Tópicos:
- Geral
- Origem das partículas de fuligem
- Operação de um filtro de partículas
- Filtro de partículas autogerado
- Filtro de partículas semiaberto
- Vapores de escapamento de um motor diesel
Geral:
Um filtro de partículas é usado em motores diesel. A finalidade de um filtro de partículas é deixar passar os gases de exaustão e reter as partículas de fuligem. Hoje em dia, todos os motores diesel de um carro novo estão equipados com um filtro de partículas para cumprir requisitos ambientais rigorosos. Em algumas grandes cidades, os automóveis a diesel “sujos” sem filtro de partículas e os automóveis a gasolina sem conversor catalítico já estão proibidos de circular.
Origem das partículas de fuligem:
Partículas de fuligem são sempre produzidas durante o processo de combustão de um motor diesel. A fuligem é um sinal de combustão incompleta. Partículas de fuligem são pequenas esferas de carbono com núcleo de carbono puro, com diâmetro de aproximadamente 0,05 micromilímetros. Certas substâncias nocivas, incluindo hidrocarbonetos, enxofre e óxidos metálicos, aderem ao núcleo deste carbono. Alguns hidrocarbonetos podem ser prejudiciais à saúde.
A formação e a quantidade de partículas de fuligem dependem principalmente do uso, fornecimento de ar, injeção e combustão do motor. Especialmente quando há falta de oxigénio, as emissões de fuligem aumentam porque a mistura é demasiado rica e, portanto, a combustão é incompleta. O ajuste do chip também pode ser uma causa de emissões excessivas de fuligem.
As dimensões das partículas de fuligem são praticamente as mesmas em motores diesel de injeção indireta com câmara de turbulência, injeção direta, common rail e motores unitários.
Funcionamento de um filtro de partículas:
O filtro de partículas consiste em um corpo cerâmico em forma de favo de mel feito de carboneto de silício alojado em uma carcaça metálica. O corpo cerâmico consiste em muitas passagens microscópicas paralelas, que são fechadas alternadamente de um lado.
Quando os gases de exaustão fluem através do filtro de partículas, as partículas ficam retidas nos canais de entrada, enquanto os demais componentes gasosos dos gases de exaustão passam pelas paredes porosas do filtro.
Filtro de partículas autogerado:
Um filtro de partículas autogerado bloqueia aproximadamente 90% de toda a fuligem emitida pelo motor. Como muitas partículas de fuligem permanecem no filtro de partículas autogerado após algum tempo, ele ficaria obstruído sem medidas. Para evitar isto, o filtro deve ser regenerado regularmente (a cada 200-1000 km). Isso é chamado de “processo de regeneração”. Isso significa que as partículas de fuligem acumuladas são queimadas. Quando queimadas, as partículas são convertidas em substâncias inofensivas, dióxido de carbono e água. A temperatura de combustão das partículas de fuligem é de pelo menos 600ºC para filtros de partículas sem revestimento catalítico, mas os gases de escape muitas vezes não são suficientemente quentes para isso. Para queimar as partículas de fuligem, os seguintes métodos podem ser usados:
- Filtro de partículas com revestimento catalítico:
Este tipo de filtro de partículas possui um revestimento catalítico, que permite queimar as partículas de fuligem a uma temperatura de 250ºC. Porém, o filtro de partículas deve ser colocado o mais próximo possível do motor, caso contrário, perder-se-á muito calor. Este método de regeneração é utilizado, entre outras coisas, para filtros de partículas semiabertos e de regeneração contínua. - Use um catalisador de oxidação: Com um catalisador de oxidação, os óxidos de nitrogênio nos gases de escape são parcialmente convertidos em dióxido de nitrogênio. Este dióxido de azoto é muito reativo, o que significa que a fuligem inflama muito mais facilmente e, portanto, a uma temperatura mais baixa. O catalisador de oxidação é, portanto, sempre colocado antes do filtro de partículas, geralmente mesmo diretamente após o coletor de escape. Às vezes, até 2 desses catalisadores são instalados. (Veja a foto)
- Aquecimento externo: Ao colocar uma bobina incandescente ou injetor de combustível no escapamento é possível atingir a temperatura necessária para inflamar as partículas de fuligem. Isto é controlado através da unidade de controle do motor. Este registra os valores dos sensores de pressão diferencial que medem antes e depois do filtro que o filtro de partículas está começando a ficar cheio.
- Injeção adicional de combustível: Ao adicionar combustível extra aos bicos durante o curso de exaustão, a temperatura dos gases de escape aumenta, o que pode alcançar a regeneração.
Filtro de partículas semiaberto:
Os filtros de partículas semiabertos são concebidos para automóveis que não estão equipados com filtro de partículas de série. Este tipo de filtro de partículas é, portanto, instalado posteriormente. O número de filtros de partículas semiabertos está a tornar-se cada vez menor, porque todos os automóveis novos estão agora equipados com um filtro de partículas de série.
Os filtros de partículas semiabertos possuem uma estrutura aberta que permite que os gases de exaustão fluam livremente através do filtro. Algumas das partículas de fuligem aderem às paredes. O filtro possui um revestimento catalítico em seu interior, que permite regenerar (queimar) as partículas de fuligem em baixas temperaturas. A regeneração ocorre continuamente a alta temperatura. A chance de o filtro ficar entupido é pequena, desde que o filtro seja aquecido de vez em quando. A principal desvantagem é que as emissões só podem ser reduzidas num máximo de 60% em condições óptimas e as emissões em condições menos óptimas, o que acontece frequentemente durante a utilização normal, só podem ser reduzidas em 30%.
Gases de escape de um motor diesel:
Na imagem à direita e na explicação abaixo você pode ver em que consistem os gases de escape de um motor diesel.
- 67% Nitrogênio (N2)
- 12% de dióxido de carbono (CO2)
- 11% Água (H2O)
- 10% de oxigênio
- 0,3% de outras substâncias, incluindo partículas de fuligem (PM), hidrocarbonetos (HC), óxidos de nitrogênio (NOx), monóxido de carbono (CO).
Para reduzir as emissões de NOx, os motores diesel utilizam cada vez mais um Catalisador SCR com sistema de dosagem de AdBlue.
