Dica 18 – Como funcionam e para que servem os sensores automotivos?
Atualmente, não é nenhum exagero dizer
que um automóvel moderno é um computador móvel equipado com pneus. Afinal, ele é
equipado por diversos módulos eletrônicos que são regulados por um controle
central computadorizado que, por sua vez, também recebe dados de sensores e como
resposta a estes estímulos, aciona inúmeros atuadores.
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.
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 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.
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 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 principal 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 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 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.
O segundo
dígito informa se o código de falha é genérico (dígito diferente de “1”) ou
específico de algum fabricante (dígito 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 incluírem todas estas especificidades das montadoras.
O terceiro
dígito informa qual o subsistema afetado pela falha, em especial aos
relacionados ao motor e a transmissão, ou seja, aos da letra “P”.
Como a norma não define subsistemas
das 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 até 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) podendo variar de 0 até F temos 256 possibilidades
para indicarem a natureza da falha e respectivo diagnóstico para cada subsistema
envolvido.
Todos os códigos de falha possuem
significados previamente definidos pelas montadoras de cada veiculo com sua
respectiva descrição. Porém, nem sempre estes dados e suas informações 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 da montadora não ter disponibilizado a documentação técnica ao fabricante do instrumento. Ou seja, o código da falha foi até lido e encontrado no banco de dados, mas ele está sem a respectiva descrição no 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.
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.
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 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, também é cada vez maior a necessidade de se desenvolver instrumentos de diagnósticos mais eficientes e precisos. Assim como é importante ficarmos mais atentos aos possíveis sinais que este moderno carro agora transmite e, principalmente, evitarmos descuidos nas manutenções preventivas.
Da mesma forma é interessante conhecer
um pouco melhor as características, composições físicas e funcionalidades de
alguns dos principais sensores presentes
nos atuais veículos.
Este conhecimento serve para
dimensionarmos a real importância de cada um deles e, principalmente, os
respectivos efeitos benéficos na dirigibilidade e nos nossos bolsos.
Podemos simplificar definindo os
sensores automotivos como sendo componentes que conseguem transformar variações
de grandezas físicas em variações de grandezas elétricas.
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).
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 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.
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.
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.
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.
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 pré-estabelecida 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”.
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 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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Dica 23 – Tem diferença entre essa tal de correia dentada do motor e a corrente de comando?
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Dica 26 – Quando trocar os amortecedores?
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Dica 32 – O que são trizetas, tulipas, coifas e semi-eixos?
Dica 34 – Como limpar adequadamente o carro?
Complementos:
Tabela de códigos de falha sistema ODBII/EOBD para scanner automotivo (clique para ver on line)
Tabela de códigos de falha sistema ODBII/EOBD para scanner automotivo (clique para baixar o PDF)
Tabela sugestiva para manutenção automotiva (clique para ver on line)
Tabela sugestiva para manutenção automotiva (clique para baixar o PDF)
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