Saiba como fazer a interpretação do sinal dos sensores de oxigênio pré e pós-catalisador no SUV com motor 1.0 3-cilindros turbo EA211: a sonda lambda principal é de 4 fios, mas seu gráfico pode te enganar no diagnóstico
Saber como interpretar o sinal da sonda lambda – também chamado de sensor de oxigênio – é fundamental para o mecânico fazer o diagnóstico correto não só do componente em si como também do funcionamento do motor. Toda a evolução no desenvolvimento de motores a combustão nas últimas décadas teve como objetivo principal a redução na emissão de poluentes. Esse controle só é possível com a calibração perfeita da ignição e da injeção, afinal, são estes os sistemas responsáveis pela dosagem de ar e combustível – e a queima dentro do cilindro. E a sonda lambda é a peça que monitora e informa o resultado da combustão ao módulo da injeção.
A sonda lambda avalia a concentração de oxigênio nos gases de escape para determinar se o motor está queimando uma mistura pobre (pouco combustível) ou rica (combustível em excesso). Para isso, esse sensor se baseia no ar atmosférico (ou “ar de referência”) e compara a quantidade de oxigênio entre as duas amostras.
Mas como a sonda lê a quantidade de oxigênio expelida na exaustão? As sondas lambda possuem um elemento filtrante (ou sensor cerâmico) feito de dióxido de zircônio, que fica em contato com os gases de escape. Para funcionar, a sonda precisa ser aquecida acima de 350°C – nesta temperatura, o zircônio adquire a propriedade físico-química de permitir a passagem de oxigênio através dele.
A variação da quantidade de oxigênio que atravessa o elemento filtrante determina a informação enviada ao módulo de injeção, controlando a mistura. Quando a mistura está rica, há pouco oxigênio nos gases do motor, o que provoca uma grande migração das moléculas de oxigênio através do elemento filtrante, vindas do ar de referência para os gases do escape. Em caso de mistura pobre, essa migração é menor. A informação gerada é passada para o módulo de injeção através de um sinal elétrico. Em sensores convencionais, quando a mistura está rica, o sinal da sonda lambda será próximo de 1 volt, enquanto na mistura pobre, o sinal será próximo de 0 volt.
Conforme os valores lidos, a ECU aumenta ou diminui o combustível injetado, corrigindo a mistura com o ar da admissão para que esta permaneça o mais próximo possível das condições previstas pela calibração da fabricante do veículo, possibilitando não só o controle do nível de emissões dentro dos níveis estabelecidos pela legislação como, também, o bom desempenho do motor.
“Existem regulamentações aqui no Brasil, pelo Conama (Conselho Nacional do Meio Ambiente), que limitam essas emissões de poluentes. E os veículos, que nós mexemos nas oficinas todos os dias, são fabricados para atender às regulamentações vigentes”, afirma Hiromori Mori, consultor da Assistência Técnica da NGK do Brasil, empresa que fabrica sondas lambda sob a marca NTK.
Como essas regras vão ficando mais rígidas com o tempo, as fabricantes de automóveis e suas sistemistas parceiras precisam desenvolver novas tecnologias para adequar os veículos à legislação – e isso inclui, claro, sensores de oxigênio com funcionamento mais rápido e eficiente. “A evolução da sonda segue de acordo com as evoluções das normas de emissões de poluentes”, comenta o especialista da NGK/NTK.
Por conta dessas normas, todos os veículos fabricados no Brasil atualmente devem ter dois sensores de oxigênio: um pré e outro pós-catalisador. A principal, localizada antes do catalisador, atua para a correção da mistura. Em veículos flex, a sonda lambda principal pode ainda desempenhar a função de identificar o combustível que está sendo queimado na mistura – gasolina ou etanol.
Já a segunda sonda, depois do catalisador, analisa a concentração de oxigênio nas emissões do veículo após o tratamento dos gases para verificar se a conversão catalítica está realmente acontecendo – ou seja, se o catalisador está funcionando corretamente. Esse sistema secundário é chamado de OBD-BR2 (“On-Board Diagnosis” ou “Sistema de Diagnose de Bordo”) e é obrigatório em todos os carros com motor de ciclo Otto comercializados no Brasil desde o início de 2011.
SINAL DA SONDA LAMBDA VARIA DE ACORDO COM O TIPO E POSIÇÃO
De acordo com a forma do elemento filtrante, existem dois tipos de sondas lambda convencionais disponíveis no mercado: a dedal e a planar. O tipo dedal leva vantagem por ter uma área de contato maior e mais robustez contra choques térmico e mecânico. A NTK possui dois tipos de sonda dedal: a standard, cujo aquecedor é alimentado por tensão de bateria, e a do tipo FLO, sonda de aquecimento rápido, que possui um aquecedor mais potente e desenho que favorece a redução do tempo de aquecimento.
As sondas standard levam aproximadamente um minuto para aquecer, enquanto as com aquecedores do tipo FLO podem atingir sua temperatura de trabalho em meros 12 segundos. “Nas sondas mais antigas, havia uma alimentação constante de bateria, conforme o sistema de carga do veículo. Já nos veículos mais novos, a tensão de aquecimento é um sinal PWM, uma onda quadrada. Esse é através de um negativo pulsante onde o módulo vai comandar o aquecimento da sonda”, descreve Hiromori Mori.
Existe um “mito” no mercado sobre a diferenciação dos tipos de sensores planar e dedal quanto ao posicionamento dos fios brancos de aquecimento. Hiromori pondera que, na verdade, quem determina a posição dos fios é a fabricante da sonda no projeto, e que isso independe do formato do elemento filtrante. “A posição dos fios depende de como o fabricante especificou o projeto dele. Então, isso pode variar de fabricante para fabricante”, aponta o consultor da Assistência Técnica da NGK/NTK.
Além dos sensores convencionais, há um tipo chamado de banda larga (ou “wideband”). “A sonda de banda larga tem um espectro de trabalho muito amplo, consegue ler uma mistura extremamente rica e uma mistura extremamente pobre. Por isso a chamamos de banda larga. Ela tem uma precisão maior”, detalha o especialista da NGK/ NTK. “Quanto ao sinal do aquecedor, todas as sondas de banda larga da NTK têm sinal PWM”, complementa.
Visualmente, as sondas de banda larga são identificáveis pela quantidade de fios. Segundo Hiromori Mori, a sonda convencional geralmente tem quatro fios: dois fios do aquecedor, um fio terra e outro de sinal. Já a de banda larga tem cinco fios: dois do aquecedor, um fio comum, um de tensão de referência (“VS”), e o de corrente (“IP”). Aqui, uma diferença importantíssima do sensor de banda larga para os convencionais: o sinal para o módulo é emitido em sinal de corrente (miliamperes), e não em volts (tensão). A tensão de referência é um sinal de 0,450 V que o sensor de oxigênio recebe do módulo para manter o veículo na relação estequiométrica (λ = 1).
Em veículos com motores mais avançados, dotados de turbo e injeção direta, geralmente o que se vê é a adoção de sensor de banda larga (cinco fios) na posição principal pré-catalisador e convencional (quatro fios) após o catalisador.
Porém, o T-Cross 200 TSI (dotado do motor 1.0 3-cilindros da família EA211, com turbo e injeção direta) possui uma particularidade que exemplifica como o mecânico deve evitar generalizações. Tanto no SUV quanto os modelos Polo, Virtus e Nivus 200 TSI (que compartilham variações da plataforma Volkswagen MQB) trazem duas sondas lambda pré e pós-catalisador são de quatro fios.
O caso se torna mais peculiar quando o mecânico liga o scanner ao veículo para a leitura dos dados. O sinal da sonda lambda do T-Cross não se parece em nada com o de um sensor comum: é bem mais estável, semelhante ao gráfico de uma sonda de banda larga. Importante: não confundir com o sensor de A/F utilizado na linha japonesa (Honda Civic e Toyota Corolla, por exemplo), que também utiliza quatro fios, mas com outro desenvolvimento de tecnologia.
Curiosamente, o subcompacto up! TSI tem o mesmo motor 1.0 3-cilindros turbinado em configuração com menos potência (105 cv contra 128 cv), mas traz sensor principal de banda larga, como acontece com as versões 1.4 4-cilindros (250 TSI) do T-Cross e dos outros modelos citados.
SINAL DA SONDA LAMBDA NO SCANNER E NO OSCILOSCÓPIO
Nesta reportagem, Hiromori Mori utilizou um scanner SUN PDL5500 para demonstrar o sinal da sonda lambda do T-Cross 200 TSI de três modos: pelo modo de leitura do software do scanner, pelo protocolo OBD2 e pelo osciloscópio.
Na função scanner (1), o sinal oscila lentamente por volta de 0,6 a 0,7 V e não forma o gráfico característico de um sensor de oxigênio. “Normalmente, o que se observa é um sinal de sonda que fica formando uma espécie de senoide, variando de zero a 1 volt. Neste T-Cross, embora ele utilize uma sonda convencional, o sinal é mais estável”, observa Hiromori. “O software do módulo de injeção possui um algoritmo que consegue fazer uma melhor interpretação dos dados da sonda, mantendo a injeção e o sinal mais estáveis”, explica. “Através da seleção do software, o módulo vai se adaptando à leitura da sonda e tentando buscar o melhor lambda”, complementa.
Na leitura pelo protocolo OBD2 (2), o desenho do gráfico muda um pouco, mas sua movimentação é lenta e não há grande amplitude de sinal, igualmente se mantendo entre 0,6 e 0,7 V. “O sinal da sonda é mais estável devido ao software do veículo. Isso é muito importante ressaltar, porque nosso amigo mecânico, às vezes, pode ter uma dificuldade e achar que esta sonda tem algum problema. E, na realidade, esse comportamento é uma característica deste veículo”.
O especialista da NGK/NTK faz uma ressalva: nas funções de scanner e OBD2, o sinal que o aparelho lê é uma informação processada pelo módulo de injeção. Para cravar o diagnóstico do sensor, é altamente recomendável utilizar o osciloscópio e fazer a medição real diretamente no componente. “O que todos nós utilizamos no dia a dia da oficina é o scanner. É um método rápido e fácil de ser operado”, pondera Hiromori. “Mas se você usar o scanner e identificar alguma avaria referente a sensor, o ideal é instrumentar o veículo e fazer a medição diretamente no sensor de oxigênio”, declara.
Com o osciloscópio, Hiromori fez duas leituras. A primeira, com as duas pontas de prova nos fios 1 e 2, correspondentes ao aquecedor do sensor, demonstrando o gráfico PWM (onda do tipo quadrada) (3) oscilando entre 9 e 13 volts. A segunda leitura, agora do sinal da sonda, com as pontas de prova nos pinos 3 e 4, mostra que mesmo no osciloscópio o gráfico não tem o desenho senoidal característico (4) e o consultor da NGK reforça: “não é um defeito, é uma característica do sistema devido à estratégia do módulo”. Por isso, o mecânico deve ficar atento para não se precipitar no diagnóstico.
Interpretar as características do gráfico é fundamental para o mecânico saber o que se passa no funcionamento do motor, e por isso mesmo um sinal anormal em uma sonda lambda não representa, necessariamente, uma avaria no sensor. É mais comum que a distorção na leitura seja um indício de problema em outro ponto dos sistemas de alimentação, injeção e ignição do veículo, que devem ser diagnosticados separadamente conforme os sintomas apresentados.
Mais informações
NGK do Brasil: 0800-0197-112
Texto & fotos Fernando Lalli
SAIBA MAIS:
NGK: SENSOR LINEAR NTK
Box técnico do 4º Congresso Brasileiro do Mecânico
