LNG 客车燃气喷射器的“2+2”故障诊断法及手动清洗操作规范

2020-12-04江苏龙捷汽车服务常州有限公司王晓昀

汽车维护与修理 2020年11期

江苏龙捷汽车服务常州有限公司王晓昀，乔森

近年来，国家大力提倡节能减排和低碳发展的政策，推动了清洁能源天然气业务快速发展。目前，常州公路运输集团有限公司使用的均为LNG（Liquefied natural gas）客车，车辆使用潍柴动力总成，发动机的主要型号为潍柴WP10NG、潍柴WP7NG和潍柴WP6NG，这些发动机均匹配WOODWARD（伍德沃德）公司的OH2.X 型LNG燃气控制系统。在使用过程中这些车辆经常会发生发动机无法起动或起动困难、怠速不稳、动力不足、燃气消耗过大、排气有异味等故障。通过对大量车辆的诊断与维修，我们发现，虽然造成这些故障的原因可能多种多样，但是70%以上是由燃气计量阀（FMV，图1）上的燃气喷射器（图2）故障造成的。

1 LNG客车燃气控制系统介绍

查看WOODWARD OH2.X燃气控制系统（图3）可知，减压后的天然气经热交换器和燃气节温器后被加热到合适的温度范围，然后进入燃气计量阀。燃气计量阀根据不同的发动机型号分别配有8个、10个和12个燃气喷射器，这些燃气喷射器分2组平行布置，每个喷射器对应1个驱动器。在正常工况下，燃气喷射器是依次轮流喷射的；在特殊工况下（如急加速），燃气喷射器会同时喷射以增加燃气喷射量，加快系统反应速度。燃气计量阀的工作电压是16 V～32 V。每个燃气喷射器的峰值电流是4 A，维持电流是1 A。

根据发动机运行工况，ECU调整燃气喷射器脉宽占空比，控制燃气喷射量，保证发动机在设定的空燃比下运行。通过对系统结构的分析和实际使用维修的经验，由于燃气喷射器在发动机工作过程中以极高的频率运转，其中的任何杂质（如发动机运转产生的各类积炭、结焦）都会使喷射器损坏或工作不良，所以燃气喷射器一直是损坏频率较高，故障现象较多的部件。为此我们总结出了一套快速、高效、经济的燃气喷射器“2+2”故障诊断法，下面作具体阐述。

图1 燃气计量阀

图2 燃气喷射器

2 燃气喷射器“2+2”故障诊断法

燃气喷射器“2+2”故障诊断法主要分为仪器诊断法和拆检诊断法，其中仪器诊断法分为WOODWARD公司专用ToolKit诊断软件诊断法和其他仪器的诊断法；拆检诊断法分为燃气喷射器清洗试验台诊断法和简易检测工具诊断法。掌握这些诊断方法有助于提高LNG客车燃气喷射器故障诊断的快速性和准确性，减少客车的在厂检修时间，节省大量维修成本。

图3 WOODWARD OH2.X燃气控制系统

2.1 仪器诊断法

2.1.1 WOODWARD公司专用ToolKit诊断软件诊断法

WOODWARD OH2.X燃气控制系统具有以下技术特性：电控喷射，进气总管预混合；电子节气门控制；增压压力闭环控制；空燃比闭环控制；可以稀薄燃烧，能够达到欧四及以上排放标准。该控制系统配备了自诊断系统，能实时监控车辆的工作状态，及时诊断并通过发动机故障灯报警。

WOODWARD公司专门开发ToolKit诊断软件来对发动机运行参数进行监控和故障诊断。图4所示为该诊断软件的标准化中文界面。

连接上安装有诊断程序的笔记本电脑，接通点火开关，进入诊断界面。在诊断界面上有个燃气压力数值显示（标准燃气压力为8.2 bar，1 bar=100 kPa），观察软件页面上天然气压力数值是否会迅速减小，若数值会减小，甚至减小到0 bar～1 bar，我们可以判断有燃气喷射器存在内漏气现象（针阀卡在常开位置），大量燃气直接进入发动机，造成混合气严重过浓，发动机不能起动。

图4 ToolKit诊断程序的标准化中文界面（截屏）

若发动机出现动力下降、怠速不稳等现象，且存储故障代码951～959或961～969，表示某个喷射器或其线路有故障。可使用ToolKit诊断软件内的“喷射器-诊断测试”模块，逐个切断喷射器来判断是哪个喷射器存在故障。若存储故障代码441、451、461、471，可通过观察ToolKit诊断软件内闭环修正系数及自适应表（图5）来进一步判断故障。系数为正数代表该工况混合气稀；系数为负数代表该工况混合气浓。一般情况下系数如果大于0.2或小于-0.2，此时燃气消耗增加，但发动机故障灯不亮，需检查燃气喷射器是否存在卡滞和污损的现象，并清燃气洗喷射器；当系数大于0.3或小于-0.3时，故障现象较为明显（燃气消耗非常大，严重时会发生怠速游车、排气有异味），此时发动机故障灯将点亮，一般这种情况是某个燃气喷射器完全失效了。

2.1.2 其他仪器的诊断方法

在实际诊断中主要是借助万用表、测试笔等仪器进行测试。如果发动机无法起动，燃气喷射器无燃气喷出，需要使用万用表检测燃气喷射器是否有24 V供电电压，如无电压，需检查燃气喷射器供电熔丝、继电器和线路等是否正常，然后测量单个燃气喷射器的电阻（正常室温下电阻为8 Ω～10 Ω），如果阻值不在规定范围内，一般为燃气喷射器线圈短路、虚接或断路，需要更换燃气喷射器，如阻值正常，可在相应喷射器的接线端导线连接器上跨接一个LED试灯，接通点火开关，查看LED灯是否闪亮，如不闪亮需测量有无24 V供电电压。常见的故障原因有导线连接器损坏、端子退缩、线路断路等。

2.2 拆检诊断法

通过对LNG燃气喷射器故障诊断，可以发现燃气喷射器故障除少数由线路故障或燃气喷射器的线圈损坏造成外，绝大多数是由燃气喷射器积炭、结焦或内部杂质导致燃气喷射器异常磨损造成的。

图5 诊断软件内闭环修正系数及自适应表（截屏）

燃气喷射器结构（图6）与一般轿车上使用的燃油喷射器结构相似，都是由滤网、导线连接器、电磁线圈、复位弹簧和针阀等组成的，所以燃气喷射器的清洗和维修方法与燃油喷射器类似。根据各维修企业的设备条件，目前可采取以下方案对燃气喷射器进行单个检测。

图6 燃气喷射器结构

2.2.1 燃气喷射器清洗试验台诊断法

燃气喷射器清洗试验台（图7）与燃油喷射器试验台结构和原理均相似，不同的地方在于燃气喷射器的驱动电压是24 V，燃油喷射器的驱动电压是12 V。目前，市场上已经有各种试验台在售，使用时只需按照设备说明进行操作即可。

图7 燃气喷射器清洗试验台

2.2.2 简易工具诊断法

对维修台次较小的企业，可采取自制简易测试装置（图8）来检测。使用时将连接管接到燃气喷射器进气口，施加6 bar～8 bar气压，测试燃气喷射器有无泄漏（可放入清水观察是否冒气泡）。使用简易试验开关，接通24 V电源，检查是否有断路的燃气喷射器。

图8 自制简易测试装置

3 故障案例解析

故障现象一辆苏州金龙海格KLQ6125客车，搭载潍柴WP10NG发动机，匹配WOODWARD公司的OH2.X 型LNG燃气控制系统。该车发动机无法起动。

故障诊断首先观察驾驶人仪表台处显示屏，显示有燃气，LNG储液钢瓶上的压力表显示钢瓶内压力为11 bar，压力正常。连接安装有ToolKit诊断软件的故障检测仪，接通点火开关，显示燃气压力为9 bar，正常。拆下燃气计量阀连接到混合器的出气管（注意安全，不能有明火），起动发动机，管内有燃气喷出。拆下任意气缸的火花塞，连上分缸线，起动发动机，高压点火正常。进一步检查发现，燃气压力在接通点火开关时显示为9 bar，但是一会儿就下降至1 bar，由此推断某个部位存在漏气现象，结合发动机无法起动的故障现象分析，怀疑有燃气喷射器针阀卡死在常开位置。使用诊断软件内的燃气喷射器切断测试程序测试并打开发动机转速波形图，发现在切断4号燃气喷射器时发动机转速无变化，由此推断该燃气喷射器损坏。

故障排除更换4号燃气喷射器后试车，故障现象没有再出现，故障排除。

故障分析虽然有燃气进入气缸，且有高压点火，但是，由于4号燃气喷射器存在针阀卡死现象，造成大量的LNG气体未经计量就进入气缸内部，导致混合气严重过浓，发动机便不能起动了。

4 手动清洗燃气喷射器操作规范

潍柴对燃气喷射器有专用的不拆解清洗设备，ToolKit诊断软件内有相对应的清洗程序，通过实践，发现该清洗程序效果一般，所以我们现在都采取拆卸后分解清洗的方法。

4.1 拆装方法

（1）从车上拆下燃气计量阀总成。

（2）使用6.3 mm内六角扳手拆卸燃气计量阀总成上固定上下壳体的内六角螺栓。

（3）分离上下壳体（不能使用金属硬物敲击，可以使用木锤或橡胶锤）。

（4）依次取下所有燃气喷射器（图9），并按顺序放置。

图9 拆解燃气计量阀总成

（5）安装时在燃气喷射器两端O形圈处涂抹凡士林，依次安装燃气喷射器。

（6）安装上下壳体，紧固内六角螺栓。

4.2 清洗方法

（1）使用专用超声波清洗机和清洗液（图10）进行清洗，将燃气喷射器放置在清洗架上，加入清洗液，进行清洗。

图10 专用超声波清洗机和清洗液

（2）对维修量较小的单位，可使用自制的简易燃气喷射器清洗装置（图11），用化油器清洗剂进行清洗。清洗时，将清洗头一端连接燃气喷射器进气口，另一端连接化油器清洗剂。供电线与燃气喷射器接线柱连接，另一端与蓄电池24 V电源连接，接通电源，同时向下按压清洗头，对燃气喷射器进行手动清洗。清洗完成后需使用自制简易测试装置进行检测。