汽油機國六OBD標定方法的研究

王宜非

摘要：根據GB18352.6_2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》法規要求，基于汽油機整車的車載診斷系統（OBD）介紹了失火診斷系統、氧傳感器系統、催化器系統的診斷原理和標定方法。

關鍵詞：OBD;標定;失火;氧傳感器;催化器

引言

車載診斷系統（OnBoardDiagnostics，OBD）是發動機管理系統（EngineManagement-System，EMS）的重要組成部分，用于排放控制系統相關故障的監測。當其監測到與排放相關的任何傳感器、執行器或部件發生故障時，OBD系統應能正確判別其故障，并將當前循環的未決故障及下一個循環的確認故障存儲在發動機控制單元（ElectronicControlUnit，ECU）中。在存儲確認故障的同時點亮車載儀表的故障指示燈（MalfunctionIndicatorLamp，MIL），以此對駕駛員進行提醒使其安全駕駛和及時處置出現的故障。為滿足國標第六階段關于OBD診斷的要求，整車廠家或者電控單元供應商需針對汽油機和整車配置的傳感器、執行器以及排放相關零件進行OBD匹配標定，使其滿足OBD法規和主機廠開發需求。OBD如何有效且合理的工作需要通過標定，其主要目的是當車輛有故障時如何準確判斷排放已經超標。避免車輛已經超過排放閾值仍然在駕駛，同時也需要避免未達到排放閾值時OBD誤報警造成不必要的維修[1]。這部分的工作需要針對每一個故障結合法規中的Ⅰ型試驗和OBD系統試驗進行標定。本文基于某型2.0TGDI汽油機和德爾福電控系統對OBD公告認證項中的失火檢測診斷、氧傳感器劣化診斷、催化器診斷的診斷原理和標定方法進行介紹，并對標定中出現的問題進行研究。

1標定前準備

OBD診斷的大部分標定工作需基于新鮮后處理排放和老化后處理排放合格及數據固化后進行，老化排放合格的要求是原則是不超過但是接近法規要求的Ⅰ型試驗排放閾值（第一類車：國六b標準為一氧化碳（CO）0.5g/km、非甲烷碳氫（NMHC）0.05g/km，碳氫化合物（THC）0.05g/km，氮氧化合物 （Nox）0.035g/km，微粒物排放量（PM）0.003g/km，顆粒數量（PN）6.0×1011），最佳狀態為排放閾值的80%-90%之間，最好不要超過100%。主要通過排放I型試驗結果來標定各系統診斷閾值的大小。其中氧傳感器診斷、失火診斷及其他排放相關零部件的診斷標定需在均在裝有合格老化后處理（老化后處理為整車20萬公里耐久試驗后的后處理，且Ⅰ型排放滿足要求）的車輛上進行。催化器診斷是在裝有臨近后處理的整車上進行，臨界后處理為失效后處理，排放結果滿足OBD法規限值的80%-90%（第一類車國六b法規OBD閾值標準為一氧化碳（CO）1.9g/km、非甲烷碳氫（NMHC）+碳氫化合物（THC）0.260g/km，微粒物排放量（PM）0.012g/km）[2]。本文中的老化后處理（前TWC1000℃10h，后cGPF980℃10h）和臨界后處理（前TWC1200℃30h，后cGPF1200℃30h）均采用后處理供應商提供的爐子老化方法制備，

2失火診斷標定

失火檢測通過評估來自曲軸飛輪信號的發動機速度波動來判斷是否發生了失火。以四缸機為例，正常情況下每缸燃燒產生的扭矩對曲軸旋轉的驅動作用按照曲軸轉角劃分為180度。如下圖所示

在無失火發生時，曲軸轉過對應的180度所用的時間（分段時間）應該相同。分段時間對應于兩次點火之間的間隔。在某缸發生失火的時候，對應的分段時間會明顯延長。通過監測分段時間的變化可以判斷是否發生了失火。

根據連續幾個分段時間可以計算出評價發動機轉速波動的指標，即發動機運轉不平度，它反映了轉速的加速度。

當某一缸發生失火時曲軸旋轉速度會降低，系統通過監測曲軸旋轉速度的變化來判定是否有失火發生，系統會根據曲軸旋轉的加速度實時計算失火index值，如果發動機運轉平穩，計算得到的index較小，曲軸旋轉速度突然降低，會計算得到一個較大的index值，如果index超過標定的限值，則認為發生了失火

由于在不同的轉速和負荷點處發生失火的時候，發動機運轉不平度的大小也不同，因此判斷失火的閥值也不同。所以失火診斷的標定必須覆蓋整個檢測區域。

3氧傳感器劣化診斷標定

氧傳感器是汽油機燃油閉環控制的重要一環，氧傳感器響應的及時性和時效性是空燃比控制的關鍵，直接影響著排放的好壞，因此發動機控制系統需時刻監測氧傳感器的信號，以防止因為氧傳感器信號的惡化而導致排放的超標。同時能準確及時的識別出氧傳感器劣化造成的排放相關的故障。氧傳感器診斷功能包括：前后氧傳感器線路故障檢測，前后氧傳感器老化檢測，前后氧傳感器加熱功能檢測。本文主要對前氧傳感器的老化診斷標定進行介紹，前氧傳感器劣化診斷分為響應延遲和響應延緩，氧傳感器響應延遲的劣化方式是對氧信號響應的一種延遲，它并不改變氧信號濃稀轉變的時間，改變的是氧信號保持在濃（?。┑臅r間。下圖中前氧信號保持濃狀態的時間明顯大于保持在稀的時間。

與響應延遲的劣化方式不同，前氧傳感器信號響應延緩的劣化方式是改變氧信號濃稀轉換的時間。如下圖：

響應延遲標定方法：使用前氧傳感器模擬器造前氧傳感器延遲用于模擬前氧傳感器延遲故障（比如設置前氧延遲0.8s，該值一般為經驗值），車輛冷起動運行WLTC工況并測排放，采集前氧傳感器停留在濃區以及稀區的平均時間，根據排放結果（對比OBD閾值，使其排放結果滿足OBD閾值的80%-90%），更改響應延遲時間重復標定過程，直至排放結果滿足要求并設置合理的診斷閾值。

響應延緩標定方法：前氧傳感器模擬器設置響應延遲系數（比如設置0.07，該值為經驗值）造前氧傳感器響應延緩故障。車輛冷起動運行WLTC工況并測排放，采集前氧傳感器電流由稀到濃與由濃到稀平均時間、根據采集的電流由稀到濃與由濃到稀平均時間及排放結果優化診斷閾值。優化后的閾值見下表：

以上標定工作較繁瑣，且耗時較大，需根據經驗來設置前氧傳感器模擬器的響應參數，并結合排放結果來優化閾值，否則會造成標定資源浪費及標定閾值不夠精細。

4臨界催化器標定

德爾福電控系統診斷方法：基于檢測催化器的儲氧能力（OSC）;需要在催化器上、下游各安裝一個氧傳感器，通過比較上游和下游氧傳感器的輸出值，EOBD系統從而探測催化器的轉換效率;德爾福的診斷方法是在怠速工況下，改變空燃比（減稀、加濃），觀測下游氧傳感器對空燃比的反應時間。如時間過短，則轉換器已喪失儲氧能力。

診斷過程標定：催化器診斷閾值的標定前需打開催化器診斷的作動條件，保證催化器診斷只在熱機穩態怠速工況下進行，檢查一下監測量：發動機運轉時間、怠速轉速、水溫、進氣溫度、催化器溫度、進氣流量等。所有條件均滿足設定的作動條件。催化器診斷能夠在每次怠速只做一次診斷，通過兩個階段的作動來計算出儲氧時間（第一階段——空燃比減稀，給催化器充氧;第二階段——空燃比加濃，測量儲氧時間）。

診斷閾值標定：在裝有合格后臨界后處理（儲氧時間小于2s，排放結果滿足OBD閾值要求）路試多次測儲氧時間，待儲氧時間穩定后上整車轉轂進行WLTC循環工況測試，調整優化診斷作動條件使其在每個駕駛循環完成兩次診斷，根據測試到的儲氧時間優化診斷閾值，使其兩個駕駛循環后報出故障并點亮MIL燈，該過程需反復測試優化標定閾值，直至診斷作動條件滿足診斷需求，閾值設定合理，排放結果滿足法規需求。

5標定遇到的問題

問題描述：催化器診斷是通過空燃比的減稀加濃來計算儲氧時間的，其中空燃比變化速率的標定是最容易出現問題的部分。空燃比變化速率標定過大容易造成發動機怠速波動，造成怠速儲氧時間計算失敗;空燃比變化速率標定過小，雖然發動機怠速穩定，但又容易使空燃比爬升的時間太長，會延長ICMD診斷試驗所需時間，也會造成怠速儲氧時間計算失敗。根據經驗：通?？杖急扰郎龝r間不宜超過200ms?？杖急茸兓市枳裱韵鹿剑?/p>

空燃比變化幅度=空燃比爬升時間/空燃比變化速率×1.56ms.

解決方法：關閉所有附件使發動機怠速進氣流量最小，調整空燃比變化速率進行ICMD診斷試驗，評估診斷試驗從第一階段變化到第二階段時發動機的轉速波動。在轉速波動可接受的前提下盡量取空燃比變化速率的較大值。

6結束語

本文根據法規需求并結合工作經驗，總結了催化器、失火和前氧響應的診斷原理及基本標定方法，并就具體遇到的標定問題進行經驗分析并提出具體的解決方法。

參考文獻

[1]何興，何智淵，黃迎，李圓，趙利文.汽油機國五OBD標定及問題研究[J].上海：現代車用動力，2017，（03）：49-54.

[2]GB18352.6—2016，輕型汽車污染物排放閾值及測量方法（中國第六階段）[S].

[3]王永軍.轎車車載診斷（OBD）系統核心技術研究[D].長春：吉林大學，2007.

[4]趙燕，李君，張磊磊.輕型汽油車OBD法規分析和技術對策研究[J].上海汽車，2013，（05）：57-58.