Sistema de recirculação dos gases de escape do motor EA189 2.0 TDI da Amarok

Ele possui o sistema Common Rail, que consiste em um sistema de injeção direta de alimentação de combustível que trabalha com um range de pressão entre 230 e 1.800 bar. Essa alta pressão de diesel, aliada à enorme variação, permite ao motor EA189 2.0 TDI atender às normas de emissões de poluentes dos diversos mercados mundiais, nos quais equipa modelos como Passat, Golf, Tiguan, Amarok etc. Aqui no Brasil, ele é bastante conhecido e consagrado por equipar todas as versões de Amarok 2.0 monoturbo e biturbo.

A figura apresenta os principais componentes do sistema Common Rail:

- Bomba de combustível de baixa pressão G6, instalada no tanque;

- Filtro de combustível, principal componente para o procedimento de drenagem de água do diesel;

- Sensor de temperatura do diesel de característica NTC (Coeficiente de Temperatura Negativo);

- Bomba de alta pressão, que possui a válvula de dosagem de diesel N290;

- Galeria de combustível (Rail), que é constituída em aço forjado e possui nas suas extremidades o sensor de pressão de diesel G247 e a válvula de controle de pressão N276;

- Injetores de diesel, os quais nas versões até 2012 são piezoelétricos e, de 2012 em diante, são eletromagnéticos.

Sistemas implantados para atender às normas de emissão de poluentes Nos motores de forma geral, diversos sistemas são implantados para que emitam menos poluentes e, assim, possam atender às normas vigentes de cada país. No motor EA189 2.0 TDI, movido a diesel, um combustível consideravelmente poluente, estão instalados os sistemas DPF (Filtro de Partículas de Diesel) e EGR (Recirculação dos Gases de Escape).

Formação de gases poluentes na mistura

O processo de combustão dos motores a diesel de sistema Common Rail trabalha com uma mistura ar/combustível extremamente pobre. Isso porque não existe controle na admissão de ar, ou seja, a válvula borboleta permanece 100% aberta durante todo o funcionamento do motor. Com isso, a rotação do motor é controlada pela quantidade de diesel injetada em cada fase de combustão. Essa admissão de ar em abundância contribui para a formação de uma substância química consideravelmente prejudicial, chamada de óxido de nitrogênio (NOx), durante as fases de combustão. Outras substâncias que se formam durante as combustões do motor a diesel são as partículas de hollín, ou simplesmente partículas sólidas, expelidas nos gases de escapamento do motor.

Partículas de hollín são esferas microscópicas de carbono com diâmetro aproximado de 0,05 µm. Seu núcleo é de carbono puro. Em torno desse núcleo aderem diversas combinações de hidrocarbonetos, óxidos metálicos e enxofre.

A formação dessas partículas está diretamente ligada à existência de enxofre no diesel (representado pela letra S nas descrições do diesel). Exemplo: No diesel S-10 há 10 partes de enxofre por milhão de partes de diesel.

Filtro DPF com função catalítica

O filtro de partículas sólidas DPF do motor EA189 2.0 TDI possui as características construtivas de um filtro para reter as partículas de hollín e de um conversor catalítico para converter alguns gases poluentes em outros que não agridem o meio ambiente.

Na função de conversor catalítico à O filtro de partículas consiste em um corpo cerâmico alveolar de carboneto de silício, alojado em uma carcaça metálica. Esse corpo de carboneto de silício está recoberto com uma camada de óxido de alumínio combinado com óxido de cério servindo como substrato para o metal nobre platina, que tem a função de catalisador oxidante. Isso significa que, quando a temperatura do conversor está a cerca de 300 graus centígrados, os metais nobres, principalmente a platina, passam a realizar a conversão de alguns gases nocivos em gases não poluentes. O processo realizado é chamado de oxidação, pois favorece a reação do oxigênio com os agentes contaminantes. Por exemplo: uma molécula de monóxido de carbono (CO), ao passar pelos metais nobres, sofre uma reação química, sendo transformada em dióxido de carbono (CO2); dois átomos de hidrogênio (H2), ao passar pelo conversor, recebem um átomo de oxigênio, se transformando em água (H2O).

Filtro DPF na função de conversor catalítico.

Na função de filtro de partículas à O filtro DPF, por fora, tem o formato de um conversor catalítico, mas internamente o seu corpo cerâmico está dividido numa grande quantidade de pequenos condutos paralelos, fechados de forma alternada. Devido a isso, os gases de escape com partículas de fuligem são obrigados a atravessar paredes filtrantes porosas de carboneto de silício. As partículas de hollín, por serem muito maiores do que as moléculas dos gases e por serem sólidas, ficam retidas no filtro, aguardando serem incineradas. Periodicamente, a unidade de controle do motor ativa uma função específica, chamada de “regeneração do filtro de partículas”, para incinerar as partículas acumuladas, transformando-as em CO2 (dióxido de carbono).

A figura ilustra o interior de um filtro DPF, algumas partículas de hollín retidas (representadas na cor cinza) e, com as setas vermelha e amarela, o sentido do fluxo dos gases para a conversão catalítica.

Sistema EGR (Recirculação dos Gases de Escape)

Os catalisadores não conseguem converter o NOx (óxido de nitrogênio) devido à grande quantidade de oxigênio presente nos gases de escape dos motores de ciclo diesel. A conversão do NOx em N2 (nitrogênio) exige uma reação de redução (retirada de oxigênio do gás) que não é possível em um ambiente com excesso de oxigênio. Então, para reduzir a emissão de NOx nos motores a diesel, se utiliza a técnica de recirculação dos gases de escape.

A recirculação dos gases de escape tem a função de substituir uma porcentagem de ar fresco da linha de admissão do motor por gases de escape. Isso reduz o conteúdo de oxigênio nos cilindros, diminuindo a concentração de comburente na mistura e contribuindo para a redução da temperatura da câmara de combustão. Além disso, os gases de escape são resfriados antes do seu retorno para o motor mediante o uso de radiador de recirculação de gases de escape. Isso possibilita a introdução de um volume de gases de escape superior nos cilindros. Dessa forma, a temperatura de combustão é reduzida um pouco mais, o que contribui ainda mais com a redução da quantidade de óxido de nitrogênio (NOx).

A figura ilustra o sistema de recirculação dos gases de escape.

Válvula de recirculação dos gases de escape N18

É do tipo pistão e possui motor elétrico comandado pela unidade de controle do motor. Quando desativada, a sua posição é totalmente fechada e, sempre que for necessário ativar a recirculação dos gases de escape, a unidade de controle do motor aciona a N18, que poderá adotar qualquer percentual de abertura sem escalonamentos até mesmo se estiver 100% aberta. Nas versões dos motores EA189 2.0 TDI é possível encontrar dois modelos de válvula N18: nos motores montados até o final de 2011, o radiador do EGR está integrado; e, nas versões de motores montadas a partir de janeiro de 2012, a válvula N18 está integrada ao corpo de borboletas no coletor de admissão.

Nas versões de motores das picapes montadas até o final de 2011, a válvula N18 do sistema EGR está integrada ao radiador do sistema, formando um conjunto. Este se encontra instalado acima do coletor de escape, ao lado direito do cabeçote do motor.

Já nas versões a partir de 2012 até os modelos atuais, a válvula N18 do sistema EGR está integrada ao corpo da válvula borboleta, instalado ao lado esquerdo do cabeçote do motor, no coletor de admissão. Essa integração ao corpo de borboletas otimizou o funcionamento do sistema EGR, pois essas duas válvulas são acionadas juntamente sempre que o sistema é ativado, conforme veremos mais adiante.