Componentes Electrónicos en Automoción: Tipos y Funcionamiento

Señales Digitales y Analógicas

Las señales en los sistemas electrónicos pueden clasificarse en dos tipos principales:

• Señal Analógica: Varía de forma continua en el tiempo, pudiendo alcanzar infinitos valores. Su amplitud y frecuencia pueden cambiar, reflejando de manera análoga las variaciones de la causa que la produce.
• Señal Digital: Solo puede tener dos valores posibles, que generalmente representan la presencia o ausencia de tensión. Estos valores cambian en el tiempo, y su frecuencia puede variar. Se conoce comúnmente como señal de onda cuadrada.

Unidad de Control Electrónico (UCE)

La UCE es un componente fundamental en los vehículos modernos. Actúa como el cerebro del sistema, procesando información y controlando diversos actuadores. Sus componentes principales incluyen:

• Convertidor Analógico-Digital: Transforma las señales analógicas provenientes de los sensores en señales digitales que el procesador puede interpretar.
• Bus de Datos: Línea de comunicación en paralelo que interconecta los componentes internos de la UCE.
• CPU (Unidad Central de Proceso): Es el núcleo del sistema. Recibe datos de entrada, los procesa, realiza cálculos y almacena información en las memorias.
• ROM (Memoria de Solo Lectura): Almacena el programa que la CPU utiliza para procesar los datos.
• RAM (Memoria de Acceso Aleatorio): Memoria temporal que la CPU utiliza para guardar datos mientras trabaja. También almacena los códigos de averías.
• Convertidor Digital-Analógico: Convierte las señales digitales de salida de la CPU en señales analógicas para controlar ciertos actuadores, como motores o electroválvulas.

Funcionamiento de una Centralita

El proceso típico de funcionamiento de una centralita se puede resumir en los siguientes pasos:

1. Recepción de una señal analógica de tensión variable de un sensor (por ejemplo, un sensor de temperatura).
2. Conversión de la señal analógica a digital para que la CPU pueda procesarla.
3. Comparación de los datos recibidos con los valores almacenados en las memorias.
4. Sincronización del sistema digital interno mediante un reloj de pulsos.
5. Conversión de la señal digital a analógica para controlar un actuador (por ejemplo, la etapa de potencia que da masa a la válvula EGR).

Sensores en Automoción

Los sensores son dispositivos que convierten magnitudes físicas en señales eléctricas que la UCE puede interpretar. Existen diversos tipos de sensores, cada uno con un principio de funcionamiento específico:

Sensores de Temperatura

• Termopar: Se basa en la unión de dos metales diferentes. En la zona de unión se genera una tensión proporcional a la temperatura, conocida como fuerza electromotriz de contacto. Se utiliza un termómetro para medir esta tensión.
• Sensor de Temperatura NTC/PTC: Utilizan resistencias que varían su valor óhmico en función de la temperatura. Las resistencias NTC disminuyen su resistencia al aumentar la temperatura, mientras que las PTC la aumentan. Generalmente, están alimentadas a 5V.

Sensores de Posición

• Potenciómetro: Varía su resistencia según el ángulo de giro, generando una tensión variable en función de la posición. Se utilizan en el pedal del acelerador, la mariposa, etc. Pueden incorporar microinterruptores para indicar las posiciones de reposo o plena carga.
• Sensor de Efecto Hall: Algunos sensores de posición, como los del pedal del acelerador, utilizan el efecto Hall para determinar la posición.

Sensores de Velocidad y Posición Angular

• Sensor Inductivo: La rotación de una rueda dentada de material ferromagnético genera una tensión alterna en una bobina. La frecuencia y amplitud de esta señal son proporcionales a la velocidad de giro. Se utiliza como sensor de revoluciones. Suele tener dos cables, y si tiene un tercero, es para apantallamiento a masa.
• Sensor Hall: Una pastilla de material semiconductor sensible al campo magnético genera una tensión (tensión Hall) cuando se le aplica una corriente constante y se le somete a un campo magnético. Un circuito integrado genera una señal de onda cuadrada de amplitud constante. Están alimentados a 5 o 12V y tienen tres cables: alimentación, masa y señal. Se utilizan como sensores de revoluciones o de posición angular.

Otros Sensores

• Sensor de Detonación: Basado en el efecto piezoeléctrico. Un cristal de cuarzo genera una tensión eléctrica cuando se le somete a presión. Se utiliza para detectar la detonación en el motor.
• Sensores de Presión (MAP): Utilizan resistencias que varían su valor con la deformación. Estas resistencias están montadas en una membrana que se deforma bajo la presión a medir y están acopladas en un puente de Wheatstone.
• Sensor Magnetorresistivo: Utiliza resistencias que varían su valor óhmico en función del campo magnético al que están expuestas.

Caudalímetros

• Caudalímetro de Hilo Caliente: Un hilo de platino se calienta a una temperatura constante (por ejemplo, 100°C). Si el caudal de aire aumenta, el hilo se enfría y desequilibra un puente. Un amplificador ajusta la corriente para reequilibrar el puente, y esta corriente es proporcional al caudal de aire.
• Caudalímetro de Película Caliente: Dos resistencias PTC (sensores de temperatura) se calientan y se montan en una membrana microcerámica. El paso del aire enfría más una resistencia que la otra. La diferencia de temperatura es evaluada por un circuito electrónico y es proporcional al caudal de aire.

Sondas Lambda

Las sondas lambda miden la cantidad de oxígeno en los gases de escape para optimizar la combustión. Funcionan entre 300 y 600°C.

• Sondas Generadoras de Señal de ZrO2: La diferencia de oxígeno entre los gases de escape y el exterior genera una tensión en los electrodos. Si la centralita detecta 0.8V, disminuye la inyección; si detecta 0.2V, la aumenta.
• Sonda de Resistencia Variable de TiO2: No generan tensión. Están alimentadas por la centralita a 1 y 5V. Un sustrato especial varía su resistencia en función del porcentaje de oxígeno en los gases de escape.
• Sondas de Banda Ancha: Permiten mediciones de cualquier valor lambda. Tienen dos células: una de medición y otra de bombeo. La célula de medición genera un valor de 450mV. Si los valores difieren, se aplica una corriente a la célula de bombeo para ajustar la cantidad de oxígeno en la cámara de medición hasta que la tensión sea de 450mV. El flujo de bombeo es la magnitud que describe el valor lambda.