OBD的主要功能是在车持续诊断与排放相关的零部件和系统失效的状态，其中监测三元催化转化器的劣化过程，防止有害物排放超限值是OBD的主要任务之一。

1三元催化转化器的工作条件
    汽车尾气排放后处理装置（图1）的核心部件是三元催化转化器（简称TWC，图2）。三元催化转化器含有多种贵金属—车巴（Pb）、铂（Pt）和锗（Rh），其功能应保证尾气排放的透穿性，同时将尾气中的有害物—碳氢（HC）、一氧化碳和氮氧化合物（NOx ）氧化一还原成二氧化碳（COZ）、水（H20）和氮气（N2 ）。由于三元催化转化器工作受到起燃温度和空燃比的影响，要使尾气中三种有害物达到近90%以上的转换率，必须满足三元催化转化器工作的两个条件：三元催化转化器的工作温度要高于300℃，理想工作温度约为450℃～650℃;混合气浓度要控制在理论空燃比（14.7）附近。

    汽车在大多数行驶工况下，排气温度已足够高，并且当代发动机电子控制系统均已采用宽域型氧传感器进行实际空燃比反馈控制，保证了发动机燃烧的混合气接近于理论空燃比的监测性，同时又采用了排气下游净化的催化器设计，再次清除发动机热机工况中由于急加减速瞬态工况时空燃比漂移而流出主催化器的尾气有害物质。

    根据美国联邦测试规程FTP-75的测试计算，汽油发动机近80%的HC排放量是在冷起动阶段排出的。一般认为冷起动是指发动机从冷态到热机前这段过程，为了有效地减少发动机冷起动阶段尾气中HC排放，使三元催化转化器快速起燃达到正常工作温度是非常迫切和必要的。因此，在发动机控制上采用了三元催化转化器起作用以前和起作用以后的排放控制技术（表1）。

2三元催化转化器劣化机理分析
      三元催化转化器随着汽车行驶里程和时间的增加，各种劣化形式对三元催化转化器的破坏作用逐渐积累，最终导致其劣化。由于三元催化转化器工作性能受诸多因素的影响，如排气流速、排气组分、温度、贵金属含量和使用时间等，并且其工作环境的不同决定了劣化形式和劣化速度的不同，例如发动机火花塞或者点火控制电路发生故障引起气缸失火，后燃的HC会使三元催化转化器的温度瞬时超过1000℃，迅速引起载体和催化剂涂层的烧结，导致催化剂活性丧失，甚至堵塞载体孔隙。三元催化转化器的主要劣化形式和劣化机理见表2所列。

3三元催化转化器劣化诊断
    三元催化转化器高效工作取决于发动机接近燃烧理论空燃比的混合气排放成分，氧传感器和发动机电控单元组成的闭环决定了反馈修正系统的调节控制。然而，由于排气流动时间和传感器响应延时会导致系统响应延迟，从而造成空燃比在设定值附近快速波动，这种空燃比波动会对三元催化转化器的性能产生负面影响，为了避免这种负面影响，在催化剂涂层中适当加入能够具有储存和释放氧功能的二氧化饰稀释元素，这样通过把尾气中的氧在稀燃时储存起来，而浓燃时再释放出来，参与在三元催化转化器中的反应，这就是催化器的储氧能力（Oxygen Storage Capability，简称OSC）。但是，随着三元催化转化器性能的劣化，其HC转换效率和储氧能力都会下降，二者之间存在一定的对应关系。因此，在三元催化转化器劣化诊断的设计上，通常把三元催化转化器的储氧能力作为判断其是否劣化的技术指标，其方法是在三元催化转化器前后各安装1只氧传感器，通过对氧传感器的信号分析来确定三元催化转化器的工作状态。正常运行的三元催化转化器，其储氧能力使三元催化转化器后的氧传感器动态响应与前氧传感器相比受到明显的阻尼，后氧传感器的动态响应曲线的振幅将非常小，且响应时间延迟，来证明三元催化转化器的功能良好。反之后氧传感器电压信号波形非常接近于前氧传感器，此时OBD监视器会认为是三元催化转化器的转换效率过低。

    OBD对三元催化转化器劣化诊断采用主动测试的方式，在一定的工况下，通过发动机电控单元进行特定的空燃比控制。首先，发动机电控单元指令发动机工作在浓混合气下，把三元催化转化器内储存的氧气被移出消耗；随后，通过发动机电控单元强制三元催化转化器在稀混合气下工作储氧（一个完整的测试循环包括一个浓混合气控制和一个稀混合气控制），三元催化转化器工作于这种受控空燃比模式，直到储存于三元催化转化器中的氧超过一个标定值或后氧传感器指示三元催化转化器完全饱和后，再通过比较三元催化转化器的储氧能力和临界三元催化转化器的标定闭值，对三元催化转化器的转化效率进行诊断。主动测试三元催化转化器的储氧能力有两种计算模型：一种是后氧传感器信号振幅计算方式；另一种是延迟时间计算模型。

3.1后氧传感器信号振幅计算模型
    后氧传感器信号振幅计算法是通过比较三元催化转化器后氧传感器信号振幅与临界三元催化转化器模型化氧传感器信号振幅来推断三元催化转化器的劣化程度。图3所示是后氧传感器信号振幅计算测量过程，图4所示是后氧传感器信号振幅计算模型。如图5所示，如果三元催化转化器后氧传感器信号振幅超过临界三元催化转化器的后氧传感器信号振幅，且在一定循环诊断周期内持续如此，则判断三元催化转化器已经劣化，OBD会点亮MIL灯。这种后氧传感器信号振模型适用于OSC<100 mg O2的小容量三元催化转化器诊断计算。

3.2延迟时间计算模型
    延迟时间计算法是通过测量三元催化转化器的后氧传感器对前氧传感器的浓或稀信号的反应时间，来评价三元催化转化器是否劣化。在某段特定的时间内，可通过改变燃油系统的供油量使混合气在一定时间内处于较浓或较稀状态，前氧传感器会立即对空燃比的状态变化做出反应，由于三元催化转化器中氧化柿储存氧的功能，使得后氧传感器不可能立即对空燃比的变化作出响应，这时发动机电控单元以测量后氧传感器相对于前氧传感器对空燃比变化的反馈延迟时间，计算两个信号长度量之比来衡量三元催化转化器的储氧能力，确定三元催化转化器的劣化失效程度。用“浓”和“稀”步骤测量OSC的过程如图6所示，延迟时间计算模型如图7所示。该模型适用于OSC>100 mg O2的较大容量催化器的诊断计算，满足OBD控制系统对极超低排放和近零排放汽车催化器功能的诊断技术要求。

    总而言之，空燃比良好时的混合气正常燃烧结合三元催化转化器高效工作，后氧传感器信号电压在故障检测仪上显示的变化总是随着工况的稳定而稳定，且变化频率很小，变化的电压幅值也不大，这在诊断三元催化转化器效率的疑难故障中具有非常重要的参考作用。

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