国六关于燃油系统监测的法规解读及解决方案

国六法规解读

日前，国六法规已正式发布，在燃油系统监测方面，其相对国五而言，可谓是发生了显著的变化，要求更为具体和严格。为什么这么说呢？请您接着往下看。

1.1 故障准则

国五法规中并没有针对燃油系统提出明确的监测要求，其监测要求适用于I.3.3.2的原则性要求：

“I.3.3.2 当与排放相关的某个部件或系统失效导致排放超过表I.1规定极限值时，OBD系统应指示出该失效。”

国六法规则是基于燃油控制系统的作用和可能对排放造成影响的失效方面，对燃油系统提出了具体的监测要求，要求更为明确和严格。国六法规对燃油系统监测方面的具体要求如下图1所示，主要围绕lambda=1的闭环调节失效提出要求。众所周知，EMS实现混合气lambda=1闭环调节的主要目的是为了保持混合气空燃比始终处于催化器的最佳转化窗口内，使得三种排放污染物（HC、CO和NOX）都处于较低水平。若混合气lambda=1的闭环调节出现了失效，例如，闭环调节已至极限，混合气出现整体偏浓或偏稀，因lambda已偏离催化器的最优转化窗口，将会导致排放恶化；或者，系统因某种原因导致长时间不能进入闭环调节，也将可能会造成排放的超限。

图1 国六燃油系统监测的故障准则

1.2 监测条件

对于上述的每条故障准则，国六法规中都给出了具体的监测条件，如下图2所示。针对lambda=1的闭环调节偏差和自适应反馈控制系统的诊断，应进行连续性监测，仅当存在误判的可能时，即无法正确区分正常工作的系统和故障系统时，才允许中断相应的连续性监测。

图2 国六燃油系统监测的监测条件

1.3 点亮MIL和存储故障码

在“点亮MIL和存储故障码”方面，国六法规针对燃油系统和失火监测新增了“相似工况”的要求，相比国五都更为严格。相似工况的定义为：发动机转速差小于 375rpm，负荷水平差别小于 20%，具有同样的热车状态。这主要是因为燃油系统和失火故障的发生或程度可能与发动机的运转工况条件紧密相关，只有在某个特定的工况条件下，才会有明显的故障表现，而在其他工况条件下，检测不到故障，并非是因为故障已经不存在，而是故障的影响没有显现出来。只有在初始检测到故障的相同条件下检测不到故障，才能确认故障真的已经不存在，从而避免错误的修复故障。比如，HFM系统的进气管路漏气，同样的漏气量将会对低负荷的怠速工况产生较大影响，而对中高负荷的影响相对较小，此时，故障修复须在同样的相似工况下才可修复，这样才能避免错误修复一个一直存在的故障，防止MIL灯点亮不及时或错误熄灭MIL灯，影响故障维修的及时性。国六法规中，对于燃油系统监测，熄灭MIL灯和清除故障码的要求如图3所示。

图3 国六燃油系统监测熄灭MIL灯的要求

燃油系统监测的解决方案

联合电子在对国六法规充分理解的基础上，针对不同的发动机功能配置，制定了相应的燃油系统诊断策略。

2.1 基于闭环控制的自适应反馈监测

自车辆采用三元催化器以来，为了保证催化器的最佳工作状态，使得三种排放污染物（HC、CO和NOX）都处于较低水平，燃油控制系统必须实现lambda的闭环控制，将混合气lambda值始终控制在催化器的最佳转化窗口以内。因此，安装了前级氧传感器，根据其反馈信号实现混合气的闭环调节。自国三以后，法规要求对催化器进行监测，需在催化器的下游安装氧传感器，已实现对催化器的监测，同时也可进一步修正前氧的闭环调节（fuel trim），确保混合气lambda始终处于催化器的最佳转化窗口之内。

图4 混合气lambda=1的闭环控制原理图

基于上述lambda闭环控制的目的和原理，系统根据闭环调节因子与基准1.0的偏差，进行混合气自学习，一方面可及时修正混合气的偏差，另一方面也可得知混合气lambda的偏差程度，据此判断故障。考虑到不同的故障源对发动机运转工况的影响程度不同，对混合气修正的意义也有所不同，所以系统将混合气自学习划分了几个不同的工况区域。以PFI发动机为例，参见图5所示，每个自学习值对应不同的故障阀值。匹配时需根据发动机的不同配置，考虑其可能的故障源，综合排放结果和对驾驶性的影响程度，设定故障阀值。比如，对于仅HFM配置的进气系统，低负荷时进气管路的漏气对混合气的影响较大，而对于仅DS配置的进气系统，则无需考虑进气管路漏气的影响，因为DS传感器可感知压差的变化，并不会造成进气量计算的过大偏差。此外，故障阀值的设定还需考虑如下因素：

车辆销售区域的油品差异，覆盖正常的油品偏差，避免误报；

车辆预控的散差；

机油稀释的影响等。

图5 PFI发动机的自学习区域划分

对于基于后氧的闭环调节，其原理是在稳态的工况下，将后氧电压信号与目标电压进行比较，若后氧电压偏离了目标电压，系统将根据其偏离程度进行自学习修正（fuel trim），并据此自学习值判定故障。国六系统的设计，将前氧的快速老化和正常老化对后氧闭环的影响，进行了区分，诊断更为合理和可靠。

针对上述两种诊断，国六系统均设计了相似工况的功能，满足法规要求。

2.2 长时间不进入闭环控制的监测

对于“长时间不能进入闭环”的诊断，国六法规仅要求报出故障，起到及时提醒用户去维修的目的，并未要求特定的故障路径。考虑到闭环控制在排放控制中的关键性作用，联合电子在系统设计时就已考虑了影响闭环的所有输入因素，并对每一个输入因素都设计了对应的诊断功能，确保任何导致系统不能进入闭环运行的故障出现时，OBD系统都能及时检测出故障。在进行闭环功能匹配时，也需考虑该条法规的要求。此外，还需要注意的是：

对于某些来自其他控制单元，通过CAN传输给EMS而对闭环运行产生影响的信号，整车厂应确保控制单元对提供该信号的传感器有电路连通性诊断；

对于其他影响闭环控制的客户定制化需求，在需求实现的过程中，也应充分考虑由此带来的OBD监测需求，确保对所有影响闭环运行故障的检测。

燃油系统控制是EMS系统排放控制的重要组成部分，因此，燃油系统监测也是OBD法规要求的重要内容之一。

相对国五法规，国六法规对燃油系统监测提出了更加明确且严格的要求，对这些要求的满足有助于更加及时有效地检测出燃油系统的故障，保证市场上在用车辆正常的良好的排放水平，避免燃油系统故障带来的超常排放对环境的影响。