燃气系统重要件故障模式研究分析

袁淑云

（上海柴油机股份有限公司，上海200438）

燃气系统重要件故障模式研究分析

袁淑云

（上海柴油机股份有限公司，上海200438）

燃气计量阀、减压器、低压截止阀是天然气发动机燃气系统中重要的专用件，市场反应D系列天然气发动机专用件报修事故高，为了降低其故障，通过对故障件的外观、基本测试和台架试验分析等，分析出根本原因，提出有效解决措施和管理对策，取得了一定成效。

天然气发动机燃气系统燃气计量阀低压截止阀减压器

1 前言

近二十多年来，世界天然气需求持续稳定增长，平均增长率保持在2%，专家预计2020年其在世界能源组成中的比重将会增加到30%。21世纪天然气在世界能源结构中的比重将超过石油，成为世界第一大能源。近年来，天然气发动机在全球发展很快，在应用与运营方面比较成功，天然气发动机是目前最具有推广价值的低污染、低使用成本车用发动机。可以预见，天然气发动机必将得到大力推广，其市场空间极为广阔。

与燃油发动机相比，天然气发动机投入市场时间还比较短，用户对其故障的认识也比较浅显，从上柴公司D系列天然气发动机报修统计可以证实这一点。其燃气系统件的用户报修占整体天然气发动机用户报修的50%。

燃气系统包括高压储气瓶、高压过滤器、高压截止阀、减压器、热交换器、燃气调温器、燃气计量阀、低压截止阀和混合器。燃气计量阀和混合器可以装在发动机上，其它零部件装在车辆底盘上。

本文主要介绍D系列天然气发动机报修率排在前3位的燃气系统重要件——燃气计量阀、B型减压器、低压截止阀的用户报修件的研究分析，找出要因，提出有效解决措施及管理对策。如图1所示前3位报修率排列图。

2 燃气计量阀

2.1 市场反馈的故障模式

燃气计量阀故障模式主要集中在不能启动、动力不足和失效几个方面。

2.2 收集报修件进行综合分析

燃气计量阀用户报修故障件中随机抽取19个作为故障样本分析。

（1）首先进行外观检查，首先判断零部件是否完整，存在喷嘴、线圈等缺失现象，见图2。零件缺损可能是用户自行拆换造成的，该零件是不允许用户自行更换的。

图2 零件缺失现象

（2）对故障件进行编号后依次进行基本电路测试和台架测试分析，见图3，测试情况记录见表1。

图3 燃气计量阀台架测试

2.3 分析结果及统计分析

（1）整体燃气计量阀无故障9个（包括2个线圈无的），占样本总数的47.4%。

（2）整体燃气计量阀有故障10个，占样本总数52.6%。其中燃气计量阀阀堵故障为7个，占故障总数的70%，为主要故障。具体故障分布见图4。

2.4 原因分析及整改措施制定

确定要因：无故障、阀堵、低压截止阀失效，并进行原因分析，制定相应整改方案，见表2。

2.5 编制喷嘴清洗方法及流程

以持续脉冲的方式来达到清洁燃料喷射阀的目的，清洗方法及操作流程图见图5，具体操作流程如下：

1）按照服务手册程序，释放管路中的天然气；从燃料计量阀入口处断开燃料管路；检查计量阀入口接头的O型圈是否有刻痕或其他损坏；在O型圈上涂一层薄的O型圈专用润滑剂；在计量阀入口接头安装螺帽，并施以27 N·m扭矩。

2）将软管从混合弯管处断开并接至合适的容器中；连接喷射阀清洁卡具至计量体的压通式单向阀；连接计算机至诊断接口。

3）钥匙开关置ON；选择燃料喷射阀清洁模式；激活燃料喷射阀清洁卡具；当清洁剂完全通过计量阀，导入清洁空气十分钟以彻底清除残留的清洁剂。

4）将钥匙开关置于OFF；从压通式单向阀处断开喷射阀清洁卡具，并替换压通式单向阀帽。

5）断开计算机和诊断导线；检测混合器弯管接头处的O型圈是否有刻痕或其他损坏；在混合器弯管处O型圈上涂一层O型圈专用润滑剂；重新连接软管至混合器弯管，施以27 N·m扭矩。

6）在计量阀入口处O型圈上涂薄O型圈专用润滑剂；断开计量阀进口处的软管，施以27 N·m扭矩；从计量阀入口接头处拆除螺帽；在计量阀入口处O型圈上涂一层薄O型圈专用润滑剂；断开计量阀进口处的软管，施以27 N·m扭矩。

7）按照服务手册程序进行泄露检测。

2.6 对服务维修人员进行培训

主要培训内容只可以参考上柴公司的“燃气计量阀喷嘴清洗方法及流程”和“低压天然气滤清器使用保养规范指导书”。

3 低压截止阀故障分析

3.1 故障分析及改进措施

市场反馈回来的低压截止阀故障模式主要集中在动力不足、无法启动等几方面。将用户报修的73个低压截止阀作为故障样本分析，分别进行机械测试、电气测试和流量测试，其情况如下：

（1）低压截止阀无故障39个，占样本数的53.4%，比率高。

（2）低压截止阀有故障34个，占样本数的46.58%。其中线圈失效25个，占有故障的73.53%；线圈电线受力断，即非正常失效9个，占有故障的26.47%。

表1 燃料计量阀测试情况记录

图4 燃气计量阀故障分布柱状图

表2 燃气计量阀故障原因分析及整改措施

具体低压截止阀故障分析结果分布见图6。

图5 喷嘴清洗方法及操作流程

图6 低压截止阀分析结果柱状图

针对线圈失效，制定了相应的整改方案，见表3。

表3 低压截止阀故障原因分析及整改措施

3.2 低压截止阀现场检查指导说明

当怀疑低压截止阀有故障时，应该在车上检查并决定是否需要更换或维修。规范检查步骤，以帮助现场维修人员减少误判和不必要的部件更换。具体步骤如下：

1）检查低压截止阀插接件与线束的连接：（1）确保插接件插入位置合适，当插入后可以听到“滴答”的声音；（2）检查从线束插接件到低压截止阀线圈的导线，如果导线或导线绝缘部分有损坏，线圈需要更换。另外参见线圈更换指导步骤；（3）检查线圈塑料外壳，如果线圈外壳有开裂见图7，应该及时更换线圈。参见线圈更换指导步骤；（4）检查线圈导线受力，如果低压截止阀接插件到线束受力，调节线束的扎带，改善低压截止阀导线受力情况。实例低压截止阀导线受力见图8。

图7 线圈外壳开裂

图8 低压截止阀导线受力

2）电气测试：用万用表测量线圈电阻，线圈正常电阻范围为：47～57Ω。如果不在这个范围，线圈需要更换。参见线圈更换指导步骤。

3）机械测试：低压截止阀插接件拔下，连接24V的外接直流电源，低压截止阀将有开和关的动作。当给线圈开通电源时，可以听到“咔塔”声音。如果截止阀听不到“咔塔”的声音，阀芯可能粘联（典型情况由燃料中的杂质造成），需要拆下低压截止阀重新测试。拆下后给低压截止阀接通外接电源，检查阀的进口是否有上下移动。如果阀芯固定在一个位置，该低压截止阀需要更换。参见管路燃料压力释放步骤指导。

3.3 管路燃料压力释放步骤

维修人员应当特别注意：CNG燃料工作压力高达25 MPa。为了减少火灾和人员伤害，在维修CNG燃料系统部件时，需要先释放管路中的燃料压力：（1）关闭气瓶总管路的截止阀（手动或电控截止阀）；（2）开始起动发动机，直到发动机自动熄火；（3）关闭点火开关。

如果发动机不能起动，必须按照车辆服务手册规定操作完成燃料压力的释放。

重要提醒：在拆下燃气管路前，仍存有残留的燃料压力，所以确保工作区域有很好的通风。

3.4 管路泄漏检查步骤

不要用明火检查燃料系统的泄漏。应特别注意：在进行CNG燃料系统维护和维修时，请戴防护眼镜和手套。为了阻止人员受伤，在维护和维修时必须有很好的通风，并确保远离外部火源。

在完成燃料系统的服务后，必须进行系统的泄漏测试。检查管路接头、更换部件和所有管路连接处的泄漏。可以用肥皂水或电子检漏器检查。

4 B型减压器故障分析

4.1 故障分析及改进措施

B型减压器故障模式集中在不能启动、动力不足和运行中熄火，将用户报修的17个B型减压器作为故障样本，进行外观和台架测试。阀体裂见图9、连接管断裂见图10，台架测试见图11。

图12给出B型减压器种种故障分布情况，其中，体部裂漏冷却液7个，占样本数的41.18%；连接管断漏冷却液3个，占样本数的17.65%；电磁阀开裂失效2个，占样本数的11.76%；压力安全阀漏气5个，占样本数的29.41%。

图9 阀体开裂

图10 连接管断裂

图11 B型减压器台架测试

图12 B型减压器故障分析

针对阀体开裂、连接管断裂、电磁阀裂和压力安全阀漏气的现象，制定了相应的整改方案，见表4。

5 改进效果

5.1 前后用户报修率数据对比

通过以上研究分析及措施实施，1年后，以上3个燃气系统重要件的用户报修大幅降低，燃气计量阀用户报修率下降了55%，低压截止阀用户报修率下降了47%，减压器用户报修率下降了40%，其2011年与2010年用户报修率对比图见15。

表4 B型减压器故障原因分析及整改措施

图13 安全阀座磨损

5.2 推广标准化管理

（1）编制标准指导文件，编制燃气系统件中每个零部件的使用方法、简单的故障判断方法、正确的更换零部件方法等文件。

（2）增加服务人员培训频次，提高服务人员判断故障的准确性。

（3）规范故障件返回管理，使故障件完整。

（4）用户使用前进行培训，在新客户使用前，对用户进行培训，使用户对燃气系统件提前有个初步认识。

图14 回油管夹瘪

图15 用户报修率对比图

6 结束语

通过编制标准指导文件，对用户和维修人员进行充分的培训，天然气发动机燃气系统件用户报修率将会持续下降，将大大提高用户满意度。同时，随着天然气发动机在市场上的推广应用，天然气发动机的低污染、低使用成本和可接受的故障率优势将日益凸显，客户的使用意愿也会极大增强。天然气发动机必将有极为广阔的市场空间。

Research on Failure Type of Important Fuel System Parts

Yuan Shuyun
（Shanghai Diesel Engine Co.,Ltd.,Shanghai 200438,China）

Fuel Metering Valve(FMV),Pressure Regulator,and Low Pressure Lock-off(LPLO)are important special parts of fuel system of natural gas engine.The special parts have high failure rates according to service feedback.In order to reduce these failure rates,the failure parts were checked by visual inspection,tested and analyzed on engine bench.Finding out the root cause of the failure and putting forward effective measures for settling the problems and managing the special parts was carried out, achieving some improvement.

natural gas Engine,fuel system,fuel metering valve,low pressure lock-off, pressure regulator

10.3969/j.issn.1671-0614.2012.02.011

来稿日期：2012-02-25

袁淑云（1974-），女，工程师，主要研究方向为技术质量改进管理和新产品项目质量管理与策划。