LNG城市公交車(chē)輛的故障排除與維護(hù)

文/福建 林建華

(作者林建華單位為石獅市公共交通運(yùn)輸有限公司)

一、LNG發(fā)動(dòng)機(jī)的特性

LNG的主要成分是甲烷，是通過(guò)生產(chǎn)的天然氣凈化處理后，在常壓下將氣態(tài)的天然氣冷卻至-162℃，使之保存成液體。LNG的體積約為同量氣態(tài)天然氣的1/600，密度是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下甲烷的625倍。LNG車(chē)輛與柴油車(chē)輛相比，尾氣中CO減少97%，CO2減少90%，碳?xì)浠衔餃p少72%，噪音減少40%，苯、鉛粉塵減少100%，具有顯著的環(huán)保優(yōu)勢(shì)。

LNG發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，它與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)差別較大，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.燃料供給系統(tǒng)

LNG發(fā)動(dòng)機(jī)取消了柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)相關(guān)的零部件，增加了汽化器、穩(wěn)壓器、電控調(diào)壓器、混合器、電子節(jié)氣門(mén)、防喘振閥和低壓濾清器等控制天然氣噴射量和噴射時(shí)間的零部件。

2.點(diǎn)火系統(tǒng)

柴油機(jī)是壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，而LNG發(fā)動(dòng)機(jī)由于受燃料特性(抗爆震性能)的限制，采用與汽油機(jī)相同的點(diǎn)火燃燒方式，通過(guò)凸輪軸位置傳感器獲得點(diǎn)火正時(shí)信號(hào)，增加了電控模塊、點(diǎn)火線圈和火花塞等零件組成的點(diǎn)火系統(tǒng)。

3.控制系統(tǒng)

LNG發(fā)動(dòng)機(jī)是電控發(fā)動(dòng)機(jī)，各工況的空燃比、點(diǎn)火提前角以及增壓壓力都實(shí)現(xiàn)了更精確的控制。為滿足這些控制要求，增加了相應(yīng)的天然氣溫度、天然氣壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度、進(jìn)氣空氣壓力及溫度、環(huán)境壓力、環(huán)境濕度及溫度、點(diǎn)火正時(shí)以及氧濃度等傳感器。

4.壓縮比

壓縮比的選取與燃料的抗爆震性能密切相關(guān)，抗爆震性能用燃料的辛烷值來(lái)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燃燒方式與柴油不同。如YC4G系列發(fā)動(dòng)機(jī)可通博世LSU4.9寬域過(guò)氧傳感器測(cè)量尾氣中的氧濃度，從而推算出混合氣空燃比。發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)氧傳感器的反饋信號(hào)不斷修正天然氣的噴射量，實(shí)現(xiàn)全工況閉環(huán)控制，精確控制空燃比，使天然氣在缸內(nèi)燃燒最優(yōu)化。

6.增壓壓力控制系統(tǒng)

LNG發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓壓力控制系統(tǒng)在原有廢氣旁通控制閥的基礎(chǔ)上，增加了防喘振閥和空氣調(diào)壓器。

二、氣瓶及其控制結(jié)構(gòu)

氣瓶在系統(tǒng)中主要是替代汽車(chē)燃油箱，貯存、供給發(fā)動(dòng)機(jī)液態(tài)天然氣。L N G氣瓶(圖2)具有良好的隔熱性能，有效延長(zhǎng)了L N G無(wú)損儲(chǔ)存的時(shí)間。與CNG(Compressed Natural Gas，壓縮天然氣)氣瓶相比，LNG氣瓶攜帶的天然氣更多，因此更適合中長(zhǎng)距離運(yùn)輸。

表1 氣瓶上的控制系統(tǒng)

L N G氣瓶計(jì)算壓力為3.18 M Pa，工作壓力1.59M Pa；設(shè)計(jì)溫度-196℃，工作溫度-162℃；充裝系數(shù)0.9,主體材料為0Cr18Ni9(304)，瓶上設(shè)有一、二級(jí)安全閥，進(jìn)出液口，限流閥，氣相口，電容式液位計(jì)，壓力表和瓶?jī)?nèi)壓力自動(dòng)調(diào)壓裝置及自增壓(穩(wěn)壓)系統(tǒng)。本文城市公交車(chē)型的氣瓶容量為275L，空罐的加液重量為105kg。

車(chē)用LNG供氣系統(tǒng)包括專(zhuān)用車(chē)載低溫絕熱瓶、充裝接口、安全限流裝置、LNG汽化器、穩(wěn)壓器、壓力顯示等裝置組成，氣瓶上的控制系統(tǒng)有經(jīng)濟(jì)閥、過(guò)流閥等(見(jiàn)圖3、表1)。

三、案例分析

下文以金龍X M Q 6770AG N 4城市公交裝備的玉柴YC4G180N-40國(guó)Ⅳ液化天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷為例，將LNG城市公交車(chē)的故障分成氣瓶及氣瓶控制系統(tǒng)的故障、液化天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)故障兩類(lèi)進(jìn)行診斷。

案例一

故障現(xiàn)象

一輛LNG公交車(chē)啟動(dòng)后怠速游車(chē)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作不穩(wěn)、加速無(wú)力。冷車(chē)時(shí)氣瓶壓力顯示1.5MPa。

故障診斷與排除

經(jīng)檢查氣瓶無(wú)漏氣現(xiàn)象，停機(jī)狀態(tài)檢查氣瓶壓力為1.14MPa。在電控調(diào)壓器前裝壓力計(jì)，檢查氣瓶壓力為1.14MPa，壓力表顯示1.0 5 M P a。啟動(dòng)后的開(kāi)機(jī)狀態(tài)氣瓶壓力為1.14 M Pa，壓力表顯示1.02MPa。調(diào)整穩(wěn)壓器(圖4)，壓力表顯示沒(méi)有變化。空車(chē)將加速踏板踩到底，壓力表從1.02MPa迅速下降到0.7MPa，約1s后回到0.9MPa。用玉柴診斷軟件進(jìn)行診斷，顯示出歷史故障1154，即“閉環(huán)修正量低”。故障原因?yàn)榉€(wěn)壓器無(wú)法將壓力穩(wěn)住，導(dǎo)致壓力過(guò)高，加速時(shí)候流量太小，導(dǎo)致加速無(wú)力。要求浙江藍(lán)幫氣瓶控制系統(tǒng)廠家重新調(diào)整穩(wěn)壓器，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)候保持(瞬態(tài))0.8MPa，故障排除。

維修小結(jié)

穩(wěn)壓器的主要作用有：①當(dāng)氣瓶?jī)?nèi)液體溫度升高，氣瓶壓力最高可能超過(guò)1.6MPa，而玉柴發(fā)動(dòng)機(jī)最高使用壓力為1.38MPa，超過(guò)該壓力可能導(dǎo)致電控調(diào)壓器失效、發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法啟動(dòng)、游車(chē)、催化器燒結(jié)等故障；②在汽化器和低壓電磁閥之間安裝一個(gè)穩(wěn)壓器，通過(guò)穩(wěn)壓器的減壓作用使壓力降低至穩(wěn)壓器的設(shè)定壓力，以保證進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的天然氣壓力符合發(fā)動(dòng)機(jī)要求。

穩(wěn)壓器的維修安裝要求：①穩(wěn)壓器出口必須安裝一個(gè)壓力表，以監(jiān)測(cè)穩(wěn)壓器出口壓力；②穩(wěn)壓器需安裝牢固，并有減振措施。

案例二

故障現(xiàn)象

一輛LNG公交車(chē)行駛里程27996km，在行駛中出現(xiàn)3擋加速抖動(dòng)、加速無(wú)力且氣耗高等現(xiàn)象，冷車(chē)時(shí)氣瓶壓力顯示為1.1MPa。

故障診斷與排除

檢查氣瓶壓力為0.88MPa，連接玉柴專(zhuān)用診斷儀，發(fā)現(xiàn)第三缸火花塞需要保養(yǎng)。對(duì)第三缸火花塞清除積炭，按照玉柴公司的技術(shù)要求，調(diào)整銥金火花塞NGK(IFR7F-4D)電極間隙，試車(chē)故障排除。

維修小結(jié)

火花塞作用是接收來(lái)自點(diǎn)火線圈(圖5)的高電壓，可達(dá)到40kV或者更高，產(chǎn)生火花點(diǎn)燃天然氣。隨著時(shí)間的推移，火花塞會(huì)逐漸腐蝕且電極間隙擴(kuò)大，火花塞跳火需要的能量也會(huì)增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)失火現(xiàn)象。

火花塞間隙的要求：LNG發(fā)動(dòng)機(jī)銥金火花塞電極間隙為0.4±0.05mm，維護(hù)時(shí)要按廠家的技術(shù)要求進(jìn)行必要的保養(yǎng)。

火花塞的安裝要求：①嚴(yán)格按廠家要求安裝，用專(zhuān)用火花塞套筒擰緊火花塞，擰緊力矩為30N·m；②由于高壓電源會(huì)在接觸表面產(chǎn)生電弧，彈簧與火花塞頭部接觸部位受熱氧化，導(dǎo)致接觸部位電阻過(guò)大，分壓作用過(guò)大會(huì)影響火花塞點(diǎn)火能量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成失火，所以安裝火花塞和點(diǎn)火線圈時(shí)，必須在火花塞頭部涂抹導(dǎo)電膏；③在膠套與火花塞接觸的陶瓷部位應(yīng)該涂抹絕緣潤(rùn)滑油脂，以防止因膠套老化導(dǎo)致火花塞與缸蓋之間漏電。

四、LNG發(fā)動(dòng)機(jī)的日常維護(hù)

為發(fā)揮LNG城市公交車(chē)輛的最大運(yùn)行效率，公交公司要確保駕駛員正確、規(guī)范地操作LNG車(chē)輛，維修人員熟悉天然發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理、發(fā)動(dòng)機(jī)線路圖、各傳感器針腳定義以及電器參數(shù)，熟悉常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷等，在維修時(shí)采用專(zhuān)用診斷工具診斷和人工診斷相結(jié)合進(jìn)行故障排除，充分發(fā)揮LNG城市公交車(chē)輛在環(huán)保的優(yōu)勢(shì)和確保企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.駕駛員的安全操作與維護(hù)

(1)通過(guò)崗前理論培訓(xùn)，對(duì)駕駛員現(xiàn)場(chǎng)講解各閥件的功能與使用，使駕駛員掌握相關(guān)的LNG知識(shí)和氣瓶及氣瓶控制系統(tǒng)的功用，駕駛員通過(guò)《LNG公交車(chē)輛的使用操作試卷》考試后方可上崗。

(2)每天使用汽車(chē)之前，除機(jī)油、冷卻水等常規(guī)檢查外，必須檢查氣瓶與托架、供氣裝置與大梁之間的固定是否牢固，檢查天然氣設(shè)備的狀態(tài)，確定所有氣管的連接處是否漏氣。

(3)啟動(dòng)時(shí)先將點(diǎn)火開(kāi)關(guān)擰到電源接通位置，停留2～3s，不踩加速踏板啟動(dòng)。啟動(dòng)時(shí)切忌空踩加速踏板和利用大油門(mén)啟動(dòng)(踩加速踏板不會(huì)加快啟動(dòng)速度，只會(huì)造成啟動(dòng)后因加速過(guò)大而使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高，從而造成燃料浪費(fèi)和加速發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)件的磨損)。

(4)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，應(yīng)保持怠速運(yùn)轉(zhuǎn)3～5min，確保發(fā)動(dòng)機(jī)得到充分潤(rùn)滑。

(5)遇到瓶身有出汗結(jié)霜結(jié)露，車(chē)內(nèi)漏氣報(bào)警器鳴響，必須進(jìn)廠修復(fù)。

2.維修的后勤保障

(1)對(duì)于LNG車(chē)輛的維修人員，必須經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)并取得合格證后方可上崗。

(2)在排除供氣系統(tǒng)故障時(shí)，必須關(guān)閉總氣閥和全部鋼瓶氣閥。

(3)嚴(yán)禁在帶壓狀態(tài)下進(jìn)行修理作業(yè)。

(4)禁止隨意敲擊、扭曲、挪動(dòng)全車(chē)不銹鋼管。

(5)維修人員在維修中必須嚴(yán)格檢查高、低壓線插頭，電腦板及轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)接線頭與導(dǎo)線的絕緣體，嚴(yán)格防止短路，接觸不良。點(diǎn)火高壓線的絕緣和固定情況應(yīng)嚴(yán)格檢查，避免高壓線路漏電跳火現(xiàn)象的發(fā)生。

(6)全車(chē)總成線均不允許與燃?xì)夤艿老啻?、纏繞；高壓管線、卡套接頭不允許修復(fù)使用，只能更換。

(7)在故障部位修復(fù)后，應(yīng)嚴(yán)格檢查卡套是否完好無(wú)損；在維修后，應(yīng)采用氣體泄漏檢測(cè)儀或肥皂水進(jìn)行泄漏檢驗(yàn)。