Injeção Eletrônica: Sonda Lambda, monitorando o teor de Oxigênio

Resumidamente um sistema de injeção eletrônica trabalha recebendo informações dos sensores, comparando essas informações à parâmetros pré estabelecidos e então comandando os atuadores de maneira devida.

Por muito tempo tinha-se o controle do que entrava no motor(ar e combustível), mas não do resultado do processo de combustão(os gases de escape), ou seja, o sistema trabalhava no modo que chamamos deMalha aberta(Open-loop mode).

Com a busca da máxima eficiência dos motores, teve-se a necessidade de monitorar o que sai dos escapamentos, então foi criada a Sonda Lambda. Mas antes de destrinchar mais este sensor, precisamos entender o que é mistura e o que é o fator lambda(λ), então vamos lá!

Entendendo a influência da mistura ar/combustível e o fator lambda - λ:

Para que um motor funcione basta que se tenha uma boa quantidade de massa de ar, um pouco de combustível e claro, a centelha da vela de ignição(lembrando que estamos lendo sobre injeção de motores otto!). O motor certamente irá funcionar, mas para que esse motor funcione eficientemente a proporção de ar e combustível deve ser ideal.

Teoricamente a proporção ideal é 14,7:1, ou seja, para 1 kg de combustível é necessário 14,7kg de ar, esta é a que chamamos de Mistura Estequiométrica. A mistura estequiométrica é obtida com o ciclo de informações entre sonda e ECU, quando  a mistura está rica, a ECU reduz a quantidade de combustível, e quando está pobre, aumenta a quantidade de combustível. Repetindo esse processo até que se obtenha a mistura ideal.

O fato é que a proporção da mistura está fortemente ligada ao consumo específico e a performance doCatalisador, logo, economia de combustível e emissão de poluentes. Obtém-se um menor consumo de combustível com excesso de ar(mistura pobre) – até certo ponto – , e maior aproveitamento do catalisador com mistura ideal.

Embora o motor trabalhe a maior parte do tempo buscando a mistura ideal, o sistema varia a proporção da mistura para atender a diferentes situações, como por exemplo partida à frio, desaceleração(cut-off) e plena carga, nestas situações a ECU altera a quantidade de combustível injetada para atender as exigências impostas pelo condutor.

Crédito Foto: http://www.lambdasensor.com/

Tem-se então a importância do fator lambda. Lambda(λ) é o coeficiente de ar, a diferença da massa de ar admitida em relação a massa necessária para a mistura estequiométrica, com isso temos os seguintes relações:

λ=1 – A massa de ar admitida é equivalente a massa de ar necessária para a mistura estequiométrica;

λ<1 – A massa de ar admitida é menor que a massa de ar necessária para a mistura estequiométrica, portanto , chamamos mistura rica;

λ>1 – A massa de admitida é maior que a massa de ar necessária para a mistura estequiométrica, portanto, chamamos mistura pobre.

Parece estranho, mas embora o sistema esteja sempre buscando a mistura ideal de ar e combustível, a variação do λ nos mostra que o termo “mistura ideal” nem sempre é o propício para determinadas situações. O sistema precisa variar a quantidade de ar admitido para mais ou para menos buscando atender as necessidades impostas ao motor.

Analisando o gráfico fica mais fácil de compreender que, não existe valor ideal, e sim o lambda adequando a situação exigida. Para se extrair boa potência sem sacrificar o consumo de combustível, o sistema empobrece levemente a mistura(λ>1), note que a relação ar/combustível já é um pouco maior.

Em velocidade constante e com pouca abertura da borboleta, o sistema busca a relação ideal, contribuindo para melhor o trabalho do catalisador, que possui melhor eficiência quando o motor trabalha com a mistura ideal, e claro, quando atinge sua temperatura de trabalho.

Mas quando a situação exige força total, tudo muda, o sistema passa a trabalhar com a mistura levemente rica para extrair o máximo de potência possível do motor.

Vejamos agora os detalhes da Sonda Lambda.

O que é Sonda Lambda ?

Trata-se de um sensor de concentração, neste caso(automóveis), é utilizado para detectar o teor de oxigênio nos gases de escape do motor.

Função da Sonda Lambda:

Detectar a concentração de oxigênio nos gases de escape, compara-la ao ar que está localizado internamente na sonda(Ar de amostragem), e por meio de pulsos elétricos, informar a ECU se há excesso ou falta de oxigênio, para que a mesma faça as devidas alterações na proporção da mistura Ar/Combustível.

Por dentro da Sonda Lambda:

Trata-se de um sensor gerador de sinais, sua ponta sensível é composta de zircônio, e abriga uma pequena quantidade de ar, o chamado Ar de amostragem. Uma camada de platina envolve a ponta sensível interna e externamente.

A sonda é um eletrólito em estado sólido, que quando em temperatura de trabalho(300°c) atraí os íons de oxigênio contidos nos gases de escapamento. Sensível, a sonda possui uma grande facilidade contaminar-se com elementos agressivos contidos no combustível, chumbo é um exemplo, podendo inutilizar o sensor.

Para aumentar a velocidade de resposta da sonda quando o motor está frio, foi introduzida um resistência para aquecer a sonda, uma das formas de percebe-la é pelo  número de fios. A quantidade de fios indica se a mesma possui aterramento na carcaça ou ECU, e se possui resistência de aquecimento.

- 1 Fio: Sem resistência e aterramento na carcaça;
- 2 Fios: Sem resistência e aterramento na ECU;
- 3 Fios: Com resistência e aterramento na carcaça;
- 4 Fios: Com resistência e aterramento na ECU.

Embora seja um gerador de sinais, a sonda lambda possui um sinal fraco em relação a tensão, sua faixa de trabalho é entre 0 e 1 volt, mas se a ECU recebe um sinal extremo(0 ou 1 volt), ela grava um código de avaria na memória. A faixa de trabalho normal da sonda é entre 0,2 a 0,8 milivolts.

Funcionamento da Sonda Lambda:

Com o motor funcionando, a sonda já começa a enviar sinais para a ECU, o sensor só consegue enviar sinais verdadeiros depois dos 300°c, por isso, a ECU ignora o sinal do sensor até que o motor atinja sua temperatura de funcionamento. Atingida esta, a ECU passa a interpretar o sinal da sonda, que é obtido da seguinte forma:

O zircônio em temperatura de trabalho conduz íons de oxigênio, ou seja, atrai o oxigênio contidos nos gases que fluem pelo escapamento. A diferença de concentração de oxigênio dos gases de escape em relação ao ar amostral contido dentro da sonda gera uma tensão elétrica nos terminais da sonda. Essa tensão é enviada a ECU que interpretará como mistura rica ou pobre, e assim fará as devidas correções.

- Quando a concentração de oxigênio é baixa, caracterizando mistura rica, a tensão enviada pela sonda e alta, λ<1;

- Quando a concentração de oxigênio é alta, caracterizando mistura pobre, a tensão enviada pela sonda é baixa, λ>1;

- Quando  a concentração de oxigênio é igual a concentração do ar amostral, neste caso sendo mistura ideal, a tensão enviada pela sonda gira em torno de 500mV, λ=1.

Interpretação da ECU e o controle em Malha Fechada:

A ECU recebe os sinais do sensor e dependendo destes, enriquece ou empobrece a mistura ar/combustível. Se a ECU recebe um sinal de mistura pobre, ela enriquece a mistura buscando a mistura ideal(λ=1 e 500mV), ultrapassando este valor a ECU, informada pela sonda, empobrece a mistura novamente. O sistema trabalha nesse ciclo, monitorando e corrigindo, sempre buscando a mistura ideal, este ciclo é chamado de Malha Fechada.

Fatores que influem no sinal incorreto da Sonda Lambda:

Estando no tubo de escapamento do veículo, a sonda está exposta também a qualquer contaminação que o combustível venha a ter, por isso, muitas vezes algumas falhas detectadas não são por defeito na sonda, e sim por fatores que causaram uma concentração fora da faixa de medição da sonda, são elas:

- Gasolina Adulterada: A maior fraqueza do sensor de oxigênio é o contato com o chumbo, ao abastecer com gasolina adulterada, o teor de chumbo pode estar acima do permitido. O chumbo além de reduzir drasticamente a vida útil da sonda, também prejudica componentes do motor nos quais tem contato.

- Mistura excessivamente rica ou pobre: Se por algum motivo o motor está trabalhando com mistura pobre ou rica em excesso, a sonda será prejudicada. Com mistura rica grande parte do combustível não é queimado, causando a contaminação da sonda e o aumento do índice de emissões de poluentes. Mistura pobre em excesso causará um aumento de temperatura considerável na câmara de combustão, os gases com temperatura muito maior prejudicaram a sonda.

- Carbonização: Seja ela seca ou úmida, uma parte do detrito originado das queimas imperfeitas do combustível, ao serem expulsos no tempo de escape, contaminam a sonda interferindo no seu sinal. Saiba mais sobre carbonização.

Pelos motivos acima, se no scanner é indicado sinal de sonda anormal, o correto a ser feito é investigar o porque da sonda enviar esse valor.

Teste da Sonda Lambda:

Simples, de posse de um multímetro, selecione a opção de Tensão, e coloque e a ponta de prova positiva no fio positivo – linha 15 – do sensor, a ponta de prova negativa deve ser colocada no aterramento da sonda, que pode ser na própria carcaça da sonda ou na ECU.

A sonda lambda foi definitiva para completar o controle do sistema de injeção sobre os gases de escape, indiretamente ela ajuda a proteger o Catalisador de compostos agressivos e combustível queimado parcialmente. Comprovada sua eficiência, foi introduzida mais uma sonda ao sistema, esta localiza-se após o catalisador atendendo ao novo padrão OBD-BRII.

O tempo de vida útil deste sensor é indeterminado, mas você pode contribuir para o seu bom funcionamento abastecendo em postos de confiança, realizando a manutenção preventiva no tempo certo e utilizando o óleo especificado pelo fabricante.Gostou ? quer acrescentar alguma dica ou ficou alguma duvida? Deixe seu comentário.

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