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1、第2期(总第168期)车用发动机No.2(SerialNo.168)2007年4月VEHICLEENGINEApr.2007·故障诊断·基于OBD系统的失火诊断与排放分析121121王震,方茂东,颜伏伍,邹斌,王建海,杜建波(1.武汉理工大学汽车工程学院,湖北武汉430070;2.中国汽车技术研究中心,天津300162)摘要:车载诊断(OBD)系统是实施国Ⅲ和国Ⅳ排放标准的核心内容,发动机失火诊断是OBD系统重要功能之一。指出了发动机失火的原因和危害;分析了OBD失火诊断监测方法、诊断原理和故障处理方法;根据OBD
2、对发动机失火监控原理,说明了基于曲轴转速波动的失火诊断策略,并通过发动机失火发生装置模拟发动机失火,分析了失火时的曲轴转速波动和排放情况。试验研究结果表明,发动机发生失火时,曲轴转速有较大下降,HC和CO排放随着失火率的增加迅速升高。关键词:车载诊断;汽车发动机;失火;监控策略;排放控制中图分类号:TK421.5文献标志码:B文章编号:100122222(2007)0220058204车载诊断(OBD)系统测试是实施国Ⅲ和国Ⅳ续失火会导致催化剂温度大幅度升高,从而引起严排放标准的核心内容,也是难点之一。OBD系统根
3、重的热老化,对催化剂造成损害。MartinKlenk等据发动机的运行状况随时监控与汽车排放相关的部人研究了失火对催化剂温度及HC,CO和NOx排件,一旦某些部件发生故障导致排放超标,系统马上[3]放的影响。发动机转速和负荷不同,失火率对催发出警示。当发动机出现故障时,故障指示器(MI)化剂损害程度也不同。当发动机处于高速大负荷无或检查发动机警告灯亮,同时动力总成控制模块失火状态时,催化剂温度可升到950℃,故可以确定(PCM)将故障信息存入存储器,通过一定的程序可1000℃为催化剂温度极限。图1示出,试验用6缸以将
4、故障码从PCM中读出。根据故障码的提示,2.5L发动机在高速大负荷时,5%的失火率就会使维修人员能够迅速、准确地确定故障的性质和部位,催化剂温度超过限值。低速小负荷时,25%以上的从而有效控制在用车因排放净化装置故障或其他原失火率才会使催化剂温度超过限值。发动机失火使[1]因造成的排放超标。多缸汽油机失火故障多发且HC排放大幅度上升,2%的失火率就会使发动机不易觉察,对环境和车辆特别是采用催化转化器的HC排放超过限值(美国1994年标准)的1.5倍(见车辆造成了巨大危害。因此,研究OBD系统的发动图2)。另外CO和
5、NOx排放量主要受氧传感器影机失火诊断策略并分析失火排放状况具有实用价值。响,废气中大量的O2会使氧传感器持续输出低电1失火的原因及危害压,从而使混合气持续加浓。氧传感器表面催化活性不同所引起的混合气加浓量也不同,因而CO的失火原因主要包括:点火系统的导线、线圈和火增加量及NOx的减少量也不同。花塞故障;进气系统(包括曲轴箱强制通风系统和EGR阀等)密封性不好及空气流量传感器提供虚假的小流量信息造成混合气过稀;燃油泵和燃油滤清器堵塞、压力调节器和喷油器等故障引起喷油压力过低等造成混合气过稀;氧传感器因长时间怠速或短
6、距离运行引起表面硅污染,提供虚假的浓混合气信息;燃油含有水、酒精或其他污染物,这些污染物[2]稀释了混合气。OBD法规中规定对两种失火危害进行监测,分别是失火造成的催化剂损害和排放超标。发动机持图1造成催化剂损害的失火率范围收稿日期:2006208208;修回日期:2007201209基金项目:国家环保局与日产合作资助项目“OBD技术与在用车排放管理研究”作者简介:王震(1983—),男,江苏盱眙人,在读硕士,研究方向为OBD系统的开发与应用;E2mail:wangzhen2067@Gmail.com。2007年4
7、月王震,等:基于OBD系统的失火诊断与排放分析·59·设置了诊断无效条件来过滤其他影响因素,只有满足这些条件,才能进行失火检测,保证了诊断结果的准确性。失火诊断无效条件包括发动机转速、冷却水温和蓄电池电压等。整个诊断流程最关键的是失火参考阀值的确定。诊断通过对比各个气缸间的转动平稳度差异来进行,这种差异与瞬时扭矩和瞬时转速有关。扭矩越大,发火气缸的曲轴角加速度就越大,发火气缸与失火气缸之间的角加速度差异越大;转速越高,那么曲轴具有的惯性就越大,发火气缸与失火气缸间的差异就越小,故失火参考阀值是由转速和负荷决定图2失
8、火率对排放的影响[4]的一个三维MAP图。失火参考阀值大致随着负2OBD失火诊断原理分析荷的增大而增大,随转速的升高而减小,反之亦然。具体参考值需要根据具体的机型进行试验标定。2.1监测方法2.3故障处理方法发动机失火监测方法有曲轴角速度波动法、离针对不同的失火危害(排放增加和催化剂损子电流法和宽域氧传感器法等。目前比较常用的是坏),有两种独立的故障处理程序
