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车载诊断系统（OBD协议）

1 OBD系统的发展历史
OBD的概念起源于美国加州空气资源管理委员会(CARB) ，目的是为了降低和控制汽车尾气对大气的污染
– – – – 加州环保局（CARB）1985年立法，1988年开始实施诊断要求针对硬件失效主要零部件包括氧传感器，废气再循环阀，供油系统和发动机控制系统没有统一的故障码和通讯协议标准
第一代OBD（OBD-I）
第二代OBD（OBD-II）
– – – – – – 加州环保局于1989年立法，针对1994-96年及以后生产的车型扩大了诊断零部件范围增加了对系统的诊断要求，如催化器失效，失火，蒸汽泄漏等以对排放的影响为主，导入失效的具体排放条件 OBD-II排放限值随LEV，ULEV，SULEV等排放标准不同建立了标准化故障码和通讯协议标准
联邦OBD（Federal OBD-II）
– – 适用于加州以外的49州要求类似加州OBD-II

2欧洲OBD（EOBD）
– 欧3法规实施时同步实施（2000年） – 法规要求类似美国OBD-II – 没有EVAP泄漏测试要求 – 欧4对EOBD的要求和欧3相同 – 欧5实施时的EOBD要求：
EOBD排放限值更严格增加对三元催化器NOx转换率劣化的诊测

3OBD系统功能描述
OBD系统必须具有识别可能存在故障区域的功能，并以故障代码的方式将该信息存储在计算机存储器内。 – 作用：
– 检测到与排放相关故障时，OBD系统用仪表板上的MI灯给驾驶 – 员报警 – 故障车可以及时得到修理，使车辆排放达标 OBD系统储存有识别故障件、故障系统和故障原因的重要信息，有助于技师迅速诊断，对症修理，可以降低车主维修成本，并在第一时间使车辆得到正确维修。

4OBD系统功能描述
OBD 的功能：
– – – – – – – – – – – 记录失效或故障发生时的运行工况条件触发故障警示灯（MI）配备标准的诊断仪接口采用标准方法读取ECU中的数据 ECU 监测与排放有关的零部件和子系统监测三元催化器监测氧传感器监测油箱通风系统监测二次空气系统监测废气再循环系统失火监测
5OBD-I
OBD-I必须符合下列规定：
仪表板必须有“发动机故障警示灯” (MIL)，以提醒驾驶注意特定的车辆系统已发生故障(通常是废气控制相关系统)。系统必须有记录/传输相关废气控制系统故障码的功能。电器组件监控必须包含：氧传感器、废气再循环装置（EGR）、燃油箱蒸汽控制装置（EVAP）。

6OBD-I
OBD-I的缺陷：
– 遗漏了三元催化器的效率监测 – 遗漏了油气蒸发系统的泄漏侦测 – 遗漏了发动机是否缺火的检测
导致碳氢化合物排放增加。再加上OBD-Ⅰ的监测线路敏感度不高，等到发觉车辆故障再进厂维修时，事实上已排放了大量的废气。
– 没有标准协议
各车辆制造厂发展了自己的诊断系统、检修流程、专用工具等，给非特约维修站技师的维修工作带来许多问题。

7OBD-II
OBD-II系统必须具有下列功能：
– 检测废气控制系统的关联的元件是否出现“老化”或“损坏”。 – 必须有警示装置，从而便于提醒驾驶员，进行废气控制系统的保养与检修。 – 监控传感器和执行器的功能。 – 使用标准化的故障码，并且可用通用的仪器读取。
8OBD-II系统的监测项目氧传感器
9OBD-II系统的监测项目
10OBD-Ⅱ在发动机运行过程中持续不断地监控氧传感器的工作灵敏度/老化性能、氧传感器信号电压以及氧传感器的预热器。当氧传感器中毒或者老化后会对氧传感器产生不利的一面，这种中毒往往是由于汽油中的含铅成份过高，导致氧传感器铅中毒。当出现中毒或者老化后，我们将会观察到氧传感器的电压周期大大增加或者氧传感器的信号电压将变得平直。后图显示出氧传感器老化或中毒时发动机电脑的诊断曲线。

10在故障诊断期间，发动机电脑将不断比较上游氧传感器和下游氧传感器的信号，使之保持在一定的转换比例上。正常工作条件下，发动机运转后，上游氧传感器不断检测发动机尾气中的剩余氧含量。根据剩余氧含量的大小决定吸入发动机的混合气是稀或浓，剩余氧含量多，混合气就稀；剩余氧含量少，混合气就浓。随着发动机电脑不断对燃油系统进行调节，改变喷油量大小，匹配最佳混合气，因此在上游氧传感器产生直流脉动电压信号，电压在0.1～0.9V之间变化。废气经过三元催化器处理后，剩余氧含量将大大减少，在下游氧传感器上的电压脉动大大减少，由此，可以断定三元催化器处于良好工作状态（如图）。如果三元催化器工作不良或者有故障，则在氧化-还原反应上无法完全对有害物进行完全转变，则在下游氧传感器上的电压脉动与在上游氧传感器上的电压脉动近似相同。如果上、下游氧传感器的信号的振幅、频率接近一致，则表明三元催化器失效（如图）。发动机电脑就会立刻通过发动机故障报警灯（MIL）对外发出警报。

11二次空气喷射就是发动机在冷车启动时，由于必须在冷启动下供给较浓的混合气，在低温下发动机燃烧往往不是很好，大量的CO排出到大气中。为了降低这时的尾气污染以及暖机阶段的有害物排放，二次空气喷射装置将新鲜空气喷入发动机的排气管，使废气中可燃烧成分继续燃烧，以减少排放污染物，使之达到欧Ⅲ排放。喷入发动机排气管的空气可以跟废气中的有害气体在排气过程中发生氧化反应，降低发动机尾气中的有害物质，同时未完全燃烧的HC 以及CO在与新鲜空气在排气过程中继续燃烧，可以快速对三元催化器进行预热，大大缩短三元催化器的反应时间。在三元催化器达到工作温度后，应停止二次空气喷射，避免造成三元催化器过热而毁坏。因此，在发动机冷启动后，二次空气喷射装置工作80～120s便停止工作。 OBD-Ⅱ在发动机运行过程中监控组合阀的空气流量、电动空气泵、电动空气泵的继电器。

12OBD-Ⅱ在发动机运行过程中监控活性炭罐电磁阀和其它相关联的传感器和执行器的检测。当燃油蒸汽系统工作时，一部分汽化的汽油将通过活性炭罐被送入到进气歧管，无疑是加浓了混合气。如果燃油箱燃油耗尽时，就会稀释混合气。燃油-空气混合气的改变可以通过氧传感器来检测，因此也可以作为一个重要的检测尺度来检测燃油蒸汽控制装置。当燃油蒸汽控制系统正常时，伴随着活性炭罐电磁阀的开启，混合气会被加浓，氧传感器的电压就会上升；当燃油蒸汽控制系统不正常时，尽管活性炭罐电磁阀开启，混合气也不会被加浓，氧传感器的电压就不受燃油蒸汽控制系统的影响。

13当发动机点火系统发生损坏时，吸入缸内的混合气不能及时被点燃，大量的HC便直接排出汽缸。一部分HC在排气管中发生燃烧，导致三元催化器损坏；另一部分HC没有完全燃烧便直接排向大气中。 OBD-Ⅱ在发动机运行过程中监控发动机的失火率，每次检测周期为1000转曲轴转数。HC超出正常的1.5倍时相当于发动机的失火率达 2%。发动机失火会导致发动机曲轴转速不稳。根据这一特性，发动机电脑根据发动机的曲轴转速传感器来监控发动机曲轴旋转平稳情况。发动机失火会改变曲轴的圆周旋转速度。通常发动机转动不是匀速的，每缸在做功时都有一个加速，不做功就没有加速。四缸机每转动 720°应有4个加速。正常情况下，发动机压缩、做功，先是减速后是加速，属于正常现象。当发动机失火时，除了发动机压缩期间转速瞬时有所减缓外，由于发动机失火，缺乏做功时的加速，因此，发动机缺火时的转速波动极大。发动机电脑可以通过安装在曲轴上的转速/位置传感器来感知瞬时的角速度变化情况，从而确定哪一缸出现失火。

14汽油发动机OBD示意图
01- 发动机控制单元 02- MIL警告灯 03- 诊断接口 04- 空气质量流量计 05- 燃油系统诊断泵 06- 活性碳罐 07- 活性碳罐电磁阀 08- 节流阀体 09- 车速传感器 10- 喷油嘴1-4缸 11- 燃油滤清器 12- 爆震传感器 13- 发动机转速传感器 14- 相位传感器 15- 点火模块 16- 冷却液温度传感器 17- 二次空气电磁阀 18- 二次空气泵 19- 二次空气泵继电器 20- 二次空气组合阀 21- 前氧传感器 22- 后氧传感器

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