故障樹分析法在汽車發(fā)動機(jī)故障診斷中的應(yīng)用

李敏

摘 要：隨著科技不斷進(jìn)步，人們的生活也變得越來越便利。特別是在出行方面，80年代的時(shí)候人的出行基本還是以走路為主，到如今現(xiàn)在出門基本就是開車。汽車給人帶來便利，但是汽車故障缺帶來不小困擾。本文主要討論故障樹分析法對汽車發(fā)動機(jī)故障的診斷應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：故障樹分析法;汽車發(fā)動機(jī);汽油發(fā)動機(jī)故障分析

1 前言

如今機(jī)動車的汽車構(gòu)造，運(yùn)轉(zhuǎn)原理，控制系統(tǒng)隨著科技的不斷發(fā)展也變得越來越繁瑣，從而現(xiàn)在汽車故障診斷的過程也變得更加復(fù)雜，所以現(xiàn)在對汽車維修員的要求也越來越高。維修人員需要運(yùn)用合適的診斷方式解決問題，而大量的實(shí)踐案例表面故障樹分析法可以大幅度的提高汽車故障診斷的效率和維修的質(zhì)量。

2 故障樹分析法步驟及優(yōu)劣

2.1 故障分析法步驟

故障分析法簡稱FTA，由美國貝爾電報(bào)公司的電話實(shí)驗(yàn)室在1962年開發(fā)出來，采用邏輯的方式有效的進(jìn)行分析工作，特點(diǎn)就是簡單明了，直觀，邏輯性強(qiáng)。這個(gè)方式既可以做定量分析，也可以做定性分析。所以故障樹分析法也是安全系統(tǒng)工程的的主要分析方法之一。故障樹分析包括幾大步驟

2.2.1 建立故障樹圖

故障樹圖簡稱FTD。故障樹圖就是故障分析法的基礎(chǔ)，可以直觀的表達(dá)出相對應(yīng)的邏輯，通過部分的事件串聯(lián)起來表達(dá)出一個(gè)整體的狀態(tài)。一個(gè)故障樹圖是從上到下逐級建樹并且根據(jù)事件而聯(lián)系，它用圖形化"模型"路徑的方法，使一個(gè)系統(tǒng)能導(dǎo)致一個(gè)可預(yù)知的，不可預(yù)知的故障事件徑的交叉處的事件和狀態(tài)，用標(biāo)準(zhǔn)的邏輯符號（與，或等等）表示。在故障樹圖中最基礎(chǔ)的構(gòu)造單元為門和事件，這些事件與在可靠性框圖中有相同的意義并且門是條件。[1]

2.2.2 故障樹的定性分析

對建立起來的故障樹圖進(jìn)行定性分析，了解系統(tǒng)發(fā)生某種故障的可能性有多少，即分析有哪些因素會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)某種故障，了解可能引起系統(tǒng)故障的有哪幾種可能性。定性分析是定量分析的基本前提，沒有定性的定量是一種盲目的、毫無價(jià)值的定量。

2.2.3 故障樹的定量分析

定量分析擇需要對剛才定性分析出來的可能性計(jì)算，用數(shù)字語言表達(dá)出每件可能性發(fā)生的概率大小，體現(xiàn)在故障樹圖上。定量分析可以使定性更加科學(xué)、準(zhǔn)確，它可以促使定性分析得出廣泛而深入的結(jié)論。

2.3 故障樹分析法的優(yōu)劣

2.3.1 故障樹分析法的優(yōu)點(diǎn)

（1）故障樹分析法能夠簡單明了。對導(dǎo)致事故的各種原因及邏輯關(guān)系能做出全面、簡潔、形象地描述，從而使有關(guān)人員能夠用最短的時(shí)間了解問題的所在，做出相應(yīng)的解決措施。

（2）根據(jù)各基本事件發(fā)生故障的頻率數(shù)據(jù)，確定各基本事件對導(dǎo)致事故發(fā)生的影響程度，從而分出輕重緩解，讓有關(guān)人員知道先從哪一步開始著手處理。

（3）既可進(jìn)行定性分析，又可進(jìn)行定量分析和系統(tǒng)評價(jià)。通過定性分析，確定各基本事件對事故影響的大小，從而可確定對各基本事件進(jìn)行安全控制所應(yīng)采取措施的優(yōu)先順序，為制定科學(xué)、合理的安全控制措施提供基本的依據(jù)。通過定量分析，一句各種事件的發(fā)生的概率，計(jì)算出事件發(fā)生的概率，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最佳安全控制目標(biāo)提供一個(gè)明確的概念，有助于綜合處理各項(xiàng)事件。[2]

2.3.2 故障樹分析法的缺點(diǎn)

（1）故障樹分析法是通過結(jié)果推到出各種因素，而出各種小因素去演算結(jié)果，可以說是故障樹分析法的劣勢。

（2）故障樹分析法需要分析人員對此件事情整個(gè)過程都具有相當(dāng)了解的程度，而且不同的人員分析同一件事或過程可能分析不一樣的結(jié)果，從而分析出來的數(shù)據(jù)也是不同的。

（3）故障樹分析法對于那些過程比較復(fù)雜，因素相對較多的系統(tǒng)，故障樹圖可以比較建立起來龐大，定性分析需要考慮的較多，定量分析計(jì)算的數(shù)據(jù)比較龐大，這個(gè)對于其他分析法可以算是故障樹的弊端。

（4）故障樹圖分析法在進(jìn)行定量分析之前，需要全面的進(jìn)行定性分析，一旦有疏漏，定量分析產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將也會有較大的數(shù)據(jù)偏差，對后期的分析的將有較大的影響。

3 汽油發(fā)動機(jī)故障分析

3.1 汽油發(fā)動機(jī)

汽油發(fā)動機(jī)是汽車最重要的部分之一，汽車50%的故障都是由于發(fā)動機(jī)的故障引起的，而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)故障的部位——發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)等。在實(shí)際案例中發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機(jī)故障往往不是單單一個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障而造成，有可能由兩個(gè)及以上的系統(tǒng)導(dǎo)致的發(fā)動機(jī)故障。這個(gè)時(shí)候大部分的維修人員都會選擇故障樹分析法進(jìn)行分析。[3]

3 故障樹分析

3.1 建立故障樹

上文所說，發(fā)動機(jī)任何的異常都是由于某個(gè)系統(tǒng)的異常導(dǎo)致其他系統(tǒng)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)所導(dǎo)致的，多數(shù)的情況故障的產(chǎn)生會有其他的異常，而引起這個(gè)故障往往有因有果。本次筆者就從的“排氣管有青煙，漏油，但是發(fā)動機(jī)是可以正常的運(yùn)轉(zhuǎn)”為結(jié)果。首先排氣管有青煙，漏油（T）有兩種可能過量機(jī)油從下面進(jìn)入燃燒室（G1）或者過量機(jī)油從上面進(jìn)入燃燒室（G2）。從下面進(jìn)入燃燒室（G1）有分兩種可能活塞環(huán)從缸壁上刮油能力減弱（G3）或者缸壁機(jī)油過多（G4），刮油能力減弱（G3）有三種可能缸套活塞間隙過大（G5）、缸套失效（G6）和活塞環(huán)失效（G7）。缸套活塞間隙過大（G5）存在兩種可能缸套活塞間隙大（X1）和活塞錐橢度大（X2）;缸套失效（G6）存在兩種可能缸壁劃傷（X3）和缸套錐橢度大（X4）;活塞環(huán)失效（G7）存在六種可能活塞環(huán)彈力?。╔5）、活塞環(huán)漏光多（X6）、活塞環(huán)邊隙大（X7）、活塞環(huán)開口大（X8）、活塞環(huán)膠結(jié)（X9）和活塞環(huán)裝反（X10）;缸壁機(jī)油過多（G4）存在三種可能機(jī)油壓力過高（X11）、連桿軸間隙大（X12）和油底殼油面過高（X13）;機(jī)油從上面進(jìn)入燃燒室（G2）存在三種可能空濾器油面過高（X14）、氣門導(dǎo)管斷（X15）和氣門與導(dǎo)管松曠（X16）。這個(gè)就是排氣管有青煙，漏油的故障樹圖。

3.2 故障樹定性分析

在進(jìn)行定性分析前首先必須確定故障樹的最小割集。割集是能夠引起發(fā)動機(jī)故障的幾個(gè)因素的集合，即一個(gè)割集代表了導(dǎo)致發(fā)動機(jī)故障的幾種因素，最小割集就是導(dǎo)致故障的最少的因素，但是這個(gè)幾個(gè)因素是必不可少的合集，因此確定最小割集意義在于它給出了處于故障狀態(tài)的系統(tǒng)中所必須要解決的問題。賽邁特里斯算法和富賽爾算法是目前求取最小割集的方式。本文這次說賽福爾法，賽福爾法也稱為下行法，根據(jù)故障樹中的邏輯或門會增加割集容量的性質(zhì)，從故障樹的頂事件開始，由上到下，順次把上一級事件置換為下一級事件，遇到“或”們將輸入，豎向并聯(lián)寫出，直至把全部邏輯門都置換為底事件為止，由此可以得到故障樹的全部割集。[4]本文排氣管有青煙，漏油由步驟一的G1和G2到步驟二的G3G4X14X15X16X再到步驟三的G5G6G7X11X12X13X14X15X16最后到步驟四X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10X11X12X13X14X15X16，這樣就可以得到本次排氣管有青煙，漏油的故障樹的最小割集：X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10X11X12X13X14X15X16。

3.3 故障樹的定量分析

定性分析完就到了定量分析，定量分析是故障樹的的基礎(chǔ)，分析系統(tǒng)故障發(fā)生的概率以及各底事件的重要程度包括結(jié)構(gòu)重要度、概率重要度和關(guān)鍵性重要度等三個(gè)不同含義的定量指標(biāo)：[5]

3.3.1 結(jié)構(gòu)重要度

結(jié)構(gòu)重要度是在不考慮一個(gè)底事件X1發(fā)生的概率下，對于頂事件有著不可忽視的作用，那我們一般就稱這些底事件為結(jié)果重要度。

3.3.2 概率重要度

比方說底事件X1的發(fā)生概率g產(chǎn)生了某種變化，我們在進(jìn)行計(jì)算頂事件發(fā)生的概率也產(chǎn)生了變化，那么我們就稱底事件X1發(fā)生概率成為概率重要度。

3.3.3 關(guān)鍵重要度

比方說底事件X1的發(fā)生概率產(chǎn)生了某種變化，而且這種變化從而改變了頂事件發(fā)生的概率，我們就稱這種底事件為關(guān)鍵的重要度。就以本次研究的排氣管有青煙，漏油故障樹進(jìn)行關(guān)鍵重要度的定量分析。關(guān)鍵重要度公式：

關(guān)鍵重要度與概率重要度有存在關(guān)系—。[6]我們現(xiàn)在假設(shè)本次概率重要度為1.25*10-3，于是我們簡單算下X1X2X3X4的關(guān)鍵重要度為0.392，0.116，0.624，0.816，由此我們可以得到的結(jié)論是每一個(gè)底事件對于關(guān)鍵重要度的定義不同，對于頂事件的重要程度也不同。

4 結(jié)束語

結(jié)合實(shí)際案例我們對汽油發(fā)動機(jī)故障的全部因素都羅列出來，有助于維修人員可以更快的知曉故障發(fā)生的根本原因，從而更快的解決問題，大幅度的解決了人力和物力成本。故障分析法可以有效的將一般的診斷方式和專家的診斷經(jīng)驗(yàn)通過計(jì)算機(jī)技術(shù)有效的結(jié)合在一起成為一個(gè)更加全面，完善，專業(yè)的診斷系統(tǒng)，帶來了較大的經(jīng)濟(jì)效益化和社會效益化，為我國的汽修行業(yè)的進(jìn)步打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

項(xiàng)目：“FTA在汽車故障診斷中應(yīng)用的研究”編號：2019KY13。

參考文獻(xiàn)：

[1]黎永鍵，&關(guān)偉.基于故障樹分析的汽車發(fā)動機(jī)故障診斷與維修.農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程（3）.

[2]蔣亞南，&樓應(yīng)侯.（2001）.故障樹分析法在汽油發(fā)動機(jī)故障診斷中的應(yīng)用.小型內(nèi)燃機(jī)與車輛技術(shù)，30（1），43-46.

[3]潘建考，劉勝利，沈源，由毅，吳成明，&馮擎峰.汽車發(fā)動機(jī).

[4]史定華.故障樹分析.自然雜志（01），45-50+82.

[5]陳朝陽，張代勝，任佩紅，&許化東.（2003）.基于故障樹分析法的汽車故障診斷專家系統(tǒng).農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，34（5），130-133.

[6]許化東.（2002）.基于故障樹分析法的汽車故障診斷專家系統(tǒng)的研究.（Doctoral dissertation， 合肥工業(yè)大學(xué)）.