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COLECCIÓN DE REPORTES –
No. 3
El Osciloscopio
Digital USB
para PC -
La única ventana a
nuestro alcance para
analizar la electrónica
automotriz
Por Beto Booster
El osciloscopio te mostrará
exactamente cómo funciona un
circuito automotriz, pero más
importante aún, te revelará
por qué no funciona.
La música de orquesta en vivo,
suena maravillosa. El director,
mediante movimientos que
armonizan con el tiempo, dirige el
ritmo de la música. Cada nota es
perfecta. Y entonces sucede lo
inesperado: una nota disonante y
desafinada, rompe la metódica
armonía del compás. Algo salió
mal, pero ¿qué fue? Al mirar a
toda la orquesta, traté de ubicar
al responsable, pero al buscar
entre todos los músicos, me
resultó imposible.
Ahora vayamos del salón de
música al taller, porque como
técnicos, esto es precisamente a
lo que nos enfrentamos todos los
días en el servicio de diagnóstico.
La PCM es quien dirige el suave y
continuo sonido del motor de
combustión interna, con cada
cilindro encendiendo al unísono
en un compás perfecto y de
repente, algo sale mal. El sereno
motor súbitamente empieza a
fallar. ¿Dónde esta la falla? Con
tantas posibilidades frente a
nosotros, ¿cómo poder
determinarlo?
Necesitamos comprender qué es
lo que ocurre en los circuitos de
control electrónico del motor. Los
electrones circulan por circuitos y
entre dispositivos que tienen
“compuertas” que regulan sus
movimientos. Cada compuerta
está administrada por un reloj
interno que permite que los
electrones se muevan a través del
circuito en intervalos precisos.
Estos intervalos son controlados
por la estructura de la compuerta
y la operación del programa en el
microprocesador.
El programa del microprocesador
compara estos eventos
cronometrados y entonces emite
comandos con base en esta
información. Esto podemos
compararlo con el tráfico
vehicular en una ciudad. Cada
vehículo tiene un destino
específico. Mediante estructuras
cronometradas que llamamos
semáforos, el tráfico vehicular
continúa fluyendo sin que ocurran
incidentes. Ahora piensa en los
vehículos como si se tratara de
electrones y en las calles como si
fueran circuitos electrónicos.
Ahora imagínate que los
semáforos son transistores o
MOSFETs, o compuertas, que
controlan los movimientos de los
electrones a través del circuito. Es
muy importante que los
semáforos, o compuertas,
ejecuten su función en el
momento justo y en el orden
correcto. Cuando los semáforos
quedan fuera de sincronía, por
ejemplo, si todos los cuatro
semáforos estuviesen en verde en
la misma intersección, ocurrirán
colisiones que interrumpirán el
flujo del tráfico.
Cuando la electrónica de un
vehículo presenta una falla, se
necesita de un técnico calificado
para ubicar esa falla. Comienza
entonces a recolectar todos los
datos. Pero para hacerlo, necesita
entrar al silencioso e invisible
mundo del electrón. Este mundo,
fascinante y dinámico como es,
ciertamente resulta muy distinto
del nuestro. La electricidad viaja
muy, muy rápido. Como la
electricidad se desplaza a
velocidades cercanas a las de la
luz, tiene la capacidad de darle 7
½ vueltas a la Tierra en un
segundo. En un segundo, tu o yo
podremos dar un par de pasos y
nada más. Y además, puesto que
la rapidez de la percepción
humana es de 100 milisegundos o
quizá menos, ¿cómo puede hacer
un técnico para investigar fallas
en este mundo súper veloz del
electrón? Un osciloscopio le
permite hacerlo.
Un osciloscopio rastrea el
movimiento de electrones en un
circuito. Y esto lo realiza mediante
mostrando gráficas de voltaje
contra el tiempo directamente en
la pantalla del osciloscopio. El
nivel de voltaje desplegado en la
gráfica depende directamente 2
cosas: del flujo de corriente
disponible y de la resistencia
presente en el circuito.
Si un técnico toma lecturas de las
variaciones de voltaje en esas
gráficas y enseguida las
interpreta, entonces con relativa
facilidad, el técnico puede
determinar qué fue lo que ocurrió
dentro del circuito electrónico.
Para utilizar un osciloscopio a su
máximo potencial, las señales
deben compararse una contra
otra. Nunca te concentres
demasiado en la última falla o
“efectos subsecuentes”, porque
antes debes hallar el principio de
la primera falla, o su causa, para
Fig. 1 - En rojo, señal del sensor de posición del árbol de levas; en verde, señal del sensor de posición del cigüeñal.
Ambos presentan comportamiento normal en apagón súbito y apagado normal.
realizar un diagnóstico exitoso.
(Entiendo que esto suena algo
confuso, pero con la resolución
siguiente de un ejemplo de un
caso difícil, será más claro.)
Como puedes apreciar, es
evidente que la estructura de
funcionamiento cronometrado de
un circuito, es la clave para
comprender el orden consecutivo
de eventos aislados en el que se
presenta una falla. ¿A qué me
refiero? Sencillo: si conoces, o al
menos comprendes la lógica de
operación de un circuito,
entonces cualquier desviación que
se presente será tan obvia para ti
que cuando la veas, saltará frene
a tus ojos, siempre y cuando lo
veas en un osciloscopio.
Veamos uno de varios ejemplos
sobre cómo un osciloscopio puede
ayudarte a encontrar defectos. En
nuestro primer ejemplo estamos
revisando un Honda Civic 2001,
que tiene un problema
intermitente que provoca que el
vehículo se apague de súbito.
Antes de conectar el osciloscopio,
primero verifiqué la presión de
combustible al momento justo del
apagón súbito y esta estaba en 44
psi, así que el apagón no se debía
a falta de combustible ni por
bomba averiada. Obviamente en
lo mecánico toda está bien.
Naturalmente, el problema era de
origen electrónico. El osciloscopio
se conectó a varios circuitos de la
PCM. Como sospechaba de lo
sensores del árbol de levas y del
cigüeñal, los puse a prueba.
Primero en la Fig. 1, la traza roja
está conectada al sensor CAM de
posición del árbol de levas. La
traza verde está conectada a la
señal del sensor CKP de posición
del cigüeñal. Esta lectura
corresponde a momentos previos
y llega hasta el momento del
apagón. Tras hacer el barrido,
estas dos señales permanecieron
iguales y sin distorsión durante la
operación del motor. Enseguida,
tomé la lectura de ambos
sensores pero esta vez apagué el
motor yo mismo; esta nueva
lectura la comparé con la del
momento del apagón súbito.
Obviamente, esto lo hice para
determinar si existía alguna
diferencia significativa en estas
señales, contrastando 1º) el
oscilograma del momento del
apagón súbito contra 2º) el
momento en que yo mismo giré la
llave para apagarlo. Encontré que
no había ninguna diferencia entre
ambos oscilogramas. Por lo tanto,
los sensores de árbol de levas y de
posición del cigüeñal no eran los
causantes.
Seguí buscando.
Lo que ahora hice fue conectar 4
puntas de prueba a los inyectores;
como puedes apreciar en el
oscilograma (Fig. 2), los 4
inyectores obedecen la secuencia
del orden de encendido 1-3-4-2.
Mientras registraba las lecturas y
operaba el vehículo, los
inyectores se comportaron de
manera normal, sin embargo, al
momento del apagón, las lecturas
de los inyectores perdieron el
orden y sus pulsos quedaron
como lo puedes ver en la Fig. 3.
Observa que los inyectores
perdieron su secuencia. Las trazas
verde y amarilla están totalmente
fuera de tiempo con la operación
del orden de encendido. Incluso,
la traza amarilla está activada por
el doble de tiempo en
comparación con el resto de los
inyectores y además, el inyector 1
comenzó su activación casi a la
par del inyector 2. Son varias
Fig. 2 - Oscilograma mostrando 5 señales de onda algunos milisegundos previos al apagón: en amarillo, inyector 1; rojo, inyector 2;
verde, inyector 3; azul, inyector 4; púrpura, señal TAC digital cuadrada de control de circuitos primarios de encendido. Obs erva el
pico negativo descendente del inyector 1. Ese pico no debe estar ahí. ¿Qué crees que pudiera haberlo provocado?
desviaciones. Recuerda: es muy
importante tener presente que en
las lecturas anteriores de los
sensores del árbol de levas y del
cigüeñal, no hubo ninguna
anomalía.
Ahora que ya había recolectado
algunos pedacitos de información
del momento justo de la falla,
procedí a examinarlas en busca de
las pistas que necesitaba para
continuar con mi investigación.
Las dos señales principales de
control del tiempo son los
sensores del árbol de levas (CMP)
y de posición del cigüeñal (CKP),
están en buen estado y no
exhiben conductas irregulares ni
desviaciones. Por lo tanto, no son
las responsables del problema.
¿Entonces que sucede?
Se trata de lo siguiente.
Cuando la secuencia de activación
de los inyectores se distorsiona y
el tiempo de activación de los
inyectores se incrementa, significa
que la PCM está experimentando
un “evento de reinicio”, o un
“reset”. Este ‘reset’ sufrido por la
PCM es ocasionado por una
interrupción del reloj interno, o
señales cronometradas, que
permiten que el programa realice
los cálculos y ponga en operación
los comandos de
activación/desacticación, para
que los inyectores funcionen en
los momentos justos y por
intervalos adecuados. Sin
embargo, cuando las señales
cronometradas, o las compuertas,
se salen fuera de especificación,
se presenta entonces una
interrupción del “programa de
actividades” que controla
operaciones críticas para la
operación del motor. Esto, en
consecuencia, genera una falla de
motor. La PCM puede sufrir
“resets” debido a fallas el
cronómetro interno, falla de las
señales de entrada de control de
tiempo, tierras o voltajes de
alimentación en mal estado, o
ruido eléctrico ingresando a la
PCM. Para determinar la causa del
‘reseteo’ de la PCM, las puntas de
prueba del osciloscopio deben
removerse.
En la figura 2, las trazas amarilla,
roja, verde y azul están todas
conectadas al circuito de control
de los inyectores. La traza púrpura
está conectada al circuito TAC de
encendido, que va marcando los
pulsos de cada bobina de
encendido. Esto es clave porque
cada bobina está secuencialmente
hermanada con el pulso de cada
inyector. Y así es como encontré la
causa del problema. Observa que
el extremo derecho del
oscilograma, muestra como la
traza amarilla presenta un pico
descendente de polaridad
negativa.
Para evaluar esta señal como es
debido, (observa la Fig. 4), con el
software de nuestro osciloscopio
vamos a apagar el resto de los
canales, haremos “zoom” en la
zona que nos interesa
modificando la escala de voltaje y
el tiempo de barrido, para así
tener un acercamiento y nos
resulte más fácil y rápido
comprender la relación entre
ambas señales.
Ahora resulta obvio que la traza
púrpura queda perfectamente
alineada con el pico amarillo
descendente.
Recuerda: la traza púrpura
representa a la señal TAC que nos
indica el momento en que la PCM
dispara la bobina de encendido en
la caída de voltaje de la señal
digital cuadrada. (La comparación
también puedes hacerla con la
señal tradicional del primario de
encendido que ya conoces. En
este caso elegí la señal TAC,
porque al ser una simple señal
digital cuadrada, resulta un poco
más sencillo y nítido para analizar
en términos visuales, pero la
lógica comparativa es la misma.)
¿Entonces cuál es el
problema?
Fig. 3 – Señales de onda de los 4 inyectores justo en el momento del apagón. (Este es un apagón posterior al de la
Figura 2.) En amarillo inyector 1; en verde, inyector 3; en azul, inyector 4; en púrpura, inyector 2. ¿Cuáles son las 4
anomalías evidentes en este oscilograma?
El problema con este Honda Civic
es que una de las cuatro bobinas
de encendido tiene una pequeña
acumulación de residuo
carbonoso entre el embobinado
primario y el embobinado
secundario. Tú bien lo sabes:
cuando la resistencia entre los
electrodos de la bujía es mayor
que la resistencia del
residuo carbonoso, los electrones
fluirán por el camino que oponga
menos resistencia eléctrica. En
este caso, el residuo carbonoso,
para ir de vuelta al circuito
primario.
Puesto que el embobinado
primario está conectado a voltaje
de alimentación y al circuito de
control, ofrece un camino de flujo
por el que la alta energía inducida
en el embobinado secundario,
encuentre una vía de descarga
hacia los circuitos integrados de la
PCM. Como es de esperarse, este
altísimo voltaje ingresando a la
PCM distorsiona la estructura
cronometrada interna del
microprocesador.
En consecuencia, la secuencia de
inyección es deformada, lo cual
ocasiona todo tipo de síntomas,
como la distorsión en el orden y
duración de pulsos de inyección,
lo que en este caso arroja como
resultado natural, un apagón
súbito.
Observa que la polaridad negativa
del pico solo se exhibe en un solo
circuito de control de inyector.
Esto es muy común cuando las
bobinas de encendido tienen
residuos carbonosos dentro de
ellas, formando así arcos voltaicos
que fluyen en el sentido inverso,
desde el embobinado secundario
hacia el embobinado primario y
hacia los circuitos de control, con
todas las consecuencias que ello
ocasiona.
Fig. 4 – Acercamiento de las señales de onda del inyector 1 y pulsos de la señal TAC. (Las demás señales de
inyectores fueron inhabilitadas para apreciar mejor estas dos.) El orden de encendido es 1-3-4-2. Naturalmente,
cada señal cuadrada TAC viene después de su respectivo pulso de inyección, respetando la lógica del orden de
encendido; entonces, los pulsos que vemos en púrpura DESPUES del pulso de inyección corresponden al orden 1-3-
4, leídos de izquierda a derecha. La caída de los pulsos TAC son la descarga de la chispa en el secundario. (La caída
del pulso 2 del ciclo anterior se puede apreciar en el extremo izquierdo del oscilograma.) Observa que la caída de
voltaje del pulso del cilindro 4 coincide en el momento exacto del pico negativo amarillo. Compara con la Fig. 1.
Un sitio muy común en donde
este pico negativo se manifiesta
es en el oscilograma de los
inyectores.
La bobina de encendido produce
una descarga eléctrica negativa,
debido a que la bobina de
encendido está arrollada de tal
manera, que hace que la punta
aislada de la bujía adquiera una
polaridad negativa, y así la rosca
de la bujía adquiera una polaridad
positiva. Esto es así porque la
punta aislada de la bujía es capaz
de mantener una temperatura
mucho más elevada, lo cual les
brinda a los electrones un camino
que les facilita la ionización entre
los electrodos de la bujía.
Cuando te encuentres rastreando
ruido eléctrico o picos de voltaje
en tus oscilogramas, utiliza la
función de arrastre de izquierda a
derecha con el mouse de tu
computadora. Es una función
fundamental en todos los
osciloscopios modernos y el tuyo
te la debe ofrecer, pues es
precisamente esta función la que
nos permite ubicar este tipo de
picos fugaces para el ojo humano.
También cerciórate de que tu
osciloscopio tenga varios canales
disponibles para que puedas
comparar diversas señales de
manera simultánea.
Observa en la figura 4, que el pico
negativo se presentó mucho
después de que el inyector se
había desactivado, pero el
momento en el que se presenta,
es justo el momento en que la
señal TAC del primario de
encendido cierra su circuito.
¿Cuál es la lección entonces?
Cuando detectes picos negativos
en los oscilogramas de los
inyectores, o de otro tipo de
actuadores controlados por la
PCM, la causa más probable
es/son la(s) bobina(s) de
encendido.
Y si es un vehículo que utiliza
varias bobinas de encendido,
¿cómo saber cuál es la
defectuosa?
Es muy sencillo:
Solo necesitas explorar el
oscilograma del componente
exhibiendo el pico anómala;
entonces, haciendo los ajustes en
la pantalla de tu osciloscopio,
relaciónalo con el oscilograma de
encendido y ubícalo con el cilindro
correspondiente, respetando el
orden de encendido, desde luego.
Lo que hallarás, literalmente, es el
pico apuntando a la bobina
defectuosa (observa de nuevo la
Fig. 4).
Si revisas con detenimiento el
oscilograma de la Fig. 2,
fácilmente te darás cuenta que en
este Honda Civic 2001 la bobina
defectuosa era la del cilindro 4.
Haz el ejercicio y conclúyelo tú
mismo. Verás que no es tan difícil
como parece. Lo único que
necesitas hacer es, primero,
ubicar cuál es el pulso de
encendido que le corresponde al
cilindro 1 y enseguida, contar el
orden de encendido de izquierda
a derecha. Donde el pico anómala
y el pulso correspondiente se
crucen, habrás hallado al
componente defectuoso que
produzca dicho pulso.
Un caso como este obliga a la
mayoría de los técnicos a darse
por vencidos, porque a final de
cuentas, ¿cómo podría una
bobina entre cuatro, ser la
causante de que todo un motor se
apague?... al fin y al cabo, nuestra
lógica tradicional nos dice que “si
el vehículo enciende y ningún
cilindro falla, entonces las bobinas
están bien… pero si una bobina
estuviera defectuosa, lo más que
podría suceder es que solo el
cilindro correspondiente fallaría.”
Y esa hipótesis es válida hasta
cierto punto, no obstante, en este
reporte acabo de demostrarte
que una bobina individual sí es
capaz de alterar los procesos
internos de la PCM, cuando
aquélla le devuelve arriba de
30,000 voltios a través del circuito
primario, más que suficiente para
confundirla y apagar el motor.
Es comprensible que como
técnico supongas que si un
vehículo de súbito se apaga,
entonces tal vez un sensor de
árbol de levas o de cigüeñal están
defectuosos, o quizá pienses que
el combustible se cortó, o que el
sensor MAP se queda pegado, o
que la PCM tiene un problema, o
lo que sea.
Las posibilidades son muchas y es
válido considerarlas todas… lo que
no se vale es saltarnos las
pruebas, remplazar componentes
y creer que estamos haciendo lo
correcto.
Tienes que analizar, tienes que
estudiar, tienes que leer, tienes
que hacerlo bien. No hay opción.
Porque si no lo haces bien, alguien
más lo hará en tu lugar.
Como puedes percatarte, el
osciloscopio es tu ventana al
mundo de la electrónica
automotriz. Si te decides a mirar a
través de esta ventana, te darás
cuenta de muchas cosas que te
ayudarán a reparar vehículos de
forma rápida y efectiva. Es
justamente el conocimiento de la
tecnología lo que te distinguirá de
entre los demás técnicos.
Este ha sido solamente un
ejemplo aislado de los usos que
recibe el osciloscopio con
conexión USB a una laptop, pero
existen muchas otras maneras de
aprovechar al máximo este
instrumento único en su clase. Tú
puedes utilizar un osciloscopio en
donde sea que haya voltajes en un
circuito. Cuando comiences en
serio a operar tu osciloscopio en
actividades de práctica y sobre
todo en labores de diagnóstico,
aprenderás muchas cosas sobre
electricidad y electrónica. En poco
tiempo, el uso continuo de tu
osciloscopio te brindará un
genuino entendimiento sobre el
funcionamiento conjunto de los
circuitos, pero más importante
aún, te mostrará cuando no
funcionen y más importante aún,
te mostrará el por qué.