PRECIO: $ 17.50 USD COLECCIÓN DE REPORTES – No. 5 Estrategias de Comprensión de Oscilogramas y Análisis de Señales de Onda en Aplicaciones Automotrices - En nuestra industria del diagnóstico automotriz, los oscilogramas y señales de onda son fuentes imprescindibles de información. A diferencia del multímetro y el escáner, el osciloscopio ofrece estrategias únicas que permiten trabajar rápido y sin errores. Por Beto Booster
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Reporte 5 Estrategias Para La Comprension de Oscilogramas
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Fig. 1. Oscilograma de un sensor de pedal electrónico al momento de pisar el acelerador y quitar el pie; obsérvese la inconsistencia en la traza amarilla.
Fig. 2.- Diagrama de bloques para comprender el funcionamiento de un oscilograma; en la parte inferior
se resaltan los datos que el oscilograma ofrece; en la parte superior se resaltan los fenómenos que el
oscilograma representa. Le corresponde al analista establecer las relaciones entre datos y fenómenos.
¿Y cómo puedo yo hacer para
verificar que esos consumos se
estén dando de una manera
ordenada, como el fabricante lo
diseñó?
¿Y para verificar las desviaciones?
Por ahora digamos que la
transferencia de la energía
eléctrica entre componentes, es
un fenómeno de fácil medición.
¿Por qué?
Porque a diferencia de otras
formas de energía (calorífica,
química, mecánica, luminosa,
auditiva, etc.), la energía eléctrica
es muy predecible, dócil y
ordenada, por eso resulta sencillo
medirla a tal grado, que hasta
podemos darnos el lujo de
mandarla por un cable y hasta
graficarla en una pantalla.
¿Por qué te digo todo esto?
Porque para ser exitoso en el
diagnóstico automotriz, la
relación más importante que
tienes que comprender es la que
se da entre la energía eléctrica y
el voltaje… porque como bien
sabes, energía eléctrica y voltaje
no son lo mismo.
Son parecidos, están muy
relacionados, pero no debes
confundirlos.
Si recuerdas tus viejas clases de
electricidad básica, la definición
oficial de “energía” es la
“capacidad para realizar trabajo.”
En verdad es una definición muy
ambigua y la hicieron así porque
no hallaron una forma mejor.
En verdad es difícil definir lo que
la energía es.
Sabemos lo que es capaz de hacer
y sabemos lo que vale… pero lo
que es… eso no es tan sencillo.
Por eso le pusieron “capacidad”,
porque lo cierto es que ni los
mismos científicos saben con
exactitud de qué se trata.
Y si a eso le sumamos el
fenómeno eléctrico, es decir,
cuando a un grupo de electrones
se les suministra “energía”, esa
“misteriosa capacidad de poder
hacer cosas”, ahora tenemos que
el electrón es capaz de realizar
trabajo, porque le fue asignada
una cantidad de energía… y que
ahora adopta la peculiaridad de
llamarse “energía eléctrica”, pero
que a final de cuentas es la misma
energía, solo que transportada
por un electrón.
Entonces para ponerle nombre a
todo esto, hace muchos años, tres
señores ilustres pero cada uno por
separado, dijeron que:
1.- La energía se mide en Joules y
la energía sirve para hacer
trabajo… entonces como el
trabajo consume energía, el
trabajo también se mide en
Joules… y Joule era su apellido.
James Prescott Joule.
2.- La carga eléctrica del electrón
se mide en Coulombs y nada
más… y Coulomb era su apellido.
Charles Augustine de Coulomb.
3.- Dado que los electrones
(Coulombs) son capaces de
realizar trabajo (Joules), se definió
entonces que el trabajo realizado
por los electrones sería
denominado “trabajo eléctrico” y
que la cantidad de trabajo
realizado sería proporcional a la
cantidad de energía que cada
electrón tuviera sobre de sí… algo
así como si el electrón tuviera un
tanque de combustible que se
consume y que es necesario
volver a rellenar, o recargar cada
vez que se vacíe. En pocas
palabras, se trata de cuantos
Joules puede consumir un
Coulomb… pero como suena muy
complicado, se dijo que dicha
propiedad de poseer energía y
tenerla almacenada se llamaría
Voltio… y su apellido era Volta.
Alejandro Volta.
Si tú puedes comprender que
voltaje y energía no son
exactamente lo mismo…
Fig. 3.- En la traza amarilla, la señal del sensor de oxígeno antes del catalizador, en traza azul sensor de oxígeno después del catalizador. Obsérvese que la
traza amarilla muestra conducta de mezcla pobre.
Si tú puedes comprender que los
cambios que el voltaje sufre, son
una medida indirecta de las
cantidades cambiantes de energía
almacenada, transportada y
consumida en un circuito…
Y si tú puedes comprender que los
mismos cambios de energía son
precisamente los micro-informes
que te dicen lo que está
ocurriendo en un circuito en
específico, en un momento
específico…
Si tú puedes comprender que
todo esto simplemente es así, que
tienes acceso para ver con tus
ojos dichos cambios y si tienes la
paciencia suficiente para aprender
a leerlos e interpretarlos,
entonces tienes lo que se
necesitas para ser un verdadero,
un genuino diagnosticador de
fallas automotrices.
Y no nada más un improvisado
que piensa que con una lámpara
de continuidad y un multímetro
de $ 5 dólares de Autozone, va a
diagnosticar sensores, inyectores,
circuitos y a reparar vehículos
último modelo.
Por favor.
Esto es serio. Esta disciplina no
admite juegos ni aficionados.
Lo que debes tener presente,
cuando te encuentres analizando
oscilogramas y tratando de
relacionarlos con el síntoma que
el vehículo exhiba, es que el
circuito y los componentes
involucrados en tu medición están
todos juntos participando en los
cambios de energía; por eso
necesitas conocer al componente
y al circuito antes de sacar
conclusiones.
Veamos lo siguiente.
Observa el oscilograma de la Fig.
No. 3. Lo que estás viendo ahí son
las señales del sensor de oxígeno
antes del convertidor catalítico en
amarillo, y en azul al sensor de
oxígeno después del convertidor.
Es un Ford Focus motor Zetec
modelos 2003.
¿Cuál está defectuoso?
¿Cuál funciona correctamente?
¿Qué puedo asumir acerca del
convertidor catalítico con solo
echar un vistazo a este
oscilograma?
De entrada, no puedo decir aún
que los sensores defectuosos. Es
muy pronto para decir algo así.
La traza azul del sensor después
del catalítico me dice 2 cosas: que
el sensor funciona normalmente y
que el catalítico aún está vigente.
¿Qué cómo lo sé? Por la teoría
básica general de inyección de
combustible y sistemas OBD. Así
que por lo pronto puedo irme
olvidando de ellos.
¿Ahora qué pasa con ese sensor
de traza amarilla?
Definitivamente algo no nada
bien. Ese sensor me está diciendo
que aparentemente la mezcla
aire/combustible está pobre.
En este caso la luz Check Engine sí
estaba iluminada, además había
dos códigos de falla, uno era el
número P0170 y el otro el P0302,
el STFT y LTFT están saliéndose
Fig. 4.- Oscilograma de inyección de un Ford Focus motor Zetec; en traza amarilla el oscilograma de pulso de inyección medido en voltaje; en traza azul,
el oscilograma del pulso de inyección medido en consumo de corriente con pinza amperimétrica. Obsérvese la caída lenta en la derecha de la traza azul.
del 10%, en fin, pistas más, pistas
menos que lo único que me dicen
es que la mezcla está pobre, lo
cual yo ya lo sé con solo ver la
respuesta del sensor. El otro dato
relevante es que al parecer, el
cilindro 2 no responde como
debería. Tampoco se sabe si el
problema del cilindro 2 es por
exceso o falta de combustible,
problemas de compresión o de
encendido.
Y hasta ahí es dónde el escáner
me puede ayudar. Ya no puedo
sacarle más información.
¿Ahora qué hago?
Para comprobar que el sensor no
estuviese contaminado o que
tuviera lectura cansada, rocié algo
de gas propano en la admisión y
de inmediato me dio lectura en
los 900 mV, lo cual me dice al
instante que no hay nada mal con
el sensor de oxígeno.
Obviamente, el problema está en
otra parte y cuando lo encuentre,
ese sensor debe volver a leer de
manera normal.
Las causas de una mezcla pobre
son las mismas de siempre y las
más severas son por causa de
inyectores sucios o defectuosos,
aunque también hay otras. Todos
sabemos eso. De cualquier
manera, el barrido de pruebas de
componentes hay que hacerlo
completo.
Cuando sospecho de los
inyectores, en mi rutina siempre
les “echo un ojo” para revisarles
dos cosas: su señal de voltaje y su
señal de consumo de corriente,
con pinza amperimétrica,
naturalmente.
Antes de hacerles cualquier cosa,
primero les mido esto siempre. Es
procedimiento de rutina, es la
regla. Si todo sale bien con esas
dos mediciones, entonces sigo
adelante y ya consideraré
mandarlos a limpieza o a ver qué
hacemos con ellos.
Pero en esta ocasión nada de eso
fue necesario. El oscilograma de
consumo de corriente de uno de
los 4 inyectores resultó con una
conducta más que notoria con
respecto a los otros 3. Observa el
oscilograma de la Fig. 4 en la
página anterior.
¿Puedes ver qué es lo que está
mal con este inyector?
Como puedes suponer, la traza
color amarillo corresponde a la
lectura del pulso de inyección
para inyectores convencionales
controlados con drivers de
voltaje. No hay nada novedoso en
eso. (No te pierdas uno de los
siguientes números para hablar
más a fondo de este asunto.)
Lo interesante está en la traza
color azul, que corresponde al
consumo de corriente medido con
pinza amperimétrica para ese
mismo inyector. Naturalmente,
ambas lecturas se toman de
manera simultánea.
¿Cómo debe ser esa traza al inicio,
durante y al final? ¿Qué nos dice
esa traza sobre la forma en que el
inyector está consumiendo
corriente? ¿Está todo bien? ¿Hay
algún problema? ¿Los niveles
están bajos, están altos? ¿Cómo
andan los tiempos? ¿Se alcanzó la
saturación? ¿Se saturó de más?
Son muchas preguntas las que
debemos hacernos cuando
evaluamos la conducta eléctrica
de un inyector durante el proceso
de inyección.
Por ahora no hay oportunidad de
profundizar en todos los detalles,
pero lo que sí podemos saber es
que el corte de corriente está muy
excedido en tiempo.
Típicamente, en la traza corriente
deberíamos ver un corte casi
Fig. 5.- Oscilograma de encendido Motor Zetec; el dato relevante en este caso es verificar el tiempo de quemado; cada cuadrícula está ajustada a
1ms/div y las lecturas promedio rondaban desde los 0.85 ms a 0.95 ms; los cilindros 1,3 y 4 arrojaron estos valores; se consideran valores normales.
vertical. Es aceptable un poco de
rampa de amperaje descendente
al corte, pero solo un poco, no
obstante, esta curva de disipación
de corriente descendente es
excesiva.
Algo no anda bien en ese circuito
y como bien lo has adivinado, se
trata nada más y nada menos que
del inyector del afortunado
cilindro No. 2.
Parece que hemos encontrado
algo.
Ahora, la pregunta obligada es:
¿Existirá alguna relación entre la
lectura de mezcla pobre del
sensor de oxígeno, el código
P0302 y el raro y largo descenso
de esa rampa de amperaje del
inyector No. 2?
Es posible, pero no debemos
apresurarnos a sacar conclusiones
precipitadas.
Un inyector defectuoso puede
manifestarse de 3 maneras:
inyectar de menos, inyectar
demasiado o no inyectar nada.
En este caso, las pocas pistas que
tenemos me hacen pensar que,
tal vez, repito, tal vez, este
inyector estaba inyectando de
menos. Con certeza no lo sé, pero
sí pienso que existe una relación
entre la mezcla pobre detectada
por el sistema OBD y esa rampa
de caída lenta.
Si ese inyector estuviera
defectuoso, entonces la respuesta
más simple es que al remplazarlo,
la caída lenta de esa rampa
debería corregirse para que
enseguida nos de una caída más
pronunciada.
Antes de comprar ningún
componente, hice una prueba
lógica: lo único que hice fue
intercambiar el inyector y ponerlo
en otro cilindro. Lo puse en el
cilindro No. 3; obviamente, el
inyector del cilindro No. 3 lo puse
en el cilindro No. 2. Si el problema
fuera el inyector, entonces esa
rampa de caída lenta debería
aparecer nuevamente, pero ahora
en el cilindro No. 3.
Pero eso no sucedió. ¿Quieres
saber que fue lo que ocurrió?
La rampa lenta volvió a aparecer
en el inyector que coloqué en el
mismo cilindro No. 2; por otra
parte, la rampa de consumo de
corriente que le medí al inyector
original y que coloqué en el
cilindro 3, resultó perfectamente
normal, con caída pronunciada.
En efecto, hemos detectado que
existe un problema
eléctrico/electrónico de manejo
de corriente en el circuito del
inyector No. 2 y sabemos también
que los inyectores están en
perfecto estado.
Ya vamos acercándonos cada vez
más, pero ahora la pregunta que
surge es la siguiente: ¿esa rampa
de caída irregular, será la
causante de la falla de cilindro y
de la mezcla pobre?
Aún no es momento para concluir
que sí. ¿Por qué? Porque una
mezcla pobre detectada por un
sensor de oxígeno puede provenir
de uno o de varios cilindros. El
sensor de oxígeno no sabe ni
puede decirnos de dónde
proviene.
En resumen: 1º) sabemos que hay
una falla en el cilindro No. 2, 2º)
sabemos que el circuito del
inyector 2 tiene un problema, 3º)
sabemos que hay un problema
general de mezcla pobre
detectado por el sensor de
oxígeno, 4º) suponemos que
probablemente el problema de la
caída irregular de corriente quizá
tenga relación con todo lo
anterior generando una inyección
pobre y finalmente 5º) todo esto
no lleva a suponer que la mezcla
pobre probablemente provenga
del cilindro No. 2.
Hasta ahora tenemos muchas
suposiciones, pero si pudiéramos
comprobar, en alguna forma, que
la mezcla pobre está generándose
en el cilindro 2, entones ahora sí
estaríamos completamente
seguros de que esa caída irregular
de corriente en el circuito del
inyector No. 2 está impactando a
la estequiometria de la mezcla,
como la causante de todo esto.
Pero ahora, la pregunta obligada
es… ¿cómo podemos corroborar
el estado de la estequiometria de
la mezcla aire/combustible?
¿Acaso es posible hacerlo?
Desde luego que sí. ¿Cómo?
Midiendo y comparando los
tiempos de quemado en los
oscilogramas de ignición de los 4
cilindros.
Un tiempo normal de quemado
está entre los 0.85 ms hasta los
1.3 ms; esta variación o tolerancia
es válida para la vasta mayoría de
fabricantes. (De hecho, tiempos
de quemado cercanos a los 0.80
ms comienzan a verse un poco
más a menudo con motores más
eficientes.) Ver fig. 5 en página
anterior.
El tiempo de quemado en un
oscilograma de encendido, es una
medida relativa de la cantidad de
combustible disponible para cada
cilindro: la teoría es que si todos
los cilindros funcionan sin
problemas y de manera
equitativa, entonces todos
deberían exhibir tiempos de
quemado muy cercanos entre sí.
En otras palabras, si a todos les
toma el mismo tiempo quemar el
combustible, es porque a todos
les fue inyectada la misma
cantidad de combustible. Si
alguno tarda más, es porque tiene
más combustible que quemar; y al
contrario, si alguno tarda menos
tiempo, es porque tiene menos
combustible disponible.
Pero la contundencia y validez de
la prueba no radica tanto en la
duración del tiempo por cada
cilindro en lo individual, como lo
es la comparación entre un
cilindro y los demás; es decir,
cuando vemos que un cilindro se
comporta de manera diferente al
resto, podemos inferir
desviaciones sobre ese cilindro.
En este caso, la medición no nos
arrojó ninguna sorpresa.
Nos dio justamente lo que
habíamos sospechado: el tiempo
de quemado del cilindro No. 2 era
muy inferior, en comparación con
el resto.
Mientras los demás estaban cerca
de los 0.85 ms a los 0.95 ms, el
tiempo de quemado del cilindro
No. 2 estaba a la mitad
comparado contra los demás, con
un tiempo medido en osciloscopio
cercano a los 0.40 ms.
Para la operación de un cilindro,
esa es una duración inaceptable. Y
en cuanto a disponibilidad de
combustible ¿esto qué significa?
Que evidentemente le está
llegando menos de la mitad que al
resto de los cilindros.
Observa las mediciones de la fig.
No. 6 y compara con la fig. 7.
Conclusión preliminar: el cilindro
número 2 estaba padeciendo una
evidente falta de suministro de
combustible, debido a un defecto
en el circuito del inyector No. 2
¿Ahora qué sigue?
Ubicar al defecto en el circuito.
Ahora sí, esto se trata de
electrónica pura, pero no es tan
complicada. De hecho, este paso
es más sencillo.
El estudio de oscilogramas de
consumo de corriente con pinza
amperimétrica para diversos
componentes, es toda una
disciplina que merece su propio
estudio personal y que te permite
diagnosticar muchísimos defectos,
pero y ya hablaremos de eso.
(Para la siguiente explicación
refiérete de nuevo a la Fig. 4.) Por
ahora, el perfil de consumo de
corriente del inyector se ve
normal en su ascenso, pero el
descenso ya dijimos que no
concuerda. Por su parte, el perfil
de voltaje se ve normal.
Esto nos dice que el circuito de
alimentación del inyector no tiene
problemas, lo cual nos deja con el
circuito de control; hice la revisión
convencional del cableado desde
el conector del inyector hacia la
punta en el conector múltiple de
la PCM y no presentaba ningún
defecto: cero resistencia, ninguna
caída de voltaje, aislado de
cualquier otro cable, sin ningún
corto ni a tierra ni a voltaje. Todo
en orden. Esa sección del cable
estaba intacta.
Entonces:
1.- Si el problema está en el
circuito.
2.- Pero el circuito de
alimentación no tiene problemas.
3.- Ni el inyector no tiene
problemas y finalmente,
4.- Ni el cable que va del conector
del inyector a la PCM tampoco
tiene problemas…
¿Entonces dónde está el
problema?
Lo único que nos queda es la
PCM: necesariamente, el defecto
tiene que estar en el “driver”, o
circuito controlador, que no es
otra cosa más que un transistor
Fig. 6.- Oscilograma de encendido del cilindro No. 2; la cuadrícula está ajustada a 1 ms/Div; obsérvese que el tiempo de la línea de quemado está cerca de los
0.40 ms, sinónimo de escasez de combustible. Esto tiene un impacto directo en la altura de la línea de disparo, elevándola más de lo normal. Estos son claros
indicadores de escasez de combustible en la mezcla; comparando con el resto de los cilindros, este cilindro está operando con la mitad de combustible.
de potencia MOSFET NPN.
Ubicarlo en la placa de circuito
impreso (PC Board) es muy
sencillo. Removerlo y remplazarlo,
no tanto.
No entraré en lo detalles de la
revisión y reparación de la placa,
porque eso ya es simple
electrónica tradicional, pero baste
decir que el MOSFET había
perdido sus propiedades, se
cambió por otro y asunto
resuelto.
El driver volvió a la normalidad, el
inyector inyectó como los demás,
el tiempo de quemado se igualó
con el resto y el sensor de oxígeno
reportó mezcla estequiométrica
una vez más. Compara las figuras
4 y 7. ¿Puedes ver la diferencia en
la traza azul? Observa la fig. 8.
Siendo honesto, este es un caso
muy difícil que merece ser
compartido. Me llevó casi 3 horas
hacer la revisión completa, uno de
mis muchachos se encargó del
resto y el vehículo estuvo listo al
siguiente día por la tarde.
¡Oh! ¿Te comenté que este auto
había pasado ya por varios
talleres, lo habían afinado, lavado
inyectores, le habían cambiado el
dichoso inyector No. 2 y que
además el sensor de oxígeno
también era nuevo?
El propietario hasta me dijo que
hubo un mecánico que le
“diagnosticó” que los asientos de
válvulas estaban dañados y que
por eso la falla de cilindro y la
mezcla pobre… imagínate.
Y en fin… estos son mis secretos…
así es como lo hago. Con
oscilogramas, con mediciones,
con pruebas, comparaciones, con
lógica… y ya.
No hay más.
¿Pero cómo y dónde fue que
aprendí a hacer las cosa así?
Los conocimientos juegan un
papel muy importante, pero al
final, a la conclusión que
inevitablemente llegas es que los
conceptos que en apariencia se
ven complejos en realidad son
muy sencillos, son tan
modestamente simples en su raíz
y tan predecibles en su
comportamiento, que a
cualquiera que tenga la voluntad
de aprenderlos le permiten llegar
hasta donde se lo proponga.
La habilidad de reconocer qué es
lo que le ocurre a un sistema, a un
componente o circuito la aprendí
de un antiguo profesor mío.
Fue él quien me enseño que si lo
que yo quería era desarrollar la
habilidad de identificar problemas
en los sistemas, entonces yo
estaba obligado a comprender la
relación entre voltaje y energía,
pero como al voltaje no puedo
verlo pero sí medirlo y como a la
energía no puedo ni verla ni
medirla pero sé que está ahí,
necesitaba de un intermediario
que me mostrara la relación entre
ambos… porque a final de
cuentas, eso es lo más que
podemos hacer.
Ese intermediario es el
oscilograma, es la frontera entre
nuestro mundo y el mundo de la
Fig 7.- Oscilograma de inyección del cilindro 2 después de reparar el driver; el pulso de voltaje no exhibió pistas de ningún daño. El pulso de consumo de
corriente fue muy revelador al corregir la caída de la rampa. Estos significa que el driver está operando de manera normal.
energía eléctrica, es la ventana
por donde podemos mirar y
enterarnos de todo lo que ocurre.
El oscilograma cumple la función
de comunicador entre la energía y
el voltaje; porque el oscilograma
puede ver a la energía, pero su
limitante es que solamente puede
hablarnos en términos simples
como voltajes, corrientes y
tiempos… sin embargo, de lo que
en realidad nos está hablando es
de energía, trabajo, información y
desempeño de sistemas.
Es decir, cuando en el oscilograma
vemos cambios de voltajes,
aumentos y disminución de
tiempos, o subidas y caídas lentas
o súbitas de consumos de
corrientes, lo que nosotros
debemos hacer es transportarnos
de la simpleza del voltaje, del
tiempo y la corriente, a la
elegancia de la energía, el trabajo,
los sistemas y la información.
Porque conectar puntas y medir
tiempos, voltajes y corrientes con
un osciloscopio, cualquiera puede
hacerlo… pero darles significado y
establecer relaciones para hallar
respuestas, solamente los
profesionales.
Es esa apertura mental lo que
hace del oscilograma la
herramienta más valiosa y eficaz
en el diagnóstico automotriz.
Y ello exige estudio, preparación,
constancia.
Como puedes darte cuenta, es
todo un reto.
¿Estás listo?
En la figura 2 de la página 6,
hallarás el diagrama de bloques
que te dice cómo funciona un
oscilograma.
Te expone los procesos
fundamentales de un oscilograma:
cómo está conformado un
oscilograma y qué es lo que hace.
El diagrama de bloques de un
oscilograma puede dividirse en
tres secciones:
Fig. 8.- Señal del sensor de oxígeno; volvió a la lectura normal tras haber corregido el problema de mezcla pobre.