Como funciona o filtro de partículas em veículos com motor a diesel

 

texto & fotos Vitor Lima

Conforme o avanço das leis de emissões, a fim de minimizar os efeitos causados ao meio ambiente decorrente dos gases poluentes, novas soluções surgem no mercado para minimizar os gases jogados na atmosfera. As emissões de gases poluentes são levadas com seriedade global, e isso não deixa o setor automobilístico de fora. Saiba o que é e como funciona o filtro de partículas – DPF, presente nos veículos com motores a Diesel; entenda como realizar o diagnóstico no componente.

 

como funciona o filtro de partículas em motores à diesel?

Soluções como a injeção eletrônica, que está no mercado a décadas, a injeção direta de combustível nas câmaras de combustão tem se popularizado cada vez mais entre os veículos de linha leve no mercado atual, sistemas catalíticos mais complexos desde a linha pesada como em veículos de passeio.  Seja em motores que utilizam mais de um tipo de combustível, conhecidos como flex, como motores a diesel.

Uma solução para os veículos a diesel é o filtro de partículas, ou mais conhecido como filtro DPF. Este filtro tem como função o tratamento do material particulado que foi gerado em decorrência da combustão do motor, ou seja, os resíduos criados são retidos no filtro DPF. Esse resíduo ou fuligem pode ser identificado como a fumaça preta que é expelida pelo escapamento dos veículos com motor a diesel, quando o veículo não possui o sistema de retenção desse material particulado ou quando o mesmo apresenta algum tipo de problema com o componente que não consegue mais reter esse material.

O Instrutor Técnico, Renato Borbon, informa que o filtro de partículas está presente em diversos veículos atualmente. “Hoje esse filtro está presente em diversos veículos, desde utilitários, picapes, vans e até em veículos pesados, como caminhões médios. Cada vez mais a presença do DPF é popularizada”.

 

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COMO É O FILTRO DE PARTÍCULAS

O filtro de partículas é um elemento filtrante que se encontra dentro da carcaça do sistema catalítico. Há componentes catalíticos que são separados dos filtros particulados, mas, existem os componentes que são unificados, possuindo a cerâmica ou catalisador de oxidação, e o filtro de partículas dentro do componente catalítico, como é o caso abordado nesta reportagem.

Para entender melhor o sistema o componente catalítico admite os gases de escapamento provenientes da exaustão da combustão (a), passa pelo catalisador de oxidação, o filtro de partículas e sai em direção ao escapamento do veículo.

A primeira parte do componente catalítico, entra em atuação o catalisador de oxidação (b), componente cerâmico em formato de colmeia que possui metais nobres como paládio e ródio. Esses metais nobres, quando em contato com os gases de exaustão, como hidrocarboneto (HC), monóxido de carbono (CO), ocorre uma reação química que gera calor. É necessário a produção de calor na cerâmica para que haja o aquecimento para ajudar na realização da reação química.

Após o tratamento desses dois gases, o HC e o CO, está o filtro de partículas (c). Este filtro também é cerâmico, porém, existe uma porosidade interna nessa cerâmica fazendo com que as partículas menores atravessem para a atmosfera, e as partículas maiores ficam retidas no filtro DPF para que sejam queimadas posteriormente no processo de regeneração. (c)

Outro componente importante para o funcionamento do sistema é o sensor de pressão diferencial (d). Esse sensor possui duas tubulações, a primeira é conectada na entrada do sistema catalítico por onde passam os gases de exaustão (e). A segunda tubulação faz a conexão do sensor com a saída do componente catalítico, após o filtro de partículas (f).

A tubulação que fica na saída do componente catalítico, obtém os dados de pressão após a filtragem de partículas e, consequentemente a pressão atmosférica. O sensor de pressão diferencial realiza à medição entre a entrada e a saída do filtro de partículas. Quando o filtro de partículas está sendo obstruído, o sensor faz a leitura e indica para o módulo de controle do motor (ECM) a necessidade de tomar a ação para uma estratégia de regeneração de autolimpeza.

Internamente no sensor de pressão diferencial, há o elemento piezo, indicado como item número 6 na imagem acima, ele é responsável pela medição da variação de pressão. Isso ocorre por causa da deformação que o componente sofre quando há diferença de pressão entre a entrada e a saída, causando uma variação na resistência elétrica, o que ocasiona a variação da tensão elétrica. Quando a tensão é variada, a unidade de controle do motor recebe esse parâmetro e realiza uma estratégia de limpeza de partículas.

“O sensor de pressão diferencial se assemelha muito ao funcionamento de um sensor de pressão no coletor de admissão, sensor de pressão do turbo. Qualquer tipo de sensor que faça a medição da pressão tem o mesmo princípio de funcionamento”, informa o Instrutor Técnico da Bosch.

No componente catalítico, há um sensor que monitora a temperatura do catalisador de oxidação e do filtro de partículas. Por causa de sua localização ser no sistema de escapamento do veículo, ele não pode ser do tipo NTC (coeficiente de temperatura negativo), pois a característica desse tipo de sensor é diminuir a sua resistência elétrica conforme a temperatura aumente.

Para esse caso, é utilizado um sensor de temperatura do tipo PTC (coeficiente positivo de temperatura). Diferente do NTC, o sensor do tipo PTC aumenta a sua resistência elétrica de acordo com o aumento da temperatura dos gases de escapamento. A escolha do PTC se deve às altas temperaturas que o componente catalítico trabalha, podendo chegar em até 1000°C.

CUIDADOS COM O VEÍCULO QUE POSSUI DPF

Renato Borbon informa ao mecânico três pontos importantes de atenção para evitar o aumento de material particulado no sistema. O primeiro foi referente a utilização do combustível correto no veículo. “Hoje nós temos o diesel S500 e o S10. O S500 possui 500 partes de enxofre que são utilizados em veículos mais antigos. O S10 é utilizado, inclusive, para os veículos que possuem o DPF, sistema Arla 32 e outros sistema de controle de poluentes. Neste caso do Jeep Compass, o uso do combustível S10 é de total importância para que não cause obstrução no filtro de partículas”.

Já o segundo ponto, trata sobre a escolha do óleo de motor correto. “Já existe óleo de motor específico para veículo que possuem o filtro DPF. Então a correta aplicação do óleo vai contribuir para que não tenha resíduos do óleo indo para o escapamento, consequentemente, gerando obstrução no filtro de partículas. Muita atenção, pois o óleo de motor para esse veículo é diferente do utilizado em motores que não tem o filtro DPF. Procure utilizar sempre o lubrificante especificado pela montadora”, alerta o Instrutor Técnico.

O terceiro ponto aborda sobre a utilização do veículo em trajetos mais longos. “Muitas vezes o modo de condução do cliente, trajetos muito curtos onde o motor diesel não consegue atingir a temperatura ideal de funcionamento, vai provocar o excesso de fuligem no filtro de partículas. O que aumenta o percentual de massa, fazendo com que haja necessidade de regeneração do filtro de partículas. A regeneração é indicada no painel do veículo”, pontua Renato e lembra que o veículo ao entrar em processo de regeneração natural há indicação para o condutor.

COMO ATUA A REGENERAÇÃO

Para que a regeneração ocorra e queime o material particulado que está no filtro, é adotado uma estratégia de pós-injeção de combustível para aumentar a temperatura do filtro de partículas. Esse aumento é determinado conforme as informações utilizadas para a estratégia da fase 1 e fase 2.

A fase 1 realiza a injeção de combustível por um determinado período de tempo. Caso seja necessário atingir maiores temperaturas, é determinado que a fase 2 entre em operação. A segunda fase faz com que as temperaturas se elevem até 450°C ou mais. Nesse momento o processo de regeneração é acionado, assim, o material particulado da combustão incompleta do diesel passa a ter partículas menores que são liberadas para atmosfera.

Há dois tipos de regeneração, ativa e passiva. A regeneração passiva ou natural, ocorre durante o período de funcionamento do motor de forma automática. Para a regeneração ativa é necessário a utilização de scanner. Ou seja, há uma opção no aparelho de diagnóstico que efetua o processo de maneira forçada. Ela deve ser utilizada apenas quando os níveis de saturação do filtro de partículas passar dos 60%, 70%.

Quando o veículo apresenta esse nível de saturação, significa que o veículo não consegue mais efetuar a regeneração passiva. Essa condição é indicada pela luz do filtro de partículas que acende no painel. Vale lembrar que a regeneração forçada é uma tentativa de conseguir retirar o material particulado que o sistema não conseguiu de maneira automática. Em alguns casos, pode ser prejudicial ao filtro de partículas.

Nesta reportagem, a Revista O Mecânico foi ao Centro de Treinamento Automotivo da Bosch para realizar os testes de medição e possibilidades de diagnóstico quando o veículo possui o filtro DPF, como é o caso do Jeep Compass Trailhawk. Lembrando que o componente catalítico demonstrado em bancada para explicação do sistema, não é o mesmo que está presente no veículo analisado. Porém, o componente é semelhante.

Dados importantes como a temperatura dos gases de escapamentos, a pressão diferencial, o teor da massa de material particulado, a resistência ao fluxo e o status da regeneração do filtro de partículas serão analisados via scanner.

LEITURA DOS DADOS INICIAIS

1)  Com a ignição do veículo ligada, você terá os primeiros dados obtidos com o sistema através do scanner (1).

2)  Ao ligar o motor do veículo, os valores como temperatura, pressão e saturação começam a mudar, mediante o aquecimento do motor com o tempo. Em condição de marcha lenta, se o filtro de partículas estivesse obstruído, o valor de resistência ao fluxo e a pressão diferencial seriam maiores. Note que o valor da pressão diferencial está em 5 mbar (2). Caso a pressão ultrapasse o limite de 50 mbar, significa que está ocorrendo restrição no filtro de partículas.

3)  Pise no pedal de aceleração e eleve a rotação por minuto do motor. Você pode observar que a temperatura aumentou e a pressão sofreu variação, porém, não ultrapassou o limite de 50 mbar (3). Os dados apresentam uma porcentagem de massa no filtro DPF, por causa do veículo já possuir uma certa quilometragem.

 

DIAGNÓSTICO DO SENSOR DIFERENCIAL E PRESSÃO DO FILTRO DE PARTÍCULAS

4)  Para realizar a medição se sinal do sensor diferencial, utilize um multímetro na função de volts e faça a medição pino a pino no componente. Comece medindo o pino 1 que é responsável pelo positivo (4a), ele deve apresentar 5V. O pino 2 é o negativo e apresenta 7 mV (4b). O pino 3 é responsável pelo sinal (4c) apresentando 0,5V.

 

5)  Para verificar se o sensor está agindo de maneira correta, desconecte o tubo de entrada HIGH que vai do filtro de partículas para o sensor, (5a) e conecte uma bomba de pressão manual (5b) no sensor (5c).

6)  Aplique um pouco de pressão no sensor com a bomba de pressão manual, e verifique se a pressão manométrica indicada (6a) é a mesma apresentada no scanner (6b). Se os valores estiverem correspondentes, isso significa que o sensor está calibrado.

Obs: Teste com outros valores, porém, não ultrapasse 1 bar de pressão na bomba manométrica.

7)  É possível medir a pressão aplicada no filtro de partículas. Para isso, retire a bomba manual que foi plugada no sensor diferencial e conecte diretamente no tubo que foi desconectado do sensor (7). A pressão será apresentada no próprio manômetro. Caso haja restrição no filtro DPF, ao funcionar o motor do veículo e acelerar, o ponteiro indicará uma pressão sendo gerada no filtro. Quanto maior a pressão indicada, significa que mais obstruído está o filtro, o que é ruim.

8)  Ligue o motor e faça o primeiro teste em condição de marcha lenta. Verifique se há variação do ponteiro no manômetro da bomba manual. Caso não haja alteração e esteja apresentando 0 bar de pressão, significa que não há obstrução com o filtro, indicando boa condição do componente.

9)  Após, faça o a verificação subindo a rotação do motor ao acelerar. Note que o ponteiro irá oscilar, porém, não se mantém com os níveis de pressão maiores do que 50 mbar. Isso significa que o filtro não está comprometido.

 

REGENERAÇÃO PASSIVA E MONITORAMENTO DA PÓS INJEÇÃO

10) Para analisar a condição de regeneração passiva do sistema, conecte a bomba de pressão manual no sensor diferencial e com o auxílio de um osciloscópio, faça o monitoramento da corrente elétrica de um dos injetores de combustível do motor (10). Foi selecionado o injetor de número 2 para esse teste.

11) Verifique os dados de corrente com o osciloscópio com o motor em funcionamento. Os parâmetros iniciais indicam duas pré-injeções de combustível (destacada no quadrado vermelho na imagem) que é comum em sistemas common rail, e a injeção principal de combustível (em destaque no quadrado azul) (11).

12) Aplique pressão com o auxílio da bomba de pressão manual, até que o sistema ative a regeneração do filtro de partículas. Note no scanner que a pressão no filtro de partículas se mantém alta com mais de 450 mbar, aumenta os dados percentuais de massa no filtro, e o status de regeneração passa a ser ativo. Os dados de osciloscópio demostram a pós injeção acontecendo (12).

Obs: Durante o processo de regeneração o veículo altera algumas características como o acionamento da segunda velocidade do ventilador do motor, o sistema de escapamento passa a ter um aquecimento maior, o odor dos gases de exaustão é mais forte e o som emitido pelo motor sofre alteração.

REGENERAÇÃO FORÇADA

13) A opção de regeneração forçada via scanner só deve ser feita caso o filtro de partículas apresente dados de saturação muito elevados e o sistema não consiga realizar o procedimento de regeneração passiva. Alguns cuidados devem ser tomados por parte do mecânico conforme demonstrado (13). Algumas montadoras pedem que seja substituído o óleo e o filtro de óleo do motor antes do início do procedimento e, após, haja a troca novamente do fluido e do filtro por causa da condição de temperatura e carga excessiva que o motor será submetido durante o procedimento.

Obs: Caso o motor, antes da regeneração, esteja apresentando mal funcionamento com baixa compressão, problemas no sistema de arrefecimento e lubrificação do motor, o procedimento pode danificar o motor.

É possível retirar o filtro e realizar a limpeza com algum produto? De acordo com Renato Borbon, essa prática não dá garantia de que o componente irá funcionar corretamente.  “O processo natural de limpeza é o apresentado nesta reportagem, por temperatura. Qualquer agente químico que for utilizado para tentar limpar esse material particulado que está obstruindo o filtro de partículas, não existe garantia que ele vai voltar a funcionar normalmente gerando a reação. Lembre-se que antes do filtro de partículas, existe o catalisador de oxidação no componente, ele possui metais nobres. Sigam estritamente os procedimentos descritos pela fabricante o veículo”.

Veja abaixo o vídeo explicando como funciona o filtro de partículas:

Mais informações
Bosch: 0800 704 5446