Testes com o osciloscópio

Porquê utilizar um osciloscópio?

  • Os multímetros digitais são perfeitamente adequados para verificar circuitos numa situação estática e, por exemplo, sempre que a alteração na leitura é gradual; mas para verificações dinâmicas (com o motor a trabalhar) e para diagnosticar avarias intermitentes, o osciloscópio é uma ferramenta de oficina muito poderosa.
  • Ao contrário dos osciloscópios analógicos mais antigos, destinados a testes de ignição de alta tensão, o osciloscópio digital moderno tem uma escala de tensão variável que torna possível visualizar tensões baixas (tipicamente 0 - 5 V ou 0 -12 V) e ainda uma escala temporal ajustável, que permite obter uma visualização ideal de qualquer forma de onda.
  • A maioria dos osciloscópios destinados ao uso automóvel são portáteis e, por conseguinte, ideais para serem usados na oficina. Também podem ser usados no interior do veículo, enquanto este é conduzido, para se recolherem dados dinâmicos.
  • Normalmente é possível armazenar formas de onda e dados associados numa memória interna e depois imprimi-los ou descarregá-los para um PC, para se poderem estudar pormenorizadamente os padrões do osciloscópio.
  • O osciloscópio mostra a amplitude, frequência, largura do impulso e a forma e padrão do sinal recebido desenhando um gráfico de tensão (verticalmente) e de tempo (horizontalmente).
  • É fácil de ligar (normalmente apenas dois cabos) e a velocidade de amostragem pode ser muito superior à do melhor dos multímetros digitais.
  • Este curto tempo de resposta permite diagnosticar anomalias intermitentes e também observar o efeito que provoca a interferência com peças do sistema. Sempre que necessário, o tempo de resposta pode ser suficientemente lento para mostrar sinais como, por exemplo, o sinal do sensor da posição da borboleta do acelerador.
  • Quando a causa de um problema tiver sido diagnosticada e rectificada, pode verificar-se se a reparação resultou voltando a testar-se com o osciloscópio.
  • O osciloscópio também pode ser usado para verificar o estado geral de um sistema de gestão do motor equipado com catalisador, monitorizando-se para isso a actividade do sensor de oxigénio.
  • Os complexos sistemas de gestão do motor dos veículos equipados com catalisador são concebidos para manter o nível da mistura dentro de tolerâncias bastante apertadas, de forma que o sensor de oxigénio possa reagir a pequenas alterações do nível de oxigénio nos gases de escape e enviar esta informação ao módulo de controlo do motor sob a forma de sinal de tensão. A observação do sinal do sensor de oxigénio com um osciloscópio permite detectar a mais pequena irregularidade no desempenho global do sistema. A visualização de uma forma de onda satisfatória constitui uma indicação fiável de que todo o sistema está a funcionar correctamente.
  • Os osciloscópios actualmente disponíveis são fáceis de ligar e de usar; não é necessário possuir conhecimentos especializados ou experiência para se conseguir obter uma linha de registo no ecrã. A interpretação desta linha torna-se bastante mais fácil se se consultarem as formas de onda típicas mostradas neste capítulo.

Formas de onda

Cada forma de onda de osciloscópio contém um ou mais dos seguintes parâmetros:

  • Amplitude - tensão (V)
    A tensão do sinal num dado momento
  • Frequência - ciclos por segundo (Hz)
    O tempo entre pontos do sinal
  • Largura do impulso - ciclo de operação (%) 
    O período durante o qual o sinal está ligado - expresso em percentagem (%) sobre o total
  • Forma - picos, curvas, serrilhados, etc. A "imagem" global do sinal

    Parâmetros da forma de onda - 1

  • Padrão - formas repetidas. O padrão de repetição da forma global do sinal.
  • O osciloscópio mostra todos estes parâmetros num só ecrã e a comparação das linhas do osciloscópio referentes ao veículo a ser testado com aquelas aqui ilustradas permite avaliar o estado de cada circuito e dos seus componentes.
  • A linha de um circuito ou componente anómalo é normalmente muito diferente da linha de um em condições satisfatórias, o que facilita a identificação de avarias.
  • Os cinco parâmetros enunciados acima podem ser categorizados da seguinte forma:

Sinais de tensão de corrente contínua (CC) - apenas amplitude

Tensões de sinais analógicos relativas a componentes como sejam:

Sensor da temperatura do líquido de arrefecimento - 2

Sensor da temperatura do ar de admissão - 3

Sensor da posição da borboleta do acelerador - 4

Sensor aquecido de oxigénio - 5

Sensor do volume do fluxo de ar - 6

Sensor de medição do fluxo de ar - 7

Sinais de tensão de corrente alternada (CA) - amplitude, frequência e forma

Os sinais de tensão de corrente alternada são gerados por componentes como sejam:

Sensor de detonação - 8

Sensor da velocidade do motor - do tipo indutivo - 9

Sinais de frequência modulada - amplitude, frequência, forma e largura do impulso

Os sinais de frequência modulada são gerados por componentes como sejam:

Sensor de posição da cambota - do tipo indutivo - 10

Sensor de posição do veio de excêntricos - do tipo indutivo -11

Sensor de velocidade do veículo - do tipo indutivo - 12

Sensores de efeito de Hall de velocidade e posição - 13

Sensores ópticos de velocidade e posição - 14

Sensores de medição do fluxo de ar e da pressão absoluta no colector - do tipo digital - 15

Sinais de largura do impulso modulada - amplitude, frequência, forma, largura do impulso

Sinais da largura do impulso modulada de componentes como sejam:

Injectores - 16

Dispositivos de controlo do ar de ralenti - 17

Circuitos primários da bobina de ignição - 18

Válvula de purga do depósito do sistema de controlo das emissões de vapor de combustível - 19

Válvulas de recirculação dos gases de escape - 20

Sinais de dados em série - amplitude, frequência, forma, largura do impulso e padrão

  • Os sinais de dados em série serão gerados pelo módulo de controlo do motor (ECM) se este tiver capacidade de auto-diagnóstico (21).
  • Observando-se a largura, o padrão e a frequência do impulso, os impulsos curtos podem ser contados em grupos e interpretados como código de avaria (neste caso 1223).
  • A amplitude e forma mantêm-se constantes e o padrão repete-se até o código de avaria ser apagado.

    Forma de onda de código de avaria - 21


Interpretar formas de onda

Formas de onda típicas - 22 e 23

  • Os padrões das formas de onda dos osciloscópios podem variar imensamente e dependem de muitos factores. Assim, sempre que a forma de onda lhe parecer incorrecta quando comparada com a forma de onda "típica" que surge na tabela de dados sobre os pinos a ser utilizada, considere os pontos que se seguem antes de fazer um diagnóstico ou substituir componentes.

Tensão

  • As formas de onda típicas indicam a posição aproximada da forma de onda relativamente à "grelha zero", mas esta pode variar (22 [1]) consoante o sistema que está a ser testado e pode ser posicionada em qualquer lugar dentro da "gama zero" aproximada (22 [2] e 23 [1]).
  • A amplitude ou altura global do padrão (a tensão) 22 [3] e 23 [2] depende da tensão de funcionamento do circuito.
  • No caso dos circuitos de corrente contínua (CC), isto depende da tensão que é comutada; por exemplo, a tensão do dispositivo de controlo da velocidade de ralenti é constante e não se altera com a velocidade do motor.
  • No caso dos circuitos de corrente alternada (CA), isto dependerá da velocidade do gerador do sinal; por exemplo, a tensão de saída de um sensor de posição da cambota (CKP) indutivo aumenta com a velocidade do motor.
  • Por conseguinte, se o padrão do osciloscópio for demasiado alto (ou a parte superior faltar) aumente a escala da tensão para obter a visualização desejada. Se o padrão for demasiado baixo, reduza a escala da tensão.
  • Alguns circuitos com solenóides como, por exemplo, dispositivos de controlo da velocidade de ralenti, poderão exibir picos (22 [4]) quando o circuito é desligado. Esta tensão é gerada pelo componente e normalmente pode ser ignorada.
  • Alguns circuitos que têm uma onda típica de tipo quadrado poderão apresentar uma queda de tensão no final do período de comutação (22 [5]). Isto é típico de alguns sistemas e normalmente pode ser ignorado, dado que por si só não é indicador de avaria.

Frequência

  • A largura total do padrão (a frequência) depende da velocidade de funcionamento do circuito.
  • As formas de onda típicas ilustradas obtêm-se com a escala temporal do osciloscópio regulada de forma a permitir uma observação pormenorizada.
  • Em circuitos de corrente contínua (CC), a escala temporal dependerá da velocidade a que o circuito é comutado (22 [6]); por exemplo, a frequência de um dispositivo de controlo da velocidade do ralenti varia consoante a carga do motor.
  • No caso dos circuitos de corrente alternada (CA), a escala temporal depende da velocidade do gerador do sinal (23 [3]); por exemplo, a frequência de um sensor de posição da cambota indutivo aumenta com a velocidade do motor.
  • Se o padrão do osciloscópio estiver demasiado comprimido, diminua a escala temporal para obter a visualização desejada. Se o padrão estiver demasiado expandido, aumente a escala temporal.
  • Um padrão invertido (23 [4]) indica que o sistema a ser testado tem o seu componente ligado com a polaridade oposta à forma de onda típica mostrada e pode normalmente ser ignorado, dado que por si só não é indicador de avaria.

Forma de onda digital - 22

Forma de onda analógica - 23


Testar componentes

  • Podem ser apresentadas formas de onda para uma variedade de componentes. Abaixo descrevem-se alguns dos exemplos mais típicos.
  • A maior parte dos osciloscópios modernos tem apenas dois cabos, que são usados com uma série de sondas de teste intercambiáveis. O cabo vermelho é o positivo e é normalmente ligado ao pino do módulo de controlo do motor. O cabo preto é o negativo e é normalmente ligado a um bom ponto de massa.
  • Se os cabos forem ligados por engano com a polaridade errada, normalmente a única consequência consiste em que a forma de onda é apresentada invertida.

Injectores

  • Todos os sistemas de injecção intermitente controlados electronicamente funcionam alterando-se o tempo de abertura dos injectores, a fim de fazer corresponder a quantidade de combustível fornecido às condições de funcionamento do motor.
  • A duração dos impulsos eléctricos provenientes do módulo de controlo é medida em milésimas de segundo (ms) e normalmente vai de 1 a 14. O osciloscópio da maior parte dos aparelhos de teste do motor pode ser usado para mostrar o impulso do injector, permitindo assim medir a duração.
  • Na figura 24 vê-se uma linha de osciloscópio típica.
  • Quando o injector fecha poderá ver-se uma série de impulsos pequenos, que mantêm o injector aberto após o impulso negativo inicial e um acentuado pico de tensão positiva.
  • Assim, é possível verificar se o módulo de controlo está a funcionar correctamente observando as alterações dos tempos de abertura dos injectores durante as diferentes condições de funcionamento do motor.
  • A duração dos impulsos durante a rodagem do motor e ao ralenti será maior do que a velocidades do motor baixas e aumentará com o aumento da velocidade do motor, atingindo o seu máximo quando a borboleta do acelerador se encontra completamente aberta.
  • Este efeito será particularmente evidente se se der uma "sapatada" no acelerador.

Forma de onda do injector - 24

Impulso do injector

  • Utilizando uma sonda estreita, ligue a sonda de teste do osciloscópio ao terminal do injector do módulo de controlo do motor e a segunda sonda de teste à massa.
  • Rode o motor e verifique a forma de onda.
  • Ligue o motor e observe a forma de onda ao ralenti.
  • Abra rapidamente a borboleta do acelerador, a fim de elevar a velocidade do motor para cerca de 3000 r.p.m..
  • A duração do impulso deverá aumentar durante a aceleração e em seguida estabilizar numa leitura igual ou ligeiramente inferior ao valor da velocidade de ralenti.
  • Feche rapidamente a borboleta do acelerador e a linha deverá tornar-se recta, sem impulsos a indicar que a injecção foi interrompida (no caso de sistemas equipados com corte de combustível em desaceleração).
  • Quando o motor está frio e é ligado, a quantidade de combustível necessária é maior e, por conseguinte, a duração do impulso ou período de injecção será maior.
  • Durante a fase de aquecimento, o período de injecção deverá decrescer progressivamente até o motor atingir a sua temperatura normal de funcionamento.
  • Os sistemas sem injector de arranque a frio produzem normalmente impulsos de injecção adicionais durante o arranque a frio, o que pode ser observado no osciloscópio na forma de impulsos longos e curtos.

Períodos de duração da injecção típicos

SituaçãoDuração
Ralenti 1,5-5 ms
2000-3000 r.p.m. 1,1-3,5 ms
Aceleração máxima 8,2-8,4 ms

Sensores indutivos - 25

O procedimento geral decorre da seguinte forma:

  • Seleccione o pino do sensor da lista de dados sobre os pinos com forma de onda de referência.
  • Ligue a sonda do osciloscópio ao pino do módulo de controlo do motor e a segunda sonda à massa.
  • Ligue o motor e cumpra as condições exigidas para o teste.
  • Compare a linha do osciloscópio com a forma de onda de referência.
  • Aumente a velocidade do motor e observe a tensão (amplitude) mostrada a aumentar.

    Forma de onda de sensor indutivo - 25

Válvula de controlo do ar de ralenti

  • Existem válvulas de controlo do ar de ralenti de muitos tipos, todas com uma forma de onda diferente.
  • Em todas elas, o ciclo de operação da válvula (tempo que está LIGADA) deverá aumentar sempre que uma carga adicional do motor começa a reduzir a velocidade de ralenti.
  • Se o ciclo de operação se alterar mas a velocidade de ralenti não se mantiver sob carga, uma das válvulas está avariada.
  • Se a forma de onda for uma linha recta junto do zero ou uma linha constantemente ao nível dos 5 V ou dos 12 V, existe uma avaria no circuito da válvula de controlo do ar de ralenti ou na saída do sinal do módulo de controlo do motor.
  • Abaixo descreve-se o motor passo-a-passo de 4 pinos vulgarmente utilizado. As válvulas de controlo do ar de ralenti de dois e de três pinos podem ser testadas de forma semelhante mas, é claro, geram formas de onda muito diferentes.
  • O motor passo-a-passo responde a um sinal oscilante do módulo de controlo do motor, permitindo que sejam feitos pequenos ajustes à velocidade de ralenti em resposta a variações da temperatura de funcionamento e da carga.
  • Este sinal de tensão pode ser verificado ligando-se a sonda de teste do osciloscópio a um dos quatro pinos do módulo de controlo do motor do motor passo-a-passo de cada vez.
  • Certifique-se de que o motor está à temperatura normal de funcionamento.
  • Ligue o motor e aguarde até que a velocidade de ralenti estabilize.
  • Eleve a carga do motor ligando os faróis e o ar condicionado ou rodando a direcção (apenas assistida).
  • A velocidade de ralenti deverá baixar momentaneamente e depois estabilizar por acção da válvula de controlo do ar de ralenti.
  • Compare a linha do osciloscópio com a forma de onda de referência (26).

    Forma de onda da válvula de controlo do ar de ralenti - 26

Sensor de oxigénio

OTA: Os valores de tensão que se seguem referem-se ao sensor aquecido de oxigénio do tipo de zircónio, usado praticamente em todo o mundo, sem uma tensão de referência constante de 0,5 V. Alguns modelos recentes são equipados com um sensor de titânio, o qual tem uma gama de funcionamento de 0 - 5 Volt e que apresenta um sinal de tensão elevado quando a mistura é pobre e um sinal de tensão baixo quando a mistura é rica.

  • Ligue as sondas de teste do osciloscópio entre o pino do módulo de controlo do motor do sensor de oxigénio e a massa.
  • Certifique-se de que o motor está à temperatura normal de funcionamento.
  • Compare a linha do osciloscópio com a forma de onda de referência (27).
  • O aparecimento de uma linha não em forma de onda mas sim recta indica normalmente uma mistura pobre se a tensão for de cerca de 0 - 0,15, ou uma mistura rica se a tensão for de cerca de 0,6 - 1 - consulte o CD da Autodata sobre gestão do motor para determinar as possíveis causas desta situação.
  • Se a forma de onda for satisfatória ao ralenti, abra brevemente a borboleta do acelerador várias vezes sucessivamente.
  • A forma de onda deverá mostrar a tensão do sinal "em ciclo" entre cerca de 0 - 1 Volt.
  • O aumento de tensão corresponde à velocidade do motor a aumentar e o decréscimo de tensão corresponde à velocidade do motor a baixar.

    Forma de onda do sensor de oxigénio - 27

Sensor de detonação

  • Ligue as sondas de teste do osciloscópio entre o pino do módulo de controlo do motor do sensor de detonação e a massa.
  • Certifique-se de que o motor está à temperatura normal de funcionamento.
  • Dê uma sapatada breve no acelerador.
  • A forma de onda deverá mostrar um sinal de corrente alternada apresentando um aumento considerável de amplitude (28).
  • Se este sinal não for distintamente apresentado, dê uma pancada leve na zona do bloco do motor em que o sensor se encontra.
  • Se o sinal continuar a não ser satisfatório, existe uma avaria no sensor ou no respectivo circuito.

    Forma de onda do sensor de detonação - 28

Amplificador da ignição

  • Ligue as sondas de teste do osciloscópio entre o pino do módulo de controlo do motor do amplificador da ignição e a massa.
  • Certifique-se de que o motor está à temperatura normal de funcionamento.
  • Ligue o motor e deixe-o trabalhar ao ralenti.
  • O sinal deverá mostrar um impulso de tensão de corrente contínua digital.
  • Compare a linha do osciloscópio com a forma de onda de referência (29).
  • Se o sinal for satisfatório a amplitude, a frequência e a forma de cada impulso deverão ser muito aproximadas.
  • Eleve a velocidade do motor e certifique-se de que a frequência do sinal aumenta proporcionalmente às r.p.m. do motor.

    Forma de onda do amplificador da ignição - 29

Bobina da ignição (primária)

  • Ligue as sondas de teste do osciloscópio entre o pino do módulo de controlo do motor da bobina da ignição e a massa.
  • Certifique-se de que o motor está à temperatura normal de funcionamento.
  • Ligue o motor e deixe-o trabalhar ao ralenti.
  • Compare a linha do osciloscópio com a forma de onda de referência (30).
  • Os picos de tensão positiva deverão ser de amplitude idêntica.
  • Diferenças de amplitude substanciais poderão indicar uma resistência elevada no circuito secundário, uma vela de ignição avariada ou um cabo de alta tensão avariado (quando aplicável).

    Forma de onda da bobina de ignição - 30

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