Conheça quais são as características dos modernos sensores magneto resistivo e como fazer o diagnóstico destes componentes
Na primeira parte desta matéria, estudamos o funcionamento dos sensores de relutância variável (VR) e de efeito Hall, que fornecem sinais aos módulos do motor, transmissão e ABS já por décadas. No passado, parecia que estes dois tipos de sensores seriam capazes de fornecer informações de quase quaisquer condições que os módulos necessitassem. O sensor VR, de baixo custo, trabalhava muito bem se o módulo precisasse somente de informações de rotação, e o sensor de efeito Hall trabalhava bem se a precisão de posição e operação em baixas rotações fossem necessárias. Os veículos modernos se tornaram tão avançados que eles necessitam de sensores ainda mais precisos para medição de baixas rotações, altas rotações, e mesmo direção de rotação. Com estes requisitos adicionais, se tornou necessária a produção de sensores modernos mais avançados como os sensores magneto resistivo.
SENSORES MAGNETO RESISTIVOS
O sensor magneto resistivo (MR) é um sensor ativo que tipicamente possui dois fios – um de alimentação e outro de aterramento. Estes sensores frequentemente confundem os técnicos pois parecem um sensor VR. Eles não passam em testes comuns feitos a um sensor VR, tais como medição de resistência ou verificação de tensões AC em seus terminais medidos através de um voltímetro ou um osciloscópio.
Quando os sensores MR começaram a ser utilizados primeiro em sistemas de controle de estabilidade, suas características para identificação eram que os sinais de saída possuíam mudanças de corrente, em termos de miliamperes quando disparados, ao invés de mudanças na tensão de saída, como um sensor de efeito Hall ou um sinal de tensão alternada, como um sensor VR. O sensor MR muda a corrente do seu circuito desde cerca de 7mA até 14mA. O fio “massa” do sensor também se alterará ligeiramente quando se monitora tensão, mas a lógica no módulo de controle é monitorar a mudança de amperagem (corrente) e não a contagem dos pulsos de tensão.
Podemos testar o sensor de rotação ativo de algumas maneiras. Uma simples, consiste em curto circuitar rapidamente seus dois fios no conector do sensor e observar a indicação no osciloscópio. Podemos observar uma indicação de RPM ou entrada de rotação. Por exemplo, a figura 1 mostra um sensor de roda do Mitsubishi Outlander quando se curto circuita rapidamente os terminais do lado do computador no conector do sensor de rotação da roda. Este teste pode ou não ser incluído na informação de serviço, mas é uma maneira rápida de verificar a integridade do computador e da fiação.
Figura 1 – No exemplo do Mitsubishi Outlander, causar um curto circuito rápido nos fios e monitorar os dados no osciloscópio pode ajudar a determinar se o sensor, módulo ou fiação estão OK, isso ocorre quando receber o sinal, pois o computador e a fiação estão OK. Este método funciona bem em circuitos com sensor MR.
Inspecione visualmente a roda de pulsos e o sensor. Muitos sensores MR podem ler imãs inseridos em componentes, normalmente chamados de anéis codificadores. Por exemplo, sensores de rotação de roda normalmente identificam os pequenos ímãs inseridos nos anéis codificadores ao redor do rolamento de roda (figura 2)
Figura 2 – Rolamento de roda com vários pequenos ímãs incorporados. Ferrugem excessiva ou dano pode afetar o sinal de saída do sensor, e uma falha no rolamento pode resultar em um sinal muito ruim ou fraco.
Conforme anteriormente mencionado, sensores MR não possuem especificação de resistência, mas podemos monitorar a corrente com um multímetro digital. Precisamos medir a amperagem em série com o sensor, assim precisamos utilizar fios adequados para um jump e conectar o multímetro em linha com o sensor. Ao girar a roda, é possível identificar a mudança de amperagem entre 7mA e 14mA.
Figura 3 – sensor MR de um Chevrolet Captiva. A variação de tensão é de somente 20mV. Se você estiver conectado ao circuito, não espere encontrar uma grande mudança de voltagem. Conforme podemos ver na figura 3, o sensor de rotação da roda deste Captiva mostra uma variação de voltagem de somente 20mV. A mudança de tensão é resultante do circuito MR aumentando a corrente, mas o computador não está monitorando esta mudança de voltagem (tensão).
É possível também confirmar isto com o uso de um osciloscópio (Figura 4). Se colocarmos um resistor de 10 Ohms em série e medirmos o sinal digital, como mostra o gráfico do sensor de rotação de entrada de uma transmissão 6T40, veremos o que mostra a figura.
Para melhorar o teste, podemos colocar os valores de tensão obtidos no calculador da lei de Ohm (V=1*R) e calcular a corrente. Os 10 ohms adicionados ao circuito não irão afetar o funcionamento do circuito pois é um valor muito baixo de resistência e o circuito não puxa muita corrente. Na figura 4, um canal foi adicionado para mostrar a alteração na corrente, e realmente a variação obtida vai de 7mA a 14 mA.
Figura 4 – O sensor de rotação de uma transmissão 6T40 monitorado através de um resistor de 10 Ohm. O padrão é muito limpo na medição da queda de tensão. No mesmo osciloscópio podemos facilmente calcular a amperagem. O canal em preto está medindo o canal A (azul) e dividindo- o pelo valor do resistor.
SENSORES
Muitos veículos modernos utilizam esta tecnologia avançada de sensores. Estes sensores avançados são de dois fios e geram mudança de corrente em seus sinais de saída, mas podem ser tanto de efeito Hall como Magneto Resistivos. Em termos de diagnóstico, isto é irrelevante. O sensor internamente faz o processamento e saída do sinal, e é este sinal que torna estes sensores avançados. Existem dois tipos principais de sensores avançados – um que altera a largura do pulso para indicar direção, e outro que envia uma mensagem binária após cada pulso para fornecer ainda mais informações.
A direção de rotação é muito importante em veículos modernos que precisam saber se o veículo está andando para trás em uma parada em um morro (travamento em rampa) ou se o eixo da transmissão está girando para a frente ou para trás, ou se o motor está girando no sentido horário ou anti-horário. Sim, você leu direito. As fabricantes de automóveis estão tentando aprimorar um dispositivo START/STOP de maneira que o motor inicia seu funcionamento com a menor rotação possível.
Imagine isto quando um veículo se aproxima de uma parada, e o motor se desliga, o motor gira até parar. Desde que alguns pistões estão empurrando para cima no tempo de compressão, eles forçarão o motor a girar ao contrário um pouquinho. Nós já vimos este efeito quando você desliga o motor. Ele desliga e então volta um pouquinho. Se o sensor de rotação não conseguir medir este retorno, de quanto o motor girou para trás, o motor de arranque terá de girar até que o módulo de injeção identifique a assinatura dos sinais da árvore de comando de válvulas para saber onde o a posição do motor se encontra.
Agora, com estes sensores mais avançados, o módulo consegue ver exatamente quanto o motor girou ao contrário durante seu desligamento e permitir uma partida rápida quando o motorista deixa de pisar no freio. A figura 5 mostra um motor de 2 litros e 4 cilindros que desacelera até parar, então existe uma pausa, e alguns pulsos a mais.
Figura 5 – O sensor de rotação do virabrequim mostra um motor que desacelera até parar, pausa, e volta para trás um pouco.
A figura 6 mostra o padrão ampliado de um pulso durante a desaceleração e então o pulso quando o motor gira para trás. Podemos ver que a largura de pulso mudou de cerca de 80 microssegundos quando ele girava no sentido horário para cerca e 160 microssegundos quando gira no sentido anti-horário. Este sensor de rotação avançado processa internamento o pulso e então envia com precisão um sinal ao módulo, identificando acuradamente a posição e direção de rotação.
Figura 6 – Ampliado, podemos ver que a largura de pulso é diferente quando o motor está girando no sentido horário versus sentido anti-horário. Isto permite ao módulo saber precisamente a rotação do virabrequim durante uma parada, assim o motor pode ser reiniciado o mais rápido possível.
Um outro sensor de rotação avançado envia um sinal digital que ele capta de um anel codificador magnético. A figura 7 mostra que o sinal do sensor contém um pulso largo (relativamente falando – é somente 27 miliamperes) e então uma série de pulsos de 7mA a 14mA. Estes pulsos formam uma mensagem binária que segue o protocolo AK. Este protocolo deriva informação a força do sinal, direção e espaço entre os dentes da roda fônica.
Não somente este sensor informa a velocidade de rotação e posição, mas também informa a força do sinal, direção e folga entre dentes da roda fônica. Na figura 7, os pulsos binários são diferentes quando a roda gira para a frente ou para trás.
Figura 7 – Sensor de roda de um veículo GM de ultima geração. Estas duas imagens de osciloscópio mostram o sensor passando por um dos ímãs de um rolamento de roda. A imagem à direita mostra a roda girando para a frente e a imagem da esquerda mostra a roda girando para trás. Note a mudança na largura do pulso no meio da mensagem indicando direção de rotação.
Os manuais de serviço não explicam o funcionamento destes sensores, nem fornecem detalhes para um melhor diagnóstico. Como podemos ver, é muito fácil errar no diagnóstico de um destes sensores, se esperamos encontrar somente um sinal típico de um sensor de efeito Hall, gerando uma onda quadrada, ou uma tensão que se alterna entre 0V e 5V.
Quando se testar um sensor suspeito, se não enxergarmos uma voltagem se alterando, amplie a imagem e faça uma análise mais profunda do padrão gerado pelo sensor. O sinal pode estar lá. Só não ser o que estamos esperando!
Um bom mês de trabalho a todos! Equipe APTTA Brasil – Departamento Técnico Junho 2024 Matéria extraída e traduzida da revista GEARS de abril/maio de 2024. Autor: Sean Boyle Tradução: Carlos Napoletano Neto.
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