Lambda

Um motor de combustão interna é pouca coisa mais do que uma bomba de ar. Ele só funciona porque é alimentado com uma mistura de “ingredientes” que combinados são capazes de fornecer energia. Esses ingredientes são nada mais, nada menos, que o ar que respiramos e um combustível como Etanol, Gasolina ou outro qualquer. Esses combustíveis, combinados com o ar, tem a capacidade de liberar uma grande quantidade de energia, que é então transformada (e essa é a função do motor) em movimento. Basicamente, é como fazer um bolo, basta adicionar as quantidades certas dos ingredientes, que o resultado é satisfatório. E como sabemos, se adicionarmos menos farinha ou fermento em excesso, o bolo não sairá conforme esperado. Assim é com os motores de combustão interna. Devemos adicionar as medidas corretas de ar e combustível, para que a transformação de energia ocorra da maneira mais eficiente possível.

A mistura e a relação Ar – Combustível:

Fisicamente, em um motor de combustão interna equipado com sistema de injeção eletrônica, a mistura do ar com o combustível acontece no coletor e nos dutos de admissão, e o combustível é inserido no processo através de bicos injetores, posicionados no coletor ou no duto de admissão em motores com injeção indireta, ou no cabeçote em motores com injeção direta.

Quimicamente, a reação da combustão de um combustível de forma completa ocorre com as quantidades ideais de ar e de combustível, a essa quantidade ideal, damos o nome de Mistura Estequiométrica.

Essa mistura é calculada de acordo com cada combustível, e é a medida de quantos quilogramas de ar são necessários para a combustão completa de um quilograma do combustível.

Note que a medida de relação Ar-Combustível é feita em massa (em geral em quilogramas), e não em volume.

Relação Ar-Combustível Estequiométrica de combustíveis diversos

Na tabela acima podemos notar que, por exemplo, para a combustão completa de 1 kg de Metanol, são necessários 6,47 kg de ar.

Nos sistemas modernos de injeção eletrônica, uma forma de saber se a combustão está ocorrendo com a relação Ar-Combustível desejada é através de um sensor instalado no coletor de escape do veículo, chamado Sensor de Fator Lambda, ou Sensor Lambda.

Fator Lambda é uma relação entre a relação Ar-Combustível no instante da leitura e a relação Ar-Combustível estequiométrica.

Quando a relação Ar-Combustível atual é igual à relação Ar-Combustível estequiométrica, dizemos que o motor está com Lambda (λ) igual a 1, ou simplesmente Lambda 1.

Quando há menos massa de ar do que a necessária para a combustão estequiométrica, dizemos que o motor está com a mistura rica, e assim o valor de Lambda se torna menor do que 1.

Na situação oposta, quando há mais massa de ar do que a necessária para a combustão estequiométrica, dizemos que o motor está com a mistura pobre, e assim o valor de Lambda se torna maior do que 1.

Atualmente, muitos fabricantes de motores adotam estratégias de injeção que resultem em Lambda 1 na maioria das condições do motor, pois esse acerto resulta em um equilíbrio entre emissões de poluentes e desempenho do motor.

A literatura técnica de calibração de motores frequentemente cita valores de Lambda ligeiramente menores que 1 como valores que resultam em maior potência . Da mesma forma, valores de Lambda ligeiramente maiores que 1 muitas vezes são descritos como o valores que resultam na maior economia de combustível. Vale ressaltar que esses valores devem ser pesquisados em dinamômetro, pois cada motor reage de uma maneira diferente.

O sensor Lambda

O sensor Lambda, Sonda Lambda, ou sensor de oxigênio é um sensor desenvolvido para medir a quantidade de oxigênio residual nos gases do escapamento de um motor.

Existem diversos tipos de sensores Lambda, mas os três principais são o sensor de oxigênio de dois estados (também conhecido como narrowband), o sensor de oxigênio com aquecimento e o sensor de oxigênio universal (também conhecido como wideband).

Sensor de oxigênio de dois estados (narrowband):

Este sensor é chamado de sensor de oxigênio de dois estados ou narrowband porque ele tem precisão suficiente apenas para medir se a concentração de oxigênio presente nos gases de exaustão é relacionada com uma mistura Ar-Combustível rica ou pobre. Dessa maneira, com este sensor, é possível apenas descobrir se a relação ar-combustível está rica ou pobre, sem saber qual a relação Ar-Combustível atual do motor. Por causa dessa sua característica, é muito utilizado por montadoras, já que, como visto anteriormente, essas fábricas adotam uma calibração voltada para λ=1.

Curva característica do sensor Lambda Narrowband

Sensor de oxigênio com circuito de aquecimento:

Os sensores de oxigênio com circuito de aquecimento reduzem o tempo de espera entre a partida do motor e o início do controle em malha fechada da relação ar-combustível. Como eles aquecem mais rapidamente, eles têm também tempos de resposta menores, diminuindo o atraso nas operações de controle em malha fechada da relação ar-combustível.

Sensor de oxigênio universal (wideband):

Enquanto os sensores de dois estados apenas identificam se a mistura ar-combustível está rica ou pobre, o sensor de oxigênio universal pode realmente ser usado para medir o fator Lambda no gás de exaustão. Com esse sensor é possível, portanto, realizar o controle da relação ar-combustível em várias outras faixas de fator Lambda, não só no estequiométrico, como é o caso dos sensores narrowband. Por ter essas caraterísticas, é um sensor muito utilizado para propósitos onde se deseja que o motor funcione com Lambda diferente de 1 na maioria das situações, garantindo uma maior precisão na medida, e permitindo que a ECU monitore o valor de Lambda continuamente, aumentando ou reduzindo a quantidade de combustível injetado no motor. A esse controle, damos o nome de controle em malha fechada, também chamado de Controle de Lambda, ou Lambda Control.