柴油机故障诊断技术探讨

摘要：提出了利用排放进行柴油机故障诊断的一种方法，在详细分析柴油机常见排放异常现象与对应故障之间关系的基础上，运用故障树分析法，对引起异常的故障进行定性分析，求出了对应的最小故障割集，实现了柴油机的故障诊断。

关键词：柴油机；故障；诊断

分类号：TK428

0.引言

柴油机结构复杂、系统众多，对其故障进行准确诊断的难度较大。本研究从柴油机排放入手，考虑排放检测的实时性，利用排放是柴油机燃烧情况和工作状况最直接的征兆这一特点，提出了基于排放的柴油机故障诊断方法。排放物是发动机工作的产物，与发动机运行状态有着密切的联系。实际运行中，发动机状态的变化或故障的发生必然会引起排放的变化，而排放变化则反映着发动机状态的变化或故障的发生。

1.故障树分析法基本原理

按GJB451-90的规定，故障树是用以表明产品那些组成部分的故障模式或外界事件或它们的组合将导致产品发生一种给定的故障模式的逻辑图；故障树分析是指对可能造成产品故障的硬件、软件、环境、人为因素进行分析，画出故障树，从而确定故障原因的各种可能组合方式和（或）其发生概率的一种分析方式。故障树分析法把所研究系统最不希望发生的故障状态作为故障分析的目标，并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，在进行分析时用适当的逻辑门把顶事件、中间事件和基本事件连接成树形图，即建立所谓的故障树。在实际分析中常用演绎法建立故障树，该法首先选定系统顶端事件，其后第1步是找出直接导致顶端事件发生的各种可能因素或因素组合，第2步再找出第1步中各因素的直接原因，并循此方法逐级向下演绎，一直追溯到引起系统发生故障的全部原因，即分析到系统的底事件为止；然后，把各级事件用相应的符号和适合他们之间逻辑关系的逻辑门相连接，构成一棵以顶事件为根、中间事件为节、底事件为叶的具有若干级的倒置故障树。设给定的故障树T由所有集合 式中 = 是基本故障事件的集合，仅当这些事件同时发生时，顶端事件才会发生，则 为故障树的一个割集。求得全部最小割集后，可按以下原则进行定性分析比较，以便将定性比较结果应用于指导故障诊断，指示系统改进方向。

2.常见排放异常现象与柴油机对应故障的关系分析

正常状态工作的柴油机排气颜色是无色或浅灰色的，在柴油机状态异常或发生故障时，排气烟色会发生相应的变化，常见的异常烟色主要有黑烟、蓝颜和白烟等几种。排气冒黑烟是最常见的烟色变化，造成黑烟的原因是多样的，总的来说是燃油不完全燃烧所致。具体原因：进气不足；定时错误；燃油过多或雾化不良；负荷过重、转速过高；汽缸压缩压力不足；柴油质量低劣以及其他的各种机械故障等。柴油机冒蓝烟常常发生在低负荷时，此时燃烧室温度较低，燃料着火性能不好，燃料或窜入燃烧室的油未完全燃烧，即呈微粒状态（直径在0.4μm以下）排出，从而形成蓝烟。在排出蓝烟的同时，由于燃烧的中间生成物质（甲醛）也排出，所以常伴有刺激性臭味。当柴油机冒蓝烟时，应首先检查空气滤清器和曲轴箱内的机油平面，若油面过高，应放出多余机油；若正常，应检查汽缸压缩力，汽缸压力低于规定值较多时，说明活塞环与汽缸壁间隙过大；若柴油机刚刚经过维修，则可能是活塞环安装不合适。柴油机冒白烟一般是燃油的液滴或水的液滴随废气排出所致。冒白烟分为2种情况：白烟是油烟和白烟是水汽。柴油机排白烟一般多是由于柴油机过冷或在寒冷天气、冷机启动时发生。此时，汽缸中温度较低着火不好，燃料未完全燃烧，这些未完全燃烧或部分氧化的燃料液滴与水蒸气构成的微粒（直径在1μm以上的微粒）随废气排出，就形成了白烟。经过暖机，温度正常后，白烟就会消失。改善柴油机启动性能可以减少冒白烟。排气冒白烟是油烟的主要是由喷油器故障引起，发生故障时雾化不良的燃油进入燃烧室未经燃烧就经排气口排出，形成油雾状白烟。排气冒白烟是水汽的主要原因是冷却系统某些部件漏水，漏水进入汽缸未能燃烧随废气排出，形成水汽状白烟，严重时还会出现排气管喷水。

3.运用故障树分析法进行柴油机故障诊断

如前所述，柴油机排放的异常与其各部件的状态密切相关，根据上面分析，本章以冒蓝烟为顶事件建立故障树，如图1。故障树定性分析的目的是找出最小割集，其含义在于其能描绘出处于故障状态的系统所必须修理的基本故障，通过最小割集的分析可以找出系统的薄弱环节以提高系统的可靠性和指导故障诊断和处理。求故障树最小割集的常用方法是富塞尔法，是根据故障树中的逻辑“或”门增加割集的数量，逻辑“与”增大割集容量这一性质从故障树顶事件出发，由上而下顺次把上一级事件转化为下一级事件，遇到或“门”将输入事件竖向写出，直至把全部逻辑门都置换为底事件为止，由此得到故障树的最小割集。柴油机冒蓝烟的故障树割集求法。

4.结束语

本研究以能直接反映柴油机状态和故障排放为对象，通过排放异常现象和柴油机故障的对应关系分析，应用故障树分析法相关理论，以不同排放异常为顶事件分别建立故障树，对引起顶事件发生的底事件进行了分析，并根据相关算法得出对应的最小割集，实现了柴油机故障的诊断。本文中研究表明运用故障树分析法可以将引起柴油机排放烟色异常的全部故障原因列出，使得传统中凭借人工经验对排放异常进行故障推理变得更为科学化、系统化，为柴油机故障的迅速诊断提供了一种行之有效的方法。

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