Diagnóstico avançado em componentes da eletrônica embarcada

Sabemos que a demanda por conhecimentos em eletrônica embarcada na reparação automotiva tem sido cada dia maior.  Mas infelizmente, ainda há falta de mão de obra qualificada nessa área. Além da importância do conhecimento, faz-se necessário também o uso de equipamentos de medição precisos para realizar testes em sensores, atuadores, redes de comunicação e nos diversos módulos. Existem muitas ferramentas para executar tais testes e análises, mas dentre estas uma se destaca – o Osciloscópio. Esse equipamento versátil pode ajudar o mecânico a descobrir a causa de defeitos que de outra forma não descobriria. 

A gama de sinais que podem ser captados no dia a dia com um osciloscópio é ampla. Podemos resumir as aplicações principais nas seguintes:

• Sensores ativos (rotação e fase)

• Sensores de efeito Hall

• Acionamentos de Injetores e Unidades Injetoras

• Redes de comunicação CAN

• Sinais de controle ou monitoramento PWM

No decorrer desta série de artigos, analisamos cada um desses grupos de sinais e teste. Agora, na parte 5, vamos considerar a importância do Osciloscópio ao realizar medições e diagnósticos em um tipo de sinal amplamente utilizado nos sistemas automotivos – sinais de controle e monitoramento PWM. 

O que são sinais PWM? 

A sigla PWM significa “Pulso com Largura Modulada” ( do inglês Pulse Width Modulation) e tem sido cada vez mais usado em aplicações automotivas. Não está associado a apenas um componente específico do sistema de injeção. Por ser um tipo de sinal elétrico, pode ser encontrado em sensores ou atuadores, tanto para monitorar quanto para comandar algum elemento.

Quando é necessário usar um sinal PWM? Quando se tem um atuador ou elemento sensor que não funciona apenas em carga mínima ou máxima, mas sim, funciona de maneira gradual. Por exemplo, uma eletroválvula reguladora de pressão do Rail (MProp) ou um corpo de borboleta eletrônico são componentes que não podem estar apenas totalmente fechados ou totalmente abertos. É preciso graduar o funcionamento de tais elementos para que façam todo o percurso necessário. Para isso, usamos um sinal PWM. 

Levando em consideração que um trabalho elétrico efetivo ocorre apenas com a presença de corrente elétrica, e que a corrente só é possível quando temos tanto positivo quanto negativo no elemento monitorado ou comandado, o sinal PWM tem seu ciclo efetivo de trabalho apenas nesse momento. Assim, o chamamos de “Duty Cycle” (ciclo de trabalho efetivo) o período em que o sinal PWM esteve em sua tensão positiva máxima. Porém, vale lembrar que isso pode mudar em alguns casos – quando o elemento já possui tensão positiva constante, o “Duty Cycle” do sinal será o período em que ele permaneceu em mínimo 0V.

Imagem 1 – Sinal PWM e suas características

Para identificar um sinal PWM dê atenção a três características:

1. O sinal PWM é um sinal digital - Pode-se afirmar isso pois possui onda quadrada, onde em qualquer momento do trabalho que for analisado, o sinal estará em zero (mínimo) ou em tensão positiva (máximo).

2. O sinal PWM terá sempre a mesma medida de tensão positiva máxima - Se a tensão positiva máxima for 20V, o ciclo positivo do sinal sempre terá amplitude de 20V. Dessa forma, pode-se afirmar que o que dá a graduação no funcionamento do componente comandado ou monitorado por um sinal PWM não é a variação da tensão, mas sim a “largura” do pulso positivo (como o nome do sinal sugere), ou seja, quanto tempo o sinal permaneceu em zero mínimo ou em tensão positiva máxima. 

3. Os períodos de um sinal PWM serão sempre os mesmos - O período de um sinal elétrico corresponde ao trabalho total de sua onda, até que volte a se repetir em um novo período de trabalho. Para que seja possível o controle de um componente usando um sinal PWM (usando a variação da largura do pulso), o período de cada comando deve ser sempre o mesmo, ou seja, o tempo desde o momento de comando vindo da ECU até o final do ciclo de trabalho daquela onda deve ser sempre o mesmo. Esse fato mostra que nem todo sinal digital é um PWM.

Sinal PWM de Controle – Eletroválvula Reguladora de Pressão do Rail  

Imagem 2 – Eletroválvula reguladora de pressão do rail “MProp”

Esse atuador necessita trabalhar em vários regimes diferentes e não apenas em mínimo e máximo, portanto, o sinal PWM é ideal para o seu controle. Vamos aos testes práticos! 

Testes práticos em sinais PWM 

Usaremos como estudo de caso os testes que podem ser feitos na MProp em um sistema Common Rail Diesel. O Osciloscópio é essencial para realizar tais testes pois, como se trata de um sinal digital variável, usando apenas um multímetro seria impossível visualizar a onda corretamente. Vale lembrar inclusive de um alerta: usar um multímetro em um teste de PWM na escala de tensão, seria incorreto pois passaria uma impressão errada de funcionamento do sinal. Visto que o multímetro faz uma média das tensões para gerar a medição, teríamos a impressão de que a tensão do sinal variou, sendo que na verdade, conforme já vimos, a tensão máxima desse tipo de sinal é fixa e apenas a largura do pulso é modulada. Portanto, uma visualização correta do sinal só é possível com um Osciloscópio. 

No sistema que usaremos como exemplo, um motor MWM com sistema Common Rail e ECU (Módulo eletrônico) EDC7 Bosch, segundo o esquema elétrico nos informa, os dois terminais de conexão da eletroválvula são: um aterramento constante e um controle positivo via PWM.

Imagem 3 – Localização das conexões via esquema elétrico

Pode-se localizar a eletroválvula MProp através da bomba de alta. Seguindo a linha de alimentação de combustível para os eletroinjetores podemos encontrar o filtro de combustível, que nos leva através de uma conexão para a alimentação da linha de baixa pressão da bomba e consequentemente a própria bomba de alta. Acoplado a ela, localizamos a eletroválvula MProp, com dois terminais e fios chegando até ela (negativo e positivo controlado por PWM).

Imagem 4 – Localizando a eletroválvula MProp na Bomba de alta

Para a regulagem do Osciloscópio, usaremos algumas medidas de acordo com as tensões de trabalho da eletroválvula. Para uma versão que trabalha na faixa de 12V (como o sistema de exemplo), as regulagens de 5V por divisão na escala de tensão já são suficientes para visualizar de maneira correta o sinal. O ajuste de tempo fica de acordo com o que for visualizado, porém, uma regulagem quase que padrão para sensores e atuadores é a de 5 ms (milissegundos).

Imagem 5 – Regulagens do Osciloscópio para medições na MProp

Nos testes práticos, devemos verificar se existe um sinal PWM correto enviado pela ECU do motor. As características são: sinal digital, com tensão positiva máxima, largura variável de acordo com a aceleração do veículo (controle de aumento de pressão no rail), ausência de ruídos e interferências elétricas no sinal. A presença de um sinal com essas características corretas indica que tanto a eletroválvula quanto o circuito eletrônico de controle da ECU estão em perfeito funcionamento.

Imagem 6 – Teste prático na eletroválvula MProp

Ao concluir esta série de artigos, fica claro que o diagnóstico baseado na tentativa e erro e na troca de peças é muito insuficiente. A alta demanda de tempo e a perda da precisão tornam necessário o domínio de equipamentos de medição avançados, como o osciloscópio. A indústria automobilística atual é extremamente dinâmica e traz novas tecnologias constantemente. O aumento da presença de módulos eletrônicos nos veículos é constante! Assim, a demanda por conhecimentos em eletrônica na área automotiva tem sido cada dia maior.

Imagem 7 – Aplicação do Osciloscópio na reparação eletrônica

É vital que os profissionais da área se especializem e dominem ferramentas de diagnóstico precisas e eficientes. Invista em conhecimento e ferramentas adequadas. Nesta série focamos no uso do Osciloscópio nos diagnósticos do sistema de Injeção. Uma outra área em que o uso do osciloscópio é indispensável é na reparação de Módulos eletrônicos. Abordaremos esse tema em edições futuras.