故障树诊断之发动机怠速不稳PPT优秀课件

1、1,故障树分析法在电喷发动机怠速不稳故障诊断中的应用,2,一、故障树分析法的基本理论,概念 故障树分析(Fault Tree Analysis)是以故障树作为模型对系统进行可靠性分析的一种方法，是系统安全分析方法中应用最广泛的一种自上而下逐层展开的图形演绎的分析方法。在系统设计过程中通过对可能造成系统失效的各种因素（包括硬件、软件、环境、人为因素）进行分析，画出逻辑框图（失效树），从而确定系统失效原因的各种可能组合方式或其发生概率，以计算的系统失效概率，采取相应的纠正措施，以提高系统可靠性的一种设计分析方法。 原理 故障树分析法是把所研究系统的最不希望发生的故障状态作为故障分析的目标，然后找出

2、直接导致这一故障发生的全部因素，再找出造成下一级事件发生的全部直接因素，直到那些故障机理已知的基本因素为止。通常把最不希望发生的事件称为顶事件，不再深究的事件为基本事件，而介于顶事件与基本事件之间的一切事件称为中间事件，用相应的符号代表这些事件，再用适当的逻辑门把顶事件、中间事件和基本事件联结成树形图，即得故障树。它表示了系统设备的特定事件 (不希望发生事件)与各子系统部件的故障事件之间的逻辑结构关系。,3,1.1故障树分析法的特点,是一种图形演绎法，是故障事件在一定条件下的逻辑推理方法，可针对某一故障事件，作层层追踪分析(自上而下)； 这种图形化的方法清楚易懂，使人们对所描述的事件之间的逻辑

3、关系一目了然，而且便于对各种事件之间复杂的逻辑关系进行深入的定性和定量分析； 由于故障树将系统故障的各种可能因素联系起来，可有效找出系统薄弱环节和系统的故障谱，在系统设计阶段有助于判明系统的隐患和潜在故障，以便提高系统的可靠性； 故障树可作为管理和维修人员的一个形象的管理、维修指南，可用于培训使用、维修和管理人员，可用来制订维修计划和检修排故方案； 缺点主要是对复杂系统建立故障树时工作量大，数据收集困难。,4,1.2故障树分析步骤,(1)选择顶事件。据工程实际需要选择合理的顶事件 (2) 建立故障树 (3) 故障树的定性分析 a) 故障树的简化 b) 求最小割集 (4) 故障树的定量分析 a)

4、 求顶事件的发生概率 b) 重要度分析 (5) 确定设计上的薄弱环节（找出问题所在） (6)采取措施，提高产品的可靠性和安全性,5,1.3故障树的建造,建树方法 常用的建树方法为演绎法，从顶事件开始，由上而下，逐级进行分析，即 1）分析顶事件发生的直接原因，将顶事件作为逻辑门的输出事件，将所有引起顶事件发生的直接原因作为输入事件，根据它们之间的逻辑关系用适当的逻辑门连接起来 2）对每一个中间事件用同样方法，逐级向下分析，直到所有的输入事件都不需要继续分析为止（此时故障机理或概率分布都是已知的） 建树步骤 1）分析系统，判明故障 2）选定故障作为顶事件 3）确定故障边界条件，失效因素及其发生的概

5、率 4）建立故障树,6,1.4故障树的常用符号,7,1.5故障树的数学基础,布尔代数规则 布尔代数用于集的运算，与普通代数运算法则不同。它可用于故障树分析，布尔代数可以帮助我们将事件表达为另一些基本事件的组合。将系统失效表达为基本元件失效的组合。演算这些方程即可求出导致系统失效的元件失效组合（即最小割集），进而根据元件失效概率，计算出系统失效的概率。布尔代数规则如下（X、Y代表两个集合）：,8,（1）交换律 XY=YX XY=YX （2） 结合律 X（YZ）=（XY）Z X（YZ）=（XY）Z （3）分配律 X（YZ）=XYXZ X（YZ）=（XY）（XZ） （4）吸收律 X（XY）=X X（

6、XY）=X （5）互补律 XX=1 XX=（表示空集） （6）幂等律 XX=X XX=X （7）狄摩根定律 （XY）=XY （XY）=XY （8）对合律 （X）= X （9）重叠律 XXY= XY=YYX,9,故障树的结构函数 设x为表示底事件的状态变量取值0或1，设 Y表示顶事件的状态变量，也取值O或1，则有如下的定义: X=0底事件不发生（正常）；X=1底事件发生（故障）；Y=0顶事件不发生（正常）; Y=1顶事件发生（故障）; 与门故障树的结构函数为：,或门故障树的结构函数为：,10,1.6故障树的定性分析,定性分析是故障树分析的核心内容之一。其目的是分析该类事故的发生规律及特点，通过求

7、取最小割集（或最小经集），找出控制事故的可行方案，并从故障树结构上、发生概率上分析各基本事件的重要程度，以便按轻重缓急分别采取对策。 割集的概念 割集是故障树的若干底事件的集合，如果这些底事件都发生,则顶事件必然发生 最小割集是底事件数目不能再减少的割集，即在最小割集中任意去掉一个底事件之后，剩下的底事件集合就不是割集 一个最小割集代表引起故障树顶事件发生的一种故障模式 研究最小割集可以找出故障树的薄弱环节,11,1.7故障树的定量分析,故障树定量分析的主要任务是根据其结构函数和底事件出现的概率，应用逻辑与、逻辑或的概率计算公式，定量地评价故障树的顶事件出现的概率值。另一重要任务是计算重要度，

8、一个零件、部件或最小割集对顶事件的贡献称为重要度。由于设计的对象不同，要求不同，所采用的重要度分析方法也不同，常用的重要度分析方法，有结构重要度、概率重要度、关键重要度（相对重要度）等。在实际工程中，根据具体情况选用。,12,结构重要度 一个故障树往往包括多个底事件，各个底事件在故障树中的重要性必然因它们所代表原件（或部件）在系统中的位置的不同而不同，在此引入了结构重要度的概念。求出最小割集后，在不考虑每个底事件发生的概率的情况下，按照底事件在故障树最小割集中出现的次数确定其结构重要度。基本公式： 式中，n 为故障树的基本事件的总数，表示由于第i个基本事件发生(即Xi 由0 变为1) 而使故障

9、树的结构函数由0 变为1 的次数。,13,二、故障树分析法在电喷发动机怠速不稳故障诊断中的应用,怠速是指发动机无负荷情况下的稳定运转状态。而怠速不稳则是指发动机转速以怠速期望值为中心无规律变化或在期望值一侧剧烈变化。表现为：启动发动机后，在座椅上能明显感觉到车身剧烈抖动、发动机转速表指针抖动等。这样有可能会造成阶段性熄火、转速不稳等结果，应该引起足够重视。引起电喷发动机怠速不稳的原因相当复杂繁琐，按故障系统分类主要可以分为进气系统、燃油系统、点火系统、发动机机械系统四个方面。,14,2.1故障树逻辑图 参考相关发动机怠速不稳资料并建立故障树如下：,15,x1,发动机怠速不稳,16,17,M5-

10、怠速进气量的失准;M6-发动机转速、冷却液温度、进气温度、节气门开关及空调等信号不准确；M7-喷油器故障;M8-燃油压力异常;M9-燃油压力过高;M10-燃油压力过低;M11-火花塞故障;M12-点火模块故障;M13-活塞连杆故障;X1-进气管以及各种阀门的泄漏;X2-节气门和进气道积垢过多;X3-三元催化器的堵塞;X4-怠速状态怠速触点未闭合;X5-与事件M4对应的传感器故障;X6-事件X5传感器连接线路故障;X7-燃油泵泵油能力不足;X8-喷油器堵塞;X9-喷油器密封不良;X10-喷出的燃油成线状;X11-燃油泵故障;X12-油压调节器故障;X13-燃油系统传感器故障;X14-燃油管破损;

11、X15-燃油滤清器堵塞;X16-高压线外皮漏电;X17-点火提前角失准;X18-火花塞间隙过大;X19-火花塞间隙过小;X20-火花塞击穿;X21-火花塞烧蚀;X22-点火模块能量不足;X23-点火模块不点火;X24-正时皮带安装错误;X25-气门密封不严;X26-凸轮磨损不一致;X27-气缸垫烧穿;X28-活塞环端隙过大、对口或断裂;X29-活塞环槽内积炭过多;X30-活塞与气缸过度磨损;X31-连杆弯曲;X32-燃烧室积炭严重,18,2.2定性分析,进行故障树定性分析，首先要求出故障树的所有最小割集。求最小割集的方法有下行法和上行法。下行法是根据故障树的实际结构，从顶事件开始，逐级向下寻查

12、，找出割集的方法。以上述所示故障树为例，求相应故障树的割集和最小割集。下表给出了具体的分析过程。,19,20,由上表依逻辑关系分析，故障树共有32个最小割集：X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12、X13、X14、X15、X16、X17、X18、X19、X20、X21、X22、X23、X24、X25、X26、X27、X28、X29、X30、X31、X32，均为一阶割集，其中事件X12、X13在故障树中出现两次。引起电喷发动机怠速不稳的基本事件均为小概率事件，阶数越小的割集，其重要性越大，基本事件在阶数相同的割集中出现的次数越多，重要性也越大，因此，事件X1

13、2、X13（两事件均属于喷油系统）作为引起顶事件发生的重要因素，在诊断电喷发动机怠速不稳故障时应首先检查喷油系统。 通过定性分析，电喷发动机怠速不稳共有32种故障模式。在实际的诊断中，根据故障模式并结合以往的诊断经验，可以快捷地查找到引起顶事件的基本事件故障，并予以快速地排除。,21,2.2定量分析,结构重要度分析 一个故障树往往包括多个底事件，各个底事件在故障树中的重要性必然因它们所代表原件（或部件）在系统中的位置的不同而不同，在此引入了结构重要度的概念。求出最小割集后，在不考虑每个底事件发生的概率的情况下，按照底事件在故障树最小割集中出现的次数确定其结构重要度。基本公式： 式中，n 为故障树的基本事件的总数，表示由于第i个基本事件发生(即Xi 由0 变为1) 而使故障树的结构函数由0 变为1 的次数。,22,根据最小割集排序原则直接排出各基本事件的结构重要度顺序：I(X12)=I(X13)I(X1)= I(X2)= I(X16)= I(X18)= I(X20)= = I(X31)= I(X32)。只从故障树结构而不考虑各个底事件的发生概率来分