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电喷发动机低温下起动困难故障处理 |
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作者：跃进汽车集团 徐兆松 |
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摘要：本文通过对某一型号发动机在特定的温度范围内冷车起动困难的故障进行诊断分析，利用故障树分析方法，发现问题的根源是该车没有在使用地区做适应性标定试验的结果。通过对这一故障的诊断，对今后诊断电喷发动机故障找到了一些有效的分析方法。
关键词：发动机 电喷 故障 诊断
引言
故障分析的目的不仅在于判别故障的性质、查找故障原因，更重要的在于将故障机理识别清楚，提出有效的改进措施，以预防故障重复发生。通过故障分析，找到造成故障的真正原因 ，从设计、材料选择、加工制造、装配调整、使用与保养等方面采取措施，提高产品的可靠性。故障原因分析是一门涉及众多技术领域的综合学科：包括机械、数学、信息科学、计算机技术、电子技术、人工智能技术、系统工程和测试技术等各种学科的知识。而在诊断分析的过程中要采取的分析措施和方法有：特征信号分析、状态识别方法、小波分析、混沌与分形诊断、模糊诊断分析、神经网络诊断以及专家诊断系统等。
利用状态识别方法进行故障诊断分析包括时域模型识别法、距离函数分类法、逻辑判别法、贝叶斯分类法、故障树分析法和灰色模型关联度分析诊断法。而故障树分析法就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，然后寻找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，一直追查到那些原始的、勿须再深究的因素为止。
1 故障树分析原理
故障树是由构成它的全部底事件的“并”、“交”的逻辑关系联结而成，为了对故障树进行定性、定量分析，必须给出故障树的数学表达式，即结构函数。系统发生故障可称为故障树的顶事件，记为T，各部件的失效称为底事件。对系统和部件只考虑失效和成功两种状态，则底事件可定义为 1— 第i 个底事件发生，0— 第i 个底事件不发生
如果用Φ来表示系统顶事件的状态，则Φ必然是底端事件状态Xi（i=1，2… ，n）的函数。
Φ=Φ(X1，X2，……，Xn)，Φ(X)为故障树的机构函数。
与门故障树的结构函数为：
或门故障树的结构函数为：
在结构函数中，所有底事件的“并”、“交”运算服从布尔代数运算法则。
2 发动机冷车起动困难故障树分析
由于我国电喷发动机的开发及标定在很大程度上受制于外国几大公司或其在中国的分公司。比如：意大利玛瑞利公司、德尔福公司、上海联合电子等。在其发动机的标定过程中，可以说是外方主宰着开发发动机中央电控单元（ECU）全部工作，这样势必造成中方人员对标定的过程及程序没有全局的了解，甚至可以说没有掌握关键的标定技术。
由于缺少对电喷发动机开发全局的理解和经验，致使某一发动机在使用过程中出现冷车起动不能着火的故障，环境温度在20～25℃，而且是批量性的。经过多名训练有素及富有维修经验的老师傅进行现场维修，更换了大量的有关部件和零件，多日没有找到问题的根源，一筹莫展。并请该发动机标定开发公司的专家到现场去指导维修，利用故障诊断仪进行静态和动态检测，检测结果数据一切正常，没有发现故障的根源。
对于此类问题，运用故障树诊断方法可以解决问题的。假设发动机在20～25℃温度下冷车起动困难为一顶事件T，而所有与该事件相关联的部件为事件，燃油质量、火花塞、水温传感器、燃油压力调节器、燃油泵电路、油管、气缸压缩压力、开关状态信号电路、点火信号电路、进气温度传感器电路，点火线圈、喷油器和发动机ECU 等。将以上部件按顺序列成故障树，如图1 所示。
图1 发动机冷车起动困难故障树
则故障树函数表达式为：
Φ(X)=X1+X2X3X4+X5X6X7X8+X9+X10X11+X12X13+X14+X15
由以下故障树图1 可以看出，影响因素最多的是供油系统，其次是点火系统，在就是ECU 信号接受系统。而利用故障树分析方法可知，该故障树函数的割集有8 个，最小割集有4 个。也就是故障诊断的重点是点火系统，燃油供给系统。
由以上的故障树列出的故障现象的影响情况，对影响不大的因素进行了初步分析。为了排除燃油品质对发动机起动的影响，取样故障车内的燃油，送当地技术监督局进行化验，结果显示燃油质量是符合要求的。这样排除了燃油质量问题对冷车起动的影响；同时也用气缸压力表检测了气缸工作压力，也在标准范围内；用故障诊断仪检测开关状态信号、水温传感器、进气温度传感器都是工作状况良好；并用压力表检测燃油管路的油压，结果显示油压在规定的范围内，也排除了燃油管路的问题引起的可能性等。全部检查结果显示，发动机机械部件一切正常，而唯一不明确的是发动机中央控制单元（ECU）在冷车起动的控制情况，发动机喷油时间及点火控制。
经过运用对比法更换及检查火花塞、控制线束、点火线圈，没有发现故障现象有所变化，所以排除了点火系统对起动的影响；剩下的就是ECU 的冷车起动控制喷油器和喷油时间问题，经过对喷油器进行检测，没有发现问题。唯一可以认定的是冷车起动的喷油控制时间问题了。
另外，经过初步的分析发现：在冷车起动时，有第一次不着火，但第二次顺利着火的情况。这说明在第一次起动时尽管没有起动发动机，但已经向气缸内喷了部分燃油，附在燃烧室的表面，第二次起动又向气缸内喷了部分燃油，二者加起来，结果加浓了混合气的浓度，故第二次能顺利起动发动机。由此，说明冷车起动混合气浓度不能满足起动的需要，即混合气浓度过稀。由于ECU 是根据发动机的水温和进气温度以及进气压力来控制喷油时间—喷油量，为了验证这一设想的正确性，于是采用人为改变ECU 控制喷油时间，将水温传感器的阻抗进行改变；将不同的阻抗对应不同的温度的负温度系数的水温传感器用定值电阻替代，用故障诊断仪（EXAMINER）进行适时监控，让其温度降到15℃（对应的阻值为3kΩ左右），水温传感器温度对应的阻抗见下表1 所示：
表1 水温传感器温度与阻抗对照表
温度（℃） -20 -10 0 10 20 25 30 40 50 60 70 80 90 100
阻抗（Ω） 15970 9620 5975 3816 2500 2044 1679 1150 807 576 418 309 231 176
作好可靠接线工作，用故障诊断仪检测，一次起动成功；接下来进行第二次、第三次……，每次都能顺利起动，没有异常情况发生。为了确认此项结果的可行性及正确性，我们在另外两辆车有同样故障现象的车辆上做同样的试验，分别将水温传感器温度人为降到18℃（2.8kΩ）及13℃(3.4kΩ)，结果都是一次起动成功。再把水温传感器恢复到原来的状态，起动困难故障依然存在。
通过故障树分析和实践检验，说明发动机中央控制单元（ECU）的冷车起动数据在20～25℃数据标定存在疑问，车辆在此温度段内做标定时可能没有做细致的工作，混合气浓度不够是造成起动困难的根本原因。经过调查得知，是由于该车没有在使用地区做适应性标定试验。所以更加坚定了对该分析结果的确定性。
3 结论
通过对该车冷车起动困难的分析，得到如下结论：进行故障诊断工作，首先要学会诊断的基本理论和方法，运用正确的理论和方法，能使诊断工作事半功倍；其次对故障系统及其组成系统的部件的工作原理要有比较清楚的认识，便于对系统进行故障描述和分类，找到顶事件和底事件，合理地绘出故障树，分析的结果才会正确。
参考文献：
1 肖云魁编著. 车故障诊断学. 北京理工大学出版社.
2 白崤，张凯良等编著. 丰田轿车结构与维修. 辽宁科学技术出版社(end)
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(5/17/2005) |
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