Сучасні бензинові двигуни зазвичай оснащені системою розподіленого упорскування палива (на кожен циліндр окрема форсунка) з електронним керуванням та системою зниження токсичності відпрацьованих газів.

Система управління двигуном складається з електронного блоку управління (ЕБУ) двигуном, датчиків параметрів роботи двигуна та автомобіля, а також виконавчих пристроїв. ЕБУ є міні-комп'ютером спеціального призначення, до його складу входять оперативний запам'ятовуючий пристрій — ОЗП, або RAM (англ. Random Access Memory), та програмований постійний запам'ятовуючий пристрій — ППЗП, або EPROM (англ. Erasable Programmable Read Only Memory).

Електронний блок управління двигуном (ЕБУ) обробляє інформацію від датчиків системи керування, отримує сигнали від вимикача кондиціонера та датчика тиску гідропідсилювача керма, а також керує виконавчими пристроями, такими як паливний насос, форсунки, котушка запалювання, регулятор холостого ходу, електромагнітний клапан продувки адсорбера, вентилятор системи охолодження; електромагнітна муфта компресора кондиціонера. При увімкненні запалення ЕБУ видає керуючий сигнал на головне реле, а при вимкненні запалювання - затримує вимкнення головного реле на час, необхідний для підготовки до наступного вмикання (для завершення обчислень, встановлення регулятора холостого ходу, керування електровентилятором системи охолодження).

ЕБУ також виконує діагностичні функції системи керування двигуном (бортова система діагностики). ЕБУ визначає наявність несправностей елементів системи управління та зберігає у своїй пам'яті коди несправностей. При виявленні несправності, щоб уникнути негативних наслідків (прогорання поршнів через детонацію, пошкодження каталітичного нейтралізатора у разі виникнення пропусків займання паливоповітряної суміші, перевищення граничних значень по токсичності відпрацьованих газів тощо), ЕБУ включає сигналізатор несправності в комбінації приладів та переводить систему на аварійні режими роботи. Суть їх полягає в тому, що при виході з ладу будь-якого датчика або його ланцюга ЕБУ для керування двигуном застосовує альтернативні дані, що зберігаються в ППЗП (EPROM).

При цьому можуть погіршитися деякі параметри роботи двигуна (потужність, прийомистість, економічність), але рух із такими несправностями можливий і автомобіль може самостійно доїхати до автосервісу. Винятком є датчик положення колінчастого валу, при його несправності двигун працювати неспроможний. Коди несправностей залишаються в пам'яті ЕБУ і можуть бути зчитані за допомогою діагностичного сканера, що підключається до діагностичного роз'єму.

Датчики

Датчик положення колінчастого валу (ДПКВ, або CRPS - англ. Crankshaft position sensor) зазвичай встановлений на картері зчеплення біля маховика, або закріплений біля привідного шківу колінчастого валу (проте можливі і інші місця його розташування). Датчик видає ЕБУ інформацію про частоту обертання та кутове положення колінчастого валу. Датчик, зазвичай, індуктивного типу, та реагує на проходження поблизу свого сердечника зубів, виконаних на маховику, шківу або колінчастому валі. Зуби розташовані на диску з інтервалом 6°. Для синхронізації з поршнів з ВМТ зрізають один або декілька зубів, або виконують один зуб подвійний. При проходженні подвійного зуба (западини) повз датчик у ньому генерується так званий «опорний» імпульс синхронізації. При обертанні колінчастого валу змінюється магнітний потік у магнітопроводі датчика - у його обмотці наводяться імпульси напруги змінного струму. За кількістю та частотою цих імпульсів ЕБУ розраховує фазу та тривалість імпульсів управління форсунками та котушкою запалювання.

Датчик положення розподільчого валу (ДПРВ, або CMPS - англ. Camshaft position sensor) призначений для формування сигналу, яким ЕБУ визначає верхню мертву точку (ВМТ) поршня першого циліндра при такті стиснення. Іноді цей датчик називають датчиком фаз. Принцип дії датчика ґрунтується на ефекті Холла. Коли через проріз у торці датчика проходить виступ кільця, закріпленого на шківі розподільчого валу, датчик подає ЕБУ електричний сигнал. За несправності ДПРВ електронний блок управління переводить систему на резервний режим роботи (попарно-паралельне впорскування).

Датчик температури охолоджуючої рідини (ДТОР, або CTS - англ. Coolant temperature sensor) встановлений у головці блоку циліндрів, або модулі термостата. Датчик видає інформацію про температуру охолоджувальної рідини ЕБУ та покажчик температури охолоджуючої рідини в комбінації приладів (проте на багатьох автомобілях для покажчика температури охолоджуючої рідини в комбінації приладів використовується окремий датчик).

Датчик є терморезистором з негативним температурним коефіцієнтом (NTC), тобто його опір зменшується при підвищенні температури. ЕБУ подає на датчик стабілізовану напругу і по падінню напруги на датчику розраховує температуру охолоджуючої рідини, значення якої використовуються в більшості функцій управління двигуном.

У разі виникнення несправності датчика або його ланцюгів ЕБУ включає вентилятор системи охолодження на постійний режим роботи та розраховує значення температури за обхідним алгоритмом.

Датчик положення дросельної заслінки (ДПДЗ, або TPS - англ. Throttle position sensor) встановлений на осі дросельної заслінки і є датчиком потенціометричного типу.

На один його вивід подається від ЕБУ стабілізована напруга, а інший з'єднаний з «масою» ЕБУ. З третього виводу потенціометра (повзунка) знімається сигнал для ЕБУ. Періодично вимірюючи вихідну напругу сигналу ДПДЗ, ЕБУ визначає поточне положення дросельної заслінки для розрахунку кута випередження запалення та тривалості імпульсів упорскування палива, а також для управління регулятором холостого ходу.

При виході з ладу датчика або його ланцюгів ЕБУ розраховує ймовірне значення положення дросельної заслінки за частотою обертання колінчастого валу, кількості і температури впускного повітря.

Датчик детонації (ДД, або DS - англ. Detonation sensor) вкручений у різьбовий отвір задньої стінки блоку циліндрів, в районі 3-го циліндра.

П'єзокерамічний чутливий елемент датчика генерує сигнал напруги змінного струму, амплітуда та частота якого відповідають параметрам вібрацій двигуна. У разі детонації амплітуда вібрацій певної частоти зростає. При цьому для гасіння детонації ЕБУ коригує кут випередження запалення.

Датчик концентрації кисню (кисневий датчик, λ-зонд - ДКК, або O2S - англ. Oxygen sensor) встановлено у випускному колекторі. Датчик призначений для контролю вмісту кисню у відпрацьованих газах.

ЕБУ розраховує тривалість імпульсу впорскування палива за такими параметрами, як маса повітря або абсолютний тиск у впускному колекторі, температура повітря на впуску, частота обертання колінчастого валу, температура охолоджуючої рідини, положення дросельної заслінки. За сигналом від ДКК про наявність кисню у відпрацьованих газах, ЕБУ коригує подачу палива форсунками таким чином, щоб склад відпрацьованих газів був оптимальним для ефективної роботи каталітичного нейтралізатора.

Кисень, що міститься у відпрацьованих газах, створює на виході датчика різницю потенціалів, що змінюється приблизно від 100 до 850 мВ. Низький рівень сигналу відповідає бідній суміші (наявність кисню), а високий рівень – багатій (кисень відсутній). Коли ДКК знаходиться в холодному стані, вихідний сигнал датчика відсутній, тому що його внутрішній опір у цьому стані дуже високий - кілька МОм (система керування двигуном працює по розімкнутому контуру). Для нормальної роботи датчик концентрації кисню повинен мати температуру не нижче 300 °С, тому для швидкого прогрівання після пуску двигуна в нього вбудований нагрівальний елемент, яким керує ЕБУ. По мірі прогріву опір датчика зменшується, і він починає генерувати вихідний сигнал. Поки датчик не прогріється, ЕБУ керує системою упорскування, не враховуючи показання датчика. Як тільки датчик прогріється, ЕБУ відключає нагрівання датчика і починає враховувати сигнал датчика концентрації кисню для управління паливоподачею в режимі замкнутого контуру.

Датчик концентрації кисню може бути «отруєний» в результаті застосування етилованого бензину або використання при складанні двигуна герметиків, що містять у великій кількості силікон (з'єднання кремнію) з високою леткістю. Випаровування силікону можуть потрапити через систему вентиляції картера в камеру згоряння. Присутність сполук свинцю або кремнію у відпрацьованих газах може призвести до виходу кисневого датчика з ладу. У разі виходу з ладу датчика або його ланцюгів ЕБУ заносить у свою пам'ять відповідний код несправності та керує паливоподачею по розімкнутому контуру.

Датчик швидкості автомобіля (ДША, або SS - англ. Speed sensor) встановлений на картері коробки. Датчик приводиться в дію від шестірні, що встановлена на коробці диференціала.

Принцип дії датчика швидкості ґрунтується на ефекті Холла. Датчик видає на ЕБУ прямокутні імпульси напруги з частотою, що пропорційна швидкості обертання ведучих коліс. ЕБУ визначає швидкість автомобіля за частотою імпульсів. При виході з експлуатації датчика або його ланцюгів ЕБУ заносить у свою пам'ять код несправності.

Датчик абсолютного тиску повітря (ДАТ, або MAP - англ. Manifold air pressure sensor) встановлено у впускному трубопроводі.

Датчик містить чутливий п'єзоелемент та навантажувальний змінний резистор. На резистор датчика ЕБУ подає стабілізовану напругу +5 В. П'єзоелемент датчика реагує на зміну тиску (розрідження) у впускному трубопроводі і змінює еталонну напругу, що подається на резистор навантаження. Цю зміну напруги ЕБУ враховує при розрахунку кількості повітря, що надійшло у двигун.

Датчик масової витрати повітря (ДМВП, або MAF - англ. Mass air flow sensor) розташований між повітряним фільтром та дросельною заслінкою. Він складається з двох датчиків (робочого та контрольного) та нагрівального резистора. Повітря, що проходить, охолоджує один з датчиків, а електронний модуль перетворює різницю температур датчиків у вихідний сигнал для ЕБУ. У різних варіантах систем упорскування застосовуються датчики двох типів - з частотним або амплітудним вихідним сигналом. У першому випадку, залежно від витрати повітря, змінюється частота, у другому випадку — напруга. При виході з експлуатації датчика масової витрати повітря його функції виконує ДПДЗ.

Датчик температури повітря (ДТП, або IAT - англ. Intake air temperature sensor) встановлений у впускному трубопроводі.

Датчик є терморезистором з негативним температурним коефіцієнтом (NTC), тобто його опір зменшується при підвищенні температури. Датчик змінює свій опір залежно від температури повітря у впускному трубопроводі. Інформацію, що надходить від датчика, ЕБУ враховує при розрахунку складу паливоповітряної суміші та для регулювання кута випередження запалення.

Виконавчі пристрої

Регулятор холостого ходу (РХХ, або IAC - англ. Idling air control) – це запірний клапан із приводом від крокового електродвигуна. РХХ встановлений на корпусі дросельної заслінки. ЕБУ, подаючи керований сигнал на РХХ, регулює частоту обертання колінчастого валу двигуна на холостому ходу, при запуску та прогріванні двигуна.

Форсунка - це електромагнітний голковий клапан, на вихідному патрубку якого виконаний розпилювач з каліброваними отворами. Форсунка відкривається за сигналом ЕБУ, при цьому паливо під тиском упорскується безпосередньо на впускний клапан. Кількість палива, що надходить у циліндр, регулюється часом відкриття форсунки.

Робота системи керування

При включенні запалення ЕБУ активує систему управління: включає паливний насос для створення необхідного тиску в паливній рампі та обробляє сигнали датчиків температури охолоджувальної рідини та положення дросельної заслінки для розрахунку складу паливоповітряної суміші під час пуску двигуна. Якщо протягом цього часу провертання колінчастого валу стартером не почалося, ЕБУ через 2 с вимикає паливний насос і знову вмикає його після початку провертання.

При роботі двигуна ЕБУ обробляє інформацію датчиків (положення колінчастого валу, положення дросельної заслінки, температури охолоджувальної рідини, абсолютного тиску повітря, температури повітря на впуску, швидкості автомобіля, концентрації кисню у газах, що відпрацювали, тиску гідропідсилювача керма). ЕБУ в залежності від режиму роботи двигуна управляє роботою форсунок, котушки запалення, регулятора холостого ходу, клапана продування адсорбера, вентилятора системи охолодження двигуна. При включенні кондиціонера ЕБУ збільшує частоту обертання колінчастого валу двигуна на холостому ході та подає сигнал на включення муфти компресора кондиціонера.

Склад суміші регулюється тривалістю керуючого імпульсу, що подається на форсунки - чим довше імпульс, тим більше подача палива, і навпаки.

За відсутності сигналу з датчика положення колінчастого валу (вал не обертається або несправний датчик та його ланцюга) ЕБУ відключає подачу палива в циліндри. Подача палива відключається і при вимкненні запалювання, що запобігає самозайманню суміші в циліндрах двигуна.

Під час гальмування двигуном (при включеній передачі та зчепленні), коли дросельна заслінка повністю закрита, а частота обертання колінчастого валу двигуна велика, упорскування палива не виконується для зниження токсичності відпрацьованих газів та зменшення витрати палива.

При падінні напруги в бортовій мережі автомобіля ЕБУ збільшує тривалість імпульсу впорскування (для компенсації збільшення часу відкриття форсунки). При зростанні напруги в бортовій мережі тривалість імпульсу, що подається на форсунки, зменшуються.

ЕБУ управляє включенням електровентилятора системи охолодження (через реле) залежно від температури двигуна, частоти обертання колінчастого валу та роботи кондиціонера (якщо він встановлений). Електровентилятор системи охолодження включається, якщо температура рідини, що охолоджує, перевищить допустиме значення.