汽油机OBD系统控制原理及故障排除

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OBD是英文On-BoardDiaanostics的缩写，中文翻译为“车载自动诊断系统〞。这个系统将依据发动机的运行状况随时监控汽车是否尾气超标，一旦超标，会马上发出警示（图1）。当系统出现故障时，故障指示灯（MIL）或发动警戒告灯亮，同时动力总成控制模块（PCM）将故障信息存入存储器，通过一定的程序可以将故障码从PCM中读出。根据故障码的提醒，维修人员能迅速确凿地确定故障的性质和部位。

OBD-II与以前所有车载自诊断系统的不同之处在于有严格的排放针对性，即能够监测汽车尾气排放。当汽车排放的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）或燃油蒸发污染量超过设定的标准，故障指示灯就会点亮报警。

一、OBD系统概述

1.OBD系统的组成

OBD系统十分繁杂，该系统在功能上由软件和硬件共同实现。OBD的软件由故障诊断控制策略代码和标定组成，与发动机控制部分一起构成整个发动机控制系统的软件包。OBD的硬件主要由各传感器、ECU、OBD连接器插口、故障指示灯、执行器及线路等与发动机废气控制相关的子系统组成。图2所示为汽油发动机的OBD系统结构示意图。

2.OBD系统的原理

汽车正常运行时，电子控制系统ECU所接收的输入和输出信号会在一定范围内有规律地变化。当出现排放故障或汽车尾气超标时，电子控制系统的电路信号就会出现异常。ECU则判断出现故障并记录故障信息和相关代码，通过故障指示灯发出警告。ECU通过标准数据接口，保证对故障信息的访问和处理。

3.OBD系统主要的诊断测试

（1）零部件测试：任何与排放相关的部件，包括所有能实现探测功能传感器电路的通断状态测试。

（2）系统测试：氧传感器检测、催化转化器检测、失火检测、废气再循环压力检测、二次空气流量检测等。

（3）ECM/PCM测试：内部硬件测试、通信测试、确认和校对。

4.OBD诊断功能

OBD诊断功能如图3所示，下面通过两则故障实例来介绍一下这个系统的故障诊断。

二、故障案例

1.新帕萨特OBD灯报警

故障现象：一辆车型为A423L7的新帕萨特轿车，发动机号为CEA，行驶里程5100km，行驶过程中OBD报警，用诊断仪读取发动机系统故障，故障代码为08567，含义为：汽缸列1非怠速时系统过稀（间歇式）。

故障诊断与排除：首先与客户沟通得知，该车因此故障进站检查过1次，上次检查时只是把故障码清除掉并建议客户更换燃油，客户反映清除故障码后的当天下午故障灯再次亮起。启动发动机并怠速运转，发现组合仪表上的OBD灯亮起，故障与客户描述一致。接下来使用车辆诊断仪VAS5051B进入网关安装列表检查故障，发现发动机电子设备存在故障。查看发动机电子设备的故障码及含义，发现存在1个故障码08567，含义为：汽缸列1非怠速时系统过稀（间歇式），如图4所示。

故障码已经将故障范围指向非怠速状态，而此时发动机处于怠速运转状态，控制单元通过氧传感器的反馈得知现在的混合汽处于正常状态，所以将故障码的类型定义为“间歇式〞。假使发动机离开怠速工况，在较高的转速下运转时，通过氧传感器的反馈得知混合汽过稀，首先应通过短期燃油修正来增加喷油脉宽。假使修正后混合汽还是过稀，控制单元就启动长期燃油修正，当长期燃油修正值超过控制单元储存的最大范围时，会在控制单元内储存相应的故障码并激活组合仪表上的OBD报警灯，告知驾驶员车辆出现了故障，要到维修站，修理厂检查。接下来选择读取测量值功能查看长期燃油修正值，长期燃油修正值在32显示组，该显示组有两个显示含义，依照由上到下的排列顺序，显示1的含义为怠速时的长期燃油修正值，结果为0.2%；显示2的含义为部分负荷的长期燃油修正值，结果为26.6%，如图5所示，该数值过大。

将故障码记录并保存，然后清除故障码，接着查看显示组1的短期燃油修正值，发现短期燃油修正值快速变为26.2%，如图6所示。再查看32组的长期燃油修正值，发现部分负荷时的长期燃油修正值为0，而怠速时的长期燃油修正值变为6.5%，如图7所示。发动机怠速状态短暂运转约2min，显示组1的短期燃油修正值在0左右变化，这说明通过长期燃油修正后，怠速状态下混合汽已恢复正常，在非怠速状态下混合汽过稀。没有清除故障码前部分负荷时的长期燃油修正已达到26.6%。通过长期燃油修正，混合汽依旧过稀。同时也说明控制单元储存的故障码是正确的。

引起混合汽过稀的原因可能是喷油器脏造成喷油量过少，或燃油压力过低，或进气系统存在漏气等。将发动机转速稳定在3000r/mln，查看显示组140的燃油压力，结果约为40bar（1bar=10Pa），在快速踩下加速踏板时燃油压力迅速上升。找到一致发动机的车辆，也将动机转速稳定在3000r/min，查看燃油压力也是约40bar，这说明混合汽过稀不是由燃油压力低引起的。查看显示组3的空气流量计数值，结果为2.1g/s，与以往维修该车型发动机时读取到的数据进行比较，数值相差很小，假使存在漏气则空气流量计的数据也会变化，该车空气流量计的数据正常，这说明没有漏气。莫非是喷油器脏造成实际喷油量少？对喷油器进行免拆清洗，清洗后发现喷油脉宽减小，怠速状态下为1.02ms，如图8所示。一星期后回访客户，得知没有出现故障。

维修小结：遇到类似故障时，在没有排除故障前不要清除故障码。如清除故障码，发动机控制单元内储存的长期燃油修正会自动清零，发动机运转时的数据也会恢复到没有出现故障前，例如喷油脉宽恢复到正常状态的喷油脉宽，而出现故障后的喷油脉宽会增加或减少。与混合汽有关的故障码，注意要重点检查短期、长期燃油修正，进气量及喷油脉宽。

2.新捷达OBD灯报警

故障现象：2023款捷达，车辆行驶10，000km，仪表内的OBD灯报警。连接VAS5052进行检测，发动机存储“汽缸1列混合汽过浓/偶发〞故障。

故障诊断与排除：捷达轿车搭载了OBD尾气检测的发动机电控系统，在三元催化转换器的前后，分别装有两个阶跃型氧传感器，用以分析三元催化的转换效果。

发动机存储的故障含义为，发动机电控系统的1#（前）氧传感器探测到排气管中的混合汽过浓，发动机控制单元在一段时间内调整喷油时间，1#氧传感器再次反馈调整无效后，发动机存储器内存储了“混合汽过浓〞的故障。读取数据流01-08-33，显示1#氧传感器的电压为0.7V，变化缓慢，自适应值为-28.1%（图9）。均说明混合汽过浓，而且调整数值也达到了最大限值。

由于该车已行驶了10，000km，首先对进气系统积炭进行检查，发现只有微弱的积炭现象。询问车主后得知，此车上次保养已经进行过进气系统的积炭清洗。通过诊断读取01-08-04发动机水温信号，为97℃，与发动机实际温度相符；读取01-08-03发动机进气压力信号，为366mbar，符合当前转速下的进气量；读取01-08-03发动机怠速，为780r/min，负荷信号18.9%，符合正常工作范围。首先，将燃油压力表串连到供油系统中，发动机怠速运转时供油压力达到5.7bar，远远大于2.5bar的标准数值。由于供油压力高，单位时间内的实际喷油量大于发动机控制单元的规定喷油量，即使控制单元减少喷油时间，实际喷油量还是没有得到有效的控制，至此混合汽过浓的原因终究找到。

供油压力高的原因有：①油压调理器损坏或卡滞，造成压力无法调理；②回油管路阻塞，造成压力堆积。

本着由简到繁的处理方法，首先开启电动燃油泵上的回油管。假使供油压力没有下降，同时管路中只有少量回流燃油，说明油压调理器损坏，或者油压调理器到燃油泵的回流管路存在堵塞。假使供油压力达到规定数值，说明燃油泵内部的回流管路存在堵塞。开启燃油泵的回流管路，并用容器回收燃油，启动发动机，供油压力达到标准数值。拆下燃油泵，发现燃油泵的回流管路明显存在阻力。更换燃油泵，供油压力正常，01-08-331#氧传感器的工作电压和自适应值恢复正常。后询问得知，此车曾经因无法启动，在外地更换过燃油泵。

维修小结：维修过程中可以读取明确的故障信息，但实际的故障部位却可能不是故障信息直接反映的部件。假使直接根据故障提醒更换氧传感器，故障现象还会再次出现。认真分析数据流的数据信息，有效测量相关的信号和参数，才能够确凿判断出故障原因。

通过以上两个故障案例我们可以看出，对于OBD系统的故障不要轻易下结论，只有更深刻地了解它的控制原理和自诊断的功能，我们在处理此类故障时才能更得心应手。

三、导致OBD系统故障的因素

综述导致OBD系统故障的因素好多，如燃油品质、保养维护、配件的质量、环境、驾驶工况、车况等。下面将列举几项加以说明。

1.燃油品质的影响

若汽油中锰含量较高，其燃烧后的锰化物将会沉积在点火系统的火花塞、氧传感器及三元催化装置的内表面，造成点火困难、氧传感器失效以及三元催化装置堵塞。若汽油中硫含量较高，燃烧后的硫化物将随尾气排出而产生酸性物质，形成酸雨，影响大气环境。同时硫化物还影响三元催化的活性，影响NOx的排放。若汽油中烯烃含量较高，芳烃以及胶质等含量较高，将在发动机燃烧室、进气门和燃油喷射系统等部位形成沉积物、积炭和胶质，并导致HC超标。

2.维护保养的影响