtro de partículas, para regular a dosagem de combustível para o ciclo de pós-injeção na fase de desaceleração.
Quanto maior é a temperatura dos gases de escape, depois do filtro de partículas, menor é a quantidade injetada.
Os sinais do sensor de temperatura depois, do filtro de partículas, são utilizados para a proteção dos componentes, ou seja, neste caso proteger o próprio filtro de partículas contra temperaturas excessivas dos gases de escape.
Sensor de temperatura depois do filtro de partículas G527
O sensor de temperatura depois do filtro de partículas é um sensor PTC.
Aplicações do sinal Efeitos em caso de ausência do sinal
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Está localizado na tubulação de gases de escape depois do filtro de partículas Diesel e mede a temperatura dos gases de escape.
27Academia Volkswagen - Pós-Vendas
Sensor de temperatura antes do turbocompressor G507
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O sensor de temperatura antes do turbocompressor é um sensor PTC. Está localizado antes do turbocompressor e mede a temperatura dos gases de escape.
Aplicações do sinal
Se o sinal do sensor de temperatura antes do turbocompressor falhar, não será possível proteger o turbocompressor contra temperaturas inadmissívelmente altas. Neste caso, a regeneração do filtro de partículas deixa de ser realizada.
O sistema alerta o condutor para levar o veículo a uma oficina, acendendo a luz indicadora para pré-aquecimento.
Para reduzir as emissões de partículas de hollín a recirculação dos gases de escape é desativada.
A Unidade de Controle do motor necessita do sinal do sensor de temperatura antes do turbocompressor, para calcular o momento e a quantidade de combustível do ciclo de pós-injeção durante a fase de regeneração.
Desse modo, consegue-se o aumento necessário da temperatura dos gases de escape para a combustão das partículas de hollín.
Além disso, utiliza-se do sinal para proteger o turbocompressor contra temperaturas inadmissívelmente elevadas durante o ciclo de regeneração.
Efeitos em caso de ausência do sinal
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Sonda lambda G39
A sonda lambda é uma versão do tipo banda larga.
Está localizada na tubulação de escape entre o turbocompressor e o filtro de partículas com catalisador de oxidação.
Aplicações do sinal
A regeneração do filtro de partículas torna-se menos exata, mas continua sendo operativa.
A avaria da sonda lambda pode provocar maior emissão de óxidos nítricos.
Com a ajuda da sonda lambda é possível determinar a quantidade de oxigênio nos gases de escape, em uma extensa gama de medição.
Com relação ao sistema de filtração de partículas Diesel, a Unidade de Controle do motor utiliza o sinal da sonda lambda para poder calcular, com exatidão, a quantidade e o momento da pós-injeção para o ciclo de regeneração. Para contar com uma regeneração eficaz do filtro de partículas é necessário uma quantidade mínima de oxigênio nos gases de escape e uma alta temperatura uniforme dos gases. Esta regulação é possível recorrendo aos sinais da sonda lambda, em combinação com os sinais do sensor de temperatura antes do turbocompressor.
Efeitos em caso de ausência do sinal
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A informação detalhada sobre o funcionamento da sonda lambda de banda larga encontra-se
na apostila autodidática SSP004BR “Sistemas de gerenciamento de motores turbo”.
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29Academia Volkswagen - Pós-Vendas
Medidor de massa de ar G70
O medidor de massa de ar por filme quente (HFM) está localizado na tubulação de admissão de ar do motor. Com ajuda do medidor de massa de ar, a Unidade de Controle do motor determina a massa de ar efetivamente aspirada.
Aplicações do sinal
Se o sinal do medidor de massa de ar falhar, a regeneração do filtro de partículas é realizada primeiramente de forma cíclica, conforme o percurso efetuado ou horas de serviço.
A longo prazo, contudo, não é possível regenerar confiavelmente o filtro de partículas. Após uma quantidade definida de ciclos primeiramente acende a luz indicadora para o filtro de partículas Diesel e, em seguida, pisca a luz indicadora para pré-aquecimento no instrumento combinado. Desta forma, o condutor é avisado para levar o veículo a uma oficina.
Com relação ao sistema de filtração de partículas Diesel, o sinal é utilizado para calcular o fluxo volumétrico dos gases de escape, para poder determinar o estado de saturação do filtro de partículas.
O sinal do medidor de massa de ar, os sinais dos sensores de temperatura antes e depois do filtro de partículas, assim como o sinal do sensor de pressão 1 dos gases de escape constituem uma unidade indivisível para determinar o estado de saturação do filtro de partículas.
Efeitos em caso de ausência do sinal
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Luz indicadora de excesso de contaminação K83 (MIL)
Os componentes de relevância para a composição dos gases de escape no sistema do filtro de partículas Diesel são submetidos a vigilância conforme diretrizes da Eurodiagnose de bordo (EOBD), para captar possíveis avarias e funções anômalas.
A luz indicadora de excesso de contaminação (MIL = malfunction indicator light) sinaliza avarias detectadas pelo sistema EOBD.
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A informação detalhada sobre o funcio-namento do medidor de massa de ar por filme
quente (HFM) encontra-se na apostila autodidática SSP004BR “Sistemas de
gerenciamento de motores turbo”.
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Luz indicadora para filtro de partículas Diesel K231
A luz indicadora para filtro de partículas Diesel encontra-se no instrumento combinado. Se acende quando não é possível regenerar o filtro de partículas Diesel, devido a utilização do veículo em trajetos extremamente curtos.
Missão
Se o veículo é utilizado durante um tempo prolongado somente em trajetos curtos, a regeneração do filtro de partículas Diesel pode ser afetada, pelo fato de que os gases de escape não alcançam as temperaturas necessárias. Ao não ser possível realizar a regeneração podem ocorrer danos no filtro em função da excessiva saturação de hollín. Para evitar estes casos no instrumento combinado acende a luz indicadora para filtro de partículas Diesel se as cargas de hollín alcançaram um limite definido.
Com este sinal o condutor é alertado para que conduza o veículo durante um período de uns 15 minutos a uma velocidade o mais constante possível, superior aos 60 km/h. A depuração mais eficaz do filtro se consegue conduzindo o veículo em IV ou V marchas, com o motor a cerca de 2.000 rpm. A luz indicadora deve apagar depois desta medida.
Se a luz indicadora para filtro de partículas Diesel não se apagar, apesar desta medida, em seguida a luz acenderá indicadora para pré-aquecimento e, na tela do instrumento combinado, aparece o texto “Falha do motor, oficina”. Desta forma, o condutor é alertado para levar o veículo à oficina mais próxima.
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As informações específicas sobre o comportamento dinâmico do veículo no
caso de acender a luz indicadora para filtro de partículas Diesel, devem ser
consultadas no manual de instruções do próprio veículo.
Em todos os casos, deve-se considerar as disposições legais sobre a
circulação e os limites de velocidade.
Esquema de funções
31Academia Volkswagen - Pós-Vendas
Kl. 30
G39
Z19
J533
K231
J285
J248
G70G527 G507 G506
S
J317
Kl. 15
S
G450
S336_034
N240 N241 N242 N243
S
V157N18 N75
Esquema de funções
G39 Sonda lambda
G70 Medidor de massa de ar
G450 Sensor de pressão 1 para gases de escape
G506 Sensor de temperatura antes do filtro de partículas
G527 Sensor de temperatura depois do filtro
de partículas
G507 Sensor de temperatura antes do turbocompressor
J248 Unidade de Controle para sistema de injeção Diesel
J285 Unidade de Controle do instrumento combinado
J317 Relé para alimentação de tensão borne 30
J533 Interface de diagnóstico para bus de dados
K231 Luz indicadora para filtro de partículas Diesel
N240-N243 Válvulas injetoras
N18 Válvula para recirculação de gases de escape
N75 Eletroválvula para limitação da pressão de
sobrealimentação
V135 Bomba para aditivo do filtro de partículas
V157 Motor para borboleta no coletor de admissão
Z19 Aquecimento para sonda lambda
Legenda de cores
= Sinal de entrada
= Sinal de saída
= Positivo
= Massa
= CAN-Bus de dados
Limites do sistema
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Percursos em trajetos curtos
Para executar o processo de regeneração no filtro de partículas Diesel, inicia-se o aumento da temperatura dos gases de escape por meio de uma gestão específica do motor.
Se o veículo for submetido continuamente a trajetos curtos, não será possível elevar as temperaturas dos gases de escape o suficiente e a regeneração não poderá ser realizada com êxito. Os ciclos de regeneração posteriores, com cargas excessivas de hollín no filtro, podem gerar temperaturas excessivas dentro do filtro devido a combustão do hollín acumulado e, assim, causar danos no mesmo. Ou então, o filtro pode se obstruir por causa da saturação excessiva, o que pode acarretar a parada do motor.
Para evitar estes casos, a partir de um limite específico da saturação do filtro, ou então a partir de uma quantidade específica de ciclos de regeneração sem êxito, acende a luz indicadora para filtro de partículas Diesel no instrumento combinado.
Com isso, o condutor é alertado para que conduza o veículo por um curto período, a uma velocidade superior, com o objetivo de aumentar a temperatura necessária dos gases de escape para poder regenerar o filtro de partículas Diesel.
Considerações sobre o combustível e o óleo lubrificante do motor
É preciso ter em conta que o combustível utilizado atenda às Normas específicas no manual de instruções (S10 ou S50).
Se o combustível tiver um alto teor de enxofre, prejudicará o filtro de partículas e aumentará o consumo de combustível devido a maior quantidade de ciclos de regeneração.
Não se pode utilizar Biodiesel. No ciclo de pós-injeção, para fins de regeneração do filtro de partículas pode ocorrer que o combustível não queimado, aderido à parede do cilindro, entre em contato com o óleo do motor em virtude do movimento do pistão. O Diesel Normal consegue se separar novamente do óleo por efeito de evaporação durante o funcionamento Normal.
O Biodiesel, devido a sua maior temperatura de ebulição, não consegue evaporar por completo, provocando assim a diluição do óleo, o que pode prejudicar o motor.
O óleo lubrificante do motor também deve possuir propriedades específicas para que os resíduos da sua combustão também possam ser incinerados no filtro de partículas. É imprescindível que o motor com filtro de partículas seja abastecido com o óleo lubrificante recomendado pelo fabricante do veículo.
33Academia Volkswagen - Pós-Vendas
Emissões
No ciclo de condução destinado aos efeitos da regeneração, pode-se produzir maiores emissões.
Durante a regeneração se produz uma oxidação do hollín, transformando-o em dióxido de carbono (CO2).
Se não houver suficiente oxígênio disponível para este processo, também se produz monóxido de carbono (CO).
Com a desativação da recirculação dos gases de escape também se produzem emissões de óxidos nítricos ligeiramente mais altas.
Para determinar as emissões dos gases de escape é realizado um teste de emissões padrão, analisando-se os valores de um ciclo sem e com o processo de regeneração. O veículo tem que cumprir com a Norma de emissões de escape EU4 ou PL6 com a média destes valores.
Teste seus conhecimentos
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Soluções
1.) c; 2.) a; 3.) b
1. O que se entende sobre o conceito de “regeneração passiva” do filtro de partículas Diesel?
a) As partículas de hollín se acumulam no filtro de partículas Diesel e no próximo intervalo de serviço se realiza um procedimento específico para queimá-las por meio do VAS 5051.
b)A gestão do motor submete as partículas de hollín a combustão com o objetivo de elevar de forma controlada a temperatura dos gases de escape.
c) As partículas de hollín se queimam de forma continua, sem a intervenção da gestão do motor.
2. Qual missão assume o sensor de temperatura depois do filtro de partículas G527?
a) A Unidade de Controle do motor utiliza o sinal do sensor de temperatura depois do filtro de partículas para regular a quantidade da pós-injeção na fase de desaceleração.
b)Com ajuda do sinal do sensor de temperatura, a Unidade de Controle do motor calcula a diferença de pressão antes e depois do filtro de partículas.
c) O sinal do sensor de temperatura é utilizado pela Unidade de Controle do motor para determinar a taxa de recirculação de gases de escape.
3. Qual substância atua na combustão das partículas de hollín durante a regeneração passiva no
filtro de partículas Diesel com recobrimento catalítico?
a) Aditivo
b)Platina
c) Óxido de alumínio
d)Dióxido de enxofre
e) Carboneto de silício
35Academia Volkswagen - Pós-Vendas
Anotações
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Anotações
VOLKSWAGEN do Brasil
Indústria de Veículos Automotores Ltda.
Academia Volkswagen
Via Anchieta, km 23,5
São Bernardo do Campo - SP
CEP 09823-901 - CPI 1177
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1ª Edição
