OBD Lähde: Arto Lehtinen Robert Bosch Oy EU:ssa on asetettu tavoitteeksi liikenteen päästöjen vähentäminen parempilaatuisen polttonesteen ja kehittyneemmän tekniikan avulla sekä päästöjen pitäminen alhaisina koko auton käyttöiän ajan. 1990-luvun alussa voimaan tulleet tiukemmat päästömääräykset edellyttivät säädetyllä kolmitoimikatalysaattorilla varustettuja bensiinimoottoreita. Järjestelmän toimiessa optimaalisesti kaasumaiset pakokaasupäästöt alenevat jopa 90 %, mutta viallinen auto voi kuitenkin olla kunnossa olevaan verrattuna todellinen "saastepesä". Päästöjen käytön aikaisessa kontrolloinnissa on Euroopassa otettu yleisesti käyttöön vuosittainen korjaamolla tai katsastuksen yhteydessä suoritettava "karkea" pakokaasutesti. Seuraava vaihe Euroopassa oli EURO 3 -päästömääräysten käyttöönotto vuoden 2001 alkuun mennessä. Uudet määräykset ovat kaasumaisten päästöjen osalta n. 40 % aiempia tiukemmat. EURO 3 -päästömääräysten rinnalla alettiin edellyttää myös moottorin ohjausjärjestelmään integroitua OBD -diagnoosia, joka valvoo kaikkia päästöihin vaikuttavia komponentteja ja informoi kuljettajaa päästöjen kohoamisesta yli sallittujen rajojen. OBD -diagnoosia on jo edellytetty bensiinimoottorisilta henkilöautoilta, jotka on tyyppihyväksytty vuoden 2000 alun jälkeen tai otettu uutena liikenteeseen vuoden 2001 alun jälkeen. OBD -diagnoosi tulee vastaavalla vuoden siirtymäjaksolla kevyisiin dieseleihin 2003 alkaen ja raskaisiin dieseleihin 2005 alkaen. OBD I ja OBD II OBD-diagnoosi perustuu USA:ssa käytettyihin diagnoosijärjestelmiin OBD I ja OBD II. OBD I - diagnoosi otettiin USA:ssa käyttöön asteittain vuoden 1988 alusta. OBD I edellytti päästöihin vaikuttavien moottorin ohjausjärjestelmän vikojen tallentamista ohjainlaitteen muistiin ja edelleen niiden ilmaisua kuljettajalle sytyttämällä mittaristossa oleva vikamerkkivalo (MIL). Näin poliisillakin oli mahdollisuus todeta liikenneseurannan yhteydessä päästöjen lisääntyminen. Vikojen tulostukseen OBD I:ssä riitti ns. vilkkukoodi. OBD I korvattiin OBD II:lla asteittain vuodesta 1994 alkaen ja pakolliseksi se tuli USA:ssa 1.1.1996 alkaen. OBD II koskee USA:ssa bensiinimoottoreilla varustettuja henkilöautoja ja kevyitä hyötyajoneuvoja sekä vuosimallista 1996 alkaen myös dieselajoneuvoja. OBD II sisältää vaatimuksen "On Board -diagnoosista" ja edellyttää siltä huomattavan kattavaa vikojen tunnistamista. Eurooppalainen OBD-diagnoosi, josta aluksi käytettiin lyhennettä EOBD ja sittemmin lyhennettä pelkkä OBD, vastaa pienin poikkeuksin USA:n diagnoosijärjestelmää OBD II. Mitä OBD-diagnoosiin kuuluu? EU-direktiivi mahdollistaa korvata OBD-autojen käytön aikaisessa päästötestissä joutokäynnillä tapahtuva päästömittaus OBD-diagnoosilla. Suomessa vuoden 2004 alusta käyttöön otettava OBD-autojen päästötesti koskee vuoden 2001 alun jälkeen uusina käyttöön otettuja bensiinimoottorisia M1- ja N1-luokan ajoneuvoja. OBD-autojen päästötesti voidaan suorittaa normaalien päästötestien tapaan katsastusasemalla tai korjaamolla. Nyrkkisääntönä OBD:ssä on valvoa kaikki päästöihin vaikuttavat komponentit ja toiminnot. Viat osoitetaan kuljettajalle sytyttämällä vikamerkkivalo (MI). Sähköisten komponenttien osalta valvotaan virtapiirien katkokset ja oikosulut. Järjestelmän toimintojen osalta valvotaan viat, jotka johtaisivat uuden auton EU-hyväksyntäpäästötestissä päästöjen nousuun yli raja-arvojen CO 3,2 g/km, HC 0,4 g/km ja NOx 0,6 g/km.
Kolmitoimikatalysaattorin toiminta valvotaan HC-päästöjen perusteella. Katalysaattorin puhdistuskyky tulkitaan liikaa alentuneeksi, jos uuden auton hyväksyntätestissä ylitettäisiin HCarvo 0,4 g/km. Erityinen painoarvo on palamiskatkosten tunnistuksella, koska palamaton polttoneste voi syttyä kuumassa katalysaattorissa ja aiheuttaa sen tuhoutumisen muutaman minuutin ajon aikana. Auton valmistajan on tullut lisäksi osoittaa kenttäkokein, että päästöihin vaikuttavat komponentit kestävät auton normaalin käyttöiän. Osoituksena käytetään yllä mainittujen päästörajojen alittamista hyväksyntätestissä 80 000 km:n kenttätestiajon jälkeen. 1.1.2005 alkaen rajaksi tulee 100 000 km. Virheellisen diagnoosin estämiseksi diagnoositoiminnot saa kytkeä pois päältä tietyissä olosuhteissa, esim. käynnistettäessä moottori alle -7 asteen lämpötilassa, polttonestesäiliön täyttömäärän ollessa alle 20 % maksimista tai akkujännitteen ollessa alhainen. Päästöjä lisäävät viat, niiden esiintymisolosuhteet, diagnoosijärjestelmän tila ja vian ilmaantumisen jälkeen ajettu kilometrimäärä tallennetaan muistiin. Testaus tapahtuu Scan Tool -testerillä standardisoidusta diagnoosipistokkeesta. OBD:hen liittyy myös manipulaatiosuojaus ohjainlaitteen säätökäyrästöjen muuttamisen estämiseksi. Se on toteutettu esim. käyttämällä erityisiä muistikomponentteja. Jos valmistaja käyttää EEPROM-muisteja, jotka mahdollistavat ohjelmapäivitykset valtuutetulla korjaamolla, tulee muistit varustaa erityisellä kirjoitussuojaustoiminnolla. OBD-diagnoosipistoketta käytetään myös sellaisissa ajoneuvoissa, joissa ei ole OBD-diagnoosia. OBD-diagnoosipistokkeen olemassaolo ei siten takaa diagnoosin suorittamista OBDdiagnoosiohjelmalla. OBD-diagnoosipistokkeen tulee sijaita maksimissaan 60 cm etäisyydellä ohjauspyörän kehältä. Tyypillinen sijoituspaikka on kojelaudan alla kuljettajan jalkatilassa. Kommunikaatio Kommunikaatiossa käytettävät tiedonsiirtotavat tunnuspiirteineen ovat seuraavat: - SAE J 1850: signaalilaji VPM, tiedonsiirtonopeus10,4 kb, käyttäjä esim. GM - SAE J 1850: signaalilaji VWM, tiedonsiirtonopeus 41,6 kb, käyttäjä esim. Ford - ISO 9141-2: signaalilaji NRZ, tiedonsiirtonopeus 10,4 kb, hidas aktivointi (5 b), käyttäjänä eurooppalaiset valmistajat - ISO 14230-4 (KWP 2000): hidas ja nopea aktivointi mahdollisia, käyttäjänä eurooppalaiset valmistajat - ISO/DIS 15 765-4: diagnostiikka CAN-väylän kautta Diagnoositesteri Normin ISO 15031-4 mukaan ohjainlaite tunnistaa automaattisesti testattavan moottorin ohjausjärjestelmän tiedonsiirtoprotokollan ja signaalilajin. Normi määrittää yksittäisten toimintavaiheiden toimintotavat ja tietomuodot seuraavasti: Vaihe 1 Järjestelmän diagnoositietojen luku, sisältää esim. analogiset tulo- ja lähtösignaalit (esim. lambda-anturin signaali), digitaaliset tulo- ja lähtösignaalit (esim. kaasuläpän asema), järjestelmän rakenneinformaation (automaatti/manuaalivaihteisto, varustettu ilmastointilaitteella jne.) ja laskentatulokset (esim. suihkutusaika).
Vaihe 2 Olosuhteet vian esiintyessä ensimmäisen kerran, esim. moottorin pyörintänopeus ja lämpötila. Vaihe 3 Vikamuistin luku, tulostetaan päästöjä lisäävästi vaikuttavat vikamerkkivalon syttymiseen johtaneet viat. Vaihe 4 Vikamuistien tyhjennys ja vikaa seuranneen informaation poisto. Vaihe 5 Lambdatunnistimien testi- sekä kynnysarvojen tulostus. Vaihe 6 Ei jatkuvasti valvottavien toimintojen mitta-arvojen tulostus. Vaihe 7 Vikamuistin luku, tulostetaan häiriöt, jotka eivät ole johtaneet vikamerkkivalon syttymiseen. Vaihe 8 Varattu merkkikohtaiseen testiin. Vaihe 9 Varattu ajoneuvon tunnistetiedoille. Vikakoodit Vikakoodit koostuvat 5 merkistä - esim. P 0 2 8 3 - seuraavasti: 1. merkki: Ajoneuvon järjestelmä B Kori (Body) C Alusta (Chassis) P Moottori/voimansiirto (Powertrain) U Määrittämättömät järjestelmät (Undefined) 2. merkki: Alaryhmä 0 SAE-vikakoodi 1 Valmistajan vikakoodi 2 SAE-vikakoodi 3 Valmistajan vikakoodi 3. merkki: Rakenneryhmä 1 Polttonesteen ja ilman mittaus 2 Polttonesteen ja ilman mittaus 3 Sytytysjärjestelmä, palamiskatkokset 4 Muut pakokaasujen päästöihin vaikuttavat tekijät 5 Nopeuden ja joutokäynnin säätö 6 Ohjainlaite- ja ulostulosignaalit 7 Vaihteisto 4. ja 5. merkki Järjestelmäkomponentit 01 99 Järjestelmäkomponentin/vian tunnistus Esimerkki: P 0 1 2 2 = Kaasuläppätunnistimen signaali (jännite) liian alhainen P0/2-vikakoodit määritetään normissa ISO 15031-6. Ajoneuvon valmistaja voi käyttää myös P1/3-vikakoodeja, jotka liittyvät ohjainlaitteen sellaisiin lisätoimintoihin, joita ei normissa ole yksilöity. Niiden avulla valmistaja voi laajentaa ja tarkentaa diagnoosia. P1/3-vikakoodit noudattavat samaa systematiikkaa kuin P0/2-vikakooditkin, mutta ne ovat valmistajakohtaisia eli sama koodi voi merkitä eri valmistajilla eri vikaa. Valmistajan tulee ilmoittaa P1/3-vikakoodit viranomaisille. Eräät testerit tulostavat P1/3- vikakoodeja vain koodimuodossa, mutta merkkikohtaiseen valintaan perustuvat testerit kykenevät tulostamaan P1/3-vika-koodeja useista merkeistä myös selkokielisinä.
Vikamuisti, vikalajit ja vikamuistin tyhjennys Moottorin ohjainlaite tunnistaa sisäänmeno- ja ulostulosignaalit katkosten, oikosulkujen ja loogisuuden osalta. Viat jaetaan "häiriöihin" ja "vakaviin" sekä luokitellaan edelleen hetkellisiksi tai jatkuviksi. Ensimmäisen kerran tunnistettu päästöihin vaikuttava vika tulkitaan "häiriöksi" ja tallennetaan vaiheen 7 vikamuistiin vian ilmaantumishetken olosuhdetietojen (esim. moottorin pyörintänopeus ja lämpötila) kanssa. Mikäli vika ei toistu seuraavan ajosyklin aikana, poistetaan se vaiheen 7 vikamuistista. Jos vika esiintyy myös seuraavan ajosyklin aikana, tulkitaan se vakavaksi ja tallennetaan vaiheen 3 vikamuistiin olosuhdetietojen kanssa. Samanaikaisesti sytytetään vikamerkkivalo. Jos vika esiintyy uudelleen, tallennetaan se viimeistään kolmannen ajosyklin aikana vaiheen 3 muistiin. Erikoistapauksissa valmistaja voi hyväksyttää vian tallentumisen viimeistään 10. ajosyklin aikana. Samanaikaisesti sytytetään vikamerkkivalo. Vikamuistien tyhjennys (vaihe) poistaa muistista sekä häiriöt että vakavat viat ja niihin liittyvät lisäinformaatiot. Valikoiva vikamuistin tyhjennys ei ole mahdollista eikä myöskään sallittua normin puitteissa. Se informaatio, joka pitäisi vielä säilyttää tai voi olla kiinnostavaa tulevassa diagnoosissa, tulee tulosta ja dokumentoida ennen vikamuistin tyhjennystä. Lämpimäksikäyttövaihe on toteutunut, jos moottorin lämpötilan on noussut käynnistyksen jälkeen vähintään 22 ºC ja moottori on saavuttanut yli 70 ºC:n lämpötilan. Ajosykli koostuu moottorin käyttötilanteesta "käynnistäminen, ajo ja sammuttaminen" ja sen tarkempi jaksotus on moottorin valmistajan määritettävissä. Vikamerkkivalon aktivoituminen Vikamerkkivalo mittaristossa on keltainen "moottorin kuva" ja sillä on kolme toimintovaihetta: sammuneena, palaa tai vilkkuu. Vikamerkkivalo palaa sytytysvirta kytkettäessä hetkellisesti tai jatkuvasti. Vikamerkkivalo palaa myös silloin, kun moottorin tai vaihteiston ohjausjärjestelmä on havainnut "ohjainlaitteen itsetestissä" ohjainlaitevian tai vaiheen 3 vikamuistiin on tallennettu päästöjä lisäävä vika. Vikamerkkivalo vilkkuu, kun palamiskatkostunnistus on havainnut palamiskatkoksia ja katkaissut ko. sylinterin polttonesteen suihkutuksen katalysaattorin suojaamiseksi. Osajärjestelmätestit ja ns. readinesskoodin muodostaminen OBD-diagnoosiin liittyy sekä jatkuvasti että ajoittain suoritettavia osajärjestelmätestejä. Jatkuvasti valvottavia osajärjestelmiä ovat mm. palamiskatkostunnistus ja polttonestejärjestelmä. Palamiskatkoksia valvotaan esim. moottorin sylinterikohtaisten pyörintänopeuksien perusteella. Tietty poikkeama sylinterikohtaisesta pyörintänopeudesta merkitsee palamiskatkoksia ja saa aikaan ko. sylinterin polttonesteen suihkutuksen katkaisun. Polttonestejärjestelmästä voidaan suihkutusajan lisäksi valvoa mm. ns. sopeutustoimintoja. Sopeutusarvot eivät saa ylittää ohjainlaitteen muistiin taltioituja arvoja.
Ajoittain valvottavia osajärjestelmiä ovat mm. katalysaattori, sen lämmitys, polttonestehöyryjen talteenottojärjestelmä, toisioilmapuhallus, lambdatunnistin ja sen lämmitys sekä pakokaasujen takaisinkierrätys. Katalysaattori, joka todetaan vialliseksi, jos hiilivetypäästöt ylittävät sallitun rajan (n. 1,5-kertainen ylitys uuden auton hyväksyntätestiin verrattuna). Valvonta tapahtuu vertaamalla ennen ja jälkeen katalysaattoria sijoitettujen lambdatunnistimien signaaleja, kun moottori on käyntilämmin ja lambdasäätö aktiivina. Takimmaisen lambdatunnistimen tuottama jännitesignaali tasoittuu etummaisen lambdatunnistimen jännitesignaaliin nähden katalysaattorin hapen varausominaisuudesta johtuen. Eräässä automallissa katalysaattori todetaan vialliseksi, jos takimmaisen lambdatunnistimen amplitudi on yli 80 % etummaisen tunnistimen amplitudista. Katalysaattorin lämmitys kontrolloidaan sähköisen toiminnan osalta. Polttonestehöyryjen talteenottojärjestelmästä valvotaan ns. regenerointiventtiili ja sen virtapiiri sähköisen toiminnan osalta. Toisioilmajärjestelmää valvotaan esim. tunnistamalla lambdatunnistimen avulla lisääntyvä happimäärä pakokaasuissa, kun toisiopuhallus on aktivoituna. Lambdatunnistin voidaan valvoa esim. kytkentäajan "rikas/laiha" ja "laiha/rikas" ja minimi sekä maksimi jännitearvojen avulla. Keskimääräisen lambda-arvon perusteella voidaan määrittää lambatunnistimelle korjaussuure, joka on 0 uudella tunnistimella. Korjaussuureen avulla voidaan kompensoida etummaisen tunnistimen vanhentumista tiettyyn rajaan asti. Korjaussuureen ylittäessä raja-arvon tulee lambdatunnistin uusia. Vaiheesta 5 voidaan tulostaa viimeksi suoritettujen lambdatunnistintestien arvot. Lambdatunnistimen lämmitys kontrolloidaan sähköisen toiminnan osalta. Pakokaasujen takaisinkierrätys valvotaan avaamalla pakokaasujen takaisinkierrätysventtiili lyhytaikaisesti moottorijarrutuksen aikana. Kohoava imusarjan paine viestittää pakokaasujen takaisinkierrätysventtiilin toimivan oikein. Readinesskoodin avulla voidaan tunnistaa, mitä valvottavia osajärjestelmiä ko. järjestelmässä on ja onko niiden testaukset suoritettu. Testaus suoritetaan jokaisen moottorin käynnistämisen jälkeen, jos saavutetaan yksilöity ajosuorite. Ajosuoritteeseen kuluu "käynnistys tietystä lämpötilasta, ajo tietyllä nopeudella, kiihdytykset ja kestoaika" ja se on valmistajan määritettävissä. Jos akku irrotetaan virtapiiristä tai vikamuisti tyhjennetään, palaa readinesskoodi ns. 0-tilaan. Sen jälkeen readinesskoodin uudelleenmuodostuminen (osajärjestelmien testaus) tapahtuu 2-10 ajosuoritteen aikana. Käytännössä autolla voi joutua ajamaan jopa liki 100 km. Readinesskoodi voidaan eräillä automerkeillä muodostaa korjaamolla suorittamalla järjestelmätesterin avulla ns. simuloitu miniajosuorite. Readinesskoodi muodostuisi myös ajamalla autolla tehodynamometrin päällä EURO 3 -ajosykli. Readinesskoodi tulostetaan vaiheessa 1 osana diagnoosijärjestelmän tilaa. Sulje ikkuna ja palaa tehtävään.