Sistema SCR MWM

Introdução

A nova fase P-7 do Proconve, válida a partir de Jan/2012, reduziu o limite

de emissões dos veículos em 80% de material particulado e 60% em NOx.

Proconve P-5

Euro III

Proconve P-6

Euro IV

Proconve P-7

Euro V

Mate

rial P

art

icula

do

NOx

5,03,52,0

0,0

20,1

0

Atingir estes limites apenas com o gerenciamento da combustão do motor é

pouco viável, portanto os motores necessitam da adição de um sistema de

pós-tratamento.

Introdução

Para o cumprimento da legislação, os fabricantes podem utilizar uma das

seguintes estratégias para o controle das emissões de NOx e de material

particulado:

EGR + DPF SCR

Controle de NOx Motor Pós-tratamento, com

uso de ARLA 32

Controle de particulado Pós-tratamento Motor

Para as aplicações Durastar 4400 no Brasil, foi escolhido a

estratégia SCR para o cumprimento do Proconve P-7.

Introdução

O sistema SCR é utilizado para converter NOx em nitrogênio (N2) e

água (H2O). Para realizar esta conversão, é necessária Amônia (NH3)

como agente redutor na reação.

Foi escolhido a uréia como substância para obter amônia devido a sua

fácil manipulação e riscos menores do que a manipulação da amônia ou

de suas soluções.

O ARLA 32 (Agente Redutor Líquido Automotivo) é uma solução aquosa

de uréia, onde 32,5% do volume é uréia e o resto é água.

São sinônimos de ARLA 32: AUS 32 (Europa), ARNOX 32 (Argentina) e

DEF (EUA). Adblue® é uma marca registrada pela VDA para o AUS 32.

Reações no sistema SCR

As reações que ocorrem no sistema são:

Termólise ARLA 32

(NH2)2CO para NH3 e HNCO

HNCO para NH3 + CO2

NOx + NH3 para N2 + H2O

NOx

NH3

HNCO

H2O

N2

CO2

H2O

Urea

Tank

SCR Cat

DCU Box

Temp. sensor

Temp. sensorNOx sensor

Urea Injector

Temp. sensor

CAN BUSJ1939

Levelsensor

Urea Lines

HeaterSystem harness

Vehicle harness

ECU

AmbientTemp.

Sensor

Coolant Lines

Esquema do sistema SCR

O sistema de SCR é composto pelos componentes abaixo:

Funcionamento do sistema

O funcionamento do sistema de SCR

consiste basicamente na injeção de uréia

no escapamento, para que esta se

misture com os gases de escape e reaja

quimicamente no catalisador de modo

que o nível de NOx emitido pelo motor

seja reduzido aos níveis permitidos pela

legislação.

Para o deslocamento da uréia do tanque

até o injetor é utilizada uma bomba

elétrica, localizada dentro da DCU Box. A

quantidade de uréia a ser dosada e o

momento em que deve ser dosada são

definidos pela unidade de comando do

sistema, chamada de DCU, de acordo

com parâmetros de funcionamento do

motor, do sistema de dosagem e do

próprio catalisador.

Urea

Tank

DCU Box

Urea Lines

SCR Cat

Funcionamento do sistema

A DCU se comunica com a unidade de comando do motor através do barramento

CAN. São necessários também sensores de temperatura, de nível do tanque e de

NOx para que a DCU possua informações dos parâmetros de funcionamento do

sistema de dosagem e do catalisador.

Urea

Tank

SCR Cat

DCU Box

Temp. sensor

Temp. sensorNOx sensor

Temp.

sensor

CAN BUS

J1939

Level

Sensor

DCU

harness

ECU

Ambient

Temp.

Sensor

Funcionamento do sistema

Urea

Tank

SCR Cat

DCU Box

Urea Injector

Temp.

sensor

Level

sensor

Urea Lines

HeaterDCU

harness

Coolant Lines

Adicionalmente o sistema ainda pode receber aquecedores para funcionamento

em temperaturas inferiores a -11°C, onde há a cristalização da uréia. O sistema

de dosagem não pode funcionar enquanto houver uréia cristalizada no circuito.

Motor

MWM

Navistar

ECU

Engine CAN

System Quantidade

Tanque de uréia 1

Sistema de aquecimento de uréia 1

Linhas de uréia 3

Chicote do sistema de dosagem 1

DCU BOX 1

Injetor de uréia 1

Conjunto silencioso com catalisador 1

Sensores de temperatura 2

Sensor de NOx 1

Divisão de responsabilidade de componentes

Componentes fornecidos pela MWM

DCU BOX (contém a Unidade de Comando, a

bomba e o filtro de ARLA 32)

INJETOR DE URÈIA

JUNTA, INJETOR DE URÈIA

ABRAÇADEIRA, INJETOR

DE URÉIA

Componentes fornecidos pela MWM

CONJUNTO SILENCIOSO COM CATALISADOR

SENSOR DE NOx

SENSOR DE

TEMPERATURA DE GASES

ARLA 32

O ARLA 32 não é um produto perigoso de acordo com as diretrizes de

classificação européia de produtos, no entanto, deve-se evitar o contato direto

com outros produtos químicos, em especial com nitratos e nitritos.

O ARLA 32 é normalizado no Brasil pela Associação Brasileira de Normas

Técnicas de acordo com a norma ABNT NBR 22241-1, que especifica os

requisitos de qualidade do ARLA 32. A utilização de fluido fora desta

especificação, como a mistura de uréia para a fabricação de fertilizantes com

água, por exemplo, causará danos ao catalisador, formação de borras e falhas

no sistema de dosagem.

Todo ARLA 32 fabricado, importado e comercializado no Brasil deve ser

aprovado e certificado pelo Inmetro.

Os materiais utilizados para a construção de tanques, tubos, válvulas e

acessórios para armazenagem, transporte e manuseio devem ser compatíveis

com a ARLA 32 para evitar a contaminação do produto, assim como a corrosão

dos aparelhos utilizados.

ARLA 32

Todos os materiais em contato com ARLA 32 deverão estar isentos de

elementos estranhos, como combustível, óleo, gorduras, detergentes, pó ou

qualquer outro produto químico ou natural.

Exemplo de materiais compatíveis com

ARLA 32

Exemplo de materiais NÃO compatíveis

com ARLA 32

Aços austeníticos Cr-Ni de alta liga ou Cr-Ni-Mo de acordo

com DIN 10088

Aços carbono

Titânio Aços carbono revestido com zinco

Polietileno, Polipropileno de alta densidade (sem aditivos) Materiais não ferrosos, cobre, zinco, chumbo, alumínio,

magnésio e suas ligas

Polifluoretileno; Difluoreto de polivinilideno Soldas contendo chumbo, prata, zinco e cobre

Viton Plásticos e metais revestido com níquel

CONJUNTO SILENCIOSO COM CATALISADOR

O conjunto silencioso é composto pelo tubo de decomposição, catalisador com

silenciador, suportes, junta e abraçadeira.

O conjunto é fornecido montado e testado, portanto ele não deve ser

desmontado.

Abraçadeira

Junta

Tubo de decomposição

Suportes

Catalisador com silenciador

DCU BOX

A DCU Box contém unidade de comando, bomba, sensor de pressão, filtro, tubos,

conexões de ARLA 32, chicote interno e aquecedor interno.

Ela deve ser montada no chassis, na posição vertical, protegida contra projeções de

partículas, jatos de água ou exposição a calor excessivo.

A DCU Box deve ser instalada na vertical (±5°), com as conexões das linhas na parte de

baixo.

Conector

da DCU

DCU

Conector da

DCU Box

Conector de saída de ARLA 32 Conector de entrada de ARLA 32

DCU BOX

A DCU Box é montada no seu local com quatro parafusos M10. Há uma flange plástica

para montagem com dois furos de cada lado da DCU Box.

Flange para

montagem

Superfície de

montagem

Parafuso M10

Arruela lisaArruela de

pressão

Porca

Porca trava

OU

Fixe a DCU Box a superfície de montagem conforme a ilustração acima.

- Coloque as arruelas entre as cabeças dos parafusos e a flange de montagem

- Prenda os parafusos para garantir que não se soltem devido a vibração ao longo do tempo.

-Verifique se a DCU Box fica firme sobre os parafusos. Os dois parafusos superiores devem estar na parte

superior dos seus respectivos furos oblongos quando forem fixados ao veículo.

- Aperte os parafusos com torque de 10 a 12 Nm.

DCU BOX

A DCU Box é fornecida com a calibração para a aplicação, porém será

necessária realizar a programação de end of line para adequar as

variações de tanque e aquecimento do sistema.

INJETOR

O injetor é o componente principal para a dosagem

precisa de uréia no escapamento.

O sistema SCR é projetado para circular uréia pelo

injetor e retornar para o tanque o tempo inteiro que o

motor está funcionando. Esta circulação mantém a

refrigeração do injetor enquanto submetido a

temperaturas dos gases de escape. O sistema

também circula uréia por seis minutos após o motor

ser desligado para garantir um resfriamento adequado

Os injetores possuem diversas versões, onde podem variar o diâmetro do orifício e a tensão

de trabalho.

Os injetores que trabalham com tensão de alimentação de 12V possuem o corpo da bobina

branco e os de 24V possuem o corpo da bobina preto. As imagens nesta apresentação

mostra a versão 24V, porém as instruções valem para ambos os tipos.

INJETOR

O injetor é montado com uma junta e abraçadeira no tubo de escape, fornecidos pela MWM.

Entrada

Saída

Porca de retenção

INJETOR

Para a montagem do injetor, coloque a junta na superfície

superior da bossa de montagem no tubo de escape, garantindo

que a junta esteja alinhada com a abertura na bossa.

Localize o injetor na parte superior da junta. Certifique-

se do alinhamento entre as flanges e de que a junta se

mantém na posição.

INJETOR

Desengate o parafuso e abra a abraçadeira para permitir que ela seja alocada ao redor da

flange

Verifique se as bordas das flanges superiores e inferiores continuam alinhadas e a junta

está no local. Então coloque a abraçadeira ao redor das flanges unidas.

Parafuso

TravaAbraçadeira aberta

INJETOR

Insira o parafuso na trava para fechar a abraçadeira e gire a abraçadeira até que a abertura

fique a 180° da conexão de entrada de uréia.

Aperte o parafuso com torque de 7 Nm, batendo de leve ao redor da abraçadeira para

ajudar a acomodar a abraçadeira por toda a circunferência.

Mantenha as capas protetoras nas conexões do injetor até a montagem das linhas de

uréia para evitar a entrada de impurezas.

Conexão de entrada Entrada da abraçadeira

Sensores de temperatura de gases

Há dois sensores de temperatura de gases no sistema, sendo um anterior ao catalisador e

outro na saída do catalisador. Os sinais de temperatura são utilizados pela unidade de

comando para calcular a quantidade correta de uréia a ser dosada.

Sensores de temperatura de gases

Para a montagem do sensor, deve-se manter o sensor alinhado com a bossa no tubo. O

mesmo vale para a desmontagem do sensor. Pode-se inclinar o sensor apenas após o

sensor estar completamente fora da bossa.

-O torque de fixação do sensor é de 45 Nm ± 5 Nm.

-O raio para dobra do cabo flexível deve ser no mínimo de 10 mm

-Deve haver pontos de fixação no mínimo a 200 mm da rosca de fixação e no máximo a

150 mm do conector.

Não é recomendado a utilização de fluidos para limpeza ou desengraxantes no sensor. O

possível uso de lubrificante para a desmontagem do sensor deve ser feita

cuidadosamente para evitar contaminação da ponta do sensor com óleo.

Sensor de NOx

O Sensor de NOx é montado na saída do catalisador e mede as emissões de NOx e

informa para a unidade de comando do sistema de SCR, através do barramento CAN do

veículo.

O sensor consiste em uma elemento sensor e uma unidade de comando deste sensor

Unidade de

comandoConector

elétrico Cabo do

sensor

Rosca

Porca sextavada

Abas para

montagem

Elemento

sensor

O sensor é fornecido com

capas protetoras no elemento

sensor

Tampa traseira da

unidade de comando

Capas protetoras

Sensor de NOx

As caixas do sensor de NOx devem ser transportadas e armazenadas fechadas. É

recomendado que os sensores fiquem na caixa até estarem prontos para o uso.

O tempo máximo de armazenamento nas embalagem para produção é de 18 meses. Em

embalagens para reposição, o tempo máximo é de 2 anos.

Evite choques de temperatura ao abrir as

embalagens. Uma diferença de temperatura de

± 5°C entre o sensor e o ambiente deve ser

evitada. Se a embalagem de entrega fica em um

ambiente frio (ambiente externo a linha, por

exemplo) e é entregue na linha quente, deve-se

esperar que as caixas atinjam a temperatura

ambiente para evitar a condensação no sensor.

Sensor de NOx

O sensor de NOx é sensível ao manuseio impróprio. Evite:

-Impactos: evite qualquer tipo de impacto no sensor. Se o sensor for derrubado no chão, ele

deve ser descartado. Se houver dúvidas quanto a um impacto ocorrido, consulte a MWM. A

capa protetora é projetada para prevenir que sujeira e pó atinjam o elemento sensor e não

para proteger quanto a impactos.

-Limpeza: O sensor deve ser armazenado e manuseado em um ambiente limpo e seco, livre

de contaminantes (óleo, fumaça, poeira etc.) e más condições de tempo (água, areia, neve,

por exemplo). A capa protetora não deve ser removida até antes da instalação do elemento

sensor no escapamento. Após a remoção da capa, evite qualquer sujeira ou poeira antes da

instalação.

-Limpeza do sensor: Não deve-se realizar limpeza mecânica, química, ou com ar

comprimido no elemento sensor ou na unidade de comando. Isso irá degradar ou envenenar

o sensor. O elemento sensor e o interior do conector não devem ter contato com qualquer

fluido.

-Pintura: não deve-se pintar o elemento sensor ou a unidade de comando do sensor

-Conector elétrico: nunca desconecte o sensor de NOx com ele energizado. Isso pode

causar danos sérios a unidade de comando do sensor. Nunca inverta a polaridade da

alimentação. O conector é projetado para prevenir montagem invertida.

Sensor de NOx

O sensor é sensível ao manuseio impróprio. Armazene o

sensor sempre de maneira apropriada, evitando potencial

choques mecânicos. Carregue os sensores um por um,

não em conjunto.

NÃO OK OK

Sensor de NOx

Não enrole o cabo ao redor da unidade

de comando

Não puxe o cabo

Não faça nós no cabo

Não dobre o cabo

Sensor de NOx

Não dobre bruscamente o cabo na base

do elemento sensor ou da unidade de

comando

Para transporte, o cabo pode ser

dobrado conforme a figura ao lado.

Sensor de NOx

INSTALAÇÂO

Para a instalação do sensor de NOx, siga a sequência abaixo:

-Fixe a unidade de comando no local com os parafusos, com o torque

determinado.

-Remova a capa protetora do elemento sensor. Qualquer deposição de sujeira ou

pó nas roscas lubrificadas deve ser evitado após a remoção da capa protetora. A

pasta lubrificante não deve ser limpa.

-Coloque o sensor na bossa do escapamento. Gire a rosca com a mão até

prender, segurando a base do elemento sensor próximo ao grommet de forma

que os cabos não gire ou dobre enquanto gira o sextavado.

-De o aperto final com um torque de 50 Nm ± 10 Nm (recomendado). A rotação

máxima do cabo após o aperto é de 180°.

-Conecte o chicote do veículo na unidade de comando. Certifique-se de que não

há partículas dentro do conector.

Sensor de NOx

O raio mínimo para dobra do cabo no grommet do elemento sensor é de 20 mm.

O ângulo máximo entre o cabo e o eixo longitudinal do sensor é de ± 15°

O elemento sensor contém componentes cerâmicos que operam a alta temperatura e

não são toleráveis a choques térmicos. O elemento sensor deve ser montado no

escapamento de forma que não fique exposto a água (ou qualquer outro fluido)

enquanto o aquecedor está em funcionamento. Deve-se tomar cuidado para a

montagem do sensor de forma que não haja água condensada na capa protetora. A

recomendação de montagem do elemento sensor é na vertical.

Sensor de NOx

A unidade de comando do sensor de NOx deve ser instalada próxima ao

escapamento, de forma que o cabo possa ser instalado com um loop de segurança

(para alívio de tensão).

O primeiro ponto de fixação do cabo deve estar a 100 mm da unidade de comando.

O loop de segurança entre o elemento sensor e o último ponto de fixação deve ser

mantido para garantir que o movimento do escapamento durante a operação do

veículo não irá prender ou danificar o cabo.

Último ponto de fixação

Elemento sensor NOx

Escapamento

Sensor de NOx

O cabo do sensor deve ter pelo menos dois pontos de fixação. Um a 100 mm da

unidade de comando do sensor e outro definido pela Navistar. A faixa de temperatura

aceitável para o cabo é de -40°C a 200°C.

Um estudo de corrosão deve ser realizado entre a tampa traseira da unidade de

comando do sensor e o local de montagem (frame, suporte etc.) para evitar corrosão

galvânica pela utilização de diferentes materiais. São recomendações:

Evitar o contato direto entre a tampa traseira da unidade de comando e potenciais

materiais incompatíveis na superfície de montagem.

Usar um suporte pode ser benéfico para garantir espaço suficiente entre a unidade

de comando e a superfície de montagem.

A localização de montagem deve minimizar a exposição a componentes agressivos

presentes no ambiente (sal, compostos para degelo, pedriscos etc.)

Sensor de NOx

DESMONTAGEM

Se for necessária a remoção do sensor de NOx do escapamento, proceda na

seguinte sequência:

-Desconecte o chicote elétrico da unidade de comando. Não desconecte com o

sensor energizado, isto pode causar danos sérios a unidade de comando.

-Desmonte a unidade de comando do sensor

-Desmonte o elemento sensor da bossa no escapamento. Cuidado: o sensor

deve ser desativado por um período de 15 minutos antes da remoção do

elemento sensor uma vez que ele estará aquecido e pode causar queimaduras. É

recomendado a utilização de luvas.

Sensor de NOx

REUTILIZAÇÃO DO SENSOR

Ao reutilizar o sensor, todos os cuidados informados anteriormente deve ser

respeitados.

-Não deve ocorrer mais do que duas instalações / remoções para um sensor

porque a pasta lubrificante irá sair das roscas.

-Não é recomendado mais de 20 conexões / desconexões do chicote elétrico e

a unidade de comando

Linhas de uréia

As linhas de uréia das aplicações Durastar 4400 não são fornecidas pela MWM.

É recomendável que as linhas sejam livres de:

-Contaminantes como pó, fibras, mofo, lascas ou rebarbas que possam comprometer o fluxo

na linha ou nos conectores;

-Contaminantes aderidos que como rebarbas práticas que pode comprometer os conectores

ou a linha.

-Quaisquer contaminantes maiores do que 100 µm dos processos de fabricação, transporte

ou manuseio.

Na instalação das linhas é recomendável que:

-As linhas devem ser fixadas para garantir que não sejam atingidas por objetos em

movimento pelo veículo ou abaixo dele.

-Elas devem ser protegidas de cortes ou desgaste com o frame do veículo ou suportes.

-As linhas estejam fixadas dentro de 150 mm das conexões para garantir que a conexão se

mantém alinhada com o conector. Não deve haver carga lateral nas linhas.

-Não deve-se permitir que as linhas entrem em contado com o escapamento. Deve-se incluir

proteção de calor quando a linha está a menos de 300mm de uma fonte de calor de 200°C

ou superior.

-Evite que as linhas passem a menos de 150 mm dos componentes móveis da suspensão.

Linhas de uréia

A sequência recomendada para a montagem das linhas é:

1. Conectar a linha de alimentação na saída do tanque;

2. Conectar a outra ponta da linha de alimentação no conector de entrada da

DCU Box

3. Conectar a segunda linha de alimentação no conector de saída da DCU Box

4. Conectar a outra ponta na conexão de entrada do injetor

5. Conectar a linha de retorno na conexão de retorno do tanque

6. Conectar a outra ponta da linha de retorno na conexão de saída do injetor

123

4

5

6

Exemplo de conectores de

tanque

Chicote elétrico

O Chicote elétrico das aplicações Durastar 4400 não são fornecidas pela MWM

Abaixo estão algumas recomendações para o chicote elétrico:

-Tenha comprimento menor do que 3 m.

-Tenha o roteiro longe de componentes quentes do veículo

-Esteja localizado a mais de 300 mm das fontes de calor ou utilizar proteção

térmica onde o chicote está próximo a fontes de calor.

-Tenha o roteiro longe de partes móveis ou pontos agudos.

-Tenha pontos de fixação a cada 500 mm

O conector da DCU Box é preso num conector na parte de cima da DCU Box.

Para garantir a fixação, mova a trava branca do conector para baixo. O conector

da DCU está na parte externa da DCU Box

Conector DCU Box

Conector DCU

Trava

Sequência para partida

Após todo o sistema de SCR estar instalado no veículo, o seguinte

procedimento é necessário para iniciar o funcionamento do sistema:

1. Abasteça o tanque de uréia. Um abastecimento parcial é aceitável

desde que o limite de nível baixo de uréia seja ultrapassado.

2. Ligue o motor

3. Aguarde que o sistema seja pressurizado. Este processo demora

entre 1 e 2 minutos, independente da temperatura do motor ou dos

gases de escape.

4. Após isso é permitido dirigir o veículo para fora da linha.

Obrigado!