我国重型汽车OBD技术的思考

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1、对我国国IV重型汽车 OBD技术要求的思考和建议 中国汽车技术研究中心 2006年11月 车载诊断 OBD 系统的变迁 国际上现有重型汽车 发动机排放OBD技术法规 美国联邦法规集 CFR 第40 卷 环境保护 第86 部分 005 17 和1806 05 该法规规定了总重小于14 000 磅 的车辆及其发动机的OBD 要求 美国加里福尼亚州法典 CCR 第13 卷 1968 2 1971 1971 1 部分 分别对总重不大于14 000的车辆和总重大于 14 000 磅的车辆发动机规定了OBD 要求 欧盟技术指令2005 55 EC 规定了重型车辆和发动机OBD 的基本要素 具体实施指令为2

2、005 78 EC及2006 51 EC 日本道路车辆安全法规第31 条 排放控制装置 附件48 机动车辆废气排放控制装置的车载诊断系统 OBD 技术标准 欧盟 美国重型汽车OBD进展 欧盟欧盟 美国美国 发布发布 发布发布 实施实施 实施实施 即将投票表决的全球统一汽车技术法规 GTR WP29 世界车辆法规协调论坛 第140次会议 2006年11月召开 计划提交 1998年协定书 缔约方大会进行审议和投票表决的3项全球统一汽 车技术法规 GTR 项目之一 重型发动机车载诊断系统 WWH OBD 国际汽车工业界 OBD普遍采用的通讯协议 ISO 15765 4 道路车辆 对控制器区 域网 C

3、AN 的诊断 第4部分 与排 放相关系统的要求 SAE J1939 73 应用层 诊断 国际标准化组织 ISO 正在制定的通讯协议 国际标准化组织道路车辆技术委员会汽车电子和电气装 置分技术委员会 ISO TC22 SC3 制定统一的通讯协议 ISO 27145 道路车辆 车载诊断 WWH OBD 的应用 第1 第6部分 第1部分 一般信息和使用条件定义 第2部分 与排放相关的一般数据库 第3部分 一般信息库 第4部分 车辆与试验装置之间连接 第5部分 符合性试验 第6部分 外部试验装置 重型发动机车载诊断系统 WWH OBD 采用的通讯协议 全球统一的重型发动机的车载诊断系统 WWH OBD

4、 GTR同时引用了三种通讯协议 ISO 15765 4 SAE J1939 73 ISO 27145 前期各缔约方可自选其中任何通讯协议 但今后将逐步统一到ISO 27145系列标准规 定的通讯协议上 欧盟重型汽车排放 IV V 技术指令 2005 55 EC 2005 78 EC 2006 51 EC 车载诊断 OBD 系统采用2种通讯协议 ISO 15765 4 SAE J1939 73 欧盟重型汽车 排放OBD通讯协议 重型汽车排放控制技术可选择的主要途径重型汽车排放控制技术可选择的主要途径 目前我国重型汽车 排放阶段 目前我国重型汽车 排放阶段 欧盟 美国 日本 中 重型载货汽车排放控

5、制方案 现状与预测 欧盟 美国 日本 中 重型载货汽车排放控制方案 现状与预测 重 型 汽 车 中 型 汽 车 重 型 汽 车 中 型 汽 车 重 型 汽 车 中 型 汽 车 重 型 汽 车 中 型 汽 车 欧 盟欧 盟 美 国美 国 日 本日 本 重 型 汽 车 中 型 汽 车 重 型 汽 车 中 型 汽 车 SCR与EGR DPF排放控制方案比较 SCREGR DPF 燃油经济性 燃料硫含量敏感性 加尿素溶液基础设施 车载尿素溶液罐 定期补充尿素溶液 排气中氨排放 发动机技术 我国国我国国IV重型汽车排放控制的可能方案重型汽车排放控制的可能方案 SCR EGR DPF 并存 并存 SCR

6、DPF EGR DPF SCR 并存并存 SCR EGR DFP 2 2 1 1 3 3 4 4 国国IV重型柴油机排放控制系统示意图重型柴油机排放控制系统示意图 空气 流量计 空气 流量计 压气机压气机 涡轮 涡轮 VGT 中冷器中冷器 压力降传感器压力降传感器 氧化型催化器氧化型催化器 尿素喷咀尿素喷咀 NOx传感器传感器 温度传感器温度传感器 SCR 催化器催化器 温度传感器温度传感器DPF 预催化器预催化器 节流阀节流阀 EGR阀阀 EGR冷却器冷却器 SCR催化器系统主要部件催化器系统主要部件 空气压力装置空气压力装置 尿素管路 加热 尿素管路 加热 电控单元电控单元 尿素供给装置尿

7、素供给装置 尿素罐 加热 尿素罐 加热 排气温度传感器排气温度传感器 SCR 催化器催化器 定量装置定量装置 阀门 压力降 阀门 压力降 定量阀 尿素温度传感器 尿素压力传感器 空气压力传感器 定量阀 尿素温度传感器 尿素压力传感器 空气压力传感器 尿素泵 滤清器 蓄压器 尿素泵 滤清器 蓄压器 氮氧化物传感器氮氧化物传感器 尿素液面传感器 尿 素 温 度 传 感 器 尿素液面传感器 尿 素 温 度 传 感 器 线束线束 SCR催化器 氮氧化物传感器 与OBD相连 发动机排气 AdBlue罐 仪表板指示灯 AdBlue液面过低或NOx 超标将报警 AdBlue泵和喷 射控制装置 AdBlue在

8、SCR前 喷入排气中 为保证SCR在排气温度降 低的工况起作用 可在 SCR前加辅助催化器 一种一种SCR催化器系统实例催化器系统实例 采用采用SCR系统的重型汽车实例系统的重型汽车实例 SCR催化器催化器尿素溶液罐尿素溶液罐尿液供应装置尿液供应装置 尿素尿素 燃油消耗比约为燃油消耗比约为3 5 燃油箱燃油箱200L 尿素溶液罐尿素溶液罐30L 一种加尿素溶液 一种加尿素溶液 AdBlue 装置 装置 欧盟 OBD 阶段I II实施时间 排放阶段OBD阶段新型式认证 欧IVOBD 阶段I2005年10月1日 欧VOBD阶段 II2008年10月1日 OBD 阶段I II 阈值 OTLs 排放阶

9、段 压燃式发动机 OTLs 氮氧化物 NOx g kWh 颗粒物 PM g kWh B1 2005 7 00 1 B2 2008 7 00 1 C EEV 7 00 1 排放阶段 排放限值 压燃式发动机 NOx g kWh PM g kWh ESCETCESCETC B1 2005 欧IV 3 53 50 020 03 B2 2008 欧V 2 02 00 020 03 C EEV 2 02 00 020 02 OBD 阶段阶段I NOx和和PM功能 性故障监测或 功能 性故障监测或OTLs OBD 阶段阶段II 采用 采用NOx和和 PM 的的 OTLs 对 对HC和和CO无无OTLs要求

10、要求 重型汽车OBD排气监测传感器 氮氧化物传感器 监测发动机排气中NOx 电化学原理传感 器 0 1500ppm 较成熟 其他原理的传感器 在发展之中 氨气传感器 监测SCR系统发动机排气中NH3排放 正 在发展之中 颗粒物传感器 监测发动机排气中PM 目前采用监测捕集 器压降的方法较多 超声波 激光测量等原理 传感器在发展之中 欧盟重型汽车从OBD阶段I开始 至欧IV阶段 最大的难点是为监测deNOx 和 DPF设定适当的OBD阈值 OTLs 欧IV阶段 2005 年 传感器技术成熟尚不确定 传感器的耐久性尚需进一步提高和确认 欧IV 2005 阶段允许采用监测 deNOx DPF 或 组

11、合式deNOx DPF系统的严重功能性故障 OBD 发动机系族的概念 属于同一OBD 发动机系族的发动机系统 下列基本参数必须相同 OBD监测方法 故障检测方法 只要满足上述条件 不属于同一发动机系族 的发动机系统仍可属于同一OBD 发动机系族 欧盟重型汽车 OBD 阶段I II要求 1 项目OBD 阶段I OBD 阶段I OBD 阶段IIOBD 阶段II 电子燃油喷射系统燃油定量和正时控制器 电路检查 开 路和短路 功能性故障 电路检查 开 路和短路 功能性故障 电路检查 开 路和短路 功能性故障 电路检查 开 路和短路 功能性故障 发动机或后处 理系统所有与 排放相关且与 EECU连接的任

12、 何部件或系统 其故障会导致 污染物排放超 出规定的OTLs 值 最少应包 括 废气再循环 EGR 系统 电路检查 开路和短 路 或其他方法 电路检查 开路和短 路 或其他方法 空气质量流量或空气体积流量 和温度 监控系统或部件 增压压力和进气歧管压力 相 关传感器 DeNOx系统传感器和执行器 主动式电激活颗粒捕集器传感 器和执行器 欧盟重型汽车 OBD 阶段I II要求 2 项目OBD 阶段I OBD 阶段II 需消耗尿素溶液 或其他反应剂的 排气后处理系统 缺少反应剂 监测 功能性故障 反应剂品质 反应剂消耗量 定量送料动作 发动机系统电控单元 EECU 与其他传动系或汽车电控单元 之间

13、交换信息对排放控制的正常功能的影响 监测 功能性故障 催化器 OTLS 或 监测功能性 故障 OTLs deNOx系统 颗粒捕集器 组合式deNOX 颗粒捕集器系统 监测 功能性故障 保证NOx控制措施正常工作的要求保证NOx控制措施正常工作的要求 措施实施日期 发动机系统NOx控制措施 自2006年9月9日起新型 式认证 自2007年10月1 日起所有新车注册 反应剂控制措施 防止排气后处理系统损 坏的措施 项目项目 激 活 MI 激 活 MI 激活扭矩限 制器并警示 激活扭矩限 制器并警示 储存表示原因的不可清除故 障代码 储存时间 400天发 动机工作时间 储存表示原因的不可清除故 障代

14、码 储存时间 400天发 动机工作时间 NOx 传 感 器 监 测NOx不 正 常 状 态 NOx 传 感 器 监 测NOx不 正 常 状 态 NOx控制 措 施 异 常应在4 个OBD试 验 循 环 内 检 测 出来 NOx排放超过相应 排放限值的 1 5 g kWh NOx排放超过相应 排放限值的 1 5 g kWh 是是 反应剂用尽反应剂用尽 反应剂定量机构动作中断反应剂定量机构动作中断 反应剂质量差反应剂质量差 反应剂耗量过低反应剂耗量过低 不正确EGR流量或 EGR不起作用 不正确EGR流量或 EGR不起作用 其他原因允许用其他原因允许用 高NOx 原 因不详 高NOx 原 因不详

15、表示表示 NOx排放超过OTLsNOx排放超过OTLs是是是是同上同上 仅依靠EGR而不采用任何后处理系统来控制NOx排放可以采用替代方法来满足对测定 NOx的排放水平的要求 仅依靠EGR而不采用任何后处理系统来控制NOx排放可以采用替代方法来满足对测定 NOx的排放水平的要求 发动机系统NOx控制措施发动机系统NOx控制措施 反应剂控制措施反应剂控制措施 项目 反应剂显 示仪表 MI 报警 激活扭矩 限制器并 警示 储存故障代码 保存400天发 动机工作时间 对 需 采 用 反 应 剂 的 汽 车 在 仪 表 盘 上 应 有 专 用 机 械 或 电 子 方 式 显 示 反 应 剂 贮 存 罐

16、 内 反 应 剂 剩 余 量 以 提 示 驾 驶 人员 反应剩余量低于总储量10 或低于规定值 应 10 是 反应剂剩余量可行驶的距离 小于汽车燃油箱剩余燃料所 能行驶的距离 是 反应剂罐中反应剂用尽是 是 反应剂流动特性不合要求 是 是 反应剂平均实际消耗量与规 定消耗量差值超过50 是 是 反应剂定量给料机构动作中 断 除发动机运行工况的需 要 并由发动机ECU要求的 是是是 防止排气后处理系统损坏的措施防止排气后处理系统损坏的措施 措施措施发动机系统带扭矩限制器 发动机系统带扭矩限制器 目的目的 当发动机系统运行不正常或汽车异常行驶时 警示驾驶人员及时对故障采取纠正措施 当发动机系统运行不正常或汽车异常行驶时 警示驾驶人员及时对故障采取纠正措施 当扭矩限制器起作用时 发动机扭矩不能超过以下规定值 当扭矩限制器起作用时 发动机扭矩不能超过以下规定值 对于N3 16 吨 M1 7 5 吨 M3 III 和 M3 B 7 5吨的车辆 对于N3 16 吨 M1 7 5 吨 M3 III 和 M3 B 7 5吨的车辆 相应发动机转速下全负荷扭矩的60 相应发动机转速下全负荷扭矩的60 对于