故障樹分析法在汽油發動機電控系統故障診斷中的應用

李維楊

摘 要：發動機電控系統是由傳感器、執行器和控制單元三部分組成的，發動機正常運轉過程是以控制系統為基礎，通過不同信號的采集、處理和傳輸來實現發動機進氣、噴油、點火等環節的有序進行。一旦發生故障，則癥狀的界限模糊。通常情況下系統故障發生在某個部件的具體位置，其他位置表現的狀態正常，因此當發生局部故障時，最好是查清故障的具體位置然后作出相應的故障處理策略，不然更換整體部件雖然也排除了故障但是造成了很大程度的資源浪費。本文具體的闡述了故障樹分析法在汽車發動機電控系統故障診斷過程中的應用研究，并通過實際的案例分析證明了故障樹分析法的實用性和有效性。在未來故障診斷的相關研究中可以不斷深化新型診斷技術的研究和開發。

關鍵詞：汽車電控系統 故障診斷 故障樹 檢測

故障樹設計過程首先以發動機電控系統的不同功能為依據劃分出子系統，然后將各個子系統作為一級父節點，并利用其涉及部件之間的邏輯關系設計子節點故障樹，傳感器、執行器等組成部件就是這些子節點故障樹的底端事件。上述組成部件利用導線線路和控制器相連，為了實現電控系統故障的精準定位和及時排除，必需針對這些和控制器相連的部件，建立相應的故障樹。

1 一級故障樹的設計

通常情況下經常把汽車發動機電控系統分成五大子系統結構，在進行故障樹設計時，就將這五大子系統視為故障樹一級節點。故障樹一級節點包括：噴油量控制系統故障、電控點火系統故障、進氣控制系統故障、排放控制系統故障、其他控制系統故障。

專家在一級節點處進行了條件規則的設定，用戶可以按照這些規則進行故障排查，首先采集具體數據和參數，然后將采集的信息輸入到推理系統，經過一定的分析輸出檢測結果，上述過程就是推理機的基本工作原理。以電控點火控制系統故障為例，專家在該一級節點設定了條件規則：（1）若火花正常，進行點火提前角的故障診斷;（2）若點火提前角正常，進行噴油量控制系統的診斷。因此以電控點火控制系統故障樹為依據進行故障排查時，依次按照條件規則進行故障診斷，當兩個條件規則都通過，則可以判斷該控制子系統運行正常，故障問題發生在其他部位。

2 中間故障樹的設計

分別以噴油量控制系統故障、電控點火系統故障、進氣控制系統故障、排放控制系統故障、其他控制系統故障作為父節點，進一步進行故障樹設計，本文結合實際診斷案例，并通過大量模擬實驗來總結和梳理了故障樹設計的中間事件。由于不同子系統對應的中間故障樹具有相同的設計原理，因此本文沒有一一贅述，而是選擇最復雜最有代表性的噴油量控制系統故障樹進行簡要闡述。原因是大同小異，具體到某個傳感器的子故障樹是一樣的，原理和最后的解決方法也是一樣的。

噴油量控制系統故障樹主要有三個方面的表現：（1）即燃油壓力的大小。可以借助于發動機燃油表顯示的數據進行對比分析;（2）噴油器及電路方面。可以利用聽診器檢測各缸的聲音是否正常從而判斷噴油器及電路的運行狀況;（3）噴油量的大小。通過檢測噴油脈寬來判斷噴油量是否處于異常狀態。

3 子故障樹的設計

一級故障樹和中間故障樹不足以實現故障的徹底排查，還需要進行子故障樹的設計和構建。通常情況下進行故障診斷時找出故障部件相對較為容易，故障診斷的難點同時也是重點在于照顧故障所在部件的具體位置。當前很多進行汽車故障診斷的案例都無法做到這一點，因而故障處理過程常常是將發生故障的部件及其線路全部換掉。如果成功設計出全面準確的子故障系統可以有效化解資源浪費的問題，同時還可以避免出現漏診的狀況，進一步提高故障診斷的成功率。在汽車發動機電控系統故障樹的設計子故障樹總計有十種，下面將選取其中三種作為子故障樹模型作為代表進行簡要介紹：

（1）曲軸和凸輪軸位置傳感器故障樹設計

當前汽車制造中最常使用的曲軸位置傳感器有兩種類型，分別是電磁感應式曲軸位置傳感器和霍爾效應式曲軸位置傳感器，前者應用更為廣泛一些。這兩種類型發生故障的原因大致相同，可以設計成一個子故障樹來進行故障排查。如圖1展示的就是曲軸位置傳感器的故障樹結構。電磁感應式或者霍爾效應式的曲軸和凸輪軸故障包括以下三個類型：1）傳感器故障。通過電阻檢測實驗，進行數據對比，進而判斷故障與否;2）電路故障。利用線路檢測的相關方法就可以對電路正常與否進行判斷;3）ECU損壞。主要是檢查重要插頭的接觸狀態，再配合以故障碼的檢測來判斷故障所在。

（2）水溫和進氣溫度傳感器故障樹設計

水溫傳感器的作用是把冷卻水溫度轉換為電信號，輸入ECU后可以：發動機中的冷卻水的溫度信號被水溫傳感器接收，并轉化成相應的電信號，然后輸送到控制單元ECU。水溫傳感器的作用主要包括以下三個方面：

1）修正噴油量;當低溫時增加噴油量。

2）修正點火提前角;當溫度低于標準溫度，控制單元會發送指令信號擴大點火提前角;反之溫度過高時，會縮小點火提前角，以避免薄燃事故的發生。

3）影響怠速控制閥;當水溫較低時，電控單元接收來自水溫傳感器的信號，然后調節怠速制閥，增加轉動速率。

圖2展示的是水溫和進氣溫度傳感器的故障樹結構。從圖中可以看出其故障主要涉及三個方面：①傳感器故障。可以利用電阻檢測的試驗方式來判斷傳感器是否發生短路或短路故障;②電路故障。通過檢測線路電阻的方式對比分析故障所在;③電控單元損壞。檢測其重要插頭受否接觸良好，并檢查相關的故障碼。

（3）空氣流量傳感器故障樹的設計

空氣流量傳感器主要負責測量進入發動機的空氣流量，并將流量信息轉化成相應的電信號傳輸到電子控制器。發動機的正常運轉需要合適的混合氣濃度加以配合，因此確保任何時刻進入發動機的空氣流量都保持在最佳的濃度范圍是十分必要的，因為該空氣量數據是控制單元調節噴油量最重要的參考信息。若空氣流量傳感器發生故障，控制單元就接收不到準確有效的電信號，從而無法根據實際的進氣狀況來調節發動機的噴油量，將會導致混合氣濃度異常，進而發動機無法正常工作。

當前廣泛使用的是熱線式空氣流量計和熱膜式空氣流量計，這兩種設備差別不大，工作原理一致。首先測定吸入發動機的空氣量，并將相應的電信號傳輸到控制單元，信號在控制單元內部進行處理，得出噴油量的范圍，并參考發動機轉速、節氣門開度的相關參數發出控制指令，噴油器接收指令，按照指令要求進行噴油。

吸入發動機的空氣流量通常在怠速狀態下大約是2g/s，速度增加時上升，減速斷油。對于某種車型可記住、可對比。

參考文獻：

[1]蔣亞南，樓應侯.故障樹分析法在汽油發動機故障診斷中的應用[J].小型內燃機與車輛技術，2001，30（1）：43-46.

[2]陳成春.基于故障樹的豐田汽車電控發動機故障分析[J]. 赤峰學院學報（科學教育版），2011（11）：164-166.

[3]王慶合.淺析汽油發動機排放控制系統的三元催化轉換器[J].農業裝備與車輛工程，2010，2010（8）：59-60.

[4]賀新元. 電噴車冷起動困難故障的簡易修復[J]. 職業，2010（32）：104-104.