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

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

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Page 1: Emissions Monitoring System (OBD) For Diesel Vehicles: SCR with NOx Sensor versus EGR with Lambda Sensor

IAV do BrasilAutomotive Engineering

Leonardo CostaEngenheiro de Calibração de Motores

Resende, 09 de Junho de 2011

Sistema OBD de Monitoramento de Emissões para Veículos Diesel

SCR com Sensor de NOx vs EGR com Sensor de Lambda

Page 2: Emissions Monitoring System (OBD) For Diesel Vehicles: SCR with NOx Sensor versus EGR with Lambda Sensor

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

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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

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Leis de Emissões para MotoresDiesel 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

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SCR – Redução Catalítica Seletiva

NOx

NH3

N2 + H2O

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SCR – Redução Catalítica Seletiva

VARIÁVEL CONTROLADAEficiência de Conversão =>

Quantidade de Líquido Reagente

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EGR – Recirculação dos Gases de Escape

GasesInertes

Concentraçãode Oxigênio

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EGR – Recirculação dos Gases de Escape

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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

Page 10: Emissions Monitoring System (OBD) For Diesel Vehicles: SCR with NOx Sensor versus EGR with Lambda Sensor

VANTAGENS• Não necessita de

líquido reagente• Menor complexidade

de aplicação

DESVANTAGENS• Aumento de emissões

de material particulado• Redução da eficiência

da combustão• Aumento de rejeição

térmica do motor

Comparação – SCR vs EGR

VANTAGENS• Alta taxa de conversão

de NOx => até 90%• Otimização de consumo

de combustível

DESVANTAGENS• Complexidade de

aplicação• Necessidade de

líquido reagente• Risco de redução de

torque sem ARLA32

SCR EGR

Page 11: Emissions Monitoring System (OBD) For Diesel Vehicles: SCR with NOx Sensor versus EGR with Lambda Sensor

VANTAGENS• Não necessita de

líquido reagente• Menor complexidade

de aplicação

DESVANTAGENS• Aumento de emissões

de material particulado• Reduz a eficiência da

combustão• Aumento de rejeição

térmica do motor

Comparação – SCR vs EGR

VANTAGENS• Alta taxa de conversão

de NOx => até 90%• Otimização de consumo

de combustível

DESVANTAGENS• Montado de forma

independente• Complexidade de

aplicação• Custos com líquido

reagente

SCR EGR

DESVANTAGEM COMUM:Sistemas de pós-tratamento são

susceptíveis à fraudesPARA EVITAR FRAUDES:

A aplicação do sistema OBD tornou-se OBRIGATÓRIA

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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

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OverviewOBD – Diagnóstico Embarcado

• Objetivo: GARANTIR QUE OS NÍVEIS DE EMISSÕES NO QUAL O VEÍCULO FOI HOMOLOGADO SEJAM MANTIDOS DURANTE TODA SUA VIDA ÚTIL!

• Lâmpada de Aviso no painel (MIL)

• Armazenamento da falhapor 400 dias para futurainspeção

• Limitador de torque emcaso de negligência

• Como: MONITORAMENTO DOS SISTEMAS QUE AFETAM EMISSÕES DE NOx

• Atuar em Caso de Aumento de Emissões:

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Especificações – OBD Diesel Heavy Duty

� Ativação do sistema OBD:• Limites para emissões de NOx do sistemas OBD proposto para o Brasil:

• Faixa de Tolerância paradetecção: 1,5g/kWh.

• Falha média: MIL acesa, falha armazenada, limitadorde torque após 48 horas de operação.

• Falha grave: MIL acesa, falha armazenada, limitadorde torque instantâneo.

• 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.

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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 emissõesdo 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.

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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

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SCR – Monitoramento de Eficiênciade Conversão

Monitoramento DIRETO através do sensor de NOx

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SCR – Monitoramento de Eficiênciade Conversão

Eficiência de Conversão de NOx =

Fluxo de NOx Depoisdo Catalisador

Fluxo de NOx Antes do Catalisador

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SCR – Monitoramento de Eficiênciade Conversão

Eficiência Medida =

Fluxo de NOx MedidoDepois do Catalisador

Fluxo de NOx EstimadoAntes do Catalisador

PPM => g/hSinal

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SCR – Monitoramento de Eficiênciade Conversão

Eficiência Limite =

Fluxo de NOx EstimadoAntes do Catalisador

Fluxo de NOx EstimadoAntes do Catalisador

Mínimo Fator de Conversão do CatalisadorX

1. 3,5g/kWh2. 7,0g/kWh

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SCR – Monitoramento de Eficiênciade Conversão

Monitoramento DIRETO através do sensor de NOx

<

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EGR – Monitoramento de Desvio de Lambda

>

Monitoramento INDIRETO através do sensor de Lambda

1. 3,5g/kWh2. 7,0g/kWh

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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

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Conclusões

� 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

� Calibração do sistema OBD• Emissões – 13 pontos do ciclo ESC finalizados e ciclo ETC avançado• Diagnose – Detecção de falhas elétricas e plausibilidade de sinal

� A eletrônica vem apresentando importância cada vez maior para garantir veículos menos poluentes, mais eficientes e AMIGÁVEIS

� 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

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LEONARDO COSTAPowertrain Mechatronics, Diesel Engines

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