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发动机无法启动的故障树分析及诊断方法蒋易强（乐山职业技术学院，四川 乐山614000）【摘要】电喷汽油发动机已被广泛应用于现代汽车。它结构组成复杂、电器元件多，科技含量高，因此，故障诊断需要采用更有效的分析方法。故障树分析法具有结构简单、易于操作的特点，适用于汽车各类故障 的分析和诊断。本文在对电喷发动机不能起动的原因进行分析的基础上，建立故障树，对故障树进行定性、 定量分析，绘制故障诊断流程。【关键词】发动机故障故障树分析诊断流程最小割集中图分类号：TK418文献标识码：A文章编号：1674-3083（2011）06-0007-04On the Fault Tree Analysis and Diagnosis of Incapable EngineJiang Yiqiang（Leshan Vocational & Technical College Leshan，Sichuan 614000）【Abstract】The EFI gasoline engine is widely used in modern vehicles，and it has complex structure，lots of electrical component and high technological content. It is necessary to use more effective ways to diagnose thefaults in engine. Fault Tree Analysis has simple structure and is easy to operate，so it is suitable to analyze anddiagnose all kinds of vehicle faults. Based on the analysis of the reasons for the incapable engine，this article sets up a fault tree，determines its nature，analyzes its quantitative，and draw the process of fault diagnosis.【Key Words】engine failureFault Tree Analysisdiagnosis process minimum cut-sets体的情况下，能够对所发生的故障现象做出及时准确的判断，并且找到故障的原因和排除方法，这样 可以大大减小修理的盲目性，而且还能提高经济性 和安全性。故障树分析法（Fault Tree Analysis，FTA） 是一种将系统故障形成的原因按树枝状逐步细化， 由总体至局部的分析方法。它具有结构简单、易于操 作的特点，广泛用于汽车各类故障的分析和诊断1。0前 言电喷汽油发动机能实现空燃比和最佳点火提 前角的高精度控制，能有效提高燃油经济性，同时 减轻排放污染，已被广泛应用于现代汽车。虽然电 喷汽油发动机工作可靠性较高，而且带有故障自诊 断系统，但由于它的结构组成复杂、电器元件多，科 技含量高，因此，发动机故障诊断需要采用更有效 的分析方法和新的技术手段。在不对发动机进行解故障树分析方法1FTA 不仅是一种系统化的演绎方法，而且是一种故障原因分析及其概率分析的方法。在故障树 中，首先把要分析的系统故障事件称为顶端事件，在汽车故障中顶端事件是指最初故障症状。其次，- 7 -收稿日期：2011-11-17作者简介：蒋易强（1976- ），男，四川安岳人，博士，乐 山职业技术学院讲师，研究方向为机械电子。广西职业技术学院学报2011 年 12 月把不能再分解的基本事件称为底端事件，在汽车故障中底端事件是指最小故障点。最后，把其他事件 称为中间事件。在汽车故障中，中间事件是指各层 故障原因，因此中间事件有许多层2。各层事件之间 通过“与”、“或”、“非”等逻辑关系相关联。顶端事件 记为 T，中间事件记为 M，底端事件记为 X。全部底 端事件的集合可定义为：X=X1、X2、X3、Xn。如 果用 来表示系统顶端事件的状态，则顶端事件 的状态是底端事件状态 Xi（i =1、2、n）的函 数：（x）=（X1、X2、X3、Xn）。（x）称为故障 树的结构函数1。与门故障树的结构函数为：n（x）=Xii=1或门故障树的结构函数为：n（x）=Xii=1在结构函数中，所有底端事件的“与”、“或”等 运算均遵守布尔代数运算规则。在故障树绘制中，常用的符号包括代表故障事 件的符号和关联事件的逻辑符号两类1，详见表 1。式及其发生概率，找出系统故障中的主要原因并计算出系统故障的发生概率。根据以上分析的结果， 可以有针对性地提出相应的维修措施，排除已出现 的故障或可能发生的潜在故障，最终提高系统的可 靠性3。2 故障树的建立2.1 电喷发动机不能起动的原因发动机无法启动是汽车经常出现的故障之一。造成此故障的原因是多方面的，通常在检修时需要 针对其运行的必要条件进行逐项检查，这样可以使 诊断的思路清晰，避免遗漏可能的故障部位，确保 诊断成功4。电喷发动机不能起动的原因，按第 I 级中间事 件原因分类, 分为起动系统失效 M1、起动机故障 M2、点火系统故障 M3、燃油供给系统故障 M4、进、排气系统工作不正常 M 、气缸压力不足 M 。以起56动机故障 M 为例，可进一步分为第 II 级中间事2件，包括起动机不转动 M 、起动机运转无力 M 、2122起动机转动但发动机不转 M 等，其各级中间事件23及其底端事件详见表格 2：表 2起动机导致发动机不能启动的事件表 1绘制故障树常用符号10机不转 M23故障树不仅可以定性地分析各底端事件对顶端事件所产生影响的组合方式及传播途径，还识别 可能的系统故障模式；而且还可以通过对可能造成 系统故障的各种因素(包括软件、硬件、环境以及人 为因素等)进行分析，以及定量计算这种影响的轻 重程度；从而确定系统中的各种故障的可能组合方2.2发动机不能起动的故障树如前所述，发动机的任何部分工作不良或者相 互配合不协调均能引起故障。故障的原因与现象之 间的关系并非映射。在很多情况下，并发故障现象 时常出现，甚至有时故障可能时有时无等等。由于存在一因多果或一果多因的情况；而且故障原因的- 8 -第I级中 间事件第 II 级 中间事件底端事件起动机 故障 M2起动机不转动 M21电源系统故障 X1起动控制电路 X2起动机损坏 X3起动机运 转无力 M22蓄电池亏电 X4线路接触不良或接线柱被氧化 X5电刷弹力不足或磨损过度 X6磁场线圈或电枢线圈局部短路 X7发动机装配过紧或温度过低等 X8起动机转 动，发动驱动齿轮与飞轮齿圈未啮合 X9单向离合器打滑，不能传递转矩 X分类符号含义逻 辑 门与门 Z=（X1X2）=X1 X2或门 Z=X1X2=X1+X2事 件中间事件，指可进一步划分 成底端事件的事件。底端事件，指系统内部、元件 失效或人为失效引起的事 件。不完整事件，指由于缺乏资 料不能进一步分析的事件。发动机无法启动的故障树分析及诊断方法蒋易强第 6 期多层次性，从而形成因果链，这些给故障诊断带来困难5。因此，编绘相应的故障树，理清故障原因逻 辑层次是制定诊断流程的必要手段。用演绎法进行建树时，先将已确定的顶端事件 写在最顶部矩形框中；然后将引起顶端事件的全部 必要而且又充分的直接原因事件放入相应第一级 中间事件符号中；根据实际系统中它们之间的逻辑 关系，用适当的逻辑门连接顶端事件以及这些直接 原因事件。遵循以上建树规则，逐渐向下扩展，直到 所有的最底端原因事件即底事件为止。这样，就建 成了一棵以顶端事件为“根”，中间事件为“节”，底 端事件为“叶”的倒置的 N 级故障树6。为了使故障 树简明，各级事件用代号表示。以起动机故障 M2 部 分为例，按照电喷发动机无法起动的顶端事件、中 间事件、底端事件的逻辑关系绘制的故障树如图 1 所示。该故障树可以作为下一步的故障分析、制定 检测诊断流程的依据。析法对故障树进行定性分析。所谓割集，是指故障树中的一些底端事件的集合，如果这些底事件同时 发生时，顶事件必然发生。如果将割集中所含的底 事件去除掉任意一个就不能再成为割集时，那么这 就是最小割集。最小割集中基本事件的个数称为 阶。一个最小割集就代表系统的一种故障模式，而 故障树定性分析的目的就是寻找出故障树的所有 最小割集。常用的求单调关联系统的故障树最小割集的 方法有下行法和上行法。下行法是指根据故障树的 实际结构，从顶端事件开始，逐级向下寻找，找出所 有割集。在分析的过程中，只对上、下相邻两级进行 分析，与门只增加割集的阶数（即割集所含的底端 事件数目），而不增加割集的个数；或门则只增加割 集的数目而不增加割集的阶数；在下行的过程中， 依次将逻辑门的输出事件换为输入事件，直到全部 都换成底事件为止。由此得到的割集再通过两、两 比较，划去非最小割集，剩下的即为故障树的全部 最小割集6。根据求出的最小割集，即使在底端事件发生的 概率规律及原始数据不清楚的情况下，也能够判断 出系统的最薄弱的环节，并能比较不同系统（故障 树基本事件情况相似的情况）的可靠性程度一旦底 端事件故障发生，可据此首先排除不属于以上最小 割集的基本事件原因，从而可以便捷地查找到引起 顶端事件的基本故障事件，并予以快速地排除。这 对掌握顶端事件故障发生的规律，查找顶端故障事 件发生的原因具有极为重要的意义。3.2 定量分析故障树定量计算的任务就是计算或估计顶端 事件的发生概率等。如果通过系统地搜集故障数据，可以分析得出 故障树中所有底端事件发生的概率，应用逻辑与和逻辑或的概率计算公式，定量评价故障树的顶端事件发生的概率值。假设图 1 所示故障树中底端事件 的发生概率均为已知，设全部底端事件 X1、X2、X10 的概率为 P1、P2、P10，根据前述的结 构函数，对顶端事件发生的概率 P（T）进行模拟定 量计算如下：10P（T）=Pii=13 故障树分析图 1如何根据故障树对发动机无法启动进行诊断流程的优化设计，能将所有可能的故障原因都包含 在流程中，同时还能减小诊断的工作量，以最短的 路径寻找到故障发生的部位，成为缩短维修的时 间、降低维修成本的关键因素。3.1 定性分析故障树定性分析的目的是寻找导致顶端事件 发生的原因及原因组合，识别导致顶端事件发生的 全部故障模式。当底端事件失效概率不全、不能进 行定量分析时，常用最小割集（Minimal cut set）分- 9 -广西职业技术学院学报2011 年 12 月3.3重要度分析重要度在实际工程中得到了广泛的研究和应 用，有助于有效地改进发动机故障诊断的可靠度， 寻找发动机无法起动的主要原因。Fussell-vesely 最 小割集的重要度表示当最小割集发生时对顶端事件发生概率的贡献。上述例子中，最小割集发生的概率与顶端事件发生的概率之比称为为最小割集 重要度：Pi5结束语电喷发动机不能启动可能有多种原因。通过建 立故障树，可以将引发汽油发动机无法启动的全部 故障原因列出，这样有助于掌握故障发生的规律和 系统特性，为及时排除故障并采取有效的措施预防 事故发生提供了全面、可靠的信息；同时还能够利 用故障树的逻辑图形作为模型，进行事件的定量、 定性分析，进而对系统的可靠性及安全性进行评 价；求解每个底事件的发生对顶事件发生的重要程 度，了解降低每个底事件发生的概率对降低顶事件 发生概率的影响，以便选择相应的底事件进行诊断 维修。Ii = P（T）经分别计算出各最小割集的重要度，按照重要度大小顺序，排出底端事件顺序，找出发生概率最 大的底事件，即为最危险的底事件，优先进行故障 排除。4 故障诊断流程为提高故障诊断效率，在设计诊断流程时，遵 循如下原则：先诊断故障概率较高的事件，后诊断 较低的事件；先确定上一级事件，后确定下一级事 件；直到查明底端事件的原则7；同时还应结合实际 遵循故障码优先、先外后内、先易后难的原则。制定 诊断流程时，根据实际情况将上面诊断原则整合到 一起，打破子系统的束缚，实现流程的优化。遵循上述原则，结合电喷发动机无法启动的故 障树分析和电喷发动机的结构性能特点，制定电喷 发动机无法起动故障诊断流程如图 2 所示。参考文献：1 任鸿志，冯庆宝，曲金玉.电喷发动机不能起 动的故障树诊断分析 J. 农业装备与车辆工程，2009（8）：21-232 朱军著.汽车故障诊断方 法M.北京：人民 交通出版社，2008，56-703 白玉. 电喷发动机怠速不稳故障树分析J.汽车电器，2008（11）：56-594 张宏阁，王浩.电喷发动机不能起动故障诊 断流程的优化设计J.汽车维修，2009（8）：22-235 蒋亚南，楼应侯. 故障树分析法在汽油发