Per capire le ECU diciamo subito che questa sigla può riferirsi sia a una Unità di Controllo Motore – Engine Control Unit – sia a una più generica Electronic Control Unit, componente di qualsiasi sistema meccatronico automobilistico e quindi non solo dedicata al controllo di un motore.
In questo articolo cercheremo di capire le ECU come unità di controllo del motore. Fondamentalmente, la centralina del motore controlla l’iniezione del carburante e, nei motori a benzina, il momento nel quale scocca la scintilla nelle infaticabili candele.
Semplificando molto basterà determinare la posizione delle parti in movimento, utilizzando un sensore di posizione dell’albero motore, perché gli iniettori e l’eventuale sistema di accensione vengano attivati al momento giusto. Queste azioni possono essere eseguite con controlli meccanici e in effetti questo è accaduto per decenni, prima dal guidatore, che regolava per esempio manualmente anche l’anticipo di accensione, e poi con meccanismi automatici.
Sappiamo bene che la giusta combinazione di aria e carburante, la ‘miscela’, è essenziale non solo per la regolarità e l’efficienza del motore ma anche per la sua “salute”. È importante non solo la quantità di miscela che entra in camera di scoppio ma anche il rapporto aria/carburante: se il carburante è troppo la combustione è sporca e poco efficiente mentre un eccesso di aria rende la combustione lenta, poco energetica e a rischio di surriscaldamento.
Capire le ECU e perché si usano in ogni veicolo
Prima che arrivasse l’iniezione i motori regolavano quantità e qualità della miscela con il nostalgico carburatore, il cui schema basico prevedeva un insieme di fori di diametro fisso (getti) attraverso i quali il motore “aspirava” il carburante. Le esigenze dei veicoli più moderni, incentrate sull’efficienza e sulla riduzione delle emissioni, hanno imposto un controllo più rigoroso della miscela, ottenuto dapprima con carburatori a controllo elettronico, la cui vita è stata breve, e poi con l’iniezione.
Quest’ultima è in grado di dosare con grande precisione il carburante ma per sfruttarne le potenzialità essa dev’essere controllata da una “centralina” potente. Queste necessità ed esigenze permettono di capire le ECU e l’ineluttabilità della loro adozione. L’ECU ha il compito di controllare non solo l’iniezione del carburante e l’accensione nei motori a ciclo Otto, ma anche gli accessori del motore e, allo scopo, utilizza equazioni e tabelle numeriche memorizzate digitalmente.
Per capire le ECU occorre sapere che esse tengono conto di molte variabili per determinare il corretto rapporto aria/carburante. Abbiamo quindi il carico del motore, le temperature del motore, del liquido di raffreddamento, dell’aria e del carburante, i segnali del sensore di detonazione, la pressione e il volume dell’aria.
Il sistema è inoltre in grado di rilevare e compensare l’invecchiamento di molti componenti, valutando inoltre l’efficienza di pompaggio del motore. Nei motori diesel la ECU controllerà le sofisticate iniezioni multiple consentite dai sistemi common-rail oltre ai sempre più diffusi turbocompressori.
La misurazione di tutte queste quantità richiede una serie di sensori per misurare tali variabili e applicarle alla logica della programmazione dell’ECU per determinare come correlarle correttamente.
Le condizioni da sapere per capire le ECU
Un aumento del carico del motore, per esempio durante un’accelerazione, richiederà un aumento della quantità di miscela e anche il rapporto aria/carburante della miscela stessa. L’ECU deve infatti, in queste condizioni, iniettare in proporzione più carburante rispetto a quanto farebbe durante la marcia a velocità costante: questa è la “miscela ricca” mentre, al contrario, una strategia di contenimento dei consumi o un guasto che attiva la modalità di protezione implica una miscela magra, che ha una quantità di carburante inferiore alla norma.
Dato che il motore di un’automobile trascorre la maggior parte del suo tempo a regime parziale, l’ECU si concentra sulla massima efficienza in quest’area di funzionamento. La miscela ideale, in cui tutto il carburante iniettato viene bruciato e tutto l’ossigeno viene consumato dalla combustione, è nota come stechiometrica e prevede 14 parti di aria e 1 di carburante e questo rapporto è espresso dal rapporto Lambda che, in condizioni stechiometriche, vale 1.
Quindi, per capire le ECU, occorre anche tener conto che questa centralina riceve un segnale da un sensore che rileva l’ossigeno nei gas di scarico (la sonda Lambda): in questo modo si capisce se c’è un eccesso o una carenza di aria nella miscela.
L’ECU leggerà questa misurazione e regolerà costantemente la quantità di carburante iniettata per mantenere la miscela il più vicino possibile al valore Lambda di 1,0 in un meccanismo di controllo chiamato “closed loop” che usa un segnale a valle, la quantità di ossigeno, per comandare una quantità a monte, il rapporto aria/carburante.
