Sistema OBD de Monitoramento de       Emissões para Veículos DieselSCR com Sensor de NOx vs EGR com Sensor de Lambda      ...
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SCR – Redução Catalítica Seletiva  VARIÁVEL CONTROLADA  Eficiência de Conversão =>Quantidade de Líquido Reagente
EGR – Recirculação dos Gases de            Escape                         Gases                         Inertes           ...
EGR – Recirculação dos Gases de            Escape
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SCR – Monitoramento de Eficiência                    de Conversão                                    Fluxo de NOx Depois  ...
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Emissions Monitoring System (OBD) For Diesel Vehicles: SCR with NOx Sensor versus EGR with Lambda Sensor

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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.

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Emissions Monitoring System (OBD) For Diesel Vehicles: SCR with NOx Sensor versus EGR with Lambda Sensor

  1. 1. Sistema OBD de Monitoramento de Emissões para Veículos DieselSCR 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. 2. AgendaINTRODUÇÃO AOS SISTEMAS DE CONTROLE DE NOx • Leis de Emissões para Motores Diesel Pesados • SCR – Redução Catalítica Seletiva • EGR – Recirculação dos Gases de EscapeOBD – SISTEMA DE MONITORAMENTO DE EMISSÕES • Overview • Especificações – OBD Diesel Heavy DutyDIAGNÓSTICO DE DESVIO DE EMISSÕES DE NOx • SCR – Monitoramento de Eficiência de Conversão • EGR – Monitoramento de Desvio de LambdaCONCLUSÕES
  3. 3. AgendaINTRODUÇÃO AOS SISTEMAS DE CONTROLE DE NOx • Leis de Emissões para Motores Diesel Pesados • SCR – Redução Catalítica Seletiva • EGR – Recirculação dos Gases de EscapeOBD – SISTEMA DE MONITORAMENTO DE EMISSÕES • Overview • Especificações – OBD Diesel Heavy DutyDIAGNÓSTICO DE DESVIO DE EMISSÕES DE NOx • SCR – Monitoramento de Eficiência de Conversão • EGR – Monitoramento de Desvio de LambdaCONCLUSÕES
  4. 4. Leis de Emissões para Motores Diesel PesadosNOx (Óxidos de Nitrogênio) • Resultado da combustão • Gases Poluentes • Responsável por formar o SMOG • Prejudicial ao sistema imunológicoNovas 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. 5. SCR – Redução Catalítica Seletiva NH3NOx N2 + H2O
  6. 6. SCR – Redução Catalítica Seletiva VARIÁVEL CONTROLADA Eficiência de Conversão =>Quantidade de Líquido Reagente
  7. 7. EGR – Recirculação dos Gases de Escape Gases Inertes Concentração de Oxigênio
  8. 8. EGR – Recirculação dos Gases de Escape
  9. 9. EGR – Recirculação dos Gases de Escape VARIÁVEL CONTROLADAMassa de Ar Puro Admitido ou Valor de Lambda no Gás de Escape => Massa de Gás de Escape Recirculado
  10. 10. Comparação – SCR vs EGR SCR EGRVANTAGENS VANTAGENS• Alta taxa de conversão • Não necessita de de NOx => até 90% líquido reagente• Otimização de consumo • Menor complexidade de combustível de aplicaçãoDESVANTAGENS 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. 11. Comparação – SCR vs EGR SCR EGRVANTAGENS 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: emissõesDESVANTAGENS• 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. 12. AgendaINTRODUÇÃO AOS SISTEMAS DE CONTROLE DE NOx • Leis de Emissões para Motores Diesel Pesados • SCR – Redução Catalítica Seletiva • EGR – Recirculação dos Gases de EscapeOBD – SISTEMA DE MONITORAMENTO DE EMISSÕES • Overview • Especificações – OBD Diesel Heavy DutyDIAGNÓSTICO DE DESVIO DE EMISSÕES DE NOx • SCR – Monitoramento de Eficiência de Conversão • EGR – Monitoramento de Desvio de LambdaCONCLUSÕES
  13. 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. 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. 15. Especificações – OBD Diesel Heavy DutyCondições 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. 16. AgendaINTRODUÇÃO AOS SISTEMAS DE CONTROLE DE NOx • Leis de Emissões para Motores Diesel Pesados • SCR – Redução Catalítica Seletiva • EGR – Recirculação dos Gases de EscapeOBD – SISTEMA DE MONITORAMENTO DE EMISSÕES • Overview • Especificações – OBD Diesel Heavy DutyDIAGNÓSTICO DE DESVIO DE EMISSÕES DE NOx • SCR – Monitoramento de Eficiência de Conversão • EGR – Monitoramento de Desvio de LambdaCONCLUSÕES
  17. 17. SCR – Monitoramento de Eficiência de ConversãoMonitoramento DIRETO através do sensor de NOx
  18. 18. SCR – Monitoramento de Eficiência de Conversão Fluxo de NOx Depois do CatalisadorEficiência de Conversão de NOx = Fluxo de NOx Antes do Catalisador
  19. 19. SCR – Monitoramento de Eficiência de Conversão PPM => g/h Sinal Fluxo de NOx Medido Depois do CatalisadorEficiência Medida = Fluxo de NOx Estimado Antes do Catalisador
  20. 20. SCR – Monitoramento de Eficiência de Conversão Fluxo de NOx Estimado Mínimo Fator de X Antes do Catalisador Conversão do CatalisadorEficiência Limite = Fluxo de NOx Estimado 1. 3,5g/kWh Antes do Catalisador 2. 7,0g/kWh
  21. 21. SCR – Monitoramento de Eficiência de ConversãoMonitoramento DIRETO através do sensor de NOx <
  22. 22. EGR – Monitoramento de Desvio de LambdaMonitoramento INDIRETO através do sensor de Lambda > 1. 3,5g/kWh 2. 7,0g/kWh
  23. 23. AgendaINTRODUÇÃO AOS SISTEMAS DE CONTROLE DE NOx • Leis de Emissões para Motores Diesel Pesados • SCR – Redução Catalítica Seletiva • EGR – Recirculação dos Gases de EscapeOBD – SISTEMA DE MONITORAMENTO DE EMISSÕES • Overview • Especificações – OBD Diesel Heavy DutyDIAGNÓSTICO DE DESVIO DE EMISSÕES DE NOx • SCR – Monitoramento de Eficiência de Conversão • EGR – Monitoramento de Desvio de LambdaCONCLUSÕES
  24. 24. Conclusões 2 cenários distintos em relação aos sistemas de pós-tratamentoPara SCR • Sensor de NOx obrigatório (única alternativa confiável) • Monitoramento DIRETO através do cálculo de eficiência de conversão de NOxPara EGR • Não obrigatório sensor de escape, porém o sensor de lambda é muito confiável • Monitoramento INDIRETO através do cálculo de desvio de lambdaCalibração do sistema OBD • Emissões – 13 pontos do ciclo ESC finalizados e ciclo ETC avançado • Diagnose – Detecção de falhas elétricas e plausibilidade de sinalNovo processo de calibração • OBD não se restringe apenas em inserir um valor de limite de emissões • Cooperação entre engenharias de software e de aplicaçãoA eletrônica vem apresentando importância cada vez maior para garantir veículosmenos poluentes, mais eficientes e AMIGÁVEIS
  25. 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 Tel / Fax: +55 11 5687 6774 / 5523 2903 Mobile: +55 11 9527 1989 / 24 8153 0330 www.iav-brasil.com leonardo.costa@iav.de

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