Depurazione dei gas di scarico - Funzionamento

S49.20-A066-79

Presupposti per il funzionamento della depurazione dei gas di scarico - Generalità

 Morsetto 87M ON (gestione del motore ON)

 Il motore gira.

Le centraline di comando seguenti ricevono dalla centralina di comando CDI (N3/40) l'informazione "motore in moto":

 Unità di comando elettrica gestione del cambio completamente integrata (VGS) (N15/15) (con codice G43 (9G-TRONIC))

Depurazione dei gas di scarico - Generalità

Il compito del sistema di depurazione gas di scarico è quello di ridurre le emissioni di gas di scarico:

 Ossidi di azoto (NOx)

 Idrocarburi (CH)

 Monossido di carbonio (CO)

 Particolato di fuliggine

Mediante le seguenti funzioni parziali viene supportata la riduzione delle sostanze nocive:

 Esclusione condotto di immissione (EKAS)

 Ricircolo dei gas di scarico (AGR)

 Iniezione dell'agente riducente AdBlue® (con codice KP6 (Depurazione dei gas di scarico SCR Generazione 3))

La centralina di comando CDI legge i dati dei seguenti sensori:

 Segnale del sensore di NOx 1 a monte del catalizzatore SCR (B29), tramite la centralina di comando sensore di NOx a monte del catalizzatore SCR (A97/1) e il CAN dei sensori della trazione (CAN I)

 Segnale del sensore di NOx 2 a valle del catalizzatore SCR (B291), tramite la centralina di comando sensore di NOx a valle del catalizzatore SCR (A97/2) e il CAN dei sensori della trazione (CAN I)

 Sensore di temperatura a monte del catalizzatore (B16/22)

 Sensore di temperatura a monte del filtro antiparticolato per motori diesel (B16/23)

 Temperatura dei gas di scarico dal sensore di temperatura a monte del turbocompressore a gas di scarico (B16/24)

 Tasso di particolato del filtro antiparticolato per motori diesel (DPF) dal sensore di differenza di pressione filtro antiparticolato per motori diesel (B28/26)

 Temperatura esterna dalla centralina di comando modulo di rilevamento del segnale e di comando (SAM) (N10/1)

Depurazione dei gas di scarico - Svolgimento della funzione

I seguenti sistemi parziali sono coinvolti nella depurazione dei gas di scarico:

 Svolgimento della funzione catalizzatore ossidante

 Svolgimento della funzione filtro antiparticolato diesel

 Svolgimento della funzione catalizzatore SCR

 Svolgimento della funzione Esclusione condotto di immissione

Svolgimento della funzione catalizzatore ossidante

Il catalizzatore ossidante è costituito da un corpo ceramico a nido d'api. La superficie catalitica attiva è costituita da un rivestimento con washcoat che come componente attivo contiene dei metalli nobili, il platino e il palladio. Il catalizzatore ossidante consente di ridurre gli idrocarburi (CH) e il monossido di carbonio (CO).

Nella fase di rigenerazione del DPF, oltre a diverse misure all'interno del motore, la combustione catalitica prodotta da una postiniezione ritardata consente di generare la temperatura richiesta per la combustione della fuliggine.

Svolgimento della funzione filtro antiparticolato diesel

Il filtro antiparticolato per motori diesel (DPF) è costituito da un corpo filtrante ceramico a nido d'ape di carburo di silicio rivestito dei metalli nobili platino e palladio.

I canali del DPF sono chiusi alternativamente davanti e dietro e divisi tra di loro dalle pareti filtranti porose del corpo a nido d'ape del filtro.

I gas di scarico prefiltrati dal catalizzatore ossidante scorrono nei canali aperti sulla parte anteriore del DPF e, attraverso le pareti filtranti porose del corpo filtrante a nido d'ape, giungono nei canali aperti sulla parte posteriore. Dopodiché i gas di scarico depurati e filtrati vengono espulsi tramite l'impianto di scarico. Il particolato di fuliggine viene trattenuto nel corpo a nido d'ape del filtro DPF.

Quando il tasso di particolato supera un valore definito sulla base di una mappatura, se sono presenti i presupposti per la rigenerazione, la centralina di comando CDI avvia la fase di rigenerazione.

La rigenerazione viene richiesta se uno dei seguenti criteri raggiunge il valore limite memorizzato:

 Calcolo del tasso di particolato mediante il sensore di differenza di pressione filtro antiparticolato per motori diesel (ricavato dal rapporto della differenza di pressione sul flusso volumetrico dei gas di scarico)

 Calcolo del tasso di particolato mediante simulazione (proiezione del valore memorizzato dell'emissione di particolato)

 Percorso effettuato dall'ultima rigenerazione

 Quantità di carburante consumata dall'ultima rigenerazione

La rigenerazione avviene attraverso un aumento periodico della temperatura dei gas di scarico. Vengono adottate soluzioni interne ed esterne al motore al fine di aumentare della temperatura.

L'aumento della temperatura all'interno del motore viene rappresentato mediante un processo di combustione di rigenerazione. Durante l'operazione vengono considerati i seguenti parametri di combustione al fine di aumentare la temperatura dei gas di scarico:

 Pressione di sovralimentazione o regolazione della massa d'aria

 Punti di iniezione e quantità di iniezione

 Pressione del carburante

 Disinserimento dell'AGR

Misure supplementari per aumentare la temperatura dei gas di scarico:

 Inserimento delle utenze elettriche per aumentare il carico nella fase di carico esiguo

 Interdizione di una post-iniezione anticipata che causa nel motore una combustione di rendimento esiguo (ridotto valore di coppia, temperatura elevata).

Tra le misure esterne al motore è prevista una post-iniezione ritardata che non partecipa al processo di combustione e quindi convoglia semplicemente gli idrocarburi (CH) nell'impianto di scarico. Questi vengono poi combusti/ossidati nel catalizzatore ossidante generando il resto della temperatura necessaria nel filtro antiparticolato per motori diesel.

Attraverso l'aumento della temperatura dei gas di scarico, i residui carboniosi contenuti nel DPF vengono combusti e trasformati principalmente in biossido di carbonio (CO2). Il sensore di temperatura a monte del turbocompressore a gas di scarico, il sensore di temperatura a monte del catalizzatore e il sensore di temperatura a monte del filtro antiparticolato per motori diesel regolano e sorvegliano la temperatura dei gas di scarico durante la rigenerazione.

 Nel motore viene combusta sempre anche una piccola quantità di olio motore. Alcune componenti generano della cenere che viene raccolta nel DPF. Per tale ragione in caso di chilometraggi estremamente elevati può essere necessaria la sostituzione del DPF. Questa necessità viene visualizzata in XENTRY Diagnosis in occasione del Servizio Assistenza.

 Se il veicolo percorre tragitti brevi, una rigenerazione interrotta viene suddivisa in più cicli di marcia. Le fasi di pre-riscaldamento fino al raggiungimento della necessaria temperatura di rigenerazione sono pertanto più frequenti. La fase di rigenerazione avviene senza che il conducente lo percepisca.

Svolgimento della funzione catalizzatore SCR

I gas di scarico espulsi dal motore vengono depurati in un catalizzatore ossidante, in un filtro antiparticolato per motori diesel (DPF) e in un catalizzatore SCR (riduzione catalitica selettiva (SCR)).

Mediante l'ossidazione, nel catalizzatore ossidante il CO e gli CH vengono trasformati in CO2 e acqua (H2O). Il DPF è costituito da un corpo filtrante ceramico a nido d'ape di carburo di silicio rivestito del metallo nobile platino.

I canali del DPF sono aperti alternativamente davanti e dietro e divisi tra di loro dalle pareti filtranti porose del corpo a nido d'ape del filtro.

I gas di scarico prefiltrati dal catalizzatore ossidante scorrono nei canali aperti sulla parte anteriore del DPF e, attraverso le pareti filtranti porose del corpo filtrante a nido d'ape, giungono nei canali aperti sulla parte posteriore. Il particolato di fuliggine viene trattenuto nel corpo a nido d'ape del filtro DPF. Durante la fase di rigenerazione del DPF le particelle di particolato trattenute vengono combuste grazie ad una temperatura più alta dei gas di scarico.

A monte del catalizzatore SCR viene iniettato l'agente riducente AdBlue® che mediante termolisi (reazione chimica indotta dal calore) ed idrolisi (reazione chimica indotta dall'acqua) viene trasformato in ammoniaca (NH3).

Tra l'iniettore AdBlue® (Y130) e il catalizzatore SCR si trova un elemento miscelatore. Esso consente di migliorare il processo di idrolisi dell'agente riducente AdBlue® e assicura una più uniforme distribuzione dell'AdBlue® a monte del catalizzatore SCR.

I NOx contenuti nei gas di scarico, all'interno del catalizzatore SCR vengono trasformati con l'NH3 in azoto molecolare (N2) e H2O.

La quantità di agente riducente richiesta viene calcolata dalla centralina di comando CDI sulla base di una mappatura e trasmessa tramite il CAN sensore della trazione alla centralina di comando AdBlue® (SCR) (N141). Quest'ultima provvede quindi, sulla base di una mappatura, all'iniezione della quantità calcolata dell'agente riducente AdBlue® attraverso l'iniettore AdBlue®.

I sensori di NOx ricevono dalla centralina di comando CDI la richiesta "riscaldare" tramite il CAN dei sensori della trazione e le centraline di comando sensore di NOx. In questo modo i sensori di NOx raggiungono rapidamente la temperatura di esercizio.

 Il tasso di conversione della componente di NOx dei gas di scarico varia in funzione della temperatura e può raggiungere circa l' 80%. La riduzione del particolato ammonta a circa il 99%.
La condizione di carico del DPF viene rilevata dalla centralina di comando CDI tramite il sensore della differenza di pressione filtro particolato diesel. Quando il tasso di particolato supera un valore definito sulla base di una mappatura, se sono presenti i presupposti per la rigenerazione, la centralina di comando CDI avvia la fase di rigenerazione. La rigenerazione avviene mediante periodico aumento della temperatura dei gas di scarico attraverso una ulteriore postiniezione.
Mediante l'aumento della temperatura dei gas di scarico vengono bruciati i residui carboniosi contenuti nel filtro per il particolato trasformandosi prevalentemente in CO2.
La componente di ceneri non combuste rimane all'interno del DPF. Il sensore di temperatura a monte del turbocompressore a gas di scarico e il sensore di temperatura a monte del filtro antiparticolato diesel sorvegliano la temperatura dei gas di scarico durante la rigenerazione. La necessità di manutenzione del filtro antiparticolato per motori diesel viene segnalata mediante la spia di controllo diagnosi motore (A1/1e58) nella centralina di comando strumentazione (A1/1).

 Quando nel serbatoio AdBlue® viene raggiunto il livello di riempimento "riserva", il conducente riceve una richiesta di effettuare il rifornimento dell'AdBlue®.

 Quando nel serbatoio AdBlue® viene raggiunto il livello di riempimento "vuoto", viene effettuato un controllo della plausibilità tramite un modello di calcolo del segnale di "vuoto". Se anche il controllo di plausibilità indica il livello di riempimento "vuoto", parallelamente all'emissione di un segnale acustico, nella memoria guasti della centralina di comando CDI ha luogo un'apposita registrazione e la spia di controllo diagnosi motore viene attivata. Se il serbatoio AdBlue® è vuoto, dopo aver arrestato il veicolo non è più possibile avviare il motore. Se non viene effettuato il rifornimento, il veicolo non può più essere messo in funzione.

Svolgimento della funzione Esclusione condotto di immissione

L'esclusione condotto di immissione (EKAS) consente di ottenere in tutte le condizioni di carico del motore il miglior rapporto possibile tra turbolenza dell'aria e massa d'aria.

Per comandare l'EKAS la centralina di comando CDI legge i seguenti sensori:

 Sensore della pressione atmosferica (integrato nella centralina di comando CDI), per la pressione atmosferica.

 Modulo pedale dell'acceleratore (B37/4), per il riconoscimento del carico

 Sensore della temperatura dell'olio motore (B94/18)

 Sensore di Hall albero motore (B70), per il n. di giri motore

Dopo la valutazione dei segnali in ingresso la centralina di comando CDI attiva il servomotore esclusione condotto di immissione (M55) con un segnale a modulazione dell'ampiezza degli impulsi. Nel campo inferiore di n. di giri motore e di carico la metà dei canali di immissione (2 canali di immissione per cilindro) viene chiusa dagli sportelli dell'EKAS.

Nei canali di aspirazione aperti aumenta dunque la velocità di flusso. Questo aumento determina un innalzamento della turbolenza che si riflette positivamente sul comportamento fluidodinamico. In tal modo si ottiene un miglioramento della combustione che determina, tra l'altro, una riduzione del particolato di fuliggine nei gas di scarico.

Con l'aumento del n. di giri e del carico del motore i canali di immissione chiusi si aprono progressivamente fino a garantire il migliore rapporto possibile tra turbolenza e massa d'aria per ogni stato di esercizio del motore. In tal modo si ottimizzano la composizione dei gas di scarico e la potenza del motore.

 In caso di guasto o di interruzione della tensione di alimentazione le farfalle vengono aperte per effetto della forza elastica.