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Sensoriamento de Material Particulado em Pós-tratamento Diesel


Conheça em detalhes o princípio de funcionamento dos sensores de monitoramento, fundamentais nas estratégias de regeneração e detecção de eventuais falhas no DPF

Por: da redação - 23 de maio de 2016

Com relação às emissões de material particulado, as regulamentações internacionais e dos países que aderem às mesmas estabelecem:

- O limite máximo de massa de particulado que pode ser emitida em [mg/km]; 

- O número máximo de partículas emitidas por km.

Para atender a estes requisitos, o sistema de pós-tratamento utiliza, como principal componente, o filtro de material particulado, o qual, segundo as normas ISO-15031/SAE-J1979, deve ser monitorado quanto ao seu desempenho (eficiência e falhas).

O filtro é um dispositivo que opera por acumulação do particulado gerado no processo de combustão. Por ter uma capacidade limitada de acumular particulado todos os sistemas implementam mecanismos de regeneração do filtro, de forma periódica ou contínua, para evitar o entupimento. Surge disto a necessidade do seu monitoramento através de sensores apropriados, o que auxilia na aplicação das estratégias de regeneração e na detecção de falhas que possam resultar em níveis excessivos de emissões.

Basicamente, o monitor utiliza a informação dos sensores de pressão diferencial, de particulado e de temperatura na execução de duas funções:

 

1. Estimar a massa acumulada de material particulado para maximizar a eficiência do processo de regeneração do filtro. As estratégias de regeneração incluem:

- Quando começar e/ou terminar o processo de regeneração;

- Com que freqüência realizar a regeneração do filtro.

 

2. Detectar falhas que resultem em excesso de emissão de material particulado. A causa pode ser um substrato quebrado, com vazamento, fundido e solidificado ou faltante.

Os principais tipos de sensores atualmente utilizados na avaliação de desempenho e detecção de falhas são, entre outros: Sensor de pressão diferencial; Sensor de particulado resistivo; Sensor de particulado por radiofreqüência; Sensor de particulado capacitivo. 

 

SENSORES PARA O MONITORAMENTO DO FILTRO DE PARTICULADO

 

Sensor de Pressão Diferencial Capacitivo: utilizado para estimar a massa de material particulado presente no filtro. A figura 1 apresenta uma das configurações do sensor de pressão atualmente utilizadas. Consiste de um diafragma cerâmico montado sobre uma base rígida. Metalizações depositadas sobre a superfície do diafragma e da base formam as placas do capacitor. Sob a ação da diferença entre as pressões P1 e P2, o diafragma se deforma, modificando a capacidade (capacitância) do conjunto. Com P1 maior que P2, a capacitância aumenta. O circuito eletrônico integrado ao sensor mede a capacitância e gera o sinal de saída de tensão variável, entre 0 e 5V, por exemplo. No caso do sensor de pressão diferencial, o sinal de saída é proporcional à diferença entre as pressões P1 e P2. 

 

SENSOR DE 

PARTICULADO RESISTIVO

 

Instalado após o filtro, este sensor permite detectar falhas que resultem em nível excessivo de emissão de particulado. O sensor consta de partes: 1) aquecedor, 2) sensor de temperatura e 3) par de eletrodos para medição de particulado.

Sobre uma base de óxido de alumínio (isolante elétrico) são depositados 2 eletrodos alimentados com tensão DC (20V, por exemplo). (fig.2a e 2d). Sobre os eletrodos fluem os gases de escape com material particulado em suspensão. Quando uma quantidade suficiente de particulado se deposita entre os eletrodos, se estabelecem conexões elétricas como indicado pelas setas nas figuras 2b e 2c. Isto provoca a queda da resistência elétrica e consequentemente, se verifica a circulação de corrente entre os eletrodos. Na medida em que aumenta o material particulado depositado, maior a quantidade de conexões elétricas que se estabelecem e como resultado, maior a corrente medida (menor a resistência). Assim, o valor de corrente que circula entre os eletrodos é uma medida do conteúdo de material particulado nos gases de escape. A figura 2d apresenta a curva de variação da resistência entre os eletrodos em função da quantidade de particulado, com a indicação das situações das figuras 2a, 2b e 2c. 

FUNCIONAMENTO

 

- O processo de medição consiste em ciclos de acumulação de tempo determinado, seguidos de ciclos de remoção do particulado.

- No fim de cada ciclo de acumulação é verificado o nível de corrente (resistência), o que permite avaliar o desempenho do filtro. A resistência medida é uma indicação do material particulado acumulado. Um valor medido inferior ao limite mínimo especificado (por exemplo, o ponto 1 no gráfico da fig.2d) é indicação de defeito no filtro, o que provocará a gravação do código de falha correspondente.

- A informação do sensor de temperatura incorporado é utilizada para corrigir o sinal de saída do sensor devido à variação de resistividade do particulado acumulado em função da temperatura dos gases.

- Para remover as partículas acumuladas no fim de cada ciclo de medição, o sensor dispõe, na base de óxido de alumínio e na face oposta à dos eletrodos (fig.2e), de um aquecedor que, ao ser ativado, provoca a queima das partículas (regeneração do sensor). Isto é feito para assegurar que o sensor se encontre num estado conhecido de resistência no início de cada ciclo de medição. 

- Os processos de medição e regeneração do sensor são comandados por um módulo de controle dedicado, que se comunica com a UC do motor através da rede CAN.

 

SENSOR DE PARTICULADO POR RADIOFREQÜÊNCIA

 

Utilizado para estimar a massa de material particulado no filtro. Como mostra a figura 3, o sensor consta de um módulo de controle que emite um sinal de radiofreqüência pela antena emissora instalada dentro do filtro, e capta esse sinal através da antena receptora. Em função das características do material particulado, parte do sinal é absorvida, o que diminui a sua intensidade ao ser captado na antena receptora. A diferença entre a intensidade do sinal emitido e a intensidade do sinal recebido é uma medida da quantidade de particulado acumulado no filtro. 

SENSOR DE 

PARTICULADO CAPACITIVO

A figura 4 apresenta um esquemático para ilustrar o princípio de funcionamento. O sensor consta de dois eletrodos através dos quais circulam os gases de escape. Os eletrodos são as placas de um capacitor cujo dielétrico é formado pelo material particulado contido nos gases de escape. O valor de capacidade varia de acordo com a massa de particulado que atravessa o sensor. O capacitor é alimentado por uma tensão alternada que provoca a circulação de uma corrente de intensidade i, a qual é uma medida do conteúdo (massa) de particulado.