LNG汽车发动机几类故障分析与防范措施

1.2009年分析活塞烧熔和缸套破碎故障，某公司配备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，故障的主要原因是发动机在工作过程中爆震燃烧。压缩结束时，可燃混合物用火花塞点燃。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。如果末端混合气在火焰传播过程中自行燃烧，气缸内的压力会急剧增加，并产生强烈的冲击，脆的金属敲击声，称为爆燃。严重爆燃会导致发动机过热、功率下降、发动机磨损加剧，甚至损坏发动机部件，特别是在发动机低速高负荷下。

LNG 发动机爆燃的原因分析如下：

（1）用的 LNG 燃料质量差，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%；

(4)涡轮增压异常，不能限制进气增压，造成过度增压；

(5)进气中冷器污染严重，进气温度过高；

(6)润滑油质量选择不当，使用灰分过高的机油，导致气缸积碳过多，压缩比相对增加。

该公司的车辆刚刚投入使用 LNG 公共汽车可以暂时排除严重污染、堵塞、碳积累过多等引起爆燃的原因。因此，爆燃的原因可能是点火前角严重过大，进入气缸的混合温度过高，或储罐 LNG 储存时间过长，气体气体中甲烷成分下降，抗爆性能下降。

在燃气供应系统中，气化天然气温度不宜过高，应控制通过燃气缓冲罐和换热器的天然气温度。温度过高会导致发动机爆震。

储罐中原有的 LNG 新车运输、交接、检验后，燃料实际储存时间过长。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天然气，加速罐内天然气蒸发。由于甲烷的蒸发具有良好的抗爆性，液体LNG甲烷含量逐渐降低，直接影响发动机的耐爆性，容易使LNG 发动机爆震，严重时会造成发动机损坏。

一般来说，爆震部位在燃烧室内，容易造成气缸上部烧熔损坏，但不会造成整个气缸破碎。从整体破碎的角度来看，缸套的材料和淬火热处理不当也与缸体破碎直接相关。

2.分析拉缸现象

几辆公共汽车的发动机有类似的敲击声和气体跳动声。增加油门后，发动机发抖，功率下降，甚至熄火，排气管冒黑烟。

经分析，可能是发动机拉缸现象。解体后，确认纵向缸壁有不同深度的垂直沟纹和毛划痕。这是因为当活塞或活塞环与缸壁滑动接触面积过小时时，摩擦产生高温，活塞或活塞环与缸壁之间发生金属烧熔。冷却后，硬化物将缸壁拉出沟痕，即拉缸。

拉缸的常见原因有：发动机过热、点火、活塞与缸套间隙过小，或活塞冷却不足导致过热膨胀、活塞环开口间隙过小或断裂、润滑油质量差或油膜压力不足、空气过滤器过滤效果差导致杂质进入缸，低温启动后驾驶员踩油门踏板。

LNG 发动机属于燃气发动机，其压缩比高于汽油发动机，气缸燃烧温度高，需要耐高温润滑油，选择合适的气缸套和活塞材料，采用相应的热处理，严格控制气缸套和活塞的组装间隙，以及活塞环的开口端隙。

3.分析火花塞的污损和裂纹损坏

LNG在发动机正常工况下，火花塞的绝缘体有轻微的黄色或棕色沉淀物，也有轻微的电极腐蚀。

火花塞由氧化铝陶瓷制成，其工作环境极其恶劣，不仅要承受缸内温度和压力频率高的急剧交替冲击，还要保证在40kV 高压下的绝缘性能和耐化学腐蚀性。绝缘体损伤的主要原因是爆裂振动。LNG 发动机由于燃料的差别，混合气的空燃比气缸的压缩压力高于汽油发动机，点火电压为40kV 以上，火花塞间隙远小于汽油发动机，因此，在安装火花塞和点火线圈时，必须确保火花塞间隙在规定值，并在点火线圈和火花塞电极上涂抹导电胶，在火花塞陶瓷体上涂抹绝缘脂，防止火花塞与缸套之间因橡胶套老化而泄漏。

4.分析发动机动力不足的原因

LNG 发动机动力不如柴油机，有时很难加速。LNG 燃料本身的特性和发动机结构是动力不足的主要原因。燃油和气体的混合物进入燃油发动机， LNG 它是天然气和空气的混合物。前者的进气量与燃油体积相比 58:1，燃油体积可以忽略不计，但后者的进气量与天然气体积的比 9.5:1燃气体积上升 6 倍，必然导致相对进气量减少，发动机功率下降，尤其是在热状态下。

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