O FILTRO DPF - FILTRO DE PARTICULADO DE DIESEL
Características, funcionalidade e breves informações sobre o filtro de particulado nos motores diesel
Filtro de particulado – DPF Generalidades O sistema DPF (Diesel Particulate Filter) está montado nos veículos equipados com motores Diesel a partir da norma Euro 5 (Proconve L6) nos veículos diesel leves (pick-ups e Vans) e também nos veículos diesel pesados a partir da norma Euro 6 (Proconve P8), a fim de destruir mais de 95% das partículas presentes nos gases de escape em linha com as normas. As partículas de fuligem são constituídas por micro-esferas de composto carbonoso, resultantes da imperfeita combustão do diesel na câmara de combustão. As partículas não podem ser eliminadas mediante a utilização dos catalisadores normais, mas com filtros apropriados chamados, exatamente, "de partículas". Estes últimos regeneram mais eficazmente, se utilizados em ciclos extra-urbanos.
Constituição
O funcionamento do sistema DPF é gerido, com estratégias específicas, pela central de injeção do motor.
O sistema DPF além do filtro de acumulação é constituído por dois ou mais sensores de temperatura de gás de escape e um sensor de pressão diferencial.
O sensor de pressão diferencial, através de tubos específicos, registra a pressão dos gases de escape na entrada e na saida do filtro, assinalando à central a gradual acumulação das partículas ou a obstrução / entupimento do mesmo.
O processo de acumulação de partículas e respectivo aumento da pressão dos gases de escape no interior do filtro depende da carga do motor, do tipo de condução e de percurso, do peso do veículo, da cilindrada e potência do motor.
Portanto, torna-se necessária a remoção periódica das partículas, regenerando o filtro segundo um procedimento que utiliza pós injeções múltiplas para elevar a temperatura dos gases de escape (cerca de 650°C) e portanto queimar as partículas.
O procedimento de regeneração é controlado pela central de injeção que age: na dosagem do combustível (até cinco injeções no mesmo ciclo motor por cilindro) e no controle do ar (E.G.R. e pressão de sobre alimentação).
A fase de regeneração é efetuada em poucos minutos e não influi no controle desenvolvido pelo motor relativamente ao normal funcionamento.
1. Tomada de pressão na entrada do filtro 2. Tomada de pressão na saída do filtro 3. Alojamento do sensor de temperatura na entrada do catalisador DOC 4. Alojamento do sensor de temperatura na saida do catalisador DOC 5. Filtro 6. Frente catalítica (DOC) O filtro anti-partículas é feito em carboneto de silício com estrutura porosa de canais capazes de forçar a passagem dos gases de escape através das paredes. Está integrado no tubo de escape fixado no catalisador. A estrutura especial do filtro permite: grande capacidade de filtragem (até 0,1 mícron), reduzida perda de carga, boa resistência às tensões térmicas, mecânicas e químicas, grande capacidade de armazenamento das partículas o que limita a frequência da regeneração. Os elementos retidos pelo filtro são: partículas: são queimadas quer durante a regeneração natural quer durante a regeneração artificial, resíduos sólidos (cinzas) que provêm do desgaste do motor e da combustão dos óleos.Filtro de partículas
A. partículas B. paredes em material cerâmico C. gases de escape filtrados A acumulação das partículas, durante o funcionamento do motor, gera uma saturação progressiva do filtro. Catalisador DOC O catalisador DOC , presente muitas vezes no mesmo involucro do filtro DPF, reduz o monóxido de carbono (CO) e os hidrocarbonetos não combustíveis (HC) para transformá-los em dióxido de carbono (CO2) e vapores de água. O catalisador DOC é constituído por: um invólucro externo em aço inoxidável um isolante térmico uma estrutura cerâmica em ninho de abelha impregnada de metais preciosos
1. invólucro externo em aço inoxidável 2. isolante térmico 3. estrutura cerâmica A transformação química dentro do catalisador DOC aumenta durante a fase de pós-injeção com a combustão dos hidrocarbonetos não queimados (HC); esta pós-combustão, que eleva a temperatura dos gases de escape (combustão catalítica), é controlada através das sondas de temperatura a montante e a jusante do catalisador. Uma primeira série de pós-injeções aumenta progressivamente o processo de catalisação até atingir o limite de conversão máxima (cerca de 98% a partir dos 200º C). Para além deste limite, outro aumento da temperatura dos gases de escape gera a destruição quase total dos hidrocarbonetos. Sensores de temperatura do gás de escape Os sensores de temperatura do tipo PTC ou NTC, têm a função de enviar à central os valores de temperatura de gás de escape em entrada e saída do catalisador DOC necessários à central para ativar uma pós-injeção de combustível de modo a manter filtro a uma temperatura superior a 350 °C. O sensor a montante desempenha a função de proteção da temperatura enquanto que o sensor a jusante controla que a temperatura de regeneração esteja compreendida dentro dos limites de segurança a um valor tal que garanta a completa combustão das partículas.
1. Proteção terminal
2. Tubo de proteção
3. Flange
4. Termobinário
5. Cabo rigido
6. Aro de fixação
7. Cabo flexivel
8. Tubo de teflon
Características e funcionalidades
Na seguinte tabela estão indicadas as características específicas dos sensores de temperatura.
A funcionalidade elétrica dos sensores é sempre monitorizada/diagnosticada enquanto, só na fase de partida, é efetuado um check de diagnóstico de coerência do valor medido em confronto com outros sensores de temperatura presentes no sistema de controle do motor. Sensor de pressão diferencial O sensor é constituído por: um circuito eletrônico para a amplificação do sinal, uma membrana sensível. A membrana é submetida por um lado à pressão de entrada do catalisador (a montante) e por outro à pressão de saída do filtro (a jusante). O sensor fornece uma tensão proporcional à pressão diferencial medida pela membrana (ΔP = pressão a montante - pressão a jusante). Nunca trocar o tubo de entrada pelo tubo de saída pois a gestão do filtro de partículas depende da informação gerada por este sensor.
1. REF: Informação da pressão na saída do filtro
2. HI: Informação da pressão na entrada do filtro
3. Conector
4. Sensor de pressão diferencial
Pin out conector
Pino 1 – Sinal
Pino 2 – Massa
Pino 3 - Alimentação
O funcionamento
O sensor de pressão diferencial mede constantemente a diferença de pressão (Δp) entre a entrada e a saída do conjunto catalisador/filtro anti-partículas. Esta medição permite determinar o nível de entupimento do filtro. O valor Δp evidenciado no gráfico seguinte é convertido numa tensão Vo que é enviada à central de controle motor.
Vo. Tensão à saída
Δp. Diferença entre a pressão à saída e a pressão na entrada do catalisador
Características
Função de controle do filtro de partículas
O papel da função de controle é:
determinar o estado do filtro (nível de entupimento ou saturação),
determinar, se necessário, a ativação da regeneração,
verificar a eficácia da regeneração.
As informações utilizadas pela central de controle motor, neste âmbito, são:
número de quilômetros percorridos,
valor da pressão diferencial,
temperatura dos gases de escape a jusante do catalisador,
temperatura dos gases de escape a montante do catalisador,
fluxo do ar aspirado.
Determinação do nível de saturação do filtro DPF
O nível de saturação de fuligem do filtro é monitorizado pelo sistema através de um modelo físico baseado nas reais emissões do motor nos diferentes pontos de funcionamento. Este modelo continua a incrementar/decrementar o nível de Soot (partículas) em gramas ou porcentagem presente no interior do DPF. A diminuição verifica-se quando no DPF estão presentes temperaturas e/ou quantidades de oxigénio pelas quais se regenera espontaneamente.
Função de ajuda de regeneração do filtro de partículas
O nível de Soot (fuligem) presente no DPF é atualizado continuamente, com um valor expresso em gramas ou porcentagem. O nível de saturação do DPF é avaliado por um software onde a ultrapassagem de alguns limites de acumulação presentes determina a passagem de um estado para outro.
Quando se ultrapassam os limites pré-estabelecidos a central iniciará o procedimento de regeneração.
Regeneração comandada
A regeneração comandada é gerida pelo controle do motor através de um conjunto de comandos que aumentam a temperatura dos gases de escape até ao limite de combustão das partículas.
A regeneração prevê duas fases:
fase 1: aumento da temperatura do catalisador,
fase 2: incremento da temperatura no DPF.
O controle motor gere a passagem da primeira para a segunda fase com base na temperatura das sondas de temperatura situadas antes do Catalisador e antes do DPF
A cada ativação da regeneração, o controle do motor:
Interrompe a recirculação dos gases de escape (EGR),
Ativa a After e a pós injeção (que aquece o catalisador e o DPF),
Regeneração primeira fase
Quando é pedida a regeneração na sua primeira fase, o controle do motor adapta as estratégias de pós-injeção para aumentar a temperatura do catalisador.
1. Injeção piloto (PILOTO)
2. Injeção principal (MAIN)
3. Intervalo antes da injeção (AFTER)
4. Injeção (AFTER)
A pós-injeção é feita logo a seguir à injeção principal, o que permite aumentar a temperatura dos gases de escape através de uma combustão no cilindro depois deste ter superado o ponto morto superior. Esta fase assegura o aumento da temperatura do catalisador até alcançar o seu limite de eficácia máxima. O controle do motor, comparando os valores de temperatura dos gases de escape a montante e a jusante do catalisador, determina se o catalisador alcançou o seu limite de conversão máxima; este limite alcançado, ativa a segunda fase da regeneração artificial. Regeneração segunda fase No fim da primeira fase da regeneração artificial, o controle do motor ativa as estratégias que permitem aumentar ainda mais a temperatura dos gases de escape (segunda fase).
1. Injeção piloto 2. Injeção principal 3. Injeção pós (depende do ponto motor) 4. Intervalo antes da pós-injeção 5. Pós-injeção O intervalo que separa a injeção principal da pós-injeção é maior em relação ao da primeira fase, a duração da pós-injeção é maior e divide-se em duas partes: Esta repartição em duas – três injeções é efetuada para reduzir a diluição do óleo. Condições de ativação da regeneração artificial Antes de ativar as estratégias de regeneração artificial, o controle do motor verifica se: a temperatura do líquido de refrigeração do motor é = 50°C, o regime do motor é igual a um limite de carga preestabelecido. Durante a fase de marcha lenta a regeneração está inibida. A regeneração forçada é realizada via equipamento de diagnóstico e não deve ser feita antes de efetuar algumas verificações e recomendações importantes: Nível de saturação e entupimento do DPF via leitura da pressão do DPF informada pelo sensor de pressão do DPF. Pressão e resistência ao fluxo muito altas podem provocar dificuldade no funcionamento do motor e até mesmo abortar a regeneração forçada. Nesse caso faz-se necessária a limpeza do filtro DPF. Assunto que será abordado mais adiante. Estado de degradação do óleo (km da última troca e indicação via scanner) muito elevada. Sistema de arrefecimento em bom estado e sem presença de vazamentos ou superaquecimento do motor. Efetuar a regeneração em local arejado e de preferência aberto, longe de folhas secas ou grama devido a temperatura elevada da descarga. A carga de fuligem segue um processo de acumulo e inicio de regeneração bem similar entre os modelos. O que muda são valores calibrados em cada tipo de motor e sistema de injeção para inicio da regeneração, ativação de códigos de falhas e sinalização no quadro de instrumentos para o condutor. Uma vez que a regeneração do dpf é ativada, o gás de escape fica a temperatura alvo de 630°C, com uma concentração de O2 > 5%. É muito importante observar se esta temperatura foi alcançada e se ela mantêm constante durante todo o processo de regeneração... Ao final do processo de regeneração, um valor mínimo estabelecido é atingido, iniciando novamente um ciclo de acúmulo de fuligem até atingir novamente o nível calibrado e iniciar um novo ciclo de regeneração.
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