Capítulo 17 – Sensores automotivos

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Atualmente, não é nenhum exagero dizer que um

automóvel moderno é um computador móvel

equipado com pneus. Afinal, ele é possui diversos módulos eletrônicos menores que são regulados por um controle central maior computadorizado que, por sua vez, também recebe dados de vários sensores e como resposta a estes estímulos, aciona inúmeros atuadores. Em uma singela analogia podemos comparar esta

moderna estrutura automotiva com um sistema

nervoso humano que recebe as informações ambientais, por meio dos seus sentidos sensoriais, e que são encaminhadas diretamente ao cérebro. Este por sua vez, processa todos os dados recebidos e responde pela mesma via nervosa, acionando os músculos e controlando as atividades de outros sistemas. Portanto, um veículo hoje é plenamente dependente da nova tecnologia imposta pela computação e como consequência ele está repleto de sensores automotivos que otimizam seu funcionamento e desempenho. Muitos destes sensores atuam auxiliando o trabalho do sistema de injeção eletrônica propiciando um maior aproveitamento do combustível com diminuição da emissão de poluentes. Outros sensores agem na segurança dos passageiros e melhor dirigibilidade e ainda temos alguns que se dedicam exclusivamente ao conforto dos ocupantes do veículo. Para que seja possível atingir estes objetivos eles precisam ser confiáveis e precisos, e graças ao crescente avanço tecnológico, a indústria automotiva atualmente dispõe de excelentes sensores e vários componentes eletrônicos responsivos aos dados captados por eles.

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Por exemplo, o sistema de injeção conta, além dos seus respectivos sensores, com um módulo de controle eletrônico do motor (chamado Engine Control Unit - ECU) e também com vários componentes chamados genericamente de atuadores que são acionados justamente por este módulo (ECU). Inclusive neste caso, o reconhecimento de falhas em diferentes sensores é feito e gravado pelo módulo eletrônico do motor. Como consequência os respectivos diagnósticos e reparos baseados na recuperação destes dados gravados são crescentes e fazem parte do dia a dia de qualquer oficina, já há bastante tempo. Em geral, essas identificações de defeitos nestes sensores são feitas por um aparelho chamado scanner, uma ferramenta capaz de realizar uma leitura completa do sistema eletrônico do carro, o que facilita o diagnóstico do problema e permite maior agilidade e precisão no reparo.

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Scanner automotivo

Atualmente o scanner automotivo é a principal ferramenta utilizada para detectar problemas no sistema de injeção eletrônica dos carros, bem como oferecer as informações necessárias sobre o seu reparo. Isso porque ele é um aparelho capaz de identificar os parâmetros operacionais eletrônicos do veículo e corrigir eventuais falhas em tempo real. Como as modernas tecnologias cada vez mais adentram nas estruturas funcionais dos veículos, esta ferramenta se tornou indispensável no dia a dia de qualquer mecânico. Para realizar a comunicação com todos os módulos eletrônicos de um carro, o scanner automotivo conta com um software que rastreia todos os sensores e atuadores e, caso exista algum defeito, ele gera um

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código computadorizado que indica qual é o problema existente. Portanto, hoje é indiscutível a sua importância no contexto automotivo.

Ao ser conectado ao carro, o scanner automotivo recebe todas as informações do sistema e também o histórico de falhas. Esta conexão é feita geralmente por meio de um plug chamado OBD (sigla em inglês para On Boarding Diagnostics) ou OBD II nos modelos mais recentes.

Todos os carros fabricados no Brasil a partir de 2010 já saem de fábrica com esse conector mais recente instalado (OBD II), pois ele se tornou legalmente obrigatório no país a partir daquele ano. Geralmente ele está localizado sob o painel, mas sua posição exata depende do modelo do carro e do fabricante. Originalmente este sistema de diagnóstico de bordo (OBD - On Board Diagnostics) foi desenvolvido para controlar emissão de gases poluentes nos veículos leves. Porém, se popularizou mundialmente a partir de 1996, não só pelo controle da poluição causada pelo automóvel, mas principalmente pela facilidade que trouxe na reparação automotiva. O sucesso foi tão expressivo que este sistema de diagnóstico se estendeu para os veículos pesados em 2004, reduzindo consideravelmente o tempo necessário

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para a reparação da maioria dos defeitos automobilísticos que surgem cotidianamente.

Foi convencionado que a estrutura do código de falha que será lido pelo scanner deve ser formada por cinco dígitos, sendo o primeiro dígito uma letra e os quatro seguintes numéricos (baseados no sistema de

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numeração hexadecimal que varia de 0 até F pois representa os números na base 16, ou seja, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F).

Portanto o primeiro dígito do código de falha (que é de fato uma letra) refere ao sistema do veículo e pode ser: “B” inicial da palavra em inglês, “Body” e representará os sistemas internos encontrados na área compartilhada pelos ocupantes, tais como o sistema do airbag, do ar-condicionado, do áudio, do travamento de portas, dos vidros elétricos entre outros.

“C” inicial do termo em inglês “Chassis” e indicará os sistemas encontrados na estrutura de base do veículo, tais como sistemas de freio, direção, suspensão, tração, etc.

“P” inicial da expressão em inglês “Powertrain” que literalmente significa veículo motriz e representará basicamente os sistemas motrizes do veículo, tais como o motor e o sistema de transmissão.

“U” inicial do termo em inglês “United Network” que literalmente pode ser traduzido como rede de trabalho unida e representa o sistema do computador de bordo, a comunicação entre sistemas eletrônicos específicos e também possíveis imperfeições na parte elétrica.

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O segundo dígito informa se o código de falha é genérico (quando o dígito é diferente de “1”) ou específico de algum fabricante (quando o dígito é igual a “1”).

Assim, apenas se ele for igual a “1” será um código de erro específico de alguma montadora. Caso contrário ele será genérico.

No exemplo acima o código de falha P0300 é genérico, pois o segundo dígito é “0” (diferente de “1”) logo o significado dele é exatamente o mesmo para a Fiat, para a Volkswagen e também para qualquer outra montadora.

Por outro lado, no exemplo acima o código de falha P1570 é específico para cada montadora, pois o segundo dígito é “1”, logo o significado dele para a Fiat é “falha no sensor do pedal do acelerador” já para a Volkswagen é “partida do motor bloqueada por imobilizador”. Por esta razão as relações disponibilizadas por cada fabricante de scanner devem ser bem completas e incluirem todas estas especificidades das montadoras.

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O terceiro dígito informa qual o subsistema foi afetado pela falha, em especial aos relacionados ao motor e a transmissão, ou seja, aqueles cujos códigos são iniciados pela letra “P”. Como a norma não define subsistemas para as letras B, C e U, temos basicamente as seguintes opções numéricas para o terceiro dígito: 0 – Combustível, medição de ar e sistemas de emissão auxiliares; 1 – Combustível e medição de ar; 2 – Combustível, medição de ar e circuito injetor; 3 – Sistemas de ignição ou falha de combustão; 4 – Sistemas de emissão auxiliares; 5 – Sistema de controle de velocidade e marcha

lenta;

6 – Computador e saídas auxiliares; 7 até 9 – Transmissão; A até D – Propulsão híbrida. E e F – Sistemas diversos

O quarto e o quinto dígito representam a natureza da falha com ênfase para fornecer um diagnóstico com maior precisão. Como estes dois últimos números são hexadecimais (na base 16) e cada um deles pode variar de 0 até F, logo temos 256 possibilidades (16 x 16) para indicação da natureza da falha e respectivo diagnóstico para cada subsistema envolvido. Se fosse usado a base decimal (base 10) teriamos apenas 100 opções para cada subsistema (10 x 10), pois cada um dos dois dígitos poderia variar apenas de 0 até 9. Isto explica porque se optou por usar a numeração hexadecimal, apesar de esta causar um pouco de estranheza para quem não está familiarizado com ela. Todos os códigos de falha possuem significados previamente definidos pelas montadoras de cada veiculo

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com sua respectiva descrição. Porém, nem sempre estes dados e suas informações completas se mostram disponíveis em todos os scanners. Isto porque estes instrumentos também possuem maiores ou menores abrangências de leituras e interpretações de códigos conforme a qualidade e consequentemente o preço de cada aparelho. Logo, não é incomum surgir no display de um scanner mais simples a mensagem genérica “código desconhecido” no caso dele estar ausente na biblioteca interna do aparelho ou porque a montadora não disponibilizou a documentação técnica ao fabricante do instrumento. Ou seja, a numeração do código da falha foi até lida, mas ela está sem a respectiva descrição residente na memória do aparelho. Reiteramos que ao se usar um scanner automotivo, após ser feita a leitura completa do sistema o aparelho consegue informar com grande precisão qual é a peça que deve ser reparada e alguns, além de apontar o código, também indicam onde está o erro e até o que está acontecendo com a peça envolvida. Ou seja, a exatidão no diagnóstico é a principal característica deste sistema. Isto é possível porque quando ocorre uma falha no sistema com o carro ligado, é a própria peça envolvida quem sinaliza o problema para o módulo central (ECU) que acende a respectiva luz sinalizadora no painel e também grava o código do defeito em sua memória temporária. Assim o scanner ao ser conectado lê o respectivo código de falha ou DTC (sigla em inglês para “Diagnostic Trouble Codes”) que foi gravado no momento do defeito, auxiliando, assim, com grande precisão na correção da falha.

Em outras palavras, a própria peça ou sistema com defeito informa seu problema à ECU que grava a falha para posteriormente ela ser rastreada por um scanner.

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Além disso, o aparelho também pode apagar da memória temporária os erros que já foram corrigidos e até, se necessário, criar novas estratégias de injeção eletrônica e avanço de ignição. Resumindo o scanner automotivo é capaz de auxiliar na identificação de problemas relacionados ao consumo e injeção do combustível, temperatura do motor e líquido de arrefecimento, carga da bateria, rotação do veículo, velocidade, distância percorrida, gases emitidos, entre muitos outros.

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Como funciona um sensor automotivo

Se por um lado, quanto mais as modernas tecnologias contribuem para a melhoria no desempenho, segurança, redução no consumo e menor poluição, por outro lado, teoricamente também são maiores as probabilidades de ocorrerem problemas diversificados. Esta afirmativa se justifica porque é crescente o número de sensores e atuadores que acabam sendo desenvolvidos exatamente para atender a todas as finalidades sempre emergentes. Contudo, se analisarmos a relação do aumento deste provável risco com os reais benefícios auferidos, facilmente concluiremos que vale a pena assumir e permitir o crescente embarque das modernas tecnologias em nossos veículos. Portanto, é um ciclo vicioso que por um lado traz mais eficiência, segurança e conforto automotivo e por outro agrega mais dispositivos eletrônicos no veículo, o que por sua vez, também amplia a necessidade de se desenvolver instrumentos de diagnósticos sempre mais eficientes e precisos. Da mesma forma é cada vez mais importante ficarmos atentos aos possíveis sinais que este moderno carro agora transmite e, principalmente, evitarmos descuidos nas manutenções preventivas.

Logo é bem pertinente conhecer um pouco melhor as características, composições físicas e funcionalidades de alguns dos principais sensores presentes nos atuais veículos. Afinal, este maior conhecimento serve para dimensionarmos a real importância de cada um deles e, principalmente, os respectivos efeitos benéficos na dirigibilidade e, principalmente, nos nossos bolsos.

Podemos simplificar definindo os sensores automotivos como sendo componentes que

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conseguem transformar variações de grandezas físicas em variações de grandezas elétricas, que

assim conseguem serem medidas e lidas. Por exemplo, um sensor de temperatura consegue representar uma variação de uma grandeza física (como calor ou frio medidos em graus Celsius - °C) transformando-a em uma grandeza elétrica (como voltagem – Volts - V) para ser mensurada eletronicamente. Assim, considerando o exemplo acima, o módulo de controle eletrônico do motor (ECU) processará esse sinal elétrico a ser recebido em Volts (V) para comandar corretamente os respectivos atuadores sobre o sistema de arrefecimento (eletroventiladores, válvula termostática, etc.). Ou seja, acabamos de ter a primeira informação básica e de suma importância para entendimento do funcionamento dos sensores: a ECU apenas entende dados informados em grandezas elétricas (Volts).

No carro existem diferentes classes de sensores. Porém, ao analisar a forma como o módulo de controle eletrônico do motor (ECU) processa apenas os sinais elétricos recebidos, podemos separá-los em duas classes básicas: sensores que precisam de alimentação e sensores que dispensam alimentação elétrica. Por exemplo, os sensores termorresistivos, que veremos mais detalhadamente adiante, necessitam de alimentação elétrica para funcionarem. Eles possuem em sua construção um componente chamado termistor que tem a propriedade de oferecer uma resistência variável de acordo com a temperatura externa a qual ele é submetido. A forma como essa resistência irá variar, está intimamente relacionada ao coeficiente de temperatura

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do termistor que, inclusive, pode ser negativo ou positivo. No coeficiente de temperatura negativo (NTC) o valor da resistência diminui proporcionalmente conforme ocorre o aumento da temperatura. Já no coeficiente de temperatura positivo (PTC) ocorre o oposto, ou seja, o valor da resistência aumenta conforme a temperatura se eleva.

Esquema exemplificando como a alteração da temperatura em um sensor modifica a resistência elétrica e a respectiva voltagem a ser interpretada pela ECU

Os NTC são os mais comuns no contexto automotivo e necessitam de alimentação elétrica para funcionar, pois, como já foi mencionado, o módulo de controle eletrônico do motor (ECU) entende apenas os sinais dos sensores por meio de medidas de tensão elétrica e não com variações de resistência. Por esta razão para que a variação de resistência signifique algo para a ECU é necessário que o sensor seja alimentado com alguma tensão para que ela possa variar de acordo com a medida de resistência do termistor. Quem fornece essa alimentação, geralmente de 5 Volts (V), é o próprio módulo de controle eletrônico do motor (ECU).

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Dessa forma, o processador dentro da ECU entende a variação de temperatura externa de acordo com a variação da medida de tensão consumida pela resistência do termistor. Por outro lado, os sensores Indutivos não necessitam de alimentação para funcionar, pois sua construção física permite que ele gere sua própria tensão elétrica de sinal.

Sensores indutivos automotivos, que também veremos mais detalhadamente adiante, são amplamente utilizados para medições de rotação e fase. O princípio de indução é a geração de tensão a partir de distorção de um campo magnético. Assim, esse campo é produzido pelo próprio sensor e a distorção dele é feita por sua própria roda fônica, comando de válvulas, etc. A geração do campo magnético ocorre devido à estrutura e construção do sensor, que é composto basicamente por um ímã permanente que tem ao seu redor um enrolamento, formando uma pequena bobina. Ao conectarmos uma das extremidades desta bobina enrolada ao ímã em um aterramento é formado um campo magnético.

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Exemplo de um sensor de fase

As distorções neste campo magnético causadas, por exemplo, pelo movimento de sua roda fônica, produzirão picos de tensão e a frequência destes indicarão para o módulo de controle eletrônico do motor (ECU) qual a rotação do veículo.

Esquema do funcionamento de um sensor de rotação

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Seja um sensor que precise de alimentação ou não, a forma como o módulo de controle eletrônico do motor (ECU) identifica eventuais falhas no circuito sensor é a mesma, ou seja, por meio de medidas anormais de tensão elétrica que chegam até o processador. Por exemplo, sensores dependentes de alimentação elétrica costumam com frequência apresentarem defeitos identificados como “curto à massa”, “curto ao positivo” ou “circuito aberto”. Tais falhas são percebidas facilmente pelo módulo de controle eletrônico do motor (ECU), pois seu processador é programado para entender que valores

muito baixos ou muito altos indicam algo fora da

normalidade neste tipo de sensor.

No caso dos sensores alimentados com 5 Volts (V) não existe exatamente variações entre e 0V e 5V. Eles respeitarão algo inevitável em qualquer circuito eletrônico que é a existência ou ausência de consumo e eventualmente quedas de tensão. Por essa razão a ECU trabalha em uma faixa préestabelecida de trabalho normal dos sensores, chamada “Range check”. Essa faixa de trabalho para um sensor alimentado com 5V gira, por exemplo, em torno de 0,4 e 4,6V. Portanto, quando ocorrer, por exemplo, um curto entre o fio de sinal e o fio de aterramento em um sensor, o valor cairá para 0V (pois existe um curto direto com o aterramento) e a ECU entenderá que esse valor está fora do “Range check” (fora do intervalo entre 0,4 e 4,6V), anotando então um “curto à massa”. O mesmo acontece em caso de curto com o fio de alimentação, retornando para a ECU, 5V sem consumo, indicando um “curto com o positivo”.

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Exemplo esquemático da faixa de trabalho de um sensor (“Range check”)

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Por outro lado, para monitoramento de falhas em sensores que não são alimentados pelo módulo, o processador da ECU precisa ser capaz de identificar apenas duas possibilidades de defeitos: curto à massa e ausência de sinal (visto que um curto com positivo não seria possível devido a estes sensores não terem fios de alimentação). Neste caso (sensores não alimentados), para identificar um “curto com a massa”, o processador se baseia em um “Range check” similar ao que consideramos anteriormente, ou seja, valor igual a 0V indicaria uma falha. Porém, para identificar ausência de sinal, os circuitos internos das ECUs que monitoram sensores contam com o trabalho de um componente adicionalmente ligado a uma tensão positiva interna, também geralmente de 5V. Esse componente adicional pode ser um resistor em paralelo ao circuito do sinal, ligado com um terminal no circuito e com o outro em uma tensão positiva interna. Essa ligação em paralelo é importante, pois assim, no caso de falha no chicote do sensor, ou do sensor ser desconectado ou ainda haver ausência de sinal por outra razão, a tensão positiva sempre irá superar o valor de resistência do resistor. Nesse caso, ao invés de o processador receber os picos de tensão emitidos pelo sensor ele recebe 5V constantes, o que indica algo fora do “Range check”, anotando um código de falha como “circuito aberto”, sem consumo. Todas estas estratégias servem para que a origem exata das falhas seja identificada pelo módulo de controle eletrônico do motor (ECU), e assim o respectivo diagnóstico, nestes sensores, seja mais facilitado. Relembrando que um módulo de controle eletrônico do motor (ECU) vem de fábrica com um software de controle de todo o sistema e nele

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constam diversas possibilidades de falhas no circuito e quais códigos devem ser anotados pelo processador na memória interna da placa em caso de defeitos. Porém, esses códigos gerados pelo processador são sempre códigos binários típicos e usuais na computação. Logo, cabe a cada fabricante do scanner, que é o instrumento que os identificam, conseguir decifrar o significado de cada código e, assim, traduzi-lo para melhor entendimento em nosso idioma.

Por essa razão as definições de cada falha poderão variar dependendo do tipo, abrangência e da qualidade técnica de cada scanner. Existem atualmente tabelas de falhas com mais de 3.000 códigos de erros (genéricos e específicos de cada montadora) que podem ser identificados pela maioria dos scanners existentes no mercado, porém é bom enfatizar que este número segue crescendo. Cada fabricante de scanner sempre disponibiliza a tabela atualizada do respectivo aparelho (normalmente na forma digital), apesar de existirem disponibilizadas na web várias relações de falhas genéricas similares.

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Principais sensores automotivos

Agora que entendemos como basicamente os scanners e os sensores automotivos funcionam, vamos detalhar os principais existentes em um automóvel atualmente.

1 - Sensores de temperatura

Os sensores de temperatura são aplicados para controlarem, por exemplo, a temperatura do líquido de arrefecimento nos motores refrigerados a água, ou também medirem a temperatura do óleo nos motores refrigerados a ar. Estes sensores são basicamente termistores (resistores do tipo NTC) que, em geral, fica alojado dentro de uma cápsula de proteção, que o isola parcialmente do líquido arrefecimento. Normalmente os sensores de temperatura podem se localizar na própria válvula termostática, ou no bloco do motor ou ainda na base do coletor de admissão, quando por ali circular o líquido de arrefecimento. Alguns modelos de veículos utilizam um sensor de temperatura junto com um interruptor térmico, que além de informar a temperatura no painel por meio de um ponteiro também aciona um alarme ou lâmpada para informar um eventual excesso de temperatura. Não é incomum este tipo de sensor com esta dupla função ao apresentar defeito enviar uma informação equivocada, dentro da faixa de trabalho ou até fora dela no caso dele estar “em curto” ou “aberto”. Em todos os casos, o diagnóstico mais preciso pode ser realizado por meio de um scanner ou utilizando um voltímetro. O uso deste último instrumento permite comparar o correto valor de escala com a temperatura real e elevada do motor. No caso do sensor estar “em curto” ou

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“aberto” simplesmente não haverá nenhum valor no display do voltímetro. No caso de haver intermitência na indicação da temperatura correta, é interessante verificar com o sensor conectado, a presença de eventuais descontinuidades (saltos de tensão no voltímetro) na medição do sinal do sensor, enquanto o motor aquece desde temperatura ambiente até a normal de trabalho. Obviamente para a verificação de uma calibração mais precisa, além do voltímetro é indispensável dispor da curva característica de calibração fornecida pelo fabricante.

Ao se substituir um sensor de temperatura defeituoso evite apertar em excesso o novo componente, assim como se certifique de ter feito a sangria (retirada do ar) do sistema de arrefecimento. Sempre substitua o sensor de temperatura pelo mesmo modelo indicado pelo fabricante do veículo e nunca faça manutenções com o sistema de

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arrefecimento quente devido ao grande risco de ocorrer acidentes com queimaduras.

Exemplo de um tipo de sensor de temperatura

Verifique semanalmente o nível do líquido de arrefecimento com o motor frio e sempre utilize a solução especificada e na proporção correta pelo fabricante. Lembre-se que a diminuição do nível do líquido pode sinalizar a existência de algum vazamento no sistema e nunca complete com água pura, pois ela dilui a concentração de etilenoglicol. Qualquer sintoma de excesso de temperatura estacione em local seguro e desligue o motor imediatamente.

2 – Sensores de posição

Entre os sensores de posição, o mais conhecido é o sensor de posição da válvula de aceleração (TPS).

Este tipo de sensor também é conhecido como sensor de posição da borboleta ou sensor de posição do acelerador – TPS (sigla em inglês para Throttle Position Sensor). De um modo geral um sensor de posição é utilizado para determinar a posição angular do eixo de um componente mecânico ou a posição linear da haste

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de uma válvula, sendo que a posição angular é detectada por um potenciômetro circular e a posição linear, por um potenciômetro linear. Por esta razão é um tipo de sensor que pode ter várias aplicações, como por exemplo, indicar a posição da válvula de aceleração – TPS, ou a posição do pedal do acelerador, ou ainda a posição da válvula EGR (linear) que ajuda a reduzir as emissões de poluentes. Também pode identificar com precisão a posição da suspensão, informando a altura do veículo com relação ao piso. Este tipo de sensor é basicamente, constituído por um potenciômetro (linear ou circular), cujo cursor é solidário a um dispositivo que se movimenta de forma circular ou linear, sendo que o terminal elétrico deste cursor representa o sinal do sensor. Neste caso, o potenciômetro é um resistor composto por três terminais, sendo que dois são os extremos fixos, e o terceiro é o central, móvel e denominado cursor, que assim, pode deslocar-se de um extremo ao outro do resistor. Em função desta estrutura, verifica-se que, alimentando com uma tensão de referência os terminais extremos, é possível medir, entre o terminal do cursor e qualquer um dos extremos, uma tensão variável que sempre vai depender da posição pontual do cursor. No potenciômetro circular, seu cursor gira e serve para medir o movimento angular do eixo ao qual ele está fixado. Já no potenciômetro linear, o cursor se movimenta de forma linear e servem para medir o deslocamento linear do dispositivo ao qual ele está fixado. Como vimos, o sensor de posição da válvula de aceleração (TPS) informa a posição angular (abertura) da borboleta. Neste caso, o cursor do potenciômetro é

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solidário ao eixo da borboleta e normalmente está localizado no corpo da borboleta.

Exemplo de um tipo de sensor TPS

Porém, utilizando este mesmo raciocínio temos outros sensores como, por exemplo, o sensor de posição do pedal do acelerador que informa a posição do pedal nos sistemas “drive-by-wire” e está montado na parte superior do pedal e solidário ao eixo do mesmo. Também temos o sensor de posição da válvula EGR que informa a abertura da válvula EGR, sendo constituído de um potenciômetro linear com um cursor solidário à haste que é movimentada pelo diafragma da própria válvula. A válvula EGR (sigla em inglês para Exhaust Gas Recirculation) é um dispositivo colocado no sistema de escape para reduzir as emissões de poluentes e seu funcionamento baseia-se no vácuo criado na parte da admissão que consequentemente movimenta seu diafragma. Outro sensor contendo o mesmo princípio é o sensor de posição da suspensão que informa a altura do carro com relação ao piso, obviamente apenas nos

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veículos nos quais ele está instalado. Geralmente, este sensor fica fixo ao chassi do veículo e seu cursor é movimentado por um braço articulado, ligado à suspensão.

Quando ocorre um defeito nestes sensores resulta em um erro identificado, em geral, como falha “fora da faixa de operação” do sensor (“curto-circuito” ou “circuito aberto”) e um código de falha é gravado na memória do módulo de controle eletrônico do motor (ECU). Repetimos que este código pode ser posteriormente lido e recuperado utilizando equipamento de teste (scanner). Da mesma forma a ECU no momento em que gravou a falha, certamente acionou o sistema correspondente que assim, entrou em estado de emergência. Lembramos que apenas no caso do defeito resultar de uma condição de falha “dentro da faixa de operação” do sensor, geralmente, não há gravação de código de falha e o sistema correspondente pode apenas apresentar um funcionamento irregular. Como por exemplo, no sistema TPS o motor apresentará marcha lenta irregular ou oscilante, se a falha ocorrer dentro da faixa de operação. No sistema EGR o motor apresentará marcha lenta irregular em função de mistura incorreta ou falta de potência por excessiva recirculação de gases de escape. Por outro lado, no sistema que inclui o sensor de posição do pedal do acelerador a unidade de comando detecta a maioria das condições de falhas. Em todos os casos para fazer o diagnóstico com maior exatidão pode ser utilizado o scanner ou um voltímetro conectado ao circuito com a ignição ligada. Em ambos os casos, a verificação consiste em permitir ou possibilitar a movimentação do cursor e não observar nenhuma variação brusca de resistência ou tensão.

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3 – Sensores de pressão

Entre os sensores de pressão, o mais conhecido na área automotiva é o sensor de pressão absoluta do

coletor de admissão (conhecido como sensor MAP

oriundo da sigla em inglês Manifold Absolute Pressure Sensor). Ele é um importante sensor do sistema de injeção eletrônica que transforma a pressão absoluta medida no coletor de admissão em sinais elétricos que desta forma são informados à ECU. Esta informação é utilizada no cálculo da massa de ar a ser admitida e no cálculo do avanço do ponto de ignição. Existem basicamente três tipos de sensores de pressão: 1 - o sensor analógico que consiste de um diafragma cerâmico em cuja superfície são aplicados resistores com propriedades piezo-resistivas. A resistência elétrica desses resistores se modifica sensivelmente quando são submetidos a algum tipo de deformação. Como por exemplo, quando mudam as dimensões do diafragma onde eles estão aplicados. Isto é o que acontece quando ele se deforma como resultado da ação da pressão exterior ao dispositivo. Nesta situação o diafragma divide e separa duas câmaras. A primeira é selada por uma placa de vidro, contendo vácuo absoluto e denomina-se câmara aneróide. A outra câmara está em comunicação direta com a fonte de vácuo (coletor) por meio de uma mangueira. O sinal gerado pelo sensor é o resultado da deformação sofrida pelo diafragma quando ele é submetido a variações de pressão. Na sua aplicação prática, este tipo de sensor (sensor analógico) possui um circuito eletrônico associado que transforma as variações de resistência

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(variações de pressão) em variações de tensão elétrica. Este sensor é alimentado com uma tensão de referência (5V estabilizados) fornecida pela unidade de comando.

2 - No sensor digital existem duas placas de alumínio separadas por um anel isolante contendo vácuo no seu interior, formando uma câmara aneróide. O conjunto apresenta as características elétricas de um capacitor. Com a modificação da pressão, à qual está submetido o conjunto modifica a capacidade elétrica da cápsula capacitiva. Na aplicação prática deste princípio, o sensor (sensor digital) possui um circuito eletrônico associado que emite um sinal pulsado, cuja frequência depende do valor de capacidade da cápsula e esta, por sua vez, da pressão de coletor.

3 - Também existem sensores combinados cujo sensor de pressão está encapsulado juntamente com o sensor de temperatura do ar admitido e, da mesma forma, existem sensores de vácuo que curiosamente não possuem uma câmara aneróide. Neste caso, o diafragma tem uma de suas faces submetida ao vácuo do coletor e a outra, à pressão atmosférica. Assim, este tipo de sensor mede a depressão com relação à pressão atmosférica. Independente do sensor de pressão ser digital ou ser analógico, em geral, o sensor MAP está localizado especificamente no bloco do motor, ligado ao coletor de admissão por uma mangueira de aproximadamente 30 cm de comprimento.

Resumindo, o sensor MAP tem a função de informar à unidade de comando a pressão absoluta presente no coletor de admissão e esta informação é utilizada pela ECU no cálculo da massa de ar admitida e no cálculo do avanço do ponto de ignição.

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Portanto, um defeito nele apresentará alterações na marcha lenta e falhas no funcionamento do motor, causadas pela mistura que poderá estar enriquecida ou empobrecida com efeitos na resposta das acelerações e no consumo de combustível.

Exemplo de um tipo de sensor MAP

Quando o defeito no sensor MAP resulta numa condição de falha “fora da faixa de operação” do sensor (“curto-circuito” ou “circuito aberto”), o respectivo código de falha é gravado na memória e o sistema correspondente entra em estado de emergência concomitante à gravação do defeito. Por outro lado, quando o defeito resulta numa condição de falha “dentro da faixa de operação” do sensor não há gravação de código do defeito. Contudo, o sistema ainda assim pode apresentar um funcionamento irregular, como o apontado acima. Como sempre, para o diagnóstico mais exato pode ser utilizado o scanner, visualizando o parâmetro

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“Pressão Absoluta”, “Pressão do Coletor”, “Sensor MAP” ou algo similar. O valor apresentado pode ser um valor de frequência ou tensão ou um valor de pressão em mmHg (milímetros de mercúrio), psi (libra por polegada quadrada) ou ainda kPa (kilopascal). Por ser um sensor que gera um sinal de tensão ou de frequência variáveis, ele somente pode ser verificado com auxílio de um voltímetro ou até um frequencímetro. Para sua verificação, o sensor deve estar alimentado ou conectado ao circuito e, neste caso, com a ignição ligada. A luz da injeção eletrônica ao acender com o carro em movimento pode indicar um problema no sensor MAP. Neste caso, é muito importante levar o veículo o mais rápido possível a uma oficina mecânica para avaliação do problema.

4 – Sensores de massa

Entre os sensores de massa de ar o mais conhecido é o sensor MAF. Este sensor cuja denominação se origina da sigla em inglês Mass Air Flow (MAF) informa diretamente a massa de ar admitida fornecendo um sinal de tensão variável cujo valor depende da massa de ar que o atravessa. Este sensor está instalado na corrente de ar, entre o filtro de ar e o corpo de borboleta e fornece um sinal de tensão ou de frequência variável, que é proporcional à massa de ar que o atravessa. Assim, o sensor MAF mede diretamente a massa de ar e não requer correções por variação de densidade, devido a mudanças de temperatura ou altitude. Ele não possui partes móveis, oferece uma resistência desprezível à passagem do ar e podem ser encontrados diversos tipos de sensores de massa de ar,

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entre os quais, destacamos o sensor de fio quente (“hot wire”) e o de película aquecida (“hot film”). O sensor de fio quente (“hot wire”) é constituído de um venturi com dois fios de platina. Um fio quente e outro de compensação, que mede a temperatura do ar admitido, sendo que o venturi está suspenso dentro do duto principal do sensor.

Exemplo de um tipo de sensor MAF

Um circuito eletrônico incorporado ao sensor mantém o fio quente a uma temperatura constante de 100ºC acima da temperatura do ar admitido. O ar que atravessa o sensor provoca o esfriamento do fio quente. O circuito eletrônico compensa esta queda de temperatura, aumentando a corrente que circula o fio quente com o objetivo de manter o diferencial de 100ºC. A variação de corrente elétrica de aquecimento do fio para manter sua temperatura sempre em um valor constante acima daquele do ar admitido é exatamente a medida da massa de ar que está sendo admitida. Outros sensores de fio quente existem com base no mesmo modelo descrito acima com pequenas variações.

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Nos últimos anos, foi desenvolvido o sensor de película aquecida que funciona segundo o mesmo princípio que o sensor de fio quente. A diferença é que nele o fio de platina foi substituído por um resistor térmico (película semicondutora depositada sobre uma placa cerâmica) encapsulado em plástico. Este sensor trabalha em uma temperatura de 180ºC acima da temperatura ambiente. Quando é detectado um defeito no sensor ou no seu circuito pelo sistema de diagnóstico, um código de falha é gravado na memória do módulo de controle eletrônico do motor (ECU) Os defeitos não detectados pelo sistema de diagnóstico em geral ocorrem por causa de acúmulo de óleo ou impurezas sobre o elemento sensor (fios) o que provoca demora na detecção de variações ou indicação errada da massa de ar admitida. Esta inadequação da relação ar e combustível às condições de carga do motor podem resultar em marcha lenta irregular e aumento de consumo. Lembramos que nesta situação, alguma elevação de custos com combustível pode ser inicialmente quase imperceptível, porém, este gasto pode se tornar bem significativo ao se acumular com o passar do tempo. Para estes sensores as falhas podem enviar a informação errada, dentro da faixa de trabalho (sensor “em curto” ou “aberto”) ou apenas para certos intervalos de medição (falha intermitente). Em todos os casos, o diagnóstico pode ser realizado utilizando o equipamento de teste scanner ou um voltímetro ou até um frequencímetro. No caso do uso do scanner, é interessante visualizar os parâmetros de funcionamento e compará-los com a informação do fabricante, se disponível, assim como ler as falhas armazenadas. No caso de falha intermitente é interessante verificar com o voltímetro e com o sensor conectado a

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presença de eventuais descontinuidades (saltos de tensão ou de freqüência) na medição do sinal do sensor, enquanto o motor é acelerado e desacelerado.

5 – Sensores de rotação

Em um carro atualmente existem vários sensores de rotação e entre eles podemos destacar o sensor de fase, sensor de velocidade e sensor ABS. Eles são importantes componentes no sistema de injeção eletrônica, pois medem a rotação do eixo onde cada um está instalado e informa estes valores ao módulo de controle eletrônico do motor (ECU). Assim, por meio do sinal pulsado enviado pelo respectivo sensor de rotação, a ECU calcula a velocidade de giro do eixo onde ele está instalado. Os sensores de rotação também são utilizados como sensor de rotação por minuto - RPM e sensor de ponto morto superior – PMS. Também são utilizados como sensor de posição do eixo de comando ou mais conhecido como sensor de fase (identificado com a sigla CMP em inglês para Camshaft Position Sensor). Da mesma forma, temos o sensor de velocidade do veículo, identificado com a sigla VSS (sigla em inglês de Velocity Speed Sensor) e o sensor de velocidade da roda utilizados nos sistemas de freios ABS. Em todos os casos cada sensor de rotação está em geral associado a uma roda dentada (fônica) ou disco magnetizado. Por exemplo, um sensor de relutância magnética variável consiste de um imã permanente com uma bobina captora enrolada sobre ele. Toda vez que um dente da roda passa na frente do sensor magnético, a relutância do circuito magnético diminui e quando nenhum dente está na frente, a relutância aumenta.

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Assim, quando a roda gira, o fluxo magnético varia e esta variação de fluxo induz uma tensão variável na bobina captora (na forma de pulsos; sincronizados com a passagem dos dentes na frente do imã). Nos terminais do sensor é possível medir pulsos de tensão toda vez que um dente passa pelo sensor. Assim, o valor de tensão dos pulsos depende da velocidade de rotação da roda fônica. Temos também o sensor de efeito hall que neste caso é constituído por uma pequena pastilha de material semicondutor circulado por uma corrente contínua. A resistência elétrica da pastilha é sensível à presença de campo magnético. Assim, variando o campo magnético também varia a resistência e com isto, se altera a corrente no circuito. Um circuito eletrônico interno ao sensor converte as variações de corrente em variações de tensão conforme um rotor ou roda dentada se interpõe entre o ímã e o elemento sensível. Ao girar, a alternância de abas e janelas provoca a variação de campo magnético necessária à geração do sinal pulsado. Finalmente também temos o sensor magnetoresistivo que é constituído de um disco de material magnético, magnetizado de forma alternada, com ímãs de polaridade diferente. Um circuito eletrônico contendo um elemento magneto-resistivo fica localizado sobre o disco.

Ao girar o disco, os ímãs provocam a variação do campo magnético que atinge o elemento magnetoresistivo. Como consequência varia também a resistência do mesmo e um circuito eletrônico associado transforma as variações de resistência em variações de tensão gerando, assim, o sinal pulsado. A localização de cada sensor de rotação automotivo depende da sua aplicação no veículo.

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Por exemplo, o sensor de rotação do motor (RPM) está associado a uma roda dentada, solidária ao virabrequim ou está instalado no distribuidor.

Exemplo de um tipo e localização de um sensor de RPM

O sensor de posição do eixo comando ou sensor de fase (CMP) está instalado no cabeçote do motor associado ao dente forjado no eixo de comando ou instalado em dispositivo conectado mecanicamente com o eixo de comando, nos motores com comando no bloco.

O sensor de velocidade do veículo (VSS) está associado a uma roda dentada instalada na saída da transmissão ou acionado pelo cabo flexível do velocímetro.

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O sensor de velocidade da roda (ABS) está instalado no cubo da roda, associado a uma roda dentada e em alguns veículos com tração traseira ele está instalado no eixo de propulsão das rodas traseiras.

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Este sensor emite o sinal da velocidade para a ECU, que processa estas informações para controlar a pressão do freio sobre a roda que estiver na iminência de travamento ou escorregamento. Quando ocorre um defeito em um destes sensores resulta em uma condição de falha “fora da faixa de operação” do respectivo sensor (“curto-circuito” ou “circuito aberto”) e um código de falha é gravado na memória da ECU e o sistema correspondente entra em estado de emergência. No caso de ocorrer uma falha no sensor de rotação do motor, este deixa de funcionar e se o sensor de velocidade da roda (ABS) apresentar algum problema o sistema é desativado. Quando o defeito resulta numa condição de falha “dentro da faixa de operação” do sensor, não há, geralmente, gravação de código de falha e a gravidade dos sintomas são variáveis.

Exemplo de um tipo de sensor ABS

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Normalmente os piores problemas incluem quando o sensor de rotação do motor pode não funcionar continuamente ou até parar abruptamente. Os mesmos sintomas podem ocorrer com o sensor de velocidade da roda (ABS) o que resulta em um funcionamento equivocado do sistema. Como ocorre com a maioria dos sensores, para realizar um diagnóstico de algum problema, deve-se utilizar o scanner consultando, nestes casos, os parâmetros “rotação”, “velocidade do veículo” ou “velocidade da roda (ABS)”. Também podem ser diagnosticados os defeitos recuperando possíveis códigos de falha gravados na memória. Nos sensores de relutância magnética variável, a bobina pode ser verificada com voltímetro girando com certa velocidade, o eixo correspondente. Nos sensores magneto-resistivos e nos de efeito hall também podem ser diagnosticados problemas com o voltímetro. Neste caso, o sinal pode ser verificado fazendo girar o eixo correspondente, lentamente. Contudo, repetimos que a melhor forma de perceber se há algum possível problema com algum sensor de rotação é considerar o acendimento da luz da injeção eletrônica com o carro em movimento. Mais uma vez, caso isto ocorra é importante levar o veículo o mais rápido possível a uma oficina mecânica para avaliação do problema. Caso persista o funcionamento inadequado de algum destes sensores, certamente o veículo ficará sem funcionar em um futuro bem próximo.

6 – Sensor de vibrações mecânicas

O principal sensor de vibrações mecânicas é o sensor de detonação que transforma as vibrações

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mecânicas do motor em oscilações elétricas capazes de serem interpretadas pela ECU. A análise por meio de cálculos matemáticos complexos permite detectar a presença de detonação. Assim, a ECU consegue identificar e separar a detonação das outras fontes de vibrações mecânicas presentes no motor. Esta informação é enviada na forma de um sinal de tensão variável cujo valor depende da intensidade da vibração mecânica detectada. Os sensores de detonação ficam instalados no bloco do motor e detectam todas as vibrações originadas nos componentes mecânicos, sendo que a ECU consegue separar as vibrações resultantes da detonação, de outras, como por exemplo, folga de biela, batida de pino, fechamento de válvulas, etc. A aplicação do sensor de detonação aos modernos sistemas de ignição mapeada permite obter máximo proveito da potência oferecida e ao mesmo tempo proteger o motor dos possíveis danos causados pelo aumento rápido da pressão no cilindro, durante o processo de combustão.

Exemplo de um tipo de sensor de detonação

Como a detonação é uma forma de combustão quase descontrolada ela pode provocar perda de

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eficiência e até comprometimento de elementos mecânicos, já que ocorre geralmente com altas pressões de coletor de admissão e avanço excessivo da ignição. O sensor de detonação pode ser do tipo piezoelétrico (o mais difundido) ou piezo-resistivo. O sensor de detonação piezo-elétrico é constituído de um cristal piezo-elétrico que ao ser submetido a uma deformação mecânica, emite um sinal de tensão variável. Já o sensor de detonação piezo-resistivo possui uma membrana de material semicondutor que é submetida a deformações provocadas pela detonação nos cilindros. Tais alterações modificam as características resistivas (resistência) do condutor que podem ser medidas nos terminais elétricos do sensor. Em ambos os casos o sinal elétrico fornecido pelo sensor deve ser processado pelo ECU com o objetivo de separar as variações provocadas pela detonação, daquelas provenientes de outros elementos do motor. Uma consideração muito importante é que deve ser respeitado o torque de aperto do parafuso que fixa o sensor no bloco, especificado pelo fabricante. Basicamente, a informação enviada por este sensor é utilizada para controlar o avanço da ignição. Quando surge um defeito neste componente em uma condição de falha “fora da faixa de operação” do sensor (“curto-circuito” ou “circuito aberto”), um código de falha é gravado na memória e a ECU passa a aplicar um avanço de ignição reduzido com o objetivo de evitar danos ao motor. Quando o defeito resulta numa condição de falha “dentro da faixa de operação” do sensor, não há, geralmente, gravação de código de falha e como resultado em acelerações ou alta rotação pode aparecer o fenômeno de detonação. Como já dissemos um diagnóstico mais preciso pode ser feito por meio de um scanner e, neste caso,

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visualizando o parâmetro “avanço” ou similar, quando disponível. Outra estratégia interessante é bater no bloco perto do sensor (não em cima dele) e verificar se ocorre alguma modificação (diminuição) do avanço com o motor funcionando. O sensor de detonação não permite a verificação com voltímetro ou ohmímetro.

7 – Sensor de oxigênio

Finalmente o sensor de oxigênio, também conhecido como sonda lambda está localizado no escapamento do veículo e sua principal função é analisar a quantidade de oxigênio presente nos gases liberados pelo motor e enviar estas informações à ECU. O nome sonda lambda deve-se a utilização da letra grega (λ) que foi utilizada para definir o fator lambda (λ) que corresponde à razão de equivalência na relação ar e combustível real em um momento pontual com a relação considerada ideal. Ou seja:

λ = (mistura ar e combustível real) / (mistura ar e combustível ideal)

A importância desta análise é que os motores de combustão interna apenas funcionam se houver oxigênio e combustível em proporções adequadas para obterem as explosões necessárias para seu funcionamento. A mistura ideal entre combustível e comburente, (neste caso o oxigênio) é chamada de mistura estequiométrica e neste ponto o sensor de oxigênio mostra sua importante função ao medir a quantidade de oxigênio resultante da queima. Se a mistura estiver pobre (entrada maior de oxigênio e menor de combustível) ou rica (entrada de combustível maior que a do comburente), a sonda

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lambda envia um sinal elétrico à ECU que gerencia a injeção eletrônica.

Conforme o sinal (0 Volts ou 1 Volts) enviado pelo sensor a ECU ela injeta mais ou menos combustível para aquela situação de funcionamento do motor, assim é possível ter um melhor desempenho do motor, maior economia de combustível com menor emissão de poluentes.

O sensor de oxigênio é composto por um material cerâmico interno chamado dióxido de zircônio com um revestimento poroso de platina sendo protegido por um invólucro metálico. A sua atuação baseia-se na alteração das propriedades da cerâmica em altas temperaturas, permitindo a difusão do oxigênio do ar.

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Opera em função da diferença da concentração de oxigênio entre o gás de escape e o ar externo, gerando-se uma tensão de 50 mV até 900 mV. Como o sinal da sonda lambda enviado à ECU tem que se tornar necessariamente binário (0 ou 1), já que ele é simulado por software pela própria unidade de controle, então, caso o fator lambda seja maior que um (λ > 1) a saída é interpretada como zero Volts (0 V), e se for λ < 1 a saída é computada como sendo de um Volts (1 V).

Contudo, a sonda tem uma limitação. Para iniciar o seu funcionamento é necessário que ela esteja aquecida acima de 300°C. Nas sondas mais antigas eram os próprios gases de escape que as aqueciam, tornando-se necessário aguardar vários minutos até que o sensor pudesse ser colocado em funcionamento.

Exemplo de um tipo de sensor de oxigênio

Atualmente existem resistências de aquecimento situadas junto à cerâmica que permite o aquecimento em

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até 10 segundos, mesmo quando os gases de escape ainda estejam com uma temperatura baixa. Normalmente um sensor de oxigênio está localizado no coletor de escape próximo ao motor e antes do catalisador e nesta posição o sensor controla a mistura entre combustível e oxigênio. Porém, após 2010 foi criado o protocolo OBD-Br2 que obriga a utilização de um segundo sensor de oxigênio após o catalisador, nos veículos produzidos no Brasil. Este segundo sensor monitora o funcionamento do próprio catalisador, avaliando a eficiência da sua função de converter gases nocivos como monóxido de carbono (CO) em água (H2O) e dióxido de carbono (CO2).

Quando surge um defeito neste componente, eventualmente, a luz da ignição vai sinalizar no painel um provável problema. Porém nesta situação a ECU continuará a receber informações inadequadas sobre a queima e o veículo passa a ter comprometido seu desempenho, consumo e marcha lenta. Isto significa, em outras palavras, que haverá elevação de custos com combustível e que este aumento, inicialmente, poderá até ser imperceptível, mas, certamente se tornará significativo ao se acumular com o passar do tempo. Um consenso entre os especialistas é que

defeitos neste componente elevam imediatamente o

consumo de combustível de 5% até 15%, pois, normalmente a mistura tende a ficar bem mais rica.