De forma a cumprir com os elevados requisitos atuais referentes aos padrões de emissões, a proporção de óxido de nitrogénio prejudicial nos gases de escape deve ser reduzido, entre outras coisas. Isto é possível através de um processo químico que utiliza a redução do agente para reduzir, de forma seletiva, os óxidos de nitrogénio NOx nos gases de escape, ao remover oxigénio. O NOx é um termo coletivo para óxidos de nitrogénio e monóxido de nitrogénio (NO), dióxido de nitrogénio (NO2) e outros gases nitrosos.
O processo químico de redução dos óxidos de nitrogénio é chamada de redução catalítica seletiva (SCR). A amónia NH3 foi considerado o melhor agente de redução, porque atinge a mais elevada seleção.
A amónia é transportada sob a forma de solução ureia-água, conhecida como AdBlue®, num tanque à parte. A solução de ureia-água é injetada no sistema de escape onde é convertida em amónia através dos gases de escape a alta temperatura e num conversor catalítico de hidrólise. Subsequentemente, os óxidos de nitrogénio prejudiciais são reduzidos a nitrogénio e água não prejudiciais no conversor catalítico SCR.
Silenciador do escape de veículos comerciais Euro 6
Fonte: MAN Grundlagen der Nutzfahrzeugtechnik
Legenda
1 Fluxo dos gases de escape
2 Sensor NOx
3 Catalisador de oxidação do diesel DOC
4 Filtros de partículas diesel DPF
5 Sensor de temperatura
6 Injetor de AdBlue
7 Secção de mistura e hidrólise para a geração de amónia da ureia
8 Módulo catalítico SCR (conversor catalítico)
9 Conversor catalítico de barreira para prevenir o deslizamento da amónia
Para monitorizar o processo de redução, os veículos atuais estão equipados com um sensor NOx (sensor de óxido de nitrogénio) a jusante do conversor catalítico SCR ou com dois sensores NOx, um a montante e um a jusante do conversor catalítico SCR. Estes monitorizam a função e eficácia do sistema SCR, medindo a concentração de nitrogénio e oxigénio nos gases de escape. Os dados recolhidos pelos sensores NOx são também utilizados para calcular a quantidade de AdBlue® necessária para um processo de redução otimizado.
Um sensor NOx consiste numa sonda, um cabo de ligação, um módulo de controlo e uma ficha de ligação.
Construção de um sensor NOx
O princípio da medição
A tecnologia de medição atual de NOx é baseada em sensores eletromecânicos com zircónio estabilizado com ítrio dióxido ZrO₂, cujo design e modo de operação é similar aos sensores de oxigénio (sondas lambda). O sensor utiliza, por norma, duas câmaras de medição adjacentes com duas células eletroquímicas, também chamados de células-bomba.
Câmara de medição no interior da sonda
Os gases de escape fluem para dentro da primeira câmara, onde o oxigénio O₂ é removido de modo eletroquímico. Isto é necessário porque, de outra forma, a medição do óxido de nitrogénio na segunda câmara seria afetado. Com a ajuda de uma voltagem elétrica, aplicado à célula-bomba, as moléculas de O₂ são transformadas em iões.
Estes penetram no eletrolito sólido que consiste em dióxido de zircónio e são então removidos da câmara de medição. A energia elétrica que tem de ser aplicada é inversamente proporcional à taxa de ar-combustível. Este valor fica também disponível para a unidade de controlo do motor que, além disso, cumpre a função da sonda lambda para medir o teor de oxigénio nos gases de escape.
Na segunda câmara, é determinado o teor de NOx nos gases de escape. Para este propósito, o óxido de nitrogénio NOx restante é reduzido para nitrogénio e oxigénio pelo material catalítico de um eletrodo de platina-ródio. O oxigénio produzido é então bombeado para fora da câmara de produção através deste eletrodo.
Para isto, o fluxo atual através do eletrodo é proporcional à concentração de óxido de nitrogénio NOx nos gases de escape. É precisamente esse bombeamento que é medido para o teor de NOx nos gases de escape.
Funcionamento da segunda câmara de medição
Isto é então utilizado para calcular se o conversor analítico de armazenamento de NOx necessita de ser regenerado, se a quantidade de AdBlue® injetado precisa de ser ajustada ou se o sistema SCR está a funcionar corretamente.
Nos veículos atuais, que cumprem elevados padrões de emissão de gases, o sistema de gestão de gases de escape é monitorizado em tempo real. O nível, qualidade e consumo de AdBlue® assim como o sistema de injeção e os valores de NOx são permanentemente monitorizados. Em caso de falha no sistema SCR ou desvios dos valores corretos, o condutor é alertado. Se o condutor não agir, a potência do motor é reduzida de acordo com as especificações do fabricante do veículo. No pior cenário, a visita à oficina mais próxima poderá ser feita à velocidade de caminhada.
Os sensores NOx tem uma vida útil limitada. Devido ao envelhecimento dos materiais no sensor, a confiabilidade das medições é reduzida após um determinado período de tempo e o condutor recebe uma mensagem de erro.
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