催化器诊断简介【摘 要】本文介绍了催化器诊断的原理，对比催化器诊断的两种策略，分析其诊断条件及 IUPR要求，同时对临界催化器的制备和验收提出了要求。主题词 催化器 OBDBrief Introduction Of Catalyst Diagnostics Zhang Tongqing （Faw haima automobile Co.,LTD Power&Chassis Development Dept.）【Abstract】This paper introduces the principle of catalytic converter diagnostics, catalytic converter diagnosis compared two strategies, analyze the diagnostic criteria and IUPR requirements, while on the critical catalyst preparation and acceptance of proposed requirements.Key words catalyst OBD1 前言目前，随着国内排放法规的不断加严，OBD 系统作为汽车排放系统以及零部件在线诊断的重要手段，将会得到越来越广泛的应用。在排放法规认证试验中，催化器转化失效验证是要求必检的一个项目，在认证试验过程中需要提供临界催化器来进行 I 型试验，试验要求排放不超过 OBD 限值 1.2 倍同时在 I 型试验前点亮故障灯。2 催化器诊断原理目前的 EMS 系统在催化器的前后装有两个氧传感器，前氧用来实现对混合气进行闭环控制，后氧用于对前氧信号进行修正，同时通过比较前后氧传感器信号的差别可以实现对催化器老化诊断。通过研究发现催化器对 HC、CO 和 NOX 的净化能力和其储氧能力(OSC)有一定的非线性关系，催化器 OBD 系统正是基于这一原理来实现对实车催化器的在线诊断。催化器本身的储氧能力使得它具备在富氧时储存氧气而在贫氧时释放氧气的自动调节功能，催化器的储氧量较高时，其储氧能力强，对氧含量调节能力强，因而催化器后的空燃比振动幅度很小，而当催化器随着使用逐渐劣化，其对氧含量的调节能力越来越差，反应在后氧传感器则是后氧传感器测得的空燃比振动增大，其振幅逐渐接近于前氧传感器。图1 催化器前后氧传感器信号对比3 催化器诊断实现方法催化器的性能包括储氧能力和对污染物净化能力都随着长时间使用而逐渐劣化，劣化的影响因素很多，其中热失活是主要的因素。通过对前后氧传感器信号的变化监测，可以实时判断催化器储氧能力的劣化情况。目前催化器诊断正是基于催化器劣化和储氧量劣化之间的非线性关系作为标定的依据。下面介绍基于这一原理不同控制系统实现催化器诊断的方法。3.1 振幅法图 2 振幅法诊断过程图 3 振幅法诊断输出结果其诊断过程如图 2 所示，通过前氧传感器产生的控制信号 fr 对催化器的后氧传感器信号进行预测，将实际的后氧传感器信号振幅平均值与预测的后氧传感器的振幅平均值进行比较，并将其差值对时间进行平均，得到催化器的老化因子，如图 3所示诊断结果，当计算出的老化因子大于给定的阀值时，系统即会判定催化器已经老化，并将催化器故障记入故障内存。3.2 储氧量法图 4 储氧量法诊断过程储氧量法也是通过比较催化器前、后安装氧传感器的值来探测催化器的劣化程度，不同于振幅法的地方在于，储氧量法是主动监测，而振幅法是被动监测；在诊断工况下，储氧量法通过改变空燃比（加浓、渐稀）观测后氧传感器对空燃比的反应时间，同时根据测得进气量，过量空气系数等参数计算储氧量值，如果小于阀值系统即会判定催化器已经老化，并将催化器故障记入故障内存。4 催化器诊断条件及 IUPR 要求4.1 催化器诊断条件为了保证催化器诊断不误诊断，漏诊断，无论是振幅法还是储氧量法对催化器诊断的条件都有严苛的要求。目前，我司采用的联合汽车电子汽油机系统催化器诊断有两种诊断系统：DKATSP系统和DKAT 系统，分别对应储氧量法和振幅法，我司大部分项目采用振幅法，其诊断基本条件如下：1、发动机转速处于诊断要求的转速范围；2、发动机负荷处于诊断要求的负荷范围；3、催化器温度处于诊断要求的温度范围；4、诊断激活时间大于设定阀值；5、催化器负荷处于限值范围内；6、闭环控制，不处于断油、过渡工况；7、无失火、氧传感器、炭罐故障，炭罐负荷不超过限值；8、前氧传感器加热完成；9、前氧传感器诊断完成；4.2 IUPR 要求已经发布的国五排放法规中明确提出要求申报车辆 OBD 系统配备 IUPR 功能，并对 IUPR 限值做了相关规定，现阶段所有监视器 IUPR 值要求不小于 0.1。IUPR ： In Use (Monitor) Performance Ratio 即 OBD系统某个专用监测器 M的实际诊断频率。：IUPRM=分子 M/分母 M。 用于监控 OBD系统的诊断频率。其表征车辆在日常使用过程中诊断功能运行的频率，它是一个长期统计的比值，其中分子：故障满足诊断条件被诊断的次数；分母：驾驶工况满足最低要求的次数。通过对法规的解读，要满足新阶段排放及OBD 法规，满足IUPR限值要求，必须适当增加分子，即增加故障被诊断的次数。催化器作为被监测的对象，其IUPR值需保证大于法规要求阀值（0.1）。无论对于振幅法还是储氧量法，提高其IUPR值的途径都可以拓展催化器诊断条件，使催化器在更多的工况被诊断。5 临界催化器制备及验收临界催化器作为催化器诊断标定最重要的零部件，其性能及稳定性直接关系到相关诊断阀值的标定，老化不足的临界催化器使得标定阀值过小，车辆实际使用过程中易亮灯，消费者投诉增多；老化过量的临界催化器使得标定阀值过大，国家权利机关进行在用车抽检时，无法报出催化器故障，权利机关勒令整车厂车辆召回。因此，一套性能稳定同时满足标定要求的临界催化器对催化器诊断标定非常重要。5.1 临界催化器制备临界催化器的制备是一项高技术，高难度的工作，基本方式是通过模拟实车老化方式对催化器进行快速老化，目前主要有三种方式：台架老化、炉子高温老化、燃烧器老化。合格的临界催化器应适当老化、且老化方法尽量与车辆实际老化过程吻合。5.2 临界催化器验收振幅法催化器诊断对临界催化器的要求：1、整车NEDC循环HC排放不超过、且尽量接近EOBD限值(推荐90%)2、老化方法保证稳态中等负荷工况后氧振幅为前氧振幅6080以上 3、OSC 储氧量小于 30毫克 储氧量法催化器诊断对临界催化器的要求：1、整车NEDC循环HC排放为EOBD 限值的90%左右；2、临界催化器的储氧量应该和国四8万/京五16万公里老化催化器的储氧量至少有3倍区分；3、临界催化器稳定，储氧量的一致性较好；6 总结催化器作为降低整车排放最重要的一个零部件之一，其催化性能及耐久稳定性对于保证整车排放起到重要作用，OBD系统通过对催化器老化诊断，及时发现劣化催化器并点亮故障灯，从而避免已失效的催化器继续使用，有效保证整车排放满足国家法规要求。通过对比催化器诊断标定方式，无论是振幅法还是储氧量法，其实质都是对临界催化器储氧能力的标定，然后通过储氧能力的劣化和排放污染物劣化之间的非线性关系确定OBD排放值。因此，合格的临界催化器对OBD催化器诊断非常重要，合理的制备方式和严格的验收标准是保证OBD标定工作的重要前提。我司目前诊断催化器劣化诊断使用的是振幅法，项目过程中提供的临界催化器有时很难满足标定要求，通常是不满足稳定的振幅要求；相比较储氧量法，并不需要满足前后氧振幅的要求，只需保证老化和临界催化器储氧量有明显区分。参考文献1 GB18352.3-2005 轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国、阶段）2 DB11/946-2013 轻型汽车（点燃式）污染物排放限值及测量方法（北京 V 阶段）3 顾柏良等译，BOSCH 汽车工程手册，北京理工大学出版社，2004.4