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1.三效催化轉化器故障診斷
三效催化轉化器對發(fā)動(dòng)機的排放控制具有極其重要的意義。沒(méi)有三效催化轉化器就不可能滿(mǎn)足歐洲排放法規。第二代車(chē)載故障診斷系統(OBD-Ⅱ)具有對三效催化轉化器進(jìn)行故障診斷的功能。為了對三效催化轉化器進(jìn)行故障診斷，必須在它的上游和下游各裝一個(gè)氧傳感器(圖1)。
三效催化轉化器對HC、CO和NOx的轉化效率與它的儲氧能力有關(guān)。正常運行的三效催化轉化器因其儲氧能力而使下游氧傳感器的動(dòng)態(tài)響應與上游氧傳感器相比明顯差，下游氧傳感器動(dòng)態(tài)響應曲線(xiàn)的振幅非常小。反之，如果下游氧傳感器信號電壓的波形非常接近上游氧傳感器，只不過(guò)相位略滯后(圖2)，則ECU認為三效催化轉化器效率過(guò)低。此時(shí)，在滿(mǎn)足下列條件的情況下ECU將設置三效催化轉化器的故障信息記錄：沒(méi)有車(chē)速傳感器、節氣門(mén)位置傳感器、燃油蒸發(fā)排放控制系統、下游氧傳感器、缺火、進(jìn)氣溫度傳感器、進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器、燃油調節、噴油器、廢氣再循環(huán)閥位置傳感器、發(fā)動(dòng)機冷卻液溫度傳感器、曲軸位置傳感器和空氣流量傳感器的故障信息記錄；三效催化轉化器已準備好接受測試，即進(jìn)氣溫度高于0℃，發(fā)動(dòng)機冷卻液溫度高于75℃，質(zhì)量空氣流量在15g/s~32g/s，發(fā)動(dòng)機負荷小于滿(mǎn)負荷的63%且運轉平穩，發(fā)動(dòng)機轉速低于4000r/min，且上述情況持續時(shí)間達4min；發(fā)動(dòng)機轉速在1000r/min~3000r/min；車(chē)速在50km/h~120km/h。
2.三效催化轉化器上游氧傳感器的故障診斷
2.1 上游氧傳感器信號電壓超出可能范圍
眾所周知，氧傳感器信號電壓在空氣過(guò)量因數λ=1處發(fā)生階躍。ECU為氧傳感器提供了一個(gè)450mV電壓。在穩定工況下，如果λ＜1，則氧傳感器信號電壓約為1000mV；如果λ＞1，則此信號電壓約為100mV。如前所述，當ECU進(jìn)入閉環(huán)控制后，氧傳感器信號電壓應在1000mV和100mV之間不斷地波動(dòng)(圖3a)。在加速和減速工況下退出閉環(huán)控制，加速工況下混合氣加濃，該信號電壓應接近1000mV；減速工況下混合氣變稀，該信號電壓應按近100mV。如果在ECU進(jìn)入閉環(huán)控制后該信號電壓保持低于175mV達15s，或者在加速工況下該信號電壓保持低于600mV達15s，則ECU認為該傳感器信號電壓偏低，不可信。如果在ECU進(jìn)入閉環(huán)控制后信號電壓保持高于800mV達15s，或者在減速工況下該信號電壓保持高于110mV達15s，則ECU認為該傳感器信號電壓偏高，不可信。此時(shí)，在滿(mǎn)足下列條件的情況下ECU將設置上游氧傳感器信號電壓超出可能范圍的故障信息記錄：沒(méi)有節氣門(mén)位置傳感器、燃油蒸發(fā)排放控制系統、缺火、進(jìn)氣溫度傳感器、進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器、燃油調節、噴油器、廢氣再循環(huán)閥位置傳感器、冷卻液溫度傳感器、曲軸位置傳感器和空氣流量傳感器的故障信息記錄；節氣門(mén)開(kāi)度在3%~40%。
2.2 上游氧傳感器信號電壓響應速度過(guò)低
如圖3b和圖3c所示，隨著(zhù)氧傳感器的老化，其信號電壓響應速度越來(lái)越低，表現為動(dòng)態(tài)響應曲線(xiàn)趨于平緩，其斜率的絕對值變小。
在ECU進(jìn)入閉環(huán)控制的情況下，ECU連續監測氧傳感器一段時(shí)間(例如100s)，記錄其信號電壓，每次從低于300mV到高于600mV(混合氣從稀到濃)和從高于600mV到低于300mV(混合氣從濃到稀)跳變所經(jīng)歷的時(shí)間及跳變的次數，分別求出跳變時(shí)間的平均值。如果從低到高跳變時(shí)間的平均值超過(guò)114ms或從高到低跳變時(shí)間的平均值超過(guò)99ms，則ECU認為該氧傳感器已老化。此時(shí)，在滿(mǎn)足下列條件的情況下，ECU將設置上游氧傳感器信號電壓響應速度過(guò)低的故障信息記錄：沒(méi)有節氣門(mén)位置傳感器、燃油蒸發(fā)排放控制系統、缺火、進(jìn)氣溫度傳感器、進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器、燃油調節、噴油器、廢氣再循環(huán)閥位置傳感器、冷卻液溫度傳感器、曲軸位置傳感器和空氣流量傳感器的故障信息記錄；節氣門(mén)開(kāi)度在3%~40%；ECU進(jìn)入閉環(huán)控制至少達1min；發(fā)動(dòng)機轉速在1000r/min~3000r/min；冷卻液溫度超過(guò)50℃；質(zhì)量空氣流量在10g/s~30g/s。
2.3 上游氧傳感器信號電壓跳變時(shí)間比超出規定范圍
2.2中監測的信號電壓從高到低跳變時(shí)間和從低到高跳變時(shí)間之比也能反映出氧傳感器的老化。將圖3中的3條曲線(xiàn)進(jìn)行對比可以發(fā)現，隨著(zhù)氧傳感器的老化，此比值將增大。如果在閉環(huán)控制的情況下，100s的監測期間信號電壓跳變時(shí)間之比的平均值不在4和0.4之間，則ECU認為該氧傳感器已老化。此時(shí)，在滿(mǎn)足下列條件的情況下，ECU將設置上游氧傳感器信號電壓跳變時(shí)間比超出規定范圍的故障信息記錄：沒(méi)有節氣門(mén)位置傳感器、燃油蒸發(fā)排放控制系統、缺火、進(jìn)氣溫度傳感器、進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器、燃油調節、噴油器、廢氣再循環(huán)閥位置傳感器、冷卻液溫度傳感器、曲軸位置傳感器和空氣流量傳感器的故障信息記錄；節氣門(mén)開(kāi)度在3%~40%；發(fā)動(dòng)機轉速在1000r/min~3000r/min。
2.4 上游氧傳感器信號電壓跳變頻率過(guò)低
由圖3不難看出，隨著(zhù)氧傳感器的老化，信號電壓跳變的頻率逐漸減小，如果在閉環(huán)控制的情況下，100s的監測期間中信號電壓從低到高和從高到低的跳變次數均小于45次，則ECU認為該氧傳感器已老化。此時(shí)，在滿(mǎn)足下列條件的情況下，ECU將設置上游氧傳感器信號電壓跳變頻率過(guò)低的故障信息記錄：沒(méi)有2.1中所列的各種故障信息記錄及該氧傳感器加熱器電路的故障信息記錄。
2.5 上游氧傳感器活性不足
如前所述，在閉環(huán)控制的情況下，氧傳感器信號電壓應在100mV~1000mV不斷地跳變，這是氧傳感器有活性的表現。如果該信號電壓穩定在450mV附近，即在400mV和500mV之間達30s以上，則不論ECU是否進(jìn)行閉環(huán)控制，均表明該傳感器活性不足或信號電路為開(kāi)路。此時(shí)，在滿(mǎn)足下列條件的情況下ECU將設置上游氧傳感器活性不足的故障信息記錄：沒(méi)有節氣門(mén)位置傳感器、燃油蒸發(fā)排放控制系統、缺火、進(jìn)氣溫度傳感器、進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器、燃油調節、噴油器、廢氣再循環(huán)閥位置傳感器、冷卻液溫度傳感器、曲軸位置傳感器和空氣流量傳感器的故障信息記錄；節氣門(mén)開(kāi)度在3%~40%；發(fā)動(dòng)機運轉時(shí)間超過(guò)200s。
2.6 上游氧傳感器加熱器加熱過(guò)慢
發(fā)動(dòng)機起動(dòng)后，氧傳感器的加熱器通電加熱氧傳感器，使它很快得到活性，也就是很快令其信號電壓或者低于300mV，或者高于600mV，而不會(huì )停留在300mV~600mV。不論ECU是否進(jìn)行閉環(huán)控制，只要發(fā)動(dòng)機起動(dòng)后上游氧傳感器信號電壓停留在300mV~600mV的時(shí)間超出規定值(45s)，在滿(mǎn)足下列條件的情況下，ECU將設置上游氧傳感器加熱器加熱過(guò)慢的故障信息記錄：沒(méi)有節氣門(mén)位置傳感器、燃油蒸發(fā)排放控制系統缺火、進(jìn)氣溫度傳感器、進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器、燃油調節、噴油器、廢氣再循環(huán)閥位置傳感器、冷卻液溫度傳感器，曲軸位置傳感器和空氣流量傳感器的故障信息記錄；節氣門(mén)開(kāi)度在3%~40%；起動(dòng)時(shí)進(jìn)氣溫度低于35℃；起動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機冷卻液溫度低于35℃；起動(dòng)時(shí)上述兩項溫度之差在6℃以?xún)?；采樣時(shí)的平均質(zhì)量空氣流量小于15g/s。在有些系統中，例如BOSCH公司的Motronic系統中，ECU直接監測氧傳感器加熱器的電阻值并檢驗其可信度。
3.三效催化轉化器下游氧傳感器故障診斷
在三效催化轉化器下游加設一個(gè)氧傳感器，這是OBD-Ⅱ區別于OBD-Ⅰ的重要標志之一。下游氧傳感器的首要任務(wù)是與上游氧傳感器相配合，對三效催化轉化器進(jìn)行故障監測。其次才是作為上游氧傳感器的補充，進(jìn)行閉環(huán)控制。
由于三效催化轉化器對廢氣中的氧有儲存作用，下游氧傳感器的動(dòng)態(tài)響應曲線(xiàn)自然與上游氧傳感器不同，所以故障的判別標準也有區別。
3.1 下游氧傳感器信號電壓超出可能范圍
與上游氧傳感器信號電壓過(guò)低或過(guò)高故障監測程序的差別在于，下游氧傳感器的無(wú)故障判別標準較為寬松，被判為故障的指示數值范圍更小，即信號電壓在ECU進(jìn)行閉環(huán)控制情況下低于75mV達150s，才算過(guò)低；高于999mV或在減速工況下須高于200mV達105s，才算過(guò)高。
3.2 下游氧傳感器活性不足
下游氧傳感器被判為活性不足的指標數值范圍也比上游氧傳感器小。如果說(shuō)上游氧傳感器信號電壓在400mV~500mV保持達30s為活性不足的話(huà)，那么下游氧傳感器信號電壓在425mV~475mV，保持100s才是活性不足。
3.3 下游氧傳感器加熱器加熱過(guò)慢
發(fā)動(dòng)機起動(dòng)后下游氧傳感器得到活性前所經(jīng)歷的時(shí)間超過(guò)215s才算加熱器有故障。
三效催化轉化器對發(fā)動(dòng)機的排放控制具有極其重要的意義。沒(méi)有三效催化轉化器就不可能滿(mǎn)足歐洲排放法規。第二代車(chē)載故障診斷系統(OBD-Ⅱ)具有對三效催化轉化器進(jìn)行故障診斷的功能。為了對三效催化轉化器進(jìn)行故障診斷，必須在它的上游和下游各裝一個(gè)氧傳感器(圖1)。
三效催化轉化器對HC、CO和NOx的轉化效率與它的儲氧能力有關(guān)。正常運行的三效催化轉化器因其儲氧能力而使下游氧傳感器的動(dòng)態(tài)響應與上游氧傳感器相比明顯差，下游氧傳感器動(dòng)態(tài)響應曲線(xiàn)的振幅非常小。反之，如果下游氧傳感器信號電壓的波形非常接近上游氧傳感器，只不過(guò)相位略滯后(圖2)，則ECU認為三效催化轉化器效率過(guò)低。此時(shí)，在滿(mǎn)足下列條件的情況下ECU將設置三效催化轉化器的故障信息記錄：沒(méi)有車(chē)速傳感器、節氣門(mén)位置傳感器、燃油蒸發(fā)排放控制系統、下游氧傳感器、缺火、進(jìn)氣溫度傳感器、進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器、燃油調節、噴油器、廢氣再循環(huán)閥位置傳感器、發(fā)動(dòng)機冷卻液溫度傳感器、曲軸位置傳感器和空氣流量傳感器的故障信息記錄；三效催化轉化器已準備好接受測試，即進(jìn)氣溫度高于0℃，發(fā)動(dòng)機冷卻液溫度高于75℃，質(zhì)量空氣流量在15g/s~32g/s，發(fā)動(dòng)機負荷小于滿(mǎn)負荷的63%且運轉平穩，發(fā)動(dòng)機轉速低于4000r/min，且上述情況持續時(shí)間達4min；發(fā)動(dòng)機轉速在1000r/min~3000r/min；車(chē)速在50km/h~120km/h。
2.三效催化轉化器上游氧傳感器的故障診斷
2.1 上游氧傳感器信號電壓超出可能范圍
眾所周知，氧傳感器信號電壓在空氣過(guò)量因數λ=1處發(fā)生階躍。ECU為氧傳感器提供了一個(gè)450mV電壓。在穩定工況下，如果λ＜1，則氧傳感器信號電壓約為1000mV；如果λ＞1，則此信號電壓約為100mV。如前所述，當ECU進(jìn)入閉環(huán)控制后，氧傳感器信號電壓應在1000mV和100mV之間不斷地波動(dòng)(圖3a)。在加速和減速工況下退出閉環(huán)控制，加速工況下混合氣加濃，該信號電壓應接近1000mV；減速工況下混合氣變稀，該信號電壓應按近100mV。如果在ECU進(jìn)入閉環(huán)控制后該信號電壓保持低于175mV達15s，或者在加速工況下該信號電壓保持低于600mV達15s，則ECU認為該傳感器信號電壓偏低，不可信。如果在ECU進(jìn)入閉環(huán)控制后信號電壓保持高于800mV達15s，或者在減速工況下該信號電壓保持高于110mV達15s，則ECU認為該傳感器信號電壓偏高，不可信。此時(shí)，在滿(mǎn)足下列條件的情況下ECU將設置上游氧傳感器信號電壓超出可能范圍的故障信息記錄：沒(méi)有節氣門(mén)位置傳感器、燃油蒸發(fā)排放控制系統、缺火、進(jìn)氣溫度傳感器、進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器、燃油調節、噴油器、廢氣再循環(huán)閥位置傳感器、冷卻液溫度傳感器、曲軸位置傳感器和空氣流量傳感器的故障信息記錄；節氣門(mén)開(kāi)度在3%~40%。
2.2 上游氧傳感器信號電壓響應速度過(guò)低
如圖3b和圖3c所示，隨著(zhù)氧傳感器的老化，其信號電壓響應速度越來(lái)越低，表現為動(dòng)態(tài)響應曲線(xiàn)趨于平緩，其斜率的絕對值變小。
在ECU進(jìn)入閉環(huán)控制的情況下，ECU連續監測氧傳感器一段時(shí)間(例如100s)，記錄其信號電壓，每次從低于300mV到高于600mV(混合氣從稀到濃)和從高于600mV到低于300mV(混合氣從濃到稀)跳變所經(jīng)歷的時(shí)間及跳變的次數，分別求出跳變時(shí)間的平均值。如果從低到高跳變時(shí)間的平均值超過(guò)114ms或從高到低跳變時(shí)間的平均值超過(guò)99ms，則ECU認為該氧傳感器已老化。此時(shí)，在滿(mǎn)足下列條件的情況下，ECU將設置上游氧傳感器信號電壓響應速度過(guò)低的故障信息記錄：沒(méi)有節氣門(mén)位置傳感器、燃油蒸發(fā)排放控制系統、缺火、進(jìn)氣溫度傳感器、進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器、燃油調節、噴油器、廢氣再循環(huán)閥位置傳感器、冷卻液溫度傳感器、曲軸位置傳感器和空氣流量傳感器的故障信息記錄；節氣門(mén)開(kāi)度在3%~40%；ECU進(jìn)入閉環(huán)控制至少達1min；發(fā)動(dòng)機轉速在1000r/min~3000r/min；冷卻液溫度超過(guò)50℃；質(zhì)量空氣流量在10g/s~30g/s。
2.3 上游氧傳感器信號電壓跳變時(shí)間比超出規定范圍
2.2中監測的信號電壓從高到低跳變時(shí)間和從低到高跳變時(shí)間之比也能反映出氧傳感器的老化。將圖3中的3條曲線(xiàn)進(jìn)行對比可以發(fā)現，隨著(zhù)氧傳感器的老化，此比值將增大。如果在閉環(huán)控制的情況下，100s的監測期間信號電壓跳變時(shí)間之比的平均值不在4和0.4之間，則ECU認為該氧傳感器已老化。此時(shí)，在滿(mǎn)足下列條件的情況下，ECU將設置上游氧傳感器信號電壓跳變時(shí)間比超出規定范圍的故障信息記錄：沒(méi)有節氣門(mén)位置傳感器、燃油蒸發(fā)排放控制系統、缺火、進(jìn)氣溫度傳感器、進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器、燃油調節、噴油器、廢氣再循環(huán)閥位置傳感器、冷卻液溫度傳感器、曲軸位置傳感器和空氣流量傳感器的故障信息記錄；節氣門(mén)開(kāi)度在3%~40%；發(fā)動(dòng)機轉速在1000r/min~3000r/min。
2.4 上游氧傳感器信號電壓跳變頻率過(guò)低
由圖3不難看出，隨著(zhù)氧傳感器的老化，信號電壓跳變的頻率逐漸減小，如果在閉環(huán)控制的情況下，100s的監測期間中信號電壓從低到高和從高到低的跳變次數均小于45次，則ECU認為該氧傳感器已老化。此時(shí)，在滿(mǎn)足下列條件的情況下，ECU將設置上游氧傳感器信號電壓跳變頻率過(guò)低的故障信息記錄：沒(méi)有2.1中所列的各種故障信息記錄及該氧傳感器加熱器電路的故障信息記錄。
2.5 上游氧傳感器活性不足
如前所述，在閉環(huán)控制的情況下，氧傳感器信號電壓應在100mV~1000mV不斷地跳變，這是氧傳感器有活性的表現。如果該信號電壓穩定在450mV附近，即在400mV和500mV之間達30s以上，則不論ECU是否進(jìn)行閉環(huán)控制，均表明該傳感器活性不足或信號電路為開(kāi)路。此時(shí)，在滿(mǎn)足下列條件的情況下ECU將設置上游氧傳感器活性不足的故障信息記錄：沒(méi)有節氣門(mén)位置傳感器、燃油蒸發(fā)排放控制系統、缺火、進(jìn)氣溫度傳感器、進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器、燃油調節、噴油器、廢氣再循環(huán)閥位置傳感器、冷卻液溫度傳感器、曲軸位置傳感器和空氣流量傳感器的故障信息記錄；節氣門(mén)開(kāi)度在3%~40%；發(fā)動(dòng)機運轉時(shí)間超過(guò)200s。
2.6 上游氧傳感器加熱器加熱過(guò)慢
發(fā)動(dòng)機起動(dòng)后，氧傳感器的加熱器通電加熱氧傳感器，使它很快得到活性，也就是很快令其信號電壓或者低于300mV，或者高于600mV，而不會(huì )停留在300mV~600mV。不論ECU是否進(jìn)行閉環(huán)控制，只要發(fā)動(dòng)機起動(dòng)后上游氧傳感器信號電壓停留在300mV~600mV的時(shí)間超出規定值(45s)，在滿(mǎn)足下列條件的情況下，ECU將設置上游氧傳感器加熱器加熱過(guò)慢的故障信息記錄：沒(méi)有節氣門(mén)位置傳感器、燃油蒸發(fā)排放控制系統缺火、進(jìn)氣溫度傳感器、進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器、燃油調節、噴油器、廢氣再循環(huán)閥位置傳感器、冷卻液溫度傳感器，曲軸位置傳感器和空氣流量傳感器的故障信息記錄；節氣門(mén)開(kāi)度在3%~40%；起動(dòng)時(shí)進(jìn)氣溫度低于35℃；起動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機冷卻液溫度低于35℃；起動(dòng)時(shí)上述兩項溫度之差在6℃以?xún)?；采樣時(shí)的平均質(zhì)量空氣流量小于15g/s。在有些系統中，例如BOSCH公司的Motronic系統中，ECU直接監測氧傳感器加熱器的電阻值并檢驗其可信度。
3.三效催化轉化器下游氧傳感器故障診斷
在三效催化轉化器下游加設一個(gè)氧傳感器，這是OBD-Ⅱ區別于OBD-Ⅰ的重要標志之一。下游氧傳感器的首要任務(wù)是與上游氧傳感器相配合，對三效催化轉化器進(jìn)行故障監測。其次才是作為上游氧傳感器的補充，進(jìn)行閉環(huán)控制。
由于三效催化轉化器對廢氣中的氧有儲存作用，下游氧傳感器的動(dòng)態(tài)響應曲線(xiàn)自然與上游氧傳感器不同，所以故障的判別標準也有區別。
3.1 下游氧傳感器信號電壓超出可能范圍
與上游氧傳感器信號電壓過(guò)低或過(guò)高故障監測程序的差別在于，下游氧傳感器的無(wú)故障判別標準較為寬松，被判為故障的指示數值范圍更小，即信號電壓在ECU進(jìn)行閉環(huán)控制情況下低于75mV達150s，才算過(guò)低；高于999mV或在減速工況下須高于200mV達105s，才算過(guò)高。
3.2 下游氧傳感器活性不足
下游氧傳感器被判為活性不足的指標數值范圍也比上游氧傳感器小。如果說(shuō)上游氧傳感器信號電壓在400mV~500mV保持達30s為活性不足的話(huà)，那么下游氧傳感器信號電壓在425mV~475mV，保持100s才是活性不足。
3.3 下游氧傳感器加熱器加熱過(guò)慢
發(fā)動(dòng)機起動(dòng)后下游氧傳感器得到活性前所經(jīng)歷的時(shí)間超過(guò)215s才算加熱器有故障。
