LNG城市公交车辆的故障排除与维护

2012-07-25福建林建华

汽车维修与保养 2012年11期

文/福建林建华

(作者林建华单位为石狮市公共交通运输有限公司)

一、LNG发动机的特性

LNG的主要成分是甲烷，是通过生产的天然气净化处理后，在常压下将气态的天然气冷却至-162℃，使之保存成液体。LNG的体积约为同量气态天然气的1/600，密度是标准状态下甲烷的625倍。LNG车辆与柴油车辆相比，尾气中CO减少97%，CO2减少90%，碳氢化合物减少72%，噪音减少40%，苯、铅粉尘减少100%，具有显著的环保优势。

LNG发动机结构如图1所示，它与柴油发动机差别较大，主要体现在以下几个方面。

1.燃料供给系统

LNG发动机取消了柴油机燃油喷射系统相关的零部件，增加了汽化器、稳压器、电控调压器、混合器、电子节气门、防喘振阀和低压滤清器等控制天然气喷射量和喷射时间的零部件。

2.点火系统

柴油机是压燃式发动机，而LNG发动机由于受燃料特性(抗爆震性能)的限制，采用与汽油机相同的点火燃烧方式，通过凸轮轴位置传感器获得点火正时信号，增加了电控模块、点火线圈和火花塞等零件组成的点火系统。

3.控制系统

LNG发动机是电控发动机，各工况的空燃比、点火提前角以及增压压力都实现了更精确的控制。为满足这些控制要求，增加了相应的天然气温度、天然气压力、发动机冷却水温度、进气空气压力及温度、环境压力、环境湿度及温度、点火正时以及氧浓度等传感器。

4.压缩比

压缩比的选取与燃料的抗爆震性能密切相关，抗爆震性能用燃料的辛烷值来衡量，辛烷值越高抗爆震性能越好，LNG抗爆震性能比柴油低。

5.空燃比控制

LNG燃烧方式与柴油不同。如YC4G系列发动机可通博世LSU4.9宽域过氧传感器测量尾气中的氧浓度，从而推算出混合气空燃比。发动机控制系统通过氧传感器的反馈信号不断修正天然气的喷射量，实现全工况闭环控制，精确控制空燃比，使天然气在缸内燃烧最优化。

6.增压压力控制系统

LNG发动机的增压压力控制系统在原有废气旁通控制阀的基础上，增加了防喘振阀和空气调压器。

二、气瓶及其控制结构

气瓶在系统中主要是替代汽车燃油箱，贮存、供给发动机液态天然气。L N G气瓶(图2)具有良好的隔热性能，有效延长了L N G无损储存的时间。与CNG(Compressed Natural Gas，压缩天然气)气瓶相比，LNG气瓶携带的天然气更多，因此更适合中长距离运输。

表1 气瓶上的控制系统

L N G气瓶计算压力为3.18 M Pa，工作压力1.59M Pa；设计温度-196℃，工作温度-162℃；充装系数0.9,主体材料为0Cr18Ni9(304)，瓶上设有一、二级安全阀，进出液口，限流阀，气相口，电容式液位计，压力表和瓶内压力自动调压装置及自增压(稳压)系统。本文城市公交车型的气瓶容量为275L，空罐的加液重量为105kg。

车用LNG供气系统包括专用车载低温绝热瓶、充装接口、安全限流装置、LNG汽化器、稳压器、压力显示等装置组成，气瓶上的控制系统有经济阀、过流阀等(见图3、表1)。

三、案例分析

下文以金龙X M Q 6770AG N 4城市公交装备的玉柴YC4G180N-40国Ⅳ液化天然气发动机故障诊断为例，将LNG城市公交车的故障分成气瓶及气瓶控制系统的故障、液化天然气发动机故障两类进行诊断。

案例一

故障现象

一辆LNG公交车启动后怠速游车，发动机工作不稳、加速无力。冷车时气瓶压力显示1.5MPa。

故障诊断与排除

经检查气瓶无漏气现象，停机状态检查气瓶压力为1.14MPa。在电控调压器前装压力计，检查气瓶压力为1.14MPa，压力表显示1.0 5 M P a。启动后的开机状态气瓶压力为1.14 M Pa，压力表显示1.02MPa。调整稳压器(图4)，压力表显示没有变化。空车将加速踏板踩到底，压力表从1.02MPa迅速下降到0.7MPa，约1s后回到0.9MPa。用玉柴诊断软件进行诊断，显示出历史故障1154，即“闭环修正量低”。故障原因为稳压器无法将压力稳住，导致压力过高，加速时候流量太小，导致加速无力。要求浙江蓝帮气瓶控制系统厂家重新调整稳压器，发动机运转时候保持(瞬态)0.8MPa，故障排除。

维修小结

稳压器的主要作用有：①当气瓶内液体温度升高，气瓶压力最高可能超过1.6MPa，而玉柴发动机最高使用压力为1.38MPa，超过该压力可能导致电控调压器失效、发动机无法启动、游车、催化器烧结等故障；②在汽化器和低压电磁阀之间安装一个稳压器，通过稳压器的减压作用使压力降低至稳压器的设定压力，以保证进入发动机的天然气压力符合发动机要求。

稳压器的维修安装要求：①稳压器出口必须安装一个压力表，以监测稳压器出口压力；②稳压器需安装牢固，并有减振措施。

案例二

故障现象

一辆LNG公交车行驶里程27996km，在行驶中出现3挡加速抖动、加速无力且气耗高等现象，冷车时气瓶压力显示为1.1MPa。

故障诊断与排除

检查气瓶压力为0.88MPa，连接玉柴专用诊断仪，发现第三缸火花塞需要保养。对第三缸火花塞清除积炭，按照玉柴公司的技术要求，调整铱金火花塞NGK(IFR7F-4D)电极间隙，试车故障排除。

维修小结

火花塞作用是接收来自点火线圈(图5)的高电压，可达到40kV或者更高，产生火花点燃天然气。随着时间的推移，火花塞会逐渐腐蚀且电极间隙扩大，火花塞跳火需要的能量也会增大，严重时会出现失火现象。

火花塞间隙的要求：LNG发动机铱金火花塞电极间隙为0.4±0.05mm，维护时要按厂家的技术要求进行必要的保养。

火花塞的安装要求：①严格按厂家要求安装，用专用火花塞套筒拧紧火花塞，拧紧力矩为30N·m；②由于高压电源会在接触表面产生电弧，弹簧与火花塞头部接触部位受热氧化，导致接触部位电阻过大，分压作用过大会影响火花塞点火能量，严重时会造成失火，所以安装火花塞和点火线圈时，必须在火花塞头部涂抹导电膏；③在胶套与火花塞接触的陶瓷部位应该涂抹绝缘润滑油脂，以防止因胶套老化导致火花塞与缸盖之间漏电。

四、LNG发动机的日常维护

为发挥LNG城市公交车辆的最大运行效率，公交公司要确保驾驶员正确、规范地操作LNG车辆，维修人员熟悉天然发动机工作原理、发动机线路图、各传感器针脚定义以及电器参数，熟悉常规发动机的故障诊断等，在维修时采用专用诊断工具诊断和人工诊断相结合进行故障排除，充分发挥LNG城市公交车辆在环保的优势和确保企业的经济效益。