Электронная система управления двигателем

Содержание

Может, обойдёмся без электроники?

Так ради чего затеяны все эти сложности с электроникой?

Во-первых, эффективный контроль над параметрами двигателя обеспечивает его надёжную и долговечную работу. Во-вторых, появилась возможность создавать поистине экономичные и экологичные агрегаты.

Достигаются эти плюшки путём комплексного и всеобъемлющего управления величиной крутящего момента мотора. В зависимости от того, в каком режиме функционирует двигатель (запуск, холостой ход, агрессивное движение, переходной режим во время переключения передачи и т.д.) формируется различное наполнение цилиндров воздушно-топливной смесью, а также регулируются углы опережения зажигания.

По всей видимости, уважаемые читатели, электроника в дальнейшем будет лишь усложняться и усложняться, а забот у водителя наоборот – со временем становиться всё меньше. Наверное, такие перспективы могут только радовать, или нет?

Оставляйте ваши комментарии, подписывайтесь на рассылку и изучайте автомобили вместе с нами!

Системы двигателя

Вышеописанное представляет собой БЦ (блок цилиндров) и КШМ (кривошипно-шатунный механизм). Помимо этого современный ДВС состоит и из других вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:

ГРМ (механизм регулировки фаз газораспределения);
Система смазки;
Система охлаждения;
Система подачи топлива;
Выхлопная система.

ГРМ — газораспределительный механизм

Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:

Распределительный вал;
Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками;
Детали привода клапанов;
Элементы привода ГРМ.

ГРМ приводится в действие от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их.

Система смазки

В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки. Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей. Систему смазки двигателя автомобиля образуют:

Масляный картер (поддон);
Насос подачи масла;
Масляный фильтр с редукционным клапаном;
Маслопроводы;
Масляный щуп (индикатор уровня масла);
Указатель давления в системе;
Маслоналивная горловина.

Система охлаждения

Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси. Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости. Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:

Рубашка охлаждения двигателя;
Насос (помпа);
Термостат;
Радиатор;
Вентилятор;
Расширительный бачок.

Система подачи топлива

Система питания для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:

Топливный бак;
Датчик уровня топлива;
Фильтры очистки топлива — грубой и тонкой;
Топливные трубопроводы;
Впускной коллектор;
Воздушные патрубки;
Воздушный фильтр.

В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки. Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом.

Выхлопная система

Система выхлопа предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:

Выпускной коллектор;
Приемная труба глушителя;
Резонатор;
Глушитель;
Выхлопная труба.

В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов. Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем. Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель. Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.

Источник

Диагностика бортового компьютера

ЭСУД — тоже компьютер. Он функционирует на основе анализа данных, получаемых со всех электронных датчиков. Каждой неисправности при этом присваивается свой код.

Как это происходит, демонстрирует данная я схема:

Для считывания данных с контроллера может быть использован сканер, который подключается к специальному разъёму OBD-2 в салоне автомобиля или к аналогичному разъёму под капотом.

Сканер «снимает» все коды ЭБУ. Затем они анализируются при помощи специальной программы, предназначенной для исследуемой модели автомашины.

Метод анализа — сравнение существующих данных с номиналом и выявление причины какого-либо сбоя системы и оптимальные способы устранения неполадок.

наличие электропитания в блоке;
цельность электропроводки;
исправность разъёмов, предохранителей, а также все контакты (они не должны быть окисленными);
связь контроллера с датчиками.

Если с датчиками связь отсутствует даже при нормальном функционировании всего остального, ЭБУ не исправен и нуждается в ремонте или замене.

Принцип работы ЭБУ двигателя

ЭБУ получает информацию от различных датчиков на двигателе, сравнивает эту информацию с заранее заданной программой, прошитой производителем, а затем отправляет выходные сигналы на свечи зажигания, топливные форсунки и другие узлы, чтобы двигатель работал с максимальной эффективностью.

Все это происходит сотни раз в секунду. ЭБУД постоянно отслеживает температуру воздуха, положение двигателя с помощью датчиков положения распредвала и коленвала, а также содержание кислорода в выхлопных газах, одновременно работая над регулировкой топливной-воздушной смеси и опережения зажигания, чтобы получить максимальную отдачу в каждом цикле сгорания.

Принцип работы ЭБУ такой же, как у вашего домашнего компьютера или ноутбука.

Он состоит из программной и аппаратной части. В блоке управления есть микропроцессор, который может в реальном времени анализировать и обрабатывать информацию, поступающую от различных датчиков, и вносить любые необходимые корректировки.

По мере необходимости программное обеспечение ЭБУ может быть обновлено путем перепрограммирования. Это не требует каких-либо внутренних изменений в контроллере.

Системы нагнетательных насосов

Системы впрыска, с которыми работает EDC, разнообразны, что объясняется широким спектром применений дизельного двигателя. В частности, системы Common Rail (преобладающие в легковых автомобилях), и , системы насос-форсунка с отдельными насосами и комбинированные агрегаты.

Механические нагнетательные насосы с электронной поддержкой предлагают преимущества, когда требуются надежность и механический резервный уровень (аварийный режим).

Системы насос-форсунка обслуживаются EDC в различных исполнениях. В «Системе насосных агрегатов» (UIP) насос отделен от форсунки, например, как вставной насос на распредвале ниже, который соединен с форсункой в головке блока цилиндров через линию высокого давления. Комбинированные агрегаты называются «системой насос-форсунок» (UIS) и напрямую приводятся в действие, например, верхним распределительным валом (особенно в дизельных двигателях VW Group с середины 1990-х годов, снятых с производства с 2010 года).

Значительные различия в деталях возникают в результате использования магнитных или пьезоинжекторов. Отличия заключаются в электронике в блоке управления, а также в обширных программных функциях для управления или корректировки форсунок.

Сроки форсунок
Блок питания для управления форсунками
Различные коррекции и функции коррекции (температура, напряжение питания, дрейф, …)

Многие другие задачи блока управления в значительной степени не зависят от системы впрыска.

Диагностика

Помимо автоматической проверки правильности работы контроллера ЭСУД, специалисты рекомендуют проводить регулярную диагностику системы. В среднем техническое обслуживание следует проводить каждые 15 000 километров. Диагностика ECM выполняется с помощью специального тестера, подключенного к специальному разъему. Иногда используется беспроводной адаптер, использующий специальный протокол.

Перед тестированием сканером необходимо проверить питание системы и отдельных ее фрагментов. Причиной неисправности может стать повреждение электропроводки, короткие замыкания, коррозия, различные помехи.

Как информация от датчиков, попадает в ЭБУ?

Здесь на помощь приходит шина CANBus. CANBus — это сокращение от Controller Area Network Bus, и она разработана, чтобы позволить нескольким модулям управления и датчикам в автомобиле связываться и обмениваться информацией друг с другом на суперскоростях.

Такая информация, как частота вращения колес и положение дроссельной заслонки, требуется нескольким блокам управления для обеспечения правильной работы автомобиля, а система CANBus позволяет быстро обмениваться этой информацией.

Эта система используется всеми производителями, поскольку она требуется для бортовой диагностики (OBD2) и является обязательным требованием с конца 90-х годов.

OBD-II позволяет подключить диагностический прибор к автомобилю и считать коды неисправностей, хранящиеся в блоках управления. Ошибки можно сканировать обычным смартфоном со специальной программой и блютуз или wi-fi адаптером.

Диагностика

Помимо автоматической проверки корректности функционирования ЭСУД, специалисты рекомендуют проводить регулярное диагностирование системы. В среднем обслуживание стоит делать каждые 15 тыс км пробега. Диагностика ЭСУД проводится с помощью специального тестера, подключаемого в специальный разъем. Иногда используется беспроводной адаптер, использующий специальный протокол.

Перед проведением тестов с помощью сканера, надо проверить питание системы и ее отдельных фрагментов. Причиной неисправности может быть поврежденная электропроводка, короткие замыкания, коррозия, различные помехи.

Местоположение ЭБУ

Блок управления автоматической коробкой может располагаться:

непосредственно в корпусе АКПП;
вне таковой.

Первый вариант позволяет существенно уменьшить количество проводки в автомобиле, поскольку меньше проводных «жгутов» идет от электронного мозга ЭБУ к датчикам. Но есть и минусы:

тяжелый температурный режим. Коробка в процессе работы существенно нагревается, что негативно влияет на тонкую электронную начинку платы контроллера ЭБУ;
затруднения при ремонте: любая операция с ЭБУ требует разбора коробки, что делает ремонт сложнее и дороже.

Пример локации ЭБУ внутри коробки:

Внешнее расположение ЭБУ лишено недостатков внутреннего: не такие высокие температуры, можно дополнительно защитить ЭБУ от влаги и прочих негативных воздействий. Кроме того, облегчается доступ к блоку для сервисно-ремонтных операций, и у инженеров есть возможность расположить ЭБУ удобным образом

Но есть и минус: при такой компоновке ЭБУ приходится протягивать длинные жгуты проводов, чтобы связать воедино ЭБУ, датчики и сервоприводы.

Диагностика

Общее определение

Под электронным блоком управления подразумевают любую систему на микропроцессоре, которая отвечает за работу той или иной электрической компоненты автомобиля (или нескольких подсистем). Часто в англоязычной литературе встречается термин ECU, что расшифровывается как Electronic Control Unit.

Выделяют виды блоков:

просто ECU – управляющий любой подсистемой ЭБУ, кроме двигателя;
ECM – модуль, отвечающий за двигатель (по-английски Engine Control Module);
объединенный моторно-трансмиссионный ЭБУ, управляющий и КПП, и двигателем;
систему управления тормозами;
блок управления автоматической коробкой передач;
ЭБУ контроля подвески;
центральный ЭБУ управления и блок синхронизации;
главный ЭБУ;
и пр.

Всего контроллеров в современном продвинутом автомобиле, оснащенном по последнему слову инженерной техники, бывает до 80, и более. Все вместе ЭБУ составляют единую систему – автомобильный компьютер.

Важным элементом ЭБУ является его программное обеспечение («прошивка»). Она отвечает за логику работы компонентов, и модификация прошивки ЭБУ способна существенно изменить эксплуатационные характеристики машины. Это часто используется любителями тюнинга и гонщиками, программно усиливающими те или иные стороны своего «железного коня» — оптимизирующими расход топлива, параметры разгона, и многое другое.

Принцип работы блока управления двигателем

При использовании данного устройства производится оптимизация важнейших параметров:

потребление топлива;
расход машинного масла;
характеристики мощности;
крутящий момент, влияющий на разгон автомобиля;
количество отравляющих компонентов, находящихся в выхлопных газах.

Датчики посылают информацию на контроллер в виде цифровых сигналов. Контрольный и функциональный модули вычисления, входящие в программное обеспечение, анализируют сигналы датчиков и корректируют работу исполнительных устройств. Выходные сигналы в процессе корректировок могут даже привести дизельный двигатель к полной остановке.

Объединение всех блоков управления в общую систему производится при помощи специальной шины.

Какие датчики использует ЭБУД

Для полноценного управления двигателем ЭБУ требуется много входных данных. Эта информация поступает от множества датчиков. Вот основные из них.

ДАД (Датчик Абсолютного Давления) или MAP сенсор (Manifold Absolute Pressure).
Датчик температуры всасываемого воздуха — IAT.
ДМРВ (Датчик Массового Расхода Воздуха) или MAF сенсор (Mass Air Flow).
ДПКВ (Датчик Положения Коленвала) или CKP (Crankshaft position sensor).
ДПРВ (Датчик Положения Распредвала) или CMP (camshaft position sensor).
ДТОЖ (Датчик Температуры Охлаждающей Жидкости).
ДК (датчик кислорода).
ДПДЗ (Датчик Положения Дроссельной Заслонки) или TP (throttle position).
ДС (Датчик Скорости) или VSS (Vehicle Speed Sensor).
ДД (Датчик детонации).
Положение педали акселератора — APP.
Датчик хладагента.

Система управления двигателем

Системой управления двигателем называется электронная система управления, которая обеспечивает работу двух и более систем двигателя. Система является одним из основных электронных компонентов электрооборудования автомобиля.

Генератором развития систем управления двигателем в мире является немецкая фирма Bosch. Технический прогресс в области электроники, жесткие нормы экологической безопасности обусловливают неуклонный рост числа подконтрольных систем двигателя.

Свою историю система управления двигателем ведет от объединенной системы впрыска и зажигания. Современная система управления двигателем объединяет значительно больше систем и устройств. Помимо традиционных систем впрыска и зажигания под управлением электронной системы находятся: топливная система, система впуска, выпускная система, система охлаждения, система рециркуляции отработавших газов, система улавливания паров бензина, вакуумный усилитель тормозов.

Термином «система управления двигателем» обычно называют систему управления бензиновым двигателем. В дизельном двигателе аналогичная система называется система управления дизелем.

Система управления двигателем включает входные датчики, электронный блок управления и исполнительные устройства систем двигателя.

Входные датчики измеряют конкретные параметры работы двигателя и преобразуют их в электрические сигналы. Информация, получаемая от датчиков, является основой управления двигателем. Количество и номенклатура датчиков определяется видом и модификацией системы управления. Например, в системе управления двигателем Motronic-MED применяются следующие входные датчики: давления топлива в контуре низкого давления, давления топлива, частоты вращения коленчатого вала, Холла, положения педали акселератора, расходомер воздуха (при наличии), детонации, температуры охлаждающей жидкости, температуры масла, температуры воздуха на впуске, положения дроссельной заслонки, давления во впускном коллекторе, кислородные датчики и др. Каждый из датчиков используется в интересах одной или нескольких систем двигателя.

Электронный блок управления двигателем принимает информацию от датчиков и в соответствии с заложенным программным обеспечением формирует управляющие сигналы на исполнительные устройства систем двигателя. В своей работе электронный блок управления взаимодействует с блоками управления автоматической коробкой передач, системой ABS (ESP), электроусилителя руля, подушками безопасности и др.

Исполнительные устройства входят в состав конкретных систем двигателя и обеспечивают их работу. Исполнительными устройствами топливной системы являются электрический топливный насос и перепускной клапан. В системе впрыска управляемыми элементами являются форсунки и клапан регулирования давления. Работа системы впуска управляется с помощью привода дроссельной заслонки и привода впускных заслонок.

Катушки зажигания являются исполнительными устройствами системы зажигания. Система охлаждения современного автомобиля также имеет ряд компонентов, управляемых электроникой: термостат (на некоторых моделях двигателей), реле дополнительного насоса охлаждающей жидкости, блок управления вентилятора радиатора, реле охлаждения двигателя после остановки.

В выпускной системе осуществляется принудительный подогрев кислородных датчиков и датчика оксидов азота, необходимый для их эффективной работы. Исполнительными устройствами системы рециркуляции отработавших газов являются электромагнитный клапан управления подачей вторичного воздуха, а также электродвигатель насоса вторичного воздуха. Управление системой улавливания паров бензина производится с помощью электромагнитного клапан продувки адсорбера.

Принцип работы системы управления двигателем основан на комплексном управлении величиной крутящего момента двигателя. Другими словами, система управления двигателем приводит величину крутящего момента в соответствия с конкретным режимом работы двигателя. Система различает следующие режимы работы двигателя:

запуск;
прогрев;
холостой ход;
движение;
переключение передач;
торможение;
работа системы кондиционирования.

Изменение величины крутящего момента производиться двумя способами — путем регулирования наполнения цилиндров воздухом и регулированием угла опережения зажигания.

Источник

Поршень двигателя состоит из трех основных частей:

Днище поршня (воспринимает газовые силы и тепловую нагрузку);
Уплотняющая часть поршня (поршневые кольца, которые препятствуют прорыву газов в картер и передают большую часть тепла от поршня цилиндру двигателя);
Направляющая часть поршня (юбка) — поддерживает положение поршня и передаёт боковую силу на стенку цилиндра.

В обиходе автомобилистов часто встречается такое название, как головка поршня. Головкой поршня называют днище поршня с его уплотняющей частью.

Днище поршня

Основная рабочая поверхность детали, которая вместе со стенками гильзы цилиндров и головкой блока формирует камеру сгорания, в которой и происходит сгорание горючей смеси. Днище поршня может иметь различную конструкцию в зависимости от типа и особенностей двигателя.

Виды поршней

В двухтактных двигателях применяются поршни со сферической формой днища, что приводит к повышению эффективности наполнения камеры сгорания горючей смесью и улучшает отвод отработанных газов.

В четырехтактных бензиновых двигателях днище имеет плоскую или вогнутую форму. Углубления – выемки служат для улучшения смесеобразования и уменьшают вероятность столкновения поршня с клапаном.

В дизельных моторах углубления в днище более габаритные и имеют различные формы. Такие выемки называют поршневой камерой сгорания. В процессе работы в поршневых камерах сгорания создаются завихрения, которые способствуют улучшению качества смешивания топлива с воздухом.

Уплотняющая часть поршня

Уплотняющая часть поршня предназначена для установки компрессионных и маслосъемных колец, которые предназначены для устранения зазора между поршнем и стенкой гильзы цилиндров.

Уплотняющая часть представляет собой проточки (канавки) в цилиндрической поверхности поршня. В двухтактных двигателях в проточки вставляются специальные вставки, в которые упираются замки колец, благодаря которым кольца не прокручиваются.

Число канавок, на уплотняющей части поршня, соответствует количеству поршневых колец. Чаще всего применяется конструкция с тремя кольцами — двумя компрессионными и одним маслосъемным. В канавке под маслосъемное кольцо имеются специальные отверстия для стека масла, которое снимается маслосъемным кольцом со стенки гильзы цилиндра.

Неисправности и их причины

Выявление неисправностей ЭСУД можно начинать после обнаружения ряда признаков. Во-первых, при включении зажигания все лампочки сигнализатора системы должны загореться одновременно, таким образом система проверяет свой диагностический механизм. После запуска двигателя все должны одновременно потухнуть. Если какая-то из них загорается во время движения, это сигнализирует о проблемах в ДВС. В лучшем случае система может отключить двигатель, чтобы избежать тяжелых поломок. Список негативных ситуаций, в которым ведет неисправность ЭСУД, велик – может воздушить система охлаждения, не работать печка или термостат.

В основном причинами неисправностей бывают:

Поломка датчиков, отправляющих в ЭСУД данные.
Поломки в самом блоке управления.
Поломки исполнительных устройств системы управления (рост сопротивления, обрыв обмотки электромагнитного клапана и т.д.).
Повреждение электропроводки.
Вмешательство посторонних в устройство электронных систем, вследствие чего могло произойти нарушение их целостности.

Часто ЭСУД ломается из-за механических повреждений. Это может быть не обязательно удар, для причинения вреда системе хватит сильной вибрации. Далее по проценту вероятности повреждения ЭСУД следуют: резкий перепад температур, коррозия, попадание влаги под защитный кожух из-за разгерметизации устройства. Также нередко корректная работа системы нарушается из-за некомпетентного вмешательства в ее функционирование.

Ремонт системы можно доверять только специалистам.

Система пуска двигателя: конструктивные особенности и принцип действия электрического запуска ДВС

Начнем с того, что на раннем этапе двигатели автомобиля запускались вручную. Для этого использовалась особая заводная рукоятка, которая вставлялась в специальное отверстие, после чего водитель самостоятельно проворачивал коленчатый вал.

В дальнейшем появилась система электрического пуска, которая в самом начале была не совсем надежной. По этой причине на многих моделях электрический пуск комбинировали с возможностью ручного запуска, что давало возможность запустить двигатель в случае возникновения проблем с электрозапуском. Затем от такой схемы полностью отказались, так как общая надежность электрических систем значительно возросла.

Итак, система запуска (часто называется стартерная система пуска двигателя) состоит из механических и электрических узлов и агрегатов. Как уже было сказано, главной задачей является проворачивание двигателя для запуска.

Основными элементами в схеме электрического пуска двигателя выступают:

В двух словах, стартерная цепь фактически является электроцепью, по которой электрический ток подается от АКБ к стартеру. В такую цепь входит провод, который соединяет аккумулятор и стартер, «масса» на кузов автомобиля, а также различные клеммы и соединения, по которым идет пусковой ток.

Что касается аккумулятора, основной задачей является обеспечение необходимого напряжения для работы стартера

Важно, чтобы АКБ имела нужную емкость и уровень заряда не ниже 70%, что позволяет стартеру прокручивать коленвал ДВС с необходимой для запуска частотой

Стартер представляет собой электромотор. На валу стартера установлена шестерня, которая после подачи напряжения на стартер входит в зацепление с зубчатым венцом на маховике двигателя. Так реализована передача крутящего момента от стартера на коленвал двигателя.

Еще отметим, что стартер потребляет большой пусковой ток. При этом для включения и выключения стартера используется слаботочный переключатель, более известный как замок зажигания. Данный элемент осуществляет управление специальным реле, а также блокировочными выключателями стартера (при наличии).

Вернемся к общему устройству элементов системы. Как уже говорилось, стартер с тяговым реле представляет собой электродвигатель постоянного тока. Стартер состоит из статора, который является корпусом, ротора (якорь), а также щеток со щеткодержателем, тягового реле и механизма привода.

Тяговое реле обеспечивает питание обмоток стартера, а также позволяет работать механизму привода. Указанное тяговое реле включает в себя обмотку, якорь, контактную пластину. Электрический ток подается на тяговое реле через специальные контактные болты.

Механизм привода нужен для передачи крутящего момента от стартера на коленвал. Основными элементами конструкции является рычаг привода или вилка, которая имеет поводковую муфту, демпферная пружина, а также обгонная муфта и ведущая шестерня. Указанная шестерня входит в зацепление с зубчатым венцом маховика, который установлен на коленвалу. Замок зажигания после поворота ключа в положение «старт» отвечает за подачу постоянного тока от АКБ на тяговое реле стартера.