1. Übersicht Der kalifornische Luftreinhalteausschuss (CARB) hat die Regelung der On-Board-Diagnose (OBD) für Fahrzeuge eingeführt, die ab dem Modelljahr 1988 in Kalifornien verkauft werden. In der ersten Stufe, OBD-I, war die Überwachung des Kraftstoffsystems, des Abgasrückführungssystems (AGR) und zusätzlicher abgasrelevanter Bauteile vorgeschrieben. Die Motorkontrollleuchte (MIL) sollte aufleuchten, um den Fahrer auf eine Fehlfunktion und die Notwendigkeit einer Reparatur des Emissionskontrollsystems hinzuweisen. Mit der MIL verbunden war ein Fehlercode bzw. Diagnostic Trouble Code (DTC), der die konkrete Fehlerstelle kennzeichnet. Das OBD-System wurde von CARB vorgeschlagen, um die Luftqualität zu verbessern, indem Fahrzeuge mit überhöhten Emissionen identifiziert werden. Die Verabschiedung der Änderungen am Federal Clean Air Act im Jahr 1990 veranlasste außerdem die Umweltschutzbehörde (EPA), Anforderungen an die On-Board-Diagnose zu entwickeln. Die CARB-OBD-II-Vorschriften galten bis 1999, danach wurden die Bundesvorschriften angewendet. Das OBD-II-System entspricht den staatlichen Vorgaben und überwacht das Emissionskontrollsystem. Wenn ein System oder Bauteil den Emissionsgrenzwert überschreitet oder ein Bauteil außerhalb seiner Toleranz arbeitet, wird ein Fehlercode gespeichert und die MIL leuchtet auf. Der Diagnoseausführer ist ein Computerprogramm im Motorsteuergerät (ECM) bzw. Antriebsstrang-Steuermodul (PCM), das die Selbstprüfung des OBD-II-Systems koordiniert. Dieses Programm überwacht alle Überwachungsfunktionen und Wechselwirkungen, DTC, MIL-Betrieb, Freeze-Frame-Daten und die Scanner-Schnittstelle. Freeze-Frame-Daten beschreiben die gespeicherten Motorzustände, wie Motorzustand, Kraftstoffregelungsstatus, Zündung, Drehzahl, Last und Betriebstemperatur zum Zeitpunkt, an dem die Störung erstmals erkannt wurde. Zuvor gespeicherte Bedingungen werden nur durch eine Zündungsaussetzer- oder Kraftstoffsystemstörung ersetzt. Diese Daten sind mit dem Scanner abrufbar, um die Reparatur des Fahrzeugs zu unterstützen. Das Zentrum des OBD-II-Systems ist ein Mikroprozessor, das Motorsteuergerät (ECM) bzw. Antriebsstrang-Steuermodul (PCM). Das ECM oder PCM empfängt Daten von Sensoren und anderen elektronischen Bauteilen (Schaltern, Relais usw.) und erzeugt auf Basis dieser Informationen sowie der in seinem Speicher hinterlegten Programmierung (Arbeitsspeicher und anderes) Ausgangssignale zur Steuerung verschiedener Relais, Magnetventile und Aktoren. 2. Hardwareaufbau und zugehörige Begriffe 1) GST (Universal-Scanner)2) MIL (Störungsanzeigeleuchte) - Aktivität des MIL-TransistorsDie Motorkontrollleuchte (MIL) ist an den Steckverbinder des ECM oder PCM angeschlossen. Die Motorkontrollleuchte und die Spannungsversorgung über die Batterie (Open-Collector-Verstärker). Bei den meisten Fahrzeugen ist die MIL im Armaturenbrett installiert. Der Lampentreiber kann durch einen Kurzschluss nicht beschädigt werden. Lampen mit einer Verlustleistung, die die Gesamtverlustleistung der MIL deutlich übersteigt, und die Lampe im Prüfgerät können eine Fehleranzeige verursachen. ▷ Bei eingeschalteter Zündung und einer Motordrehzahl (U/min) < MIN. RPM schaltet die MIL zur optischen Prüfung durch den Fahrer EIN. 3) MIL-Leuchten Stellt das ECM oder PCM während des ersten Fahrzyklus eine emissionsrelevante Störung fest, werden der Fehlercode und die Motordaten im Freeze-Frame-Speicher abgelegt. Die MIL-Kontrollleuchte leuchtet erst dann auf, wenn das ECM oder PCM dieselbe mit dem Fehlercode verbundene Störung in zwei aufeinanderfolgenden Fahrzyklen erkennt. 4) Löschen der MIL ● Zündungsaussetzer und Kraftstoffsystemstörungen: Bei Zündungsaussetzern oder Kraftstoffsystemstörungen kann die MIL gelöscht werden, wenn dieselbe Störung in drei aufeinanderfolgenden Fahrzyklen nicht erneut erkannt wird, in denen die Bedingungen denen ähnlich sind, unter denen die Störung erstmals erkannt wurde. ● Alle anderen Störungen: Bei allen anderen Störungen kann die MIL-Kontrollleuchte nach drei aufeinanderfolgenden Fahrzyklen erlöschen, in denen die für die MIL-Ansteuerung zuständige Überwachung ohne Erkennung einer Störung arbeitet und keine anderen Störungen erkannt wurden, die die MIL unabhängig davon ansteuern würden, gemäß den oben beschriebenen Anforderungen. 5) Löschen des Fehlercodes Das Diagnosesystem kann den Fehlercode löschen, wenn dieselbe Störung nicht erneut erfasst wird, mindestens 40 Motoraufwärmzyklen lang, wobei die MIL nicht leuchtet. 6) Kommunikationsleitung (CAN)
Bustopologie: Leitungsstruktur (Bus)
Verkabelung: verdrillte Doppelleitung
Länge des externen DLC-Kabels: max. 5 m
Datenübertragungsrate
Diagnose: 500 kBit/s
Service-Modus (Aktualisierung, VIN-Schreiben): 500 oder 1 MBit/s
7) Fahrzyklus: Ein Fahrzyklus besteht aus Motorstart und Motorabstellen. 8) Warmlaufzyklus: Ein Warmlaufzyklus bedeutet ausreichenden Fahrbetrieb, bei dem die Motorkühlmitteltemperatur seit dem Motorstart um mindestens 22 °C (40 °F) gestiegen ist und eine Mindesttemperatur von 71 °C (160 °F) erreicht. 9) Fahrt: Als Fahrt gilt der Fahrzeugbetrieb (nach einer Motorabstellphase) mit einer Dauer und Fahrweise, bei der alle Komponenten und Systeme vom Diagnosesystem mindestens einmal überwacht werden. Ausgenommen ist die Überwachung der Katalysatorwirksamkeit oder des Verdunstungssystems, wenn die Prüfung bei konstanter Geschwindigkeit verwendet wird. Dabei gilt die Einschränkung, dass alle vom Hersteller definierten Deaktivierungsbedingungen mindestens einmal während des ersten Teils des Motorstarts des anwendbaren FTP-Zyklus erfüllt sein müssen. 10) DTC-Format
Diagnostischer Fehlercode (SAE J2012)
DTC-Codes in OBD-II-Fahrzeugen beginnen mit einem Buchstaben und sind gefolgt von vier Ziffern.
Der erste Buchstabe des Fehlercodes (DTC) kennzeichnet den Funktionsbereich des fehlerhaften Steuergeräts. Der Buchstabe „P“ steht für Antriebsstrang, „C“ für Fahrwerk, „B“ für Karosserie und „U“ für Netzwerk oder Datenbus. Die erste Ziffer gibt an, ob der Code generisch (für alle Hersteller gleich) oder herstellerspezifisch ist. „0“ und „2“ bedeuten generisch, „1“ bedeutet herstellerspezifisch. Die zweite Ziffer gibt das betroffene System an, mit einer Zahl von 1 bis 7. Die folgende Liste zeigt, welche Zahlen den einzelnen Systemen zugeordnet sind.
Kraftstoff- und Luftdosierung
Kraftstoff- und Luftdosierung (nur Fehler im Einspritzventil-Stromkreis)
Zündsystem oder Zündaussetzer
Zusätzliche Emissionskontrolle
Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung und Leerlaufregelsystem
Ausgangsstromkreise des Steuergeräts
Fehlerweitergabe
Die letzten beiden Ziffern des DTC geben die Komponente oder den Abschnitt des Systems an, in dem der Fehler liegt. 11) Freeze-Frame-Daten: Wenn ein emissionsrelevanter DTC das Freeze-Frame-Ereignis auslöst, speichert das ECM oder PCM verschiedene Fahrzeugdaten so, wie sie zum Zeitpunkt des Fehlers vorlagen. Die DTC-Nummer zusammen mit den Motordaten kann dem Techniker helfen, die Fehlerursache zu ermitteln. Nachdem die Daten des 1. Fahrzyklus gespeichert wurden, bleiben sie im Freeze-Frame-Speicher erhalten, auch wenn der Fehler erneut auftritt (2. Fahrzyklus) und die Störungsanzeigelampe (MIL) leuchtet.
Freeze-Frame-Liste
a.
Berechneter Lastwert
b.
Motordrehzahl
b.
Kraftstoffkorrektur
d.
Kraftstoffdruck (falls verfügbar)
e.
Fahrzeuggeschwindigkeit (falls verfügbar)
Fig.
Kühlmitteltemperatur
Abb.
Saugrohrdruck (falls vorhanden)
Std.
Regelbetrieb (geschlossener oder offener Regelkreis)
I.
Fehlercode
3. Bereitschaftstests des OBD-II-Systems 1) Katalysatorüberwachung Die Katalysatorwirkungsgrad-Überwachung ist eine Selbsttest-Strategie im ECM bzw. PCM, die den beheizten Lambdasonden-Sensor stromabwärts (HO2S) verwendet, um festzustellen, wann der Katalysator unter den minimalen Wirkungsgrad gefallen ist, mit dem er die Abgasemissionen kontrolliert. 2) Zündaussetzererkennung Zündaussetzer werden als fehlende ordnungsgemäße Verbrennung im Zylinder aufgrund von fehlendem Zündfunken, schlechter Kraftstoffzumessung oder schlechter Verdichtung definiert. Jede Verbrennung, die im Zylinder nicht zum richtigen Zeitpunkt stattfindet, ist ebenfalls ein Zündaussetzer. Die Zündaussetzer-Überwachung erkennt Zündaussetzer aufgrund von Kraftstoff-, Zünd- oder mechanischen Ursachen. Ziel ist es, den Katalysator vor irreversibler Beschädigung zu schützen und den Kunden durch Aufleuchten der MIL vor einem Emissionsfehler oder einem Nichtbestehen der Inspektion zu warnen. Bei Erkennung eines Zündaussetzers wird eine spezielle Software namens Freeze-Frame-Daten aktiviert. Die Freeze-Frame-Daten erfassen den Betriebszustand des Fahrzeugs bei Erkennung einer Störung durch die Zündaussetzer-Überwachungsstrategie. 3) Kraftstoffsystem-Überwachung Die Kraftstoffsystem-Überwachung ist eine Selbsttest-Strategie im ECM bzw. PCM, die die adaptive Kraftstofftabelle überwacht. Das Kraftstoffregelsystem verwendet die adaptive Kraftstofftabelle, um die normale Streuung der Kraftstoffsystemkomponenten, verursacht durch Verschleiß oder Alterung, auszugleichen. Im normalen Fahrzeugbetrieb verschiebt die Tabelle der adaptiven Werte bei erkennbarer Abweichung des Kraftstoffsystems zu mager oder zu fett die Berechnungen der Kraftstoffzumessung, um die Abweichung zu beseitigen. 4) Überwachung des Motorkühlsystems Die Überwachung des Kühlsystems ist eine Selbsttest-Strategie im ECM bzw. PCM, die den ECTS (Motorkühlmitteltemperatursensor) und das Thermostat auf Leitungsunterbrechung, Ausgangsbereich und Plausibilität von Fehlern überwacht. 5) Lambdasonden-Überwachung Die OBD-II-Vorschriften verlangen die Überwachung der beheizten Lambdasonde (HO2S) vor dem Katalysator, um festzustellen, ob die Alterung des Sensors Grenzwerte überschritten hat. Zusätzlich ist die HO2S nach dem beheizten Dreiwege-Katalysator (WU-TWC) angeordnet, um die Katalysatorwirkung zu bestimmen. Obwohl die HO2S stromabwärts vom gleichen Typ ist wie die zur Kraftstoffregelung verwendete, arbeitet sie anders. Die stromabwärts liegende HO2S wird überwacht, um festzustellen, ob Spannung erzeugt wird. Diese Spannung wird mit dem kalibrierten zulässigen Bereich verglichen. 6) Überwachung des Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems (EVAP) Die Überwachung ist eine Selbsttest-Strategie im ECM bzw. PCM, die die Dichtheit des EVAP-Systems prüft. Das vollständige Verdunstungssystem erkennt Leckagen oder Lecks, die zusammen einer Leckage durch eine Öffnung mit 0,040 Zoll bzw. 0,020 Zoll Durchmesser entsprechen oder größer sind. 7) Überwachung der Klimaanlage Die Überwachung der Klimaanlage ist eine Selbsttest-Strategie im ECM bzw. PCM, die die Funktion aller Komponenten der Klimaanlage bei eingeschalteter Klimaanlage überwacht. 8) Umfassende Komponentenüberwachung Die umfassende Komponentenüberwachung ist eine Selbsttest-Strategie im ECM bzw. PCM, die Fehler an allen elektronischen Komponenten oder am Getriebesystem erkennt, die ein Eingangssignal an das ECM bzw. PCM liefern und nicht ausschließlich Eingang eines anderen OBD-II-Monitors sind. 9) Überwachung der Komponenten der Klimaanlage Anforderung: Wenn das Fahrzeug eine Motorsteuerungsstrategie enthält, die die Kraftstoffzufuhr im Leerlauf und/oder die Zündungssteuerung bei eingeschalteter Klimaanlage ändert, muss das OBD-II-System alle elektronischen Komponenten der Klimaanlage auf Fehler überwachen, die verhindern, dass das System eine alternative Steuerung bei eingeschalteter Klimaanlage auslösen kann, oder die das System veranlassen, eine alternative Steuerung zu aktivieren, während die Klimaanlage ausgeschaltet ist. Zusätzlich muss das OBD-II-System Fehler aller elektronischen Komponenten der Klimaanlage überwachen, die als Teil der Diagnosestrategie für ein anderes überwachtes System oder eine andere überwachte Komponente verwendet werden. Umsetzungsplan: Es gibt keine integrierte Motorsteuerungsstrategie, die die Kraftstoff- und/oder Zündungssteuerung bei eingeschalteter Klimaanlage ändert. Fehler von Klimaanlagenkomponenten werden nicht als Teil der Diagnosestrategie für ein anderes überwachtes System oder eine andere überwachte Komponente verwendet.
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