故障树分析法在汽车发动机故障诊断中的应用

李敏

摘 要：随着科技不断进步，人们的生活也变得越来越便利。特别是在出行方面，80年代的时候人的出行基本还是以走路为主，到如今现在出门基本就是开车。汽车给人带来便利，但是汽车故障缺带来不小困扰。本文主要讨论故障树分析法对汽车发动机故障的诊断应用。

关键词：故障树分析法;汽车发动机;汽油发动机故障分析

1 前言

如今机动车的汽车构造，运转原理，控制系统随着科技的不断发展也变得越来越繁琐，从而现在汽车故障诊断的过程也变得更加复杂，所以现在对汽车维修员的要求也越来越高。维修人员需要运用合适的诊断方式解决问题，而大量的实践案例表面故障树分析法可以大幅度的提高汽车故障诊断的效率和维修的质量。

2 故障树分析法步骤及优劣

2.1 故障分析法步骤

故障分析法简称FTA，由美国贝尔电报公司的电话实验室在1962年开发出来，采用逻辑的方式有效的进行分析工作，特点就是简单明了，直观，逻辑性强。这个方式既可以做定量分析，也可以做定性分析。所以故障树分析法也是安全系统工程的的主要分析方法之一。故障树分析包括几大步骤

2.2.1 建立故障树图

故障树图简称FTD。故障树图就是故障分析法的基础，可以直观的表达出相对应的逻辑，通过部分的事件串联起来表达出一个整体的状态。一个故障树图是从上到下逐级建树并且根据事件而联系，它用图形化"模型"路径的方法，使一个系统能导致一个可预知的，不可预知的故障事件径的交叉处的事件和状态，用标准的逻辑符号（与，或等等）表示。在故障树图中最基础的构造单元为门和事件，这些事件与在可靠性框图中有相同的意义并且门是条件。[1]

2.2.2 故障树的定性分析

对建立起来的故障树图进行定性分析，了解系统发生某种故障的可能性有多少，即分析有哪些因素会导致系统出现某种故障，了解可能引起系统故障的有哪几种可能性。定性分析是定量分析的基本前提，没有定性的定量是一种盲目的、毫无价值的定量。

2.2.3 故障树的定量分析

定量分析择需要对刚才定性分析出来的可能性计算，用数字语言表达出每件可能性发生的概率大小，体现在故障树图上。定量分析可以使定性更加科学、准确，它可以促使定性分析得出广泛而深入的结论。

2.3 故障树分析法的优劣

2.3.1 故障树分析法的优点

（1）故障树分析法能够简单明了。对导致事故的各种原因及逻辑关系能做出全面、简洁、形象地描述，从而使有关人员能够用最短的时间了解问题的所在，做出相应的解决措施。

（2）根据各基本事件发生故障的频率数据，确定各基本事件对导致事故发生的影响程度，从而分出轻重缓解，让有关人员知道先从哪一步开始着手处理。

（3）既可进行定性分析，又可进行定量分析和系统评价。通过定性分析，确定各基本事件对事故影响的大小，从而可确定对各基本事件进行安全控制所应采取措施的优先顺序，为制定科学、合理的安全控制措施提供基本的依据。通过定量分析，一句各种事件的发生的概率，计算出事件发生的概率，为实现系统的最佳安全控制目标提供一个明确的概念，有助于综合处理各项事件。[2]

2.3.2 故障树分析法的缺点

（1）故障树分析法是通过结果推到出各种因素，而出各种小因素去演算结果，可以说是故障树分析法的劣势。

（2）故障树分析法需要分析人员对此件事情整个过程都具有相当了解的程度，而且不同的人员分析同一件事或过程可能分析不一样的结果，从而分析出来的数据也是不同的。

（3）故障树分析法对于那些过程比较复杂，因素相对较多的系统，故障树图可以比较建立起来庞大，定性分析需要考虑的较多，定量分析计算的数据比较庞大，这个对于其他分析法可以算是故障树的弊端。

（4）故障树图分析法在进行定量分析之前，需要全面的进行定性分析，一旦有疏漏，定量分析产生的数据将也会有较大的数据偏差，对后期的分析的将有较大的影响。

3 汽油发动机故障分析

3.1 汽油发动机

汽油发动机是汽车最重要的部分之一，汽车50%的故障都是由于发动机的故障引起的，而导致发动机故障的部位——发动机控制系统、点火系统、冷却系统、供油系统、启动系统等。在实际案例中发现，发动机故障往往不是单单一个系统出现故障而造成，有可能由两个及以上的系统导致的发动机故障。这个时候大部分的维修人员都会选择故障树分析法进行分析。[3]

3 故障树分析

3.1 建立故障树

上文所说，发动机任何的异常都是由于某个系统的异常导致其他系统不能正常运转所导致的，多数的情况故障的产生会有其他的异常，而引起这个故障往往有因有果。本次笔者就从的“排气管有青烟，漏油，但是发动机是可以正常的运转”为结果。首先排气管有青烟，漏油（T）有两种可能过量机油从下面进入燃烧室（G1）或者过量机油从上面进入燃烧室（G2）。从下面进入燃烧室（G1）有分两种可能活塞环从缸壁上刮油能力减弱（G3）或者缸壁机油过多（G4），刮油能力减弱（G3）有三种可能缸套活塞间隙过大（G5）、缸套失效（G6）和活塞环失效（G7）。缸套活塞间隙过大（G5）存在两种可能缸套活塞间隙大（X1）和活塞锥椭度大（X2）;缸套失效（G6）存在两种可能缸壁划伤（X3）和缸套锥椭度大（X4）;活塞环失效（G7）存在六种可能活塞环弹力小（X5）、活塞环漏光多（X6）、活塞环边隙大（X7）、活塞环开口大（X8）、活塞環胶结（X9）和活塞环装反（X10）;缸壁机油过多（G4）存在三种可能机油压力过高（X11）、连杆轴间隙大（X12）和油底壳油面过高（X13）;机油从上面进入燃烧室（G2）存在三种可能空滤器油面过高（X14）、气门导管断（X15）和气门与导管松旷（X16）。这个就是排气管有青烟，漏油的故障树图。

3.2 故障树定性分析

在进行定性分析前首先必须确定故障树的最小割集。割集是能够引起发动机故障的几个因素的集合，即一个割集代表了导致发动机故障的几种因素，最小割集就是导致故障的最少的因素，但是这个几个因素是必不可少的合集，因此确定最小割集意义在于它给出了处于故障状态的系统中所必须要解决的问题。赛迈特里斯算法和富赛尔算法是目前求取最小割集的方式。本文這次说赛福尔法，赛福尔法也称为下行法，根据故障树中的逻辑或门会增加割集容量的性质，从故障树的顶事件开始，由上到下，顺次把上一级事件置换为下一级事件，遇到“或”们将输入，竖向并联写出，直至把全部逻辑门都置换为底事件为止，由此可以得到故障树的全部割集。[4]本文排气管有青烟，漏油由步骤一的G1和G2到步骤二的G3G4X14X15X16X再到步骤三的G5G6G7X11X12X13X14X15X16最后到步骤四X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10X11X12X13X14X15X16，这样就可以得到本次排气管有青烟，漏油的故障树的最小割集：X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10X11X12X13X14X15X16。

3.3 故障树的定量分析

定性分析完就到了定量分析，定量分析是故障树的的基础，分析系统故障发生的概率以及各底事件的重要程度包括结构重要度、概率重要度和关键性重要度等三个不同含义的定量指标：[5]

3.3.1 结构重要度

结构重要度是在不考虑一个底事件X1发生的概率下，对于顶事件有着不可忽视的作用，那我们一般就称这些底事件为结果重要度。

3.3.2 概率重要度

比方说底事件X1的发生概率g产生了某种变化，我们在进行计算顶事件发生的概率也产生了变化，那么我们就称底事件X1发生概率成为概率重要度。

3.3.3 关键重要度

比方说底事件X1的发生概率产生了某种变化，而且这种变化从而改变了顶事件发生的概率，我们就称这种底事件为关键的重要度。就以本次研究的排气管有青烟，漏油故障树进行关键重要度的定量分析。关键重要度公式：

关键重要度与概率重要度有存在关系—。[6]我们现在假设本次概率重要度为1.25*10-3，于是我们简单算下X1X2X3X4的关键重要度为0.392，0.116，0.624，0.816，由此我们可以得到的结论是每一个底事件对于关键重要度的定义不同，对于顶事件的重要程度也不同。

4 结束语

结合实际案例我们对汽油发动机故障的全部因素都罗列出来，有助于维修人员可以更快的知晓故障发生的根本原因，从而更快的解决问题，大幅度的解决了人力和物力成本。故障分析法可以有效的将一般的诊断方式和专家的诊断经验通过计算机技术有效的结合在一起成为一个更加全面，完善，专业的诊断系统，带来了较大的经济效益化和社会效益化，为我国的汽修行业的进步打下了坚实的基础。

项目：“FTA在汽车故障诊断中应用的研究”编号：2019KY13。

参考文献：

[1]黎永键，&关伟.基于故障树分析的汽车发动机故障诊断与维修.农业装备与车辆工程（3）.

[2]蒋亚南，&楼应侯.（2001）.故障树分析法在汽油发动机故障诊断中的应用.小型内燃机与车辆技术，30（1），43-46.

[3]潘建考，刘胜利，沈源，由毅，吴成明，&冯擎峰.汽车发动机.

[4]史定华.故障树分析.自然杂志（01），45-50+82.

[5]陈朝阳，张代胜，任佩红，&许化东.（2003）.基于故障树分析法的汽车故障诊断专家系统.农业机械学报，34（5），130-133.

[6]许化东.（2002）.基于故障树分析法的汽车故障诊断专家系统的研究.（Doctoral dissertation， 合肥工业大学）.