C O M P U TA TA D O R A S A U T O M O T R IC IC E S
Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores Aragón Ingeniería Mecánica Fundamentos de Computación Aguilar Labastida Angel Hernández Castillo Jorge Grupo 1153
ORIGEN Desde que el gobierno de EU aprobó la ley de "Aire limpio", se aplicaron restricciones en los límites contaminantes de los automóviles, ya que los vehículos son la principal causa de emisiones contaminantes. Como respuesta los fabricantes encontraron que usando sistemas con computadoras, podían controlar de forma precisa el funcionamiento del motor, llevando los límites contaminantes a niveles permitidos. No solo encontraron que podían reducir por mitad los contaminantes, sino que también podían alargar el doble la vida del motor. Son algunas de las cuestiones de por que se hizo obligatorio el uso de estos sistemas (fuel injection) con restricciones y garantía de 5 años o 50000 millas que obligo el gobierno federal a los fabricantes. Y así nació la ECU (Unidad Central Electrónica), la cual recibe información de las condiciones de trabajo del motor (sensores), procesa la información y ordena a los actuadores hacer los cambios necesarios para mejorar siempre el funcionamiento del motor a un estado óptimo. Los sensores y actuadores siguen evolucionando día con día, ya que algunos sistemas ya son obsoletos.
Además los ingenieros introdujeron un sistema de autodiagnóstico el cual revisa el funcionamiento adecuado de todos los sistemas controlados por la ECU que se programa con parámetros pre-establecidos y que al estar fuera de rango, generará un código de falla al respecto, el cual se guardara en una memoria de lectura temporal y a la vez se prendera el foco de la lámpara ó luz indicadora de falla del motor. Los escaner son la herramienta especializada para interactuar con la ECU para obtener los códigos de falla y borrarlos, revisar los valores de los sensores, etc. Los escaner se conectan al conector de autodiagnóstico y debido a la variedad y marcas de vehículos, el gobierno federal de EU ordeno que todos los autos que se vendan en EU a partir de 1996 tengan un conector estándar de 16 pines tipo OBDII (sistema de diagnostico abordo).
DISEÑO HÍBRIDO DIGITAL El modelo híbrido digital fue popular en la mitad de los años 1980. Éste utilizaba técnicas analógicas para tomar medidas y procesaba los parámetros de entrada del motor, luego usaba una tabla almacenada en una memoria de solo lectura para obtener los valores de salida. Sistemas posteriores procesarían estas salidas dinámicamente. Este tipo de sistemas con memoria de solo lectura son fáciles de modificar si uno conoce bien el sistema. La desventaja de estos sistemas es que los valores preprocesados son sólo óptimos para un nuevo motor ideal. Este sistema no tiene la eficiencia de un sistema basado en una unidad central de procesamiento. Los sistemas de control de motor sofisticados reciben entradas de otras fuentes, y controlan más partes del motor; como por ejemplo, los sistemas de control del tiempo de distribución de válvulas son controlados electrónicamente así como el funcionamiento del turbocompresor . Éstos además se deben comunicar con las unidades de control de transmisión o directamente con la interfaz que controla la transmisión de forma automática, sistemas de control de tracción y más sistemas con funciones similares. El cable CAN (controller area network ) es frecuentemente utilizado para conseguir la comunicación entre estos dispositivos. ECM COMPONENTES Y FUNCIONES Los sistemas de inyección de combustible en los autos de hoy en día son controlados por una computadora. La palabra computadora es un término extenso, una computadora es cualquier dispositivo que puede tomar información de entrada y realizar un conjunto de instrucciones generando después una salida específica. Por ejemplo la computadora puede recibir la entrada de un teclado como el de una calculadora manual, calcular una formula con los números seleccionados, mostrando después una salida (resultado), en una pantalla. La computadora también puede activar un interruptor o realizar casi cualquier tipo de tarea. Ella recibe datos de entrada de varios dispositivos tales como interruptores y sensores. Los datos de entrada incluyen: Ignición: Define cuando la bujía debe disparar la chispa en el cilindro. Límite de revoluciones: Define el máximo número de revoluciones por minuto que el motor puede alcanzar. Más allá de este límite se corta la entrada de combustible. Correcta temperatura del agua: Permite la adicción de combustible extra cuando el motor está frío (estrangulador). Alimentación de combustible temporal: Le dice a la ECU que es necesario un mayor aporte de combustible cuando el acelerador es presionado.
Modificador de baja presión en el combustible: Le dice a la ECU que
aumente el tiempo en el que actúa la bujía para compensar una pérdida en la presión del combustible. Sensor de oxígeno (sensor lambda): Permite que la ECU posea datos permanentes del escape y así modifique la entrada de combustible para conseguir una combustión ideal. Algunas de las unidades de carreras más avanzadas incluyen funcionalidades como control de salida, limitación de la potencia del motor en la primera marcha para evitar la rotura de éste, etc. Otros ejemplos de funciones avanzadas son: Control de pérdidas: Configura el comportamiento del waste gate del turbo, controlando el boost. Inyección Banked: Configura el comportamiento de el doble de inyectores por cilindro, usado para conseguir una inyección de combustible más precisa y para atomizar en un alto rango de RPM. Tiempo variable de levas: Le dice a la ECU como controlar las variables temporales en las levas de entrada y escape. --Hernández Castillo Jorge-----------------------------------En la siguiente tabla se hace una comparación de los componentes de una computadora personal ó PC y los dispositivos que hacen la misma función en una ECM. CPU Procesador ECM
Monitor Entrega el resultado
Actuadores
Teclado Introduce información Informadores Ratón Switch Switches TIPOS DE MODULOS DE CONTROL ECM.- (engine control module), modulo de control del motor Controla y almacena únicamente los códigos de diagnóstico de fallas (DTCs) de los componentes del motor PCM.- (train power control module), modulo de control del tren de potencia Controla y almacena datos del motor y la transmisión VCM.- (vehicle control module), modulo de control del vehiculo Controla y almacena datos del motor, la transmisión y otros sistemas del vehículo como sistemas de frenos ABS TIPOS DE MEMORIA ROM – RAM - EEPROM ROM (Read Only Memory) Memoria para lectura únicamente es usada para almacenar información en forma permanente. Cuando la computadora es construida el programa que controla al microprocesador es almacenado en la memoria ROM. El microprocesador puede leer estas instrucciones, pero no puede escribir ninguna información nueva. La ROM es una memoria no volátil y no necesita energía para retener su información. RAM (Random Acces Memory) Memoria de acceso estadístico, es el borrador del microprocesador. El procesador puede escribir o leer en esta memoria conforme sea necesario. La RAM almacena temporalmente estos datos y valores tales como la temperatura del refrigerante o la señal de presión del múltiple de admisión. El microprocesador usa estos datos y valores para tomar diferentes decisiones. La RAM es una memoria volátil y necesita una alimentación de voltaje constante para retener su información. Si se pierde su
alimentación de voltaje, la información de la memoria se pierde y los algoritmos del ECM generan un ETC indicando ésta perdida. EEPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) La memoria EEPROM (memoria programable para lectura únicamente borrable electrónicamente) es una memoria permanente que esta soldada físicamente a los circuitos impresos del (ECM). EEPROM contiene todos los algoritmos de control. La EEPROM puede ser programada, usando el Tech 1 o actualmente es más común el Tech . DIBUJO- DIAGRAMA El ECM esta ordenado de un modo lógico y directo, algunos de sus componentes son fácilmente reconocibles. Hay resistencias, capacitores, circuitos integrados y otros componentes electrónicos. Todos estos están soldados a los circuitos impresos del ECM. Circuitos integrados Uno de los chips (circuito integrado) es usualmente un circuito de reloj que regula las instrucciones que son procesadas cada segundo. Usualmente uno de los chips mas grandes es la unidad microprocesador (MPU) la cual también puede ser llamada Unidad Procesadora Central (CPU). ENTRADAS Y SALIDAS DEL ECM Como ya se estableció, el ECM es el módulo de control del sistema. Es el responsable de vigilar (por medio de sus sensores e interruptores) los diferentes aspectos de la combustión interna del motor y controlar aquellos factores que tienen un efecto directo sobre la operación del motor y sus salidas. Vigilando y controlando las operaciones del motor, el ECM tiene un control directo del rendimiento del motor y la economía del combustible. Cuando el ECM controle al motor estará operando en Open Loop lo o en Closed Loop. Cuando el motor es puesto en marcha por primera vez la mayoría de sus componentes, incluyendo el motor mismo, están a temperatura ambiente, si han estado sin funcionar durante un tiempo prolongado. Un motor frío necesita una mezcla rica para arrancar, conforme el motor se calienta la mezcla del combustible puede empobrecerse lentamente para compensar el hecho de que un motor caliente requiere de una mezcla pobre para funcionar. La función del ECM es entregar al motor la cantidad correcta de combustible bajo todas las condiciones de operación, esto se logra a través de varias condiciones conocidas como Modos de operación de ECM. --Aguilar Labastida Angel--------------------------------------
En conclusión, debido a lo práctico que representa el uso de las computadoras se han vuelto parte fundamental y necesaria en la fabricación de los vehículos modernos, gracias a los grandes avances que se han logrado en la industria de la informática es que se puede monitorear y controlar electrónicamente las partes fundamentales en el funcionamiento de un auto, proporcionando grandes beneficios en cuanto al rendimiento, mantenimiento y desarrollo mismo de los automóviles. Fuentes: -Centro de formación profesional automotriz CTA (textos) -Delco Electronics Electron Magazine, The Atwood Legacy. -Automotive electrical systems circa 2005. Miller, J.M.; Hurton, C.J. (1996)
