国六关于催化器氧传感器OBD监测的解决方案

大家知道传统汽油机车辆排放控制的最有效手段就是通过氧传感器与催化器配合进行闭环控制，氧传感器就好比系统地嗅觉神经对尾气成分进行测量，而催化器好比是车辆肾脏，系统通过对尾气成分做出反馈保证排气在催化器最适宜的空然比范围内，从而将尾气净化处理。所以氧传感器以及催化器的状态直接影响的整车排放，是排放控制零部件的重中之重，这也是为什么从OBD开始制定法规就始终对这两部分零部件监测都有着严格的要求，而史上最严的国六法规自然对这两部分的OBD监测进行了进一步的加严，同时国六法规也给出了更为详尽的监测要求说明。

图1：氧传感器催化器布置

催化器监测

国六法规需求变更：

对于催化器监测，相对于国五法规的要求（分别对NMHC以及NOX进行了阀值设定），国六法规设定催化器失效准则为车辆排放的NMHC+NOX超过OBD阈值，国六法规的OBD排放限值进行了大幅加严，所以这就对OBD临界催化器制备带来了更多的挑战。因为临界催化器是催化器故障模型搭建以及后续匹配数据确定中首要故障准则，只有临界催化器与耐久催化器有足够的区分度，才能有效地降低售后市场催化器失效误报的风险。而当OBD阈值进一步降低后，那么二者的区分度也就会大幅降低，这也就给催化器诊断的标定匹配工作带来巨大的挑战。而同时，在国六法规中排放循环采用了全新的WLTC循环，更为动态的测试循环也为标定工作带来新的挑战。

图2：国六采用更为动态的WLTC循环

图3：国六OBD排放阈值

国六催化器监测OBD解决方案

催化器失效往往是随着催化器老化烧结导致贵金属有效接触面积减少，这样催化器的氧气储存能力就下降了，从而催化器的催化还原能力就会下降，导致排放超限，目前联合电子催化器的诊断策略主要基于催化器储氧能力来诊断催化器的转化效率，安装于催化器上下游的两个氧传感器可以通过精确的控制策略对催化器的储氧能力进行有效监测，当进入适宜的诊断工况，系统通过混合气控制以及氧传感器信号变化可以计算得到催化器的动态储氧量，当催化器失效时，储氧量降低，系统就会及时报出故障，提醒用户及时进站维修。

由于前文提到的国六临界催化器相对耐久催化器区分度的降低，对于OBD监测方面我们需要进行相对于原来数倍的测试试验数据来尽可能的提高数据可靠性以及诊断机会（IUPR），同时也要建立更为精确的储氧量计算模型以及开发更多更为精确直观数据分析工具，从而得到最佳的匹配结果，满足法规的同时为客户提供最可靠的技术支持。

图4：催化器储氧量不同工况落点分析

排气传感器监测

排气传感器监测国六法规变更

目前国内汽油机系统排气传感器即为氧传感器，氧传感器好比发动机混合气控制的触觉神经，决定了闭环控制的方向和策略，因此对于排放控制有着重要意义，在国六法规中对于氧传感器监测这部分相对于之前法规有着详细的介绍和故障类型的定义，主要体现在以下几方面：

对于氧传感器响应性在国六法规中进行了概念定义，也明确定义了该部分功能失效导致的排放超限OBD系统必须进行监测。

对于氧传感器的其他特性失效导致的排放超限进行了详细定义。

对于催化器下游氧传感器（后氧）响应失效监测，法规也进行了额外的定义说明。

对于后氧失效监测其中特别指出了后氧充分监测能力的要求：当后氧传感器的输出电压、幅值、活性及其他特性对其他监测（例如：催化器监测）而言，不再具有充分的监测能力时，系统应监测出后氧故障。“充分”是指最差的可接受传感器（最差的不报故障的传感器）检测出性能最好的不可接受的催化器（最好的故障催化器），这部分属于国六法规相对国五法规的全新要求，需要我们投入更多时间来研究。

该部分在意义上应包含了催化器下游氧传感器响应速率（Response rate）的监测。该项要求对于系统以及匹配都提出了新的要求，这对整车以及系统都是很大的挑战，所以同时该处国六法规也沿袭了OBDII的相应条款如下：“OBD系统应至少在断油时（如减速断油）检测到由浓到稀的慢响应故障。对由浓到稀过程的响应检查应监测以下两部分内容：1、断油开始前，从浓混合气状态（如0.7V）开始断油，到稀混合气状态（如0.1V）的过程中传感器的响应时间；2、传感器中间信号转换时间（例如从0.55V变到0.3V的时间）。”进行过渡。

氧传感器监测国六应对方案

对于前氧响应性诊断，联合电子目前开发的国六系统可以对涵盖OBDII要求的六种失效模式进行可靠诊断，系统通过对氧传感器信号的周期以及其他特性参数进行计算评价，满足国六法规的要求同时，兼顾客户需求。

图5：氧传感器响应失效模式
 

对于宽氧（线氧）传感器当起特性发生偏移时，系统基于后氧闭环的控制策略可以提供有效的诊断参数从而对其特性偏移进行可靠的进行监测。

图6：宽氧传感器特性偏移
 

对于后氧监测能力故障，联合电子的国六解决方案中增加了后氧响应的监测功能，在诊断条件满足的情况下，通过对比后氧对排气成分变化的响应时间进行诊断，满足国六法规的新需求。

图7：后氧响应故障监测

在国六法规的OBD部分中，对氧传感器和催化器监测提出了更加严格的要求，而这些要求的核心思想就是要更加及时有效地检测出氧传感器和催化器的故障，避免故障带来的恶劣的环境影响，降低在用车整体的排放水平。联合电子将依赖专业高效的工程师团队，一如既往地支持国内整车企业车型的排放升级换代，为中国的环保事业做出新的贡献。