故障树分析法在汽油发动机电控系统故障诊断中的应用

李维杨

摘 要：发动机电控系统是由传感器、执行器和控制单元三部分组成的，发动机正常运转过程是以控制系统为基础，通过不同信号的采集、处理和传输来实现发动机进气、喷油、点火等环节的有序进行。一旦发生故障，则症状的界限模糊。通常情况下系统故障发生在某个部件的具体位置，其他位置表现的状态正常，因此当发生局部故障时，最好是查清故障的具体位置然后作出相应的故障处理策略，不然更换整体部件虽然也排除了故障但是造成了很大程度的资源浪费。本文具体的阐述了故障树分析法在汽车发动机电控系统故障诊断过程中的应用研究，并通过实际的案例分析证明了故障树分析法的实用性和有效性。在未来故障诊断的相关研究中可以不断深化新型诊断技术的研究和开发。

关键词：汽车电控系统 故障诊断 故障树 检测

故障树设计过程首先以发动机电控系统的不同功能为依据划分出子系统，然后将各个子系统作为一级父节点，并利用其涉及部件之间的逻辑关系设计子节点故障树，传感器、执行器等组成部件就是这些子节点故障树的底端事件。上述组成部件利用导线线路和控制器相连，为了实现电控系统故障的精准定位和及时排除，必需针对这些和控制器相连的部件，建立相应的故障树。

1 一级故障树的设计

通常情况下经常把汽车发动机电控系统分成五大子系统结构，在进行故障树设计时，就将这五大子系统视为故障树一级节点。故障树一级节点包括：喷油量控制系统故障、电控点火系统故障、进气控制系统故障、排放控制系统故障、其他控制系统故障。

专家在一级节点处进行了条件规则的设定，用户可以按照这些规则进行故障排查，首先采集具体数据和参数，然后将采集的信息输入到推理系统，经过一定的分析输出检测结果，上述过程就是推理机的基本工作原理。以电控点火控制系统故障为例，专家在该一级节点设定了条件规则：（1）若火花正常，进行点火提前角的故障诊断;（2）若点火提前角正常，进行喷油量控制系统的诊断。因此以电控点火控制系统故障树为依据进行故障排查时，依次按照条件规则进行故障诊断，当两个条件规则都通过，则可以判断该控制子系统运行正常，故障问题发生在其他部位。

2 中间故障树的设计

分别以喷油量控制系统故障、电控点火系统故障、进气控制系统故障、排放控制系统故障、其他控制系统故障作为父节点，进一步进行故障树设计，本文结合实际诊断案例，并通过大量模拟实验来总结和梳理了故障树设计的中间事件。由于不同子系统对应的中间故障树具有相同的设计原理，因此本文没有一一赘述，而是选择最复杂最有代表性的喷油量控制系统故障树进行简要阐述。原因是大同小异，具体到某个传感器的子故障树是一样的，原理和最后的解决方法也是一样的。

喷油量控制系统故障树主要有三个方面的表现：（1）即燃油压力的大小。可以借助于发动机燃油表显示的数据进行对比分析;（2）喷油器及电路方面。可以利用听诊器检测各缸的声音是否正常从而判断喷油器及电路的运行状况;（3）喷油量的大小。通过检测喷油脉宽来判断喷油量是否处于异常状态。

3 子故障树的设计

一级故障树和中间故障树不足以实现故障的彻底排查，还需要进行子故障树的设计和构建。通常情况下进行故障诊断时找出故障部件相对较为容易，故障诊断的难点同时也是重点在于照顾故障所在部件的具体位置。当前很多进行汽车故障诊断的案例都无法做到这一点，因而故障处理过程常常是将发生故障的部件及其线路全部换掉。如果成功设计出全面准确的子故障系统可以有效化解资源浪费的问题，同时还可以避免出现漏诊的状况，进一步提高故障诊断的成功率。在汽车发动机电控系统故障树的设计子故障树总计有十种，下面将选取其中三种作为子故障树模型作为代表进行简要介绍：

（1）曲轴和凸轮轴位置传感器故障树设计

当前汽车制造中最常使用的曲轴位置传感器有两种类型，分别是电磁感应式曲轴位置传感器和霍尔效应式曲轴位置传感器，前者应用更为广泛一些。这两种类型发生故障的原因大致相同，可以设计成一个子故障树来进行故障排查。如图1展示的就是曲轴位置传感器的故障树结构。电磁感应式或者霍尔效应式的曲轴和凸轮轴故障包括以下三个类型：1）传感器故障。通过电阻检测实验，进行数据对比，进而判断故障与否;2）电路故障。利用线路检测的相关方法就可以对电路正常与否进行判断;3）ECU损坏。主要是检查重要插头的接触状态，再配合以故障码的检测来判断故障所在。

（2）水温和进气温度传感器故障树设计

水温传感器的作用是把冷却水温度转换为电信号，输入ECU后可以：发动机中的冷却水的温度信号被水温传感器接收，并转化成相应的电信号，然后输送到控制单元ECU。水温传感器的作用主要包括以下三个方面：

1）修正喷油量;当低温时增加喷油量。

2）修正点火提前角;当温度低于标准温度，控制单元会发送指令信号扩大点火提前角;反之温度过高时，会缩小点火提前角，以避免薄燃事故的发生。

3）影响怠速控制阀;当水温较低时，电控单元接收来自水温传感器的信号，然后调节怠速制阀，增加转动速率。

图2展示的是水温和进气温度传感器的故障树结构。从图中可以看出其故障主要涉及三个方面：①传感器故障。可以利用电阻检测的试验方式来判断传感器是否发生短路或短路故障;②电路故障。通过检测线路电阻的方式对比分析故障所在;③电控单元损坏。检测其重要插头受否接触良好，并检查相关的故障码。

（3）空气流量传感器故障树的设计

空气流量传感器主要负责测量进入发动机的空气流量，并将流量信息转化成相应的电信号传输到电子控制器。发动机的正常运转需要合适的混合气浓度加以配合，因此确保任何时刻进入发动机的空气流量都保持在最佳的浓度范围是十分必要的，因为该空气量数据是控制单元调节喷油量最重要的参考信息。若空气流量传感器发生故障，控制单元就接收不到准确有效的电信号，从而无法根據实际的进气状况来调节发动机的喷油量，将会导致混合气浓度异常，进而发动机无法正常工作。

当前广泛使用的是热线式空气流量计和热膜式空气流量计，这两种设备差别不大，工作原理一致。首先测定吸入发动机的空气量，并将相应的电信号传输到控制单元，信号在控制单元内部进行处理，得出喷油量的范围，并参考发动机转速、节气门开度的相关参数发出控制指令，喷油器接收指令，按照指令要求进行喷油。

吸入发动机的空气流量通常在怠速状态下大约是2g/s，速度增加时上升，减速断油。对于某种车型可记住、可对比。

参考文献：

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