Num motor de combustão interna a gasolina, sob um determinado conjunto de circunstâncias, há um som metálico de batida. “Dedos a bater”, dizem alguns condutores. Na verdade, este fenómeno chama-se detonação e a sua ocorrência é extremamente indesejável, pois pode levar à falha do motor devido à enorme velocidade de propagação da frente de chama (mais de 2000 m/s) e às elevadas cargas de choque nas paredes do cilindro, no pistão e na cabeça do bloco. Para controlar o nível de perigo, é instalado um sensor de detonação no bloco de cilindros.
O sensor de detonação é utilizado para monitorizar o grau de detonação durante o funcionamento de um motor de combustão interna a gasolina. O sensor é montado no bloco de cilindros do motor. É um componente importante do sistema de gestão do motor, uma vez que permite obter a potência máxima do motor e garantir a eficiência do combustível.
O que é a detonação?
A detonação ou combustão por detonação propriamente dita ocorre quando uma parte da mistura combustível-ar retirada da vela de ignição é aquecida pela frente de chama e se inflama espontaneamente, formando uma explosão. A detonação é acompanhada de sinais acústicos – pancadas metálicas no mecanismo da manivela. O grau de detonação refere-se à parte da mistura combustível-ar que arde com a detonação.
As causas da detonação são:
- composição química do combustível (índice de octanas);
- caraterísticas de conceção do motor (taxa de compressão, localização das velas de ignição, forma da câmara de combustão, etc.);
- condições de funcionamento (composição da mistura combustível-ar, ângulo de avanço da ignição, carga do motor, fuligem nas peças da câmara de combustão, etc.).
A consequência da combustão por detonação é o aumento da dissipação de calor dos elementos do mecanismo da manivela, acompanhado por um aumento do desgaste, da quebra e da destruição. A frequência com que este fenómeno pode ocorrer depende de três factores principais.
Em primeiro lugar, a probabilidade de ocorrência é afetada pela composição química da gasolina, mais precisamente, pelo seu índice de octanas. Quanto mais elevado for, mais resistente é a este fenómeno. O segundo fator, que não afecta menos, são as caraterísticas de conceção do motor, nomeadamente a taxa de compressão, a forma da câmara de combustão, a localização das velas de ignição, a forma da parte inferior do pistão, etc. Por exemplo, um motor com uma taxa de compressão mais elevada é mais propenso à detonação e necessita de gasolina de alta octanagem. Caso contrário, porque é que os fabricantes escrevem o número mínimo de octanas permitido na tampa do depósito de gasolina? O terceiro fator são as condições de funcionamento do motor. A probabilidade de detonação é afetada pela composição da mistura de trabalho, carga, mudança selecionada, fuligem.
Como é que o sensor de detonação funciona?
O princípio de funcionamento do sensor de detonação baseia-se no efeito piezoelétrico. O design do sensor inclui uma placa piezoeléctrica, na qual, quando ocorre a detonação, surge uma tensão nas extremidades. Quanto maior for a amplitude e a frequência da oscilação, maior será a tensão. Quando a tensão na saída do sensor excede um nível pré-determinado correspondente a um certo grau de detonação, a unidade de controlo eletrónico corrige a caraterística de funcionamento do sistema de ignição para reduzir o ângulo de avanço. Desta forma, é alcançada a caraterística óptima de funcionamento do sistema para condições de funcionamento específicas.
O sensor de detonação detecta e converte a energia das vibrações mecânicas do bloco de cilindros em impulsos eléctricos. O sensor de detonação envia continuamente sinais para a unidade de controlo eletrónico do motor, e a eletrónica responde alterando a composição qualitativa da mistura de trabalho e o ângulo de avanço da ignição.
Existe um determinado limiar de segurança; se o valor da tensão o exceder, a unidade de controlo eletrónico dá uma ordem para reduzir o ângulo de avanço da ignição.
Se o sensor de detonação estiver a funcionar mal (sem sinal), a luz de sinalização correspondente acende-se no painel de instrumentos, o motor continua a funcionar.
Falha do sensor de detonação
Se o sensor de detonação não funcionar corretamente, a luz indicadora no painel de instrumentos acende-se. O motor está a funcionar e o automóvel pode ser conduzido. A resposta à pergunta legítima “porque é que este sensor é necessário então” é a seguinte.
Nos automóveis antigos, não equipados com unidade de controlo eletrónico, o ângulo de avanço da ignição era corrigido manualmente, rodando a tampa do disjuntor do distribuidor de ignição. Isto permitia ajustar o sistema de ignição em função do índice de octanas da gasolina, que pode variar muito nas diferentes estações de serviço. Num motor moderno, o dispositivo do distribuidor é diferente, a sua tampa é fixa, pelo que esta função é executada pela ECU. Por conseguinte, se o sensor de detonação falhar, o ângulo de avanço da ignição não pode ser corrigido.
Um sensor de detonação avariado afecta a dinâmica e a economia do motor. O princípio de funcionamento da unidade de controlo eletrónico é tal que, em caso de avaria do sensor, esta regula a ignição para um atraso de ignição conhecido por razões de segurança, a fim de excluir a possibilidade de destruição do motor. Como resultado, a unidade de potência funciona, mas começa a consumir muito mais combustível, e a dinâmica da máquina deteriora-se. O segundo é especialmente visível com cargas elevadas.
Verificação do sensor de detonação
Os principais sintomas que indicam que este dispositivo falhou:
- queda de potência;
- deterioração das caraterísticas de aceleração e um aumento acentuado do “apetite” do motor;
- fumo no escape.
Ao mesmo tempo, o indicador de avaria do motor acende-se no painel. Além disso, pode queimar constantemente, bem como acender-se brevemente quando a carga aumenta.
Nem sempre está à mão um scanner que possa ler e decifrar o código de avaria. Nem sempre é possível deslocar-se à estação de serviço. Coloca-se a questão: como verificar o sensor de detonação por si próprio? Das ferramentas é necessário um multímetro digital.
Em primeiro lugar, é necessário descobrir qual a resistência que um sensor que pode ser reparado deve ter num determinado modelo de carro ou motor, uma vez que todos os fabricantes têm valores diferentes. Se for diferente do normal, é necessária uma substituição.
Também é possível verificar a tensão nos contactos eléctricos do sensor, para o que é necessário desligar o conetor elétrico da fonte de alimentação do sensor e retirá-lo do motor. Depois disso, o multímetro é comutado para o modo de medição de tensão em milivolts, a sua sonda positiva é ligada ao contacto de sinal e a sonda negativa é ligada à massa do sensor (o orifício através do qual passa o parafuso de montagem do motor).
A verificação do sensor de detonação consiste em fixar o sensor com as sondas ligadas na palma da mão, que depois deve ser batida ligeiramente numa superfície qualquer. Ao bater, o multímetro deve detetar o aparecimento de tensão (normalmente cerca de 30-40 mV). O princípio é simples: quanto mais forte for o impacto, maior será a diferença de potencial entre os eléctrodos. Uma vez que a tensão é pequena, nem todos os dispositivos são capazes de a medir, pelo que é necessário certificar-se de que o dispositivo de medição disponível foi concebido para este tipo de medições. A ausência total de diferença de potencial indica que o sensor de detonação está defeituoso.