文/福建 林建華

(作者林建華單位為石獅市公共交通運輸有限公司)

一、LNG發(fā)動機的特性

LNG的主要成分是甲烷，是通過生產(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，密度是標準狀態(tài)下甲烷的625倍。LNG車輛與柴油車輛相比，尾氣中CO減少97%，CO2減少90%，碳氫化合物減少72%，噪音減少40%，苯、鉛粉塵減少100%，具有顯著的環(huán)保優(yōu)勢。

LNG發(fā)動機結(jié)構(gòu)如圖1所示，它與柴油發(fā)動機差別較大，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1.燃料供給系統(tǒng)

LNG發(fā)動機取消了柴油機燃油噴射系統(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、防喘振閥和低壓濾清器等控制天然氣噴射量和噴射時間的零部件。

2.點火系統(tǒng)

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

3.控制系統(tǒng)

LNG發(fā)動機是電控發(fā)動機，各工況的空燃比、點火提前角以及增壓壓力都實現(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)動機冷卻水溫度、進氣空氣壓力及溫度、環(huán)境壓力、環(huán)境濕度及溫度、點火正時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)動機可通博世LSU4.9寬域過氧傳感器測量尾氣中的氧濃度，從而推算出混合氣空燃比。發(fā)動機控制系統(tǒng)通過氧傳感器的反饋信號不斷修正天然氣的噴射量，實現(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)動機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)中主要是替代汽車燃油箱，貯存、供給發(fā)動機液態(tài)天然氣。L N G氣瓶(圖2)具有良好的隔熱性能，有效延長了L N G無損儲存的時間。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，因此更適合中長距離運輸。

表1 氣瓶上的控制系統(tǒng)

L N G氣瓶計算壓力為3.18 M Pa，工作壓力1.59M Pa；設(shè)計溫度-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、二級安全閥，進出液口，限流閥，氣相口，電容式液位計，壓力表和瓶內(nèi)壓力自動調(diào)壓裝置及自增壓(穩(wěn)壓)系統(tǒng)。本文城市公交車型的氣瓶容量為275L，空罐的加液重量為105kg。

車用LNG供氣系統(tǒng)包括專用車載低溫絕熱瓶、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)濟閥、過流閥等(見圖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Ⅳ液化天然氣發(fā)動機故障診斷為例，將LNG城市公交車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)動機故障兩類進行診斷。

案例一

故障現(xiàn)象

一輛LNG公交車啟動后怠速游車，發(fā)動機工作不穩(wěn)、加速無力。冷車時氣瓶壓力顯示1.5MPa。

故障診斷與排除

經(jīng)檢查氣瓶無漏氣現(xiàn)象，停機狀態(tài)檢查氣瓶壓力為1.14MPa。在電控調(diào)壓器前裝壓力計，檢查氣瓶壓力為1.14MPa，壓力表顯示1.0 5 M P a。啟動后的開機狀態(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)，壓力表顯示沒有變化。空車將加速踏板踩到底，壓力表從1.02MPa迅速下降到0.7MPa，約1s后回到0.9MPa。用玉柴診斷軟件進行診斷，顯示出歷史故障1154，即“閉環(huán)修正量低”。故障原因為穩(wěn)壓器無法將壓力穩(wěn)住，導(dǎo)致壓力過高，加速時候流量太小，導(dǎo)致加速無力。要求浙江藍幫氣瓶控制系統(tǒng)廠家重新調(diào)整穩(wěn)壓器，發(fā)動機運轉(zhuǎn)時候保持(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當氣瓶內(nèi)液體溫度升高，氣瓶壓力最高可能超過1.6MPa，而玉柴發(fā)動機最高使用壓力為1.38MPa，超過該壓力可能導(dǎo)致電控調(diào)壓器失效、發(fā)動機無法啟動、游車、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穩(wěn)壓器，通過穩(wěn)壓器的減壓作用使壓力降低至穩(wěn)壓器的設(shè)定壓力，以保證進入發(fā)動機的天然氣壓力符合發(fā)動機要求。

穩(wěn)壓器的維修安裝要求：①穩(wěn)壓器出口必須安裝一個壓力表，以監(jiān)測穩(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公交車行駛里程27996km，在行駛中出現(xiàn)3擋加速抖動、加速無力且氣耗高等現(xiàn)象，冷車時氣瓶壓力顯示為1.1MPa。

故障診斷與排除

檢查氣瓶壓力為0.88MPa，連接玉柴專用診斷儀，發(fā)現(xiàn)第三缸火花塞需要保養(yǎng)。對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，試車故障排除。

維修小結(jié)

火花塞作用是接收來自點火線圈(圖5)的高電壓，可達到40kV或者更高，產(chǎn)生火花點燃天然氣。隨著時間的推移，火花塞會逐漸腐蝕且電極間隙擴大，火花塞跳火需要的能量也會增大，嚴重時會出現(xiàn)失火現(xiàn)象。

火花塞間隙的要求：LNG發(fā)動機銥金火花塞電極間隙為0.4±0.05mm，維護時要按廠家的技術(shù)要求進行必要的保養(yǎng)。

火花塞的安裝要求：①嚴格按廠家要求安裝，用專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)致接觸部位電阻過大，分壓作用過大會影響火花塞點火能量，嚴重時會造成失火，所以安裝火花塞和點火線圈時，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)動機的日常維護

為發(fā)揮LNG城市公交車輛的最大運行效率，公交公司要確保駕駛員正確、規(guī)范地操作LNG車輛，維修人員熟悉天然發(fā)動機工作原理、發(fā)動機線路圖、各傳感器針腳定義以及電器參數(shù)，熟悉常規(guī)發(fā)動機的故障診斷等，在維修時采用專用診斷工具診斷和人工診斷相結(jié)合進行故障排除，充分發(fā)揮LNG城市公交車輛在環(huán)保的優(yōu)勢和確保企業(yè)的經(jīng)濟效益。

1.駕駛員的安全操作與維護

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

(2)每天使用汽車之前，除機油、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)啟動時先將點火開關(guān)擰到電源接通位置，停留2～3s，不踩加速踏板啟動。啟動時切忌空踩加速踏板和利用大油門啟動(踩加速踏板不會加快啟動速度，只會造成啟動后因加速過大而使發(fā)動機轉(zhuǎn)速過高，從而造成燃料浪費和加速發(fā)動機運動件的磨損)。

(4)發(fā)動機啟動后，應(yīng)保持怠速運轉(zhuǎn)3～5min，確保發(fā)動機得到充分潤滑。

(5)遇到瓶身有出汗結(jié)霜結(jié)露，車內(nèi)漏氣報警器鳴響，必須進廠修復(fù)。

2.維修的后勤保障

(1)對于LNG車輛的維修人員，必須經(jīng)過專業(yè)培訓并取得合格證后方可上崗。

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

(3)嚴禁在帶壓狀態(tài)下進行修理作業(yè)。

(4)禁止隨意敲擊、扭曲、挪動全車不銹鋼管。

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

(6)全車總成線均不允許與燃氣管道相搭、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)嚴格檢查卡套是否完好無損；在維修后，應(yīng)采用氣體泄漏檢測儀或肥皂水進行泄漏檢驗。