Sensor de Massa de Ar Admitida – MAF

Esse assunto é massa!

O Sensor de Massa de Ar Admitida – MAF funciona como um medidor de fluxo de massa de ar e é responsável por informar ao sistema de injeção eletrônica a quantidade (massa) de ar que está entrando no motor. Sua localização, geralmente, fica entre o filtro de ar e o coletor de admissão do motor. A partir das informações obtidas através do sinal do sensor MAF, em conjunto com outros componentes, a UCE calcula a melhor estratégia de funcionamento do sistema de injeção, como por exemplo nos motores ciclo otto, o tempo de injeção de combustível ou o avanço de ignição (centelha). Já nos motores a diesel, o monitoramento do sistema EGR e o tempo e a quantidade de injeção de combustível. Acompanhe a matéria e saiba mais!

Neste post você vai ver:

• Tipos construtivos de sensores de quantidade de ar admitido
  • Tipos de sensores que caíram em desuso
    • Sensor de fluxo de ar do tipo vareta
    • Sensor de fluxo de ar do tipo Karman Vortex
  • Sensor de fluxo de massa de ar do tipo fio quente
    • Como funciona o sensor MAF do tipo fio quente?
  • Sensor de fluxo de massa de ar do tipo película quente
    • Como funciona o sensor MAF do tipo película quente?
• Testando o sensor MAF
  • Teste das alimentações
  • Teste e análise do sinal com osciloscópio
    • Sensor MAF analógico
    • Sensor MAF digital
• Sintomas de defeitos que podem estar relacionados com o sensor MAF
• Códigos de falha que podem estar relacionados com o sensor MAF

Com o passar dos anos, os sistemas de injeção eletrônica tiveram diversas melhorias para acompanhar, de forma geral, o rigor das normas contra a emissão de poluentes. Estas normas obrigam as montadoras a adequarem e diminuírem os níveis de gases nocivos emitidos pelos motores a combustão interna. Para suprir essa demanda, as tecnologias utilizadas na fabricação dos sensores de quantidade de ar admitido aplicados nos veículos também tiveram que evoluir, tornando os processos de monitoramento sensorial envolvidos no funcionamento dos motores cada vez mais precisos.

Existem diferenças entre sensores de fluxo de ar e sensores de fluxo de massa de ar.

A principal diferença está no termo “massa”. O parâmetro utilizado pela UCE para efetuar os cálculos que envolvem a quantidade de ar admitido pelo motor é a massa de ar, com isso é possível estimar a quantidade de moléculas de O2 que vão reagir com as moléculas de combustível dentro da câmara de combustão. A finalidade é controlar de forma mais precisa o enriquecimento e empobrecimento da mistura de acordo com as necessidades de funcionamento do motor. Lembrando que a quantidade de ar varia em função da temperatura e da pressão do ar, por isso a importância de se efetuar uma leitura precisa desse parâmetro.

Porém, nem todos os sensores medem diretamente a massa de ar. Os chamados sensores de fluxo de ar efetuam a medição do volume de ar que entra no motor e a partir disso a UCE faz um cálculo aproximado da massa de ar. Ou seja, este tipo de sensor efetua uma medição indireta. Já os sensores de fluxo de massa de ar efetuam uma medição direta a partir de métodos que serão explicados com detalhes no decorrer desta matéria. Fique por dentro!

Tipos construtivos de sensores de quantidade de ar admitido

O foco principal deste texto é explicar e detalhar os principais tipos de sensores de fluxo de massa de ar (MAF – Mass Air Flow) encontrados no dia a dia da oficina: os de fio quente e os de película quente.

Porém, a título de curiosidade, também iremos comentar sobre outros tipos construtivos de sensores de fluxo de ar admitido que foram caindo em desuso no decorrer do tempo pelo fato de serem pouco eficientes, se comparados aos sensores mais modernos.

Tipos de sensores que caíram em desuso

Sensor de fluxo de ar do tipo vareta

O funcionamento deste sensor baseia-se no envio de um sinal analógico, através de um potenciômetro, de acordo com a quantidade de ar admitido pelo motor.

Com a passagem de ar, o conjunto da placa de medição/placa de compensação movimenta-se, sua trajetória é captada e transformada num sinal de tensão que é enviado à UCE. Este sinal de tensão é interpretado pela UCE como a quantidade de ar admitido pelo motor.

Como o ar admitido pelo motor entra, geralmente, em altas velocidades por conta da depressão causada pelo movimento de descida do pistão, a placa de compensação junto com a câmara de amortecimento, servem para gerar um efeito amortecedor no movimento do conjunto placa de medição/placa de compensação. A mola de retorno, como o próprio nome diz, serve para que o conjunto de placas volte para sua posição inicial quando o motor é desligado, fechando a passagem de ar do sensor.

É um sensor muito simples e sua eficiência não é das melhores. Por ser um sistema que necessita de determinada força para que o conjunto de placas se movimente, isto acaba gerando uma perda considerável de potência ao motor. Quanto menos ar entra no motor, menos potência pode-se alcançar. O contrário também é válido.

O simples fato do carro acelerar ou fazer curvas também interfere no funcionamento das placas. Estes fatos foram cruciais para que esse tipo de sensor caísse em desuso.

Sensor de fluxo de ar do tipo Karman Vortex

Este tipo de sensor utiliza um princípio de funcionamento um pouco diferente dos demais. O termo Karman Vortex vem de um fenômeno físico chamado de vórtices de Von Karman. Este fenômeno consiste num padrão repetitivo de vórtices rodopiantes (“redemoinhos”) amplamente estudado na mecânica dos fluidos e comumente observado nas nuvens de determinadas regiões do planeta através de imagens de satélite.

A utilização deste fenômeno para medir o fluxo de ar admitido no motor resume-se em:

• O ar que passa pelo filtro de ar encontra um “obstáculo” na entrada do sensor de fluxo de ar;
• Esse obstáculo, chamado de gerador de vórtices, desvia parte do ar admitido, causando um turbilhonamento;
• O turbilhonamento, que se dá pela diferença de pressão nas regiões que ficam logo após o obstáculo, forma diversos vórtices, e a quantidade de vórtices é proporcional a velocidade de entrada do ar admitido;
• O número de vórtices formados é lido por um sensor e é interpretado como a quantidade de ar que está entrando no motor;
• Essa informação é enviada à UCE que realiza os cálculos para estimar a massa de ar admitida pelo motor.

Na época do desenvolvimento desses sensores, a tecnologia disponível era incomparável com as que existem atualmente. Qualidade dos materiais utilizados, processamento de dados, entre outros, são fatores determinantes para obter melhorias no desempenho dos motores a combustão. Por conta disso, e também pelas exigências do mercado de automóveis, esses sensores naturalmente deram espaço aos mais modernos.

Depois dessa breve introdução sobre os tipos de sensores de fluxo de ar que caíram em desuso, agora falaremos sobre os tipos de sensores de fluxo de massa de ar admitida – MAF.

Sensor de fluxo de massa de ar do tipo fio quente

Neste tipo de sensor, a medição da massa de ar é feita de forma direta. Seu funcionamento consiste na disposição de dois fios, que ficam em contato direto com o ar admitido pelo motor. Um deles é aquecido e mantém sua temperatura sempre num valor fixo acima da temperatura ambiente. Por exemplo, num sensor em que essa diferença fixa de temperatura for de 100ºC, se a temperatura ambiente for de 25ºC, o fio aquecido estará a 125ºC. A diferença fixa pode variar dependendo do sensor. O outro fio se mantém na temperatura ambiente e serve como um referencial para o sensor.

Como o nome deste tipo de sensor nos mostra, o termo “massa” indica que a medição da quantidade de ar admitido pelo motor é feita de forma direta. Ou seja, o sistema de medição deste tipo de sensor informa a quantidade de ar que está entrando na câmara de combustão do motor e essa informação leva à uma estimativa mais precisa e segura da quantidade de moléculas de O2.

Por estar em contato direto com o ar admitido, problemas de obstrução do elemento sensor podem ocorrer por conta de sujeiras que acabam não sendo filtradas pelo filtro de ar como: poeira, vapor de óleo, umidade, etc. Para que isso não aconteça, existe uma estratégia adotada nesse tipo de sensor para evitar a obstrução que consiste em aquecer o fio quente, até que fique incandescente, assim, as partículas de sujeira são queimadas para evitar a obstrução.

Grande parte dos sensores MAF vêm acoplados com o Sensor de Temperatura do Ar de Admissão – ACT, como podemos ver na imagem abaixo. Este sensor capta a temperatura do ar que está sendo admitido pelo motor e envia o sinal para a UCE.

Como funciona o sensor MAF do tipo fio quente?

O princípio de funcionamento é o seguinte:

• Um determinado nível de tensão elétrica é imposto no fio quente, pelo circuito elétrico do sensor, para manter a diferença de temperatura fixa em relação à temperatura ambiente;
• Com a passagem do ar admitido pelo motor o fio aquecido sofre um arrefecimento;
• Para manter fixa a diferença de temperatura, o nível de tensão no fio é elevado;
• Essa elevação de tensão é interpretada como a quantidade de ar admitida pelo motor.

Como vemos, o sinal enviado por este tipo de sensor é analógico (tensão elétrica). O atraso entre a leitura e o envio do sinal, neste tipo de sensor, é entre aproximadamente 1 e 3 milissegundos (0,001 segundos). Ou seja, as variações de fluxo de massa de ar são lidas pela UCE quase que instantaneamente, aumentando significativamente a precisão do sistema de injeção eletrônica de combustível nas mais diversas condições de funcionamento do motor.

Sensor de fluxo de massa de ar do tipo película quente

Neste tipo de sensor, o princípio de funcionamento acompanha a linha de raciocínio dos sensores de fio quente, onde o elemento sensor (película quente), composto por dois resistores, é aquecido, através de uma diferença de potencial (tensão elétrica) entre os terminais dos resistores, e uma parcela do ar admitido o arrefece fazendo-se necessário o aumento da tensão para manter a temperatura padrão acima da temperatura ambiente. Este aumento de tensão é interpretado pela UCE como a quantidade de ar que está sendo admitida pelo motor.

Este tipo de sensor tem vantagens significativas em relação aos sensores de fio quente.

Uma das grandes vantagens é o fato de ser possível medir o fluxo de massa de ar nas duas direções no coletor de admissão. Ou seja, como há turbilhonamento de ar dentro do coletor de admissão por conta do funcionamento do motor, mais especificamente pelo choque do ar aspirado com as válvulas de admissão fechadas, existem momentos em que a massa de ar vai estar indo numa direção e em outros momentos a direção será outra.

O projeto destes sensores faz com que o elemento sensor (a película quente) fique isolado da tomada principal de ar de admissão através de um “caminho alternativo”, também chamado de duto bypass. No duto bypass, há um orifício de expulsão onde grande parte das partículas de sujeira são liberadas no coletor de admissão. Assim. evita-se muitos dos problemas causados por obstrução do elemento sensor que são enfrentados em outros tipos construtivos.

Como funciona o sensor MAF do tipo película quente?

• Resumidamente, o elemento sensor é composto por dois resistores aquecidos;
• Com a passagem de ar, a temperatura dos resistores diminui;
• Dependendo da direção do ar, um dos resistores terá sua temperatura diminuída primeiro;
• O circuito eletrônico do sensor capta a ordem e a intensidade dessa diminuição de temperatura;
• A partir disso o sinal é enviado para a UCE e a massa de ar admitida pelo motor pode ser calculada.

Testando o sensor MAF

Sempre que o reparador se depara com uma situação em que os sintomas de defeitos, ou códigos de falha, apontam para algum dos sensores do sistema de injeção eletrônica, o primeiro passo é realizar teste de alimentação (positiva e negativa), quando houver, e testar o sinal de saída do sensor. No caso do sensor MAF, os testes podem ser realizados com o auxílio de um multímetro ou de um osciloscópio.

Para medir e testar as alimentações, o multímetro é uma ótima ferramenta de diagnóstico. Porém, em algumas situações, a utilização de um multímetro para medir o sinal emitido pelo sensor pode ser pouco conclusivo por dois fatores:

• O sinal emitido pelo sensor não é linear, ele oscila de acordo com a carga do motor. Para medir o tempo de resposta de acelerações do motor, a análise com o multímetro pode não entregar valores conclusivos. Porém, em marcha lenta e plena carga os valores podem ser conclusivos em algumas análises.
• A interpretação mais conclusiva do sinal enviado pelo sensor MAF se dá pela análise conjunta com o sinal do sensor de posição da borboleta – TPS e/ou do sensor de pedal do acelerador – SPA, via osciloscópio. Explicaremos com mais detalhes a seguir.

Realizando a análise do sinal do sensor MAF em conjunto com o TPS e/ou SPA, a quantidade de ar admitida pelo motor pode ser analisada junto com o tempo e ângulo de abertura da borboleta como também com a solicitação de aceleração feita através do pedal do acelerador.

Temos posts completos sobre o sensor TPS e também do sensor SPA. Fique por dentro!

Portanto, ao observar somente a variação do sinal do sensor MAF, pode-se levar a conclusão de que o sensor está funcionando corretamente, quando na verdade não está. Por exemplo, se a resposta do sensor está atrasada em relação a abertura da borboleta, somente com o sinal do sensor MAF não será possível visualizar este atraso.

Teste das alimentações

Como citado anteriormente, para verificar as alimentações positivas e negativas do sensor pode-se utilizar um multímetro. Os seguintes passos devem ser seguidos, começando com a alimentação positiva do sensor.

• Configure o multímetro para efetuar leituras na escala correta de tensão de corrente contínua (VDC);

• Certifique-se que o conector da unidade de comando e do sensor estão conectados;
• Conecte uma ponteira do multímetro no terminal de alimentação positiva do sensor e outra na massa;
• Ligue a ignição do veículo (linha 15);
• Analise o valor através da tela do multímetro.

Para realizar o teste da alimentação negativa, os passos são semelhantes:

• Configure o multímetro para efetuar leituras na escala correta de tensão de corrente contínua (VDC);
• Certifique-se que o conector da unidade de comando e do sensor estão conectados;
• Conecte uma ponteira do multímetro no terminal de alimentação negativa do sensor e outra no polo positivo da bateria;
• Analise o valor através da tela do multímetro.

Teste e análise do sinal com osciloscópio

O tipo de sinal enviado pelo sensor muda de acordo com o sensor aplicado ao veículo, atente-se a isso na hora da análise do sinal. Existem sensores MAF que emitem sinais analógicos e outros que emitem sinais digitais. Na Plataforma Doutor-IE, no Manual Oscilogramas e Testes, você encontra gráficos e dados dos sinais de diferentes tipos de sensor MAF.

Sensor MAF analógico

Um exemplo de aplicação de sensor MAF de sinal analógico é o Toyota Corolla 1.8 16V Dual VVT-i Flex 139/144cv (2ZR-FBE). Confira a coleta abaixo, material exclusivo para assinantes da Plataforma Doutor-IE.

Como podemos observar na imagem acima, a coleta do sinal do sensor MAF foi feita junto com o sinal do sensor TPS. Assim, a abertura da borboleta será avaliada junto com o sinal da quantidade de ar que está sendo admitida.

Assim, para realizar o teste com osciloscópio nos sensores MAF analógicos, siga os seguintes passos:

• Conecte uma ponta de teste do osciloscópio no terminal do sinal do sensor MAF e outra no terminal de sinal do sensor TPS ou sensor SPA. Lembre-se de aterrar os cabos de referência dos dois canais que estão sendo utilizados;
• Dê partida no motor;
• Configure as escalas de tensão dos canais e a escala de tempo do osciloscópio;
• Pressione o pedal do acelerador até o fim do curso e solte-o em seguida, dando as famosas “pedaladas”. Repita algumas vezes;
• Analise o gráfico/sinal na tela do seu equipamento e compare com o sinal de referência.

Sensor MAF digital

Na Plataforma Doutor-IE também temos coletas de sinais de sensor MAF com sinal digital de frequência variável. Muitos reparadores confundem sinais de frequência variável com sinais modulados por largura de pulso (PWM). Apesar de ambos geralmente serem pulsos de onda quadrada, os sinais PWM possuem frequência fixa. Já a frequência do sinal do sensor MAF digital varia em função da massa de ar lida pelo sensor.

Um exemplo de sensor com sinal de frequência variável é o Chevrolet Onix 1.0 8V SPE/4 ECO Flex 78/80cv (N10YF – LKL), como vemos abaixo.

Observa-se que foi feita a coleta de três sinais diferentes. O canal A está monitorando a tensão no terminal de sinal do sensor, o canal B a frequência do mesmo terminal e o canal C está monitorando o sinal do sensor do pedal do acelerador – SPA. Como estamos comparando um sinal de frequência elevada (MAF digital) com um fenômeno muito mais lento (aceleração lida pelo SPA), as variações do sinal do MAF acabam sendo difíceis de observar através do gráfico de tensão. No gráfico do canal B, configuramos a escala vertical para medir frequência, sendo uma forma muito mais eficaz de fazer a análise comparativa dos sinais.

A única desvantagem desta análise é que nem todos os osciloscópios disponíveis no mercado possuem essas configurações avançadas. Isto pode dificultar a análise do sinal do MAF digital no dia a dia da oficina.

Assim, para realizar o teste com osciloscópio nos sensores MAF digitais, siga os seguintes passos:

• Conecte duas pontas de teste do osciloscópio no terminal do sinal do sensor (tensão e frequência) e a terceira ponta será conectada no sensor TPS ou no sensor SPA. Lembre-se de aterrar os cabos de referência dos dois canais que estão sendo utilizados;
• Configure as escalas de verticais (tensão, frequência) dos canais e a escala horizontal (tempo) do osciloscópio
• Dê partida no motor;
• Pressione o pedal do acelerador até o fim do curso e solte-o em seguida, dando as famosas “pedaladas”. Repita algumas vezes;
• Analise o gráfico/sinal na tela do seu equipamento e compare com o sinal de referência.

Sintomas de defeitos que podem estar relacionados com o sensor MAF

Quando alguns sintomas de defeito são observados, atente-se, pode ser que estejam relacionados ao sensor MAF. A seguir listamos alguns desses sintomas de defeitos:

• marcha lenta irregular
• aumento no consumo de combustível
• dificuldade para dar a partida no motor
• perda de potência
• resposta irregular de aceleração

Normalmente, quando algum desses sintomas de defeitos são observados, códigos de falhas podem estar gravados na memória de UCE. Abaixo temos os códigos de falha OBD genéricos relacionados com o sensor MAF.

Se você quiser saber mais sobre como ler e interpretar códigos de falha, clique no link e acesse o nosso post sobre o assunto!

Códigos de falha que podem estar relacionados com o sensor MAF

• P0100: Falha no Circuito Elétrico do Sensor “A” de Massa do Ar (MAF) ou de Volume do Ar (VAF) (Mass or Volume Air Flow Sensor “A” Circuit).
• P0101: Falha no Circuito Elétrico do Sensor “A” de Massa do Ar (MAF) ou de Volume do Ar (VAF) (Mass or Volume Air Flow Sensor “A” Circuit Range/Performance).
• P0101: Falha no Circuito Elétrico do Sensor “A” de Massa do Ar (MAF) ou de Volume do Ar (VAF) (Mass or Volume Air Flow Sensor “A” Circuit Range/Performance).
• P0103: Falha no Circuito Elétrico do Sensor “A” de Massa do Ar (MAF) ou de Volume do Ar (VAF) (Mass or Volume Air Flow Sensor “A” Circuit High).
• P0104: Falha no Circuito Elétrico do Sensor “A” de Massa do Ar (MAF) ou de Volume do Ar (VAF) (Mass or Volume Air Flow Sensor “A” Circuit Intermittent).
• P010A: Falha no Circuito Elétrico do Sensor “B” de Massa do Ar (MAF) ou de Volume do Ar (VAF) (Mass or Volume Air Flow Sensor “B” Circuit).
• P010B: Falha no Circuito Elétrico do Sensor “B” de Massa do Ar (MAF) ou de Volume do Ar (VAF) (Mass or Volume Air Flow Sensor “B” Circuit Range/Performance).
• P010C: Falha no Circuito Elétrico do Sensor “B” de Massa do Ar (MAF) ou de Volume do Ar (VAF) (Mass or Volume Air Flow Sensor “B” Circuit Low).
• P010D: Falha no Circuito Elétrico do Sensor “B” de Massa do Ar (MAF) ou de Volume do Ar (VAF) (Mass or Volume Air Flow Sensor “B” Circuit High).

• P010E: Falha no Circuito Elétrico do Sensor “B” de Massa do Ar (MAF) ou de Volume do Ar (VAF) (Mass or Volume Air Flow Sensor “B” Circuit Intermittent/Erratic).

• P010F: Falta de Correlação Entre os Sinais do Sensor “A” e “B” de Massa do Ar (MAF) ou de Volume do Ar (VAF) (Mass or Volume Air Flow Sensor A/B Correlation).
• P0068: Falta de Correlação Entre o Sinal do Sensor de Pressão Absoluta do Ar (MAP) / Sensor de Massa do Ar (MAF) com o Sinal da Posição da Borboleta (TPS) (MAP/MAF – Throttle Position Correlation).
• P006A: Falta de Correlação Entre o Sinal do Sensor de Pressão Absoluta do Ar (MAP) com o Sinal do Sensor de Massa do Ar (MAF) ou de Volume do Ar (VAF) – Banco 1 (MAP – Mass or Volume Air Flow Correlation Bank 1)
• P00B8: Falta de Correlação Entre o Sinal do Sensor de Pressão Absoluta do Ar (MAP) e do Sensor de Massa do Ar (MAF) ou de Volume do Ar (VAF). – Banco 2 (MAP – Mass or Volume Air Flow Correlation Bank 2).
• P00BC: Sinal do Sensor “A” de Massa do Ar (MAF) ou de Volume do Ar (VAF) Fora do Valor Esperado – Fluxo de Ar Muito Baixo (Mass or Volume Air Flow “A” Circuit Range/Performance – Air Flow Too Low).
• P00BD: Sinal do Sensor “A” de Massa do Ar (MAF) ou de Volume do Ar (VAF) Fora do Valor Esperado – Fluxo de Ar Muito Alto (Mass or Volume Air Flow “A” Circuit Range/Performance – Air Flow Too High).
• P00BE: Sinal do Sensor “B” de Massa do Ar (MAF) ou de Volume do Ar (VAF) Fora do Valor Esperado – Fluxo de Ar Muito Baixo (Mass or Volume Air Flow “B” Circuit Range/Performance – Air Flow Too Low).
• P00BF: Sinal do Sensor “B” de Massa do Ar (MAF) ou de Volume do Ar (VAF) Fora do Valor Esperado – Fluxo de Ar Muito Alto (Mass or Volume Air Flow “B” Circuit Range/Performance – Air Flow Too High).