ECU en un motor

la unidad de control de motor o ecu (en inglés: engine control unit) es una unidad de control electrónico que controla varios aspectos de la operación de combustión interna del motor. los ecus más simples sólo controlan la cantidad de combustible que es inyectado en cada cilindro en cada ciclo de motor. ecus más avanzadas controlan el punto de ignición, el tiempo de apertura/cierre de las válvulas, el nivel de impulso mantenido por el turbocompresor (en coches con turbocompresor), y control de otros periféricos.

las ecus determinan la cantidad de combustible, el punto de ignición y otros parámetros monitorizando el motor a través de sensores. estos incluyen: sensor map, sensor de posición del acelerador, sensor de temperatura del aire, sensor de oxígeno y muchos otros. frecuentemente esto se hace usando un control repetitivo (como un controlador pid).

antes de que las unidades de control de motor fuesen implantadas, la cantidad de combustible por ciclo en un cilindro estaba determinada por un carburador o por una bomba de inyección.

funciones

control de la inyección de combustible

para un motor con inyección de combustible, una ecu determinará la cantidad de combustible que se inyecta basándose en un cierto número de parámetros. si el acelerador está presionado a fondo, el ecu abrirá ciertas entradas que harán que la entrada de aire al motor sea mayor. la ecu inyectará más combustible según la cantidad de aire que esté pasando al motor. si el motor no ha alcanzado la temperatura suficiente, la cantidad de combustible inyectado será mayor (haciendo que la mezcla se más rica hasta que el motor esté caliente).

control del tiempo de inyección

un motor de ignición de chispa necesita para iniciar la combustión una chispa en la cámara de combustión. una ecu puede ajustar el tiempo exacto de la chispa (llamado tiempo de ignición) para proveer una mejor potencia y un menor gasto de combustible. si la ecu detecta un picado de bielas en el motor, y "analiza" que esto se debe a que el tiempo de ignición se está adelantando al momento de la compresión, ralentizará (retardará) el tiempo en el que se produce la chispa para prevenir la situación.

una segunda, y más común causa que debe detectar este sistema es cuando el motor gira a muy bajas revoluciones para el trabajo que se le está pidiendo al coche. este caso se resuelve impidiendo a los pistones moverse hasta que no se haya producido la chispa, evitando así que el momento de la combustión se produzca cuando los pistones ya han comenzado a expandir la cavidad.

pero esto último sólo se aplica a vehículos con transmisión manual. la ecu en vehículos de transmisión automática simplemente se encargará de reducir el movimiento de la transmisión.

control de la distribución de válvulas

algunos motores poseen distribución de válvulas. en estos motores la ecu controla el tiempo en el ciclo de motor en el que las válvulas se deben abrir. las válvulas se abren normalmente más tarde a mayores velocidades que a menores velocidades. esto puede optimizar el flujo de aire que entra en el cilindro, incrementando la potencia y evitando la mala combustión de combustible.

control de arranque

una relativamente reciente aplicación de la unidad de control de motor es el uso de un preciso instante de tiempo en el que se producen una inyección e ignición para arrancar el motor sin usar un motor de arranque (típicamente eléctrico conectado a la batería). esta funcionalidad proveerá de una mayor eficiencia al motor, con su consecuente reducción de combustible consumido.

Sistema de inyección y encendido integrado 

Este sistema ideado por Renault trabaja de forma muy similar al sistema Motronic de Bosch, con el sistema de inyección y encendido integrado en la misma unidad de control ECU. El sistema Renix es de inyección simultánea, de forma que todos los inyectores inyectan gasolina al mismo tiempo y una vez cada vuelta de cigüeñal.

Unidad de control ECU
Esta unidad trabaja en modo digital y consta de un microprocesador, como unidad fundamental. La unidad de control va alojada en el cofre motor, debidamente aislada y protegida. Como en todos los casos semejantes precisa de una serie de sensores para recibir las informaciones que le son necesarias para cumplir eficazmente con su trabajo.
Principalmente la ECU debe conocer el régimen de giro del motor y la presión que existe en el colector de admisión, ya que de estos valores dependerá la dosificación básica del combustible. Después necesita una serie de periféricos de referencia tales como:

• Sensor de temperatura del aire
  Funciona por medio de un termistor (resistencia de valor variable en función de la temperatura) que manda a la ECU una señal eléctrica según la temperatura del aire aspirado. Se halla colocado en el cuerpo de la mariposa
  
• Temperatura del refrigerante motor
  Actúa de igual forma que el anterior. Las señales eléctricas enviadas permiten a la ECU determinar las correcciones de riqueza de la dosificación y el avance necesario.
  
• Regulación de riqueza
  A través del potenciómetro de riqueza de ralentí.
  
• Tensión de batería
  Para conocer siempre el estado de tensión de la red y hacer las modificaciones necesarias tanto en la inyección como en el encendido.
  
• Detector de picado
  Para hacer las correcciones en el avance de encendido inmediatamente que se detecta el picado.
  
• Información de arranque
  La ECU ha de poder distinguir si se trata o no de una situación de arranque.
  
• Sensor de posición de mariposa
  Este sensor avisa de la posición de ralentí por no hallarse accionado el pedal del acelerador y la posición de plena carga (pedal pisado al máximo).
  
• Válvula de regulación de ralentí
  Ha de funcionar en caso de puesta en marcha y durante determinados momentos del giro del motor.

Una vez que la ECU tiene información del estado de funcionamiento del motor elabora las señales de salida para el control de la bomba de combustible, los inyectores y la bobina de encendido.

Sensor de fase y régimen
Para conseguir integrar el encendido resulta indispensable que la ECU conozca en todo momento el estado angular de giro en que se encuentra el cigüeñal. La unidad de control ECU puede determinar de esta forma no solamente la posición que el cigüeñal tiene en cada momento, sino también la velocidad de régimen (nº de rpm).
El sensor trabaja conjuntamente con el volante motor. El volante motor consta de un circulo que se ha dispuesto para ser tallado en el 44 dientes, aunque se han dejado 4 sin tallar (dos en cada semigiro) pues esta en la zona en la que se va producir la señal que la ECU podrá elaborar. De este modo se produce la señal exacta 90º antes de los PMS y 90º antes del PMI a cada vuelta completa del cigüeñal.
El sensor esta formado por un imán permanente al cual esta enrollado una espiral. Cerca del sensor se encuentra una rueda fónica dentada (volante motor) que gira sincronizadamente con el motor. Cuando la rueda fónica gira pasando cerca del sensor rompe las lineas de fuerza generadas por el imán permanente y se induce una tensión en la bobina del sensor.

Sensor de presión absoluta
Este elemento permite junto con el valor de temperatura de aire saber el peso del aire que entra en el colector de admisión y así poder establecer con exactitud la cantidad de gasolina a inyectar para conseguir una determinada relación de mezcla.
El captador esta constituido por un diafragma realizado en materia aislante dentro del cual están emplazadas unas resistencias que forman un puente de medida.
El puente de resistencias esta formados por sensores piezoelectricos que son sensibles a las deformaciones mecánicas.
El diafragma esta unido mediante un tubo al colector de admisión de manera que las variaciones de presión actúan directamente sobre el diafragma provocando su deformación. Esta deformación actúa sobre el puente de resistencias variando la tensión de salida.
La tensión de salida del puente es ajustada a las escalas de trabajo deseadas de manera que se obtiene una tensión final de salida comprendida entre 0 y 5 V. siguiendo de manera lineal las variaciones de presión.

Sensor posición mariposa
La ECU necesita saber los estados de plena carga del motor (pedal de acelerador pisado a fondo) así como el estado en el que el pedal no esta pisado, estos datos nos lo proporciona el sensor de posición de mariposa. Este elemento es del tipo de "todo o nada" y su funcionamiento se basa en el recorrido que un rodillo (1) efectúa a través de una leva (2) al ser desplazada con el pie del conductor la palanca de la mariposa de gases. El rodillo (1) es en realidad el extremo de una palanca (3) que dentro de la caja de contactos (4) permite establecer un circuito eléctrico según se trate de cada una de las posiciones extremas de la mariposa y que no actúa en el caso de posiciones intermedias.
La transmisión de estas señales a la ECU determina el ligero enriquecimiento de la mezcla cuando se esta en la posición de máxima abertura, y el corte de suministro cuando se establece un proceso de deceleración.

Válvula de regulación de ralentí
Es similar a la utilizada en otros sistemas de inyección (Motronic, Ke-Motronic, etc). Se trata de una válvula de cierre que gira solamente 90º con lo que abre o cierra el conducto de aire adicional que determina el arranque y la velocidad de calentamiento del motor. La ECU determina el funcionamiento de esta válvula por medio de la corriente que le envía de acuerdo, a su vez, con lo que le indican los sensores de temperatura. En el momento del arranque en frío o durante el régimen de calentamiento del motor el giro del mismo sube entre 1000 y 1100 rpm, siempre y cuando la temperatura del agua refrigerante entre 0 y 20º C.
Si el conductor pisa el pedal del acelerador y supera este régimen, la ECU manda cerrar la válvula y se establece una posición de equilibrio que se desarrolla en el caudal de mantenimiento en régimen de ralentí. Cuando se da el contacto y el motor esta parado, se abre esta válvula, lo que se denota por un ruido característico. La válvula permanece abierta durante la puesta en marcha del motor.

Potenciómetro de riqueza de ralentí
Su función principal es la de dosificar el combustible con relación al aire. También sirve para recuperar los desgastes que se producen en los diferentes componentes del sistema, tales como los inyectores, los sensores de aire y de presión y el regulador de presión de gasolina. Posee un tornillo de regulación que esta protegido con un tapón de inviolabilidad.

Esquema eléctrico