OBD-Ⅱ—— 第二代车载故障诊断系统
OBD-Ⅱ——第二代车载故障诊断系统
核心提示：目前，北京已开始实施国Ⅲ汽车排放标准。这一标准是国家第三阶段的排放标准，它相当于欧洲Ⅲ号排放标准，对CO、NOX、HC、CO2采取更严格的限制。而要达到这一目标就要通过技术提升来解决，在汽车运行全程中不断监视尾气的排放质量，一旦发现汽车在运行过程中与控制尾气排放的相关元件出现故障，就会立刻报警，从而提醒驾驶员立即对车进行检修，以确保汽车时刻处于绿色环保状态。为此，国Ⅲ汽车排放标准强制规定：新车必须安装OBD车载自诊断系统（即On-Board Diagnostics的缩写）。该系统特点在于检测点增多、
一、起源
目前，北京已开始实施国Ⅲ汽车排放标准。这一标准是国家第三阶段的排放标准，它相当于欧洲Ⅲ号排放标准，对CO、NOX、HC、CO2采取更严格的限制。而要达到这一目标就要通过技术提升来解决，在汽车运行全程中不断监视尾气的排放质量，一旦发现汽车在运行过程中与控制尾气排放的相关元件出现故障，就会立刻报警，从而提醒驾驶员立即对车进行检修，以确保汽车时刻处于绿色环保状态。为此，国Ⅲ汽车排放标准强制规定：新车必须安装OBD车载自诊断系统（即On-Board Diagnostics的缩写）。该系统特点在于检测点增多、检测系统增多，在三元催化转化器的进、出口上都有氧传感器。
实际上，自1980年代开始，世界各汽车制造厂就在车辆上配备全功能的控制和诊断系统。这些新系统在车辆发生故障时可以警示驾驶，并且在维修时可经由特定的方式读取故障代码，以加快维修时间，这便是车载诊断系统。到了1 985年，美国加利福尼亚州大气资源局(CARB)开始制定法规，要求各车辆制造
厂在加利福尼亚州销售的车辆必须装置OBD系统，这些车辆上配备的OBD系统被称为OBD-Ⅰ(第一代随车诊断系统)。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）。
起初加利福尼亚州大气资源局制定OBDⅠ的用意是要减少车辆废气排放以及简化维修流程，但由于OBD-Ⅰ不够严谨，遗漏了三元催化器的效率监测、油气蒸发系统的泄漏侦测以及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。-
OBD-Ⅰ除了无法有效地控制废气排放，它还引起另一个严重的问题：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。加利福尼亚州大气资源局(CARB)眼见OBD-Ⅰ系统离当初制定的目标愈来愈远，即开始发展第二代随车诊断系统(OBD-Ⅱ)。
OBD-Ⅱ可在发动机的运行状况中持续不断地监控汽车尾气，一旦发现尾气超标，就会马上发出警报。当系统出现故障时，故障(MIL)灯或检查发动机(Ch eck Engine)警告灯亮，同时发动机电脑将故障信息存入存储器，通过程序可以将故障代码从发动机电脑中读出。根据故障码的提示，维修人员就能迅速准确地确定故障的性质和部位。
二、OBD-Ⅱ的目的
OBD-Ⅱ比OBD-Ⅰ增加了新的监测区域，包括催化转换器转换效率和决定发动机缺火的曲轴速度，可以获得任何时间的发动机缺火、碳氢化合物排放增加的信息。简单来说，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。
三、
OBD
Ⅱ的检测原理-
1、三元催化器
三元催化器是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它可将汽车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。由于这种催化器可同时将废气中的三种主要有害物质转化为无害物质，故称三元。
当高温的汽车尾气通过净化装置时，三元催化器中的净化剂将增强CO、H C和NOx三种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中CO 在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体；HC化合物在高温下氧化成水(H 2O)和二氧化碳；NOx还原成氮气和氧气。三种有害气体变成无害气体，使汽车尾气得以净化。
那么，OBD-Ⅱ对三元催化器作了哪些检测呢？我们知道，当三元催化器老化时或者三元催化器损坏时，就会严重削弱其氧化-还原能力，从而造成发动机尾气严重超标。因此，OBD-Ⅱ在发动机运行过程中将持续对CO的含量进行检测。
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（见图5）。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。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。
2、氧传感器
电喷发动机控制系统中的氧传感器是现代汽车中一个非常重要的传感器，用来监测发动机排气中氧的含量或浓度，并根据所测得的数据输出一个信号电压，反馈给电脑，从而控制喷油量的大小。它通常安装在排气系统中，直接与排气气流接触。
氧传感器的工作原理与干电池相似，传感器中的氧化锆元素起类似电解液的作用。在一定条件下(高温和铂催化)，利用氧化锆内外两侧的氧浓度差，产生电位差，且浓度差越大，电位差越大。根据氧传感器的电压信号，电脑按照尽可能接近14.7:1的最佳空燃比来控制混合气的浓度。
OBDⅡ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。图8显示出氧传感器老化或中毒时发动机电脑的诊断曲线。
3、二次空气喷射
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。
OBDⅡ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。
4、燃油蒸发控制系统
燃油蒸发控制系统的作用是防止油箱内蒸发的汽油蒸汽排入大气。它由蒸汽回收罐（亦称活性炭罐）、控制电磁阀及相应的蒸汽管道和真空软管等组成（见图11）。蒸汽回收罐内充满了活性炭颗粒，当油箱内的汽油蒸汽经蒸汽管道进入蒸汽回收罐时，蒸汽中的汽油分子被活性炭吸附。燃油蒸汽回收罐上方的另一个出口经真空软管与发动机进气歧管相通，软管中部有一个电磁阀控制管路的通断。当发动机运转时，如果电磁阀开启，则在进气歧管真空吸力的作用下，新鲜空气将从蒸汽回收罐下方进入，经过活性炭后再从蒸汽回收罐的出口进入软管的发动机进气歧管，把吸附在活性炭上的汽油分子（重新蒸发的）送入发动机燃烧，使之得到充分利用。
进入进气歧管的回收燃油蒸汽量必须加以控制，以防破坏正常的混合气成分。这一控制过程由微机根据发动机的水温、转速、节气门开度等运行参数，通过操纵控制电磁阀的开、闭来实现。
OBD -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。
随着车辆的使用，一些橡胶元件会老化，导致燃油蒸汽控制系统不密封，有汽油蒸汽排向大气中。因此，要对燃油蒸汽控制系统进行泄漏诊断，见图13。在这个系统中为了更好地检测密封性，在普通的燃油蒸汽控制系统中又增加了系统诊断空气泵和空气泵用的滤清器。系统诊断空气泵是一个执行器，同时又是一个传感器。作为执行器时，它是一个空气泵，用来产生气体压强；作为传感器时，又是一个压力传感器，以检测系统压力降低情况。
当系统处于诊断过程时，通过活性炭罐电磁阀将真空管与燃油蒸汽系统隔绝，通过系统诊断空气泵对燃油蒸汽系统加压，发动机电脑将检测燃油蒸汽系统中的气体压力，从而判断系统的密封性能（如图14）。
系统诊断空气泵有三个接头，其中最上端连接发动机节气门后方的真空管，左下端接头连接燃油蒸汽控制系统，右下端接头连接空气滤清器。真空开关通过得电将真空引入到膜片上腔，因此，膜片向上移动的动力源为发动机真空。膜片向下移动时，在真空开关失电后，膜片在弹簧作用下向下移动，产生气体压强，同时为了使膜片上腔不产生真空吸力，必须在膜片上腔引入空气进行压力平衡，
空气将由空气滤清器通过连同管道到达膜片上腔，从而便于膜片向下移动，对系统进行加压。当燃油蒸汽控制系统密封不良时，膜片下移距离很大，此时，安装在系统诊断空气泵上端的舌簧管接触开关就会闭合，向发动机电脑发出反馈指令，发动机电脑发出指令便再次将膜片上拉和向下释放、加压。如此反复，发动机就可以根据膜片上下移动的频率来确定系统是处于微小泄漏还是大量泄漏。如图16a，频率较小，发动机电脑根据频率可以判断，此系统为微小泄漏。16b 中频率变化较大，则可判断此系统为大量泄漏。
5、发动机失火检测系统
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。
OBDⅡ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。
四、第三代车载故障诊断系统
OBD-Ⅱ系统技术先进，对探测排放状况十分有效。当发现故障报警灯点亮时，应立即将车送到维修站进行检修。但对驾驶者是否接受MIL的警告，0BD-Ⅱ是无能为力的，而第三代车载故障诊断系统（OBD Ⅲ）解决了这个问题。
OBD Ⅲ的主要目的是使汽车的检测、维护和管理合为一体，以满足环境保护的要求。OBD-Ⅲ系统会分别进入发动机、变速器、ABS等系统ECU中去读取故障码和其它相关数据，并利用小型车载通讯系统，如GPS导航系统或无线通信方式将车辆的身份代码、故障码及所在位置等信息自动通告管理部门，管理部门根据该车辆排放问题的等级对其发出指令，包括去哪里维修的建议，解决排放问题的时限等，还可对超出时限的违规者的车辆发出禁行指令。因此，OBD Ⅲ系统不仅能对车辆排放问题向驾驶者发出警告，而且还能对违规者进行惩罚。