Funcionamento e detalhes da Sonda Lambda da Injeção Eletrônica

Resumidamente um sistema de injeção eletrônica trabalha recebendo informações dos sensores, comparando essas informações a 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 de malha 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.

Este artigo tem como objetivo abordar a importância da sonda lambda para a operação do motor, bem como o funcionamento do próprio componente.

Influência da mistura ar/combustível e o fator lambda λ

Para que o 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. O motor certamente funcionará, 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 14,7 kg de ar, esta é chamada mistura estequiométrica.

A mistura estequiométrica é obtida com o ciclo de informações entre sonda e a PCM, quando a mistura está rica, a PCM comanda a redução da 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 especifico e a performance do catalisador. 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 a frio, desaceleração (cut-off) e plena carga, nestas situações a PCM altera a quantidade de combustível injetada para atender as exigências impostas pelo condutor.

Lambda 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:

  • 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 – λ > 1.

Parece estranho, mas embora o sistema esteja sempre buscando a mistura ideal de ar e combustível, a variação do lambda nos mostra que o termo “mistura ideal” nem sempre é adequado 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, note que a relação ar/combustível 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.

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.

Função

Trata-se de um sensor de concentração de oxigênio utilizado para detectar o teor deste nos gases de escape do motor. A concentração de oxigênio nos gases de escape é comparada ao ar atmosférico que está localizado internamente na sonda (ar de amostragem). Através de pulsos elétricos a PCM consegue entender se há excesso ou falta de oxigênio, para que a mesma faça as devidas alterações na proporção da mistura ar / combustível.

Componentes

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) atrai 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 por exemplo, podendo inutilizar o sensor.

Para aumentar a velocidade de resposta da sonda quando o motor estiver frio, foi introduzida um resistência para aquecer a sonda. Uma das formas de perceber a ausência ou não desta resistência, é pelo número de fios. A quantidade de fios indica se a mesma possui aterramento na carcaça ou na PCM, e se possui resistência de aquecimento.

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

Embora seja um gerador de sinais, a sonda lambda possui um sinal fraco em relação a tensão, sua faixa de trabalho está entre 0 e 1 volt, mas se a PCM recebe um sinal extremo (0 ou 1 volt), um código de avaria é registrado na memória. Os valores no qual da sonda nos quais a PCM entende como funcionamento normal do motor, está entre 0,2 a 0,8 milivolts.

Funcionamento

Com o motor funcionando, a sonda começa a enviar sinais para a PCM. Entretanto o sensor apenas envia sinais verdadeiros depois dos 300°C. Dessa forma, a PCM ignora o sinal do sensor até que o motor atinja sua temperatura de funcionamento. Atingida esta, a PCM 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 PCM que interpretará como mistura rica, pobre ou dentro da faixa de funcionamento normal, 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 500 mV, λ = 1.

PCM e Malha Fechada:

A PCM 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(Î=1 e 500 mV). Ultrapassando este valor, a PCM, 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 veiculo, 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 está indicando 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.