汽车OBD诊断系统介绍

《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》

• 2005 年4月27日国家环保总局公布了《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》.
• 平时所说的国Ⅲ、国Ⅳ（相当于欧Ⅲ、欧Ⅳ）排放标准。
• 这两个标准分别将于2007年7月1日和2010年7月1日开始在全国实施。

国Ⅲ排放标准最大的变化

• 车辆出厂前必须装备车载诊断系统。
• 该系统的特点是实时监测车辆在使用过程中排放是否超标。也就是说，国Ⅲ要求排放控制装置在行驶 5年或8万公里内，仍能达到排放限值的要求。

车载诊断系统（OBD）

• OBD （On-Board Diagnostics）即“车载诊断系统”。
• 北京环保局已向国家环保总局申报在2005年9月开始实行国Ⅲ排放法 规，但强制安装车载诊断系统将推迟一年后实行。

OBD的主要内容

所有车辆必须装备 OBD系统，在车辆的使用 期内确保系统能识别造成排放超标的故障和损坏的类型以及故障可能存在的位置。并以故障代码的方式将该信息储存在电控单元的存储器内。

• EOBD（欧洲车载诊断系统）的排放限值标准： HＣ为0.4g/km，CO为3.2 g/km，NOX为0.6 g/km。此值 大于型式认证的排放限值。

EOBD排放限值

OBD系统的优点

• 改善在用车的排放性能.
• 快速对车辆的排放性能进行诊断.
• 改善车辆的维修服务（标准化的故障代码、 冻结帧数据）.
• 改善了零部件的可靠性.
• 在驾驶员注意前提出故障警告，避免进一步 的损坏.

汽油机OBD系统的诊断测试

汽油机OBD系统必须进行三类主要的诊断测试 （1）零部件测试 （2）系统测试 （3）ECM/PCM测试

零部件测试

OBD的测试的零部件是指与排放相关的零部件，包括发动机的电子控制器、为控制器提供输入信号的部件、接收控制器输出信号的部件、排气系统以及燃油蒸发系统中任何与排放相关的部件。此外，还包括任何能实现监测功能传感器电路的通断状态。

必须检测的零部件

• 喷油器
• 点火线圈

• MAP/MAF传感器
• 氧传感器

• 旁通空气阀驱动电机
• 炭罐控制阀
• EGR阀（如果使用了EGR 阀时）
• 燃油泵

• ECT传感器
• IAT传感器
• 爆震传感器

系统测试

• 失火检测。
• 前置氧传感器性能退化的检测（前置氧传感器响应特性)。
• 催化器性能退化诊断。

失火检测（1）

• 汽油发动机在运转时，由于没有发火、混合气过浓或过 稀、压缩压力低或其它原因，导致吸入气缸内的混合气 不能燃烧，被称为失火。
• 发动机在一定转速和负荷范围内失火次数占总点火次 数百分比，称失火率。每个制造商需给出排放超出OBD 限值的失火的百分率。
• 通过发动机转速的变化进行失火检测.当失火率超过规 定的百分比时，排放污染物超标，将导致催化转化器过 热而损坏 。

失火的检测（2）

由于失火造成排放超标时，故障指示灯（MI）必须进入独特的 报警模式，如指示灯闪烁。

前置氧传感器性能退化的检测

氧传感器响应特性诊断的目的是监控前置氧传感器工作是否正常，检 测传感器开关特性质量。

空燃比闭环控制的原理

三元催化转化器的转化效率

空燃比控制策略

• 冷起动和低温时， 开环控制，空燃 比稍小。
• 中小负荷和怠速时闭环控制，空燃比为14.7：1。以得到良好的排放性能。
• 大负荷时，保证大功率和保护发动机不过热，空燃比较小。

前置氧传感器诊断内容

• 对氧传感器监测其信号电压是否超出可能範围、响应速度是否过低、跳变时间之比是否超出规定範围、转换频率是否过低、氧传感器是否活性不足、氧传感器加热器是否加热过慢等。
• 如果前置氧传感器响应特性信号退化到排放物达到OBD排放极限值，则MIL（故障报警指示灯）点亮。
• 前置氧传感器可单独诊断，也可与后置氧传感器联合诊断

氧传感器的输出电压

前置氧传感器的性能

催化器性能退化诊断（1）

• 当催化器 系统 性能 退化到 HC 排放超过 极限值 ( EOBD 为0.4g/km)时，系统认为是有故障。
• 催化器诊断是使用两个氧传感器来估计氧存储能力(OSC， Oxygen Storage Capacity)。
• 利用催化器前面的(前置)氧传感器和位于催化器后面的第二个(后置)氧传感器的输出电压，可以得到OSC 。

催化器性能退化的原因

• 高温：排气温度过高或催化剂材料高温强度差造成涂层烧 结和活性材料烧结；
• 化学：燃料中的铅、硫的存在和润滑油中磷的存在使催化器中毒；
• 物理：由于烧结和燃油、机油沉积物堵塞排气的通道，减少了排气与活性材料接触的表面积；由振动和热冲击引起涂层及载体的剥离和碎裂。

催化器性能退化诊断（ 2）

ECM/PCM测试

• 通信测试
• 校验和确认
• 内部硬件测试（在进行OBDII检测时， 同时要进 行OBDⅠ检测项目）。

车载诊断系统的工作

• 每次发动机起动时，ECU都必须开始一系列的诊断检测。
• 当OBD系统检测到零部件或系统有问题时，能使电子控制系统进入“永久排放故障模式”以保证车辆能继续行驶。OBD系统只有启动了应急程序或“跛行回家”程序。故障报警指示器点亮，通知驾驶员有故障存在。

故障报警指示灯（MIL）点亮

• 车载诊断系统必须有一个故障报警指示灯（MIL），用来迅速 提示驾驶员出现了故障。
• 点火开关接通，而发动机尚未起动或转动，MIL也必须点亮。 发动机起动后，如果没有检查到故障，MIL应熄灭。以检查故 障报警指示灯工作是否正常。
• 排放超过OBD 的限值，发动机进入永久排放故障状态。
• 失火达到可能使催化器损坏的程度。
• 连续两个运转循环（发动机起动、运转工况和熄火组成）出现与排放有关的故障。
• ECU自检过程中发生的故障。

故障报警指示灯（MI）的熄灭

• 发动机起动后未检测到任何故障。
• 如果发动机的失火率没有达到可能造成催化转化器损坏的限值，或者发动机运行工况改变后，失火率不会造成催化转化器的损坏时。
• 对于其它所有的故障，在三个连续的运转循环（发动机起动、运转工况和熄火组成）期间，如果负责MI的监测系统不再监测到故障，且没有检测出其它会单独点亮MI的故障之后。

清除故障代码

如果同一故障在40个以上发动机暖机（70 ℃ 以上）循环内不再出现，可以清除该故障代码， 以及该故障出现时的行驶距离和冻结帧保存的 状态信息。

冻结故障状态（冻结帧）

故障指示出现时，强制储存的状态信息有：
• 故障代码
• 计算的负荷值(负荷率)
• 发动机转速
• 发动机冷却液温度
应记录的其他参数：
燃油调整值、燃油压力、A/F控制系统（开环/闭环、其他）、进气管的空气压力、进气管的空气温度、点火提前角、空燃比、TPS传感器的输出、二次空气状态和车速等

OBD系统在下列情况下不起作用

• 油箱储油量小于20%。
• 起动时环境温度低于-7℃。户海拔高度高于2500m。
• 道路的路面情况十分恶劣。
• 对于装有功率输出装置的车辆，允许让受到影响的监测系统停止工作，条件是当功率输出装置在工作时，监测系统才停止工作。

故障码的存储

• 车载诊断系统必须 能够存储识别不同类型故障的代码。每个故障必须使用单独的状态代码，产生故障时，点亮MIL。
• 必须储存由于老化、故障或永久排放故障模 式的MIL亮时的故障代码。

故障代码读取

• 使用专用的检测设备，通过标准的串行接口诊断插头和电子控制单元的诊断插头连接，将存储的故障代码读出。
• 按照故障码的提示，维修人员可以迅速准确地 确定故障损坏的类型和部位（典型的车辆约有 150多个故障代码）。
• 通过标准的串行接口可读取出现故障时车辆行驶的里程。

OBD系统对缺陷的规定

• 有缺陷的车辆也可能获得批准、注册并允许销售。
• 型式认证时对缺陷的要求： 型式认证部门有权决定是否允许缺陷。 可以允许不超过两个缺陷。 在型式认证后两年内可允许系统缺陷（不能超过3年）。
• 不能接受以下的缺陷： 完全没有诊断功能的缺陷。 将导致排放超过限值的缺陷。

OBD的试验要求

• 选择适合的车辆,进行预处理。
• 进行型式认证试验时模拟的故障总数最多为4个。
• 用有缺陷的零件或电子仪器模拟故障，这种有缺陷的零件必须不会导致排放超过OBD限值的20%。
• 排放超过OBD限值时系统必须指示故障。
• 试验结束前，该车能有故障指示，就通过认证。（包括低于排放限值时故障指示灯工作）。

OBD 认证试验

• 在预处理后（至少连续运行2次Ⅰ型试验循环），测试车进行Ⅰ型试验循环。（进行第1和第2部分试验循环）
• 在下列任何一种情况下，排放超标时，应有故障指示：用老化或有故障的催化器替换汽车原有的催化器（只限HC） 用老化或有故障的氧传感器替换汽车原有的氧传感器发动机失火（用电子仪器模拟失火故障）切断任何与排放有关的零部件的电气连接。
• 切断蒸发控制设备的电气连接（不必进行Ⅰ型试验）。

燃油品质对OBD系统的影响

硫对OBD系统的影响：

• 检测系统应及时检测到硫造成催化器性能的下降并点 亮MIL。
• 采用高硫燃料，汽车排放会较高，MIL会亮。 烯烃/胶质对OBD系统的影响：
• 失火检测系统检测到喷油嘴堵塞造成失火，MIL点亮
• 近距离耦合的催化转化器很易被失火损坏，导致催化转化器故障，MIL点亮。

OBD系统面临的挑战

• 使用环境更高的要求（燃油、道路、地区等）。
• 驾驶员的驾驶习惯。户 车辆的使用年数。户 车辆的保养。

发动机/混动控制系统硬软件的升级

• 硬件： 至少要使用16位单片机，存储器的容量要大于128kb。控制系统中的传感器和执行器的驱动电路需要增加了自诊断功能和诊断接口。
• 软件： 增加OBD系统的诊断软件，需要将近6万行的软件代码、 15000个标定数据，包括故障码的处理、故障指示器的照 明、利用后置氧传感器对供油实现精确控制等程序。
• 软件的开发工作量远大于硬件的开发工作量。