Desde a sua criação, em meados dos anos 60, o CARB (Comitê de Administração dos Recursos do Ar da Califórnia) tem legislado no sentido de promover a diminuição da poluição provocada pelas emissões automotivas.
Uma das primeiras medidas foi, a partir de meados dos anos 60, implantar a "recirculação" dos vapores do cárter através do sistema de “Blow-By”. Anteriormente, os gases eram despejados na atmosfera através de um tubo de ventilação direcionado para baixo e para trás. Ao movimentar-se o veículo, o efeito venturi favorecia o escoamento dos vapores.
Já para atender a uma nova legislação, no início dos anos ´70, foi necessário adicionar o sistema de recirculação dos gases de escape (EGR) e fazer modificações no sistema de ignição e no carburador.
Na medida em que a legislação ia se tornando mais rígida, no ano 1975 foi incorporado o catalisador. Este fato exigiu a retirada do chumbo da gasolina, o que diminuía o poder antidetonante do combustível utilizado.
Como resultado, os motores passaram a trabalhar com taxas de compressão menores. O próximo passo (início dos anos 80) foi a aplicação do controle eletrônico aos sistemas de injeção e ignição.
As primeiras especificações surgiram de resoluções do comitê CARB (no estado da Califórnia), que trabalha em conjunto com outra entidade, a EPA, que no nível federal, estabelece normas de controle dos recursos energéticos e de proteção ao meio ambiente.
A legislação ambiental impõe limites máximos às emissões provocadas por veículos automotivos e para atender a tais normas, os fabricantes fazem uso de diversos mecanismos e dispositivos, os quais por sua vez, devem ser supervisionados e diagnosticados quanto ao correto funcionamento.
O padrão OBDII pretende, precisamente, padronizar tudo aquilo relacionado com o diagnóstico de dispositivos, funções e sistemas utilizados no controle das emissões.
As disposições estabelecidas são uma evolução daquelas promovidas pelo padrão OBDI, que vigorou entre 1988 e 1995, nos Estados Unidos.
A partir de 1988 o CARB estabeleceu que todos os veículos vendidos no estado da California incorporassem, em sua unidade de comando, um sistema de diagnóstico capaz de detectar defeitos nos elementos e sistemas de controle de emissões.
Esta norma (sem padronização), denominada OBDI, especificava que um aviso luminoso deveria acender na presença de falha relacionada com as emissões e desligada, assim que desaparecesse. Os sistemas OBDI são, também, conhecidos como "sistemas pré-OBDII".
Após um curto período, o CARB concluiu que o padrão OBDI não era suficientemente eficiente na determinação do elemento que provocara o defeito; em alguns casos, veículos com falha passavam os procedimentos oficiais de inspeção veicular (denominados "Procedimentos de I/M"; inspeção e manutenção), sem que elas fossem detectadas.
Por tanto, um novo conjunto de especificações foi desenvolvido pelo CARB, e que a EPA incorporou ao seu conjunto de normas em 1990.
Esta nova especificação resultou na reformulação do sistema de diagnóstico. Surgiu assim, a norma OBDII, a qual deveria ser aplicada, nos Estados Unidos, a partir de 1994-1996.
Evolução
OBDI: Estabelecida nos EE.UU., em 1988. Aplicada em veículos com motor de ciclo Otto, não é padronizada.
OBDII: Estabelecida nos EE.UU. em 1996/1997. Aplicada em veículos com motor de ciclo Otto a partir de 1996 e, em veículos de ciclo Diesel, desde 1997.
EOBD: Implantada em Europa, com pequenas modificações (com relação à norma OBDII) a partir do ano 2000, em veículos com motor de ciclo Otto, e a partir de 2003, em veículos leves com motor de ciclo Diesel ou GNV/GLP. A partir de 2005 a norma foi implantada em veículos pesados.
JOBDII: Implantada no Japão a partir do ano 2000, em veículo com motor de ciclo Otto. Esta norma é utilizada na maior parte dos países asiáticos.
Um dos itens fundamentais estabelecidos pela norma é o da padronização. Nesse sentido, os padrões propostos baseiam-se em normas estabelecidas pela SAE (Society of Automotive Engineers ou Sociedade dos Engenheiros Automotivos) e pela ISO (International Standard Organization ou Organização Internacional de Normatização).
As especificações iniciais estavam contidas em documentos da SAE (normas SAE Jxxxx), entidade responsável pela sua atualização. A partir do ano 2000 a responsabilidade pela manutenção da norma OBDII passou para a ISO. Por seu lado, as normas SAE acompanham a evolução.
De forma gradual, normas similares ao padrão OBDII foram sendo aplicadas em outros países. No Brasil, a resolução CONAMA 354/2004 "dispõe sobre os requisitos para adoção de Diagnose de Bordo-OBD, nos veículos automotores leves, objetivando preservar a funcionalidade dos sistemas de controle de emissão".
OBDBr
A resolução CONAMA 354/2004 estabelece a utilização de sistema de diagnose de bordo (OBD) para veículos leves de passageiros e leves comerciais de ciclo Otto, em duas etapas complementares e consecutivas denominadas OBDBr-1 e OBDBr-2.
- O sistema de diagnose de bordo OBDBr-1, implantado a partir de 01/01/2007, através da Instrução Normativa IBAMA 126/2006 possui características mínimas para a detecção de falhas nos componentes típicos de controle de emissões: MAP, MAF, ECT, ACT, HO2S, VSS, CMP, CKP, EGR, KS, Injetores, Ignição, UC, Lâmpada de anomalia.
- O sistema de diagnose de bordo OBDBr-2, implantado a partir de 01/01/2010, através da Instrução normativa IBAMA 24/2008 complementa a OBDBr-1 com: detecção de falhas de combustão, deterioração dos sensores de oxigênio, deterioração da eficiência de conversão do catalisador, válvula de purga do canister.
OBDBr-D
A resolução CONAMA 415/2009 determina a utilização de sistema de diagnose de bordo (OBD) para veículos leves de passageiros (VLP) e leves comerciais (VLC) de ciclo Diesel. VLC é considerado todo veículo cujo peso é inferior a 3856 kg. A Instrução Normativa CONAMA 5/2013 define as características do sistema OBDBr-D para assegurar a inspeção, diagnóstico ou manutenção do veículo de forma irrestrita e normalizada. Isto inclui todos os sensores e atuadores de controle do motor e do sistema de pós-tratamento.
As instruções normativas estabelecem critérios para a verificação do funcionamento dos dispositivos/sistemas indicados nas normas OBDBr e OBDBr-D. Isto inclui os protocolos de comunicação dos equipamentos de aquisição de dados (“scan tool” ou "scanner"), suas interfaces, e a padronização das informações armazenadas na memória das unidades de comando (falhas e parâmetros de funcionamento).
Padrão OBDII
Como mencionado, o padrão OBDII tem 3 objetivos principais:
1. Reduzir as emissões provocadas pelos veículos automotivos.
2. Reduzir o tempo entre a ocorrência de uma falha e a sua detecção e reparo.
3. Auxiliar no diagnóstico e reparo do defeito.
A figura 1 apresenta os requerimentos básicos do programa de diagnóstico executado nas unidades de comando (UC) para atender aos objetivos apontados acima.
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Para cumprir com tais objetivos, a norma especifica os testes de diagnóstico que deverão estar implementados nas unidades de comando de todos os sistemas de eletrônica embarcada relacionados com as emissões, basicamente, motor e transmissão automática.
Também padroniza o diálogo entre o equipamento de teste (scanner) e as referidas unidades, definindo assim, um equipamento “genérico”.
Basicamente, a norma OBDII estabelece que um código de falha (DTC) deve ser gravado quando em função de falha num determinado componente ou sistema, as emissões atinjam o limite de 1,5 vezes o valor de certificação. O código correspondente deve identificar o componente ou sistema envolvido.
A norma estabelece também que o sistema deve acender uma luz de advertência no painel, e armazenar as condições de operação, representadas pelos parâmetros de funcionamento do motor (rotação, temperatura, carga, TPS, etc.), quando da primeira vez que ocorre a falha. (ver adiante Dados Congelados ou Quadro Instantâneo de Parâmetros - QIP).
A norma estabelece também, que, através do equipamento genérico seja possível recuperar e apagar os códigos e acessar todas as informações (parâmetros de funcionamento) relativas às emissões.
A implementação do padrão OBDII não permite medir diretamente as emissões no escapamento. Detecta a condição de falha de forma indireta, fazendo cálculos baseados nas informações recebidas dos sensores.
Em princípio, o objetivo do padrão foi o de definir as condições de verificação dos dispositivos e sistemas relacionados com as emissões veiculares e especificar um acesso uniforme aos resultados de tais verificações; isto, através de um único tipo de equipamento "genérico" ou padrão para todos os veículos.
Além da padronização das informações, outro objetivo do padrão OBDII foi o de substituir a verificação de emissões com análise de gases. Isto, fazendo uso da funcionalidade de autodiagnóstico, característica do padrão OBDII.
Nesse caso, o estado do sistema de controle de emissões do veículo pode ser avaliado, simplesmente, conectando o equipamento de teste genérico ao conector de diagnóstico, dispensando assim, o analisador de gases.
Modo Genérico e Proprietário
Desde o ponto de vista do equipamento de teste e do sistema de diagnóstico, no ambiente OBDII existem os conceitos: "genérico" e "proprietário".
Genérico
Este conceito diz respeito de todas as especificações que os fabricantes devem implementar de forma obrigatória, para permitir que equipamentos de teste de terceiros, identificados como "scanners genéricos", tenham acesso a um mínimo de informações de diagnóstico padronizadas.
São as normas OBDII precisamente que especificam o tipo de informação e a forma em que esta deve ser acessada. Como resultado disto, um único equipamento permite realizar o diagnóstico em qualquer veículo que adere ao padrão OBDII.
É importante salientar que o objetivo básico da norma é disponibilizar, de forma padronizada, o mínimo indispensável de informações relacionadas com as emissões, o que pode resultar insuficiente para a realização de um diagnóstico eficiente, principalmente, face à complexidade dos sistemas atuais.
Basicamente, a utilização de um equipamento ("scanner") genérico permite:
- Ler e apagar os códigos de falha armazenados na memória juntamente com o Quadro Instantâneo de Parâmetros (dados congelados).
- Visualizar parâmetros de funcionamento do motor.
- Visualizar o resultado de testes executados pelos monitores de diagnóstico.
- Visualizar códigos de falha pendentes.
- Realizar teste de atuador correspondente ao sistema de emissões evaporativas.
- Apresentar informações sobre o protocolo de comunicação utilizado, VIN (número de identificação do veículo), entre outras.
Nota: OBDII é um padrão dinâmico que vai sendo modificado periodicamente com o objetivo de assimilar os avanços tecnológicos.
Quando da sua aplicação parcial, nos EE UU em 1996, a especificação original permitia a visualização de, aproximadamente, 36 parâmetros de funcionamento, não todos eles aplicáveis a um mesmo veículo. Geralmente, veículos dessa época suportam até 20 parâmetros.
A partir de 2004, e para sistemas com protocolo CAN, esse número aumentou para mais de 100 parâmetros.
Proprietário
Este conceito diz respeito das informações de diagnóstico que o fabricante deseja disponibilizar a mais, ou seja, fora do padrão.
Em princípio, estas informações somente poderiam ser acessadas utilizando o equipamento de teste do próprio fabricante ou outro de terceiro que emule a funcionalidade do primeiro.
Na totalidade dos casos, o uso de equipamento proprietário permite acessar todas as funcionalidades disponibilizadas pelo sistema de diagnóstico, as que resultam superiores em número e prestações àquelas especificadas pela norma OBDII.
Requerimentos do Padrão OBD II
A figura 2 apresenta os requisitos básicos que devem ser atendidos por um veículo que adere à norma OBDII.
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Em princípio, a norma determina que a UC (Unidade de Comando) de controle do motor monitore e realize testes de autodiagnóstico, no sistema de controle de emissões do veículo, isto é, no trem de força: motor e transmissão.
A norma OBDII requer que uma lâmpada de diagnóstico, denominada MIL ("Malfunctio Indication Lamp"; do inglês: lâmpada de indicação de falha) ilumine, e um código de falha seja gravado na memória da UC, toda vez que algum sistema ou dispositivo apresenta defeito, ou se deteriora, de forma tal que o nível de emissões excede 1,5 vezes, o limite especificado para o modelo de veículo em questão.
Nos padrões OBDBr e OBDBr-D, a lâmpada é identificada com a sigla LIM (Lâmpada Indicadora de Mau Funcionamento) e deve iluminar toda vez que algum sistema ou dispositivo apresenta defeito, ou se deteriora, de forma tal que o nível de emissões excede o limite máximo especificado na resolução do CONAMA, correspondente ao veículo analisado.
Em função da evolução tecnológica e das exigências, cada vez mais rígidas com relação às emissões, a norma OBDII original especificava uma série de requisitos básicos aos quais foram adicionando-se outros ao longo dos anos.
Cabe salientar que a norma OBDII é um padrão dinâmico. Atualmente, devem estar presentes, em todo sistema de diagnóstico que adere à mesma, os seguintes dispositivos e funcionalidades:
- Conector de diagnóstico padronizado, no que diz respeito ao seu formato e a alocação de terminais. Deve estar num local ao alcance do operador do equipamento de teste quando sentado no banco do motorista, como indicado pelas setas da figura 3. É identificado com a sigla DLC
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- Códigos de falha padronizados para todas as anomalias relacionadas com as emissões. Basicamente, motor, transmissão automática e sistema de pós-tratamento. São identificados com a sigla DTC. São os “códigos genéricos". No entanto, a norma aloca códigos DTC para serem utilizados pelos fabricantes, ao seu critério. São os “códigos proprietários".
Nota: Ainda que não relacionados com as emissões, a norma define códigos genéricos para falhas em sistemas de “carroçaria” (airbags, cintos de segurança) e falhas em sistemas de chassi (ABS-TC, suspensão, estabilidade). No caso de veículos com rede multiplexadas, são definidos códigos para as falhas de comunicação.
- Indicação luminosa exclusiva (lâmpada MIL/LIM), da presença de falhas nos sistemas e componentes relacionados com as emissões. Caso o fabricante deseje indicar outros tipos de anomalias, deverá utilizar outro indicador luminoso.
- A lâmpada de diagnóstico (MIL/LIM) deve iluminar, e um código de falha deve ser registrado na memória do módulo, sempre que seja detectada uma condição de funcionamento tal que as emissões de HC (hidrocarbonetos) ultrapassem o limite estabelecido para esse modelo de veículo.
- Possibilidade de obter os códigos armazenados na memória, e parâmetros de funcionamento do motor, através de equipamento de diagnóstico padrão ("scanner" genérico).
- Através do uso desse equipamento padrão, deve ser possível conhecer as condições de funcionamento do motor sob as quais foi detectada a falha mais prioritária.
Para tal fim, a UC deve armazenar na memória, junto com o DTC, os valores de parâmetros de funcionamento do motor (temperatura, rotação pressão do coletor, etc.) no momento em que foi detectado o defeito. É o denominado "Quadro Instantâneo de Parâmetros" ou "Freeze Frame" (do inglês: quadro de valores congelados).
- Procedimento padronizado de como e quando devem ser registradas as falhas de emissões.
- Denominação padronizada para componentes e sistemas relacionados com as emissões.
- Padronização do protocolo de comunicação entre o equipamento de teste e as diversas unidades de comando eletrônico do veículo. Atualmente, as normas ISO-15031/SAE-J1979 padronizam 5 protocolos: VPW; PWM; ISO 9141; KWP 2000, ISO 15765 (CAN). Este último é o principal protocolo utilizado nos sistemas OBDII/EOBD, a partir de 2008.
Como indicado na figura 4, em função dos requisitos acima enumerados, o programa de diagnóstico, implementado num sistema que adere ao padrão OBDII, deve realizar:
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- Monitoramento de todas as funções e dispositivos relacionados com as emissões automotivas. Isto, quanto à integridade e plausibilidade dos sinais recebidos e comandos executados.
- Verificação contínua dos dispositivos de pós-tratamento: eficiência do filtro de particulado e capacidade de conversão do(s) catalisador(es): catalisador de 3 vias; catalisador oxidante, catalisador de NOx. No caso do catalisador de 3 vias, para avaliar a eficiência de conversão, é utilizada uma segunda sonda lambda após o catalisador.
- Quando o simples monitoramento das funções e dispositivos de controle das emissões não for conclusivo, a UC deverá aplicar testes ativos ("intrusivos") com o objetivo de verificar o correto funcionamento.
Dependendo do sistema do trem de força (motor e transmissão automática) analisado, o monitoramento pode ser contínuo (durante todo o período de funcionamento do motor) ou não-contínuo (uma vez a cada ciclo de funcionamento do motor).
Como mencionado, para detectar falhas que possam afetar o nível de emissões, em alguns casos, a UC deve aplicar testes ativos (intrusivos) que permitam verificar o funcionamento do sistema monitorado, de forma automática e sem perturbar o funcionamento normal do veículo.
Por exemplo, para avaliar o funcionamento do sistema de controle de emissões evaporativas a UC deve verificar periodicamente a estanqueidade do mesmo, ou seja, que não existam fugas ou vazamentos.
Assim, a UC deverá fechar a tubulação do sistema, aplicar uma sobrepressão ou vácuo no mesmo, e avaliar a possível queda de pressão ou do vácuo durante um período determinado. Uma variação além do especificado será indicação de falta de vedação apropriada.