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O sinal da sonda lambda pré-catalisador vai além da determinação da mistura ar/combustível

Apresentaremos considerações teóricas sobre o sistema de ignição e os fatores que influenciam seu funcionamento, em que identificamos um problema mecânico do motor através da análise do sistema de ignição

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Por Laerte Rabelo


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Olá, caros leitores! Nesta matéria vamos apresentar a diversidade de diagnósticos que podemos realizar através da análise criteriosa do sinal emitido pela sonda lambda pré-catalisador. 

Iremos demonstrar de forma didática a influência que os sistemas de admissão de ar e de combustível têm sobre o funcionamento do sensor de oxigênio. 

Por fim, mostraremos um caso real que exemplificará a aplicação prática dos conceitos apresentados nesta matéria.

1. Sonda lambda ou sensor de oxigênio pré-catalisador (EGO – EXAUST GAS OXIGEN)

A sonda de oxigênio transmite instantaneamente à unidade de controle do motor (UCE) um sinal de retroação sobre o teor em oxigênio dos gases de escape. 

1.1 Funcionamento

A sonda de oxigênio, também conhecida como sonda lambda, é um dos elementos mais importantes dos sistemas antipoluição e de injeção. Ela está parafusada no tubo de escape antes do catalisador. 

É utilizada pelo módulo de controle do motor para:

• Verificar o comportamento da combustão para o controle da relação estequiométrica;

• Realizar as correções autoadaptativos nos motores ciclo Otto.

O corpo da sonda é um tubo fechado em uma extremidade e fabricado em cerâmica contendo dióxido de zircônio. As paredes internas e externas do tubo estão cobertas por uma fina camada de platina microporosa, cada camada de platina é um eletrodo. 

Uma conexão elétrica está ligada ao eletrodo positivo interno; o eletrodo negativo está conectado à massa da base pela rosca ou por um cabo específico. Um tubo de proteção cobre a parte exposta aos gases de escape. Fendas feitas no tubo de proteção permitem o contato dos gases de escape com o eletrodo externo. 

Uma passagem de ar externo até o eletrodo positivo dentro do tubo cerâmico.  Para que a sonda funcione corretamente, esta passagem deve permanecer livre o tempo todo .

A figura 2 apresenta a construção de uma sonda lambda com dióxido de zircônio.

O sinal da sonda lambda pré-catalisador

Dependendo do teor em oxigênio dos gases de escape, esta sonda gera uma tensão que varia entre 0 e 1V. 

A cerâmica em dióxido de zircônio que forma o corpo da sonda é um material condutor de íons de oxigênio. 

A diferença de concentração do oxigênio entre os gases de escape em contato com o eletrodo externo e o ar de referência (externo), que age sobre o eletrodo interno, produz uma tensão elétrica proporcional a esta diferença. A  figura 3 mostra os efeitos que o teor de oxigênio sobre a tensão produzida pela sonda . 

O sinal da sonda lambda pré-catalisador

A variação da taxa de oxigênio entre as duas superfícies de zircônio aquecido a, aproximadamente, 350º C produz uma tensão elétrica interpretada pela unidade de controle do motor (UCE). Antes  desta temperatura, a UCE despreza os sinais que possuem sinais muito baixos.  

Em resumo, esta sonda tem a função de uma fonte geradora de tensão. Quando a relação da mistura ar-combustível for pobre, figura 4, a presença de oxigênio nos gases de escape é elevada e o sinal elétrico fica abaixo de 450mv. Uma mistura rica, figura 4, inverte o resultado e produz tensões acima de 450mv. 

O sinal da sonda lambda pré-catalisador

2. Autodiagnóstico  

Os sistemas que oferecem o modo autodiagnóstico permitem obter com um scanner a tensão do sinal e a soma das transições de mistura rica a mistura pobre transmitida por esta sonda, conforme mostra a figura 5. 

O sinal da sonda lambda pré-catalisador

Se a unidade de comando eletrônico (UCE) receber um sinal que não atende aos parâmetros estabelecidos, ele registra um código de falha em sua memória. 

Além das funções anteriores, a regulamentação OBDII impõe um controle do estado das sondas de oxigênio. Esse controle é feito em carga parcial e com a abertura fixa da borboleta. Quando estas condições estão presentes, a UCE faz variar constantemente a relação ar-combustível, medindo o tempo de resposta da sonda pré-catalisador, figura 6. Se o tempo de exceder determinado valor, ela conclui que a sonda controlada é “lenta”, o que exige sua troca. 

O sinal da sonda lambda pré-catalisador

O módulo de controle também controla constantemente a tensão de referência aplicada a sonda assim como o sistema de aquecimento. Se os valores detectados estiverem fora dos limites estabelecidos ou se o tempo de resposta for muito longo durante dois ciclos consecutivos, a UCE armazena um código de falha padronizado. 

Para reduzir a duração do controle obtendo dados significativos, a UCE determina o tempo de reação pela medição da inclinação do sinal de tensão. A inclinação do sinal corresponde à variação da tensão (∆V) dividida pela variação do tempo (∆T). O controle do estado da sonda de oxigênio é feito uma vez por ciclo de funcionamento do motor. A figura 7 exibe a técnica para medir o tempo de reação da sonda. 

O sinal da sonda lambda pré-catalisador

3. O que faz a mistura ficar rica ou pobre?

Vários fatores podem causar leitura indicativa de mistura rica: filtro de ar obstruído, problemas em velas e cabos de vela, mau 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: elevação de pressão ocasionada por obstrução no retorno ou problema no regulador de pressão, ou ainda queda de pressão na linha de combustível seguida de retorno da pressão normal também causam enriquecimento da mistura evidenciado pelo sinal da sonda conforme apresenta a figura 8. 

O sinal da sonda lambda pré-catalisador

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 servofreio, 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.

A figura 9 mostra o sinal da sonda que indica mistura pobre na relação ar/combustível. 

O sinal da sonda lambda pré-catalisador

4. Estudo de Caso

Para demonstrar a aplicação prática dos conceitos apresentados nesta matéria, iremos mostrar um caso, cedido gentilmente pelo reparador Francisco Edveudo Gomes Pinheiro, proprietário da Oficina O Pinheiro, localizada na rua Antonio Juracy Ricarte, bairro Passaré, cidade de Fortaleza no estado do Ceará.

O proprietário de um Peugeot 2007, figura abaixo, chegou na oficina relatando que toda vez que parava no sinal, o motor do veículo deixava de funcionar, ou seja, não segurava na marcha lenta. 

O sinal da sonda lambda pré-catalisador

Pinheiro, como é comumente chamado, realizou o planejamento de sua estratégia de diagnóstico, e decidiu como primeiro teste, passar o scanner automotivo a fim de verificar a presença de algum código de falha na memória da central de controle do motor. 

Ao realizar a verificação, constatou que não havia nenhum código e, assim, partiu para novas verificações. 

Utilizando o scanner para ver os parâmetros contínuos, ou monitor de dados para ver alguma anormalidade no sinal dos sensores, o reparador observou que o sinal da sonda lambda pré-catalisador estava diferente da norma. 

O sinal da sonda lambda pré-catalisador

Ao ver o parâmetro sinal da sonda no modo gráfico do scanner concluiu que havia problemas na mistura, pois de acordo com a imagem havia momentos de enriquecimento da mistura. Entretanto, antes de iniciar o procedimento de verificação da causa do problema, Edveudo, utilizando-se de um osciloscópio, procurou visualizar o sinal da sonda com maiores detalhes para confirmar se realmente ocorria o enriquecimento. A figura abaixo exibe o sinal da sonda capturado pelo osciloscópio. 

O sinal da sonda lambda pré-catalisador

Ao ver a imagem confirmou que realmente havia o enriquecimento. O técnico, utilizando-se de sua experiência e dos conhecimentos adquiridos em treinamentos e capacitações que constantemente fazia , partiu para a análise do sistema de combustível verificando a pressão da linha com o intuito de constatar alguma variação de pressão que justificasse os repentinos enriquecimentos da mistura. 

O sinal da sonda lambda pré-catalisador

Após a analise da pressão da linha de combustível constatou que a pressão baixava para um valor de aproximadamente 2 Bar e voltava repentinamente para a pressão normal em torno de 4 Bar, e que nesse momento de retorno para a  pressão normal ocorria o enriquecimento da mistura.

Desta forma, o técnico substituiu a bomba de combustível e fez uma nova verificação do sinal da sonda para confirmar a eficiência do diagnóstico. 

A figura abaixo apresenta o sinal da sonda perfeita, evidenciando o funcionamento regular do sistema de combustível e, desta forma, confirmando a assertividade do diagnóstico. 

O sinal da sonda lambda pré-catalisador

Caros leitores, nesta matéria procuramos mostrar a possibilidade de análise de diversos sistemas do veículo através da observação do sinal da sonda lambda pré-catalisador a fim de capacitá-los na realização de diagnóstico tendo como referência a relação da mistura ar/combustível. 

Até a próxima.

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