基于故障树的车辆柴油机故障诊断

郭涛　赵志宇

海南三亚92155部队



基于故障树的车辆柴油机故障诊断

郭涛赵志宇

海南三亚92155部队

文中总结了柴油机故障诊断的现状和发展前景，阐述了故障树和故障树分析法的特点并如何构建故障树，最后结合实际，对某种特种车用柴油发动机系统故障进行分析诊断。

故障树 发动机系统故障 柴油发动机

1　柴油机故障诊断现状和发展前景

柴油机作为动力机械，广泛用于机场、码头和车辆、船舶等各种场合及设备上。由于其运行状态的好坏将直接影响整套设备的工作状况，因此，进行故障诊断并确保其处于最佳状态，对提高维修质量和效率是十分必要的。

当今，我国柴油机故障诊断技术已经取得了较大发展，但是在可靠性和实用性上与国外还存在差距。目前现场的柴油机故障诊断方法还很少，对运行中的柴油机，通常是在操作人员发现异常后，通过“望”、“闻”、“问”、“摸”的方法，根据经验定位并排除故障。虽然配备了一些用于检测的仪器和仪表，但实际中使用率和应用很低。这就造成了目前国内柴油机维修期长，诊断误判率高。

随着对柴油机故障诊断工作的日益重视，越来越多的军用和民用装备都在各自产品中加入了故障诊断系统，对于故障诊断的理论研究也发展迅速。其中，包括模糊、神经网络、虚拟诊断乃至人工智能等理论在故障诊断中大量出现，但综观工程应用中已经进行的故障诊断系统，其中大部分还是以故障树理论为基础进行的构建和设计。故障树分析是故障诊断的基础，一切诊断都必然要先经过故障树分析，也是现阶段最有效、最基本的手段。

2　故障树分析法的前景和特点

故障树分析法是一种适用于提高复杂系统可靠性和安全性的方法，同时又是一种提高系统可靠性和安全性的有效工具。故障树分析法正在不断完善发展，其应用范围也正在不断扩大。故障树分析法已经广泛的应用到电子，化工，宇航，核能，机械等各个领域，是一种很有前景的故障分析方法。

故障树分析法，它是一种从系统到部件，再到零件，按“下降形”分析的方法。首先由系统开始，然后通过逻辑符号绘制出的一个展开成发散状的分枝图，来分析故障事件发生的概率。同时它也可以用来分析零部件或子系统故障对系统故障的影响，其中包括主观因素和客观环境因素等。由于故障树分析法使用的是逻辑图，因此，使用和维修人员都容易掌握和运用。故障树分析法不仅可以分析由单一构件所引起的系统故障，而且也可以分析多个构件不同模式故障而产生的系统故障；不仅可以做定性分析，还可以做定量的分析。

3　故障树构建步骤如下

（1）广泛收集并分析有关产品设计、运行、维修等技术资料。

（2）明确故障事件，确定顶事件。

（3）合理确定系统边界条件。

（4）建立故障树。

在故障树建造过程中，首先将顶事件符号列为第一行；在其下列出导致顶事件发生的直接原因并用符号表示列为第二行；中间用适当的逻辑门与顶事件相连接。如此步步深入，直到追溯到引起系统发生故障的全部原因为止（称为底事件）。

3.1故障树建造中使用的符号

为了将故障现象按因果关系连接成故障树，特规定了故障树的一些符号：

（1）顶事件和中间事件

故障树中将各故障现象称为事件，顶事件是指要分析的故障现象，而导致顶事件出现的各种故障树现象称为中间事件。顶事件用符号表示，中间事件用符号表示。

（2）底事件

导致顶事件产生的最后一级原因，因无法或没有必要追究其产生的原因故称为底事件。底事件用符号表示。

（3）逻辑“或门”

它表示几个不同事件，只要有一个发生，就会导致上一级某事件发生，这种因果关系称为逻辑“或”，用以连接上下两级事件时称为“或门”。“或门”用月牙形符号表示。

4　应用故障树分析法分析某型特种越野车辆柴油发动机故障。

图1　柴油机故障树

图1中，方框的事件代表结果事件，它又分为顶事件和中间事件，是由其它事件或事件组合导致的事件。圆圈事件表示底事件，是基本故障事件或不需再探明的事件，但一般它的故障分布是已知的，是导致其他事件发生的原因事件。其中，各个数字和字母代表的含义为：①柴油机飞车，②粘缸，③烧瓦，④曲轴故障，⑤活塞敲缸，⑥拉缸。

A：燃油超供

a1：喷油泵柱塞卡滞，a2：拉杆及调速器的活动部位卡滞，a3：调速器系统故障。

B：窜烧机油

b1：空气滤清器油盘油面过高，b2：曲轴箱通气孔堵塞，b3：油底壳机油过多。

C：散热系统工作不良

D：机油压力过大

d1：机油质量不好，D2：润滑油流动磨损，d3：轴瓦卸油，d21：机油泵磨损，d22：曲轴油道工艺脱落。

E：轴瓦预紧高度不合要求

F：机油问题

f1：机油品质不佳，f2：机油压力过低，f3：机油滤清器使用不当。

G：轴瓦和轴颈装配间隙过小

H：曲轴问题

h1：曲轴轴颈两端圆角过小，h2：曲轴自身质量差，h3：曲轴装配间隙过大，h4：曲轴润滑不良。

I：供油时间和供油量出错

J：主轴瓦不同轴

K：活塞的装配问题

k1：活塞与汽缸配合间隙过大，k2：活塞方向装反或活塞变，k3：汽缸垫过薄，k4：连杆装配不好或连杆弯曲

L：燃烧不良

l1：燃烧室内积碳严重，l2：可燃气体燃烧过快

M：喷油提前角过大

P：使用不当因素

p1：润滑油使用不当，p2：发动机温度过高，p3：增压器窜油，p4：严重超载，p21：冷却添加不足，p22：点火时机不正确，p23：节温器工作不良。

Q：装配和加工因素 q1：活塞装配间隙过小，q2：活塞环开口间隙太小，q3：活塞纬度影响。

5　故障树分析法的结论

故障树分析法能从故障现象着手理清各种原因及逻辑关系，具有逻辑性强，不易遗漏可能故障原因等特点，对复杂故障的分析和故障定位具有较好适用性，值得提倡和推广。

（1）文中构建出的柴油机故障树较全面地反映了发动机系统故障成因，故障之间关系，以及各种可能故障传递途径。

（2）故障树为设计，检测，维护和维修柴油机提供了一种形象图解，指导人们去查找故障，改进和强化系统的关键部分。为柴油发动机的可靠运行提供了有效的定性分析和定量评价方法。

（3）在柴油机的实际工作中，经常会遇到不同故障程度的底事件，将其计算并求出最小割集，有助于掌握柴油机故障的规律和特征。进一步将常规的故障诊断方法和计算机程序技术有机的结合起来，形成专家系统，这样可以方便和快捷的进行故障诊断。

［1］温熙森，徐永成，易晓山.智能理论在 BIT 设计与故障诊断中的应用［J］. 国防科技大学学报，1999（1）

［2］孙洲阳，陈景锋，黄加亮.故障树分析法在柴油机故障诊断中的应用［J］.中国修船，2000（06）

［3］胡以怀、杨叔子.“柴油机排气门漏气故障诊断的试验研究”《内燃机工程》 ，1997. V18. No.3

［4］杨建国、周轶尘.“发动机活塞-气缸套磨损状态在线诊断技术的研究”《武汉水运工程学院学报》，1992 （9）

郭涛，1980-，男，汉族，湖北枣阳人，工学学士，助理工程师，海南三亚92155部队，研究方向：柴油机电源。

赵志宇，1978-，男，汉族，湖南长沙人，工学学士，工程师，海南三亚92155部队，研究方向：机械自动化控制。