基于故障樹模式的故障診斷分析研究

摘要：在汽車故障診斷及維修的具體實踐中，當汽車維修技術人員針對發動機不能開啟的故障進行檢修的時候，就必須有相應的科學化方法予以支持，同時要通過對實際的檢測結果以及相應的實驗數據進行理論性研究。由此，以豐田卡羅拉轎車發動機為例，全面研究了汽車故障發生的根源，同時提供了處理實際故障的有效辦法，研究結論對整體提高汽車維修技術人員的水平有著一定的指導意義。

關鍵詞：豐田車系；故障樹；故障診斷；診斷方法

中圖分類號：U472? 收稿日期：2023-03-14

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.06.030

1 案例說明

一款豐田卡羅拉轎車，平時通常被用作實訓的學生培訓駕駛，目前的故障表現為發動機不能開啟。在平時的使用過程中，由于該車使用的人較多，經常出現方向不對、操作不當的情況。針對車輛出現的故障，在進行檢查的過程中需要進行更周密的考慮，因為有些錯誤的操縱方式對引擎會造成一定的傷害，產生的危害也是多種多樣的［1-2］。因此檢查車輛故障的具體流程就是，需要在掌握發動機艙基本情況的基礎上針對車輛進行測試，并根據發生的不良現象作出處理。當故障發生后，還需要進行多次啟動，看看是否能恢復正常，如果不能，就需要采取適當的方法檢查故障，并加以處理。該車發動機參數如表1所示。

2 故障分析

2.1 故障現象

這輛汽車是2008年豐田公司首發的新卡羅拉系列汽車。實際出現的狀況是發電機在啟動流程中無法啟動。通過以前的實際保養技師的工作經歷能夠認識到，如果發動機內部在實際過程中出現了許多錯誤動作，將會對發動機機艙的線路造成很多不利作用。通過查詢流程，能夠了解到車輛在使用過程中已經屢次發生過不能啟動的情況，這也為我們進行故障的判斷奠定了一種更加可信的基礎。

2.2 啟動系統電路圖的相關故障分析

豐田車系統啟動裝置的主要構成包括發動機開關、啟動繼電器、擋位開關（手動擋）、分離器開關、保險絲以及其他電路。在構建問題樹前，首先必須對啟動系統不能工作的情況做簡要研究，必須確定是屬于電磁系統問題還是發動機本身故障。如果啟動發電機時會聽見有電氣開關吸合的響聲但發電機不能工作，就很有可能是起動機本身的問題，或是發電機自身運行壓力過高引起的。因為這兩種問題分屬于在該情況下的兩個方面，而起動機本身的問題也都可看作是該問題的最小割集。至于發電機運行壓力問題則必須進一步加以研究，由于引起該問題的因素不少，包括各種附屬元件軸承磨損、曲軸抱死等，所以必須進一步探索，看能否找出導致此問題的最小割集。然后，針對其中某一種方向試圖找出故障原因的最小割集。最后，可以根據傳統豐田汽車啟動模式所對應的發電路線，寫出起動機無法工作的成因判別樹。

傳統的車輛啟動裝置控制電路與現代ECU控制系統完全不一樣。它的控制系統不再是直接開關式的模塊，而是需要通過計算機根據擋位信息、剎車信號和啟動信息共同作用來實現，三者缺一不可。同時，傳統轎車啟動控制系統的點火開關和擋位信號是點觸式開關模式，控制原理比較簡單。現代轎車的控制系統邏輯上不僅是根據某一條信息就可以判斷整個汽車啟動控制系統的正常工作與否，而且還必須確定各信號源的正確性無誤，這才是可以順利啟動汽車的前提。

2.3 故障分析基礎上建立故障診斷樹

在構建故障診斷樹時，要知道發電機啟動時的要求，如蓄電池極限電壓等，而關于計算機控制起動系統的故障樹及其最大割集的分類，要從多種視角去考察問題，而不要單純地從直觀的視角去剖析故障樹的最小割集［3-4］。

故障樹是指一般車型的故障樹分析示意圖，從圖1中可知，布置在整個故障樹最下端的事故原因便是整個故障樹的最小割集，最重要割集包括動力電池、點燃控制器、保險絲、繼電器開關、擋位控制器、軸承等。因此在研究具體問題時必須根據事故判別的一般原理，力圖達到先簡單后復雜的順序，即首先查動力電池、熔斷器以及相應繼電器開關，然后再查擋位控制器和電阻控制器，最后才查軸承系統的抱死原因，只有如此才會大大縮短檢修的時間。

針對使用雙繼電器的計算機控制起動系統其故障樹的最小割集，在起動機本身和各類軸承系統的作用原理是一樣的，主要區別就是增加了觸發雙繼電器的啟動信息和剎車信號。除此之外，針對這些功能類似的系統，還要從多種方面去考察導致發動機不能啟動的重要故障因素，作為控制信息的重要來源，一個微小控制部件的供電或是搭鐵的問題，也會對這些信息的傳遞造成干擾，從而對起動機的正常運行產生干擾，所以在此處不再介紹計算機控制起動系統的故障樹及其最小割集。

2.4 故障診斷流程

在測試無法啟動的問題上，必須根據實際工況的一般測試方法來進行診斷（圖2）。例如，當起動機在打火的瞬間若監測到接地端有8 V以上電流而起動機沒有任何反應時，則在理論上還需要對起動機的內部電子元器件開展下一次測試。不過在實踐中已經無法再對它開展下一次測試，故障點測試到此之后，再替換起動機，但是如若進一步檢查起動機的內部零件時，所需要的費用和成本將會遠比動機本身的價值高，甚至有時候連起動機的內部零件都很難購買到［5-6］。車輛上的許多零件都是這樣的，如發動機、空調壓縮機等零件，這不僅減少了保養時間，對故障本身的檢查也減少了很多困難。

如當發動機控制器打至起動擋時起驅動力的轉速有聲音（吸合開關能夠彈出齒圈），但是發電機卻不能運行時，其故障診斷過程就和上述全部有所不同，這時我們所需要考慮的并非是驅動力本身的問題，而是檢查發電機本體或有關電機部分軸承類型是否卡死。這種情況通常極少出現，所以在這里也就不會納入驅動力的故障分類中，不過在實際檢修中如上述的問題都已檢測過了，那么這一類情況也就更應該引起重視。

針對由電腦控制的汽車起動系統發動機不能起動的問題，檢測思路主要是以故障編碼優先，并根據汽車啟動系統線路的走向以及邏輯來進行檢查（圖3）。而對于不能讀出故障編碼或是不能進入發動機電腦的，就需要考慮其是由于驅動線路問題所造成的，還是因為發動機電腦的供電問題造成的，而一旦發現是因為供電問題導致發動機電腦不能被啟動，則要檢測起動單元與車載供電的單元，這就縮小了問題的范圍［7-8］。

在事故樹基底上形成的故障診斷過程，實質上是逐一地提供假說和檢驗假設的過程，特別是對末端事故的檢驗，因此它本身便是引起事故的最小割集。問題樹只有故障產生的根源，而不能真正解決的問題，而故障判定過程才是真正解決的具體措施，在問題判斷過程中，需要著重考察實際中發生頻率較大的底端情況，這對處理實際中出現的各種維修現象大有益處。

3 回顧思考

3.1 火花塞為什么會出現“淹死”現象

本次故障的首要原因是火花塞頭受潮，所以必須考慮火花塞會在何種狀況下出現受潮。只要發現是氣門的問題，就要做好相應的維修操作，使問題得以有效的消除。

由于引擎在真正的啟動過程中是不會踩踏油門，而是通過計算機的實際控制系統來完成處理，所以在汽車啟動的過程中，前進氣量對啟動的作用是很小的。再者，所有汽車引擎起步的噴油量都是由電腦系統控制的，這樣就不能干擾汽車引擎實際啟動狀態。

在對這個情況進行處理的過程中可以看到水溫傳感器的位置都是正確的，所以電腦中的其他部分也沒有發生錯誤，由此可知，汽水混合液的溫度都是非常合理的，導致這一情況的根源就只剩下一個火花塞。可以判斷，一定是由于節氣門的打開而產生了不好的啟動，從而導致進空氣不夠，進而造成了在總的情況中都沒有達到正常啟動時所要求的功率。這個問題是由不明因素引起的，于是人們一般會做出反復的努力，這種反復的結果會導致有機廢氣在汽缸中的含量上升，也使火花塞的工作負荷產生相應的上升，導致火花塞發生頭部潮濕而受淹的狀況。

3.2 沒有讀到節氣門故障碼和相關異常數據的原因

在修理過程中，通過多次咨詢實訓車的用戶，了解到當車輛無法啟動的情況，只要碰觸到了節流閥的相應傳感器位置就可以成功啟動，這樣就猜想出可能是節氣門開度在間歇性工作中造成了事故的發生。于是又對節流閥展開了反復的檢測，在讀出事故碼的同時，由于在完成事故再現時采取的是整體的解決方法來達到最好的恢復度，從而導致在開始測試這一事故幾乎不發生，從而未準確發現當前事故，也就沒能夠及時讀到相關的異常信息。

4 結語

汽車無法啟動發動機，主要是由于以下兩個情況所造成的：a.起動機無法工作，也就無法帶動發動機運轉；b.起動機中與發動機相關的裝置出現的問題，對引擎產生了干擾，雖然起動機仍然可以正常工作，可是無法帶動引擎進行操作，也就無法完成了車輛的正常啟動。本文所討論的豐田發動機產生問題，主要原因為對應的裝置出現了問題，在前期工作中因為檢測問題出現的因素過于明了，所以對于問題處理方面進行了多次的測試檢查。在運用譯碼機進行實際測試的過程中，斷路故障已經被有效地解決，但是關于產生了異常的數據信息卻并沒有全部掌握。采用正確高效的故障檢查方法可以將問題發生的部位和根源加以確定，最后針對問題加以消除。

參考文獻：

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作者簡介：

李燕燕，女，1995年生，助理工程師，研究方向為汽車檢測與維修。