液化天然氣發(fā)動機自燃原因分析與改進

趙小龍，湯玉勝

（杭州長運運輸集團有限公司 汽車修理分公司，浙江 杭州 310000）

液化天然氣發(fā)動機自燃原因分析與改進

趙小龍，湯玉勝

（杭州長運運輸集團有限公司 汽車修理分公司，浙江 杭州 310000）

1 故障現(xiàn)象

某運輸企業(yè)有二十幾輛LNG天然氣客車班線車，半年間有2輛青年客車的LNG天然氣客車在行駛中發(fā)生自燃。一輛行駛400 000 km左右，一輛行駛360 000 km左右，車況較好。某運輸公司剛從某客車生產(chǎn)企業(yè)提的新車，在回程的高速公路上自燃。事后分析事故原因，主要是汽化器汽化不完全。

2 原因分析

LNG天然氣的溫度極低，其沸點在大氣壓力下約為-160 ℃，沸騰溫度隨蒸汽壓力的變化梯度約為1.25×10-4℃/Pa，天然氣在常溫下不能通過加壓液化，必須將溫度降到約-80 ℃以下才能在一定壓力下液化。通常情況下1個體積的LNG（液態(tài)）將產(chǎn)生625個體積的氣體（標準狀態(tài)）。LNG（液態(tài)）密度：0.42 kg/L；天然氣（標準狀態(tài)/氣態(tài)）密度：0.7 kg/m3。液化天然氣燃點高，安全性能好，適于長途運輸和儲存。 在大氣環(huán)境下，天然氣與空氣混合時，其體積約占5 %～15 %的情況下是可燃的。

液化天然氣（LNG）變?yōu)闅鈶B(tài)天然氣的過程：-160 ℃液態(tài)天然氣從氣瓶進入汽化器加熱汽化，變?yōu)槌B(tài)天然氣，經(jīng)過穩(wěn)壓罐穩(wěn)壓之后通過電磁切斷閥進入穩(wěn)壓器，一定壓力的燃氣進入燃氣濾清器，燃氣經(jīng)過濾清器過濾雜質(zhì)，進入熱交換器加熱，通過冷卻液溫度來控制燃氣溫度，一定溫度范圍的燃氣進入燃氣計量閥FMV，由ECU控制燃氣計量閥FMV噴入混合器的燃氣量與增壓后的空氣混合，經(jīng)過電子節(jié)氣門進入發(fā)動機氣缸內(nèi)燃燒。工作示意圖見圖1。

液化天然氣發(fā)動機正常工作的條件是汽化完全的天然氣，我們分析了多輛自燃車輛，發(fā)現(xiàn)主要原因是汽化不完全。燃氣計量閥總成（圖2）由多個燃氣計量閥和上下2個閥座用螺栓固定所組成，計量閥與閥座之間用密封圈密封，起到密封的作用。由于種種原因，到汽化器的發(fā)動機水溫比較低(冷卻液有空氣，形成氣阻，使之冷卻液不循環(huán))，低溫的液化天然氣如果沒有很好地在汽化器汽化，到達了燃氣計量閥FMV，低溫的天然氣影響密封圈密封性（一般溫度低于-30 ℃左右時密封圈將失效，材料不同有一定差別），天然氣從失效密封圈的間隙溢出，達到一定濃度時，遇到一些特殊情況就有可能被點燃。具體原因分析如下。

圖1 LNG發(fā)動機工作示意圖

圖2 燃氣計量閥總成

1）冷卻液少或發(fā)動機氣缸床被沖掉，導致無法正常提供足夠水壓、熱量的冷卻液到汽化器。

2）在發(fā)動機長時間利用自來水或者不良的防凍液作為冷卻液時，會出現(xiàn)黃色泥漿水，嚴重時將堵塞水管，導致汽化器的熱源無法正常保證。

3）汽化器內(nèi)壁破裂，將冷卻液凍牢（圖3），冷卻液出現(xiàn)不循環(huán)等現(xiàn)象。

3 發(fā)動機改進

為了避免LNG天然氣客車自燃，我們進行了改進。如果配套廠家在汽化器出廠時改進，加裝水溫表或者在汽化器出液口加裝LNG溫度傳感器這樣會更好。使用以下2個方法進行改進（2個方法可以同時使用，也可單獨使用）。

1） 加裝數(shù)顯水溫表來判斷汽化器工作情況。需要的材料有塑料或金屬加工件、水溫傳感器、數(shù)顯水溫表、四芯導線，見圖4。具體就是在汽化器出水口處，加裝塑料或金屬加工件與水溫傳感器結合體，抱箍固定。數(shù)顯水溫表則裝在駕駛室內(nèi)，駕駛員可以很方便看見的地方。發(fā)動機行駛時，水溫正常在80 ℃左右，在經(jīng)過汽化器后，冷卻液溫度下降20 ℃左右，汽化器出水口處為60 ℃，這樣就很直觀反應在加裝的水溫表上，說明汽化器工作良好。

圖4 加裝數(shù)顯水溫表所用的材料

之前做過一個試驗，當發(fā)動機水溫在80 ℃時，汽化器出水口溫度60 ℃（駕駛室加裝水溫表顯示值）。將汽化器進水口堵住，起動發(fā)動機，怠速運行20 min后，汽化器水溫降至40 ℃左右，汽化器表面局部有結霜，發(fā)動機怠速有一定升高。再運行10 min后，汽化器出水口溫度降到30 ℃，汽化器表面大量結霜。繼續(xù)試驗風險將增加，所以終止了試驗。由此得出結論：天然氣汽化器溫度表不能低于40 ℃，低于40 ℃必須停車檢查。

2） 加裝報警設備。當汽化器表面溫度低于2 ℃時報警。材料有蜂鳴器、空調(diào)化霜開關、繼電器、導線。

圖5 空調(diào)化霜開關

空調(diào)化霜開關(溫控開關)主要由毛細管、動力包、觸點開關組成，見圖5。工作原理：毛細管和動力包互通，內(nèi)充有制冷劑，制冷劑的收縮與膨脹都會帶動動力包的工作點位移。盤管溫度低于2 ℃，動力包收縮，觸點開關斷開。盤管溫度高于3.5 ℃動力包工作，推動觸點開關重新接通。

根據(jù)以上原理，直接把感溫包包裹固定于汽化器表面上，用保溫棉包裹好，利用五腳繼電器的87、87a開關觸點來控制蜂鳴器，當溫度低于2 ℃時報警，高于3.5 ℃時停止報警。工作原理見圖6。

圖6 汽化器低溫報警工作原理

此方法經(jīng)過論證，當環(huán)境溫度低于2 ℃時，汽化器出液口銅管表面也會低于2 ℃。因此冬天氣溫低時，將車輛電源接通，蜂鳴器經(jīng)常響。響聲會對部分駕駛員駕駛心態(tài)形成干擾。

4 總結與實施

第1種方法，加裝數(shù)顯水溫表來判斷汽化器工作情況。利用數(shù)顯水溫表可以很直觀反應汽化器出水口溫度，便于發(fā)現(xiàn)。

第2種方法，加裝報警設備。此方法不是很直觀，有一定的局限性。當汽化器表面溫度低于2 ℃時報警設備報警，所以每到冬天環(huán)境氣溫低于2 ℃時，報警設備常響，響聲影響駕駛員駕駛心態(tài)。

對某公司19輛LNG天然氣客車進行先行改進，使用第1種方法（其中一輛用了2種方法），加裝汽化器出水口水溫表。這些車輛已經(jīng)行駛半年時間，得到公司領導和駕駛員的一致好評?，F(xiàn)準備對下屬各子公司的 LNG天然氣客車全面進行改進。

（編輯 張每文）

U464

B

1003-8639（2017）03-0024-02

2016-04-16；

2016-12-30

趙小龍，男，浙江杭州人，汽車維修高級技師，主要從事汽車電氣修理工作；湯玉勝，男，安徽六安人，汽車維修高級技師，主要從事汽車電氣修理工作。