Injeção: Diagnóstico das sondas lambda pré e pós-catalisador

 

Conheça os procedimentos de testes e diagnóstico nos sensores de oxigênio pré e póscatalisador no Volkswagen Voyage 1.0

Texto: Fernando Lalli

Foto: Lucas Porto

Todo o desenvolvimento de motores a combustão para veículos urbanos nos últimos 60 anos apontou para um único objetivo: diminuir a emissão de gases prejudiciais à saúde humana. O endurecimento das legislações antipoluição no mundo levou os engenheiros a buscarem toda forma de extrair mais força dos motores usando menos combustível – aquilo que chamamos de eficiência energética. Como resultado, os motores ficaram cada vez mais potentes e econômicos de lá para cá. Mas para realmente controlar o que saía pelo escapamento, se fez necessário um sistema adicional.

 

Lançado no fim de 1976 nos Estados Unidos, o Volvo 244 foi o primeiro veículo produzido em série a trazer um componente chamado pela marca de “Lambda Sond”, ou sonda lambda. Este sensor cumpria a função de informar à central da injeção eletrônica a quantidade de oxigênio nos gases de escape para regular a mistura ar-combustível, de forma que o catalisador conseguisse transformar 90% ou mais do monóxido de carbono (CO), óxido de nitrogênio (NOx) e hidrocarbonetos (HC) gerados pelo motor em elementos que naturalmente compõem o ar que respiramos – no caso, gás carbônico (CO₂), nitrogênio (N₂) e vapor de água (H₂O). Essa combinação entre sonda lambda e conversor catalítico no escapamento, hoje, está em praticamente todos os carros movidos a combustão fabricados no planeta.

 

Naquele momento, o sistema adotado pela Volvo trazia uma sonda finger de apenas um fio. Evidentemente, houve franca evolução desde então. “Aquele foi o início de toda essa tecnologia. Esse tipo de sonda ainda é muito conhecida pelos mecânicos em alguns veículos como o Chevrolet Corsa”, comenta o consultor técnico da VDO, Werner Heinrichs. “Desde a partida do carro, essa sonda de um fio levava mais ou menos 8 minutos até o seu funcionamento pleno. Hoje, com o avanço da tecnologia, o tempo de resposta das sondas de quatro e cinco fios, ou do tipo linear, caiu para até 7 segundos”, afirma Werner.

 

 

 

 

PRINCÍPIO

 

Basicamente, a sonda lambda é formada por um elemento sensor cerâmico feito de dióxido de zircônio, material que permite a passagem de moléculas de oxigênio através de si após ser aquecido a 350°C por um componente interno chamado “heater” (“aquecedor” em inglês). Quando os gases de escape atingem a sonda, o elemento sensor mede o teor de oxigênio e gera uma tensão elétrica entre 0 mV (alto nível de oxigênio: mistura pobre) e 900 mV (baixo nível de oxigênio: mistura rica).

 

A informação é passada para a unidade de gerenciamento da injeção, que faz constantemente a correção da mistura para que chegue à relação estequiométrica, ou seja, a proporção ideal entre ar e combustível para uma queima perfeita dentro dos cilindros. Analisando por osciloscópio, percebe-se que o sinal da sonda oscila continuamente entre mistura rica e pobre, formando uma onda cujos picos e vales têm um desenho parecido com a letra lambda do alfabeto grego (λ) – daí vem o nome desse componente

 

 

DUPLAMISSÃO

 

A partir de 2011, todos os automóveis novos vendidos no Brasil passaram a trazer obrigatoriamente duas sondas lambda: uma posicionada antes e outra após o catalisador. Esse sistema identi
ficado pela sigla OBD-BR2 (“On-Board Diagnosis”) é obrigatório em todos os carros com motor de ciclo Otto comercializados no País, como manda o Conama (Resolução 354/2004). Ambos os sensores têm funções diferentes, mas semelhantes à aplicação original: reduzir ao máximo os poluentes formados pela combustão do motor.

 

 

A sonda pré-catalisador, tal qual anteriormente, mede o oxigênio dos gases que saem pelo coletor de exaustão para identificar qual foi a relação entre ar e combustível da mistura queimada dentro dos cilindros. Por sua vez, a sonda pós-catalisador tem a função de autodiagnóstico: analisa a emissões do veículo após o tratamento dos gases.

 

O especialista da VDO ressalta que “o sensor não lê outros gases além do oxigênio”, mas, ao medir a concentração de oxigênio nas moléculas dos gases tratados, a sonda permite à unidade de gerenciamento do motor identificar se os poluentes estão sendo convertidos com eficácia pelo catalisador. Por isso, em um sistema “saudável”, as ondas dos sinais dos dois sensores devem ter amplitudes bem diferentes entre si. “Após os gases de escape serem tratados, o sinal da sonda pós-catalisador será diferente, porque a concentração de gases será outra”, explica Werner.

 

Caso a leitura da segunda sonda mostre que a transformação dos poluentes não está acontecendo, a unidade de gerenciamento do motor adota a estratégia de contenção de danos que esteja programada para executar, variando de modelo para modelo – desde avisar ao motorista pelo painel de instrumentos que algo está errado, por mensagens ou luzes-espia, a até entrar em “modo de segurança” para evitar danos ao motor e emitir menos poluentes. Seja qual for o caso, se isso acontecer, é hora de investigar na oficina mecânica o que está acontecendo com o veículo.

 

Nesta reportagem, o especialista Werner Heinrichs utilizou em um Volkswagen Voyage 1.0 2014 para de
monstrar os procedimentos de diagnóstico das sondas lambda com multímetro e osciloscópio. Werner aponta que a leitura pelo multímetro não é definitiva, pois, o diagnóstico de problemas nos sensores de oxigênio só pode ser realmente observado com a visualização do gráfico do sinal no osciloscópio. Assim como a simples conferência da memória de avaria pelo scanner pode levar a conclusões precipitadas.

 

“O osciloscópio se tornou uma ferramenta essencial nas oficinas para um diagnóstico correto. Quando se faz um diagnóstico via scanner, se faz a mesma leitura que a central eletrônica obtém dos diversos sensores e atuadores do veículo. Mas quando se faz uma diagnóstico com osciloscópio, se obtém um diagnóstico diretamente do sensor”, diferencia o consultor técnico da VDO.

 

 

DIAGNÓSTICOS PRÉVIOS

 

1. Alimentação da bateria: Antes de analisar a condição das sondas, o mecânico precisa avaliar o estado da bateria. No caso do Voyage desta matéria, mediu-se a alimentação que chega ao aquecedor da sonda pelos fios brancos dos conectores no chicote do veículo (1a). Com um multímetro em escala de voltagem e o motor desligado, o resultado foi de 9,17 volts (1b). Segundo Werner, isso significa que a bateria está com problema e precisa ser substituída. “Quando se dá a partida no veículo, a tensão da bateria nunca pode cair abaixo de 10 volts, porque todo o sistema de injeção eletrônica pode vir a ser comprometido e não ter um funcionamento eficiente”, declara o especialista. Caso fosse executado o teste de carga, com o veículo ligado, o correto seria algo próximo dos 14 volts.

 

Obs.: A sonda lambda pós-catalisador do Voyage 1.0 é do tipo comum, com alimentação 12 volts direta em seu aquecedor. Em caso de análise em sondas do tipo planar, o teste é diferente: o aquecimento é comandado por sinal PWM e seu gráfico deve ser analisado em osciloscópio para o diagnóstico correto.

 

 

 

2. Resistência do aquecedor: Com a chave desligada e o sensor em temperatura ambiente, meça a resistência elétrica dos fios do heater (aquecedor), que são os fios brancos no conector do chicote da sonda (2a). Nesta sonda de 4 fios do Voyage, a resistência deve ser de 9 a 15 Ω. No veículo desta reportagem, o multímetro apontou 9,5 Ω, portanto, dentro do especificado (2b).

 

 

 

TESTES NA SONDA PRÉ-CATALISADOR

 

3. Sinal da sonda pré-catalisador com multímetro: Com as pontas de prova nos fios preto (sinal) e cinza (terra) do conector preto (3a), coloque o multímetro em escala de voltagem e ligue o motor. Os valores no visor devem oscilar de forma ágil entre aproximadamente 100 mV e 850 mV (3b). Em caso positivo, a sonda pré-catalisador está em perfeita condição e o veículo está trabalhando com a mistura ideal, com a injeção executando as correções da mistura constantemente através da leitura do sensor. Caso os valores lidos pelo multímetro estejam sempre acima de 450 mV, quer dizer que o motor está trabalhando anormalmente com mistura rica. Já se estiverem abaixo de 450 mV, a mistura está pobre.

 

 

 

4. Sinal da sonda pré-catalisador com o osciloscópio: Deixe as pontas de prova apontadas nas mesmas conexões. Com o veículo em marcha lenta, dentro de uma faixa de 0 a 1 V no osciloscópio, a onda do gráfico deve ter o formato demonstrado na imagem (4a e 4b). Se o sinal estiver com baixa amplitude, ou seja, se picos e vales estiverem muito distantes de 100 mV e 900 mV, pode ser fadiga do sensor. Entre as possíveis causas, estão contaminação por fuligem da combustão, quebra do elemento sensor cerâmico ou fio rompido

 

 

 

 

O QUE CAUSA MISTURA RICA OU POBRE?

 

Vários fatores podem causar leitura indicativa de mistura rica, informa Werner: filtro de ar obstruído, problemas em velas e cabos de vela, mal funcionamento de bobinas, respiro do motor obstruído (o que faz com que os vapores de óleo contaminem o sistema) e, até mesmo, a pressão de linha de combustível: “se o regulador de pressão estiver com problema pode causar pressão excedente, acima do normal, e consequentemente uma alimentação excessiva de combustível, seja etanol ou gasolina”, afirma o especialista da VDO.

 

Se o motor estiver trabalhando fora da temperatura ideal pode causar tanto mistura rica (frio demais) quanto mistura pobre (quente demais). Ou seja, o problema pode estar na válvula termostática travada fechada ou aberta (ou mesmo ausente, em caso de mistura pobre) e no sensor de temperatura do líquido de arrefecimento. Outro fator que pode alterar a leitura da sonda lambda é a qualidade do combustível no tanque.

 

Para leitura indicativa de mistura pobre, verifique também entradas falsas de ar (na mangueira do servo freio, por exemplo) e o sensor MAP ou T-MAP, responsável pela pressão do ar no coletor, que, se não estiver funcionando corretamente, pode alterar a mistura ar-combustível.

 

 

TESTES NA SONDA PÓS-CATALISADOR

 

5. Sinal da sonda pós-catalisador com multímetro: No conector marrom, com as pontas de prova nos fios preto (sinal) e cinza (terra) (5a), coloque o multímetro em escala de voltagem e ligue o motor. A medição deve oscilar pouco e em valores baixos porque o sensor está analisando os gases após o tratamento do catalisador, e a concentração de oxigênio está mais alta (5b). Por isso, nesta sonda, realize o diagnóstico apenas depois da leitura em osciloscópio.

 

 

 

6. Sinal da sonda pós-catalisador com o osciloscópio: Com o veículo em marcha lenta, a onda do gráfico deve ser mais linear, como na imagem (6a e 6b). Se a amplitude de sinal for semelhante ao da sonda pré-catalisador, isso significa que há algum problema de eficiência na conversão dos gases

 

Obs.: Para atestar se o catalisador é o problema, trave o acelerador em 2.500 rpm e meça as temperaturas de entrada e saída do catalisador com termômetro infravermelho (a temperatura de saída deve ser maior que a de entrada, o que indica que a reação química está acontecendo) ou utilize um analisador de gases devidamente calibrado para verificar as emissões diretamente.

 

 

 

 

SUBSTITUIÇÃO DAS SONDAS

 

Atenção! Espere o escapamento esfriar antes de qualquer operação embaixo do veículo. Segurança é primordial.

 

7. A sonda pós-catalisador no Voyage 1.0 2014 vem identificada neste veículo com conector marrom e um chicote mais curto. Desligue o conector marrom e remova a sonda com chave combinada 22 mm.

 

 

8. A sonda removida está perfeitamente normal em sua coloração. Mas se caso estivesse contaminada com óleo, significaria problema nos anéis de pistão ou nos retentores de válvulas no cabeçote – um possível indicativo de que o veículo estaria consumindo óleo. Já se a sonda estivesse com fuligem, é indicativo de queima imperfeita e que cuja causa deve ser investigada

 

 

 

9. A sonda pós-catalisador nova vem com pasta lubrificante em sua rosca. Essa pasta também é condutora e protege contra oxidação. Nunca a remova e/ ou substitua por outra espécie de lubrificante.

 

 

10. Ao instalar a sonda lambda pós-catalisador, tome cuidado para nunca inverter os conectores das sondas. Ambos ficam lado a lado na parte inferior do carro, próximo ao para-choque.

 

 

11. Antes de soltar a sonda pré-catalisador, observe os pontos onde o chicote é fixado por presilhas

 

 

12. Remova o sensor pré-catalisador com soquete especial para não danificar o chicote.

 

 

13. Análise da sonda velha: sua coloração também está normal. Werner atenta para o fato de que sondas de marcas diferentes podem ter formatos diferentes, mas desde que o código de aplicação esteja correto, não há problema algum.

 

 

14. Verifique no momento da montagem da sonda nova se o chicote não está torcido. Suba o carro e ligue o chicote da sonda pré-catalisador ao conector preto

 

 

Para finalizar: Com um scanner automotivo, faça a verificação de todo o sistema e resetar eventuais falhas presentes dos sensores de oxigênio e/ou do sistema de redução de emissões

 

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