摘要：随着国内汽车保有量的不断增加，其带来的环境问题已 不容忽视，为此政府发布了更为严格的技术法规以应对改善环境的需求。通过对柴油共轨对ECU电路连接故障的监测、子系统可信度监测、故障灯的管理、故障确认的一般流程，及存储管理、OBD系统认证时可模拟的故障等实现过程进行了综合性描述，全面给出了柴油机0BD系统管理过程；最后，在柴油机高压油泵电磁阀上完成了实际的故障诊断试验。研究表明，在电控柴油机出现故障时，ECU能够通过0BD系统及时完成检测并对柴油机采取保护措施。
关键词：柴油机；监测；故障
随着机动车保有量的不断增加，机动车污染物排放已经成为造成大气污染的重要因素之一，其中柴油机由于排量大，氮氧化物和颗粒物排放高而受到特别关注。尽管电控柴油机具有较为明显的优势，但是国内将其真正应用于乘用车上还有很多工作需要完成，而开发电控柴油机的故障自诊断系统就是其中之一。正因如此，在电控柴油机的ECU电子控制单元中加入OBD系统，不仅能节约能源、控制污染、满足我国的排放法规要求，更能提高我国车辆的经济性与可靠性，将对现代汽车的发展起到非常重要的作用。
一、柴油机0BD系统的监控需求
1、催化转化器效率。对于催化转化器效率的评价主要包括空燃比特性和起燃特性。其中，实际空燃比是通过使用宽域氧传感器测量废气中的氧浓度获取的。催化转换器的起燃特性包括通过改变催化器入口温度测取转化率的起燃温度特性和测算催化器达到50％转化率所需要的时间的起燃时间特性。
2、氧传感器故障。发动机每次工作循环的喷油量是由PCM(动力总成模块)根据氧传感器反馈来的信号来控制，以达到燃烧最完全。如果它的信号失真会引发混合气空燃比失控，从而导致排放升高。对于氧传感器故障的检测方法包括：传感器的信号电压是否超出可能范围；信号电压响应速度是否过低；信号电压跳变时间比是否超出规定范围；信号电压跳变频率是否过低；氧传感器是否活性不足；其加热器是否加热过慢。
3、燃油喷射系统故障。燃油喷射系统故障主要包括喷油器电磁阀以及高压油泵电磁阀的故障等。电磁阀故障包括驱动电路的断路、各种短路、可靠性故障以及机械结构长期磨损造成的可靠性等故障。对于柴油机电磁阀故障的检测与诊断，主要方法有：监测发动机瞬时转速，通过软件间接检测到故障状态；监测电磁阀开启和关闭时碰撞声音的时间间隔来判断故障；或者利用卡尔曼滤波器结合相应的检测算法完成电磁阀柱塞堵塞等机械故障诊断聃等。
二、ECU对OBD系统的管理
电控高压共轨燃油系统由电控单元ECU进行灵活控制，用高速电磁阀或压电式喷油器对高压燃油实现数字调节，能够自由实时地调节喷油量、喷油率形状和喷油时间，并在一个工作循环内实现多次受控喷射，使柴油机的性能得到了实质性的提高阳。下面就电控高压共轨ECu对OBD系统的实现过程进行描述。
1、电路连接故障的监测。电控系统通过硬件电路的设计可以检测并区分对地短路、对电源短路、开路和信号不可信等电路连接故障类型。针对不同的电路连接故障类型，电控系统可以根据其对排放的实际影响分别确定其是否激活故障指示灯。其中，系统通过设定可信的物理范围或通过其他与其他传感器信息的对比，可以识别不可信故障信号。
2、子系统可信度监测。OBD监测系统包括废气再循环监测系统、空气质量可信性监测、轨压可信性监测、水温可信性监测、增压压力监测系统等。废气再循环监测系统可以通过比较实际测量的进气量与理论计算得出的进气量的差值，判断废气再循环系统是否有故障。空气质量可信性监测可以通过测量发动机停机状态下测得的空气质量判断空气质量信号是否可信。轨压可信性监测可以通过比较发动机启动前或停机后一段时间测量的轨压值与大气压力值判断轨压信号是否可信。水温可信性监测可以根据一定时间内的水温是否升高并达到一定的温度判断水温信号是否可信。
增压压力监测系统可以通过比较一定发动机工况下的进气压力值和理论计算得出的压力值，判断增压压力信号是否可信。
3、故障灯的激活与熄灭
（1） MIL(发动机故障指示灯)的激活。首先，汽车点火开关已经打开，而发动机未启动，MIL也必须激活。其次，排放一旦超过OBD限值，或OBD系统不能满足OBD系统的监测要求时，MIL必须激活。
（2）MIL的熄灭。首先，故障灯状态切换如果排放低于欧III限值，即灰色区域，则MIL不得激活；如果排放介于欧III和OBD限值之间，即白色区域，制造厂可以选择是否激活MIL，如果排放超过OBD限值，即黑色区域，则MIL必须激活；第二，如果在连续的3个运作循环都监测到导致排放超限的故障，则MIL在驾驶循环激活；第三，发动机启动后，如果先前没有检测到故障，MIL应熄灭；第六，如果可能损坏催化器的发动机失火率不再存在，则MIL应切换至激活以前的状态，相应的故障代码和存储的冻结帧状态可被清除；最后，对于其他所有故障，在连续的运作循环期间，如果负责激活MIL的监测系统不再监测到故障，且没有检测出其他会单独激活MIL的故障之后，MIL可以熄灭。
4、故障存储管理。OBD系统必须记录表示排放控制系统状态的代码，而且必须使用单独的状态代码，以便正确识别起作用的排放控制系统，以及需要进一步运转汽车，才能全面评价那些排放控制系统OBD。如果由于劣化、发生故障或永久排放默认模式引起MIL激活，则必须储存能识别相应故障类型的故障代码。
OBD相关故障发生后，电控系统自动将当前故障发生时的车辆状态冻结帧存储到EEPROM中。存储的故障信息包括：冻结帧、环境变量、故障发生时的车辆里程数等。其中，系统冻结帧可以支持故障信息的存储，且支持故障存储的优先级别。同时，冻结帧格式满足法规要求和国内柴油车的配置实际，可以输出包括：计算的负荷值、发动机转速、车速、冷却液温度、燃油压力和故障代码；同时还增加了一些便于有效修理的数据如：油门踏板大小、蓄电池电压、大气压力和空气进气质量等。另外，系统还可针对不同的故障配置不同的环境变量，便于对故障的有效修理。需要注意的是，故障代码的标定与OBD法规要求的国际标准故障代码一致。
5、OBD系统认证时可模拟的故障。对于催化转化器故障，需要完全移除催化转化器后进行试验，排放结果证明，完全移除催化转化器后排放依然在OBD限值内，则不需要监测。对于燃油计量及喷油正时故障，系统中燃油计量单元的短路、开路，轨压传感器的短路、开路均会导致系统停机，故模拟这些故障后无法进行I型试验(常温下冷起动后排气污染物排放试验)，此时MI点亮；试验中可以拔掉一缸喷油器电路，模拟喷油器开路故障进行I型试验。关于其他与电控系统相关的部件或系统故障：实验中可通过拔掉水温传感器、空气质量流量传感器、EGR阀、预热塞电路模拟相应的开路故障，还可以通过软件方式模拟大气压力传感器、EGR系统偏差、水温动态不可信、空气质量流量信号不可信、轨压信号偏差故障。通过模拟故障可以检验系统OBD在各方面的监测能力和准确性。
本研究电控柴油机OBD系统的监控需求，对柴油机电控系统提出了OBD监测的主要内容及故障灯的管理。通过模拟高压油泵电磁阀对电源短路故障，验证了ECU能够通过0BD系统对柴油机相关部件进行故障诊断与管理。
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