A sonda lambda é um componente fundamental para gerenciamento eletrônico do motor e o funcionamento correto do automóvel, pois tem a capacidade de analisar os gases liberados pelo motor
Oxigênio e combustível: é assim que ocorre a combustão de grande parte dos motores de automóveis. Resumindo, sem a junção desses elementos não é possível obter a combustão interna necessária ao seu funcionamento. Isso provavelmente não é novidade para os mecânicos e reparadores do setor. Mas, será que todos sabem como atingir a proporção ideal entre combustível e comburente? Para isso, é necessário conhecer um pouco mais da função desempenhada pela sonda lambda.
A sonda lambda, também conhecida como sensor de oxigênio (sensor de O² ou sensor EGO), é um dispositivo responsável por levar informações ao módulo de injeção eletrônica. Por meio de sinais elétricos, a sonda indica a presença de oxigênio nos gases de escape, o que possibilita o controle da quantidade de combustível que será enviado para o motor.
Onde fica a Sonda Lambda?
O nome pode parecer estranho inicialmente, mas a sonda lambda é uma espécie de “nariz” do motor, localizado geralmente no coletor do escapamento.
Vamos entender melhor o porquê de esta peça ser tão importante para os carros e quais as verificações necessárias antes da troca.
Afinal, o que é sonda lambda?
Lambda é uma letra do alfabeto grego, representada pela simbologia Λ – λ, muito utilizada no campo das Ciências e com significados distintos para cada uma das áreas (Álgebra, Física Nuclear, Química, Computação, entre outras). Nos carros, ela pode ser utilizada para descrever o volume de ar na mistura “combustível-ar”. É exatamente isso o que a sonda lambda faz: mede a quantidade de oxigênio presente nos gases eliminados pelo motor.
Esse dispositivo é essencial para que o sistema de injeção trabalhe com eficiência. A posição da sonda lambda pré-catalisador no carro é estratégica: localizada entre o coletor de exaustão e o catalisador, a peça analisa a quantidade de O2 nos gases expelidos pelo motor e envia essa informação à unidade de comando da injeção.
Quantos tipos de sonda lambda existem?
A sonda lambda pode variar de carro para carro. Com o desenvolvimento da tecnologia e as atualizações do mercado automobilístico, podem ser encontrados veículos com diferentes tipos de sonda.
Existem basicamente dois tipos de sonda:
● Sonda lambda de banda estreita (Narrow band sensor) – avalia a combustão somente na faixa estequiométrica do motor.
● Sonda lambda de banda larga (Wide band sensor) – avalia a combustão em praticamente todas as condições de trabalho do motor: marcha-lenta, plena carga, entre outros.
O grupo de sondas lambda de banda estreita é mais popularmente encontrado no mercado. Por isso, é importante saber que elas se dividem, ainda, em sondas comuns (finger) e sondas planares.
No mercado nacional encontramos basicamente esses dois tipos de sonda lambda. A primeira, do tipo finger ou dedal, este nome lhe é atribuído devido ao formato de sua parte externa que fica em contato com os gases de escape ser semelhante ao formato de um dedo.
Já o segundo, conhecida sonda lambda planar, é uma evolução da primeira, e tem como principal vantagem, uma maior velocidade de medição da concentração de oxigênio nos gases de escape, otimizando o controle da mistura ar combustível pela central de controle do motor, aumentando a eficiência da combustão e reduzindo a emissão de poluentes.
Para diferenciar o sensor comum do sensor planar, o reparador deve conferir a aplicação do sensor antes de substituir o componente que está aplicado no veículo em teste. As fabricantes costumam disponibilizam tabelas completas de aplicação.
Como identificar os tipos de sonda lambda
A identificação exata da peça pode, inclusive, gerar dificuldades para os reparadores na hora do diagnóstico do funcionamento e manutenção.
Para diferenciar os tipos de sensor de oxigênio existem dois métodos:
O primeiro consiste basicamente na verificação visual da parte externa da sonda, como já foi dito, a finger tem a aparência de um dedo, já a planar, tem o aspecto plano e achatado.
O segundo método como o primeiro depende da análise visual, neste caso, do posicionamento dos dois fios brancos utilizados para alimentar o elemento aquecedor da sonda.
Na sonda tipo finger os dois fios brancos estão em diagonal um em relação ao outro, já na do tipo planar os dois fios brancos estão posicionados lado a lado ou em paralelo um em relação ao outro.
Assim, com esses dois métodos básicos você consegue identificar qual o tipo de sonda está no veículo sob análise e saber se sua aplicação está correta.
A figura abaixo demonstra em detalhes as diferenças entre as sondas.
Além disso, existem outros métodos que auxiliam na diferenciação:
- Análise da grelha do sensor (furos frontais ou laterais) realizada de forma visual. Esse teste pode ser pouco eficaz, visto que muitas fabricantes passaram a produzir todos os sensores com a grelha de furos frontais.
- Também é possível verificar a resistência da sonda lambda. No sensor comum ela fica em torno de 2 a 5 Ohms, enquanto a sonda planar apresenta resistência entre 8 e 12 Ohms.
- Observe a posição dos fios do aquecedor da sonda: na sonda lambda planar, os fios brancos se encontram lado a lado. Já na sonda comum, os fios brancos ficam intercalados.
- Por fim, uma das principais características que diferencia se um veículo utiliza sonda comum ou planar é o controle negativo do aquecedor. Nos sensores planares o controle é feito pela central de injeção, por meio de um sinal de modulação de largura de pulso, também conhecido como PWM (pulse with modulation). Já, nos modelos comuns o controle do negativo pode ser feito pelo módulo de injeção, de maneira contínua, ou também estar ligado diretamente à massa do veículo.
Sondas de banda larga
Componente antes restrito a veículos premium, a sonda lambda de banda larga (conhecida comercialmente como sensor linear ou sensor de A/F) também começou a ser encontrada em automóveis mais acessíveis economicamente. Por outro lado, o funcionamento da injeção com esse modelo é um pouco diferente dos sistemas convencionais. Além disso, especialistas do setor afirmam que o diagnóstico deste sistema também é muito mais complexo.
Sensor Sonda lambda: para quê serve e qual sua importância?
Sabemos que o equilíbrio da mistura entre ar e combustível na câmara de combustão é determinante para o controle do consumo, emissão de poluentes e extensão da vida útil do catalisador.
Fazendo uso das informações emitidas pela peça, o sistema regula a quantidade de combustível injetado durante o tempo de admissão (injeção indireta). Com isso, o módulo da injeção eletrônica consegue avaliar se a mistura está rica ou pobre. Se for constatado alto nível de oxigênio nos gases de escape é sinal de que a mistura está pobre, mas se houver pouco oxigênio é indício de que a mistura está rica
A sonda lambda trabalha como um fiscal-controlador da qualidade da queima de combustível, ou seja, se as medidas de ar e combustível estão exatas para uma queima ideal. Uma mistura estequiométrica, por exemplo, além de se economizar gasolina e/ou etanol, também permite que o catalisador chegue a 95% de eficiência na conversão de elementos nocivos como CO (monóxido de carbono), NOx (óxido de nitrogênio) e HC (hidrocarboneto) em gases não poluentes.
Qual a função da sonda lambda pré-catalisador?
Nós também já vimos que a função da sonda lambda é medir a concentração de oxigênio nos gases de escape. Tem a função de informar ao módulo do motor a eficiência da combustão, constatando se a mistura está rica ou pobre, em relação a mistura estequiométrica.
Para entender melhor: A estequiometria é o cálculo da quantidade das substâncias envolvidas numa reação química. A equação é feita com base nas leis das reações (conservação das massas; proporções definidas e proporções múltiplas). O termo utilizado frequentemente na Termodinâmica para referir-se à “mistura perfeita” de um combustível e o ar.
Valores de trabalho da sonda lambda pré-catalisador
A sonda lambda pré catalisador tem uma tensão de resposta que deve variar constantemente, devido ao fato que o teor de oxigênio presente nos gases de escape mudam conforme o regime de funcionamento do motor.
A fim de facilitar o diagnóstico de falhas deste sensor a figura abaixo apresenta os valores de trabalho da sonda em funcionamento regular.
Caso o valor apresentado pelo sensor esteja travado em mistura rica ou pobre é um indicador de mal funcionamento do sensor. Para confirmar o técnico terá que realizar algumas estratégias de diagnóstico antes de substituir a sonda lambda.
Componentes
É composta por um elemento cerâmico a base de dióxido de zircônio (eletrólito sólido), envolto por um cilindro de platina (eletrodo positivo), e internamente, por um cone concêntrico de platina (eletrodo negativo), conector elétrico e um aquecedor do tipo PTC.
Como funciona a sonda lambda
A parte interna encontra-se em contato direto com ar atmosférico (21% de oxigênio), enquanto a outra está exposta aos gases de escape. Em temperaturas superiores a 300ºC, o elemento cerâmico torna-se condutor de íons de oxigênio e opera em função da diferença da concentração de oxigênio entre os gases de escape e o ar atmosférico, conforme exibe a figura abaixo.
Fator lambda e tensão da sonda
Observe a figura abaixo apresenta o gráfico da tensão de resposta da sonda em função do fator lambda.
Notem que na situação de mistura rica o fator lambda é menor que 1, e o valor de tensão emitido pela sonda fica próximo de 800mv, já numa situação de mistura pobre temos o fator lambda maior que 1 e o valor de tensão de aproximadamente 50mv.
Mistura rica e mistura pobre
Quando a mistura está RICA, o teor de oxigênio na descarga diminui. Assim, a diferença entre a concentração de O2 da descarga e da atmosfera se eleva. Como a tensão gerada pela sonda depende da diferença de concentração de O2, sua tensão se eleva. A figura abaixo exibe em detalhes os componentes e dinâmica de funcionamento.
Quando a mistura está POBRE, o teor de oxigênio na descarga é elevado. Assim, a diferença entre a concentração de O2 da descarga e da atmosfera diminui. Então, a tensão gerada pela sonda também diminui, conforme mostra a figura 6.
Função da sonda lambda pós catalisador
Informa ao módulo de controle do motor a eficiência do catalisador, se o mesmo está realizando a conversão dos gases nocivos em gases não nocivos.
A figura abaixo mostra o posicionamento deste sensor no veículo.
Valores de trabalho da sonda pós-catalisador
Para este sensor, o valor de sinal gerado deverá ser o mais estável possível, acima dos 450 mV, pois, durante o funcionamento do catalisador, na reação química ocorre o consumo de oxigênio.
Isso faz com que os gases após o catalisador tenham baixa concentração de oxigênio, gerando assim uma mistura rica, com pouco oxigênio.
Você sabe como testar a sonda lambda?
Toda vez que alguma coisa estiver errada com a combustão, a sonda lambda informará ao módulo, que por sua vez acenderá aquela famosa luzinha da injeção no painel de instrumentos do motorista. Muitas vezes, o dispositivo é acusado de estar defeituoso, enquanto a verdade os problemas estão ligados ao sistema de ignição, arrefecimento do motor ou em outros sensores e atuadores.
Seja em sistemas de injeção indireta com apenas uma sonda, ou em motores com injeção direta equipados com sondas de banda larga, o fato é que as sondas são bastante resistentes e duráveis. Os sensores de oxigênio são dimensionados para uma vida útil de no mínimo 80 mil km. Para avaliar a sonda lambda podem ser utilizadas técnicas voltadas a quatro características do aquecedor da sonda: teste da resistência, teste da alimentação positiva, teste do controle negativo e teste do aterramento do elemento sensor.
Outros testes eficientes para a análise do desempenho da sonda são: a verificação da tensão de resposta, bem como o tempo de comutação de rico para pobre e vice-versa. Para executá-los com máxima eficiência é necessária a utilização de um osciloscópio, a fim de analisar detalhadamente o sinal da sonda, como mostra a figura abaixo.
Medição do sinal da sonda com osciloscópio
Este método é utilizado para identificar falhas mais complexas que o multímetro não tem capacidade de identificar, pelos simples fato que o multímetro por mais útil que seja é considerado lento pois realiza quatro medições por segundo e apresenta a média destes valores em sua tela.
O osciloscópio, por sua vez, realiza milhares de capturas por segundo dependendo de sua configuração. Desta forma, para uma análise mais exata e confiável tanto da sonda lambda pré-catalisador como a pós, é fundamental a utilização do osciloscópio.
Entretanto, para se utilizar esse equipamento devemos de forma similar ao multímetro dispor de um esquema elétrico para identificar os fios de sinal e terra ou massa do sensor.
Feitas as devidas identificações basta inserir as pontas de provas do osciloscópio realizar o enquadramento vertical (eixo da tensão) e horizontal (eixo do tempo) para uma melhor visualização do sinal. Depois, basta interpretar as variações de tensão nos diferentes regimes de funcionamento do motor.
A figura abaixo exibe os oscilogramas das sondas pré (canal 1) e pós-catalisador (canal 2).
Vejam que de acordo com o que foi apresentado neste artigo a sonda pré-catalisador está em perfeito funcionamento. Ela muda constantemente de rico para pobre e vice-versa, ou seja, entre 50mv e 950mv.
A sonda pós-catalisador, por sua vez, mostra um comportamento bastante regular pois está com um valor estável de aproximadamente 0,8V. Isso significa o bom funcionamento do catalisador ao realizar a conversão de gases nocivos em gases não nocivos.
Medição do sinal da sonda lambda com multímetro
O método mais simples para medição da tensão de resposta da sonda lambda é utilizando o multímetro. Para tanto, antes de realizar esta medição é necessário a leitura e interpretação do esquema elétrico para identificar os terminais de sinal e negativo da sonda.
A figura abaixo exibe o esquema das sondas pré e pós-catalisador com seus pinos devidamente identificados.
Após a identificação, faça o seguinte:
- Coloque multímetro na escala de tensão contínua
- Insira a ponta de prova vermelha no terminal do sinal da sonda
- Insira a ponta de prova preta no terminal terra ou massa do sensor
- Faça funcionar o veículo
- Visualize no display do multímetro as variações de tensão emitidos pelo sensor
A figura abaixo apresenta a ligação do multímetro na sonda bem como os valores de tensão lidos pelo equipamento.
Observando atentamente a figura, vemos duas situações especificas, uma para condição de mistura pobre onde a tela do multímetro exibe o valor 0,2V e na outra temos uma condição de mistura rica onde é apresentado pelo display do multímetro o valor de 0,8V.
Ou seja, de acordo com esta medição o sensor está respondendo regularmente as variações do teor de oxigênio nos gases de escape.
Fechamento da aula
Procuramos neste artigo demonstrar o funcionamento da sonda pré e pós catalisador bem como as estratégias de diagnóstico que podem ser aplicadas imediatamente e com isso identificar de forma rápida e eficaz falhas nesse sensor.
Você já conseguiu aprender qual a função da sonda lambda, por isso é importante lembrar que esse componente não possui nenhuma forma de reparo a não ser a substituição pela peça nova original.
A rotina de autodiagnostico do sistema de injeção vai detectar e informar, por meio do código de falhas, quando o dispositivo sair da sua faixa normal de funcionamento.
A recomendação básica é que sejam sempre utilizados combustíveis de boa qualidade, além de realizar periodicamente o check-up das condições mecânicas do motor.
