Системы управления двигателем: подробное описание

Производительность и выбросы, которые обеспечивают сегодняшние двигатели, были бы невозможны без электроники, управляющей всем: от зажигания и подачи топлива до каждого аспекта контроля выбросов. Электроника делает возможными двигатели V8, которые обеспечивают отличную производительность, хорошую экономию топлива и практически не загрязняют окружающую среду. Но за современные технологии приходится платить, и это сложность.

Многие модули управления силовыми агрегатами ( ЭБУ) сегодня имеют 16-битные и даже 32-битные процессоры. Несмотря на то, что
ЭБУ не такие мощные, как последние настольные персональные компьютеры, они все равно могут обрабатывать много информации. Говорят, что современные автомобильные ЭБУ обладают большей вычислительной мощностью, чем основные процессоры космического челнока. Страшно подумать, не так ли?

Требуется ли ученый, занимающийся ракетостроением, для устранения неисправностей и устранения проблем управляемости в современных автомобилях? Нет, но для этого требуются некоторые знания, опыт и диагностическое оборудование, которое может получить доступ к бортовой электронике.

В двух словах о ЭБУ

Внешне большинство ЭБУ выглядят одинаково: просто металлическая коробка с несколькими разъемами на ней. Работа ЭБУ состоит в том, чтобы управлять трансмиссией. Это включает в себя систему зажигания двигателя, систему впрыска топлива и контроль выбросов.
ЭБУ получает входные сигналы от самых разных датчиков и переключателей. Некоторые из наиболее важных будут обсуждаться в следующих параграфах.

Электронный блок управления

Датчики авто

Датчик кислорода дает информацию о топливной смеси. ЭБУ использует это для постоянной перестройки и точной настройки соотношения воздух / топливо. Это сводит к минимуму выбросы и расход топлива. Плохой датчик O2 обычно приводит к тому, что двигатель работает богато, расходуется больше топлива и загрязняется. Датчики O2 портятся с возрастом и могут быть загрязнены, если в двигателе сгорает масло или возникает утечка охлаждающей жидкости.

На автомобилях 1996 года и новее за каталитическим нейтрализатором также имеется дополнительный датчик O2 для контроля эффективности конвертера.

Хотя большинство датчиков O2 не имеют рекомендуемого интервала замены (заменяйте только «по мере необходимости»), вялые датчики O2 можно заменить, чтобы восстановить как новые характеристики. Необогреваемые одно- или двухпроводные датчики O2 в приложениях с 1976 по начало 1990-х годов можно заменять через каждые 30 000–50 000 миль. Подогреваемые трех- и четырехпроводные датчики O2 в приложениях середины 1980-х и середины 1990-х годов можно менять через каждые 60 000 миль. А на автомобилях, оснащенных OBD ​​II, датчик можно заменить, когда он увидит 100 000 миль.

Датчик охлаждающей жидкости контролирует температуру двигателя. ЭБУ использует эту информацию для регулирования широкого спектра функций зажигания, контроля топлива и выбросов. Например, когда двигатель холодный, топливная смесь должна быть богаче, чтобы улучшить управляемость. Как только двигатель достигает определенной температуры, ЭБУ начинает использовать сигнал от датчика O2 для изменения топливной смеси. Это называется «замкнутым циклом», и необходимо свести к минимуму выбросы.

Датчик охлаждающей жидкости

Датчик положения дроссельной заслонки (ДППЗ) информирует ЭБУ о положении дроссельной заслонки. ЭБУ использует этот вход для изменения момента зажигания и топливной смеси при изменении нагрузки двигателя. Проблема здесь может привести к появлению плоского пятна во время ускорения (например, плохой ускорительный насос в карбюраторе), а также к другим жалобам на управляемость.


Датчик положения дроссельной заслонки

Датчик воздушного потока, который имеет несколько типов, сообщает ЭБУ, сколько воздуха всасывается двигателем во время его работы. ЭБУ использует это для дальнейшего изменения топливной смеси по мере необходимости. Существует несколько типов датчиков воздушного потока, включая датчики массового расхода воздуха с горячей проволокой и более старые датчики воздушного потока лопастного типа. Все очень дорого заменить.

Некоторые двигатели не имеют датчика воздушного потока и только оценивают, сколько воздуха фактически всасывает двигатель, отслеживая обороты двигателя и используя входные данные от датчика положения дроссельной заслонки, датчика абсолютного давления в коллекторе (MAP) и датчика температуры воздуха в коллекторе (MAT). Проблемы с датчиком воздушного потока могут привести к нарушению топливной смеси и различным проблемам с управляемостью (жесткий запуск, нерешительность, срыв, грубый холостой ход и т. д.)

Датчик положения коленчатого вала выполняет ту же функцию, что и узел подбора в двигателе с распределителем. Он выполняет две функции: он контролирует обороты двигателя и помогает компьютеру определить относительное положение коленчатого вала, чтобы ЭБУ мог контролировать момент зажигания и подачу топлива в правильной последовательности. ЭБУ также использует вход датчика вращения коленчатого вала для регулирования скорости холостого хода, что происходит путем отправки сигнала на двигатель управления холостым ходом или обводной двигатель холостого хода. На некоторых двигателях дополнительный датчик положения распределительного вала используется для обеспечения дополнительного ввода в ЭБУ информации о времени газораспределения.

Датчик абсолютного давления в коллекторе (MAP) измеряет вакуум на впуске, который ЭБУ также использует для определения нагрузки двигателя. Вход датчика MAP влияет в первую очередь на время зажигания, а также на подачу топлива.

Датчик map

Датчики детонации используются для обнаружения вибраций, вызванных детонацией. Когда ЭБУ получает сигнал от датчика детонации, он на мгновение задерживает синхронизацию, когда двигатель находится под нагрузкой, для защиты двигателя от искрового детонации.

Датчик положения EGR сообщает ЭБУ, когда открывается клапан рециркуляции отработавших газов (EGR) (и в каком объеме). Это позволяет ЭБУ обнаруживать проблемы с системой EGR, которые могут увеличить загрязнение.

Датчик положения EGR

Датчик скорости автомобиля (VSS) информирует ЭБУ о скорости движения автомобиля. Это необходимо для управления другими функциями, такими как блокировка гидротрансформатора. Сигнал VSS также используется другими модулями управления, включая антиблокировочную систему (ABS).

При замене датчиков следует помнить несколько вещей: Детали, которые являются физически взаимозаменяемыми, могут не калиброваться одинаково и не будут работать должным образом, если они установлены в неправильном приложении. Чтобы убедиться, что вы получите правильную запасную часть, может потребоваться указать VIN автомобиля, а также номера OEM на оригинальной детали. Некоторые запасные части могут отличаться от оригинальных. «Универсальный» датчик O2, например, может подходить для большого числа применений, но обычно требует резки и сращивания проводов для установки.

Другие функции ЭБУ

На многих транспортных средствах ЭБУ также управляет коробкой передач. Но на некоторых автомобилях для контроля переключения передач и гидротрансформатора используется отдельный модуль управления коробкой передач (TCM). Но даже если есть отдельный модуль для передачи, ЭБУ и TCM общаются друг с другом и обмениваются данными, чтобы каждый знал, что делает другой.

На многих новых автомобилях ЭБУ также регулирует напряжение системы зарядки; включает и выключает вентилятор охлаждения; взаимодействует с модулем антиблокировочной тормозной системы (АБС) для снижения мощности, если автомобиль оснащен системой контроля тяги; и может даже взаимодействовать с модулем автоматического регулирования температуры (ATC) для управления циклом муфты компрессора кондиционера. ЭБУ также может быть назначен задач безопасности транспортного средства.

Одна из наиболее важных задач ЭБУ — убедиться, что все датчики двигателя работают правильно и двигатель не загрязняет окружающую среду. С самых первых дней работы бортового компьютера всегда требовалось определенное количество возможностей самодиагностики для выявления проблем, которые могут нарушить бесперебойную работу системы. На более старых автомобилях диагностика была относительно грубой. Если цепь датчика разомкнута (нет сигнала) или замкнута, при серьезном сбое будет установлен код неисправности и загорится индикатор проверки двигателя. Но многие условия, которые не приводили к полному отказу, также могут нарушить работу двигателя и его управляемость. Более того, более ранние системы не могли контролировать многие условия, которые могли бы увеличить загрязнение.

Выбросы и OBD2

Тестирование на выбросы, безусловно, помогло увеличить продажи вторичных ЭБУ, датчиков и компонентов контроля выбросов. Но что еще более важно, оно значительно улучшило качество воздуха в большинстве крупных городов. Несмотря на это, многие автомобилисты будут искать ремонт только в случае необходимости, потому что их автомобиль не прошел тест на выбросы. Многие откладывают ремонт до тех пор, пока их транспортное средство не станет едва управляемым или не умрет и не оставит их в затруднительном положении.

С компьютеризированными системами управления двигателем не требуется особых проблем с входом датчика, чтобы отрицательно повлиять на управляемость и выбросы. Вялый датчик O2, неисправный датчик охлаждающей жидкости, который всегда остается холодным, датчик положения дроссельной заслонки с мертвой точкой, датчик воздушного потока, который не читает точно, и т. Д., Все это может ухудшить производительность, экономию топлива и выбросы. В попытке расширить возможности самодиагностики ЭБУ, Калифорнийский совет по воздушным ресурсам разработал бортовую диагностическую систему «следующего поколения» под названием OBD II. «OBD» является аббревиатурой от «бортовой диагностики». «II» означает «система второго поколения». OBD II впервые появился в 1994 году и был востребован на всех легковых и легких грузовиках с 1996 года.

В отличие от более ранних бортовых диагностических систем, которые устанавливали диагностический код неисправности только в случае сбоя датчика или считывания вне диапазона, OBD II контролирует большинство функций двигателя во время движения автомобиля. Он предназначен для обнаружения практически любой проблемы, которая может привести к тому, что выбросы превысят федеральный лимит в 1,5 раза.

OBD II чрезвычайно чувствителен. Некоторые говорят, что это слишком чувствительно, потому что производители транспортных средств были слишком осторожны в установлении триггерных точек ниже порогового значения 1,5, чтобы уменьшить риск дорогостоящих повторных выбросов. В результате некоторые автомобили могут не иметь проблемы с выбросами при включенном индикаторе Check Engine. Тем не менее, проблема всегда должна быть исследована, чтобы определить причину.

Проверьте чек двигателя

Предполагается, что контрольная лампа двигателя, которая технически называется «индикаторная лампа неисправности» или MIL, должна предупредить водителя о возникновении проблемы с выбросами или датчиком. В зависимости от конфигурации системы и характера проблемы лампа может включаться и выключаться, постоянно гореть или мигать — все это может сбивать с толку, поскольку у вас нет возможности узнать, что означает свет. Это серьезная проблема или нет?

Например, допустим, у транспортного средства есть код OBD II для цепи датчика кислорода (код P0130). Код может указывать на неисправный датчик или на плохой разъем или проблемы с проводкой.

Труднее диагностировать коды пропусков зажигания. OBD II может обнаруживать пропуски зажигания в отдельных цилиндрах, а также случайные пропуски зажигания. Если он генерирует код пропуска зажигания для одного цилиндра (скажем, P0301 для цилиндра № 1), он только говорит о том, что цилиндр пропускает зажигание, а не почему. Основной причиной может быть плохая свеча зажигания, плохой провод свечи зажигания, слабая катушка в системе зажигания без распределителя зажигания (DIS) или система катушка на свече (COP), грязный или мертвый топливный инжектор или проблема сжатия (плохой клапан , протекающая прокладка головки, закругленный выступ кулачка и т.д.). Как видите, существует множество возможностей, поэтому для выявления неисправности требуются определенные диагностические знания, прежде чем можно будет заменить какие-либо детали.

«Случайный код пропуска зажигания» (P0300) еще сложнее диагностировать, потому что может быть множество причин. Случайное пропуски зажигания обычно означают, что смесь воздуха и топлива работает в обедненном состоянии. Но причиной может быть что-то от трудно обнаруживаемой утечки вакуума до грязных форсунок, низкого давления топлива, слабой катушки зажигания, плохих штекерных проводов или проблем со сжатием.

Что еще нужно помнить о кодах ошибок OBD II, так это то, что некоторые коды являются ложными кодами. У GM были проблемы с определенными двигателями 3.8L, устанавливающими коды P1406, что указывает на неисправность клапана EGR. Замена клапана EGR не решает проблему, поскольку система OBD II слишком чувствительна к тому, насколько быстро открывается клапан EGR, когда ЭБУ получает команду сделать это. Суть в том, чтобы заменить не клапан EGR, а «перепрограммировать» компьютер, чтобы он был менее чувствителен к этому состоянию. Обращение к техническим бюллетеням по техническому обслуживанию изготовителей транспортных средств (БСЭ) может сэкономить много времени и усилий для решения подобных проблем.

Что еще усложняет диагностику, так это то, что «стандартизированные» коды OBD II на самом деле не таковы. На самом деле есть два разных типа. «Общие» коды OBD II одинаковы в том смысле, что все производители транспортных средств используют одинаковые кодовые номера для обозначения одного и того же типа проблемы. Но у каждого производителя транспортных средств также есть свои специальные «улучшенные» коды, которые охватывают проблемы, не включенные в основной список кодов OBD II. К ним относятся многие проблемы, не охватываемые общими кодами, а также проблемы, не относящиеся к системе управления двигателем, такие как коды ABS, коды климат-контроля, коды кузова, коды подушек безопасности и т. Д.

Общие коды OBD II начинаются с «P0», а расширенные коды OEM начинаются с «P1». Диагностировать компьютеризированные системы управления двигателем и датчики — непростая задача, но это цена, которую мы платим за радикально сокращенные выбросы и современные автомобили, которыми мы руководствуемся. Поэтому сделайте домашнее задание по диагностике, прежде чем заменять важные детали системы управления двигателем. Это избавит вас от разочарований и ненужных возвратов.

Обмен и калибровка

При замене датчиков следует помнить несколько вещей: Детали, которые являются физически взаимозаменяемыми, могут не калиброваться одинаково и не будут работать должным образом, если они установлены в неправильном приложении. Чтобы убедиться, что вы получите правильную запасную часть, может потребоваться указать VIN автомобиля, а также номера OEM на оригинальной детали. Некоторые запасные части могут отличаться от оригинальных. «Универсальный» датчик O2, например, может подходить для большого числа применений, но обычно требует резки и сращивания проводов для установки.

Интервалы замены лямбда зонда

Хотя большинство датчиков O2 не имеют рекомендуемого интервала замены (заменяйте только «по мере необходимости»), вялые датчики O2 можно заменить, чтобы восстановить как новые рабочие характеристики. Не обогреваемые одно- или двухпроводные датчики O2 в приложениях с 1976 по начало 1990-х годов можно заменять через каждые 30 000–50 000 миль. Подогреваемые трех- и четырехпроводные датчики O2 в приложениях середины 1980-х и середины 1990-х годов можно менять через каждые 60 000 миль. А на автомобилях, оснащенных OBD ​​II, датчик можно заменить, когда он увидит 100 000 миль.