車載診斷系統（OBD協議）

1?OBD系統的發展歷史
OBD的概念起源于美國加州空氣資源管理委員會(CARB) ，目的是為了降低和控制 汽車尾氣對大氣的污染
– – – – 加州環保局（CARB）1985年立法，1988年開始實施 診斷要求針對硬件失效 主要零部件包括氧傳感器，廢氣再循環閥，供油系統和發動機控制系統 沒有統一的故障碼和通訊協議標準
第一代OBD（OBD-I）
第二代OBD（OBD-II）
– – – – – – 加州環保局于1989年立法，針對1994-96年及以后生產的車型 擴大了診斷零部件范圍 增加了對系統的診斷要求，如催化器失效，失火，蒸汽泄漏等 以對排放的影響為主，導入失效的具體排放條件 OBD-II排放限值隨LEV，ULEV，SULEV等排放標準不同 建立了標準化故障碼和通訊協議標準
聯邦OBD（Federal OBD-II）
– – 適用于加州以外的49州 要求類似加州OBD-II

2歐洲OBD（EOBD）
– 歐3法規實施時同步實施（2000年） – 法規要求類似美國OBD-II – 沒有EVAP泄漏測試要求 – 歐4對EOBD的要求和歐3相同 – 歐5實施時的EOBD要求：
EOBD排放限值更嚴格 增加對三元催化器NOx轉換率劣化的診測

3OBD系統功能描述
OBD系統必須具有識別可能存在故障區域的功能，并以故障代碼的 方式將該信息存儲在計算機存儲器內。 – 作用：
– 檢測到與排放相關故障時，OBD系統用儀表板上的MI燈給駕駛 – 員報警 – 故障車可以及時得到修理，使車輛排放達標 OBD系統儲存有識別故障件、故障系統和故障原因的重要信息，有助 于技師迅速診斷，對癥修理，可以降低車主維修成本，并在第一時間使 車輛得到正確維修。

4OBD系統功能描述
OBD 的功能：
– – – – – – – – – – – 記錄失效或故障發生時的運行工況條件 觸發故障警示燈（MI） 配備標準的診斷儀接口 采用標準方法讀取ECU中的數據 ECU 監測與排放有關的零部件和子系統 監測三元催化器 監測氧傳感器 監測油箱通風系統 監測二次空氣系統 監測廢氣再循環系統 失火監測
5OBD-I
OBD-I必須符合下列規定：
儀表板必須有“發動機故障警示燈” (MIL)，以提醒 駕駛注意特定的車輛系統已發生故障(通常是廢氣控 制相關系統)。 系統必須有記錄/傳輸相關廢氣控制系統故障碼的功 能。 電器組件監控必須包含：氧傳感器、廢氣再循環裝 置（EGR）、燃油箱蒸汽控制裝置（EVAP）。

6OBD-I
OBD-I的缺陷：
– 遺漏了三元催化器的效率監測 – 遺漏了油氣蒸發系統的泄漏偵測 – 遺漏了發動機是否缺火的檢測
導致碳氫化合物排放增加。再加上OBD-Ⅰ的監測線路敏感度不高，等到發覺車輛 故障再進廠維修時，事實上已排放了大量的廢氣。
– 沒有標準協議
各車輛制造廠發展了自己的診斷系統、檢修流程、專用工具等，給非特約維修站 技師的維修工作帶來許多問題。

7OBD-II
OBD-II系統必須具有下列功能：
– 檢測廢氣控制系統的關聯的元件是否出現“老 化”或“損壞”。 – 必須有警示裝置，從而便于提醒駕駛員，進行 廢氣控制系統的保養與檢修。 – 監控傳感器和執行器的功能。 – 使用標準化的故障碼，并且可用通用的儀器讀 取。
8OBD-II系統的監測項目氧傳感器
9OBD-II系統的監測項目
10OBD-Ⅱ在發動機運行過程中持續不斷地監控氧傳 感器的工作靈敏度/老化性能、氧傳感器信號電壓 以及氧傳感器的預熱器。 當氧傳感器中毒或者老化后會對氧傳感器產生不 利的一面，這種中毒往往是由于汽油中的含鉛成 份過高，導致氧傳感器鉛中毒。當出現中毒或者 老化后，我們將會觀察到氧傳感器的電壓周期大 大增加或者氧傳感器的信號電壓將變得平直。后 圖顯示出氧傳感器老化或中毒時發動機電腦的診 斷曲線。

10在故障診斷期間，發動機電腦將不斷比較上游氧傳感器和下游氧 傳感器的信號，使之保持在一定的轉換比例上。正常工作條件下，發 動機運轉后，上游氧傳感器不斷檢測發動機尾氣中的剩余氧含量。根 據剩余氧含量的大小決定吸入發動機的混合氣是稀或濃，剩余氧含量 多，混合氣就稀；剩余氧含量少，混合氣就濃。隨著發動機電腦不斷 對燃油系統進行調節，改變噴油量大小，匹配佳混合氣，因此在上 游氧傳感器產生直流脈動電壓信號，電壓在0.1～0.9V之間變化。廢氣 經過三元催化器處理后，剩余氧含量將大大減少，在下游氧傳感器上 的電壓脈動大大減少，由此，可以斷定三元催化器處于良好工作狀態 （如圖）。如果三元催化器工作不良或者有故障，則在氧化-還原反應 上無法完全對有害物進行完全轉變，則在下游氧傳感器上的電壓脈動 與在上游氧傳感器上的電壓脈動近似相同。如果上、下游氧傳感器的 信號的振幅、頻率接近一致，則表明三元催化器失效（如圖）。發動 機電腦就會立刻通過發動機故障報警燈（MIL）對外發出警報。

11二次空氣噴射就是發動機在冷車啟動時，由于必須在冷啟動下供 給較濃的混合氣，在低溫下發動機燃燒往往不是很好，大量的CO排出 到大氣中。為了降低這時的尾氣污染以及暖機階段的有害物排放，二 次空氣噴射裝置將新鮮空氣噴入發動機的排氣管，使廢氣中可燃燒成 分繼續燃燒，以減少排放污染物，使之達到歐Ⅲ排放。 噴入發動機排氣管的空氣可以跟廢氣中的有害氣體在排氣過程中 發生氧化反應，降低發動機尾氣中的有害物質，同時未完全燃燒的HC 以及CO在與新鮮空氣在排氣過程中繼續燃燒，可以快速對三元催化器 進行預熱，大大縮短三元催化器的反應時間。在三元催化器達到工作 溫度后，應停止二次空氣噴射，避免造成三元催化器過熱而毀壞。因 此，在發動機冷啟動后，二次空氣噴射裝置工作80～120s便停止工作。 OBD-Ⅱ在發動機運行過程中監控組合閥的空氣流量、電動空氣泵、 電動空氣泵的繼電器。?

12OBD-Ⅱ在發動機運行過程中監控活性炭罐電磁閥和其它相關聯的 傳感器和執行器的檢測。當燃油蒸汽系統工作時，一部分汽化的汽油 將通過活性炭罐被送入到進氣歧管，無疑是加濃了混合氣。如果燃油 箱燃油耗盡時，就會稀釋混合氣。燃油-空氣混合氣的改變可以通過氧 傳感器來檢測，因此也可以作為一個重要的檢測尺度來檢測燃油蒸汽 控制裝置。當燃油蒸汽控制系統正常時，伴隨著活性炭罐電磁閥的開 啟，混合氣會被加濃，氧傳感器的電壓就會上升；當燃油蒸汽控制系 統不正常時，盡管活性炭罐電磁閥開啟，混合氣也不會被加濃，氧傳 感器的電壓就不受燃油蒸汽控制系統的影響。


13當發動機點火系統發生損壞時，吸入缸內的混合氣不能及時被點 燃，大量的HC便直接排出汽缸。一部分HC在排氣管中發生燃燒，導致 三元催化器損壞；另一部分HC沒有完全燃燒便直接排向大氣中。 OBD-Ⅱ在發動機運行過程中監控發動機的失火率，每次檢測周期 為1000轉曲軸轉數。HC超出正常的1.5倍時相當于發動機的失火率達 2%。 發動機失火會導致發動機曲軸轉速不穩。根據這一特性，發動機 電腦根據發動機的曲軸轉速傳感器來監控發動機曲軸旋轉平穩情況。 發動機失火會改變曲軸的圓周旋轉速度。通常發動機轉動不是勻速的， 每缸在做功時都有一個加速，不做功就沒有加速。四缸機每轉動 720°應有4個加速。 正常情況下，發動機壓縮、做功，先是減速后是加速，屬于正常 現象。當發動機失火時，除了發動機壓縮期間轉速瞬時有所減緩外， 由于發動機失火，缺乏做功時的加速，因此，發動機缺火時的轉速波 動極大。發動機電腦可以通過安裝在曲軸上的轉速/位置傳感器來感 知瞬時的角速度變化情況，從而確定哪一缸出現失火。?

14汽油發動機OBD示意圖
01- 發動機控制單元 02- MIL警告燈 03- 診斷接口 04- 空氣質量流量計 05- 燃油系統診斷泵 06- 活性碳罐 07- 活性碳罐電磁閥 08- 節流閥體 09- 車速傳感器 10- 噴油嘴1-4缸 11- 燃油濾清器 12- 爆震傳感器 13- 發動機轉速傳感器 14- 相位傳感器 15- 點火模塊 16- 冷卻液溫度傳感器 17- 二次空氣電磁閥 18- 二次空氣泵 19- 二次空氣泵繼電器 20- 二次空氣組合閥 21- 前氧傳感器 22- 后氧傳感器

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15- CAN總線
27OBD相關技術標準 相關技術標準 OBD的相關技術標準主要是由國際標準化組 織(ISO)和國際汽車工程師協會(SAE)制定的。 這些標準已經被普遍接受，并且仍在不斷 發展和更新之中。

16OBD標準
OBD II及EOBD都規定了要遵守的標準化規范，以 便于車輛故障的診斷維修
診斷掃描工具標準 SAE J1978 故障碼標準 SAE J2012 ISO 15031-6 通訊協議標準
SAE J1850(GM;Ford;CHRYSLER等) 等 ISO 9141-2 ISO 14230-4(keyword 2000) ISO 15765-4(CAN)
診斷資料標準 SAE J1979
車輛 ＥＣＵ
Scan Tool Ｐ0300
診斷插座標準 SAE J1962

17故障碼標準

18影響OBD系統的因素 燃油品質 保養維護 配件的質量 環境 駕駛工況 車況

19?OBD相關法規

20?EU II – EU IV 排放標準

21歐Ⅰ和歐Ⅱ的型式認證試驗項目
Ⅰ型試驗—確定常溫下冷起動后的排氣污染 物 Ⅱ型試驗—怠速下一氧化碳排放量 Ⅲ型試驗—確認曲軸箱氣體排放物 Ⅳ型試驗—蒸發排放量 Ⅴ型試驗—污染控制裝置耐久性
22?歐Ⅲ和歐Ⅳ的型式認證試驗項目
Ⅰ型試驗—冷起動后的平均排氣排放量 Ⅲ型試驗—確認曲軸箱氣體排放物 Ⅳ型試驗—蒸發排放量 Ⅴ型試驗—污染控制裝置耐久性 Ⅵ型試驗—低溫(-7℃)下冷起動后CO和HC的 平均排放量 車載診斷（OBD）系統試驗?
23國家汽車尾氣排放標準實施日期
試驗項目 I型試驗 III型試驗 IV型試驗 V型試驗 VI型試驗 第III階段 第IV階段


25OBD 系統必須顯示故障的排放極限值

26車輛排放檢測

27燃油特性對輕型柴油車排放的影響