汽車OBD診斷系統(tǒng)介紹

《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法》

? 2005 年4月27日國家環(huán)保總局公布了《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法》.
? 平時(shí)所說的國Ⅲ、國Ⅳ（相當(dāng)于歐Ⅲ、歐Ⅳ）排放標(biāo)準(zhǔn)。
? 這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分別將于2007年7月1日和2010年7月1日開始在全國實(shí)施。

國Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)最大的變化

• 車輛出廠前必須裝備車載診斷系統(tǒng)。
• 該系統(tǒng)的特點(diǎn)是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛在使用過程中排放是否超標(biāo)。也就是說，國Ⅲ要求排放控制裝置在行駛 5年或8萬公里內(nèi)，仍能達(dá)到排放限值的要求。

車載診斷系統(tǒng)（OBD）

• OBD （On-Board Diagnostics）即“車載診斷系統(tǒng)”。
• 北京環(huán)保局已向國家環(huán)?？偩稚陥?bào)在2005年9月開始實(shí)行國Ⅲ排放法 規(guī)，但強(qiáng)制安裝車載診斷系統(tǒng)將推遲一年后實(shí)行。

OBD的主要內(nèi)容

所有車輛必須裝備 OBD系統(tǒng)，在車輛的使用 期內(nèi)確保系統(tǒng)能識(shí)別造成排放超標(biāo)的故障和損壞的類型以及故障可能存在的位置。并以故障代碼的方式將該信息儲(chǔ)存在電控單元的存儲(chǔ)器內(nèi)。

• EOBD（歐洲車載診斷系統(tǒng)）的排放限值標(biāo)準(zhǔn)：HＣ為0.4g/km，CO為3.2 g/km，NOX為0.6 g/km。此值 大于型式認(rèn)證的排放限值。

EOBD排放限值

OBD系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

• 改善在用車的排放性能.
• 快速對(duì)車輛的排放性能進(jìn)行診斷.
• 改善車輛的維修服務(wù)（標(biāo)準(zhǔn)化的故障代碼、 凍結(jié)幀數(shù)據(jù)）.
• 改善了零部件的可靠性.
• 在駕駛員注意前提出故障警告，避免進(jìn)一步 的損壞.

汽油機(jī)OBD系統(tǒng)的診斷測(cè)試

汽油機(jī)OBD系統(tǒng)必須進(jìn)行三類主要的診斷測(cè)試 （1）零部件測(cè)試 （2）系統(tǒng)測(cè)試 （3）ECM/PCM測(cè)試

零部件測(cè)試

OBD的測(cè)試的零部件是指與排放相關(guān)的零部件，包括發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制器、為控制器提供輸入信號(hào)的部件、接收控制器輸出信號(hào)的部件、排氣系統(tǒng)以及燃油蒸發(fā)系統(tǒng)中任何與排放相關(guān)的部件。此外，還包括任何能實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)功能傳感器電路的通斷狀態(tài)。

必須檢測(cè)的零部件

? 噴油器
? 點(diǎn)火線圈

? MAP/MAF傳感器
? 氧傳感器

? 旁通空氣閥驅(qū)動(dòng)電機(jī)
? 炭罐控制閥
? EGR閥（如果使用了EGR 閥時(shí)）
? 燃油泵

? ECT傳感器
? IAT傳感器
? 爆震傳感器

系統(tǒng)測(cè)試

• 失火檢測(cè)。
• 前置氧傳感器性能退化的檢測(cè)（前置氧傳感器響應(yīng)特性)。
• 催化器性能退化診斷。

失火檢測(cè)（1）

• 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于沒有發(fā)火、混合氣過濃或過 稀、壓縮壓力低或其它原因，導(dǎo)致吸入氣缸內(nèi)的混合氣 不能燃燒，被稱為失火。
• 發(fā)動(dòng)機(jī)在一定轉(zhuǎn)速和負(fù)荷范圍內(nèi)失火次數(shù)占總點(diǎn)火次 數(shù)百分比，稱失火率。每個(gè)制造商需給出排放超出OBD 限值的失火的百分率。
• 通過發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化進(jìn)行失火檢測(cè).當(dāng)失火率超過規(guī) 定的百分比時(shí)，排放污染物超標(biāo)，將導(dǎo)致催化轉(zhuǎn)化器過 熱而損壞 。

失火的檢測(cè)（2）

由于失火造成排放超標(biāo)時(shí)，故障指示燈（MI）必須進(jìn)入獨(dú)特的 報(bào)警模式，如指示燈閃爍。

前置氧傳感器性能退化的檢測(cè)

氧傳感器響應(yīng)特性診斷的目的是監(jiān)控前置氧傳感器工作是否正常，檢 測(cè)傳感器開關(guān)特性質(zhì)量。

空燃比閉環(huán)控制的原理

三元催化轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化效率

空燃比控制策略

• 冷起動(dòng)和低溫時(shí)， 開環(huán)控制，空燃 比稍小。
• 中小負(fù)荷和怠速時(shí)閉環(huán)控制，空燃比為14.7：1。以得到良好的排放性能。
• 大負(fù)荷時(shí)，保證大功率和保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)不過熱，空燃比較小。

前置氧傳感器診斷內(nèi)容

• 對(duì)氧傳感器監(jiān)測(cè)其信號(hào)電壓是否超出可能範(fàn)圍、響應(yīng)速度是否過低、跳變時(shí)間之比是否超出規(guī)定範(fàn)圍、轉(zhuǎn)換頻率是否過低、氧傳感器是否活性不足、氧傳感器加熱器是否加熱過慢等。
• 如果前置氧傳感器響應(yīng)特性信號(hào)退化到排放物達(dá)到OBD排放極限值，則MIL（故障報(bào)警指示燈）點(diǎn)亮。
• 前置氧傳感器可單獨(dú)診斷，也可與后置氧傳感器聯(lián)合診斷

氧傳感器的輸出電壓

前置氧傳感器的性能

催化器性能退化診斷（1）

• 當(dāng)催化器 系統(tǒng) 性能 退化到 HC 排放超過 極限值 ( EOBD 為0.4g/km)時(shí)，系統(tǒng)認(rèn)為是有故障。
• 催化器診斷是使用兩個(gè)氧傳感器來估計(jì)氧存儲(chǔ)能力(OSC， Oxygen Storage Capacity)。
• 利用催化器前面的(前置)氧傳感器和位于催化器后面的第二個(gè)(后置)氧傳感器的輸出電壓，可以得到OSC 。

催化器性能退化的原因

• 高溫：排氣溫度過高或催化劑材料高溫強(qiáng)度差造成涂層燒 結(jié)和活性材料燒結(jié)；
• 化學(xué)：燃料中的鉛、硫的存在和潤滑油中磷的存在使催化器中毒；
• 物理：由于燒結(jié)和燃油、機(jī)油沉積物堵塞排氣的通道，減少了排氣與活性材料接觸的表面積；由振動(dòng)和熱沖擊引起涂層及載體的剝離和碎裂。

催化器性能退化診斷（ 2）

ECM/PCM測(cè)試

? 通信測(cè)試
? 校驗(yàn)和確認(rèn)
? 內(nèi)部硬件測(cè)試（在進(jìn)行OBDII檢測(cè)時(shí)， 同時(shí)要進(jìn) 行OBDⅠ檢測(cè)項(xiàng)目）。

車載診斷系統(tǒng)的工作

• 每次發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，ECU都必須開始一系列的診斷檢測(cè)。
• 當(dāng)OBD系統(tǒng)檢測(cè)到零部件或系統(tǒng)有問題時(shí)，能使電子控制系統(tǒng)進(jìn)入“永久排放故障模式”以保證車輛能繼續(xù)行駛。OBD系統(tǒng)只有啟動(dòng)了應(yīng)急程序或“跛行回家”程序。故障報(bào)警指示器點(diǎn)亮，通知駕駛員有故障存在。

故障報(bào)警指示燈（MIL）點(diǎn)亮

• 車載診斷系統(tǒng)必須有一個(gè)故障報(bào)警指示燈（MIL），用來迅速 提示駕駛員出現(xiàn)了故障。
• 點(diǎn)火開關(guān)接通，而發(fā)動(dòng)機(jī)尚未起動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，MIL也必須點(diǎn)亮。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，如果沒有檢查到故障，MIL應(yīng)熄滅。以檢查故 障報(bào)警指示燈工作是否正常。
• 排放超過OBD 的限值，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入永久排放故障狀態(tài)。
• 失火達(dá)到可能使催化器損壞的程度。
• 連續(xù)兩個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)（發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)工況和熄火組成）出現(xiàn)與排放有關(guān)的故障。
• ECU自檢過程中發(fā)生的故障。

故障報(bào)警指示燈（MI）的熄滅

• 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后未檢測(cè)到任何故障。
• 如果發(fā)動(dòng)機(jī)的失火率沒有達(dá)到可能造成催化轉(zhuǎn)化器損壞的限值，或者發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況改變后，失火率不會(huì)造成催化轉(zhuǎn)化器的損壞時(shí)。
• 對(duì)于其它所有的故障，在三個(gè)連續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)（發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)工況和熄火組成）期間，如果負(fù)責(zé)MI的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不再監(jiān)測(cè)到故障，且沒有檢測(cè)出其它會(huì)單獨(dú)點(diǎn)亮MI的故障之后。

清除故障代碼

如果同一故障在40個(gè)以上發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)（70 ℃ 以上）循環(huán)內(nèi)不再出現(xiàn)，可以清除該故障代碼， 以及該故障出現(xiàn)時(shí)的行駛距離和凍結(jié)幀保存的 狀態(tài)信息。

凍結(jié)故障狀態(tài)（凍結(jié)幀）

故障指示出現(xiàn)時(shí)，強(qiáng)制儲(chǔ)存的狀態(tài)信息有：
?  故障代碼
? 計(jì)算的負(fù)荷值(負(fù)荷率)
? 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
? 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度
應(yīng)記錄的其他參數(shù)：
燃油調(diào)整值、燃油壓力、A/F控制系統(tǒng)（開環(huán)/閉環(huán)、其他）、進(jìn)氣管的空氣壓力、進(jìn)氣管的空氣溫度、點(diǎn)火提前角、空燃比、TPS傳感器的輸出、二次空氣狀態(tài)和車速等

OBD系統(tǒng)在下列情況下不起作用

• 油箱儲(chǔ)油量小于20%。
• 起動(dòng)時(shí)環(huán)境溫度低于-7℃。戶海拔高度高于2500m。
• 道路的路面情況十分惡劣。
• 對(duì)于裝有功率輸出裝置的車輛，允許讓受到影響的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)停止工作，條件是當(dāng)功率輸出裝置在工作時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)才停止工作。

故障碼的存儲(chǔ)

• 車載診斷系統(tǒng)必須 能夠存儲(chǔ)識(shí)別不同類型故障的代碼。每個(gè)故障必須使用單獨(dú)的狀態(tài)代碼，產(chǎn)生故障時(shí)，點(diǎn)亮MIL。
• 必須儲(chǔ)存由于老化、故障或永久排放故障模 式的MIL亮?xí)r的故障代碼。

故障代碼讀取

• 使用專用的檢測(cè)設(shè)備，通過標(biāo)準(zhǔn)的串行接口診斷插頭和電子控制單元的診斷插頭連接，將存儲(chǔ)的故障代碼讀出。
• 按照故障碼的提示，維修人員可以迅速準(zhǔn)確地 確定故障損壞的類型和部位（典型的車輛約有 150多個(gè)故障代碼）。
• 通過標(biāo)準(zhǔn)的串行接口可讀取出現(xiàn)故障時(shí)車輛行駛的里程。

OBD系統(tǒng)對(duì)缺陷的規(guī)定

• 有缺陷的車輛也可能獲得批準(zhǔn)、注冊(cè)并允許銷售。
• 型式認(rèn)證時(shí)對(duì)缺陷的要求：型式認(rèn)證部門有權(quán)決定是否允許缺陷?？梢栽试S不超過兩個(gè)缺陷。在型式認(rèn)證后兩年內(nèi)可允許系統(tǒng)缺陷（不能超過3年）。
• 不能接受以下的缺陷：完全沒有診斷功能的缺陷。將導(dǎo)致排放超過限值的缺陷。

OBD的試驗(yàn)要求

• 選擇適合的車輛,進(jìn)行預(yù)處理。
• 進(jìn)行型式認(rèn)證試驗(yàn)時(shí)模擬的故障總數(shù)最多為4個(gè)。
• 用有缺陷的零件或電子儀器模擬故障，這種有缺陷的零件必須不會(huì)導(dǎo)致排放超過OBD限值的20%。
• 排放超過OBD限值時(shí)系統(tǒng)必須指示故障。
• 試驗(yàn)結(jié)束前，該車能有故障指示，就通過認(rèn)證。（包括低于排放限值時(shí)故障指示燈工作）。

OBD 認(rèn)證試驗(yàn)

• 在預(yù)處理后（至少連續(xù)運(yùn)行2次Ⅰ型試驗(yàn)循環(huán)），測(cè)試車進(jìn)行Ⅰ型試驗(yàn)循環(huán)。（進(jìn)行第1和第2部分試驗(yàn)循環(huán)）
• 在下列任何一種情況下，排放超標(biāo)時(shí)，應(yīng)有故障指示：用老化或有故障的催化器替換汽車原有的催化器（只限HC） 用老化或有故障的氧傳感器替換汽車原有的氧傳感器發(fā)動(dòng)機(jī)失火（用電子儀器模擬失火故障）切斷任何與排放有關(guān)的零部件的電氣連接。
• 切斷蒸發(fā)控制設(shè)備的電氣連接（不必進(jìn)行Ⅰ型試驗(yàn)）。

燃油品質(zhì)對(duì)OBD系統(tǒng)的影響

硫?qū)BD系統(tǒng)的影響：

• 檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)及時(shí)檢測(cè)到硫造成催化器性能的下降并點(diǎn) 亮MIL。
• 采用高硫燃料，汽車排放會(huì)較高，MIL會(huì)亮。 烯烴/膠質(zhì)對(duì)OBD系統(tǒng)的影響：
• 失火檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到噴油嘴堵塞造成失火，MIL點(diǎn)亮
• 近距離耦合的催化轉(zhuǎn)化器很易被失火損壞，導(dǎo)致催化轉(zhuǎn)化器故障，MIL點(diǎn)亮。

OBD系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

• 使用環(huán)境更高的要求（燃油、道路、地區(qū)等）。
• 駕駛員的駕駛習(xí)慣。戶 車輛的使用年數(shù)。戶 車輛的保養(yǎng)。

發(fā)動(dòng)機(jī)/混動(dòng)控制系統(tǒng)硬軟件的升級(jí)

• 硬件：至少要使用16位單片機(jī)，存儲(chǔ)器的容量要大于128kb?？刂葡到y(tǒng)中的傳感器和執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)電路需要增加了自診斷功能和診斷接口。
• 軟件：增加OBD系統(tǒng)的診斷軟件，需要將近6萬行的軟件代碼、 15000個(gè)標(biāo)定數(shù)據(jù)，包括故障碼的處理、故障指示器的照 明、利用后置氧傳感器對(duì)供油實(shí)現(xiàn)精確控制等程序。
• 軟件的開發(fā)工作量遠(yuǎn)大于硬件的開發(fā)工作量。