O documento descreve o sistema SCR utilizado para reduzir as emissões de óxido de nitrogênio em veículos a diesel. O sistema realiza um pós-tratamento dos gases de escape do motor através da injeção de uma solução de ureia conhecida como ARLA 32 no catalisador. O documento detalha os componentes, processo químico e parâmetros de funcionamento do sistema SCR.
4. SISTEMA SCR•••• ••• • •• • • ••••• • • •• • • • •• •• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
Para manter os baixos níveis de consumo de combustível e fazer com que as emissões de óxido de nitrogênio (NOX)
fiquem dentro dos limites estabelecidos pelos padrões Euro 4 e 5, as novas frotas de caminhões e ônibus passaram a
ser equipados com um sistema de pós-tratamento (SCR - Selective Catalytic Reduction).
O sistema consiste na realização de um pós-tratamento dos gases originados da combustão do veículo, por meio de
um agente redutor químico a base de Ureia, denominado no Brasil como ARLA 32.
Este agente químico é injetado diretamente na tubulação de descarga do veículo, desencadeando uma série de
reações químicas que acontecem entre a amônia e o oxigênio presentes nos gases de escape e que reduzem seus
níveis de óxido de nitrogênio (NOX).
Figura 1
1. Válvula de desvio H2O (não utilizado aplicação Brasil);
2. Módulo de dosagem;
3. Sensor de detecção de óxidos de nitrogénio;
4. Catalisador;
5. Sensor de temperatura na saída;
6. Sensor temperatura dos gases de escape na entrada;
7. Sensor temperatura e humidade do ar aspirado;
8. Indicador de nível;
9. Reservatório de ARLA;
10. Módula bomba.
O sistema é basicamente composto por:
· Tanque de solução do reagente (ARLA), equipado com um indicador de nível;
· Módulo bomba;
· Injetor de ARLA;
· Conversor catalítico (Catalisador);
· Tubos poliamida;
· Sensores de temperatura do gás de escape;
· Sensor de detecção de umidade (localizado no duto do filtro de ar do motor);
· Sensor NOX
O sistema SCR é gerenciado eletronicamente pelo DCU (Unidade de Controle de Dosagem) incorporado ao módulo da
bomba; em função da rotação do motor, do torque fornecido, da temperatura do gás de escape, da quantidade de
óxidos de nitrogênio e da umidade do ar aspirado, a unidade de controle regula a vazão da solução de ARLA que será
injetada no sistema.
O módulo da bomba tira a solução reagente do tanque e, em seguida o faz circular sob pressão para o módulo de
dosagem. Finalmente, a solução do reagente é injetada na entrada do cano de escape do catalisador.
5. A primeira fase do processo ocorre na primeira parte do catalisador, devido ao efeito da temperatura dos gases de
escape, a solução do reagente evapora instantaneamente e é hidrolisada em amônia (2NH3) e dióxido de carbono
(CO2) ao mesmo tempo, a evaporação da solução reduz a temperatura dos gases de escape a níveis próximos de uma
temperatura ideal, necessária para o processo.
A segunda fase do processo acontece à reação com oxigênio presente nos gases de escape, a amônia fica isenta de
nitrogênio (N2) e de vapor de água (H2O).
Observação:
A injeção de ARLA no sistema SCR ocorrera se todos os parâmetros abaixo estiverem nas condições ideais:
· Temperatura do motor superior a 40°C
· Temperatura do catalisador superior a 180°C
· Rotação do motor 400 RPM
· Solicitação de torque acima de 5%
DESCRIÇÃO E INTERVENÇÕES NOS COMPONENTES DO SISTEMA
· ESQUEMA DE FUNCIONAMENTO
Figura 2
1. Deposito Adblue
2. Sensor de nível Adblue (reservatório)
3. Sensor de temperatura Adblue (reservatório)
4. Filtro principal
5. Sensor de pressão Adblue
6. Sensor de temperatura Adblue
7. Modulo bomba
8. Sensor de NOx
10. Catalisador
12. Módulo dosificador
13. Filtros de módulo dosificador
14. CCA (Cooling Control Adapter)
15. Válvula magnética mult-via
16. Pré-filtro
17. Bomba de membrana
18. Filtro do tubo de envio
6. · ESQUEMA ELETRICO
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7. · TANQUE ARLA EQUIPADO COM INDICADOR DE NÍVEL
O reservatório armazena substância redutora (ARLA) necessária para o processo SCR e de uma boia para medição do
nível no reservatório.
Caso seja necessário a remoção do Tanque, ou intervenções nos tubos que circulam o ARLA recomenda-se limpar as
partes pintadas e retirar todos os vestígios de líquido a fim de evitar a formação de incrustações.
· MÓDULO BOMBA (UDS)
PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO:
O sistema SCR é gerido eletronicamente pela unidade de controlo DCU (Dosing Control Unit) incorporada no módulo
bomba, a qual, em função do número de rotações do motor, torque alcançado, temperatura dos gases de escape,
quantidade de óxidos de nitrogênio e umidade do ar aspirado, regula a vazão da solução ARLA a ser inserida no
sistema.
O módulo bomba retira a solução reagente do reservatório, envia-a em pressão ao módulo de dosagem para ser
injetada na tubagem de escape a montante do catalisador.
DIAGNOSTICO:
Caso seja necessário alguma intervenção no sistema de SCR, verifique antes os dados memorizados e memoria de
erros da central, sabendo das falhas apresentadas fica mais fácil e assertiva a reparação do inconveniente.
Se a central não estiver legível, verifique os conectores e principalmente a comunicação com a rede CAN e
alimentação do modulo.
Barramento da rede CAN, deve oferecer resistência de 60Ω.
LINHA CAN
ALIMENTAÇÃO
8. · INJETOR DE ARLA
PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO:
O Módulo Dosador recebe a informação da quantidade de ARLA e tem a função de dosar a solução.
O injetor recebe o sinal do tipo PWM, somente é possível verificar o sinal recebido pelo sensor utilizando osciloscópio.
DIAGNOSTICO:
Verifique a resistência do sensor Pin-out 1 e 2 deve ser 1,3 Ω.
Se a resistência estiver abaixo do especificado, proceda com a substituição do injetor.
· CONVERSOR CATALÍTICO (CATALISADOR)
PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO:
O catalisador, e equipado com materiais com isolamento acústico, substitui o silencioso do escapamento.
Dentro do catalisador, os óxidos nítricos (NOx) dos gases de escape, como consequência de sua reação com a amônia,
se transformam em nitrogênio e vapor de água.
Sensores de temperatura e um sensor de oxido de nitrogênio (NOX) são montados dentro no catalisador.
DIAGNOSTICO:
Os principais itens a serem verificados neste componente são:
· Contaminação por excesso de ARLA
· Contaminação pela passagem de óleo lubrificante
· Sinais de pancadas no corpo do catalisador
· Quebra dos componentes internos
Caso algum desses danos seja comprovado, proceda com a substituição do catalisador.
· TUBOS DE POLIAMIDA
Os tubos de poliamida usados para o sistema SCR possuem características especiais.
Eles não são intercambiáveis com tubos para outras finalidades, como os voltados
para os sistemas de suspensão e frenagem.
9. · SENSOR TEMP. GÁSES DE ESCAPE ENTRADA/SAÍDA CATALISADOR.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO:
Sensor tipo PTC: Menor temperatura = Menor tensão / Maior temperatura = Maior tensão
Enviar à central os valores de temperatura dos gases de escape na entrada e saída do catalizador, essa informação é
necessária para o calculo correto da quantidade de ARLA a ser injetado.
A tensão de alimentação é de 5 volts, e a de saída é proporcional à temperatura detectada pelo sensor.
DIAGNOSTICO:
1º. Verifique a leitura do sensor
Utilizando o equipamento de diagnostico, verifique os valores informados pelo sensor, com o motor frio os valores de
temperatura iguais ao do ambiente.
Se não estiver OK, proceda com a verificação da funcionalidade do sensor.
2º. Verifique funcionalidade do sensor
Verifique conexão do sensor (se estiver oxidada, limpar com produto específico), em seguida utilizando um
multímetro, verifique a resistência do sensor.
Se os valores estiverem diferentes do especificado, proceda com a substituição do sensor.
3º. Verifique o chicote de ligação sensor/central
Verifique o valor de resistência do sensor de entrada e saída do catalisador no conector da central UDS (veja tabela
acima).
Exemplo: Deve se verificar o seguinte valor: 220Ω (± 10%) a 25 ° C – PIN OUT 17-28
O valor encontrado deve ser igual ao verificado no instrumento de diagnostico.
· SENSOR DE DETECÇÃO DE UMIDADE E TEMPERATURA
PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO:
Localizado no transportador de saída do filtro de ar, tem a função de enviar à unidade de controlo o percentual de
umidade presente no ar aspirado, para determinar o cálculo das emissões dos óxidos de nitrogénio.
O sensor é alimentado com 5 volts no terminal 1, negativo (massa de sinal) no terminal 3 (comum ao sensor de
umidade e sensor de temperatura do ar), no terminal 2 o sensor envia a EDC o sinal referente à umidade do ar (sinal
de variação de tensão, com limite máximo de 5 v). No mesmo sensor é possível encontrar também uma alimentação
de 5 v no pino 4 que é responsável pela alimentação e sinal do sensor de temperatura do ar.
T (°C) Rs (Ω) Uo (V)
-20° 185,6 0,783
0° 201,0 0,837
25° 220,1 0,902
50° 239,0 0,964
100° 276,4 1,083
200° 349,5 1,295
300° 420,2 1,479
400° 488,6 1,641
500° 554,6 1,784
600° 618,3 1,910
700° 679,7 2,023
800° 738,7 2,124
900° 795,4 2,215
1.000° 849,7 2,297
10. DIAGNOSTICO:
Inicie o procedimento utilizando o equipamento de diagnostico, verifique a memoria de erros e em seguida siga com
as orientações do ‘troubleshooting’ referentes à falha.
Caso não apresente falhas na memoria de erros e se deseja verificar o sensor, siga conforme orientações abaixo:
1º. Verifique a leitura do sensor
Utilizando o equipamento de diagnostico, verifique os valores informados pelo sensor, com o motor frio os valores de
temperatura e umidade deverão ser iguais ao do ambiente.
2º. Verifique funcionalidade do sensor
Verifique conexão do sensor (se estiver oxidada, limpar com produto específico), em seguida utilizando um
multímetro, verifique a alimentação, massa e sinais do sensor.
Pin-out:
1 – Alimentação – 5V;
2 – % de umidade do ar;
3 – Massa;
4 – Sinal de temperatura Ω.
Com o sensor conectado, verifique o sinal de porcentagem de umidade informado pelo sensor, a tensão retornada
deve estar de acordo com o quadro abaixo.
Com o sensor desconectado, verifique o sinal de temperatura informado pelo sensor, a resistência retornada deve
estar de acordo com o quadro abaixo.
Se os valores estiverem diferentes do especificado, proceda com a substituição do sensor.
RH % Uo (Mv)
10 1205 ± 60
15 1355 ± 61
20 1500 ± 60
25 1640 ± 57
30 1770 ± 53
35 1905 ± 57
40 2030 ± 61
45 2155 ± 65
50 2275 ± 68
55 2400 ± 72
60 2520 ± 76
65 2640 ± 79
70 2770 ± 83
75 2895 ± 87
80 3020 ± 106
85 3150 ± 126
90 3285 ± 148
95 3410 ± 170
T (°C) Rs (Ω)
-40 42172 ± 2458
-30 24760 ± 1319
-20 14995 ± 727
-10 9348 ± 411
0 5988 ± 238
10 3933 ± 141
20 2644 ± 84
30 1817 ± 58
40 1274 ± 45
50 910 ± 35
60 662 ± 28
70 489 ± 22
80 367 ± 18
90 279 ± 14
11. 3º. Verifique o chicote de ligação sensor/central
Verifique se os valores lidos no sensor se repetem na conexão com a central do motor nos pin-out descritos no
desenho acima, caso os valores estejam divergentes proceda com a analise ou substituição do chicote.
· SENSOR NOX
PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO:
Tem a função de informar as unidades de controle UDS e EDC via barramento CAN os valores de NOX emitidos.
O sistema utiliza essa informação para calcular a dosagem exata de ARLA e a eficácia do catalisador.
O sensor é alimentado pelo +15 com 24 V no pin-out 1, massa no pin-out 2, CAN L no pin-out 3, CAN H no pin-out 4.
DIAGNOSTICO:
Não é possível testar o sinal do sensor sem equipamento especifico, sendo necessária à utilização do equipamento de
diagnostico.
1º. Verifique a leitura do sensor
Não é possível realizar a leitura com o veiculo estático devido à estratégia de funcionamento da central.
Com o veiculo estático ou caso apresente alguma falha no sistema SCR, o sinal do sensor é ignorado pela central que
passa a assumir o valor de referencia 500ppm.
Para realizar a leitura do sensor é necessário que o veiculo esteja em movimento por mais de 8s, e sem a presença de
falhas.
Durante a rodagem com o veiculo, caso o equipamento não seja capaz de retornar os valores ou caso os valores
estejam congelados em 500ppm, verifique a alimentação/comunicação do sensor.
2º. Ligação sensor/central
Verifique se há alimentação no sensor pin-out 1 e 2.
1 – Alimentação +15, 24 V;
2 – Massa;
3 – CAN L;
4 – CAN H;
5 – Livre.
Verifique a saída do rele e o fusível conforme diagrama elétrico, se o chicote estiver sendo alimentado e não esteja
alimentando o sensor, proceda com a analise/substituição do chicote.
Caso contrario, verifique a integridade do rele e fusível de alimentação do circuito.
Verifique também os pontos de massa do veiculo, desconecte, limpe os contatos e proceda com aperto correto.
Se a alimentação estiver de acordo com o especificado, e esta falha esteja presente, verifique o barramento da rede
CAN a resistência do mesmo devera ser de 60 Ω.
12. Em hipótese alguma se deve violar o chicote de ligação do sensor de NOX para testes, caso seja violado corre-se o
risco de perda do componente.
ATENÇÃO:
· Caso o veículo não utilize o ARLA ou esteja com o reservatório vazio, o catalisador pode ser danificado e por
medida de segurança a potência do motor será reduzida automaticamente em até 70%;
· O ARLA não é compatível com aço carbono, logo, deverá ser armazenado somente em plástico (sem aditivo)
ou aço inoxidável;
· O tempo de vida do produto (ARLA) é de 6 meses;
· Agua em reservatórios de Diesel dos veículos que trabalham com este sistema deve ser drenado
periodicamente, caso não seja feito poderá ocorrer à proliferação de micróbios que liberam acido acético
dentro destes reservatórios acarretando a oxidação de componentes do sistema de alimentação de
combustível além de “barras”, que entopem filtros e bicos injetores e se acumulam no fundo de tanques. Por
este mesmo motivo ressalta-se a necessidade da substituição periódica dos filtros nestes veículos;
· A vida do catalisador, desconsiderando os fenômenos anômalos, tais como a presença de fósforo no
biodiesel que podem gerar deterioração, tem a mesma tempo de vida do veículo.
· Se o catalisador exceder 600°C a operação será comprometida, havendo uma redução na sua eficiência, até
que a temperatura baixe a 480°C;
· Quando for necessário substituir o injetor do ARLA, será necessário reprogramar a DCU;
· Ao se substituir a bomba, será necessário reprogramar a UDS;
· O sistema somente conseguirá reconhecer vazamentos de ARLA, quando o vazamento for superior a 3kg/h).
Perdas menores não são reconhecidas;
· Caso o dosador fique bloqueado, devido ao monitoramento continuo, a Centralina será capaz de reconhecer
e consequentemente desativa-lo;
· Caso o ARLA supere a 90°C no interior da DCU o sistema de injeção será desativado. Por sua característica
química o ARLA a partir de 60°C produz amônia e o nível de ph será 9, tornando-se assim altamente
corrosiva;
· Quando o meio é desligado, o sistema de ARLA será completamente desativado e durante 90s manterá
alimentada à bomba que comandara a válvula multidirecional para descarregar o sistema. Ao religar o motor
o sistema deverá reativar-se dentro de 60 s depois da fase de partida;
· Caso haja o congelamento, ocorrerá um desligamento do sistema porque a ureia na fase de congelamento
tem um aumento de 15% no seu volume e consequentemente haverá danos ao filtro e ao dosador.