國六關于催化器氧傳感器OBD監(jiān)測的解決方案

大家知道傳統(tǒng)汽油機車輛排放控制的最有效手段就是通過氧傳感器與催化器配合進行閉環(huán)控制，氧傳感器就好比系統(tǒng)地嗅覺神經(jīng)對尾氣成分進行測量，而催化器好比是車輛腎臟，系統(tǒng)通過對尾氣成分做出反饋保證排氣在催化器最適宜的空然比范圍內(nèi)，從而將尾氣凈化處理。所以氧傳感器以及催化器的狀態(tài)直接影響的整車排放，是排放控制零部件的重中之重，這也是為什么從OBD開始制定法規(guī)就始終對這兩部分零部件監(jiān)測都有著嚴格的要求，而史上最嚴的國六法規(guī)自然對這兩部分的OBD監(jiān)測進行了進一步的加嚴，同時國六法規(guī)也給出了更為詳盡的監(jiān)測要求說明。

圖1：氧傳感器催化器布置

催化器監(jiān)測

國六法規(guī)需求變更：

對于催化器監(jiān)測，相對于國五法規(guī)的要求（分別對NMHC以及NOX進行了閥值設定），國六法規(guī)設定催化器失效準則為車輛排放的NMHC+NOX超過OBD閾值，國六法規(guī)的OBD排放限值進行了大幅加嚴，所以這就對OBD臨界催化器制備帶來了更多的挑戰(zhàn)。因為臨界催化器是催化器故障模型搭建以及后續(xù)匹配數(shù)據(jù)確定中首要故障準則，只有臨界催化器與耐久催化器有足夠的區(qū)分度，才能有效地降低售后市場催化器失效誤報的風險。而當OBD閾值進一步降低后，那么二者的區(qū)分度也就會大幅降低，這也就給催化器診斷的標定匹配工作帶來巨大的挑戰(zhàn)。而同時，在國六法規(guī)中排放循環(huán)采用了全新的WLTC循環(huán)，更為動態(tài)的測試循環(huán)也為標定工作帶來新的挑戰(zhàn)。

圖2：國六采用更為動態(tài)的WLTC循環(huán)

圖3：國六OBD排放閾值

國六催化器監(jiān)測OBD解決方案

催化器失效往往是隨著催化器老化燒結(jié)導致貴金屬有效接觸面積減少，這樣催化器的氧氣儲存能力就下降了，從而催化器的催化還原能力就會下降，導致排放超限，目前聯(lián)合電子催化器的診斷策略主要基于催化器儲氧能力來診斷催化器的轉(zhuǎn)化效率，安裝于催化器上下游的兩個氧傳感器可以通過精確的控制策略對催化器的儲氧能力進行有效監(jiān)測，當進入適宜的診斷工況，系統(tǒng)通過混合氣控制以及氧傳感器信號變化可以計算得到催化器的動態(tài)儲氧量，當催化器失效時，儲氧量降低，系統(tǒng)就會及時報出故障，提醒用戶及時進站維修。

由于前文提到的國六臨界催化器相對耐久催化器區(qū)分度的降低，對于OBD監(jiān)測方面我們需要進行相對于原來數(shù)倍的測試試驗數(shù)據(jù)來盡可能的提高數(shù)據(jù)可靠性以及診斷機會（IUPR），同時也要建立更為精確的儲氧量計算模型以及開發(fā)更多更為精確直觀數(shù)據(jù)分析工具，從而得到最佳的匹配結(jié)果，滿足法規(guī)的同時為客戶提供最可靠的技術支持。

圖4：催化器儲氧量不同工況落點分析

排氣傳感器監(jiān)測

排氣傳感器監(jiān)測國六法規(guī)變更

目前國內(nèi)汽油機系統(tǒng)排氣傳感器即為氧傳感器，氧傳感器好比發(fā)動機混合氣控制的觸覺神經(jīng)，決定了閉環(huán)控制的方向和策略，因此對于排放控制有著重要意義，在國六法規(guī)中對于氧傳感器監(jiān)測這部分相對于之前法規(guī)有著詳細的介紹和故障類型的定義，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

對于氧傳感器響應性在國六法規(guī)中進行了概念定義，也明確定義了該部分功能失效導致的排放超限OBD系統(tǒng)必須進行監(jiān)測。

對于氧傳感器的其他特性失效導致的排放超限進行了詳細定義。

對于催化器下游氧傳感器（后氧）響應失效監(jiān)測，法規(guī)也進行了額外的定義說明。

對于后氧失效監(jiān)測其中特別指出了后氧充分監(jiān)測能力的要求：當后氧傳感器的輸出電壓、幅值、活性及其他特性對其他監(jiān)測（例如：催化器監(jiān)測）而言，不再具有充分的監(jiān)測能力時，系統(tǒng)應監(jiān)測出后氧故障?！俺浞帧笔侵缸畈畹目山邮軅鞲衅鳎ㄗ畈畹牟粓蠊收系膫鞲衅鳎?a target="_blank">檢測出性能最好的不可接受的催化器（最好的故障催化器），這部分屬于國六法規(guī)相對國五法規(guī)的全新要求，需要我們投入更多時間來研究。

該部分在意義上應包含了催化器下游氧傳感器響應速率（Response rate）的監(jiān)測。該項要求對于系統(tǒng)以及匹配都提出了新的要求，這對整車以及系統(tǒng)都是很大的挑戰(zhàn)，所以同時該處國六法規(guī)也沿襲了OBDII的相應條款如下：“OBD系統(tǒng)應至少在斷油時（如減速斷油）檢測到由濃到稀的慢響應故障。對由濃到稀過程的響應檢查應監(jiān)測以下兩部分內(nèi)容：1、斷油開始前，從濃混合氣狀態(tài)（如0.7V）開始斷油，到稀混合氣狀態(tài)（如0.1V）的過程中傳感器的響應時間；2、傳感器中間信號轉(zhuǎn)換時間（例如從0.55V變到0.3V的時間）。”進行過渡。

氧傳感器監(jiān)測國六應對方案

對于前氧響應性診斷，聯(lián)合電子目前開發(fā)的國六系統(tǒng)可以對涵蓋OBDII要求的六種失效模式進行可靠診斷，系統(tǒng)通過對氧傳感器信號的周期以及其他特性參數(shù)進行計算評價，滿足國六法規(guī)的要求同時，兼顧客戶需求。

圖5：氧傳感器響應失效模式

對于寬氧（線氧）傳感器當起特性發(fā)生偏移時，系統(tǒng)基于后氧閉環(huán)的控制策略可以提供有效的診斷參數(shù)從而對其特性偏移進行可靠的進行監(jiān)測。

圖6：寬氧傳感器特性偏移

對于后氧監(jiān)測能力故障，聯(lián)合電子的國六解決方案中增加了后氧響應的監(jiān)測功能，在診斷條件滿足的情況下，通過對比后氧對排氣成分變化的響應時間進行診斷，滿足國六法規(guī)的新需求。

圖7：后氧響應故障監(jiān)測

在國六法規(guī)的OBD部分中，對氧傳感器和催化器監(jiān)測提出了更加嚴格的要求，而這些要求的核心思想就是要更加及時有效地檢測出氧傳感器和催化器的故障，避免故障帶來的惡劣的環(huán)境影響，降低在用車整體的排放水平。聯(lián)合電子將依賴專業(yè)高效的工程師團隊，一如既往地支持國內(nèi)整車企業(yè)車型的排放升級換代，為中國的環(huán)保事業(yè)做出新的貢獻。