车载诊断系统（OBD协议）

1 OBD系统的发展历史
OBD的概念起源于美国加州空气资源管理委员会(CARB) ，目的是为了降低和控制 汽车尾气对大气的污染
– – – – 加州环保局（CARB）1985年立法，1988年开始实施 诊断要求针对硬件失效 主要零部件包括氧传感器，废气再循环阀，供油系统和发动机控制系统 没有统一的故障码和通讯协议标准
第一代OBD（OBD-I）
第二代OBD（OBD-II）
– – – – – – 加州环保局于1989年立法，针对1994-96年及以后生产的车型 扩大了诊断零部件范围 增加了对系统的诊断要求，如催化器失效，失火，蒸汽泄漏等 以对排放的影响为主，导入失效的具体排放条件 OBD-II排放限值随LEV，ULEV，SULEV等排放标准不同 建立了标准化故障码和通讯协议标准
联邦OBD（Federal OBD-II）
– – 适用于加州以外的49州 要求类似加州OBD-II

2欧洲OBD（EOBD）
– 欧3法规实施时同步实施（2000年） – 法规要求类似美国OBD-II – 没有EVAP泄漏测试要求 – 欧4对EOBD的要求和欧3相同 – 欧5实施时的EOBD要求：
EOBD排放限值更严格 增加对三元催化器NOx转换率劣化的诊测

3OBD系统功能描述
OBD系统必须具有识别可能存在故障区域的功能，并以故障代码的 方式将该信息存储在计算机存储器内。 – 作用：
– 检测到与排放相关故障时，OBD系统用仪表板上的MI灯给驾驶 – 员报警 – 故障车可以及时得到修理，使车辆排放达标 OBD系统储存有识别故障件、故障系统和故障原因的重要信息，有助 于技师迅速诊断，对症修理，可以降低车主维修成本，并在第一时间使 车辆得到正确维修。

4OBD系统功能描述
OBD 的功能：
– – – – – – – – – – – 记录失效或故障发生时的运行工况条件 触发故障警示灯（MI） 配备标准的诊断仪接口 采用标准方法读取ECU中的数据 ECU 监测与排放有关的零部件和子系统 监测三元催化器 监测氧传感器 监测油箱通风系统 监测二次空气系统 监测废气再循环系统 失火监测
5OBD-I
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）。

6OBD-I
OBD-I的缺陷：
– 遗漏了三元催化器的效率监测 – 遗漏了油气蒸发系统的泄漏侦测 – 遗漏了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。
– 没有标准协议
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。

7OBD-II
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。
8OBD-II系统的监测项目氧传感器
9OBD-II系统的监测项目
10OBD-Ⅱ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。后 图显示出氧传感器老化或中毒时发动机电脑的诊 断曲线。

10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 （如图）。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（如图）。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。

11二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。 OBD-Ⅱ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。 

12OBD-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。


13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。 OBD-Ⅱ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。 

14汽油发动机OBD示意图
01- 发动机控制单元 02- MIL警告灯 03- 诊断接口 04- 空气质量流量计 05- 燃油系统诊断泵 06- 活性碳罐 07- 活性碳罐电磁阀 08- 节流阀体 09- 车速传感器 10- 喷油嘴1-4缸 11- 燃油滤清器 12- 爆震传感器 13- 发动机转速传感器 14- 相位传感器 15- 点火模块 16- 冷却液温度传感器 17- 二次空气电磁阀 18- 二次空气泵 19- 二次空气泵继电器 20- 二次空气组合阀 21- 前氧传感器 22- 后氧传感器

 

15- CAN总线
27OBD相关技术标准 相关技术标准 OBD的相关技术标准主要是由国际标准化组 织(ISO)和国际汽车工程师协会(SAE)制定的。 这些标准已经被普遍接受，并且仍在不断 发展和更新之中。

16OBD标准
OBD II及EOBD都规定了要遵守的标准化规范，以 便于车辆故障的诊断维修
诊断扫描工具标准 SAE J1978 故障码标准 SAE J2012 ISO 15031-6 通讯协议标准
SAE J1850(GM;Ford;CHRYSLER等) 等 ISO 9141-2 ISO 14230-4(keyword 2000) ISO 15765-4(CAN)
诊断资料标准 SAE J1979
车辆 ＥＣＵ
Scan Tool Ｐ0300
诊断插座标准 SAE J1962

17故障码标准

18影响OBD系统的因素 燃油品质 保养维护 配件的质量 环境 驾驶工况 车况

19 OBD相关法规

20 EU II – EU IV 排放标准

21欧Ⅰ和欧Ⅱ的型式认证试验项目
Ⅰ型试验—确定常温下冷起动后的排气污染 物 Ⅱ型试验—怠速下一氧化碳排放量 Ⅲ型试验—确认曲轴箱气体排放物 Ⅳ型试验—蒸发排放量 Ⅴ型试验—污染控制装置耐久性
22 欧Ⅲ和欧Ⅳ的型式认证试验项目
Ⅰ型试验—冷起动后的平均排气排放量 Ⅲ型试验—确认曲轴箱气体排放物 Ⅳ型试验—蒸发排放量 Ⅴ型试验—污染控制装置耐久性 Ⅵ型试验—低温(-7℃)下冷起动后CO和HC的 平均排放量 车载诊断（OBD）系统试验 
23国家汽车尾气排放标准实施日期
试验项目 I型试验 III型试验 IV型试验 V型试验 VI型试验 第III阶段 第IV阶段


25OBD 系统必须显示故障的排放极限值

26车辆排放检测

27燃油特性对轻型柴油车排放的影响