Diesel Particulate Filter Breakdown and Operational Theory

Cutaway do Filtro de Partículas Diesel

p> O Filtro de Partículas Diesel (DPF) é um filtro cerâmico que tem milhares de canais minúsculos ou favo de mel…aberturas moldadas que prendem a fuligem nas paredes do canal e impedem que as partículas (até 1 mícron) saiam do tubo da cauda. A estrutura interna alveolar é coberta com uma camada de um catalisador químico que contém pequenas quantidades de metais preciosos, geralmente platina ou paládio.

Para reduzir a matéria particulada ou fuligem do escape, é necessário elevar a temperatura da câmara de combustão suficientemente alta para reduzir a formação de partículas PM. Forma-se NOx quando as temperaturas de combustão excedem os 1.800°C (3.200°F), e a quantidade de óxido formada depende não só da temperatura, mas também do período de tempo em que o calor é aplicado. No entanto, o aumento inadvertido da temperatura da câmara de combustão aumenta a quantidade de NOx que se forma. Isto é ainda pior para o ambiente do que a fuligem.

Carros e camiões a diesel fabricados após 2009 devem ter um DPF, e em alguns casos, um sistema de Redução Selectiva de Catalisadores (SCR). Estes componentes trabalham em conjunto para reduzir, e quando funcionam correctamente, removem todos os NOx nocivos e fuligem do escape. Isto não só ajuda o ambiente, como também cria um motor muito mais limpo. O óleo do motor não fica tão sujo como ficaria sem todos estes sistemas em condições de funcionamento. Menos fuligem misturada com o óleo de motor significa menos formação de carbono nas galeras de óleo e outras peças móveis. Isto aumenta a vida útil do motor ao mesmo tempo que limpa o ar.

O inconveniente de tudo isto é que o DPF precisa de ser limpo regularmente. As partículas de fuligem fixam-se ao revestimento do DPF enquanto o motor está em funcionamento. Ao mesmo tempo, o filtro está lentamente a entupir-se com as próprias partículas que é concebido para remover do escape. Este processo de limpeza do DPF é feito através de um processo chamado regeneração. Existem vários métodos diferentes utilizados por vários fabricantes para limpar o DPF.

Regeneração Passiva

A auto-regeneração Passiva é completamente transparente para o operador e não afecta o funcionamento ou desempenho da máquina. A única indicação quando um ciclo de regeneração passiva foi activado é ou uma luz de aviso de temperatura de exaustão indicando que a temperatura de exaustão é superior ao normal ou uma mensagem indicando que um ciclo de regeneração está em processo, ou ambos.

Regeneração Activa

Auto-regeneração activa ocorre quando não há calor suficiente no exaustor para converter a PM a ser recolhida no DPF. A regeneração activa é auto-activada pelo PCM com base em várias entradas. O PCM envia um comando para aumentar as temperaturas de escape através da adição de uma pequena quantidade de combustível bruto injectado a montante do DPF. A reacção química dos metais preciosos no DPF e as temperaturas elevadas dos gases de escape oxida o PM do filtro.

Regeneração estacionária (estacionada)

Regeneração estacionária, ou estacionada, a regeneração é a mesma que a regeneração activa mas tem lugar enquanto o veículo não está a ser conduzido. Isto ou é induzido pelo condutor ou feito com uma ferramenta de varrimento. Há alturas em que o condutor terá de efectuar uma regeneração manual ou “estacionada” na berma da estrada. Isto pode ser porque cancelaram uma regeneração anterior, ou uma regeneração automática tinha começado, mas foi interrompida. Em alguns casos, a regeneração é “forçada” ao condutor por este ignorar um pedido anterior de efectuar uma regeneração estacionada, fazendo com que o veículo entre em modo coxear. Muitas vezes, uma luz ou mensagem de aviso dirá ao condutor para encostar e iniciar uma regeneração estacionada. Isto envolve normalmente o condutor a configurar o travão de estacionamento e a activar um interruptor para iniciar o processo.

Precauções de regeneração estacionária (estacionada)

Devido ao calor elevado criado durante o ciclo de regeneração, ao efectuar uma regeneração estacionada ou um ciclo de regeneração induzido por uma ferramenta de varrimento, siga estas regras simples para evitar qualquer interferência externa. Manter-se afastado de combustíveis e pessoas.

Falhas do filtro

algumas falhas do filtro de exaustão de gasóleo são o resultado de não permitir que a regeneração ocorra. Isto irá inadvertidamente entupir o DPF ao ponto de a substituição ser a única opção. Embora possa ser limpa até certo ponto, uma parte da funcionalidade ainda se perde devido à severidade da restrição. Outro problema é quando está em regeneração e o excesso de calor combinado com o entupimento provoca a expansão e ruptura do invólucro metálico do DPF. O que, evidentemente, significa que a única solução é a substituição do DPF. O DPF requer uma limpeza profissional a cada 150.000-250.000 milhas ou 5000 horas.

Monitorização da regeneração

Em alguns veículos, a monitorização é feita através de um sensor de pressão que mede as pressões de entrada e saída do DPF. Outros utilizam a quilometragem ou um contador de horas do motor. Na maioria dos veículos, há uma forma de desligar o processo de regeneração se estiver numa situação em que o aumento da temperatura do sistema de escape possa causar um incêndio. Mas, não o deixe desligado ou podem ser causados danos permanentes ao DPF.

Regeneration

Regeneration can only happen when the conditions are within the preset specifications for that motor and manufacturer’s needs. Em geral, a maioria dos ciclos de regeneração são tratados sem que o condutor saiba que estão a ter lugar. O processo de regeneração ocorre aumentando a temperatura do DPF para cerca de 600°C (1.100°F) e é fornecido oxigénio suficiente directamente ao DPF. Alguns sistemas injectarão combustível extra no cilindro no curso de escape que efectivamente envia gases quentes para o catalisador de oxidação do DPF, aumentando a sua temperatura o suficiente para fazer com que o carbono reaja com o excesso de oxigénio que também foi fornecido. Outros sistemas dependem de um elemento de aquecimento mesmo em frente do DPF para aumentar a temperatura.

O processo de regeneração continuará até que o diferencial de pressão através do DPF (entrada e saída) caia para um nível aceitável. Se as circunstâncias de condução mudarem, por exemplo, o carro pára e a regeneração é abandonada até que as condições se tornem novamente adequadas. A regeneração pode ser ruidosa, uma vez que as rotações do motor chegam a 4.000 RPM durante quatro minutos ou mais, passando depois para 2.000 RPM durante mais quatro minutos ou mais. Quando a regeneração tiver terminado, o veículo voltará ao seu ralenti normal, e a luz de serviço apagar-se-á.

Problemas de regeneração

Problemas surgem quando sucessivas regenerações são abandonadas, e os níveis de fuligem aumentam até um ponto em que o DPF entupa e não pode ser regenerado por si só. Viagens curtas e tráfego de stop-and-go podem não permitir que o DPF suba à temperatura. Quando isto acontece, o condutor é notificado por uma luz de aviso DPF intermitente. Se a luz de aviso for ignorada, aparece um segundo aviso que pode fazer com que o veículo entre no modo coxear. No modo coxear, o veículo não funcionará mais de 5 ou 10 mph e permanecerá assim até ter sido devidamente reparado utilizando um scanner para realizar o processo de regeneração.

Redução Catalítica Selectiva (SCR)

SCR é uma alternativa ao EGR e aborda a mesma questão da redução dos contaminantes NOx. Este sistema utiliza uma solução de 32,5% de ureia e 62,5% de água desnaturada chamada Diesel Exhaust Fluid (DEF). Este fluido azul está contido num tanque de retenção separado que é injectado no escape. Quando a mistura de ureia se encontra com os gases de escape quentes, decompõe-se em amoníaco (NH3) e CO2. O amoníaco reage então com óxidos de azoto num segundo conversor catalítico para formar uma saída inofensiva de azoto e água. A vantagem não é apenas uma redução no NOx, mas uma redução na utilização do EGR. Isto significa uma combustão mais eficiente, um rendimento PM reduzido e um melhor consumo de combustível.