OBD监控原理简介

OBD监控原理简介

黄亮，梁亮，张羿

内容摘要：

国家对汽车排放污染地控制不断地提高要求，OBD对机动车排放的监测有着重大的意义。本文简要介绍OBD监测机动车排放的原理。 Abstract:

The pollution of auto is a important problem for the world.The OBD system can check the exhaust system of vehicle. How the OBD works isintroduced. 关键词：OBD，氧传感器，催化转化器，失火 Keywords: OBD, O2 sensor, catalyser converter, misfire 一、 引言

汽车给生活带来了便利，为社会做出杰出贡献。但汽车给环境、人类健康带来的危害却容易被忽视。全世界，数以千万计的汽车，日复一日地污染着我们赖以生存的空气。

汽车产生最直接的污染就是其排放出的废气，机动车废气排放已经成为城市大气污染的重要来源之一。虽然现在的汽车制造商都针对汽车废气排放设计了净化装置，可是谁都无法保证在车辆使用寿命内，机动车废气净化装置能够正常工作。

OBD就是针对这种无法预知的情况，当在用车的废气控制装置失效时，能及时想驾驶员发出警报，有效地控制车辆废气排放。

二、 OBD概述

OBD（on board diagnostics）是车载自动诊断系统的缩写。它的功能概括地说，就是监测机动车尾气净化部件、以及可能影响机动车尾气排放的部件和程序的正常运作。这些部件主要包括喷油器、点火线圈、碳罐控制阀、燃油泵、失火系统、氧传感器、催化转化器等。上述部件一旦出现问题无法正常运作，都将可能导致机动车尾气排放恶劣。而配备有OBD系统的机动车在出现故障时，会发出警报提醒驾驶员及时检查维修。因此，OBD系统保证了对在用车尾气[排放的监控，使机动车在设计、生产、使用各个环节都能有效地控制尾气排放，保护大气环境。

国标GB 18352.3-2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）》中对轻型汽车的OBD提出了明确的规定和要求：到2010年7月，所有轻型汽车的排放都必须达到国Ⅳ要求，并必须装有OBD系统。

标准同时还指出OBD系统必须检测的零件和系统： 1. 监测催化转化器的劣化和失效 2. 监测发动机失火 3. 监测氧传感器劣化

4. 任何与排放有关的，且与电控单元相连接的动力系部件，都必须监测其电路的连通状态

5. 对蒸发污染物电控脱附系统，至少监测其电路的连通状态

6. 失效后导致排气污染物超过限值的其他排放控制部件或系统，或与电控单元相连并与排放有关的动力部件或系统

归纳以上6点，我们可以把影响排放的部件和系统分为两大类。一类是根据电路是否连通，判定部件或系统是否正常运行的；另一类是根据部件的劣化或失效程度判断是否正常运作的。

对于第一类，部件是否正常工作依靠电路的状态的连通与断开来判断，电控单元的程序对它们的监测相对较简单。而第二类部件系统的失效判定，就相对复杂。催化转化器和氧传感器在车辆开始使用时就已经开始劣化，对于这类零件的监控就不仅仅是电路连通或断开那么简单。

以下我们以轻型汽油车为例，简要阐述OBD是如何掌控这些零件劣化程度的。

三、 OBD工作原理 1. 监测前氧传感器

带有OBD系统的机动车装有两个氧传感器，它们分别安装在催化转化器前后两端。前氧传感器收集发动机尾气信息并反馈给电控单元，后氧传感器配合前氧传感器一同监测催化转化器。

氧传感器将发动机尾气中的氧气浓度转化成电压信号，反馈给电控单元。OBD系统通过监测氧传感器电压信号的范围、响应速度、跳变时间等信息，判断氧传感器是否工作正常。

机动车的氧传感器一般在空燃比λ=1处发生阶跃。在稳定工况下，当λ<1时，氧传感器信号电压为700~900mV，当λ>1时，电压为100~250mV，当电控单元进入闭环控制后，氧传感器信号电压在100~900mV之间不断波动，如图1（a）所示。

图1 氧传感器电压曲线

如果氧传感器电压信号响应速度越来越低，表现为动态响应的电压趋于平缓，如图1（b）所示。当响应速度超过了OBD标定的参数时，则电控单元将会判定氧传感器劣化。 2. 监测催化转化器劣化

电控单元通过不断地调整发动机喷油量和进气量，确保空燃比始终在理论值附近。但由于系统响应延迟导致实际空燃比总是在理论值上波动，因此发动机排出的尾气中的氧气含量也随着空燃比的变化而变化。当催化器正常运行时，前氧传感器监测未经过催化器处理的尾气，它的电压波动十分剧烈，而后氧传感器由于在催化器下游，它监测到的尾气氧气含量相对稳定，所以它的电压波动比较平缓，如图2（a）所示。

图2 正常催化器与劣化催化器的氧传感器信号

当催化器严重劣化或失效时，尾气得不到有效的净化，后氧传感器的电压波动将变得剧烈，电压信号的波形趋于前氧传感器，如图2（b）所示。这时，电控单元就会判断催化器无法正常运作。 3. 监测发动机失火

失火是发动机在工作过程中，燃烧室中的混合气体没有正常燃烧。在OBD标定过程中，设计者通过试验，通常会给定一个发动机许可的失火率。当发动机的失火率在许可值以内时，机动车的排放污染物不会超标，并且也不会损坏排气系统的零件。

发动机失火率过高，不仅导致混和气体排到大气中污染环境，同时未燃烧的混和气体在排气系统中发生燃烧会引起排气系统零件温度过高，导致零件的损坏。

电控单元通过曲轴位置传感器，可以精确地测量曲轴的转速，同时可以通过加速度的变化监测每个气缸工作时对曲轴产生的推力。当某一缸失火时，曲轴应有的角加速度不会产生，曲轴位置传感器将会监测到这个异常的数据并反馈给电控单元。如果电控单元确认了失火率超过标定时给定的数值，故障灯会点亮提醒驾驶员及时检查车辆。 四、 小结

OBD系统的标定是一个复杂而漫长的过程。随着人们对生活环境的日益关注，国家对汽车污染的控制将会越来越严格，机动车OBD系统将会不断地发展和完善。

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