Monitoramento dos Sensores dos Gases de Escape

Veículos modernos se caracterizam por possuir unidades de comando (UCs), com funcionalidade similar à de um microcomputador, cuja estrutura básica possui os seguintes elementos:

• - Memória, onde reside o conjunto de instruções que formam o programa ou "software" de controle.
• - Microprocessador, que executa a seqüência de instruções.
• - Circuitos de entrada/saída, que adaptam os sinais de entrada às necessidades do microprocessador e os sinais de saída (comandos) aos requerimentos dos atuadores. 

Em cada UC é possível distinguir dois tipos de programas:

• 1. Programa Principal: A função do programa principal residente na memória da UC de um sistema de injeção/ignição é manter o motor funcionando da forma mais apropriada.
• 2. Programa de Diagnóstico: Verifica o funcionamento do sistema realizando testes, detecta defeitos e grava os códigos de falha (DTCs).

São os "monitores de diagnóstico", que fazem parte do programa gravado na UC, os encarregados de organizar a execução dos testes de diagnóstico atendendo às condições de funcionamento do motor.

Ou seja, um monitor é um conjunto de auto testes (testes automáticos) executados pela UC, para avaliar a operação ou integridade de um componente ou sistema.

A norma OBDII define 2 tipos de monitoramento destinados a verificar o funcionamento do sistema de controle de emissões:

a) Monitoramento contínuo: Neste caso o dispositivo ou sistema monitorado é verificado ("testado"), com frequência não inferior a 2 vezes por segundo.

b) Monitoramento não-contínuo: O dispositivo ou sistema é verificado uma única vez a cada ciclo de operação do motor ("ciclo de condução").

Essa presente matéria tem por objetivo analisar a funcionalidade do Monitor dos Sensores dos Gases de Escape, utilizados no sistema de pós-tratamento diesel.

O sensor de O2 é utilizado principalmente, nas configurações que utilizam catalisadores SCR (catalisador seletivo redutor). Como exemplo a ser utilizado na análise da funcionalidade do monitor, a figura [1a] apresenta uma configuração genérica de pós-tratamento diesel com catalisador SCR e filtro de material particulado. Cabe salientar que, dependendo do sistema analisado, o sensor de NOx1 (pré-catalisador) pode estar instalado antes do catalisador SCR (como na figura), antes do filtro de particulado ou não estar presente.

MONITOR DO SENSOR DE O2

A título de exemplo para a análise a seguir, a figura [1b] apresenta o esquemático simplificado do sensor, que é controlado por um módulo eletrônico que troca as informações com a UC do motor, através de uma rede CAN dedicada. Basicamente, as informações trocadas são: 1) concentrações de O2 dos gases de escape e 2) falhas OBDII.

Basicamente, o que é relevante para a análise a seguir, é que o módulo ajusta as correntes Ip1 e Ip2 de forma tal que: 

O valor instantâneo de Ip2 está correlacionado com a concentração de NOx (câmara 2) e o De Ip1 com a concentração de O2 (câmara 1).

Funções de monitoramento

A título de exemplo, a seguir são apresentadas as funções de monitoramento aplicadas em veículos Ford. 

1. Monitoramento de Plausibilidade do Sensor Pré-catalisador  

O monitor roda uma vez a cada ciclo de condução, após um corte intrusivo da válvula EGR, durante a marcha lenta. A figura [2a] mostra a evolução da concentração de NOx.

 

- Em função do efeito da recirculação de gases, antes do teste, a concentração de NOx é baixa e começa a aumentar após o corte de EGR. 

- Após um retardo de 4 seg. começa o monitoramento que dura 7 seg.; este é o tempo máximo para que a concentração medida supere o limite mínimo. Caso não supere o limite, o código DTC é gravado como “pendente” no primeiro ciclo de condução. No segundo ciclo consecutivo é gravado como “confirmado” e a LIM/MIL é acesa.

- O limite mínimo é calculado com base na quantidade injetada e a temperatura e pressão ambiente.

Outro monitoramento realizado é o de faixa de sinal. Continuamente, o monitor verifica os valores máximo e mínimo do sinal de concentração de NOx. O código DTC correspondente é gravado se o valor de concentração informado está fora da faixa determinada pelos valores máximo e mínimo de calibração, durante um tempo máximo permitido. 

2. Monitoramento dos Fatores de Adaptação

O fator de adaptação é calculado durante as desacelerações, quando a concentração de NOx deve atingir um mínimo. O fator de adaptação é a diferença entre a concentração informada pelo sensor e 0%. 

3. Monitoramento da Comunicação entre Sensor e UC

Este monitoramento tem por função detectar falhas de comunicação entre os sensores e a UC do motor. Continuamente, a UC verifica a freqüência das mensagens recebidas dos sensores. O DTC correspondente é gravado se o tempo entre mensagens sem erro ultrapassa o limite de calibração.

4. Monitoramento do Tempo de Resposta do Sensor Pós-catalisador

A função do monitor é avaliar como evolui a concentração de O2 com relação à diferença com 21% de O2.

Os fatores levados em consideração pelo monitor são: 

1) t30: É o tempo necessário para que a concentração de O2 medida atinja 30% da diferença.

2) t60: É o tempo necessário para que a concentração de O2 medida atinja 60% da diferença.

O código DTC correspondente é gravado se:

- O tempo t30 resulta superior a 6 seg.

- O tempo t60 resulta superior a 11 seg.

- O tempo para passar da concentração de 30% da diferença à de 60% da diferença, for superior a 5 seg.

5. Monitoramento de Plausibilidade do Sensor Pós-catalisador 

Continuamente, o monitor verifica os valores máximo e mínimo do sinal de concentração de NOx. O código DTC correspondente é gravado se o valor de concentração informado está fora da faixa determinada pelos valores máximo e mínimo de calibração, durante um tempo máximo permitido. 

6. Monitoramento do Aquecedor

O aquecedor é controlado com um sinal PWM para manter a temperatura do sensor na faixa de 780ºC a 820ºC. A temperatura do sensor é estimada em função da corrente IVM que circula pelo circuito da massa virtual VM.

A UC do motor envia a mensagem para a ativação do aquecedor quando a temperatura dos gases de escape supera a temperatura de orvalho. 

Por outro lado, o módulo de controle verifica o circuito do aquecedor quanto a falhas elétricas.

7. Monitoramento de Falhas do Módulo de Controle

Este monitoramento permite detectar falhas no módulo de controle, as quais são comunicadas à UC do motor através da rede CAN.

8. Monitoramento do Circuito do Sensor

Este monitoramento tem por objetivo verificar o circuito elétrico do sensor. As falhas detectadas pelo módulo de controle são informadas à UC do motor, através da rede CAN.

Monitor do sensor de material particulado

A figura [3] apresenta uma configuração genérica de pós-tratamento diesel com o filtro de material particulado e localização do sensor.

Para apresentar a funcionalidade do monitor será utilizado o sensor resistivo. 

Sensor de Particulado Resistivo

Instalado após o filtro, este sensor permite detectar falhas que resultem em nível excessivo de emissão de particulado. O sensor consta de: 

Sobre uma base de óxido de alumínio (isolante elétrico) são depositados 2 eletrodos alimentados com tensão DC (20V, por exemplo). (fig.[4]). Sobre os eletrodos fluem os gases de escape com material particulado em suspensão. Quando uma quantidade suficiente de particulado se deposita entre os eletrodos, se estabelecem conexões elétricas como indicado pelas setas nas figuras [4b] e [4c]. 

Isto provoca a queda da resistência elétrica. Assim, o valor de corrente que circula entre os eletrodos é uma medida do conteúdo de material particulado nos gases de escape. A figura [4d] apresenta a curva de variação da resistência entre os eletrodos em função da quantidade de particulado acumulado, com a indicação das situações das figuras [4a], [4b] e [4c]. 

Funcionamento

- O processo de medição consiste em ciclos de acumulação de tempo determinados, seguidos de ciclos de remoção do particulado.

- No fim de cada ciclo de acumulação é verificado o nível de corrente (resistência), o que permite avaliar o desempenho do filtro. A resistência medida é uma indicação do material particulado acumulado. Um valor medido inferior ao limite mínimo especificado (ponto 1 da figura 4d) é indicação de defeito no filtro, o que provocará a gravação do código de falha correspondente.

- A informação do sensor de temperatura é utilizada para corrigir o sinal de saída do sensor devido à variação de resistividade do particulado acumulado em função da temperatura dos gases.

- Para remover as partículas acumuladas no fim de cada ciclo de medição, o sensor dispõe, na base de óxido de alumínio e na face oposta à dos eletrodos, de um aquecedor que, ao ser ativado provoca a queima das partículas (regeneração do sensor).

Funções de Monitoramento

A título de exemplo, a seguir são apresentadas as funções de monitoramento aplicadas em veículos Ford. 

1. Módulo de controle. O monitor verifica a alimentação do módulo de controle e a comunicação com a UC do motor.

2. Sensor de temperatura. O módulo de controle verifica o circuito do sensor, a plausibilidade e o eventual desvio do sinal e envia as informações através da rede CAN dedicada.  

3. Aquecedor. O monitor verifica a resistência do aquecedor e o circuito elétrico quanto a curto ou aberto. O valor assim calculado é comparado com um limite determinado com base na temperatura do sensor.

4. Eletrodos. Este monitoramento tem a função de verificar o circuito de medição do sensor constituído de: eletrodos, fonte de alimentação dos eletrodos e circuito de ligação entre fonte e eletrodos.

5. Regeneração. A regeneração é feita aquecendo o elemento sensor até 785°C por um tempo determinado. O monitor avalia a capacidade do aquecedor de manter a temperatura do ponto de ajuste durante o período necessário à remoção de todo o particulado acumulado. 

6. Erros de amostragem. O monitoramento é feito uma vez a cada ciclo de condução e tem por função: 1) verificar um eventual excesso de particulado depositado entre os eletrodos e 2) verificar a correta instalação do sensor no escapamento, ou seja, exposto sem restrições, ao fluxo dos gases de escape. 

CONTINUAR LENDO