Presented in the 3rd Colloquium of Electro-Electronics 2011 SAE Brazil. The subject of this paper is to study the operation of the aftertreatment systems, to explore the charactheristics of the NOx and Lambda sensors and to analyse their behaviour in real applications, applying them into the emissions control and monitoring systems to achieve the legal requirements.

1. Sistema OBD de Monitoramento de
Emissões para Veículos Diesel
SCR com Sensor de NOx vs EGR com Sensor de Lambda
IAV do Brasil
Automotive Engineering
Leonardo Costa
Engenheiro de Calibração de Motores
Resende, 09 de Junho de 2011

2. Agenda
INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS DE CONTROLE DE NOx
• Leis de Emissões para Motores Diesel Pesados
• SCR – Redução Catalítica Seletiva
• EGR – Recirculação dos Gases de Escape
OBD – SISTEMA DE MONITORAMENTO DE EMISSÕES
• Overview
• Especificações – OBD Diesel Heavy Duty
DIAGNÓSTICO DE DESVIO DE EMISSÕES DE NOx
• SCR – Monitoramento de Eficiência de Conversão
• EGR – Monitoramento de Desvio de Lambda
CONCLUSÕES

3. Agenda
INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS DE CONTROLE DE NOx
• Leis de Emissões para Motores Diesel Pesados
• SCR – Redução Catalítica Seletiva
• EGR – Recirculação dos Gases de Escape
OBD – SISTEMA DE MONITORAMENTO DE EMISSÕES
• Overview
• Especificações – OBD Diesel Heavy Duty
DIAGNÓSTICO DE DESVIO DE EMISSÕES DE NOx
• SCR – Monitoramento de Eficiência de Conversão
• EGR – Monitoramento de Desvio de Lambda
CONCLUSÕES

4. Leis de Emissões para Motores
Diesel Pesados
NOx (Óxidos de Nitrogênio)
• Resultado da combustão
• Gases Poluentes
• Responsável por formar o SMOG
• Prejudicial ao sistema imunológico
Novas Leis de Emissões
• No Brasil em 2012 => PROCONVE P7
• 60% de redução no limite de NOx: 5g/kWh => 2g/kWh
• Necessidade de pós-tratamento
• Tecnologias disseminadas: Sistemas SCR e EGR

5. SCR – Redução Catalítica Seletiva
NH3
NOx N2 + H2O

6. SCR – Redução Catalítica Seletiva
VARIÁVEL CONTROLADA
Eficiência de Conversão =>
Quantidade de Líquido Reagente

7. EGR – Recirculação dos Gases de
Escape
Gases
Inertes
Concentração
de Oxigênio

8. EGR – Recirculação dos Gases de
Escape

9. EGR – Recirculação dos Gases de
Escape
VARIÁVEL CONTROLADA
Massa de Ar Puro Admitido ou Valor
de Lambda no Gás de Escape =>
Massa de Gás de Escape
Recirculado

10. Comparação – SCR vs EGR
SCR EGR
VANTAGENS VANTAGENS
• Alta taxa de conversão • Não necessita de
de NOx => até 90% líquido reagente
• Otimização de consumo • Menor complexidade
de combustível de aplicação
DESVANTAGENS DESVANTAGENS
• Complexidade de • Aumento de emissões
aplicação de material particulado
• Necessidade de • Redução da eficiência
líquido reagente da combustão
• Risco de redução de • Aumento de rejeição
torque sem ARLA32 térmica do motor

11. Comparação – SCR vs EGR
SCR EGR
VANTAGENS
DESVANTAGEM COMUM: de
• Alta taxa de conversão
VANTAGENS
• Não necessita
Sistemas de pós-tratamento são
de NOx => até 90%
• Otimização de consumo
líquido reagente
• Menor complexidade
susceptíveis à fraudes
de combustível de aplicação
PARA EVITAR FRAUDES: emissões
DESVANTAGENS
• Montado de forma
DESVANTAGENS
• Aumento de
A aplicação do sistema •OBDatornou-
independente
• Complexidade de
de material particulado
Reduz eficiência da
aplicação se OBRIGATÓRIA de rejeição
• Custos com líquido
combustão
• Aumento
reagente térmica do motor

12. Agenda
INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS DE CONTROLE DE NOx
• Leis de Emissões para Motores Diesel Pesados
• SCR – Redução Catalítica Seletiva
• EGR – Recirculação dos Gases de Escape
OBD – SISTEMA DE MONITORAMENTO DE EMISSÕES
• Overview
• Especificações – OBD Diesel Heavy Duty
DIAGNÓSTICO DE DESVIO DE EMISSÕES DE NOx
• SCR – Monitoramento de Eficiência de Conversão
• EGR – Monitoramento de Desvio de Lambda
CONCLUSÕES

13. Overview
OBD – Diagnóstico Embarcado
• Objetivo: GARANTIR QUE OS NÍVEIS DE EMISSÕES NO QUAL O VEÍCULO FOI
HOMOLOGADO SEJAM MANTIDOS DURANTE TODA SUA VIDA ÚTIL!
• Como: MONITORAMENTO DOS SISTEMAS QUE AFETAM EMISSÕES DE NOx
• Atuar em Caso de Aumento de Emissões:
• Lâmpada de Aviso no • Armazenamento da falha • Limitador de torque em
painel (MIL) por 400 dias para futura caso de negligência
inspeção

14. Especificações – OBD Diesel Heavy
Duty
Ativação do sistema OBD:
• Limites para emissões de NOx do sistemas OBD proposto para o Brasil:
• Faixa de Tolerância para • Falha média: MIL acesa, • Falha grave: MIL acesa,
detecção: 1,5g/kWh. falha armazenada, limitador falha armazenada, limitador
de torque após 48 horas de de torque instantâneo.
operação.
• Limitador de torque: até 16t => 75%, acima de 16t => 60%
Desativação do sistema OBD:
• MIL apagada, após 3 ciclos ou 24 horas de operação após correção da falha.
• Limitador de torque desativado com motor em marcha lenta e sem carga.

15. Especificações – OBD Diesel Heavy
Duty
Condições de operação do sistema OBD, monitoramento sempre ativo:
• Altitude inferior à 1600 metros; • Temperatura ambiente entre -7ºC e 35ºC;
• Temperatura do motor acima de 70ºC; • Nível de combustível acima de 20%;
• Sistema de tomada de potência desativo; • Limp-home desativo;
Homologação do sistema OBD:
• Independente da homologação de emissões
do motor;
1º - Comprovar falhas e emissões no ETC;
2º - Pré-Condicionamento e Ensaio de
Demonstração;
3º - 3 ciclos ESC curtos (metade do tempo);
4º - Lâmpada MIL no 4º ciclo de condução.

16. Agenda
INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS DE CONTROLE DE NOx
• Leis de Emissões para Motores Diesel Pesados
• SCR – Redução Catalítica Seletiva
• EGR – Recirculação dos Gases de Escape
OBD – SISTEMA DE MONITORAMENTO DE EMISSÕES
• Overview
• Especificações – OBD Diesel Heavy Duty
DIAGNÓSTICO DE DESVIO DE EMISSÕES DE NOx
• SCR – Monitoramento de Eficiência de Conversão
• EGR – Monitoramento de Desvio de Lambda
CONCLUSÕES

17. SCR – Monitoramento de Eficiência
de Conversão
Monitoramento DIRETO através do sensor de NOx

18. SCR – Monitoramento de Eficiência
de Conversão
Fluxo de NOx Depois
do Catalisador
Eficiência de Conversão de NOx =
Fluxo de NOx Antes do
Catalisador

19. SCR – Monitoramento de Eficiência
de Conversão
PPM => g/h
Sinal
Fluxo de NOx Medido
Depois do Catalisador
Eficiência Medida =
Fluxo de NOx Estimado
Antes do Catalisador

20. SCR – Monitoramento de Eficiência
de Conversão
Fluxo de NOx Estimado Mínimo Fator de
X
Antes do Catalisador Conversão do Catalisador
Eficiência Limite =
Fluxo de NOx Estimado
1. 3,5g/kWh Antes do Catalisador
2. 7,0g/kWh

21. SCR – Monitoramento de Eficiência
de Conversão
Monitoramento DIRETO através do sensor de NOx
<

22. EGR – Monitoramento de Desvio de
Lambda
Monitoramento INDIRETO através do sensor de Lambda
>
1. 3,5g/kWh
2. 7,0g/kWh

23. Agenda
INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS DE CONTROLE DE NOx
• Leis de Emissões para Motores Diesel Pesados
• SCR – Redução Catalítica Seletiva
• EGR – Recirculação dos Gases de Escape
OBD – SISTEMA DE MONITORAMENTO DE EMISSÕES
• Overview
• Especificações – OBD Diesel Heavy Duty
DIAGNÓSTICO DE DESVIO DE EMISSÕES DE NOx
• SCR – Monitoramento de Eficiência de Conversão
• EGR – Monitoramento de Desvio de Lambda
CONCLUSÕES

24. Conclusões
2 cenários distintos em relação aos sistemas de pós-tratamento
Para SCR
• Sensor de NOx obrigatório (única alternativa confiável)
• Monitoramento DIRETO através do cálculo de eficiência de conversão de NOx
Para EGR
• Não obrigatório sensor de escape, porém o sensor de lambda é muito confiável
• Monitoramento INDIRETO através do cálculo de desvio de lambda
Calibração do sistema OBD
• Emissões – 13 pontos do ciclo ESC finalizados e ciclo ETC avançado
• Diagnose – Detecção de falhas elétricas e plausibilidade de sinal
Novo processo de calibração
• OBD não se restringe apenas em inserir um valor de limite de emissões
• Cooperação entre engenharias de software e de aplicação
A eletrônica vem apresentando importância cada vez maior para garantir veículos
menos poluentes, mais eficientes e AMIGÁVEIS

25. OBRIGADO!
LEONARDO COSTA
Powertrain Mechatronics, Diesel Engines
IAV do Brasil Automotive Engineering
Av. das Nações Unidas, 22.351, 7°Andar
CEP: 04795-904 Santo Amaro
São Paulo - SP – Brasil
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