Na edição anterior foi analisada a aplicação do conceito de controle em “malha fechada” ao ajuste da mistura em motores de ciclo Otto, ao controle da marcha lenta e ao ajuste do avanço da ignição. Finalizando o tema, a presente matéria apresenta mais dois exemplos de aplicação do conceito: Controle do fluxo EGR e controle da regeneração do filtro de particulado de sistemas de pós-tratamento diesel.
Lembrar que foi o advento dos sistemas eletrônicos digitais, que permitiu o controle em malha fechada (circuito fechado) da quase a totalidade das funções de controle do motor e dos sistemas de emissões.
Controle do fluxo EGR em malha fechada - ciclo Otto
A recirculação de um 20 ou 25% de gases de escape, em motores de ciclo Otto ou até 40 ou 50% em motores diesel, contribui para a diminuição das emissões de NOx. Originalmente os sistemas EGR foram controlados de forma mecânica. Os sistemas mais modernos, a partir dos anos ´90, começaram a possuir algum tipo de controle eletrônico o que permitiu o seu controle mais preciso em malha fechada. O exemplo da figura 1, entre dezenas, corresponde ao utilizado pela Ford.
É um sistema EGR pneumático de controle mapeado no qual, o vácuo de acionamento da válvula EGR é controlado eletronicamente.
Estes sistemas possuem algum dispositivo sensor cuja informação permite à UC conhecer a porcentagem de abertura da válvula EGR e, com isso, calcular a quantidade de gases recirculados.
Neste caso é utilizado um sensor de pressão diferencial, denominado DPFE. Este informa, à unidade de comando, a diferença de pressão que existe entre as duas tomadas do sensor (pontos A e B da figura).
Com a válvula EGR totalmente aberta, o sensor informa uma diferença de pressão máxima, já que no ponto A há a pressão dos gases de escape, e no ponto B (e por causa da restrição calibrada) a pressão é menor devido à influência exercida pelo vácuo do coletor.
Com a válvula EGR fechada, as pressões em A e B são iguais e, portanto, a sua diferença é nula.
A diferença de pressão aumenta na medida em que a válvula vai se abrindo, até alcançar a máxima diferença, quando a EGR está totalmente aberta.
Os mapas gravados na memória da UC relacionam as leituras do sensor DPFE com a porcentagem de abertura da válvula EGR. Com este valor, a UC comanda a válvula EVR até obter a abertura que forneça o fluxo desejado. Ou seja, a malha fechada é constituída:
- Pela UC: Que em função da condição de funcionamento determina o fluxo necessário.
- Pela válvula EVR: Que comanda a abertura da EGR.
- Pelo sensor DPFE: Que informa (de forma indireta) o fluxo EGR.
Regeneração do filtro de particulado em pós-tratamento Diesel
As emissões diesel são compostas, preponderantemente, por material particulado e por NOx (óxidos de nitrogênio). O HC e CO são emitidos em menor proporção.
Para a eliminação do material particulado são utilizados filtros de cerâmica porosa.
Como mostra a figura 2, estes filtros apresentam uma grande quantidade de canais com paredes de 0,3 a 0,4 mm de espessura e 15 a 50 canais por cm2. Os canais adjacentes estão fechados (por tampões) em extremos opostos. Os gases atravessam as paredes porosas onde ficam retidas as partículas.
Os filtros conseguem reter partículas entre 0,01 e 0,1 mm de diâmetro as que devem ser eliminadas já que o seu acúmulo provoca o entupimento do filtro.
Regeneração
Os filtros têm uma capacidade limitada de acumular particulado pelo que todos os sistemas implementam mecanismos de limpeza dos mesmos, de forma periódica ou contínua, para evitar o entupimento. Um filtro demasiadamente carregado de partículas pode provocar danos ao motor, em função de contrapressão excessiva, ou até, ser, ele próprio danificado.
O processo de eliminação do particulado denomina-se “regeneração do filtro” e consiste na oxidação ou combustão das partículas de carvão (C) e o HC adsorvido nas mesmas.
No caso da regeneração não-contínua, a mesma deve ser realizada antes que o filtro atinja a “carga crítica”, a qual é caracterizada por aquela quantidade máxima de partículas armazenadas, que se ultrapassada, pode provocar um aumento descontrolado da temperatura interna do filtro (quando ativada a regeneração), podendo atingir 1000oC ou mais, o que resultará na sua degradação ou destruição.
O processo de regeneração é controlado pela UC monitorando o aumento de contrapressão na entrada do filtro ou o diferencial entre a pressão de entrada e a pressão de saída. Se assim não for, o filtro continuaria a armazenar material particulado até entupir, tornando o motor inoperante em curto espaço de tempo.
Os procedimentos de regeneração consistem, basicamente, em:
- Aumentar a temperatura dos gases por alguns segundos ou minutos, até atingir 600 graus, que é a temperatura necessária para a ignição das partículas. Estes sistemas obrigatoriamente, possuem um catalisador oxidante antes do filtro de partículas.
- Diminuir a temperatura de auto-ignição das partículas para 400 graus utilizando algum meio catalítico.
O exemplo da figura 3 corresponde a um sistema de pós-tratamento diesel no qual a temperatura dos gases é aumentada atrasando a injeção principal (que resulta em combustível não queimado) ou adicionando uma pós-injeção. O combustível adicional é oxidado no catalisador oxidante o que provoca o aumento da temperatura dos gases até atingir os 600 ou 650 graus necessários à ignição das partículas.
A malha fechada de controle é composta:
- Pelo sensor de pressão diferencial: Que informa o estado de carga do filtro.
- Pela UC: Que determina o momento de início da regeneração.
- Pelos injetores: Responsáveis pela injeção de combustível.
Quando a pressão diferencial informada pelo sensor diminui a um valor pré-determinado, finaliza o processo de regeneração.
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