OBD 3, OBM и перспективные требования

В ближайшие годы основными источниками привода автомобилей останутся двигатели внутреннего сгорания. Альтернативы — гибридные приводы, топливные элементы и водородные двигатели найдут применение лишь в определенных областях; к тому же для них еще требуются значительные инвестиции. В центре всех разработок для ДВС находится снижение выбросов вредных веществ и расхода топлива. Обсуждаемые уже сегодня новые предельные концентрации вредных веществ в выхлопе, которые должны вступить в силу в 2014 году, требуют совершенно новых методов контроля и систем для снижения выбросов. В перспективе будут использоваться новые системы датчиков. Наряду с уже стандартизированными вредными компонентами будут регламентироваться предельные концентрации других токсичных выбросов. Требования к сроку службы систем будут и впредь ужесточаться.

Помимо уже известных мер, реализуемых в самом двигателе, все большее значение будут приобретать внешние системы очистки ОГ. Величины, определяемые механикой двигателя, такие как фазы газораспределения и коэффициент избытка воздуха, в перспективе будут более регулируемыми. Новые однородные и полуоднородные методы сжигания сотрут существующую пока разницу между бензиновыми и дизельными двигателями. Турбонаддув станет в бензиновых двигателях таким же неотъемлемым компонентом, каким он сейчас является в дизелях.

Сочетания различных технологий наддува станут нормой. Свой вклад в уменьшение выбросов внесут и новые виды топлива — SynFuel и SunFuel. Конфликты целей между политической волей в плане определения предельных концентраций и технически реализуемым и экономически целесообразным внедрением систем должны быть разрешены. Подумывают о системах ОВМ (Оn Board Measurement, бортовое измерение) для непосредственного измерения концентрации вредных выбросов автомобиля. Эти системы могут быть внедрены также под обозначением OBD 3.

Поскольку мотоциклы имеют почти такие же ДВС и блоки управления двигателями, как и легковые автомобили, не исключено, что в будущем системами OBD будут оснащаться и мотоциклы. Уже используются электронные системы с регистраторами событий и контрольными лампами. Первые шаги в этом направлении делаются с внедрением проверки токсичности ОГ у мотоциклов.

Наряду с ужесточением требований к выбросам автомобильных двигателей в перспективе будут регламентироваться выбросы ОГ и для стационарных ДВС, двигателей строительной техники и оборудования, а также железнодорожных дизельных двигателей. Хорошим ориентиром для них станут нормы токсичности автомобильных двигателей. Как бы то ни было, для этих двигателей нужно учитывать их значительно больший по сравнению с автомобильными предельный срок службы.

Пределы современных систем OBD

OBD — это хорошая концепция для непрерывного контроля функциональности деталей и узлов системы выпуска и быстрого восстановления функции с помощью сохраненных данных при индикации неисправностей. Диагностика неисправностей и ремонт сложных систем упрощается. При контроле через OBD суть диагностики неисправностей сводится к определению зависимостей между наблюдаемыми неисправностями (например, достижение неожиданных состояний, отсутствие ожидаемых событий). Причины неисправностей анализируются лишь частично в рамках окружающих данных (данные Freeze Frame). В рамках OBD значительная часть управляющего ПО отвечает за контроль состояния проводов (обрывы, КЗ) датчиков и исполнительных механизмов и грубую проверку правдоподобности сигналов датчиков.

Эти простые методы не позволяют ни своевременно распознавать неисправности в области двигателя, ни делать выводы о причинах неисправностей. Прогнозирование последующих неисправностей на основании наблюдаемых также не делается.

У систем OBD принимаются такие пороги распознавания неисправностей, которые допускают вредные выбросы в пределах нормы Евро-2 при превышении пороговых значений. Игнорируя предупреждения OBD, водитель по сути совершает экологическое преступление — ведь его автомобиль движется с повышенным уровнем выбросов. Хотя автоматическая остановка автомобиля в случае неустранения неисправности по истечении определенного времени или пробега и возможна технически, но юридически реализовать эту возможность пока нельзя. У систем OBD 3 можно будет с помощью транспортной телематики передавать информацию органам, разрешающим эксплутацию ТС, или в налоговые инспекции для наложения запрета на эксплуатацию или штрафов.

Особенно проблематичным у систем OBD является состояние, когда отдельные пороговые значения не превышаются, но работа различных систем на соответствующих предельных значениях приводит к превышению общего порога выбросов. Это состояние не распознается, не контролируется и не анализируется современными системами OBD. Может случиться так, что в одной системе OBD не будет записано никаких неисправностей, но допустимые пределы выбросов ОГ все равно будут значительно превышены. Еще одним существенным недостатком этих систем является то, что отдельные стандартизированные компоненты вредных выбросов не измеряются в системе выпуска и не анализируются электроникой напрямую. Все данные определяются только косвенным путем.

Бортовое измерение (ОВМ)

Более перспективной, чем OBD представляется система бортового измерения (Оn Board-Measurement, ОВМ), обеспечивающая непосредственный контроль выбросов ОГ с помощью различных датчиков в системе выпуска. В системе ОВМ измеряются концентрации газообразных оксида углерода, углеводородов, оксидов азота и частиц и сравниваются с сохраненными номинальными значениями. Как и в OBD, при отклонении от номиналов регистрируется код неисправности и загорается сигнальная лампа, указывающая на необходимость ремонта. В отличие от OBD, в системе ОВМ благодаря прямому измерению концентраций вредных компонентов распознаются также аномалии из-за непредвиденных неисправностей или неблагоприятных сочетаний неисправностей. Это позволяет контролировать также новые системы очистки ОГ, такие как SCR-катализатор, накопительный катализатор и сажевый фильтр, у которых OBD достигает предельных значений. ОВМ — система более комплексная и эффективная, чем OBD. В любом случае технические затраты и гарантия эксплуатационной безопасности здесь значительно выше, чем у OBD.

В настоящее время путем масштабных исследований определяются граничные условия использования ОВМ и обсуждаются в комиссиях ЕС. Планируется включение ОВМ как альтернативы OBD в будущие законодательные акты, регламентирующие выбросы. В различных исследовательских проектах в настоящее время исследуются датчики для прямого измерения ОГ в автомобиле в плане постоянтва измеряемых данных во времени, надежности и стойкости при длительной нагрузке и быстрых изменениях картины выхлопа автомобиля в рамках испытательных циклов. В принципе новые датчики предназначены для распознавания изменений выбросов ОГ через появление сбоев в системе уменьшения выбросов ОГ. Новые перспективы обещает, к примеру, измерение ионного тока для контроля сгорания и оптимизации расхода и момента впрыска. Контроль осуществляется прямо в камере сгорания. С помощью измерения ионного тока можно генерировать сигналы датчика, отправляющие информацию о ходе сгорания, КПД и вредных выбросах прямо на блок управления ОВМ. Сроки внедрения ОВМ пока не известны.