趙小龍，湯玉勝

（杭州長(zhǎng)運(yùn)運(yùn)輸集團(tuán)有限公司 汽車修理分公司，浙江 杭州 310000）

液化天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)自燃原因分析與改進(jìn)

趙小龍，湯玉勝

（杭州長(zhǎng)運(yùn)運(yùn)輸集團(tuán)有限公司 汽車修理分公司，浙江 杭州 310000）

1 故障現(xiàn)象

某運(yùn)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(yùn)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(diǎn)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(guò)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(gè)體積的LNG（液態(tài)）將產(chǎn)生625個(gè)體積的氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）。LNG（液態(tài)）密度：0.42 kg/L；天然氣（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)/氣態(tài)）密度：0.7 kg/m3。液化天然氣燃點(diǎn)高，安全性能好，適于長(zhǎng)途運(yùn)輸和儲(chǔ)存。 在大氣環(huán)境下，天然氣與空氣混合時(shí)，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(guò)程：-160 ℃液態(tài)天然氣從氣瓶進(jìn)入汽化器加熱汽化，變?yōu)槌B(tài)天然氣，經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓罐穩(wěn)壓之后通過(guò)電磁切斷閥進(jìn)入穩(wěn)壓器，一定壓力的燃?xì)膺M(jìn)入燃?xì)鉃V清器，燃?xì)饨?jīng)過(guò)濾清器過(guò)濾雜質(zhì)，進(jìn)入熱交換器加熱，通過(guò)冷卻液溫度來(lái)控制燃?xì)鉁囟?，一定溫度范圍的燃?xì)膺M(jìn)入燃?xì)庥?jì)量閥FMV，由ECU控制燃?xì)庥?jì)量閥FMV噴入混合器的燃?xì)饬颗c增壓后的空氣混合，經(jīng)過(guò)電子節(jié)氣門(mén)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒。工作示意圖見(jiàn)圖1。

液化天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)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?xì)庥?jì)量閥總成（圖2）由多個(gè)燃?xì)庥?jì)量閥和上下2個(gè)閥座用螺栓固定所組成，計(jì)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(dòng)機(jī)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(méi)有很好地在汽化器汽化，到達(dá)了燃?xì)庥?jì)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(shí)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(dá)到一定濃度時(shí)，遇到一些特殊情況就有可能被點(diǎn)燃。具體原因分析如下。

圖1 LNG發(fā)動(dòng)機(jī)工作示意圖

圖2 燃?xì)庥?jì)量閥總成

1）冷卻液少或發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸床被沖掉，導(dǎo)致無(wú)法正常提供足夠水壓、熱量的冷卻液到汽化器。

2）在發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間利用自來(lái)水或者不良的防凍液作為冷卻液時(shí)，會(huì)出現(xiàn)黃色泥漿水，嚴(yán)重時(shí)將堵塞水管，導(dǎo)致汽化器的熱源無(wú)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(dòng)機(jī)改進(jìn)

為了避免LNG天然氣客車自燃，我們進(jìn)行了改進(jìn)。如果配套廠家在汽化器出廠時(shí)改進(jìn)，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(huì)更好。使用以下2個(gè)方法進(jìn)行改進(jìn)（2個(gè)方法可以同時(shí)使用，也可單獨(dú)使用）。

1） 加裝數(shù)顯水溫表來(lái)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(dǎo)線，見(jiàn)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(jié)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(jiàn)的地方。發(fā)動(dòng)機(jī)行駛時(shí)，水溫正常在80 ℃左右，在經(jīng)過(guò)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(yīng)在加裝的水溫表上，說(shuō)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(guò)一個(gè)試驗(yàn)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫在80 ℃時(shí)，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(jìn)水口堵住，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，怠速運(yùn)行20 min后，汽化器水溫降至40 ℃左右，汽化器表面局部有結(jié)霜，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速有一定升高。再運(yùn)行10 min后，汽化器出水口溫度降到30 ℃，汽化器表面大量結(jié)霜。繼續(xù)試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)將增加，所以終止了試驗(yàn)。由此得出結(jié)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(bào)警設(shè)備。當(dāng)汽化器表面溫度低于2 ℃時(shí)報(bào)警。材料有蜂鳴器、空調(diào)化霜開(kāi)關(guān)、繼電器、導(dǎo)線。

圖5 空調(diào)化霜開(kāi)關(guān)

空調(diào)化霜開(kāi)關(guān)(溫控開(kāi)關(guān))主要由毛細(xì)管、動(dòng)力包、觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)組成，見(jiàn)圖5。工作原理：毛細(xì)管和動(dòng)力包互通，內(nèi)充有制冷劑，制冷劑的收縮與膨脹都會(huì)帶動(dòng)動(dòng)力包的工作點(diǎn)位移。盤(pán)管溫度低于2 ℃，動(dòng)力包收縮，觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。盤(pán)管溫度高于3.5 ℃動(dòng)力包工作，推動(dòng)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)觸點(diǎn)來(lái)控制蜂鳴器，當(dāng)溫度低于2 ℃時(shí)報(bào)警，高于3.5 ℃時(shí)停止報(bào)警。工作原理見(jiàn)圖6。

圖6 汽化器低溫報(bào)警工作原理

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

4 總結(jié)與實(shí)施

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

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

對(duì)某公司19輛LNG天然氣客車進(jìn)行先行改進(jìn)，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(shí)間，得到公司領(lǐng)導(dǎo)和駕駛員的一致好評(píng)?，F(xiàn)準(zhǔn)備對(duì)下屬各子公司的 LNG天然氣客車全面進(jìn)行改進(jìn)。

（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(jí)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(jí)技師，主要從事汽車電氣修理工作。