點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機車(chē)載診斷系統(OBD)概述

目前我國新生產(chǎn)的轎車(chē)都裝有OBD系統。需要注意的是，這些國產(chǎn)轎車(chē)上的OBD系統未必全都開(kāi)通了該車(chē)上所有可能實(shí)現的OBD功能。

OBD相關(guān)的法規

我國關(guān)于輕型汽車(chē)發(fā)動(dòng)機OBD的法律依據是GB 18352.3-2005標準《輕型汽車(chē)污染物排放限值及測量方法(中國Ⅲ、Ⅳ階段)》。

GB 18352.3-2005標準規定，OBD系統指的是用于排放控制的車(chē)載診斷系統，它必須能識別可能存在故障的區域，能以故障代碼的方式將該信息儲存在電控單元存儲器內，并能通過(guò)用于標準診斷連接的串行接口從OBD系統獲取所有與排放相關(guān)的故障診斷數據，包括與汽車(chē)排放有關(guān)的零部件檢查、診斷、維護或修理時(shí)的所有故障代碼。

該標準還規定了排放控制診斷系統必須符合的一系列ISO和/或SAE標準。這些標準涉及數字信息交換、數據通訊網(wǎng)接口、排放相關(guān)系統、診斷連接接頭和相關(guān)電路、診斷故障代碼的定義等。

OBD的故障監測和判定標準

1.故障監測的任務(wù)

OBD的工作以故障監測為基礎。故障監測的任務(wù)有四個(gè)方面：

(1)監測電子控制系統本身的硬件如各種傳感器和執行器是否有故障，包括電路的斷路或短路等。

(2)監測雖不屬于電子控制系統，但卻是電子控制系統服務(wù)對象的、與排放密切相關(guān)的硬件如三效催化轉化器是否有故障。

(3)監測發(fā)動(dòng)機工作過(guò)程是否正常，如是否有缺火發(fā)生等。

(4)監測發(fā)動(dòng)機機械狀況是否正常，如機油油位是否太低，冷卻液是否太少等。

2.故障監測范圍

CARB-OBDⅡ規定的點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機故障監測范圍如下：

(1)發(fā)動(dòng)機缺火監測

(2)氧傳感器監測

(3)三效催化轉化器監測

(4)蒸發(fā)排放物控制系統監測

(5)燃油噴射系統監測

(6)對發(fā)動(dòng)機元件如傳感器和執行器進(jìn)行監測(其中一部分在OBDⅠ中也監測)

(7)排氣再循環(huán)系統監測

(8)二次空氣系統監測

(9)空調系統(氟氯碳致冷劑)監測。

由此可見(jiàn)，CARB-OBDⅡ監測的對象除了空調系統(致冷劑)以外都直接與發(fā)動(dòng)機有關(guān)。

EOBD系統只要求重點(diǎn)監測上述CARB-OBDⅡ九種故障監測功能的前4項(發(fā)動(dòng)機缺火、氧傳感器、三效催化轉化器和蒸發(fā)排放物控制系統監測)，同時(shí)對動(dòng)力總成中與計算機相連接的、可能在整車(chē)型式認證試驗的Ⅰ型排放試驗中導致排放超過(guò)EOBD限值的所有零部件和系統實(shí)施監測。

3.OBD系統對故障判定標準

在OBD系統看來(lái)，如果ECU根據各種傳感器信號推斷，當時(shí)與排放有關(guān)的部件或系統的失效已經(jīng)是導致排放污染物超過(guò)表2所列的限值，或OBD系統不能滿(mǎn)足基本的診斷要求，則認為發(fā)生了故障。對于燃用液化石油氣LPG或天然氣NG的車(chē)輛，采用與汽油車(chē)相同的排放污染物極限值。

OBD系統的功能

OBD系統的功能就是對發(fā)動(dòng)機電子控制系統實(shí)施監測和診斷。監測和診斷的范圍取決于法規要求、發(fā)動(dòng)機電子控制系統的功能以及汽車(chē)制造廠(chǎng)和發(fā)動(dòng)機電子控制系統供應商的要求。

1.OBD系統主要的監測和診斷功能

即使是滿(mǎn)足同樣的法規要求，不同廠(chǎng)商制造的OBD系統的監測和診斷功能與策略也不盡相同。以下是一些典型的監測和診斷功能：

(1)電子器件綜合監測

監測所有在OBD系統框架內與排放相關(guān)的傳感器、執行器和功率輸出級的功能。OBD系統從以下方面對電子器件進(jìn)行監測：

● 輸入和輸出信號的可信度

● 是否對地短路

● 是否對電源正極短路

● 是否斷路。

(2)氧傳感器監測

● 前氧傳感器電壓特性偏移和自適應值監測

● 氧傳感器加熱監測

● 前氧傳感器響應時(shí)間監測

● 后氧傳感器控制限值監測

● 后氧傳感器動(dòng)態(tài)特性監測

(3)三效催化轉化器監測

當今對所有催化轉化器的監測都是基于對儲氧能力的監測。為此，必須在催化轉化器的前面和后面各設置一個(gè)氧傳感器。

(4)蒸發(fā)排放物控制系統監測

包括對蒸發(fā)排放物控制系統炭罐清洗閥故障和系統泄漏故障的監測，至少必須監測其電路的連通狀態(tài)。

(5)缺火監測

缺火指的是點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機由于火花塞沒(méi)有打火、燃油計量不準、壓縮壓力太低或其它任何原因，導致氣缸內的混合氣未能燃燒。

缺火可由多種原因引起，涉及燃油、空氣和點(diǎn)火等多方面的問(wèn)題，例如混合氣過(guò)稀或過(guò)濃，火花塞燒損或電觸點(diǎn)故障等。缺火會(huì )使大量的HC通過(guò)排氣岐管進(jìn)入三效催化轉化器并在那里燃燒，產(chǎn)生大量的熱量，足以通過(guò)物理方式(熔融)或化學(xué)方式損壞催化轉化器。此外，這種未燃混合氣一旦排出機外，對環(huán)境也是一種額外的污染。即使是孤立的幾次缺火都會(huì )引起很高的HC排放。經(jīng)驗表明，缺火率達到2%時(shí)，HC排放將從原先滿(mǎn)足法規限值的水平提高到超過(guò)法規限值達50%，見(jiàn)圖1。如果發(fā)動(dòng)機缺火的時(shí)間超過(guò)17%，催化轉化器將會(huì )損壞。所以電子控制單元必須能進(jìn)行缺火監測。缺火監測是OBDⅡ區別于OBDⅠ的重要標志。

(6)排氣再循環(huán)(EGR)系統監測

包括對EGR閥流量不足故障和EGR閥銷(xiāo)位置傳感器電路故障等的監測。

(7)電子節氣門(mén)監測

(8)CAN數據總線(xiàn)監測

(9)二次空氣流量監測

(10)進(jìn)氣岐管絕對壓力限值監測

2.OBD系統監測功能的擴展

OBD系統的監測范圍至少要滿(mǎn)足法規的最低要求。GB 18352.3-2005有關(guān)這方面的要求都是圍繞著(zhù)排放控制而提出的。但是為了便于車(chē)輛的維護、修理以及使用的安全，OBD系統的實(shí)際功能往往超出了法規的要求。這主要表現在兩個(gè)方面：

第一，監測對象比法規要求的更多。發(fā)動(dòng)機的零部件可以分成兩大類(lèi)：第一類(lèi)是，其損壞或者失效會(huì )引起排放超過(guò)OBD限值或者引起其它監測功能失效的零部件;第二類(lèi)是，其損壞或者失效不會(huì )引起排放超過(guò)OBD限值或者引起其它監測功能失效的零部件。法規只規定OBD系統必須能夠監測第一類(lèi)零部件，卻并沒(méi)有要求對第二類(lèi)零部件也實(shí)施監測。但是OBD系統實(shí)際的監測范圍往往覆蓋了一部分第二類(lèi)零部件。

第二，實(shí)施監測的條件比法規的要求更寬松。法規只要求在特定的條件下才啟動(dòng)OBD系統的監測功能。實(shí)際上，即使超出了條件規定的范圍，但只要OBD系統能夠進(jìn)行可靠的監測，往往照樣會(huì )啟動(dòng)其監測功能。比如法規GB 18352.3-2005明確規定：缺火監測的最高轉速為4500r/min或比新車(chē)型式認證中的Ⅰ型排放測試期間出現的最高轉速高出1000r/min的轉速這兩者中的較小者。但是只要OBD系統能夠可靠地進(jìn)行缺火監測，該監測功能即使在轉速超出規定范圍時(shí)也不會(huì )關(guān)閉。