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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.