O uso do termo ECU pode ser usado para se referir a uma Unidade de Controle do Motor, no entanto, a ECU também se refere a uma Unidade de Controle Eletrônico, que é um componente de qualquer sistema mecatrônico automotivo, não apenas para o controle de um motor.

Na indústria automotiva, o termo ECU geralmente se refere a uma unidade de controle do motor (Engine Control Unit) ou a um módulo de controle do motor (Electronic Control Module). Se esta unidade controlar um motor e uma transmissão, ela é frequentemente descrita como um Módulo de Controle do Trem de Força (Powertrain Control Module).

Para os fins deste artigo, discutiremos a ECU como uma unidade de controle do motor.

Qual a função da ECU?

Fundamentalmente, a ECU do motor controla a injeção do combustível e, nos motores a gasolina, o tempo da faísca para acendê-lo. Ele determina a posição das partes internas do motor usando um sensor de posição do virabrequim para que os injetores e o sistema de ignição sejam ativados exatamente no momento correto. Embora isso pareça algo que possa ser feito mecanicamente (e foi no passado), agora há um pouco mais do que isso.

Um motor de combustão interna é essencialmente uma grande bomba de ar que se alimenta usando combustível. À medida que o ar é aspirado, é necessário fornecer combustível suficiente para criar energia para sustentar a operação do motor, enquanto resta uma quantidade útil para impulsionar o carro quando necessário. Essa combinação de ar e combustível é chamada de ‘mistura’. Muita mistura e o motor estará em aceleração máxima, muito pouco e o motor não conseguirá se alimentar sozinho ou ao carro.

Não apenas a quantidade de mistura é importante, mas a proporção dessa mistura deve estar correta. Muito combustível – muito pouco oxigênio, e a combustão é suja e desperdiçada. Muito pouco combustível – muito oxigênio torna a combustão lenta e fraca.

Os motores costumavam ter essa quantidade e proporção de mistura controlada por um dispositivo de medição inteiramente mecânico chamado carburador, que era pouco mais do que uma coleção de furos de diâmetro fixo (jatos) através dos quais o motor “sugava” o combustível. Com as demandas dos veículos modernos focadas na eficiência de combustível e nas emissões mais baixas, a mistura deve ser controlada com mais rigor.

A única maneira de atender a esses requisitos rígidos é entregar o controle do motor a uma ECU, a Unidade de Controle do Motor. A ECU tem o trabalho de controlar a injeção de combustível, ignição e acessórios do motor usando equações armazenadas digitalmente e tabelas numéricas, e não por meios analógicos.

Gerenciamento preciso de combustível com o ECU

Uma ECU precisa lidar com muitas variáveis ​​ao decidir a proporção correta da mistura:

  • Demanda do motor
  • Temperatura do motor / líquido de refrigeração
  • Temperatura do ar
  • Temperatura do combustível
  • Qualidade do combustível
  • Restrição de filtro variável
  • Pressão do ar
  • Eficiência de bombeamento do motor

Isso requer um número de sensores para medir essas variáveis ​​e aplicá-las à lógica na programação da ECU para determinar como compensá-las corretamente.

Um aumento na demanda de motores (como a aceleração) exigirá um aumento na quantidade total de mistura. Devido às características de combustão dos combustíveis em uso, também requer uma alteração na proporção dessa mistura. Quando você pressiona o pedal do acelerador, a aba do acelerador se abre para permitir a entrada de mais ar no motor. O aumento no fluxo de ar para o motor é medido pelo sensor de fluxo de ar de massa (MAF), para que a ECU possa alterar a quantidade de combustível injetado, mantendo a proporção da mistura dentro de limites.

Não para por aí. Para melhores níveis de potência e combustão segura, a ECU deve alterar a proporção da mistura e injetar mais combustível em aceleração máxima do que durante o cruzeiro – isso é chamado de ‘mistura rica’. Por outro lado, uma estratégia de abastecimento ou uma falha que resulte em menos do que uma quantidade normal de combustível sendo injetada resultaria em uma ‘mistura enxuta’.

Além de calcular o abastecimento de combustível com base na demanda do motorista, a temperatura tem um papel considerável a desempenhar nas equações usadas. Como a gasolina é injetada como um líquido, a evaporação deve ocorrer antes que ela queime. Em um motor quente, isso é fácil de gerenciar, mas em um motor frio é menos provável que o líquido vaporize e mais combustível seja injetado para manter a proporção da mistura dentro da faixa correta de combustão.

Recapitulação: Antes do uso da ECU, essa função era gerenciada por um “estrangulamento” no carburador. Esse estrangulamento era simplesmente uma aba que restringia o fluxo de ar no carburador, aumentando o vácuo nos jatos para promover mais fluxo de combustível. Esse método geralmente era impreciso, problemático e exigia um ajuste regular. Muitos foram ajustados manualmente pelo motorista durante a condução.

A temperatura do ar também desempenha um papel na qualidade da combustão da mesma maneira que a pressão atmosférica variável.

Funcionamento de um ECU

O ECU de um veículo precisa estar sempre bem monitorado para o bom funcionamento do veículo. (Foto: FierceElectronics)

Aperfeiçoamento da combustão pela ECU

Como o motor de um carro passa a maior parte do tempo em aceleração parcial, a ECU concentra-se na eficiência máxima nessa área. A mistura ideal, onde todo o combustível injetado é queimado e todo o oxigênio é consumido por essa combustão, é conhecida como ‘estequiométrica’ ou frequentemente como ‘Lambda’. Em condições estequiométricas, Lambda = 1,0.

O sensor de oxigênio dos gases de escape (sensor Lambda, sensor de O2, sensor de oxigênio ou HEGO) mede a quantidade de oxigênio restante após a combustão. Isso informa ao motor se há excesso de ar na proporção da mistura – e, naturalmente, se há injeção excessiva ou insuficiente de combustível. A ECU lerá essa medição e ajustará constantemente a quantidade de combustível injetada para manter a mistura o mais próximo possível de Lambda = 1,0. Isso é conhecido como operação de “circuito fechado” e é uma grande contribuição para a eficiência avançada resultante do uso de ECUs de mecanismo.

Devido aos rígidos regulamentos de emissões atualmente em vigor, existem muitos outros sistemas em um motor que ajudam a reduzir o consumo de combustível e / ou o impacto ambiental. Esses incluem:

  • Recirculação dos gases de escape (EGR)
  • Conversor catalítico e redução catalítica seletiva
  • Reação de injeção de ar de exaustão (AIR)
  • Filtros de partículas diesel (DPF)
  • Estratificação de combustível
  • Injeção aditiva de escape (como AdBlue)
  • Controle de emissões evaporativas (EVAP)
  • Turbocompressor e sobrealimentação
  • Sistemas híbridos de trem de força
  • Controle de Valvetrain variável (como VTEC ou MultiAir)
  • Controle de ingestão variável

Cada um dos sistemas acima afeta a operação do motor de alguma forma e, como consequência, precisa estar sob controle total da ECU.

Como funciona uma ECU?

Uma ECU é frequentemente chamada de “cérebro” do motor. É essencialmente um computador, um sistema de comutação e sistema de gerenciamento de energia em um caso muito pequeno. Para executar mesmo em um nível básico, é necessário incorporar 4 áreas de operação diferentes.

Entrada

Isso normalmente inclui sensores de temperatura e pressão, sinais liga / desliga e dados de outros módulos dentro do veículo e é como uma ECU coleta as informações necessárias para tomar decisões. Um exemplo de entrada seria um sensor de temperatura do líquido de arrefecimento ou um sensor de posição do pedal do acelerador. Pedidos do módulo Sistema de freio antibloqueio (ABS) também podem ser considerados, como para a aplicação do controle de tração.

Processamento

Depois que os dados são coletados pela ECU, o processador deve determinar as especificações de saída, como a largura do pulso do injetor de combustível, conforme indicado pelo software armazenado na unidade. O processador não apenas lê o software para decidir a saída apropriada, mas também registra suas próprias informações, como ajustes de mistura aprendidos e quilometragem.

Resultado

A ECU pode então executar uma ação no motor, permitindo a quantidade correta de energia para controlar com precisão os atuadores.
Isso pode incluir o controle da largura do pulso do injetor de combustível, o tempo exato do sistema de ignição, a abertura do corpo do acelerador eletrônico ou a ativação de um ventilador de refrigeração do radiador.

Gerenciamento de energia

A ECU possui muitos requisitos de energia internos para que centenas de componentes internos funcionem corretamente. Além disso, para que muitos sensores e atuadores funcionem, a tensão correta deve ser fornecida pela ECU aos componentes ao redor do carro. Isso pode ser apenas 5 Volts constantes para sensores ou mais de 200 Volts para os circuitos do injetor de combustível.

Não apenas a tensão precisa corrigir, mas algumas saídas precisam lidar com mais de 30 Amperes, o que naturalmente cria muito calor. O gerenciamento térmico é uma parte essencial do projeto da ECU.

Função básica da ECU

A primeira etapa da operação da ECU é de fato o gerenciamento de energia. É aqui que várias tensões são reguladas e a energização da ECU é manipulada. A maioria das ECUs possui gerenciamento sofisticado de energia devido à variedade de componentes internos, regulando com precisão 1,8V, 2,6V, 3,3V, 5V, 30V e até 250V, todos da fonte de 10 a 15V do carro. O sistema de gerenciamento de energia também permite que a ECU tenha controle total sobre quando se desliga – ou seja, não necessariamente quando você desliga a chave de ignição.

Uma vez que as voltagens corretas são fornecidas, os microprocessadores podem começar a inicializar. Aqui, o microprocessador principal lê o software da memória e executa uma autoverificação. Em seguida, ele lê os dados dos inúmeros sensores no mecanismo e os converte em informações úteis. Essas informações são frequentemente transmitidas pelo CANbus – a rede interna de computadores do seu carro – para outros módulos eletrônicos.

Depois que o microprocessador principal interpreta essas informações, ele se refere às tabelas ou fórmulas numéricas no software e ativa as saídas conforme necessário.

Exemplo. Se o sensor de posição do virabrequim mostrar que o motor está prestes a atingir a compressão máxima em um dos cilindros, ele ativará um transistor para a bobina de ignição relevante. A fórmula e tabelas mencionadas no software farão com que a ativação desse transistor seja atrasada ou avançada com base na posição do acelerador, temperatura do líquido de arrefecimento, temperatura do ar, abertura da válvula EGR, proporção da mistura e medições anteriores mostrando combustão incorreta.

A operação do processador principal dentro da ECU e a ativação de muitas saídas são supervisionadas por um microprocessador de monitoramento – essencialmente um segundo computador que garante que o computador principal esteja fazendo tudo corretamente. Se o microprocessador de monitoramento não estiver satisfeito com qualquer aspecto da ECU, ele poderá reiniciar todo o sistema ou desligá-lo completamente. O uso do processador de monitoramento tornou-se imperativo com a aplicação do controle do acelerador drive-by-wire devido a questões de segurança, caso o microprocessador principal desenvolva uma falha.

Como consertar central automotiva: diagnóstico e periféricos

A complexidade de implementar todo esse controle, todas essas entradas e todas essas saídas requer uma capacidade de autodiagnóstico relativamente avançada – o diagnóstico tradicional do mecanismo se torna obsoleto. As entradas e saídas de uma ECU são monitoradas individualmente pelo processador, muitas vezes dezenas de vezes por segundo, para garantir que estejam dentro das tolerâncias definidas no software. Se uma leitura do sensor ficar fora dessas tolerâncias pelo período predeterminado, uma falha é registrada e um código de falha armazenado para recuperação pelo técnico.

Códigos de falha

Quando um código de falha é armazenado na memória, geralmente resulta em uma parte da lógica do software ignorada com eficiência reduzida do mecanismo, embora o mecanismo ainda possa funcionar em um nível básico. Em algumas circunstâncias, a rotina de autodiagnóstico descobre uma falha grave que impede fundamentalmente o funcionamento do motor ou desliga o motor por motivos de segurança.

Com o gerenciamento moderno do motor, a primeira etapa de diagnóstico de falha para um técnico do veículo é acessar os códigos de falha OBD II na memória da ECU. Geralmente, eles são armazenados como códigos alfanuméricos de 5 dígitos, começando com P, B, C ou U, seguidos por 4 números

Além desses códigos, o técnico também pode visualizar os dados do sensor em tempo real através da ferramenta de diagnóstico enquanto o veículo estiver em funcionamento. Isso permite que eles vejam uma leitura incorreta do sensor, mas não fora da tolerância, com margem suficiente para sinalizar um código de falha.

Controle eletrônico do acelerador

Muitas pessoas questionam a necessidade de controle do acelerador drive-by-wire. Introduzido na década de 90, agora é instalado em quase todos os motores produzidos atualmente, mas quais são as vantagens sobre um cabo tradicional?

Até os anos 80, a maioria dos controles do acelerador / acelerador era gerenciada com um cabo do pedal ao carburador. A velocidade de marcha lenta foi ajustada simplesmente ajustando um parafuso para manter a aba do acelerador ligeiramente aberta até que o motor estivesse em marcha lenta. Esse método simples exigia um ajuste regular da velocidade de marcha lenta e era propenso a desvios quando um motor estava frio ou com o desgaste de várias partes.

Na década de 1980, com a introdução principal de ECUs, foram introduzidas válvulas eletrônicas de controle de ar inativo que resolveram muitos desses problemas; no entanto, a ECU agora controlava parte do fluxo de ar e, no entanto, todos os outros componentes permaneciam.

Com a eficiência da operação do motor e a eficiência na montagem do carro, o controle eletrônico do acelerador foi introduzido. Isso acelerou a fabricação de um carro (sem cabos rígidos do acelerador passando pelo firewall), eliminou a necessidade de uma válvula de controle de ar inativo e permitiu ao ECU do motor controle adicional sobre o motor para melhorar a função EGR, melhor controle sobre o desligamento do motor e partida melhorada.

Uma vantagem importante do controle eletrônico do acelerador é que a ECU pode ajustar o ângulo do acelerador durante a aceleração para complementar o fluxo de ar real através do motor. Isso melhora a velocidade com que o ar passa através da entrada e proporciona ganhos de torque e dirigibilidade. Isso é conhecido como mapeamento de torque e só é possível com o controle eletrônico do acelerador.

Adaptações na ECU

Os veículos modernos são fabricados com tolerâncias muito mais rigorosas do que os do passado, mas ainda são suscetíveis a variações de fabricação, desgaste mecânico e aspectos ambientais. Como tal, eles são capazes de se adaptar a mudanças graduais na operação do motor.

Exemplo. Como um filtro de ar é bloqueado pela poeira, a ECU pode dar partida no motor com uma quantidade de injeção de combustível ligeiramente reduzida para compensar. Isso permite que ele atinja o máximo de eficiência desde a partida do motor, em vez de começar nos níveis de fábrica e trabalhar para obter a mistura ideal em cada jornada. Isso é feito armazenando os valores do Lambda em viagens anteriores.

Essas adaptações se aplicam não apenas a filtros de ar bloqueados, mas a muitos sistemas em um motor ou transmissão. Como os componentes nos sistemas hidráulicos se desgastam, eles exigem alterações no tempo de ativação do solenoide para compensar. Da mesma forma, à medida que o motor se desgasta, a capacidade de ser uma bomba de ar se deteriora levemente e o ângulo de abertura da aba do acelerador precisará mudar para manter a velocidade de marcha lenta correta.

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