Что такое и для чего нужен ЭБУ в автомобиле?

Блок управления двигателем – краеугольный камень современной системы питания ДВС. Именно внутри ECU (Engine Control Module) обрабатываются сигналы датчиковой аппаратуры и генерируются команды для исполнительных механизмов. Момент искрообразования, время открытия форсунок, работа клапана продувки адсорбера, ЕГР и других элементов зависят от корректной работы ЭБУ. Рассмотрим, как работает электронная система управления двигателем (ЭСУД), устройство, принцип работы ее основных компонентов, а также  их распространенные неисправности.

Как устроен ECU?

1. Микропроцессор – сердце любого блока управления (БУ). Принцип работы блока управления двигателем построен на обработке процессором цифровых сигналов и выборе алгоритма управления исполнительными устройствами.
2. Порты входных сигналов с датчиков.
3. Аналогово-цифровой преобразователь. Микропроцессор не может обрабатывать аналоговые сигналы, поэтому предназначение АЦП в перекодировании их в цифровой вид. Аналогично трансформируются импульсные сигналы с индуктивных датчиков частоты вращения.
4. Задающие каскады. В задающих каскадах управляющие импульсы с микропроцессора трансформируются в силовые сигналы, с помощью которых ЭБУ управляет исполнительными устройствами. Примером задающего каскада можно считать работу силовых ключей, отвечающих за подачу напряжения на первичную обмотку катушек зажигания.
5. Блок текущего контроля. Отслеживает нарушение функций электронных компонентов внутри блока, аномалии в показаниях датчиков, а также нарушение протекания тока в сигнальных и силовых цепях. Благодаря самодиагностике становится возможной диагностика ЭБУ, чтение кодов неисправности, просмотр фактических параметров.
6. Блок связи с другими электронными блоками внутри автомобиля и диагностическим интерфейсом. Многие данные с блока управления двигателем применяются в работе блока управления АКПП, системы ABS, ESP, ASR и т.п. В современных авто для общения между блоками используют шины данных разных уровней.

Конструкция ЭБУ невозможна без блока питания, который при необходимости подстраивает питание бортовой сети автомобиля под особенности работы элементов внутри блока. В цепи питания присутствуют и защитные компоненты, предохраняющие ECU от скачков напряжения, переполюсовки.

Виды входных и выходных сигналов

ECU обрабатывает всего несколько типов входных сигналов:

• цифровой сигнал (имеет всего два уровня – «высокий» и «низкий»). Еще такой сигнал называется логическим, так как он имеет всего два значения – истина или ложь (true/false), логический 0 либо логическая 1;
• импульсный сигнал — кратковременное изменение физической величины. К примеру, по количеству импульсов с датчика АБС блок управления рассчитывает скорость вращения каждого из колес;
• аналоговый сигнал – описывается функцией времени и непрерывным множеством возможных значений. В автомобиле к таким сигналам относится измерение напряжения.

Именно по падению напряжения на выводах потенциометрического датчика положения электронной педали газа ЭБУ оценивает мощность, которую хочет получить водитель от двигателя.

Задающие каскады, использующиеся для управления исполнительными механизмами, могут формировать переключающий сигнал и сигнал с широтно-импульсной модуляцией. ШИМ-сигнал характеризируется скважностью импульсов – соотношением периода импульсов к их длительности. Скважность выражается в процентах, которые показывают соотношение периода подачи напряжения к периоду обесточенного состояния. К примеру, если скважность сигнала управления регулятором холостого хода (РХХ) составляет 50%, то шток регулятора будет выдвинут на половину хода.

Тогда как широтно-импульсная модуляция позволяет гибко управлять исполнительным устройством, переключающий сигнал имеет только два состояния – включено или выключено. Таким сигналом будет включение вентилятора, муфты кондиционера и т.п.

Устройство микропроцессора

Работа микропроцессора строится вокруг 3 компонентов:

1. Оперативно-запоминающее устройство (ОЗУ/RAM). Оперативная память необходима для хранения изменяющихся данных, получаемых с датчиковой аппаратуры. Эти данные используются микропроцессором в вычислениях и хранятся только во время работы двигателя/времени включенного зажигания. К таким данным относится, к примеру, сигнал с датчика детонации, показания лямбда-зонда, на основании которых формируется кратковременная коррекция.
2. Постоянно-запоминающее устройство (ПЗУ или EEPROM) – перезаписываемая память, в которой хранится программа обработки данных и управления элементами ECU, а также важные переменные, которые нельзя потерять при отключении питания.
3. Постоянная память (ПМ или EEPROM) — хранят шифр распознавания ключа иммобилайзера, конфигурация комплектации автомобиля, коды неисправности и т.п.

На некоторых автомобилях коды неисправности двигателя хранятся в ОЗУ, поэтому при снятии клеммы они удаляются. В более современных вариантах конструкции ЭСУД для удаления кодов из EEPROM  требуется специальное диагностическое оборудование.

Межсетевой интерфейс

Многие электронные системы современного автомобиля оснащены отдельными цифровыми блоками управления. Подразумеваются не только такие важные системы как ABS, ESP, Airbag, ASR, но и компоненты, обеспечивающие комфорт и удобство при пользовании автомобилем. Речь о стеклоподъемниках, системе централизованного отпирания/запирания дверей, мультимедиа и т.п.

Для синхронизации работы отдельных блоков управления была придумана шина последовательной передачи данных. Она осуществляется по протоколу в виде обмена сообщениями между цифровыми блоками через очень короткие промежутки времени. Такой протокол можно сравнить с телефонной конференцией, где у каждого абонента есть уровень приоритетности для вещания. К примеру, исправность системы ABS важнее для безопасной эксплуатации автомобиля, нежели плавность переключения передач в АКПП, а поэтому сообщения от блока АБС будут иметь более высокую степень приоритетности.

В современных автомобилях могут совместно работать сразу несколько обособленных шин данных:

• шина силового агрегата (ЭБУ двигателя, АКПП, АБС и т.п.);
• CAN-шина системы «Комфорт» (стеклоподъемники, замки дверей);
• CAN-шина информационно-командной системы (мультимедиа, навигация, комбинация приборов).

К привычной уже CAN-шине все чаще внедряются новые виды межсетевого интерфейса: однопроводная шина Lin, оптоволоконная шина MOST, беспроводная шина Bluetooth.

Видео: Система управления двигателем: обзор ЭБУ.

Неисправности ЭБУ

• коррозия места пайки, короткое замыкание между выводами элементов на плате по причине попадания внутрь влаги. Контроллер ЭБУ помещен в герметичный корпус, который должен препятствовать прониканию воды внутрь блока. Указанные выше неисправности чаще всего возникают после вскрытия блока для осмотра/ремонта, так как восстановить заводскую герметичность довольно сложно. Чаще всего блок управления двигателем находится в подкапотном пространстве – далеко не самой благоприятной среде для контроллеров. Реже производитель размещает ECU под жабо стеклоочистителей, за подкрылками или в салоне;
• нарушение работы компонентов ЭБУ из-за попадания внутрь масла, антифриза. Из-за капиллярного эффекта нередки случаи, когда моторное масло или трансмиссионная жидкость проникает внутрь блока, стекая или даже поднимаясь по проводам вверх к разъему;

На некоторых автомобилях неудачное месторасположение блока управления предопределяет причину его поломки. К примеру, ECU на автомобилях Лада Калина установлен под радиатором печки. Поэтому в случае протекания последнего антифриз попадает внутрь блока и выводит его из строя.

• трещины пайки элементов печатной платы. Возникают вследствие постоянных перепадов температуры, вибраций. Некоторые производители устанавливают ECU на двигатель, что усугубляет влияние негативных факторов и становится главной причиной поломки ЭБУ двигателя;

Пожалуй, наиболее ярким примером такой конструктивной недоработки могут послужить двигатели X16XER, X18XER от Opel. Расположение ECU на двигателе приводит к отламыванию перемычек между пинами разъема и выводами  печатной платы. Нередко ЭБУ на авто с такими моторами выходят из строя на пробегах до 150-200 тыс.км.

• перегорание элементов на плате вследствие короткого замыкания, неправильного подключения АКБ, перенапряжения в бортовой сети;
• окисление пинов в контактном разъеме, загибание контактов после неаккуратной установки разъема ECU.

Диагностика и ремонт

Ремонт ECU требует как минимум базовых знаний схемотехники и хороших навыков пайки. Конечно, и без глубоких знаний вы увидите окислы, трещины на пайке, перегоревшую дорожку или вздутый конденсатор. Если блок не подлежит восстановлению, на корпусе всегда нанесена маркировка ЭБУ, которая поможет подобрать вам контроллер для замены.