Sistema SCR: Redução Catalítica Seletiva explicada em detalhes

Localização de componentes do sistema SCR Mercedes-Benz

Atualizado em 17 de março de 2021

O tratamento Bluetec (Mercedes) também conhecido como sistema SCR Mercedes Benz (Redução Catalítica Seletiva) serve para reduzir as emissões de gases nocivos resultantes da combustão em motores Diesel. Isso acontece por meio de um processo de tratamento posterior ao gás de escape, onde os óxidos de nitrogênio (NOx) são transformados em nitrogênio (N2) e vapor de água (H2O), que não prejudiciais ao meio ambiente e a saúde da população.

Para que isso ocorra, os veículos equipados com a tecnologia possuem um sistema com componentes especiais e um motor desenvolvido para máxima eficiência e baixa emissão de material particulado.

Esse sistema é inovador, pois para que a combustão adaptada gere uma menor taxa de óxido de nitrogênio (NOx), o consumo de combustível deveria aumentar proporcionalmente com a quantidade de material particulado, que é o combustível sem queima. No gráfico abaixo se pode notar a relação consumo de combustível x emissão de NOx, onde C é combustível, PM é material particulado e NOx é óxido de nitrogênio.

Gráfico consumo x emissão. Fonte: Mercedes Benz.

Haja vista que não seria possível uma adaptação do próprio motor para reduzir as emissões de NOx e se enquadrar dentro da legislação vigente graças a relação inversa de consumo de combustível x emissão de poluentes, por isso, surgiu a tecnologia de pós-tratamento dos gases de escape SCR.

Sistema AdBlue/Arla: como funciona

Após o motor ser acionado, a ECU (A6) verifica as funcionalidades do sistema Bluetec numa varredura automática. Assim que o sistema é liberado, a válvula solenoide de ar comprimido do sistema SCR (Y128) na unidade de comando do ar comprimido (9) é acionada, o ar passa através da válvula limitadora de pressão até a unidade dosadora (8) e é levado até o bico injetor.

A alimentação do ar comprimido no módulo da bomba (4) ocorre do mesmo modo. Neste ponto, o ar faz com que a válvula pneumática de alívio de pressão feche a tubulação de retorno do Arla, desde o módulo da bomba (4) até o reservatório de Arla (3), para que seja possível a formação de pressão de Arla na unidade dosadora (8).

Isso ocorre independentemente se há injeção de Arla ou não. O fluxo contínuo na unidade dosadora (8) e na tubulação de injeção garante que o Arla seja sempre fornecido ao bico injetor (7) localizado ao lado da tubulação do freio motor.

Isso também garante que nenhum resíduo de Arla seja deixado na unidade dosadora (8), no bico injetor (7) ou na tubulação de injeção.
Quando a ECU (A6), baseada nos valores dos sensores, aciona o módulo da bomba (4), o Arla é aspirado do reservatório (3), filtrado e bombeado até a unidade dosadora (8).

Uma vez na unidade dosadora (8), a substância estará sob pressão operacional e a válvula dosadora (Y109) fechada. Quando a válvula dosadora abre, em intervalos calculados pela ECU (A6), o Arla é injetado e flui pela corrente de ar comprimido devido à combinação de pressão e fluxo dos gases de escape, ao longo da tubulação de injeção e bico injetor (7). Assim o Arla é injetado diretamente na corrente quente dos gases de escape.

A mistura Arla/ar resultante decompõe-se em amônia (NH3) no fluxo de calor dos gases de escape. A amônia gerada flui em direção do silenciador com catalisador de redução (6), juntamente com as moléculas de nitrogênio originadas durante a combustão. O interior do catalisador por redução (6) contém uma estrutura tipo colmeia revestido de cerâmica. Aqui ocorre o segundo estágio de redução.

As moléculas de óxido de nitrogênio encontram as moléculas de amônia liberando energia em forma de calor e, como produtos desta reação química, restam somente nitrogênio (N2) e vapor de água (H2O), inofensivos ao meio ambiente. Para que em cada ciclo de trabalho seja injetada a quantidade correta de Arla, é necessária uma troca de dados constante entre os sensores Blue Tec e a ECU (A6).
Para isto, os sensores da unidade dosadora (8) fornecem, por exemplo, informações contínuas sobre pressão e a temperatura do Arla, bem como a pressão do ar comprimido. Sensores adicionais fornecem informações sobre temperatura dos gases de escape na entrada e na saída do catalisador por redução.

Localização dos componentes do sistema SCR

Imagem de localização de componentes do sistema SCR
Localização de componentes do sistema SCR. Fonte: Mercedes-Benz
3Reservatório do AdBlue
4Módulo da bomba
6Silencioso com catalisador por redução
7Bico injetor (na tubulação da borboleta do freio motor)
8Unidade dosadora
9Unidade de comando do ar comprimido
8.01Válvula de retenção
30.03Válvula reguladora de pressão com saída de ar
33.01Válvula eletromagnética de limitação do ar comprimido SCR (Y128)
33.08Válvula relé do ar comprimido SCR (Y106)
A6Módulo de comando do gerenciamento do motor (MR)
A95Módulo de comando do chassi SCR
A113Sensor de NOx com a unidade de comando
A113a1Unidade de comando do sensor de NOx
A113b1Sensor de NOx
B115Sensor de temperatura antes do catalisador SCR
B116Sensor de temperatura após o catalisador SCR
B117Sensor combinado do nível de abastecimento e temperatura do AdBlue SCR
B128Sensor de pressão do ar comprimido SCR
B129Sensor de pressão do AdBlue SCR
B130Sensor de temperatura do AdBlue SCR
B132Sensor combinado de umidade e temperatura do ar SCR
M25Bomba de AdBlue SCR
Y109Válvula dosadora de AdBlue SCR

Há ainda o sensor combinado da umidade e da temperatura do ar SCR (B132) que mede a influência da umidade e da temperatura do ar de admissão sobre as emissões de óxido de nitrogênio. Os dados analógicos dos sensores do chassi são enviados para o módulo de comando da carroceria (A95), onde são digitalizados e transmitidos pela rede CAN à ECU (A6).

A ECU (A6) também recebe informações sobre a concentração NOx nos gases de escape, através do sensor de NOx com módulo de comando (A113). Na ECU (A6) ocorrem os cálculos para os tempos de abertura da válvula dosadora do Arla (Y109) em função dos dados do motor e dos valores armazenados no mapa de desempenho.

Os cálculos são realizados também no módulo de comando da carroceria SCR (A95), que precisa acionar a bomba de Arla SCR (M25) e a válvula eletromagnética limitadora de pressão (33.01/Y128). Após o desligamento da ignição, a unidade dosadora (8) é ventilada para evitar danos por congelamento.

Isto ocorre durante o funcionamento posterior do módulo de comando (máximo 300 segundos) por abertura e fechamento da válvula eletromagnética limitadora de pressão (33.01/Y128) e da válvula dosadora do Arla (Y109) em intervalos definidos.

As variáveis básicas que influenciam a duração da ventilação são as pressões existentes no sensor de pressão de Arla (B129) e no sensor de pressão do ar comprimido SCR (B128). Com base nos sinais dos sensores, a (A6) detecta que a unidade dosadora foi devidamente preenchida com ar e a ventilação é encerrada.

A alimentação de ar comprimido ocorre através da unidade de comando do ar comprimido (5), que é fixada no lado interno da longarina esquerda do chassi na altura do silenciador e a um sistema de tubulação do módulo da bomba até a unidade dosadora de Arla.

Valores de pressão do ar:

  • Valor nominal da pressão de operação no acumulador de pressão: 3,0 – 3,4 bar
  • Valor nominal da pressão de operação na entrada do ar comprimido do dosador: 5,5 bar
  • Valor nominal da pressão de operação no sensor de pressão do ar comprimido SCR: 1,23 bar
Localização de componentes do sistema de ar comprimido
Componentes do sistema de ar comprimido. Fonte: Mercedes-Benz
5Unidade de comando do ar comprimido
8.01Válvula de SEO
30.03Válvula reguladora de pressão
33.01Válvula magnética de limitação do ar comprimido SCR (Y128)
33.08Válvula relé do ar comprimido SCR (Y106)

Alimentação do ar comprimido

Imagem ilustrativa com a localização de componentes do sistema de alimentação de ar comprimido
Fonte: Mercedes-Benz.
3Reservatório do AdBlue
4Módulo da bomba
5Unidade de comando do ar comprimido
7Bico injetor
8Aparelho dosador
8.01Válvula de retenção
30.03Válvula reguladora de pressão com saída de ar
33.01Válvula eletromagnética de limitação do ar comprimido (Y128)
33.08Válvula relé do ar comprimido SCR (Y106)
M25Bomba do AdBlue SCR
AAlimentação de AdBlue
BRetorno de AdBlue
CAr comprimido
DAerosol (mistura AdBlue/AR)

Alimentação do Ar Comprimido – Com Chave Geral

O ar comprimido providencia o transporte do Arla da unidade dosadora (8) até o bico injetor (7), e o retorno do Arla do módulo da bomba (4) para o reservatório de Arla (3). Após a partida do motor, a ECU (A6) aciona através do módulo da carroceria (A95), a válvula eletromagnética de limitação do ar comprimido SCR (33.01/Y128).

Ao abrir, o ar comprimido é derivado do circuito consumidor secundário. O ar comprimido flui através da válvula solenoide de limitação do ar comprimido SCR (Y128), preenche o reservatório (5.01) com 8,5 bar, passa através da válvula relé (33.08/Y106) do ar comprimido SCR, que estará sem acionamento e, consequentemente aberta, depois pela válvula de retenção (8.01) e pela válvula reguladora de pressão com saída de ar (30.03).

Na válvula reguladora de pressão com saída de ar (30.03), a pressão original de ±8 bar é reduzida para a pressão de funcionamento de alimentação de ar comprimido de ± 5,5 bar.

O ar comprimido desde o circuito de consumo secundário flui, então, pela tubulação de ar comprimido através da unidade dosadora (8) e pelo bico injetor (7). Também é transportado ar comprimido até a conexão pneumática do módulo de bomba (4).

Neste ponto, o ar comprimido encarrega-se de que uma válvula comutadora pneumática feche o retorno do Arla, desde o módulo de bomba (4) até o reservatório Arla (3). Esta válvula é fechada quando submetida a pressão de ar comprimido.

Imagem ilustrativa do circuito de ar comprimido
Circuito do ar comprimido. Fonte: Mercedes-Benz.

Alimentação do Ar Comprimido – Sem Chave Geral

Nos veículos sem chave geral da alimentação elétrica, o funcionamento da alimentação de ar comprimido para o sistema de injeção de Arla é semelhante ao dos veículos com chave geral. A diferença está na unidade limitadora de pressão (30.09/Y106.1) que engloba, em um só componente, as funções de regulagem da pressão do ar comprimido, abertura e fechamento do fluxo de ar e uni direcionamento do fluxo de ar através de uma retenção interna.

Este sistema se diferencia ainda pelo fato de estar constantemente sendo controlado pelo módulo de comando do motor (MR) (A6), através do solenoide elétrico (Y106.1), tanto durante o funcionamento do motor quanto após o desligamento da ignição.

Ao dar a partida no motor, a ECU (A6) gerencia o funcionamento da unidade limitadora de pressão (30.09/Y106.1) de acordo com as condições do motor. Após o desligamento da ignição, o módulo de comando do motor (A6) coordenará a emissão de golpes de ar comprimido (ciclos) a partir da unidade limitadora de pressão (30.09/Y106.1), por até 300 segundos, para garantir a limpeza do sistema de Arla e na unidade dosadora (8).

A unidade limitadora de pressão (30.09/Y106.1) só funciona se estiver conectada ao sistema de alimentação elétrica, por isso, somente é instalada em veículos desprovidos de chave geral da alimentação elétrica.

Saída de ar e redução da pressão de componentes individuais BlueTec

Após o desligamento da ignição, a unidade dosadora (8) é ventilada para evitar danos por congelamento. Isto ocorre durante o funcionamento do módulo de comando (máximo 300 segundos) ao abrir e fechar a válvula relé do ar comprimido SCR (33.08/Y106) e da válvula dosadora do Arla SCR (Y109) no unidade dosadora (8) em intervalos definidos e ajustados.

Se a válvula eletromagnética limitadora do ar comprimido SCR (33.01/Y128) fechar, será aberta a válvula pneumática de alívio de pressão no módulo da bomba (4), pois lá não haverá atuação de ar comprimido. A consequência disto é que o canal de retorno ao reservatório do Arla (3), no módulo de bomba (4), é liberado.

As principais grandezas que influenciam na duração da ventilação da unidade dosadora (8) são as pressões existentes no sensor de pressão de Arla SCR (B129) e no sensor de pressão do ar comprimido SCR (B128). Primeiramente, são medidas as pressões no sensor de pressão do ar comprimido SCR (B128) e no sensor de pressão do Arla (B129).

Se a diferença de pressão estiver acima de um limite definido e/ou sendo a pressão medida de Arla mais alta que a pressão medida de ar comprimido, a válvula eletromagnética limitadora de pressão (33.01/Y128) é imediatamente fechada e o reservatório de pressão é completamente esvaziado pela válvula relé do ar comprimido (33.08/Y106) através da linha de alimentação.

O ar comprimido do circuito de consumo secundário flui para a unidade dosadora (8) e então, contra a direção do fluxo da válvula dosadora (Y109), empurra o Arla restante de volta na tubulação entre a unidade dosadora (8) e o módulo da bomba (2). No próximo intervalo, a válvula solenoide limitadora de ar comprimido SCR (33.01/Y128) fecha.

Assim não haverá ar comprimido fluindo pela unidade dosadora (8) e pela válvula de comando pneumática no módulo da bomba (4).

A válvula dosadora de Arla SCR (Y109) está fechada, não podendo haver refluxo. A pressão de Arla formada na tubulação é reduzida através do canal de retorno agora aberto para o reservatório (3), uma vez que a válvula de comando pneumático no módulo da bomba (4) agora não é mais submetida à pressão do ar comprimido.

O Arla pode assim fluir de volta para o reservatório (3) e a pressão no sistema de tubulação é reduzida aproximadamente à pressão atmosférica.
A tubulação de Arla entre o módulo da bomba (4) e o unidade dosadora (8) é constituída de uma mangueira elástica. Ela é capaz de compensar o eventual volume adicional que é gerado pelo congelamento do Arla remanescente na tubulação.

Localização da válvula dosadora de Arla

Foto que indica a localização da válvula dosadora de Arla
Fonte: Mercedes-Benz

A válvula dosadora (Y109) está instalada no interior da unidade dosadora (8), esta se encontra ao lado do cabeçote, próximo ao último cilindro. Ela é controlada pelo módulo de comando do motor (MR) e fornece Arla para o bico injetor.

Válvula dosadora

Fonte: Mercedes-Benz

Estrutura da válvula dosadora:

1Entrada do AdBlue
2Saída do Adblue
3Conexão elétrica
Y109Válvula dosadora de AdBlue

A válvula dosadora (Y109) é controlada pela ECU de acordo com o regime de operação do motor e influências ambientais.
O Arla atua, com a pressão de serviço gerada pelo módulo da bomba de Arla, no corpo da válvula dosadora (Y109) normalmente fechada. A pressão de uma mola impede a passagem de Arla entre os pontos (1) e (2).

Quando há alimentação de corrente elétrica, o corpo da válvula desloca-se, liberando a passagem de forma que o Arla possa fluir. Após a interrupção da alimentação de corrente elétrica, a mola faz com que a válvula volte para sua posição inicial e a passagem é novamente fechada.

Válvula limitadora de pressão

Localização de componentes do sistema de ar comprimido, representado no modelo Accelo da Mercedes Benz
Componentes do sistema de ar comprimido, representado no modelo Accelo. Fonte: Mercedes-Benz
5Unidade de comando do ar comprimido
8.01Válvula de retenção
30.03Válvula limitadora de pressão
33.01Válvula magnética de limitação do ar comprimido SCR (Y128)
33.08Válvula relé do ar comprimido SCR (Y106)

A válvula limitadora de pressão (30.03) é um dos componentes da unidade de comando do ar comprimido (5), que está localizada no lado interno da longarina esquerda do chassi na altura do silenciador. A válvula (30.03) reduz o ar comprimido fornecido até o valor ajustado de aproximadamente 5,5 bar.

A válvula limitadora de pressão (30.03) é ajustada de tal modo que somente uma pressão pré-determinada pode ser transferida para a conexão (B). A mola de pressão (1) atua constantemente nos êmbolos (3) e (4).

Deste modo, o êmbolo (3) é mantido em sua posição de repouso contra a carcaça (8). A admissão (2) é aberta. O ar que entra na conexão de alimentação (A) flui da câmara de ar comprimido (F) até a câmara de ar comprimido (G) e chega aos dispositivos conectados através da conexão (B).

A pressão acumulada na câmara de ar comprimido (G) supera a força da mola de pressão (1) e movimenta os êmbolos (3) e (4) para baixo. A vedação (7) fecha a entrada (2) e atinge sua posição final. Devido ao consumo de ar no lado de baixa pressão, o equilíbrio da pressão sobre o êmbolo (3) é anulado.

A mola de pressão (1) pressiona os êmbolos (3) e (4) para cima novamente. A admissão (2) abre, o ar admitido alcança a pressão pré-definida e o equilíbrio é estabelecido.

Se a pressão no lado da conexão (B) ultrapassar o valor pré-ajustado, a êmbolo (3) atua como válvula de segurança e abre a descarga (5). A pressão excedente será aliviada pelo respiro (C) ao exterior.
Se a pressão na câmara de ar comprimido (F) baixar além do valor da pressão atuante na câmara de ar comprimido (G), a vedação (6) é aberta.

O ar comprimido da câmara (G) flui, nesse momento, de volta para a conexão (A), através do orifício (E), até que a força da mola de pressão (1) seja novamente predominante e a entrada (2) abra. Ocorre uma compensação da pressão entre as conexões (B) e (A).

Válvula limitadora de pressão

Localização de componentes da válvula limitadora de pressão
Localização de componentes da válvula limitadora de pressão. Fonte: Mercedes-Benz
1Mola de pressão
2Admissão
3Êmbolo
4Êmbolo
5Descarga
6Vedação
7Vedação
8Carcaça
AConexão (tubulação de alimentação)
BConexão (tubulação de serviço, lado da baixa pressão)
CRespiro
DCâmara de ar comprimido
EFuro
FCâmara de ar comprimido
GCâmara de ar comprimido

No sistema Simplo, manual Diesel, estão incluídas informações referentes ao esquema elétrico do sistema Bluetec 5, explicado acima, e seus testes, assim como de outras montadoras de veículos pesados que utilizam o sistema Euro V. O esquema elétrico e teste exemplificados na figura 10 e 11 são do caminhão Mercedes Acccelo 2012 a 2018.

Sistema SCR Mercedes Benz nos manuais Simplo

Sistema SCR mercedes benz nos manuais Simplo

Teste do sensor de pressão do Arla nos manuais Simplo

Manuais Simplo explicam como testar sensor de pressão do Arla

Depois de um conteúdo bastante denso, esperamos que você consiga colocar em prática. Qualquer dúvida, escreva-nos!