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Classes de sensores automotivos e o reconhecimento de falhas em sensores pelo Módulo do motor

Reparador do sistema de Injeção eletrônica, você conhece a construção física dos sensores que temos no veículo e como o módulo do motor identifica as falhas que lemos no scanner de diagnóstico?

Por André Miura

O sistema de injeção eletrônica surgiu para trazer melhorias no aproveitamento do combustível e consequentemente diminuição na emissão de poluentes. A chave para que isso seja possível é a chamada estequiometria. A Estequiometria é um estudo que estabeleceu as razões ideais da mistura ar/combustível usada na combustão, portanto, podemos dizer que uma mistura estequiométrica é uma mistura ideal. 

Para que seja possível atingir esse controle preciso da mistura, o sistema conta com três elementos básicos: sensores, atuadores e uma ECU. 

Sensores automotivos 

Pode-se definir sensores como elementos que transformam variações de grandezas físicas em variações de grandezas elétricas. Por exemplo, um sensor de temperatura consegue representar uma variação de grandeza física (°C) em grandeza elétrica (V). A ECU que processará esse sinal para comandar corretamente os atuadores entende apenas grandezas elétricas. 

Função básica de trabalho de um sensor

Porém a maneira como essas grandezas são convertidas varia de sensor pra sensor. No veículo existem diferentes classes de sensores. Porém, ao analisar a forma como o Módulo do motor processa os sinais dos sensores, podemos separá-los em duas classes básicas: sensores alimentados e sensores que não necessitam de alimentação. Vejamos alguns exemplos. 

Sensores Termorresistivos 

Os sensores termorresistivos necessitam de alimentação para funcionar, vejamos a razão: Os sensores de temperatura são da classe termorresistiva, pois possuem em sua construção um componente chamado termistor. O termistor 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 depende do coeficiente de temperatura do termistor. Encontramos esse coeficiente de duas maneiras: NTC (Coeficiente de Temperatura Negativo) e PTC (Coeficiente de Temperatura Positivo). Os NTC são mais comuns, e devido ao seu coeficiente de temperatura negativo, seu valor de resistência diminui conforme o aumento de temperatura. Os sensores PTC funcionam da maneira oposta. 

Sensor de temperatura e as classes dos termistores  

Como mencionado, o Módulo entende os sinais dos sensores através de medidas de tensão elétrica e não com variações de resistência. Por isso, para que a variação de resistência signifique algo para a ECU é necessário primeiro que esse sensor seja alimentado com uma tensão base para que essa tensão possa variar de acordo com a medida de resistência do termistor. Quem fornece essa alimentação, geralmente de 5V, é a própria ECU. 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. 

Sensores Indutivos 

Os sensores Indutivos, por outro lado, não necessitam de alimentação para funcionar, pois sua construção física permite que esse sensor gere sua própria tensão elétrica de sinal. Sensores indutivos são amplamente utilizados para medições de rotação e fase. O princípio de indução é a geração de tensão a partir de distorção de campo magnético. Esse campo magnético é gerado pelo próprio sensor e a distorção dele é feita pela roda fônica, comando de válvulas, etc. IMAGEM 3 

Sensor Indutivo de rotação

A geração do campo magnético estático é feita devido à construção do sensor, que é composto basicamente por um ímã permanente que tem ao seu redor um enrolamento, formando uma bobina. Ao conectarmos uma das extremidades dessa bobina enrolada ao ímã em um aterramento – que podemos chamar de fonte de elétrons – um campo magnético é formado. As distorções desse campo magnético estático causadas pelo movimento da roda fônica, por exemplo, produzirão picos de tensão. A frequência desses picos indicam para a ECU qual a rotação do veículo. 

Construção dos sensores indutivos

Sinal de rotação monitorado com um osciloscópio (picos de tensão)

Monitoramento de falhas pela ECU 

Sendo alimentado ou não, a maneira como a ECU identifica falhas no circuito sensor é a mesma – medidas anormais de tensão elétrica que chegam até o processador. Por exemplo, sensores alimentados costumam apresentar com frequência falhas como: “curto à massa”, “curto ao positivo” ou “circuito aberto”. Tais falhas são percebidas pela ECU, pois o processador da placa é programado para entender que valores muito baixos ou muito altos indicam algo fora da normalidade. 

No caso dos sensores alimentados com 5V não existe exatamente variações entre e 0V e 5V. Os sensores vão respeitar algo inevitável em qualquer circuito eletrônico – consumos e 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 em torno de 0,4 – 4,6V. Portanto, quando ocorre 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”, anotando portanto 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”. 

Exemplo de “Range check” de sensores alimentados

Para monitoramento de falhas em sensores que não são alimentados pelo módulo, o processador da ECU precisa ser capaz de identificar 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). Para identificar um curto com a massa, o processador se baseia em um “Range check” similar ao que consideramos a pouco – valor igual a 0V indicaria uma falha. 

Mas para identificar ausência de sinal, os circuitos internos das ECUs que monitoram sensores contam com o trabalho de um componente ligado a uma tensão positiva interna, geralmente de 5V. Esse componente 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 é importante, pois assim, no caso de falha no chicote do sensor, sensor desconectado ou ausência de sinal por outra razão, a tensão positiva “vence” o valor de resistência do resistor e cega no circuito do sinal. 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. 

Exemplo de circuito de monitoramento de falhas

Vale lembrar que uma ECU vem de fábrica com um software de controle de todo o sistema. Nesse software, constam diversas possibilidades de falhas no circuito e quais códigos devem ser anotados pelo processador na memória interna da placa em caso de falhas. Porém, esses códigos gerados pelo processador são sempre códigos binários. Cabe a cada fabricante de scanner conseguir decifrar o significado de cada código e traduzir isso em nosso idioma. Por isso as definições de cada falha podem variar dependendo do scanner. 

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Testes em centrais automotivas

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