Не говоря уже обо всём электрооборудовании современного автомобиля, сам двигатель у них не просто механический агрегат, а высоко интегрированное устройство, обильно начинённое электроникой. Новый ДВС, обычно, содержит больше сотни микросхем и микроконтроллеров. А те, в свою очередь, имеют в своём составе до 40 миллионов транзисторов, если мотор выпущен после 2006 года. Это, примерно, как в знаменитом процессоре Pentium 4. Но зачем столько электроники? Ведь раньше успешно ездили и без неё.
Из истории развития электроники в ДВС
Пружинки, тяги, тросики, поршни и другие элементы механической автоматики первых двигателей – это довольно надёжные устройства. Они показали на практике большой ресурс долговечности. А некоторые из них могут функционировать ещё и сейчас. Но, вот учёные посчитали, что необходимо от них отказаться в пользу электроники, постоянно усложняя топологию ради благих целей качества оконечных агрегатов. Насколько это у них получилось - остаётся вопросом.
Мы не будем касаться первого газового двигателя, запатентованного в 1794 году или ДВС – в 1807 году. А начнём экскурс с изобретения инжектора, на котором Mercedes-Benz 300SLR проехал 1600 км за 10 час., 7 мин., 48 сек., установив тогда мировой рекорд. Именно впрыск топлива, инжекторной технологии с 1955 года, потребовал использования электромагнитных клапанов на базе соленоидов. Потому начала развиваться электрика двигателя, а позже – электроника. Ведь первые двигатели, из электрики, имели только систему зажигания.
Даже вентилятор первой системы водного охлаждения, появившейся в 20-е годы, был наглухо прикручен к коленвалу.
Но двигатели с воздушным охлаждением оказались более ресурсными, так как у них головки блоков разделены и их можно ремонтировать по отдельности. Так вот, усовершенствование в двигателе системы водного охлаждения, привело к использованию электродвигателя в качестве вентилятора, который легко поддаётся управлению. Но возникла необходимость электрической автоматизации с применением стрелочных индикаторов. и тут начала использоваться уже электроника.
С каждым усовершенствованием появлялся новый, уже электронный узел, который требовал использования отдельного модуля. Были, конечно, разработки двигателей нестандартной формы или нетрадиционного расположения элементов конструкции. Но они не привели к продолжению, максимум - выпуск новой линейки.
А простая и надёжная электрика стала заменяться сложной и капризной электроникой. Но, использование отдельных модулей ведёт к сложностям в последующем обслуживании, а тем более ремонте. Особенно, когда стали задействовать в качестве некоторых модулей – микросборки. Электроника в таких автомобилях стала «пугать» даже высококвалифицированных специалистов своей непредсказуемостью и недоступностью документации к ней.
Примерно с 2000-х годов стали массово применять электронные блоки управления (ЭБУ) двигателем, в иномарках они называются ECU. Это микрокомпьютеры, состоящие из микроконтроллеров.
Сейчас производители машин используют общие стандарты, даже появилась возможность взаимозаменяемости блоков. Некоторые компании «штампуют» аналоги электронных модулей, а доступность дистанционного приобретения позволила наладить логистику. Теперь практически любой электронный узел можно легко приобрести не только у оригинального производителя, но и у фирм, выпускающих аналоги.
Риск проявления неисправностей и борьба с ними
С переходом на электронику система не стала более надёжной, но, по мнению разработчиков, более предсказуемой. Позже они сделали возможность подключаться ей к компьютеру для диагностики состояния работоспособности всех элементов. В народе эти компьютизированные модули прозвали «мозгом».
Выход из строя такого узла грозил заменой дорогостоящего устройства, которое ещё как-то надо было приобрести. А ремонт требовал задействования дорогостоящего на тот момент оборудования и квалифицированного специалиста, у которых большие доходы приносили эти самые ремонты авто.
Основные причины повреждения ЭБУ (ECU):
- Удары, тряска и постоянные вибрации;
- Воздействие агрессивных факторов окружающей среды, влаги и возможного пролития или испарения жидкостей;
- Высокотемпературное воздействие;
- Перепады напряжения бортовой сети.
Защита от первых 2-х факторов – резиновые прокладки, реже силиконовое заполнение внутримодульного пространства. А скачки напряжения устраняются применением линейных стабилизаторов в системе питания электронных модулей. В некоторых блоках непосредственно у самих разъёмов ставились термодатчики для считывания температурного состояния разъёмов. В случаях плохого контакта силовых соединений – срабатывало оповещение и регистрировалась ошибка.
Интегральные компоненты (микрокомпьютеры), используемые в автомобилях, должны работать в режиме реального времени и называются микроконтроллеры. В каждом блоке имеется центральный микропроцессор – это основной микроконтроллер, управляющий работой остальных. Структурная схема выглядит примерно так.
При всём этом качество и надёжность всей системы целиком и полностью ложится на совесть, а то и возможности, самих производителей. Электронные компоненты, используемые для автомобильных приложений, имеют обширный ряд требований, поэтому очень сильно отличаются. Из видимых признаков таких отличий – цена.
Во время кризиса, связанного с нехваткой этих самих компонентов, кто может гарантировать, что производитель ЭБУ или даже ECU ставил микроконтроллеры нужных параметров. Не говоря уже о фирмах, выпускающих аналоги этих блоков из китайских компонентов. Кстати, китайские бренды в своих автомобилях используют электронику довольно хорошего качества.
По большей части это происходит из-за того, что производство всех деталей сконцентрировано в одной стране и они, практически, не имеют проблем с логистикой. Зато при изготовлении модулей-аналогов к другим моделям автомобилей возможно какое угодно не соответствие со стороны качества стандарта китайских микросхем.
Российский автопром имеет проблемы в этом плане, потому что собран из разнообразных брендов. Впрочем, и многие европейские автогиганты тоже имеют подобную структуру, просто они на данное время больше объединены. Но, кто его знает, что покажет время.