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    20-Sep-2018

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  • Electrnica del Automvil

    Electrnica del Automvil 33

    ElEctrnica automotrizEl SiStEma ElEctrnico dE control dEl motor

    Todos somos conocedores de las actuales tecnologas con las que se estn dotando a

    los actuales modelos de vehculos, cada da ms enfocados a ser lo ms eficientes

    posible respecto al consumo de combustible y a la par menos contaminantes. La duda

    nos surge cuando pensamos en las primeras tecnologas que fueron aplicadas para tal

    fin y aqu es donde encontramos la funcin de la ECU, Engine Control Unit o Unidad de

    Control de Motor que es una unidad de control electrnico que supervisa varios aspec-

    tos de la operacin de combustin interna del motor. Las ECUs ms simples slo con-

    trolan la cantidad de combustible que es inyectado en cada cilindro en cada ciclo de

    motor. ECUs ms avanzadas controlan el punto de ignicin, el tiempo de apertura/cie-

    rre de las vlvulas, el nivel de impulso mantenido por el turbocompresor (en coches con

    turbocompresor), y control de otros perifricos. La introduccin de estas primeras ECU

    fueron la respuesta por parte de los fabricantes de automviles americanos a las cada

    vez ms exigentes regulaciones con respecto a la emisin de gases txicos de los auto-

    mviles. Esto se produca a finales de la dcada de los aos setenta y principios del

    ochenta, y el boom de los nuevos aparatos electrnicos se reflejaba en un mayor uso

    de los mismos en los nuevos vehculos. Para este trabajo, ECU (Unidad de Control

    Electrnico o computadora del auto) y ECM (Mdulo de Control Electrnico o conjunto

    de computadoras) es considerado lo mismo.

    Coordinacin: Ing. Horacio Daniel Vallejo - hvquark@webelectronica.com.ar

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  • IntroDuCCIn

    Las exigentes regulaciones respecto a lasemisiones contaminantes durante los aos fina-les de los 70 y los 80 y a la optimizacin del usode combustible, impulsaron ms por necesidadque por otro motivo, a un cambio de mentalidad yun obligado paso de lo mecnico a lo electrnicoen cuanto ejecucin y regulacin de los diversosparmetros, antes realizados por distintos meca-nismos neumticos y mecnicos y posteriormen-te controlados por este unidad de control, paraas poder controlar de manera ms eficaz la com-bustin del motor.

    Podemos definir una ECU como la unidad decontrol electrnico que regula al motor.

    Esto se traduce de una manera sencilla defincomo el corazn de un complejo sistema electr-nico compuesto por sensores y actuadores, en laque los sensores informan a la unidad central ysta enva la orden necesaria a los actuadorespara transformar dicha informacin inicial.

    La funcin de los sensores es la de registrardiversos parmetros sobre el funcionamiento delvehculo (tales por ejemplo, como las revolucio-nes del motor, temperatura de los sistemas, sealde la posicin del acelerador, etc.) Estos senso-res actan como puente hasta el sistema centralo ECU y transforman dichas magnitudes fsicasen electrnicas.

    Por su lado, los actuadores seran los ele-mentos que son dirigidos a su vez por la ECU yson los encargados de convertir las seales elc-tricas recibidas en magnitudes mecnicas.Hablamos por ejemplo de los inyectores de com-bustible, electroventiladores o dems sistemasque reciban la informacin y consecuentemente,acten de una manera mecnica sobre algunafuncin en el vehculo.

    Las primeras unidades de control o ECU mssencillas controlaban simplemente el flujo o can-tidad de combustible que se inyectaba por cilin-dro en cada ciclo del motor, mientras que lasECUs ms actuales controlan casi la totalidad delos sistemas del vehculo, haciendo en numero-sas ocasiones complicado encontrar las posiblesaveras derivadas en pequeos fallos electrni-cos.

    Actualmente un microprocesador de 64 bits a120MHz es el cerebro encargado de la ECU y, aligual que sucede con cualquier computadora tipoPC o porttil, es necesario que disponga de su

    propio sistema operativo para poder funcionar.En la figura 1 se puede apreciar una infografa defuncionamiento de una computadora de autom-vil MPC5634. Vea en la figura 2 algunos de losprincipales componentes electrnicos de estaECU.

    Algunos sistemas operativos funcionales pue-den ser os CAN o Microsar Os.

    Debido a que las ECUs no deben soportaruna comunicacin directa con el usuario o inte-ractuar con distintas aplicaciones, estas caracte-rsticas son suficientes en los modelos actuales.

    De igual manera, las unidades centrales hanevolucionado hasta las que conocemos hoy enda con elementos avisadores de autodiagnsti-co, que nos avisa de los posibles errores questa puede padecer si detecta valores fuera delrango pre-establecido por fbrica. Este sistemahace un anlisis cuando se inicia el arranque y siexiste error alguno nos lo comunica directamentemediante distintos smbolos situados en el cua-dro de mandos del automvil.

    Debido al aumento de nuevas funciones y sis-temas electrnicos en los nuevos vehculos,debemos considerar diversas computadorasencargadas cada una de ellas de una funcin demanera especfica. Todas estas unidades estncentralizadas y comunicadas mediante un bus dedatos o bus can, que es un protocolo de comuni-cacin basado en un bus serie e ideado por laempresa alemana Bosch en los aos 1980 parael intercambio de informacin de las distintas uni-dades de proceso con una unidad central, redu-ciendo el cableado y mejorando costos.

    Breve Historia de las ECUs

    Se puede hacer una clasificacin de lasECUs, dependiendo de su tecnologa utilizada yde la poca de fabricacin, desde las ms anti-guas, las cuales slo controlaban cantidad decombustible inyectado, hasta las ms modernasque pueden ser capaces de ser modificadas oreprogramadas para poder realizar ciertos cam-bios en los distintos parmetros, mejorando as elrendimiento del vehculo.

    Las unidades de principios de los aos 1980se caracterizaban por ser de diseo hbrido digi-tal. Dicho sistema utilizaba tcnicas analgicaspara la toma de medidas, para posteriormenteusar una tabla de valores almacenada en una

    ECM y ECU

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  • El SiStEMA ElECtrniCo dE Control dEl Motor

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    Figura 1

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  • ECM y ECU

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    Figura 2 - Lay-Out de

    la ECU MPC5634

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  • memoria de slo lectura y de modo de obtenerlos valores finales de salida.

    No disponan de la suficiente tecnologa comopara tener los datos exactos de cada componen-te y solamente podan compararse con dichosvalores almacenados, causando considerablesinconvenientes, ya que estos valores estndareran los prefijados para los vehculos con suscomponentes totalmente nuevos, y con el pasodel tiempo podan dar lugar a fallos debido al des-gaste habitual de los mismos.

    Las ECUs programables, son aquellas quepueden ser modificadas como consecuencia deun cambio de algn componente del vehculo,debiendo ser adaptado para poder as configu-rarse correctamente el comportamiento y rendi-miento adecuado del automvil.

    Estas unidades ms modernas (en automvi-les fabricados a partir del 2000) ya utilizan ECUscon sistemas OBD-II, capaces de poder ser pro-gramadas mediante puertos OBD de maneraexterna, pudiendo ser modificadas mediante eluso de una computadora porttil conectada alvehculo a travs de una interfaz OBD II.Mediante un programa o interfaz grfica instaladaen la computadora se pueden visualizar todas lascaractersticas de funcionamiento de la ECU ypodrn modificarse parmetros, por ejemplo, lacantidad de combustible que se debe inyectar enel motor, la mezcla correcta de oxgeno y com-bustible o distintos parmetros claves necesariospara el correcto funcionamiento del vehculo.

    Y cules son los parmetros a programar?

    Existen infinidad de parmetros que puedenser completamente modificados, ajustando aslos valores de manera completamente especfica,desde la ignicin, lmite de revoluciones, lacorrecta temperatura del agua, alimentacin decombustible temporal, modificacin de baja pre-sin en el combustible, sensor de oxgeno osonda lambda, etc.

    Esto no slo es vlido para conseguir unmejor funcionamiento a base de reprogramacin,pudiendo disminuir consumo de combustible oconfigurando un nuevo mapeado para poder ascontrolar la emisin de gases nocivos, algoimprescindible para poder pasar sin problemas laITV correspondiente.

    Actualmente existe un claro aumento de loscomponentes electrnicos en los nuevos mode-los de automviles, con lo que repercute en un

    mayor nivel de complejidad tecnolgica, esto setraduce en ms computadoras, una mayor espe-cializacin y diversificacin de ellas, (cada unidadcontroladora de una parte especfica de cada fun-cin) sistemas ms complejos y una escaladatcnica en cuanto prestaciones deseadas porparte del usuario final.

    Con toda esta nueva introduccin en cuanto latecnologa aplicada al mundo del automvil, nosencontramos ante la situacin de un fuerte cam-bio en cuanto averas tpicamente mecnicas alas nuevas averas, producidas cada vez ms porfallos electrnicos. Los mecnicos han debidosaber reciclarse a tiempo para poder abordarnuevos problemas, algunos complicados de solu-cionar, para as poder seguir realizando su laborde manera correcta, porque, atrs queda en mirecuerdo, al mecnico de mi barrio, aqul con elmono sucio de grasa y manos oscuras a los cadavez ms mecnicos de porttil que solucionan losfallos de mi vehculo, enchufados mediante unpuerto OBD mientras observan tablas de valoresy posibles errores producidos por cualquier dis-positivo electrnico.

    FunCIones De la eCu

    Las ECUs determinan la cantidad de combus-tible, el punto de ignicin y otros parmetrosmonitorizando el motor a travs de sensores.Estos incluyen: sensor MAP, sensor de posicindel acelerador, sensor de temperatura del aire,sensor de oxgeno y muchos otros.

    Frecuentemente esto se hace usando un con-trol repetitivo (como un controlador PID).

    Antes de que las unidades de control de motorfuesen implantadas, la cantidad de combustiblepor ciclo en un cilindro estaba determinada porun carburador o por una bomba de inyeccin.

    Control de la inyeccin de combustiblePara un motor con inyeccin de combustible,

    una ECU determinar la cantidad de combustibleque se inyecta basndose en un cierto nmerode parmetros.

    Si el acelerador est presionado a fondo, elECU abrir ciertas entradas que harn que laentrada de aire al motor sea mayor. La ECUinyectar ms combustible segn la cantidad deaire que est pasando al motor. Si el motor no haalcanzado la temperatura suficiente, la cantidad

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  • de combustible inyectado ser mayor (haciendoque la mezcla es ms rica hasta que el motorest caliente).

    Control del tiempo de inyeccinUn motor de ignicin de chispa necesita para

    iniciar la combustin una chispa en la cmara decombustin.

    Una ECU puede ajustar el tiempo exacto de lachispa (llamado tiempo de ignicin) para proveeruna mejor potencia y un menor gasto de com-bustible. Si la ECU detecta un picado de bielas enel motor, y "analiza" que esto se debe a que eltiempo de ignicin se est adelantando almomento de la compresin, ralentizar (retarda-r) el tiempo en el que se produce la chispa paraprevenir la situacin.

    Una segunda, y ms comn causa que debedetectar este sistema es cuando el motor gira amuy bajas revoluciones para el trabajo que se leest pidiendo al coche. Este caso se resuelveimpidiendo a los pistones moverse hasta que nose haya producido la chispa, evitando as que elmomento de la combustin se produzca cuandolos pistones ya han comenzado a expandir lacavidad.

    Pero esto ltimo slo se aplica a vehculoscon transmisin manual. La ECU en vehculos detransmisin automtica simplemente se encarga-r de reducir el movimiento de la transmisin.

    Control de la distribucin de vlvulasAlgunos motores poseen distribucin de vl-

    vulas. En estos motores la ECU controla el tiem-po en el ciclo de motor en el que las vlvulas sedeben abrir. Las vlvulas se abren normalmentems tarde a mayores velocidades que a menoresvelocidades. Esto puede optimizar el flujo de aireque entra en el cilindro, incrementando la poten-cia y evitando la mala combustin de combusti-ble.

    Control de arranqueUna relativamente reciente aplicacin de la

    Unidad de Control de Motor es el uso de un pre-ciso instante de tiempo en el que se producenuna inyeccin e ignicin para arrancar el motorsin usar un motor de arranque (tpicamente elc-trico conectado a la batera). Esta funcionalidadproveer de una mayor eficiencia al motor, consu consecuente reduccin de combustible con-sumido.

    FunCIonamIento Del motor

    Segn lo visto hasta el momento, el principalcomponente del Sistema de Control Electrnicodel Motor (ECM, tambin conocido como mdu-lo de control del motor) es la computadora prin-cipal o Unidad Electrnica de Control (ECU) ymuchas veces se confunden estos trmino a talpunto que, cuando se est describiendo el fun-cionamiento de algn sistema electrnico delauto, el lector no tiene una idea clara sobre el ele-mento al que se hace referencia. En este trabajo,nosotros haremos referencia al mdulo de con-trol de del motor como un conjunto que incluye ala computadora principal (ECU) y sub-computa-doras. En otras palabras, ECU y ECM es lomismo aunque hilando fino, en los automvilesactuales que poseen decenas de microcontrola-dores, el mdulo de control ECM tiene una com-putadora principal ECU y varias computadorassecundarias.

    Por tal motivo, a continuacin vamos a descri-bir el sistema electrnico del automvil, centrn-donos en los siguientes objetivos:

    1. Identificar los principales sistemas / compo-

    nentes de control del automvil.

    2. Conocer la informacin que se necesita

    para evaluar los sistemas de control del motor.

    3. Familiarizarnos con los trminos de los sis-

    temas de control de los motores.

    La necesidad de lograr una salida de altapotencia, alta economa de combustible y lamenor cantidad de gases de emisin de los moto-res, hoy en da ha llevado contar con sistemas decontrol del motor muy sofisticados.

    Como sabemos, una computadora, que serefiere como un mdulo de control del motor(ECM), gestiona una variedad de sistemas parael correcto funcionamiento del motor. Estos siste-mas se dividen bsicamente en las siguientesreas:

    Los sistemas de induccin de aire.

    El sistema de combustible.

    Sistema de encendido.

    Sistema de control de emisiones y de escape.

    Todos los sistemas mencionados y otros son,controlados por el ECM. El ECM con sus senso-res y actuadores se conoce como el sistema de

    ECM y ECU

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  • control electrnico. Es importante tener en cuen-ta, al momento de diagnosticar problemas demotor, que los fundamentos del funcionamientodel motor (correcta mezcla de aire y combustible

    suficientemente comprimida y encendi-do en el momento adecuado) no sondiferentes. La siguiente es una descrip-cin de estos sistemas.

    el sIstema De InDuCCIn De aIre

    El ECM mide y controla la cantidad d...

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