Блок управления двигателя: устройство, неисправности и диагностика

Одним из важнейших элементов практически всех современных двигателей является электронный блок управления. Это название довольно длинное, так что его сокращают до ЭБУ двигателя. Блок имеет сложное устройство, а его производством занимается ограниченное число фирм. По факту, они же владеют патентами и ограничивают деятельность других фирм, но это уже другой вопрос. Грамотному автолюбителю стоит разбираться в том, что представляет собой ЭБУ двигателя, какое место в структуре автомобильных систем он занимает, какие элементы ему подконтрольны и по каким причинам он может выйти из строя. Обо всем этом – в материале Avto.pro.

Важная ремарка

Сразу отметим, что под ЭБУ понимают вообще все встраиваемые системы, которые получают управляющие сигналы от одной или сразу нескольких систем и подсистем автомобиля. Звучит довольно сложно, так что попробуем разобраться. К примеру, в большинстве автотранспортных средств используются такие управляющие системы и подсистемы:

1. Контроллер ЭСУД. Часто его называют просто контроллером системы управления ДВС;
2. ECM. Тот самый модуль управления двигателем;
3. ECU. Еще один электронный блок управления, однако этим сокращением принято обозначать основу всех электронных управляющих систем автомобиля.

И снова мы возвращаемся к термину ЭБУ и его, если можно так выразиться, универсальности. В действительно встроенных управляющих систем много: непосредственно электронных блок управления двигателем (является наиболее распространенным), центральный блок управления, главный электронный модуль, центральный модуль синхронизации, объединенный моторно-трансмиссионный блок управления, модуль управления подвеской, блок управления тормозной системой, контролер кузова. И это лишь часть возможных вариантов. Часто все системы объединяют под одним термином «компьютер автомобиля». Однако важно понимать, что:

• Электронная управляющая система состоит из множества блоков и модулей;
• Каждый блок и модуль является специализированным и не может взять на себя задачи другого блока и модуля.

Основным и наиболее часто встречающимся блоком управления является ЭБУ двигателя. Не совсем правильно будет называть его самым важным, но по факту он контролирует работу силового агрегата, а значит, от его работоспособности зависит очень многое. Например, он считывает и оптимизирует ряд важнейших параметров автомобиля: крутящий момент, состав выхлопных газов, мощность, расходник топлива. В тандеме с ЭБУ двигателя работает целая плеяда датчиков. Далее мы будем рассматривать именно ЭБУ двигателя, а обозначать его будем просто как ЭБУ. И еще раз напоминаем: электронных блоков много, однако в рамках данного материала для простоты мы будет обозначать управляющий элемент двигателя как ЭБУ.

Подробнее об устройстве ЭБУ

Электронный блок управления, иначе называемый контроллером, а в народе «мозгами» двигателя, устроен довольно сложно. Внешне это относительно небольшой блок с металлическим корпусом, но все самое интересное скрыто внутри. Блок управления включает в себя такие элементы:

• Процессорная часть, иначе называемая микроЭВМ;
• Элементы, формирующие сигналы, иначе входные и выходные формирователи;
• Источник питания;
• Многополюсный штекерный разъем.

Как читатель наверняка знает, ЭБУ работает в тандеме со множеством датчиков. Вот несколько примеров: датчик положения дроссельной заслонки, датчик массового расхода воздуха, датчик детонации. Практически всем этим датчикам посвящены отдельные материалы раздела «Полезные советы» на Avto.pro – советуем ознакомиться с ними. А мы продолжим разбор ЭБУ.

Как устроена процессорная часть

Основой процессорной части ЭБУ является однокристальная микроЭВМ (микро электронно-вычислительная машина). По сути, это есть тот самый «мозг» электронного блока управления двигателя. По современным меркам микроЭВМ устроен довольно просто. Дело в том, что ключевые его элементы входят в структуру, которая умещается на одном кристалле (чипе). Важным моментом в описании микроЭВМ является его разрядность. Разрядностью называют количество бит информации, оперировать с которыми будет микропроцессор. МикроЭВМ бывают 8-, 16- и 32-разрядными. Сами устройства включают в себя:

• Центральный процесс;
• Постоянное запоминающее устройство (сокр. ПЗУ);
• Аналогово-цифровой преобразователь (сокр. АЦП);
• Оперативное запоминающее устройство (сокр. ОЗУ);
• Порты ввода и вывода;
• Генератор тактовой частоты;
• Таймеры, иначе называемые счетчиками.

Можно провести параллель между современным компьютером и процессорной частью ЭБУ. По факту, в ЭБУ объединяется ряд компонентов, которые в системных блок персональных компьютеров и ноутбуков идут отдельно друг от друга, но объединяются материнской платой. Здесь есть интересные особенности, но их мы рассматривать не будем – автолюбителю важно понимать, что принципиальные схемы современных электронно-вычислительных машин очень похожи друг на друга.

Центральный процессор ЭБУ подбирает команды и данные из памяти и производит различные операции над этими данными. Кроме того, он управляет сигналами, проходящими через внутреннюю шину адреса и данных.  Постоянное запоминающее устройство – это то место, где хранятся программы и данные. Информация имеет вид констант. Сама же программа записывается в виде машинных кодов микроЭВМ. Данные представляют собой калибровочные таблицы констант, участвующих в процессе расчетов. Данные из таблиц могут быть выбраны и в качестве управляющих параметров. Что интересно, данные в ПЗУ хранятся неограничено долго. Оперативное запоминающее устройство берет на себя задачу хранения данных, которые могут измениться. Например, промежуточных результатов вычислений или же значений, получаемых от датчиков. Хранить информацию ОЗУ может в течение ограниченного промежутка времени – она стирается после отключения питания.

Тандем центральный процессор – ПЗУ – ОЗУ является ключевым для ЭБУ. Если говорить по-простому, именно этот тандем выделяет данные и параметры, обсчитывает их, запоминает и отдает команды. К этому тандему также можно отнести так называемые энергонезависимые ОЗУ. Они питаются от аккумуляторной батареи напрямую. Такая память может записать данные и хранить их очень долго. Пока аккумулятор не потеряет накопленную энергию вследствие саморазряда, энергонезависимые ОЗУ продолжат хранить данные.

Важным элементом ЭБУ является аналогово-цифровой преобразователь. Дело в том, что однокристальные микроЭВМ могут работать только с цифровыми сигналам. В АЦП аналоговый сигнал преобразуется в цифровой код. Порты ввода и вывода, как несложно догадаться из их названия, служат для получения и считывания входных сигналов и передачи выходных сигналов и информации. Таймером же называют устройство, которое служит как для измерения интервалов времени, так и подсчета числа событий. Генератор тактовой частоты призван синхронизировать работы всей системы за счет выработки тактовых импульсов. От точности работы генератора будет зависеть точность измерения интервалов времени.

Как работают формирователи входных и выходных сигналов

Как уже было указано, в ЭБУ нет смысла, если к нему не подключены датчики. Именно они измеряют физические параметры, преобразовывают результаты измерений в электрический сигнал и далее направляют его блок управления. Сигнал от датчика проходит формирователь, в котором от усиливается или ослабляется – это называется согласованием уровней. Входные формирователи также защищают ЭБУ он перенапряжения. Формирователи работают с такими сигналами:

• Аналоговые;
• Дискретные;
• Частотные.

Формирователи делятся на подтипы в зависимости от того, с какими сигналами они работают. Это связано с тем, что разные типы сигналов имеют различные параметры. Вот например:

• Аналоговые сигналы меняются во времени непрерывно. Примером является сигнал с датчика положения дроссельной заслонки. Непрерывно поступающие сигналы проходят через обработку в формирователи, а затем поступают к аналогово-цифровому преобразователю и к процессорной части ЭБУ;
• Дискретные сигналы меняются скачкообразно и являются прерывистыми. В качестве примера можно взять сигнал включения зажигания. Его изменения происходит резко, а сам сигнал поступает сначала в преобразователь, а затем напрямую в процессорную часть ЭБУ;
• Частотные сигналы наиболее интересны. Они не просто изменяют частоту – эти изменения сами по себе несут информацию о реальных изменениях величин, которые измеряет датчик. Соответственно, и обработка этих сигналов будет сложной. Сначала они ограничиваются по амплитуде, а затем поступают на вход таймера.

За формирование выходных сигналов ответственны специальные микросхемы, иначе называемые драйверами. Они усиливают сигналы по мощности, а также защищают выходы контроллера от замыканий и перегрузок. Драйверы часто называют «интеллектуальными», так как в случае работы в анормальном режиме они информирует центральный процессор о факте появления ошибки. Выходные формирователи делятся на подтипы по мощности сигнала, с которым они работают.

Неисправности устройства

В силу того, что ЭБУ является ключевым управляющим элементом силового агрегата, его неисправности сразу сказываются на работе агрегата и автолюбитель не сможет не заметить проблемы. Другое дело – проведение диагностики устройства. Зачастую проблема кроется не в самом блоке управления, а в проводке и конкретных датчиках. Причин, по которым сам ЭБУ может выйти из строя, довольно много. Вот наиболее частые:

1. Короткое замыкание одного или нескольких соленоидов;
2. Сильные механические воздействия или вибрации, результатами которых является появления трещин в плате ЭБУ и на местах спайки контактов;
3. Перегрев электронного блока вследствие резких перепадов температур – от низких до высоких (такое иногда наблюдается в автомобилях, эксплуатируемых в условиях сильного холода);
4. Попадание влаги в устройство и коррозияю

Существует и по-своему интересные способы навредить электронному блоку управления двигателя. Например, снять клеммы аккумулятора, перед этим не заглушив двигатель. То же произойдет при попытке «прикурить» автомобиль, не заглушив мотор. С некоторой вероятностью ЭБУ может выйти из строя, если при подключении аккумулятора перепутать клеммы и запустить мотор. Признаков, указывающие на выход ЭБУ из строя, много. Чаще всего встречаются такие:

• Перестал гореть Check Engine;
• Зажигание начало работать с частыми пропусками;
• Вентилятор охлаждения двигателя начал включаться произвольно;
• Отсутствует связь с устройством (можно понять по ходу диагностики сканером);
• Двигатель начал троить, перестал заводиться, сильно изменился выхлоп;
• Автомобиль реагируют на манипуляции с педалью газа неадекватно;
• Предохранительные элементы начали часто перегорать без видимых причин;
• Сигналы с датчиком начали поступать нерегулярно, или перестали поступать вовсе.

И это лишь часть возможных симптомов. Автолюбителям важно понимать, что перед диагностикой ЭБУ имеет смысл проверить другие компоненты электронной бортовой системы автомобиля. К примеру, если наблюдаются проблему с одним из датчиков, стоит проверить в первую очередь его, затем его проводку, а уже затем ЭБУ.

Самостоятельная диагностика

Определить некоторые неисправности ЭБУ можно и самостоятельно. Или, по крайней мере, понять, подает ли он «признаки жизни». Это также возможно благодаря системе самодиагностики, которую имеют практически все блоки управления. Если автолюбитель хочет произвести самостоятельную диагностику, ему понадобится специальный тестер или же компьютер с предустановленной программой. Ее будет несложно найти в интернете. Кроме того, понадобится адаптер. Вот что нужно сделать:

• Подключить адаптер к USB-порту компьютера и к выходу электронного блока;
• Включить зажигание (сам двигатель запускать не обязательно);
• Запустить предварительно скачанную и установленную диагностическую проверку на компьютере;
• Наблюдать за тем, как на экране появится сообщение о начале диагностики. Если его нет, проверьте надежность подключения;
• Перейти в раздел DTC (может иметь другое название в зависимости от программы) – он содержит коды всех неисправностей. Коды зашифрованы, а расшифровать их можно в той же программе или с помощью данных из технической документации к вашему автомобилю.

К несчастью, бывают случаи, когда компьютер не удается подключить к блоку. В этом случае автолюбителю понадобится осциллограф, кабель и специализированное программное обеспечение. Нужный софт найти несложно, а вот с осциллографом могут возникнуть проблемы. Далее, диагностику нужно будет продолжить уже при помощи тестера или же мультиметра. Автолюбителю придется внимательно изучить электрическую схему контроллера и производить замеры сопротивлений. Лучше всего обратиться к специалистам, но если у автолюбитель хорошо подкован в вопросам электротехники и имеет много времени для диагностики, выявить проблему он сможет и самостоятельно.

Вывод

ЭБУ двигателя – это, пожалуй, самый ответственный элемент бортовой электросистемы автомобили. Благодаря нему силовой агрегат имеет оптимальную производительность, состав выхлопа и высокую стабильность работы. Неисправности в работе ЭБУ возникают часто, но в большинстве случаев они обусловлены проблемой с каким-либо электрическим и электромеханическом элементом автомобиля. Если проблема кроется именно в ЭБУ, то нередко единственным способом ее решения является… дорогостоящая замена блока. Советуем обращаться к проверенным специалистам для диагностики, а уже потом строить планы по покупке необходимых запчастей и дальнейшей их установке.