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LNG 汽车发动机几种故障分析与对策

 2014-08-22 11:01:49 浏览量:0

  1.活塞烧熔及缸套破碎故障分析
2009年,某公司装有LNG发动机的客车,曾先后几次出现活塞烧熔及缸套破碎的严重故障,机体解体后进行检查分析。经分析,导致故障的主要原因是发动机工作过程中产生了爆震燃烧。可燃混合气在压缩终了时利用火花塞点燃。在正常燃烧情况下,火焰从火花塞端一直传播到远离火花塞的末端。若火焰传播过程中,末端混合气自行发火燃烧,这时气缸内压力急剧增高,并发生强烈的震荡,在气缸内发出清脆的金属敲击声,这种不正常燃烧现象,被称之为爆燃。严重的爆燃将使发动机过热,功率下降,发动机磨损加剧,甚至损坏发动机零件,尤其在发动机低转速高负荷工况下产生爆燃所造成的破坏最严重。
 LNG 发动机产生爆燃的原因分析如下:
(1)用的 LNG 燃料品质较差,或抗爆性能下降;
(2)点火正时不准,点火提前角过大;
(3)混合气过浓,超过设定浓度的5%以上;
(4)涡轮增压异常,不能限制进气增压,产生过增压现象;
(5)进气的中冷器严重污染,进气温度过高;
(6)润滑油品质选择不当,使用了过高灰分的机油,导致气缸内积碳过多,压缩比相对增大。
      该公司车辆是刚投入使用不久的 LNG 客车,可暂先排除严重污染、堵塞、积碳过大等引起爆燃的原因。因而引起爆燃的原因可能是点火提前角严重过大,进入气缸的混合气温度过高,或是储罐中 LNG 的储存时间过长,气态燃气中的甲烷成分下降,抗爆性能下降。
      在燃气供给系统中,已气化的天然气温度不能太高,应控制经过燃气缓冲罐及热交换器的天然气温度,温度过高会导致发动机爆震。
     储罐中原带有的 LNG 燃料,经过新车运输、交接及检查等过程后,其实际储存时间过长。当储罐吸收外界热量而使内压力增大超过1.6MPa,安全阀会自动排除超压的天然气,加速罐内天然气的蒸发。由于抗爆性较好的甲烷的蒸发,液态LNG中的甲烷含量逐渐降低,直接影响发动机的抗爆性能,易使LNG 发动机产生爆震,严重时可造成发动机的损坏。
      一般产生爆震的部位在燃烧室,易造成气缸上部烧熔损坏,但不至于引起整个缸体破碎。从整体破碎的情况看,缸套的材质、淬火热处理不当也与缸体破碎有直接关系。
      2.产生拉缸现象分析
      有几辆客车发动机出现类似敲击声和窜气声,加大油门后发动机发抖且动力下降,甚至出现熄火,排气管冒黑烟现象。
      经分析可能是发动机拉缸现象,解体后证实了判断,在纵向缸壁有深浅不一的垂直沟纹及拉毛划痕。这是因为当活塞或活塞环与缸壁滑动接触面积过小时,摩擦产生高温,活塞或活塞环与缸壁间发生金属烧熔,冷却后硬化物将缸壁拉出沟痕,即拉缸。
      拉缸常见的原因有:发动机过热,点火正时严重失准,活塞和缸套配合间隙过小,汽车维修技术网或活塞冷却不够导致过热膨胀,活塞环开口端隙过小或断裂,润滑油品质不良或油膜承压不够,空气滤清器滤清效果不良导致杂质进入气缸,及驾驶员在低温起动后猛踏油门踏板等。
       LNG 发动机属于燃气式发动机,其压缩比比汽油发动机高,缸内燃烧温度高,需采用耐高温的润滑油,选择合适的气缸套和活塞材质,并采用相应的热处理,严格控制气缸套与活塞的装配间隙,以及活塞环的开口端隙。
       3.火花塞出现污损、裂纹损坏故障分析
       LNG发动机正常工况时,火花塞的绝缘体出现轻微黄或棕色沉淀物,也会出现轻微的电极腐蚀现象。
      火花塞用氧化铝陶瓷制成,其工作环境极为恶劣,不但要承受缸内温度及压力频率极高的急剧交替冲击,还要保证在40kV 高电压下的绝缘性能和耐化学腐蚀性。一般来说,造成绝缘体破损的主要原因是爆裂震动。LNG 发动机由于燃料的差别,混合气的空燃比和气缸的压缩压力均高于汽油机,点火电压在40kV 以上,而火花塞间隙比汽油机小得多,所以,安装火花塞和点火线圈时,必须保证火花塞间隙在规定值,并应在点火线圈与火花塞电极涂抹导电胶,在火花塞陶瓷体上涂绝缘脂,以防止因胶套老化引发火花塞与缸套间漏电。
       4.发动机动力不足原因分析
       LNG 发动机动力不及柴油机,有时提速困难。LNG 燃料自身特性和发动机构造是造成动力不足的主要原因。进入燃油发动机的是燃油和气体的混合气,而 LNG 则是天然气和空气的混合气,前者进气量与燃油的体积比为 58:1,燃油体积可以忽略不计,但后者进气量与天然气的体积比为 9.5:1,燃气体积上升 6 倍,这必然导致相对进气量减少,会导致发动功率下降,尤其在热态工况下,发动机的功率会有明显地下降。

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行业标签: 发动机资讯
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