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Funcionamento da CDI de motos e simulador

Conhecer o funcionamento dos componentes, certamente, dá mais segurança e tranquilidade para o mecânico na hora de fazer o diagnóstico de falha. Isto evita a troca indevida da peça e ajuda na hora de decidir qual é o melhor teste a ser empregado para analisar o mal funcionamento do sistema. 

Pensando nisso, criei uma série de vídeos e informações adicionais que proporciona ao mecânico esta facilidade. Vale a pena lembrar, esta abordagem de caráter didático visa facilitar o entendimento. O projeto é funcional, mas não tem a finalidade de substituir o componente original.

Funcionamento da CDI:
O magneto da moto é basicamente um alternador com duas bobinas geradoras, capazes de gerar mais de 100 Volts de corrente alternada. A finalidade é carregar o capacitor C1 através do diodo D2 e primário da bobina durante os semiciclos positivos (vide fig. abaixo). A bobina "pulse" ou "captor" gera tensão suficiente para excitar o SCR1 (figura abaixo) que irá comandar a descarga do capacitor através do primário da bobina de ignição. A alta intensidade da corrente de descarga e a sua breve duração são suficientes para induzir a alta tensão no secundário da bobina, mais de 10.000 Volts, fazendo com que salte uma centelha entre os eletrodos da vela de ignição. 
Esquema elétrico básico de uma CDI 
 D1, D2 - Diodo de uso geral 1N4007
SCR1 - Tiristor TIC 126E
R1 - Resistor de 100 a 120 Ohm 1/8 Watts (pode ser usado um trimpot de 10 kOhm para ajustar o ponto ideal de disparo, já que pode variar para os diferentes modelos existentes).
R2 - Resistor de 820 Ohm 1/8 Watts
C1 - Capacitor de poliester 1,5 ou 2,2 microfarad, 250 Volts ou mais.

Ciclo de carga e disparo da CDI.
A pinagem do módulo, figura acima, se refere a uma versão comercial como a Titan 125. Qualquer dúvida consulte o esquema de ligação da CDI a ser estudado.
Os semiciclos de ambas as bobinas estão defasados (figura ao lado) de modo que a bobina geradora carrega o capacitor antes do pulso da bobina captora.
O interruptor de parada do motor provoca um curto-circuito na bobina geradora através do diodo D1 e desliga o motor.
Esquema de ligação para ativar o funcionamento da CDI com transformador AC

O funcionamento simulado da CDI pode ser efetuado com o uso de um transformador de corrente alternada ligado a rede elétrica, conforme esquema da figura acima.
Pode ser usado um transformador de 10 VA com secundários ligados a um ponto em comum, sendo um enrolamento com saída de 6 Volts e o outro de 110 Volts. Na minha simulação, usei um transformador de 15VA reciclado de uma velha impressora no qual adicionei mais um enrolamento para a saída de 6 Volts. 
Esta é uma boa opção para quem gosta de aprender fazendo. Para mais detalhes visualize meus vídeos no youtube.

Veja também:
Sistema de ignição indutivo
Bê-a-bá da ignição eletrônica
Simulador para bobina de ignição

Alerta de luz acesa, não esqueça o farol ligado

Alerta sonoro de luz acesa
A lei que obriga o uso do farol baixo durante o dia traz muitos benefícios para a segurança nas estradas. Mudança de hábito difícil a princípio. A punição para quem esquece de ligar é a multa, mas para muitos motoristas a punição por esquecer ligado é a descarga da bateria.
Colocar um dispositivo de alerta, similar ao existente em carros mais sofisticados, é uma boa opção para os mais distraídos. Minha sugestão é um circuito simples que usa poucos componentes, foto acima. Os três fios de conexão são ligados ao sistema elétrico como mostra na figura abaixo. Ao desligar a ignição e abrir a porta do veículo o buzzer emite um alerta sonoro avisando o motorista que a chave de luz ainda está ligada.
O circuito, destacado no retângulo, pode ser montado em uma placa isolante ou uma placa de circuito padrão, e os pontos unidos com fios e solda. Este circuito foi desenvolvido tomando como referência um veículo VW Gol que usa o interruptor de porta chaveado a massa e controle de luz interna comum.
Diagrama elétrico do alerta sonoro de luz acesa

O buzzer pode ser do tipo que emite som bitonal ou contínuo de 12 Volts.
Ligação da placa do circuito sinalizador 
 Os Diodos e o transistor PNP pode ser qualquer um para uso geral de 50 volts ou mais. Todos os componentes são facilmente encontrados em qualquer loja de componentes eletrônicos.  

Espero que este circuito desperte interesse e traga uma nova visão aos motoristas e profissionais para solucionar pequenos problemas cotidianos com o uso da eletrônica.

veja também:

Diagnosticando o módulo Hall 142

Um bom diagnóstico começa com o conhecimento sobre os componentes de um sistema. Por mais simples que seja, cada detalhe interno ou externo que se conheça é extremamente importante na hora de reparar-lo.  Com base nisto coloco um exemplo que deve ser seguido em qualquer situação análoga.     


Referência: Módulo de ignição Hall, Bosch 0 227 100 142 e similares.

Características do módulo: 
Dados informados pelo fabricante por meio de literaturas técnicas ou catálogos de produto:
  • Controle do ângulo de permanência em função da rotação e da tensão de alimentação,
  • Limite de corrente da bobina de ignição,
  • Na ausência do sinal do distribuidor, o módulo interrompe automaticamente a corrente da bobina de ignição em menos de 3 segundos, evitando qualquer dano para ela ou uma descarga acentuada da bateria.

Fatores externos que afetam o funcionamento: 
Para garantir o perfeito funcionamento do sistema, o fabricante recomenda o uso da bobina de ignição KW1097 ou similar para este módulo. A corrente final, limitada a aproximadamente 7,5  Amperes, é alcançada com um pulso de 4 ms de duração sob a tensão de 14 Volts. Nesta condição o tempo de conexão se torna praticamente invariável até por volta de 4000 rpm em um motor de quatro cilindros.

Estes parâmetros se devem a resistência no circuito primário, tensão de alimentação e rotação do motor. A compensação é realizada pelas funções internas do módulo através do ajuste do ângulo de permanência ou dwell e o limite de corrente programado. Esta combinação de atuação impõe a bobina de ignição pleno rendimento, mesmo sob acentuada queda de tensão da bateria, comum durante a partida. 

Principais defeitos:
Módulo inoperante, parâmetros de funcionamento alterados, superaquecimento, driver em curto circuito ou aberto.

Principais causas de defeitos:
Geralmente estão associadas a falhas externas, principalmente no circuito primário:
  • Mau contato em conectores, emendas no chicote, chave de contato ou na conexão a massa, curto circuitos na instalação.
  • Bobina de ignição errada, inadequada ou defeituosa. 
  • Tensão de alimentação fora da faixa  especificada (alternador), queda de tensão no circuito.
  • local de montagem do módulo.
Consequências: 
Motor não pega ou pega com dificuldade, falha de ignição ao acelerar com carga, superaquecimento/queima da bobina e/ou módulo, alto consumo de combustível, falta de potência do motor. 

Diagnóstico:
O multímetro automotivo ou outra ferramenta é imprescindível para as medições básicas do sistema, afim de atestar o bom funcionamento e também detectar irregularidades.
Principais medições: Medir o ângulo de permanência, tensão de alimentação da bobina e módulo, testar conexão a massa, medir corrente do primário (osciloscópio), medir resistência elétrica da bobina, queda de tensão do transistor driver (somente com equipamento especial).

Valores de trabalho:
Ângulo de permanência (dado do fabricante): 20° a 30° a 2000 rpm com tensão de alimentação de 14 V.
O ângulo de permanência, sob condições desfavoráveis, é limitado a um máximo de 65 graus.
Tensão de alimentação entre os bornes 2 e 4 do módulo: 13,5 a 14,2 V com o motor em funcionamento.
Saída de tensão de alimentação para sensor hall (valor medido considerando a tolerância permitida na alimentação):  8 a 13 Volts
Entrada de sinal, com sensor hall desconectado (valor medido): 8 a 9,5 Volts.
Queda de tensão do transistor da bobina (valor medido) : 1,5 a 10 Volts.  

Como se vê, é difícil separar um componente do seu sistema, pois alguns parâmetros ou mau funcionamento são influenciados por elementos externos. Pense nisso antes de trocar uma peça sem antes fazer um diagnóstico completo. Aos profissionais cabem a missão de adquirir os conhecimentos, manuais e ferramentas necessárias para prestar um serviço de qualidade. 
   
Veja também:

Simulador para bobina de ignição

Atendendo solicitações segue detalhes a respeito do simulador para o teste de bobinas de ignição. A idéia é bem simples, se trata de um simulador PWM com base no circuito integrado 555. Os componentes foram escolhidos para obter uma freqüência de 100 Hz e permitir ajustes de 0 a 70 % de ciclo ativo. Esta freqüência equivale a 3000 rpm em um motor de quatro cilindros com distribuidor.

Pensado para ativar bobinas de ignição nada impede que o controlador seja usado para outros finalidades, tais como: atuadores de marcha lenta, motores, aquecedores, lâmpadas, etc.

Etapa de potência.
Visando simplificar a construção reciclei um módulo de ignição TSZ (foto abaixo) aproveitando todos os componentes da etapa de potência. A vantagem é que além do transistor de potência a caixa serve como dissipador e alojamento para a placa de circuito e ainda temos limitador da tensão no primário da bobina, supressores de transientes e excitador para o Driver.
O conector foi substituído por uma tampa de alumínio onde foi montado o potenciômetro de ajuste com marcas compassadas com incremento de um segundo por ponto.
Simulador PWM montado na caixa TSZ
Dispensando esta construção o leitor não terá dificuldade em encontrar os componentes numa loja de eletrônica. Apenas deve escolher um transistor driver do tipo darlington para 500 Volts/ 10 Amperes dotado de um bom dissipador de calor.

Abaixo se encontra o esquema elétrico. No quadro tracejado se destaca os componentes que podem ser reciclados do módulo TSZ. O borne 15 corresponde a alimentação positiva (fio vermelho), borne 31 alimentação negativa (fio preto),  borne 16 é a saída de controle para a bobina, fio verde (ligado ao borne 1 da bobina). O positivo de alimentação da bobina (15) é comum com a alimentação do módulo.  
Esquema elétrico simulador PWM para bobina de ignição
Abaixo temos o lay out da placa de circuito impresso. Os componentes originais da TSZ foram transferidos para esta nova placa acrescida do circuito PWM com base no CI 555.
Lay out: a esquerda placa lado do circuito impresso e a direita lado dos componentes. 
Placa de circuito impresso













A placa foi confeccionada a partir da impressão a laser em folha de transparência das trilhas do circuito. Usei o ferro de passar, método muito difundido na rede, para transferir o lay out para a placa cobreada.

Com alguma experiência e criatividade o leitor encontrará outras formas de construir este simulador, se assim desejar. A clareza desta matéria permite o entendimento e facilita a análise de funcionamento do teste da bobina de ignição. 

veja também:

Testando a bobina de ignição


Não há dúvidas que a falta de equipamento adequado representa uma dificuldade imensa para se fazer um diagnóstico seguro e preciso de bobinas de ignição. Há quem diga que o custo da ferramenta é a maior barreira, já outros culpam a falta de conhecimento técnico. Certo mesmo é a prática comum de substituição da peça duvidosa como forma de diagnóstico. E quando isto não é possível, o que fazer?

Medir a resistência elétrica dos enrolamentos da bobina de ignição é uma citação bastante comum nas literaturas dos manuais de diagnóstico, ainda que este método insuficiente para atestar sua integridade. Embora a resistência elétrica se apresente dentro da faixa de tolerância atribuída nos manuais ela pode ainda conter falhas que impedem o motor do veículo de funcionar ou o faz sob falhas, estancando sua potência.

Impossível de ser detectado na medição de resistência, a fuga de alta tensão entre enrolamentos e a carcaça da bobina é um defeito freqüente causado principalmente pela troca tardia de velas e cabos de ignição. Também, pequenos curtos circuitos entre as espiras do enrolamento podem surgir e dificilmente são percebidos nesta medição. A experiência mostra que medir a indutância da bobina é mais abrangente, porém uma ação incomum nas oficinas.

O teste simulado é sem dúvida mais completo, pois permite detectar defeitos causados pela má isolação e curto circuito nos enrolamentos. Ainda assim para ser eficaz é necessário submeter-la ao maior número possível de condições, como por exemplo: teste a frio, quente e sob nível máximo de alta tensão especificado.
Um teste complexo que devido a dificuldades raramente é executado pelo reparador.
teste da bobina de ignição com simulador.
Atenção - Cuidados com sua segurança:
Se você não possui conhecimento e experiência em alta tensão não tente reproduzir esta simulação, pois existe risco de morte.
 A imagem acima mostra o modelo usado para testar a bobina. Um módulo adaptado simula o pulso no enrolamento primário da bobina a uma freqüência de 100 Hz fixo e tempo de carga ajustável entre 0 e 7 milissegundos. Uma carga de resistor de 1 MOhm  (10 x 100 KOhm) em série com o resistor de 1 kOhm é aplicada a saída secundária de alta tensão. Montado em paralelo com o resistor de 1 KOhm se adapta um filtro formado por um diodo e capacitor onde se toma a medição da tensão gerada com um multímetro DC. A relação de medição aproximada é de 1000:1, isto quer dizer que 1 Volt no multímetro equivale a 1000 Volts na saída da bobina. 
Nesta simulação se obteve geração de aproximadamente 16,99 kV para a bobina Bosch KW097, sob tensão de alimentação de 11,5 Volts e a duração do pulso de carga regulado em 4 milissegundos.

Considerações gerais:
A fonte de alimentação deve ser dotada de proteção contra surtos de alta tensão e curto circuito. As partes metálicas da bobina devem ser aterradas/ ligada ao negativo da fonte.
Diagrama para teste simulado da bobina de ignição
 Tensão e sinal podem ser medidos com o osciloscópio entre os terminais do resistor de 1k. Para medir a tensão com um multímetro de corrente contínua será preciso adaptar um diodo de uso geral e o capacitor cerâmico (C) de 100 nf conforme mostra a figura.
A tensão da fonte pode ser ajustada para até 14 Volts. Tenha em conta que provas comparativas se façam baixo os mesmos parâmetros, já que a tensão induzida é influenciada pela alimentação e pelo tempo de carga.

Refletir sobre os problemas incidentes em bobinas de ignição e entender melhor seu funcionamento melhora a eficiência do diagnóstico. Por outro lado trocar velas e cabos de ignição preventivamente pode evitar a deterioração prematura da isolação da bobina, bom para evitar o agravamento do problema e reduzir o custo de manutenção.

Temas relacionados:

Detector de pulsos PWM com diodo LED

Recentemente respondi a um comentário a respeito de como usar um diodo LED para detectar pulsos, uma necessidade crescente frente ao amplo campo de aplicação de atuadores e sensores que funcionam por pulsos de qualquer e sinais PWM.

É importante ressaltar que existem multímetros com preços accessíveis para medir freqüência e duty cycle (ciclo ativo) que servem a este propósito. Entretanto usar algo assim tão simples e barato para detectar pulsos é tentador e está ao alcance de hobistas amantes da eletrônica, porém requer cautela e conhecimento para não causar dano ao sistema sob teste.

Minha sugestão é usar o circuito da figura abaixo que usa um diodo comum e um capacitor para fixar a tensão positiva e manter o led aceso sob uma fonte pulsada e apagado na ausência de pulso ou tensão permanente.

Este circuito responde bem a uma fonte de sinal PWM, pulsos em geral e inclusive detecta sinal de sensores indutivos acima de 3 Volts e freqüências superiores a 30 Hertz que possa fornecer mais que 3 miliamperes. Sob freqüência mais baixa o led irá piscar, porém isto não é problema em relação ao objetivo.
Capacitor de maior valor tem efeito melhor em freqüências mais baixas.

A idéia básica proposta pode ser melhorada para não afetar sinais de baixa potência devido a corrente drenada e manter a intensidade de luz do LED independente da fonte de sinal usando-se um transistor como driver. Para usar o positivo como referência basta inverter a ligação conectando o lado “ponta de teste” ao positivo da fonte e consequentemente o lado que está a massa se torna a entrada de sinal. 

libere sua criatividade e crie novos circuitos a partir desta idéia.

veja também:

Como funciona os drivers de injetores common rail

Uma das coisas que me incomoda é ver o mecânico ou eletricista usando caneta de polaridade para testar a presença de pulsos nos injetores common rail. Obviamente se houvesse pulsos no injetor o motor produziria combustão, não é assim que acontece quando se joga spray na admissão!

Muitos vão querer justificar esta prática, o fato é que além de ruim tecnicamente é totalmente desnecessária.

Argumentos contra:
 - Os injetores Diesel operam com tensão inicial de cerca de 80 a 95 Volts, pode ocorrer sobrecarga.
- Existem Drivers tanto do lado do positivo quanto do lado do negativo da bobina do injetor, teste inconclusivo: pode ser um sinal de retorno.
- Se o motor não entra em funcionamento já é óbvio que os injetores estão inoperantes, resta saber a causa. 
Drivers de injetores common rail
  Analisando o esquema básico do circuito dos injetores (fig. acima), a tensão de 85 Volts armazenado no banco de capacitor será comutada pelos FETs (transistor de efeito de campo) T1 e T2 para comandar o injetor do cilindro 1. Após um breve intervalo de tempo o FET - T1 é cortado e T4 é ligado, mantendo a alimentação pela linha 30 (positivo da bateria). Em qualquer etapa a corrente elétrica, detectada através do resistor Rshunt, é limitada para valores adequados. Ao desligar o injetor, a sobretensão conhecida como força contra eletromotriz é direcionada a carga do capacitor pelos diodos D1 e D2. Esta também é a forma que se obtém a tensão de 85 Volts armazenada no capacitor.
O ciclo para o injetor 2 é similar, sendo que o FET – T1 e T4 são comuns ao funcionamento de ambos os cilindros.

O sistema ilustrado é apenas uma das variantes existentes. Cada fabricante emprega o método mais conveniente ao seu projeto, e independente do caso sempre teremos uma carga armazenada em um banco de capacitores com alta tensão.  
Unidade de comando dos injetores Toyota Hilux

A foto acima ilustra a unidade de controle dos injetores da Toyota Hilux. Este sistema possui um conversor DC/DC formado pelos indutores (bobinas) e capacitores localizado parte superior do módulo, para obter  a alta tensão.

Veja também: 

Alimentação da injeção eletrônica e seus defeitos

Se um componente eletrônico não funciona, a primeira coisa que se deve questionar é se este está devidamente alimentado, e não basta apenas verificar os fusíveis.  
Em muitos casos o módulo de injeção e componentes adjacentes é alimentado pelo relê principal, o qual é ativado pelo próprio módulo no momento que um de seus bornes recebe +12V (linha 15) através da chave de ignição. A ligação do bloqueador antifurto nesta linha não é recomendado pelos fabricantes de veículos, porém é uma prática muito comum que causa um alto índice de falhas.
Neste caso a dica é conferir a tensão de alimentação durante a partida, já que a medição estática, somente chave de ignição na posição de contato, nem sempre se constata a anormalidade. Também, emenda mal feita nesta linha frequentemente causam paradas repentinas do motor de maneira intermitente.  

Além disso, o funcionamento do módulo depende de uma alimentação permanente do positivo da bateria (linha 30) que mantém um bloco de circuito responsável por sistemas auxiliares como: memória de diagnóstico, bus de dados e outras funções internas do módulo. Tão importante quanto a linha 15, a falta desta alimentação permanente impede o funcionamento do sistema de injeção e ainda pode bloquear a comunicação com o scanner de diagnóstico.
Alimentação do módulo de injeção


Após desligar a chave de ignição, nesta configuração ilustrada, é possível a realização da função conhecida como “power-latch”, que mantém o sistema de injeção alimentado pelo relê principal por alguns segundos ou vários minutos para a execução das funções de auto-adaptatividade.

Tenha em conta, sempre que se constate a perda de comunicação com o scanner ou irregularidades na luz indicadora do sistema, a primeira providência é conferir a tensão de alimentação do sistema.

E não se esqueça a linha de alimentação do negativo, formado por um ou mais condutores ou ainda a própria carcaça do módulo, deve ser solidamente fixado ao chassi.  Fique atento, pois em alguns casos as linhas do negativo são separadas de acordo com a função a ser alimentada, por exemplo: negativo da eletrônica do módulo, negativo de sensores, negativo de potência (bobina de ignição, injetores, etc.). Porém em outros casos, mesmo possuindo vários fios de ligação (veja o diagrama acima) eles estão unidos internamente no módulo pelo circuito impresso.  
Independente do caso, geralmente estas ligações são conectadas ao chassi (ligação à massa) e costumam falhar devido a mau contato no ponto de massa específico ou nas cordoalhas que são fixadas nos agregados, como: caixa de cambio, bloco do motor-chassi, bateria-chassi.   

O módulo de injeção pode funcionar com alimentação entre 8 e 17 V e a queda de tensão acentuada, principalmente durante a partida, pode causar distúrbios nas funções do módulo como: panes no imobilizador, travamento da função de adaptação de combustível, entre outros.  Caso se constate uma queda de tensão acentuada na alimentação o profissional deve fazer o diagnóstico mais amplo envolvendo a bateria, alternador, motor de partida e seus respectivos cabos de ligação.  
   

O diagrama mostrado aqui abrange grande parte dos sistemas de injeção, entretanto sempre avalie previamente a validade do diagrama para o veículo sob teste e também para certificar-se do posicionamento dos fusíveis de proteção. 

Veja também:

IAW-5NF - Driver da bobina de ignição

A quantidade de energia (W) que uma bobina de ignição pode armazenar é um fator muito importante para proporcionar a queima da mistura ar/combustível, e pode ser calculada pela fórmula abaixo:
(W = ½ L I²)
É uma relação diretamente proporcional à indutância (L) e o quadrado da corrente primária (I) da bobina de ignição. Consecutivamente a corrente primária deve ser controlada com precisão, afim de, garantir o desempenho ideal e preservar a bobina de ignição contra sobrecargas térmicas.    
A relação de indutância por resistência do primário destaca a constante de tempo (constante de tempo = L/R) para que a corrente alcance 63% da corrente máxima da bobina. Vale lembrar que a corrente máxima é aquela obtida pela lei de Ohm (I=U/R).
Em linhas gerais, bobinas de alta potência requerem pulsos com 2 a 6 milissegundos de ciclo ativo para regular a corrente primária.

Para desempenhar esta tarefa o sistema de controle do motor IAW-5NF possui dois drivers bastante interessantes para comandar a bobina de ignição dupla, o circuito integrado VB025SP fabricado pela ST Microelectronics.
Drivers da bobina de ignição, módulo IAW-5NF
As principais características são: limite de corrente, proteção contra alta temperatura, diagnóstico de corrente da bobina, limite de tensão primária.
O sinal lógico de controle, acima de 4 Volts, gerado pelo processador da central de injeção IAW é aplicado ao pino (9) do CI estabelecendo o inicio de circulação da corrente primária com o chaveamento do transistor darlington para ligado, que cresce segundo a indutância da bobina. Ao interromper o sinal lógico de controle, nível de tensão abaixo de 1,9 V, a corrente primária é desligada. A tensão induzida no enrolamento primário ao desligar a bobina de ignição é limitada em cerca de 380 V pelo driver.
Diagrama módulo IAW5NF e driver da bobina, CI-VB025SP
A corrente primária efetiva é detectada pelo resistor em série (Rs) com a massa de potência.
Diagnóstico de corrente da bobina: Um sinal de tensão, cerca de 5 Volts, é emitido pela saída de Diagnóstico, pino (10) do CI, enquanto a corrente primária se mantiver acima de 4,5 Amperes, e pode ser usado pelo processador para detectar a comutação real da bobina.

Limite de corrente da bobina: A corrente primária é limitada a 10 Amperes pelo circuito interno do CI e em caso de excessos que resulte em derivações térmicas ela é reduzida para proteger o circuito.

A queda de tensão estimada entre o coletor-emissor do transistor darlington é de 1,5 a 2 Volts sob uma carga de 6,5 Amperes.
A base do transistor darlington, responsável pela etapa final, está accessível por meio do pino (8) do CI.  

Conclusão:
O uso de uma bobina inadequada vai alterar a corrente primária seja pela condição imposta pelo seu próprio enrolamento ou pelo comportamento interno do CI. Também qualquer falha que resulte em baixo fluxo de corrente primária pode ser diagnosticado.

Nem sempre encontramos estas informações nos manuais de serviço, e podemos até questionar a sua relevância, mas estou convencido da ajuda que isto representa no diagnóstico de falha do veículo. Espero que o exposto aqui seja suficiente para atender as necessidades básicas do reparador de veículo ou de módulos, caso deseje maiores detalhes consulte o datasheet do fabricante do componente. 

veja também:

Reparo de módulos – Drivers

Por vezes, frente a uma falha incomum, chegamos a suspeitar que o módulo de controle do sistema seja a causa do problema. Com seus circuitos discretos e sem informação técnica adequada é imaginado como uma caixa preta. Com o alto custo destes componentes e a alta incidência de danos o reparo de módulos eletrônicos conquistou seu espaço no mercado, contrariando a vontade dos fabricantes. Conhecer um pouco mais sobre os drivers das unidades eletrônicas é de grande ajuda para visualizar uma possível falha ou mesmo executar um teste superficial sem necessidade de abrir o módulo.

O sistema de gerenciamento eletrônico do motor, dito comumente “injeção eletrônica” – convertem as medições detectadas por meio de sensores em grandezas de controle que se efetuam através dos atuadores. Estas saídas de controle são perpetuadas por meio de drivers, que funcionam como booster ou amplificadores com potência suficiente para ligar/desligar ou controlar a energia dos elementos atuadores.

Transistor ou multidriver (chips com várias saídas integradas) é a interface com os atuadores, portanto os elementos mais danificados por freqüentes curto circuitos no componente ou chicote elétrico, razão que alavanca substancialmente o negócio de reparo de módulos.

Com a intenção de proporcionar a compreensão mais profunda do reparador, por hora vamos analisar o driver do relê principal do módulo de injeção motronic M1.5.1, esquematizado abaixo.
Driver do relê principal sistema de injeção Bosch M1.5.1
Funcionamento:
O borne 85 – bobina do relê principal - está conectado a uma linha direta com o positivo da bateria (linha 30). O borne 86 – saída da bobina do relê - se conecta ao borne 36 da UCE. Para acionar o relê é necessário que haja uma ponte entre os bornes 36 e 2,14 ou 24 - conectados ao negativo da bateria (linha 31). Esta ponte se faz pela junção eletrônica do c-e do transistor T220 ao reduzir a resistência próxima de zero e a série formada pelos resistores R227-R220. Fato que ocorre após ligar a chave de ignição e alimentar com +12 Volts o borne 27 da UCE, e circular corrente através do circuito série formado pelo diodo D221, resistor R221, b-e de T220 e resistores R227-R220.

Proteção de sobretensão:
Ao desligar a chave de ignição (linha 15), a força contra eletromotriz induzida na bobina do relê ao desconectar o driver, rompe a tensão zener imposta pelo diodo D220, levando o transistor T220 a conduzir novamente, fig. 2B, limitando o pico de tensão em aproximadamente 50 Volts. Esta função permite que a sobretensão se mantenha a níveis suportados pelo driver.
Proteção de drivers
Limitação de corrente:
Para aumentar a segurança da operação o driver está protegido contra sobrecarga ou curto circuito com o positivo. 
O paralelo formado pelos resistores R220-R227 detecta a corrente máxima para T220, aprox. 1 Ampere. Com uma queda de tensão de aproximadamente 0,6 Volts entre a b-e do transistor T221, veja fig. 2 A, se inicia o grampeamento da corrente de excitação de T220 via c-e de T221, impedindo o aumento da corrente através do driver.
 
Idealizados por seus projetistas a eletrônica se consolida em uma infinidade de circuitos, portanto, cada módulo pode conter funções específicas, diferentes das encontradas neste módulo. Informações precisas da sua arquitetura são sonegadas pelo fabricante, mas com algum recurso podemos desvendar o suficiente para o propósito do trabalho.

Enfim, conhecer algumas técnicas empregadas é importante para a atribuição de falha e execução de testes plausíveis tanto para o reparador de módulos como para o técnico de campo. 
Veja também:

Cuidado ao aplicar relê automotivo

Unidades de controle eletrônico do automóvel utilizam etapas de potência para acionar dispositivos conhecidos como atuadores: lâmpada, LEDs, relê, motor, eletroválvula, etc.
Estas etapas são desenvolvidas considerando os componentes envolvidos de maneira a proteger os dispositivos excitadores. Qualquer alteração no elemento atuador pode causar a queima do excitador ou registrar erros de função inesperados.

No caso de relês em particular, o técnico deve estar atento ao aplicar ou inserir relê, cuidando para não trocar-los de lugar, pois existe uma variedade bastante grande de tipos que visam proteger o driver contra picos de tensão que são induzidos pela bobina ao desligar estes componentes. 

A proteção pode ser feita com diodo comum (fig. a, b) ou resistor (fig. d,e) ligado em paralelo com a bobina ou por diodo zener (fig. c) montado internamente na unidade de controle.
O diodo também é utilizado em alguns relês para polarização, com a finalidade de evitar que a bobina seja energizada com a polaridade invertida, fig. e.

Por exemplo: O relê da fig. c não pode ser utilizado nos demais circuitos ilustrado aqui, pois não possui proteção, e ao desligar sua bobina poderia gerar picos de tensão de 200Volts ou mais. O gráfico a seguir ilustra que a tensão é limitada a 50 Volts pelo diodo zener da fig. c.
Pico de tensão na bobina do relê fig. c limitado pelo diodo zener
Fique “ligado”! Relê impróprio para o sistema pode causar dano ao driver ou erro de funcionamento difícil de identificar.

Veja também: 

Teste do regulador de tensão multifunção

Ao substituir o regulador de tensão de um Renault Máster cuja tensão do alternador variava entre 12,9 a 14,0 Volts e mantinha a lâmpada piloto (bateria) acesa, aproveitei a oportunidade para testar-lo fora do alternador. Creio que isto responderá algumas perguntas dos seguidores do blog sobre o teste deste componente separado do alternador.

Como já comentei este regulador possui inúmeras funções, muitas difíceis de serem percebidas, outras podem ser facilmente observadas, como por exemplo: o monitoramento do campo (DFM) e a pré-excitação pulsada (característica comum neste regulador de tensão).
Diagrama do regulador de tensão multifunção acoplado ao alternador
Funcionamento do regulador de tensão F00M144181:
O CI de controle central do regulador é inicializado através da lâmpada piloto ao ligar a chave de ignição. Após comuta o transistor T3 que leva o terminal L ao negativo acendendo a lâmpada piloto e ao mesmo tempo ativa a pré-excitação pulsada do campo por meio de T1 - Vide diagrama acima.  
Em regime normal de trabalho o transistor T3 é levado ao corte e T2 comuta o terminal L ao positivo (B+), apagando a lâmpada piloto.
O transistor T1 desliga o campo quando o borne B+ do alternador atinge o limiar de tensão superior e volta a ligar no limiar inferior, de maneira que a tensão entregue pelo alternador fique estável em uma ampla faixa de carga e rotação.  
O chaveamento do transistor T4 acompanha a pulsação do campo via transistor (T1) e serve para monitorar a carga do alternador através do borne DFM.

Testando o regulador na bancada de trabalho:
A figura a seguir ilustra a conexão do regulador para teste. Para a sinalização, uma caneta LED foi ligada ao borne L, no DFM foi montado um resistor de 10 KOhm, e a lâmpada incandescente 12V-2W simula o campo.   
Diagrama de teste do regulador de tensão multifunção do alternador.
A tensão DC da fonte é aplicada entre os bornes B- e B+ respeitando a devida polaridade. Neste teste o borne W permanece desconectado e a tensão da fonte é aumentada gradativamente. O chaveamento do campo (lâmpada conectada no par de escovas) se dá normal, recebe alimentação pulsada com ciclo ativo de 20% e é interrompida ao atingir 14,9 V.
O borne DFM, conectado ao B+ através de um resistor, registra uma imagem exata do controle aplicado executado no campo.
sinal do campo e do borne DFM o regulador de tensão multifunção
O LED sinalizador conectado no borne L não se apagou, indicando falha no regulador, apesar do funcionamento normal do campo.

No segundo teste, usando o gerador de sinal, foi aplicado um sinal de corrente alternada de tensão e freqüência variável no terminal W do regulador e a tensão do borne B+ foi mantida em 12,5V.
Com a freqüência do sinal entre 6 a 75 Hz a pré-excitação pulsada se iniciou com aproximadamente 4,5 Vpp e se manteve mesmo elevando a tensão acima de 14 VAC.
Sinal do campo versos sinal terminal W de baixa frequência
A pulsação falhada pode ser notada pela luminosidade oscilante da lâmpada (campo), possivelmente se deve ao mau funcionamento do regulador.


Com freqüência acima de 75 Hz a excitação é pulsada com tensão em torno de 3,2 VAC e se torna contínua e máxima acima deste valor. Ao atingir 12,2 Vpp a excitação é cortada, como mostra a figura abaixo.    
Sinal do campo versos sinal terminal W de alta frequência
Conclusão:
O teste demonstrou os seguintes defeitos no regulador: lâmpada sinalizadora não apaga e há irregularidades nos pulsos de excitação ao alimentar o borne W.

Vê-se que o terminal W do regulador influencia a geração do alternador, portanto ignorar-lo em um teste certamente levaria a um diagnóstico equivocado. Além disso, no alternador a alimentação (B+ e W) está sincronizada, pois a fonte é o estator do alternador, e o teste separado pode ser ruim.  
Por outro lado isso evidencia que a tensão e freqüência no terminal W, imposto pelo magnetismo residual ao girar o alternador, pode levar-lo a geração plena na falta da lâmpada piloto.

Conhecendo as funções detalhadas é possível elaborar formas mais adequada de testes. Testar este tipo de regulador com o próprio alternador ainda é a melhor opção, entretanto vemos aqui que é possível obter algum resultado ao usar esta técnica.

Enfim, fazendo se aprende, este exercício é válido para desmistificar e disseminar o conhecimento deste componente.


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Diagnosticando redes bus de dados automotivas

O crescente aumento de computadores não surpreende ninguém, ao contrário somos ávidos por estas novidades anunciadas quase que diariamente e isto se estende aos veículos automotores, é claro.
Com tantos computadores advém a necessidade de estabelecer a comunicação entre eles, dando origem a intrincadas redes.
Acompanhar estes avanços tecnológicos é um grande desafio para o técnico reparador de automóveis, pois exigem atualizações constantes e também ferramentas apropriadas.

Alardeado por entusiastas a rede CAN (controller área network) chega a preocupar os profissionais que querem estar à frente, e acabam bombardeados com informações sobre protocolo de comunicação, arbitragem de dados, etc. Embora estas informações sejam interessantes, devemos questionar a sua relevância para quem precisa apenas reparar uma falha de comunicação. Redes multiplexadas já existem nos automóveis faz muito tempo e a CAN não é a única, há outras que sequer são notadas.  Portanto, desconhecer certos detalhes não representa um obstáculo para a manutenção.

Para o técnico reparador interessa a camada do transporte de dados, o meio físico que dará suporte a rede. Estrutura da rede (layout), aspectos e magnitude do sinal, orientação sobre substituição e configuração de componentes e logicamente a IHM – interface homem máquina, scanner como nos referimos comumente, aptos a acessar a rede, estes sim são pontos chave.
Estrutura de uma rede bus de dados
A estrutura da rede ilustrada na figura tem a seguinte arquitetura:
Rede CAN de baixa e alta velocidade apoiada nas normas ISO 11519-2 e ISO 11898
Rede LIN - Local Interconnect Network é um conceito de rede de baixo custo, de um fio, usado como sub-rede ou rede complementar. Se aplicam em dispositivos inteligentes como atuadores, sensores, unidades de bombas de combustível, unidades de velas aquecedoras, etc.
Linha K – rede de um fio usada para diagnóstico das unidades de comando – apoiada na norma ISO 9141-2

Para exemplificar comento um caso comum que ocorre ao instalar equipamentos de rádio ou similar, se colapsa a rede, bloqueando o arranque do motor e impede até mesmo a comunicação com o scanner. Infelizmente desconhecidos por muitos profissionais desta área. Portanto, conhecer a estrutura da rede traz grandes vantagens para o diagnóstico, permite compreender como uma falha pode afetar a rede e estabelecer o local de ação a ser rastreado.
Ao fazer medições entra em cena a ferramenta e parâmetros que devemos visualizar. Nota-se aí a pobreza dos manuais de serviços e também a falta de equipamento (osciloscópio) por parte das oficinas especializadas.
Sinal bus de dados CAN apoiado pela norma SAE J1939 – linha pesada Diesel.
Os sinais de bus de dados serão distintos, segundo a norma aqui citadas e outras que abrangem a área automotiva.  Observem os sinais das imagens ilustradas apoiado pela norma ISO e SAE, diferentes, apesar de alguma semelhança.   
CAN bus de dados apoiado pela norma ISO 11898

Como vemos, embasamentos puramente teóricos sobre redes são desejáveis, porém o que fará a grande diferença para o técnico reparador é um conteúdo que lhe permitirá sanar as falhas que se apresentam no dia a dia.

Espero que esta iniciativa sirva de reflexão para que o reparador automotivo reúna as condições essenciais para o correto diagnóstico de falhas em redes automotivas. 
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