Verificar a sonda lambda - causas, diagnóstico e resolução de problemas

Controlar a sonda lambda: informações técnicas detalhadas

HELLA TECH WORLD – O aliado da oficina

A sonda lambda determina o teor de oxigênio residual nos gases de escape e fornece ao comando do motor um sinal elétrico para regular a composição da mistura. Role por essa página e obtenha informações sobre as variantes, os respectivos modos de funcionamento, métodos de controle e informações importantes para a substituição correta de sondas lambda.

As seguintes informações técnicas e dicas práticas foram elaboradas pela HELLA, com o intuito de apoiar as oficinas profissionalmente nos trabalhos do dia a dia. As informações disponibilizadas neste web site apenas devem ser utilizadas por pessoal especializado e devidamente qualificado.

Funcionamento da sonda lambda

De modo a garantir uma taxa de conversão ideal do catalisador, é necessária uma combustão igualmente otimizada. Nos motores a gasolina, essa combustão "otimizada" é atingida através de uma mistura de 14,7 kg de ar com 1 kg de combustível (mistura estequiométrica). Essa mistura otimizada é designada pela letra grega λ (lambda). Com a designação "lambda", é expressa a relação de ar entre o consumo de ar teórico e o volume de ar efetivamente admitido:

λ = volume de ar alimentado : consumo de ar teórico = 14,7 kg : 14,7 kg = 1

O princípio da sonda lambda se baseia em uma medição comparativa do oxigênio. Isso significa que o teor de oxigênio residual dos gases de escape (aprox. 0,3–3%) é comparado com o teor de oxigênio no ar ambiente (aprox. 20,8%).

Se o teor do oxigênio residual dos gases de escape for de 3% (mistura pobre), a relação desse valor com o teor de oxigênio no ar ambiente produz uma tensão de 0,1 V.

Se o teor de oxigênio residual for inferior a 3% (mistura rica), a tensão da sonda sobe até aos 0,9 V. O teor de oxigênio residual é medido com diferentes sondas lambda.

Por norma, o funcionamento da sonda lambda é controlado durante o exame de rotina dos gases de escape. Mas, tendo em consideração que a sonda lambda está sujeita a um desgaste específico, ela deve ser controlada regularmente (aprox. todos os 30.000 km), p. ex., no âmbito de uma inspeção.

Em consequência da nova legislação mais exigente da restrição ou redução dos gases de escape dos veículos motorizados, as técnicas para o pós-tratamento dos gases de escape também foram melhoradas.

Função da sonda lambda: medição da tensão produzida pela sonda lambda (sonda de salto de tensão) — Sonda de salto de tensão

Sonda de salto de tensão

Essa sonda é composta por uma cerâmica oca em dióxido de zircônio, em forma de dedo. A particularidade desse eletrólito sólido consiste em permitir a transição de iões de oxigênio, a partir de uma temperatura de aprox. 300 °C. As duas faces dessa cerâmica estão revestidas com uma fina e porosa camada de platina, que funciona como elétrodo. Os gases de escape percorrem a face cerâmica externa, enquanto a face interna está preenchida com ar de referência.

Devido às diferentes concentrações de oxigênio existentes nos dois lados, as propriedades da cerâmica permitem a transição de iões de oxigênio, o que, por sua vez, produz uma tensão. Essa tensão é usada para transmitir um sinal ao módulo de comando, que modifica a composição da mistura, de acordo com o teor de oxigênio residual nos gases de escape.

Esse processo — a medição do teor de oxigênio residual e o enriquecimento ou o empobrecimento da mistura — é repetido várias vezes por segundo, produzindo uma mistura estequiométrica adequada ( λ = 1).

Função da sonda lambda: medição através da resistência da sonda (sonda de salto por resistência) — Sonda de salto por resistência

Sonda de salto por resistência

Nesse tipo de sonda, o elemento cerâmico é produzido a partir de dióxido de titânio — usando um método de multicamadas. O dióxido de titânio tem a particularidade de mudar sua resistência proporcionalmente à concentração de oxigênio nos gases de escape. Se o teor de oxigênio for elevado (mistura pobre λ > 1), a capacidade condutora da cerâmica é mais reduzida e, com um teor de oxigênio mais elevado (mistura rica λ < 1), a capacidade condutora é mais elevada. Esse tipo de sonda não necessita de ar de referência, mas tem que ser alimentada pelo módulo de comando com uma tensão de 5 V, através de uma combinação de resistência. Através da queda da tensão nas resistências, é produzido o sinal necessário para o módulo de comando.

As duas células de medição estão montadas em uma carcaça semelhante. Um tubo de proteção previne danos nas células de medição em contato com o fluxo de gases de escape.

Aquecimento da sonda lambda:

A primeira geração de sondas lambda não era aquecida e tinha que ser instalada junto do motor, de modo a atingir rapidamente sua temperatura de serviço. Atualmente, as sondas lambda são equipadas com um aquecimento de sonda. Desse modo, as sondas podem ser instaladas também longe do motor.

Vantagem:
As sondas não são mais expostas a elevadas cargas térmicas. Graças ao aquecimento de sonda, elas atingem rapidamente a temperatura de serviço, permitindo que o período em que a regulagem lambda está inativa seja muito reduzido. É evitado um arrefecimento muito acentuado durante o funcionamento em marcha lenta, durante o qual a temperatura dos gases de escape é menos elevada. As sondas lambda aquecidas têm um tempo de reação mais curto, o que tem um efeito positivo sobre a velocidade de regulagem.

Sonda lambda de banda larga

Sonda lambda de banda larga

A sonda lambda registra uma mistura rica ou pobre na área λ = 1. A sonda lambda de banda larga permite a medição precisa do valor do ar, tanto na área pobre (λ > 1) como na área rica (λ < 1). A sonda fornece um sinal elétrico exato e pode, por isso, regular todos os valores nominais — p. ex., em motores a gasóleo, motores a gasolina com conceito de mistura pobre, motores a gás e esquentadores. A sonda lambda de banda larga está estruturada como uma sonda convencional. Ela dispõe, adicionalmente, de uma segunda célula eletroquímica: a célula de bombeamento.

Os gases de escape entram no compartimento de medição (a fenda de difusão) através de um pequeno orifício na célula de bombeamento. Nesse caso, a concentração do oxigênio é comparada com a concentração do oxigênio do ar de referência, de modo a ajustar o valor do ar (λ). Para obter um sinal medível para o módulo de comando, a célula de bombeamento é conectada a uma tensão. Através dessa tensão, o oxigênio dos gases de escape pode ser bombeado para dentro e para fora da fenda de difusão. O módulo de comando regula a tensão da bomba, de modo que a composição do gás, na fenda de difusão, seja constante, correspondendo a λ = 1. Se a mistura for pobre, a célula de bombeamento bombeia oxigênio para fora. A consequência é uma corrente de bomba positiva. Se a mistura for rica, o oxigênio do ar de referência é bombeado para dentro. A consequência é uma corrente de bomba negativa. Com λ = 1 na fenda de difusão, o sistema não transporta oxigênio e a corrente de bomba é zero. Essa corrente de bomba é analisada pelo módulo de comando. O módulo de comando atribui um valor de ar e, assim, as informações sobre a composição da mistura.

Uso de várias sondas lambda

Uso de várias sondas lambda

Desde a introdução do EOBD, é também obrigatório o monitoramento do catalisador. Para isso, é instalada uma sonda lambda complementar a jusante do catalisador. Com essa sonda, é determinada a capacidade de retenção de oxigênio do catalisador.

O funcionamento das sondas a montante e a jusante do catalisador é igual. No módulo de comando, são comparadas as amplitudes das sondas lambda. Graças à capacidade de retenção de oxigênio do catalisador, as amplitudes da tensão da sonda a jusante do catalisador são muito baixas. Se a capacidade de retenção de oxigênio do catalisador baixar, as amplitudes da tensão da sonda a jusante aumentam, devido ao elevado teor de oxigênio.

O valor das amplitudes que é produzido na sonda, a jusante do catalisador, depende da atual capacidade de retenção de oxigênio do catalisador, a qual varia com a carga e com a rotação do motor. Por isso, o estado da carga e a rotação são tidos em consideração durante a comparação das amplitudes das sondas. Se, todavia, as amplitudes de tensão das duas sondas forem semelhantes, a capacidade de retenção do catalisador é atingida, por exemplo, devido ao envelhecimento.

Efeitos em caso de defeito da sonda lambda

A falha pode se dever às mais diversas razões:

Curto-circuitos internos e externos
Massa/alimentação de tensão em falta
Superaquecimento
Depósitos /sujeira
Danos mecânicos
Uso de combustível com chumbo/aditivos

Existe uma série de defeitos típicos em sondas lambda, que ocorrem com muita frequência. A seguinte listagem mostra a causa dos erros diagnosticados:

Sondas não aquecidas

Erro diagnosticado	Causa
Tubo de proteção ou corpo da sonda obstruído por resíduos de óleo	Entrou óleo não queimado no sistema de gases de escape, p. ex., devido a anéis do êmbolo ou vedantes da haste da válvula com defeito
Entrada de ar falso, ar de referência em falta	Sonda montada incorretamente, abertura de ar de referência bloqueada
Danos devidos a superaquecimento	Temperaturas acima de 950 °C devido à temporização incorreta da ignição ou à folga da válvula
Conexão ruim nos conectores de encaixe	Oxidação
Conexões de cabo interrompidas	Cabos mal colocados, sinais de fricção, mordidas de roedores
Conexão de massa em falta	Oxidação, corrosão do sistema de gases de escape
Danos mecânicos	Torque de aperto demasiado elevado
Envelhecimento químico	Muitas viagens curtas
Depósitos de chumbo	Uso de combustível com chumbo

Diagnóstico de erros na sonda lambda

Os veículos que estão equipados com um sistema de autodiagnóstico, detectam erros que ocorrem no circuito de regulagem e salvam os mesmos na memória de erros. Esse tipo de erro é, por norma, assinalado através da luz de controle do motor. Para o diagnóstico de erros, pode ser posteriormente conectado um equipamento de diagnóstico , com o qual é feita a leitura da memória de erros. Os sistemas mais antigos não têm a capacidade de detectar se esse erro se deve a um componente com defeito ou, por exemplo, a um cabo com defeito. Nesse caso, o mecânico deve realizar controles complementares.

No âmbito do EOBD, o monitoramento das sondas lambda foi alargado aos seguintes pontos:

Curto-circuito no cabo,
Operacionalidade,
Curto-circuito à massa do módulo de comando,
Curto-circuito ao positivo,
Ruptura de fio e envelhecimento da sonda lambda.

Para diagnosticar os sinais da sonda lambda, o módulo de comando usa o formato da frequência do sinal.

Para isso, o módulo de comando calcula os seguintes dados:

O valor máximo e mínimo registrado da tensão da sonda,
O tempo entre o flanco positivo e negativo,
Grandeza de regulagem da sonda lambda segundo mistura rica e pobre,
Limiar da regulagem lambda,
Tensão das sondas e duração dos períodos.

Controlar a sonda lambda: valor máximo e mínimo não são mais atingidos — Amplitude: valor máximo e mínimo não são mais atingidos, identificação de mistura rica/pobre não é mais possível.

Como é determinada a tensão mínima e máxima da sonda?

Com a partida do motor, todos os valores máx./mín. antigos são excluídos no módulo de comando. Durante a condução, são formados os valores mín./máx., em um intervalo de carga/rotação predefinido para o diagnóstico.

Controlar a sonda lambda: a sonda reage muito lentamente a alterações na mistura — Tempo de resposta: a sonda reage muito lentamente a alterações na mistura e não transmite atempadamente o status atual.

Cálculo do tempo entre o flanco positivo e negativo

Se o limiar de regulagem superior for ultrapassado pela tensão da sonda, a medição do tempo é iniciada entre o flanco positivo e o negativo. Se o limiar de regulagem inferior não for atingido pela tensão da sonda, a medição do tempo é parada. O período entre o início e o fim da medição do tempo é medido por um contador.

Controlar a sonda lambda: a frequência da sonda é muito lenta — Tempo de resposta: a frequência da sonda é muito lenta, uma regulagem ideal não é mais possível.

Identificar uma sonda lambda envelhecida ou danificada

Se a sonda tiver ultrapassado o limite da vida útil ou se estiver danificada, por exemplo, devido a aditivos de combustível, isso tem um efeito direto sobre o sinal da sonda. O sinal da sonda é comparado com uma imagem do sinal salva. O erro de uma sonda lenta é, por exemplo, identificado através da duração do período do sinal.

Controlar a sonda lambda com o multímetro, osciloscópio, equipamento de diagnóstico de sondas lambda, aparelho de medição dos gases de escape

Por norma, deve ser sempre realizado um controle visual, antes de qualquer controle, de modo a assegurar que não existem cabos ou conectores danificados. O sistema de gases de escape não pode ter vazamentos.

Para a conexão do aparelho de medição, é aconselhado o uso de um cabo adaptador. Deve ser tido em atenção que a regulagem lambda não está ativa em alguns estados de funcionamento como, por exemplo, durante a partida do motor a frio, até ser atingida a temperatura de serviço ou durante a carga máxima.

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Controlar a sonda lambda com o equipamento de diagnóstico dos gases de escape

Um dos controles mais rápidos e mais simples é a medição com um aparelho de medição de quatro gases.

O controle é realizado da mesma forma que o exame dos gases de escape. Com o motor quente, é aplicado ar falso através de uma mangueira específica, criando uma grandeza perturbadora. Através da modificação da composição dos gases de escape, o valor lambda calculado e transmitido pelo equipamento de diagnóstico dos gases de escape sofre alterações. O sistema de preparação da mistura tem que identificar essa alteração, a partir de um valor específico, e deve proceder à sua regulagem dentro de um período específico (60 segundos durante o exame dos gases de combustão). Assim que a grandeza perturbadora for retirada, o valor lambda deve ser regulado para o valor original.

Geralmente, devem ser consultados os valores fornecidos pelo fabricante, relativos à aplicação da grandeza perturbadora e aos valores lambda.

Com esse tipo de controle, é somente possível identificar se a regulagem lambda funciona corretamente. Não é possível um controle elétrico. Nesse procedimento, existe o perigo de os modernos sistemas de gestão de motores comandarem a mistura, de modo que λ = 1, apesar de a regulagem lambda não funcionar corretamente.

Controlar a sonda lambda com o equipamento de diagnóstico dos gases de escape — Equipamento de diagnóstico dos gases de escape

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Controlar a sonda lambda com o multímetro

Para o controle, devem ser somente usados multímetros com valor ôhmico elevado e com indicação digital ou analógica.

Os multímetros com resistência interna insuficiente (mais frequente nos aparelhos analógicos) exercem uma carga excessiva sobre o sinal da sonda lambda, podendo impossibilitar sua leitura. Devido à alteração rápida da tensão, a leitura do sinal é mais simples com um aparelho analógico.

O multímetro é conectado paralelamente à linha do sinal (cabo preto, consultar o esquema elétrico) da sonda lambda. A faixa de medição do multímetro é ajustada em 1 ou 2 Volts. Após a partida do motor, é exibido um valor entre 0,4–0,6 Volts (tensão de referência). Assim que a temperatura de serviço do motor ou da sonda lambda for atingida, é iniciada a tensão fixa entre 0,1–0,9 Volts.

De modo a obter um resultado de medição correto, o motor deve trabalhar a uma rotação constante de aprox. 2.500 rpm. Desse modo, é assegurado que é atingida a temperatura de serviço da sonda, incluindo em sistemas sem sonda lambda aquecida. Devido à temperatura insuficiente dos gases de escape, com o motor em marcha lenta, existe o perigo de a sonda não aquecida arrefecer e não transmitir mais nenhum sinal.

Controlar a sonda lambda com o multímetro — Multímetro

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Controlar a sonda lambda com o osciloscópio

O sinal da sonda lambda pode ser mais bem representado com o osciloscópio. O requisito básico para a medição com o osciloscópio é, assim como na medição com o multímetro, que o motor e a sonda lambda tenham atingido a temperatura de serviço necessária.

O osciloscópio é conectado na linha do sinal. A faixa de medição a ajustar depende do tipo de osciloscópio usado. Se o aparelho estiver equipado com uma função de identificação automática do sinal, deve-se fazer uso dessa função. Durante o ajuste manual, deve ser ajustado uma faixa de tensão de 1–5 Volts e um tempo de 1–2 segundos.

A rotação do motor deve ser novamente de aprox. 2.500 rpm.

A corrente alternada é exibida de forma sinusoidal no display. Nesse sinal, podem ser avaliados os seguintes parâmetros:

O nível de amplitude (tensão máxima e mínima 0,1–0,9 Volts),
O tempo de resposta e a duração do período (frequência de aprox. 0,5–4 Hz).

Controlar a sonda lambda: imagem do sinal da sonda lambda — Imagem do sinal da sonda lambda

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Controlar a sonda lambda com o equipamento de diagnóstico de sondas lambda

Vários fabricantes comercializam diversos equipamentos de diagnóstico de sondas lambda. Com esse aparelho, o funcionamento da sonda lambda é exibido através de LEDs.

A conexão é efetuada, assim como no multímetro e osciloscópio, na conexão da linha do sinal da sonda. Assim que a sonda atingir a temperatura de serviço e entrar em funcionamento, os LEDs brilham alternadamente — consoante a composição da mistura e o curso da tensão (0,1 – 0,9 Volts) da sonda.

Todas as especificações relativas ao ajuste do aparelho de medição, para a medição da tensão, são nesse caso referentes às sondas de dióxido de zircônio (sondas de salto de tensão). Em sondas de dióxido de titânio, a faixa de medição da tensão ajustável sofre uma alteração para 0–10 Volts; as tensões medidas alternam entre 0,1–5 Volts.

Controlar a sonda lambda com o equipamento de diagnóstico de sondas lambda — Equipamento de diagnóstico de sondas lambda

Controlar o estado do tubo de proteção

Geralmente, devem ser sempre respeitadas as especificações do fabricante. Além do controle eletrônico, o estado do tubo de proteção do elemento da sonda também pode fornecer informações sobre o possível funcionamento:

Controlar a sonda lambda: tubo de proteção com fuligem

O tubo de proteção está coberto por uma forte camada de fuligem

O motor trabalha com uma mistura demasiado rica

A sonda deve ser substituída e a causa da mistura rica deve ser eliminada, de modo a evitar uma nova formação de uma espessa camada de fuligem sobre a sonda.

Controlar a sonda lambda: depósitos brilhantes no tubo de proteção

Depósitos brilhantes no tubo de proteção

Uso de combustível com chumbo.

O chumbo destrói o elemento da sonda. A sonda tem que ser substituída e o catalisador deve ser controlado. Substituir o combustível com chumbo por combustível sem chumbo.

Controlar a sonda lambda: depósitos claros no tubo de proteção

Depósitos claros (brancos ou cinzas) no tubo de proteção

O motor queima óleo; aditivos complementares no combustível

A sonda tem que ser substituída e a causa da combustão do óleo deve ser eliminada.

Controlar a sonda lambda: montagem incorreta

Montagem incorreta

Uma montagem incorreta pode danificar a sonda lambda, de modo que não é garantido um funcionamento correto. Durante a montagem, têm que ser usadas as ferramentas especiais prescritas, bem como o respectivo torque de aperto.

Controlar o aquecimento da sonda lambda

É possível controlar a resistência interna e a alimentação da tensão do elemento de aquecimento.

Para isso, deve ser desconectado o conector da sonda lambda. Medir com o ohmímetro, no lado da sonda lambda, a resistência nos dois cabos do elemento de aquecimento. O valor deve estar situado entre 2–14 Ohms. Medir, do lado do veículo, a alimentação de tensão com um voltímetro. Deve existir uma tensão > 10,5 Volts (tensão de bordo).

Diversas possibilidades de conexão e cores dos cabos

Sondas não aquecidas

Número dos cabos	Cor do cabo	Conexão
1	Preto	Sinal (massa através da carcaça)
2	Preto	Sinal Massa

Sondas aquecidas

Número dos cabos	Cor do cabo	Conexão
3	Preto 2 x branco	Sinal (massa através da carcaça), elemento de aquecimento
4	Preto 2 x branco Cinza	Sinal, elemento de aquecimento, massa

Sondas de dióxido de titânio

Número dos cabos	Cor do cabo	Conexão
4	Vermelho Branco Preto Amarelo	Elemento de aquecimento (+) Elemento de aquecimento (-) Sinal (-) Sinal (+)
4	Preto 2 x branco Cinza	Elemento de aquecimento (+) Elemento de aquecimento (-) Sinal (-) Sinal (+)

(As especificações específicas do fabricante têm que ser observadas.)

Substituir a sonda lambda

Substituição da sonda lambda

Substituição da sonda lambda, incl. avisos de desmontagem e montagem

02:42 min

Em caso de substituição de uma sonda lambda, deve ser tido em atenção o seguinte, durante a montagem da sonda nova:

Para a desmontagem e montagem, usar exclusivamente a ferramenta prevista para o efeito.
Controlar a rosca no sistema de gases de escape relativamente a danos.
Use somente a graxa fornecida ou especialmente prevista para sondas lambda.
Evite que o elemento de medição da sonda entre em contato com água, óleo, graxa, produtos de limpeza e solventes de ferrugem.
Devem ser observados os respectivos torques de aperto fornecidos pelos fabricantes de veículos e pelos fabricantes de sondas lambda.
Durante a instalação do cabo de conexão, preste atenção para que ele não entre em contato com objetos quentes ou móveis e que não seja instalado sobre arestas vivas e cantos afiados.
Instale o cabo de conexão da nova sonda lambda, se possível, do mesmo modo que o da sonda original.
Assegure que o cabo de conexão tenha a folga necessária, de modo a evitar uma possível ruptura devido a vibrações e movimentos do sistema de gases de escape.
Alerte o cliente para que ele não use aditivos à base de metal ou combustíveis com chumbo.
Não use uma sonda lambda que tenha caído no chão ou que esteja danificada.

Não ajuda em nada

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Muito útil

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