Блок управления двигателем: сердце современного силового агрегата

Практически во всех современных двигателях используются электронные системы управления, основным компонентом которых является электронный блок управления (ЭБУ). О том, что такое ЭБУ двигателя, как они устроены и функционируют, а также об их правильном выборе, диагностике и замене — читайте в статье.

Что такое блок управления двигателем?

Электронный блок управления двигателем (ЭБУ, Engine Control Module — ECM, контроллер двигателя) — основной электронный модуль централизованной системы управления силовым агрегатом и (или) вспомогательными системами транспортного средства.

ЭБУ является неотъемлемой частью любого современного двигателя, на него возлагается управление основными и вспомогательными системами силового агрегата:

• В бензиновых моторах — управление системой зажигания;
• В инжекторных и дизельных моторах — управление впрыском топлива;
• Управление дроссельной заслонкой и регулирование состава топливно-горючей смеси;
• Управление газораспределительным механизмом (установка фаз газораспределения);
• Регулирование состава отработавших газов;
• Управление вспомогательными системами двигателя — системой охлаждения (включение/выключение вентилятора, управление клапанами и т.д.), смазки и другими;
• Управление системами экологии двигателя — рециркуляции отработавших газов, улавливания паров бензина и другими;
• Управление прочими системами автомобиля, связанными с силовым агрегатом;
• Диагностика систем двигателя и его отдельных элементов.

Электронный блок выполняет управление всеми системами в режиме реального времени в зависимости от текущих условий — оборотов двигателя и динамики их изменения, положения дроссельной заслонки, температуры окружающей среды, скоростного режима и т.д. Все данные о текущих условиях поступают на ЭБУ от датчиков, они подвергаются обработке в соответствии с алгоритмами и используются для управления исполнительными механизмами и устройствами. Подробнее о работе ЭБУ и связанных с ним датчиков и исполнительных устройств рассказано ниже.

Блок управления двигателем обеспечивает работу силового агрегата и функционирование всего транспортного средства, поэтому при появлении любых неисправностей он должен быть отремонтирован или заменен. Но прежде, чем покупать данное устройство, нужно разобраться в его типах, устройстве и принципах работы.

Типы, конструкция и характеристики блоков управления двигателем

Все ЭБУ двигателя можно разделить на три группы по функционалу:

• Модули управления двигателем без дополнительного функционала;
• Раздельные блоки управления отдельными системами силового агрегата;
• Комбинированные блоки управления двигателем и сопряженными с ним системами.

Схема электронной системы управления бензиновым инжекторным двигателем

Устройства первого типа — это обычные модули управления двигателем, берущие на себя все указанные выше обязанности. ЭБУ этого типа могут иметь различный функционал, характеристики и применимость, например — для дизельных и бензиновых двигателей, для моторов с различным типом впрыска (одновременным, фазированным, попарно-параллельным, комбинированным), различных экологических классов и т.д.

Устройство второго типа — это отдельные модули, управляющие только одной или несколькими системами двигателя. Как правило, такие ЭБУ используются для управления системой охлаждения (или отдельно вентилятором) и некоторыми другими. Устройства третьего типа объединяют в себе несколько модулей, наиболее часто — блок управления двигателем и трансмиссией (PCM), но существуют и ЭБУ с более широким функционалом.

Все ЭБУ, независимо от типа и конструкции, имеют две взаимосвязанных составляющих:

• Аппаратное обеспечение — микроконтроллер, входные и выходные устройства, прочее «железо»;
• Программное обеспечение (ПО) — программы с алгоритмами, заложенные в микроконтроллер для выполнения поставленных перед ним задач.

Основу ЭБУ составляет микроконтроллер — микросхема, в которой объединены микропроцессор, модули оперативной и постоянной памяти (ОЗУ и ПЗУ) и необходимые периферийные устройства. В сущности, это готовый компьютер, собранный в одной микросхеме, и решающий строго определенный круг задач.

Также в аппаратное обеспечение модуля управления двигателем входят:

• Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) — схема, преобразующая поступающий от датчиков аналоговый сигнал в цифровую форму, удобную для обработки микроконтроллером;
• Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) — схема, преобразующая поступающий от микроконтроллера цифровой сигнал в аналоговый вид, удобный для обработки исполнительными устройствами и механизмами;
• Схемы преобразования сигналов в соответствии с используемы протоколом обмена данными (CAN, LIN и другими), построенные на специализированных микросхемах;
• Схемы питания и вспомогательные блоки, обеспечивающие бесперебойную работу микроконтроллера, преобразователей и контроллера в целом.

Программное обеспечение ЭБУ — это встроенные в микроконтроллер программы с алгоритмами, на основе которых осуществляется обработка сигналов от датчиков и подача команд на исполнительные устройства. ПО состоит из двух основных блоков:

• Функциональный — блок основных алгоритмов, осуществляющих получение и обработку данных от датчиков и формирование управляющих сигналов, поступающих на исполнительные устройства;
• Контрольно-вычислительный — блок алгоритмов, с помощью которых проверяется работа ЭБУ, корректность формируемых управляющих сигналов, корректировка этих сигналов и т.д. В случае проблем данный блок может переводить ЭБУ и двигатель в аварийный режим работы, либо вовсе отключать их.

Блок управления программируется под определенный двигатель в соответствии с его характеристиками и особенностями эксплуатации. Обычно программирование осуществляется на заводе-изготовителе двигателя или автомобиля, однако при необходимости ЭБУ может быть перепрограммирован.

Протокол CAN

ЭБУ соединяется с датчиками и исполнительными устройствами с помощью шин, обмен данными по которым осуществляется в соответствии с тем или иным протоколом. Сегодня наиболее распространены протоколы CAN (Controller Area Network) и LIN (Local Interconnect Network), первый чаще используется на зарубежных автомобилях, второй — на отечественных.

Модуль управления двигателем соединен с множеством датчиков — датчиком положения коленчатого вала (ДКПВ), температуры двигателя, кислорода (лямбда-зондом), расхода воздуха, положения дроссельной заслонки, детонации и другими. Выходные сигналы от контроллера поступают на различные устройства — топливные форсунки, блок зажигания, клапан рециркуляции отработавших газов, реле включения и выключения различных агрегатов, блоки управления топливным насосом и другими агрегатами. Также ЭБУ может обмениваться данными с другими системами — трансмиссией, антиблокировочной системой тормозов, системами безопасности и комфорта, и т.д.

Развитие технологий, микроэлектроники и программирования привели к миниатюризации ЭБУ с одновременным увеличением их возможностей. Современный модуль управления двигателем — это компактный блок, имеющий низкое энергопотребление и высокую надежность. ЭБУ, в зависимости от назначения, может иметь питание 6, 12 и 24 В, и оснащаться разнообразными разъемами для подключения датчиков и шин.

Вопросы выбора, замены и настройки блока управления двигателем

Прежде, чем менять или ремонтировать ЭБУ, необходимо убедиться, что именно он является причиной неудовлетворительной работы силового агрегата. О неисправности блока управления говорят некорректное функционирование отдельных систем двигателя, невозможность запуска мотора, плохая управляемость двигателя (не слушается педали газа и т.д.) и другие. Также о поломке могут оповещать соответствующие индикаторы на приборной панели. Во всех этих и многих других ситуациях необходимо выполнить диагностику блока, и в случае неисправности выполнить его замену или ремонт.

ЭБУ двигателя — сложное устройство, ремонт которого доступен только специалистам, поэтому при поломке данного модуля следует обратиться в сервисный центр или к мастерам с соответствующей квалификацией. Самостоятельно выполнять ремонт, замену и настройку ЭБУ рекомендуется только при наличии необходимых знаний и в случае, если у транспортного средства уже закончился гарантийный срок.

В случае полной замены ЭБУ необходимо использовать устройство того же типа и модели, что было установлено на автомобиле ранее. В ряде случаев возможно применение блоков другой модели, однако новое устройство должно обладать тем же функционалом и характеристиками, что и старое. Отдельное внимание при выборе необходимо уделять используемому в ЭБУ протоколу передачи данных — CAN или LIN. Подключить к ЭБУ с шиной CAN устройство, использующее шину LIN, и наоборот, напрямую невозможно, а применение адаптеров значительно повышает стоимость и трудозатраты.

С осторожностью следует прибегать к перепрограммированию ЭБУ при монтаже вспомогательных систем и тюнинге двигателя. Для выполнения данной операции должно использоваться специальное оборудование с лицензионным ПО, в противном случае возможны проблемы и поломки.

При правильном выборе, ремонте или замене ЭБУ силовой агрегат будет надежно и уверенно работать в любых условиях.