osciloscopio en el automovil

8/13/2019 Osciloscopio en El Automovil

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ISSN 1988-6047 DEP. LEGAL: GR 2922/2007 N 20 JULIO DE 2009

C/ Recogidas N 45 - 6A 18005 Granada [email protected] 1

UTILIZACIN DEL OSCILOSCOPIO EN ELAUTOMVIL

AUTORAJESS DAZ FONSECA

TEMTICAMANTENIMIENTO DE VEHCULOS AUTOPROPULSADOS

ETAPAFORMACIN PROFESIONAL

Resumen

En el siguiente artculo se expondr la importancia del buen conocimiento que debe tener el TcnicoElectromecnico de Vehculos, as como el Tcnico Superior de Automocin del osciloscopio comoaparato de medicin en el taller, de modo que con el mismo sea capaz de controlar una serie de

seales elctricas, incluso electrnicas, imposibles de controlar por medio del polmetro.Palabras clave

Osciloscopio

Seal alterna

Frecuencia

Periodo

Hercios (Hz)

Seal de onda cuadrada

% Dwell, RCO, PWM (Modulacin de impulsos)

1. INTRODUCCIN

En este artculo se realizar una descripcin general de un osciloscopio para automocin, as comouna muestra de varios ejemplos reales de mediciones con el mismo, sobre un sistema de inyeccinDiesel moderno. El objetivo que pretendo es demostrar que el alumno del Ciclo Formativo de GradoMedio de Electromecnica, as como el del Ciclo Formativo de Grado Superior de Automocin debesaber manejar este tipo de aparatos de medida, cuando las seales a medir no pueden ser captadascon un polmetro.


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El osciloscopio es un equipo de medida capaz de visualizar en grficas todas las medicioneselctricas que se realizan con polmetro, adems de otras que por la velocidad con la que cambiande valor no se pueden medir con el polmetro.

Existen osciloscopios de laboratorio que incluyen muchos controles y ajustes, algunos de los cualesno se utilizan en automocin, por lo que los ms adecuados para el automvil son los osciloscopiosdigitales porttiles, especficos de automocin, o tambin aquellos que se utilizan con el ordenadorpor medio de un software que se instala y de un interfaz o elemento que se coloca entre el ordenador

y el circuito a medir.2. TIPOS DE OSCILOSCOPIOS

En general existen tres tipos de osciloscopios: osciloscopio analgico de laboratorio, osciloscopiodigital porttil de automocin, osciloscopio digital integrado en PC, pudiendo ser de 2 o 4 canales.Algunos muestran al menos 2 canales simultneamente, lo cual es una ventaja a la hora decomparar seales que estn relacionadas entre s.

2.1. Osciloscopio de laboratorio

Este tipo de osciloscopio, analgico, muy utilizado por tcnicos de TV, radio y electrnicos engeneral, no se utiliza en automocin, debido a la falta de respuesta en velocidad ante diferentes

seales electrnicas del automvil, aunque en ocasiones puede ser de utilidad.

2.2. Osciloscopio digital porttil de automocin

Existen varias marcas de aparatos de diagnosis de automocin que ofrecen este tipo deosciloscopios, los cuales son muy eficaces, ya que pueden trasladarse fcilmente y funcionanconectados a la batera del automvil, por lo que se convierte en una herramienta de disposicinrpida y muy til para diagnosticar averas fuera del taller en vehculos inmovilizados en la carretera,o bien realizar pruebas en el vehculo rodando en carretera.


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2.3. Osciloscopio integrado en PCEsta solucin es de las ms comunes en los talleres y consiste en un aparato que se conecta a modode interfaz entre el PC y el vehculo; Es necesario instalar el programa adecuado en el PC, y alutilizarlo, las grficas se muestran en la pantalla del ordenador.

EJEMPLOS DE OSCILOSCOPIOS DIGITALES DE MANO PARA AUTOMOCIN


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3. AJUSTES Y CONTROLES EN EL OSCILOSCOPIO

Un osciloscopio de automocin est diseado para que sea capaz de analizar y comprobar los circuitosde carga, arranque, sistemas de encendido, y especialmente todos los sistemas electrnicos queactualmente incorporan los automviles, estando muy indicado para la comprobacin de sealesdigitales y alternas que generan los diversos y variados sensores del automvil, as como las seales

aplicadas por la UCE a los actuadores de los sistemas electrnicos.La visualizacin de una seal en un osciloscopio puede diferir bastante en funcin del ajuste que seefecte en ste, de modo que dichos ajustes dependern de la frecuencia y valor de tensin de unaseal, para que sta se vea en la proporcin adecuada en la pantalla.

Para explicar el funcionamiento y utilizacin del osciloscopio, se mostrar un osciloscopio digitaldiseado especialmente para su utilizacin en el automvil.

3.1. Ajustes en el osciloscopio

Dichos ajustes son:

Ajuste vertical, donde tendremos que ajustar el nivel de tensin de la seal para que no se vea

muy pequea ni que se salga de la pantalla; en concreto se escoge el valor de Voltios / divisin,siendo la divisin cada cuadrcula en la que se divide la pantalla.

Ajuste horizontal, donde tendremos que ajustar el valor del tiempo que dura un ciclo (periodo),de modo que cada ciclo ocupe, aproximadamente, una divisin, con lo que en el ancho depantalla veremos varios ciclos y tendremos una visin clara de la seal. Es lo que se llamaTiempo / divisin.

Ajuste de tensin alterna o continua, situaremos el selector correspondiente en alterna ocontinua dependiendo del tipo de seal.

Ajuste del disparo o trigger, que es una funcin que permite sincronizar el comienzo devisualizacin de una seal en un punto concreto de la pantalla, coincidiendo con un nivel de

tensin y otro de tiempo ajustado previamente por el usuario; de este modo parecer que laseal est congelada, sta no se mover mucho y ser fcil analizarla.

Ajuste de la lnea de cero, que es la lnea que separa la parte positiva y negativa de la seal,cuando sta sea alterna. Cuando nos interese ver una seal continua con su nivel de tensinmuy ampliado, tendremos que bajar la lnea de cero; al visualizar una seal alterna, normalmentesituaremos la lnea de cero a mitad de pantalla, para que se vean bien las componentes positivasy negativas de la seal.


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3.2. Aplicaciones de los osciloscopios en automocin

Las aplicaciones ms comunes que han tenido los osciloscopios en automocin hasta hace algunosaos eran las visualizaciones obtenidas de las tensiones del primario y secundario en el sistema deencendido de los motores de gasolina.

Modernamente, los vehculos incorporan multitud de dispositivos electrnicos que, o bien generanseales digitales o alternas (sensores), o bien funcionan con las mismas (actuadores), ya sean conmotores diesel como con gasolina, ya que existen una serie de sistemas no relacionados con elmotor que funcionan electrnicamente.

En las siguientes pginas se explicarn algunas de estas seales y los dispositivos que las generano las utilizan, a modo de ejemplo, as como los ajustes realizados en el osciloscopio mostradoanteriormente, para su correcta visualizacin e interpretacin.


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4. TIPOS DE SEALES MS COMUNES EN AUTOMOCIN

4.1. Seales de tensin alterna

Las seales alternas ms comunes a controlar en el automvil son las siguientes:

Seal de sensores inductivos

En este grfico se ve el tipo de seal alterna quegeneran estos sensores.

En estos tipos de seales cada ciclo completo serealiza en un determinado tiempo o frecuencia.

No necesitan alimentacin para generar estaseal.

Las encontramos en elementos como sensores derevoluciones de motor, de ruedas (en el ABS), etc.

Para visualizar en el osciloscopio este tipo deseales, tendremos que seleccionar la opcin AC,adems de los ajustes necesarios para la correcta

visualizacin. Seal de la componente alterna rectificada en el alternador

Aunque es una seal rectificada se observa que mantiene una componente alterna, la cual se vediferente segn el distinto ajuste del osciloscopio, ya que en la imagen de la derecha el distinto ajustehace que se vea la seal ampliada. Los fallos en el puente de diodos (rectificador) se mostraran estaseal, ya que sera una seal alterna no rectificada. En la imagen de la derecha y en azul se muestrael oscilograma de la intensidad de carga del alternador, por medio de una pinza amperimtrica.


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4.2. Seales de tensin continua

Como si utilizsemos un polmetro, con el osciloscopio se pueden medir tensiones continuas.

4.3. Seales de tensin continua variablesSon seales que generan algunos sensores de los diferentes sistemas electrnicos y que informana la UCE de ciertas situaciones y condiciones fsicas, como pueden ser el caudalmetro de aire, elpotencimetro del acelerador o la sonda lambda en los sistemas de gestin de motor, que informande la cantidad de aire aspirado, la posicin del pedal de acelerador o de la cantidad de oxgeno enlos gases de escape, respectivamente.

Estas seales son de corriente continua, pero su valor es variable, en funcin de la variacin de losparmetros fsicos o variables de las que informan.

CAUDALMETRO

POTENCIMETRO

DE ACELERADOR SONDA LAMBDA

Tensin de carga del alternador Tensin de descarga de la batera en elarranque del motor y simultneamenteintensidad de consumo del motor de

arranque en Amperios.


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Seal de un caudalmetro

Seal de un potencimetro de acelerador

Un potencimetro de acelerador no es ms que una resistencia variable, con tres conexiones, a la

que se le aplica una tensin (+ y -) entre dos de sus bornes y, en funcin de la posicin que tome elacelerador ofrece un valor de tensin diferente a travs de la tercera conexin o salida.Normalmente dan un valor cercano a 0,5 V en ralent para ir subiendo el valor hasta 4,75 Vaproximadamente, con el pedal totalmente pisado.


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Seal de sonda lambda

Para medir un sensor de O2o sensor lambda, debemos colocar un polmetro digital en una escalaque puede ser mV o V.

En ella veremos una variacin de ciclos en valores de 0 a 1 V (de 0 mV a 1000 mV), y debe cambiar10 veces en 10 segundos, lo cual indicar que la proporcin de mezcla est cambiandocontinuamente de pobre a rica, tratando de mantenerse alrededor de 500 mV, o proporcin

estequiomtrica.Si queremos medir en mV deberemos colocar el polmetro en mV. Esta variacin es igual que laanterior, pero ir de 0 a 1000 mV.

En el caso de querer visualizar la seal con un osciloscopio, veramos una seal continua cuyovalor ir oscilando entre los valores ya comentados y con una frecuencia aproximada de 1 Hz.

Seales de onda cuadrada

Este tipo de seal es continua, ya que no cambia de polaridad, perovariable en su nivel de tensin, pudiendo ser positiva o negativa.

Tienen un valor mnimo, que no tiene por qu ser 0V y uno mximo,que puede ser 5V, 12V, etc.

Unas veces son generadas por diversos dispositivos para ofrecerinformaciones de estados fsicos del motor o del vehculo, comorevoluciones de motor, velocidad del vehculo, posicin del rbol delevas o del distribuidor de encendido, etc.

Otras veces son seales suministradas por unidades electrnicas decontrol, aplicadas a diferentes actuadores para que estos realicen sus funciones, como son vlvulas

EGR, vlvulas de pilotaje del turbo, presin de combustible, motores de ralent, etc.


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Su frecuencia de trabajo viene dada por la duracin de un ciclo.

A veces se utilizan seales con frecuencia fija donde la mitad del tiempo la seal est al nivel alto yla otra mitad al nivel bajo. Otras veces, para identificar un punto concreto de un elemento se utilizanfrecuencias variables, determinadas por una parte caracterstica del sensor, como en la figurasiguiente.

Seales con modulacin de impulsos

Otras veces se utiliza lo que se conoce como relacin cclica de apertura (RCO) o porcentaje Dwell,en la que la frecuencia es fija pero la duracin del estado de nivel de tensin mximo y mnimo esvariable.

Hasta ahora se han estudiado dos tipos de corriente, la continua y la alterna, pero existe un tercertipo que posee caractersticas de ambas, son los impulsos.Las Unidades de Control Electrnico diseadas para gobernar algunos actuadores, tales comoelectrovlvulas, donde es necesario un perfecto control de la apertura y el cierre, funcionangenerando impulsos de mando sobre el actuador.

El control puede hacerse de dos modos:1. Enviando impulsos de corriente continua y haciendo variar la frecuencia a la que se producen.

2. Manteniendo la frecuencia constante, hacer variar la anchura del impulso; en ambos casos seconsigue regular la corriente de mando sobre el actuador.

SEAL GENERADA POR UN SENSOR DE FASE DEUN MOTOR DIESEL HDI. ESTA SEAL SIRVE PARAQUE LA UCE DETECTE LA POSICIN EXACTA DECADA UNO DE LOS CILINDROS Y CONTROLAR LAAPERTURA DE LOS INYECTORES


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En los impulsos se aprecian las siguientes caractersticas:

1. Son de corriente continua, puesto que circulan siempre en el mismo sentido.

2. Son intermitentes (igual que las ondas).

3. Poseen cierta longitud (o duracin) que es el ciclo (o periodo).

4. Slo una parte del impulso es activo.

5. La relacin en porcentaje entre la duracin de la parte activa y la duracin del periodo delimpulso proporciona una exacta referencia de la energa que aplica el impulso.

A esta relacin se denomina factor de trabajo o DWELL de la seal.

Este ltimo procedimiento de regulacin: impulsos a frecuencia fija y con variacin de su anchura, esel ms habitual y se conoce como variacin en la relacin de ciclo de la seal o tambin variacindel DWELL.

Es el mtodo que se emplea para el control de las electrovlvulas de inyeccin o para el mandoregulado de algunas vlvulas de ralent.

Los actuadores reciben impulsos de mando con una tensin y frecuencia fija, y se hace variar la

relacin entre la anchura del impulso a nivel bajo (masa) y alto (12 V), es decir se modifica larelacin entre la seal cuando trabaja y no trabaja.

El resultado final es que los dispositivos a controlar reciben una corriente perfectamente regulada yla unidad de control no se somete a los peligros de la excesiva disipacin de energa.


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Otros modos de llamar a esta particular forma de activar ciertos elementos elctricos es:

Modulacin de impulsos

Porcentaje Dwell

Modulacin de ancho de pulso (PWM)

Su utilizacin se explica con el siguiente ejemplo, en el que se describe el funcionamiento de unregulador de presin de alta de combustible de un sistema de inyeccin Diesel de alta presin(Common Rail).

El regulador de presin de alta es una electrovlvula que retiene el combustible que ira al retornodel depsito de combustible, de modo que mientras ms cantidad de combustible retorne menospresin habr en la rampa de alta presin, y lo contrario, mientras menos cantidad decombustible retorne habr mayor presin en rampa.

Ocurre que si la vlvula la activamos elctricamente, la abrimos, de modo que retorna elcombustible y baja la presin, pero inmediatamente tendramos que volver a cerrarla porque sino la presin caera mucho, y as sucesivamente tendramos que estar activando y desactivandoelctricamente la vlvula para conseguir estabilizar la presin y poder aumentarla o disminuirlacon precisin.

SITUACIN DEL REGULADOR EN LABOMBA DE ALTA PRESIN LA VISTA ANTERIOR SECCIONADA

HACIA LA RAMPA DE ALTA PRESI N

VLVULA REGULADORA

ELECTROIMN

RETORNO DE COMBUSTIBLE


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Hasta aqu lo que se ha conseguido es abrir o cerrar la electrovlvula completamente, pero la formaadecuada de conseguir la regulacin precisa de la presin es poder abrirla MS o MENOS, de modoque si abrimos ms, baja ms la presin y si abrimos menos, cae menos la presin.

Este objetivo se consigue elctricamente por medio de la relacin cclica de apertura (RCO),aplicando sobre los elementos a activar impulsos elctricos en forma de onda cuadrada, con unafrecuencia fija, pero con un tiempo de puesta a masa (activacin elctrica del elemento) variable.

La relacin que existe entre el tiempo que dura la activacin o puesta a masa y el tiempo que duraun ciclo completo de la onda cuadrada nos da el valor (en porcentaje) de la relacin cclica deapertura o porcentaje Dwell, de modo que un porcentaje cercano al 100 % significa mucho tiempode activacin o puesta a masa, y por lo tanto electrovlvula muy abierta; al contrario un porcentajecercano al 0 % significa muy poco tiempo de puesta a masa y una apertura pequea de laelectrovlvula.

Estas seales que hemos visto sevisualizan con un osciloscopio, pero sepuede determinar su valor por medio de unpolmetro, midiendo su frecuencia (en elcaso de una seal de onda cuadrada confrecuencia variable) o en posicin demedicin Dwell (en el caso de una seal defrecuencia fija con variacin del impulso deactivacin

Este mtodo de regulacin, denominadocomo relacin de ciclo, tambin se conocede otros modos diferentes, tales como:

Regulacin por ciclo de trabajo variable

Variacin del factor de trabajo

PWM (Pulse Width Module) o modulacindel ancho de pulso


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A continuacin se muestran varias figuras con dos oscilogramas de la activacin del regulador depresin de combustible anteriormente explicado, con diferentes porcentajes de modulacin deimpulsos al encontrarse el motor en distintas fases de funcionamiento. Igualmente los tres ltimososcilogramas muestran la variacin en la activacin por parte de la UCE de la electrovlvula EGR.

RCO del regulador de presin de alta del combustiblea un porcentaje del 17%. Lo que indica el 17% es laporcin de seal que est a un nivel bajo, es decir elporcentaje de tiempo respecto al total de un ciclo que laelectrovlvula est puesta a masa.

RCO del regulador de presin de alta del combustible

a un porcentaje del 20%. La parte de la seal que indicael porcentaje de activacin es la que est al nivel detensin bajo y, aunque la diferencia es mnima, se puedeobservar que esta parte de la seal ha crecido enanchura.

RCO de la electrovlvula de control de la EGRal 5%.Esto significa que la vlvula est prcticamente cerrada(el 5% de apertura) en las condiciones del motor en quela UCE lo determina.

RCO de la electrovlvula de control de la EGRal 50%.Se puede observar que la parte activa de la seal hacrecido y ambas partes (activa y no activa) tienen elmismo ancho de pulso. La electrovlvula estar

justamente a mediaapertura.

17% 20%

5%

50%


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Por ltimo, hay que sealar que todas estas seales, tanto de frecuencia variable como confrecuencia fija con variacin del ancho de impulso, son medibles (numricamente) con polmetrosque dispongan de las funciones de medicin de frecuencia (Hz) y de porcentaje Dwell (%).

5. CONCLUSIONES FINALES

La conclusin que podemos extraer de estas experiencias en el taller con el osciloscopio, es queaunque parezca complicado el funcionamiento de este aparato, basta con utilizarlo con ciertafrecuencia para darnos cuenta de que si disponemos de un osciloscopio que no sea engorroso deponer en funcionamiento (los de mano son los ms rpidos), a la larga utilizaremos este aparato para

medir incluso tensiones continuas, las cuales se miden normalmente con el polmetro, ya que lasgrficas son muy intuitivas respecto de la evolucin de cualquier seal en el tiempo.

As mismo hemos visto que existen seales a medir en diversos sistemas del automvil que nopodemos captar ni con el mejor de los polmetros, por lo que en la actualidad el osciloscopio de tallerse convierte en una herramienta indispensable para el futuro Tcnico Electromecnico y TcnicoSuperior de Automocin.

Autora

Nombre y Apellidos: Jess Daz Fonseca.Centro, localidad, provincia: I.E.S. Torreblanca, Sevilla.E-mail: [email protected]

RCO de la electrovlvula de control de la EGRal 80%.Esto significa que la vlvula est al 80% de su apertura.

80%

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