LNG天然氣客車故障3例

廣西運(yùn)德汽車運(yùn)輸集團(tuán)有限公司 龔蘭軍

LNG天然氣客車故障3例

廣西運(yùn)德汽車運(yùn)輸集團(tuán)有限公司 龔蘭軍

為適應(yīng)日益嚴(yán)苛的環(huán)保政策法規(guī)，積極響應(yīng)國家節(jié)能減排工作號召，我公司自2012年起陸續(xù)采購了10輛以液化石油天然氣為燃料的LNG客車，具有環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)性能好，安全性能高等優(yōu)點(diǎn)。該批車輛為浙江金華青年客車廠產(chǎn)的JNP6127FN-1車型，配裝玉柴YC6MK375N-40發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)為保證該車的行駛里程，采用容積為450 L和275 L的兩只氣罐串聯(lián)安裝，一次加滿燃料后，行駛里程可達(dá)2 500 km。在使用過程中，其優(yōu)勢日趨明顯，為企業(yè)樹立了良好的社會形象，也取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，但也發(fā)現(xiàn)了一些較為典型的故障，分享出來供同行交流。

案例1

故障現(xiàn)象 一輛浙江金華青年客車廠產(chǎn)的JNP6127FN-1 LNG客車，配裝玉柴YC6MK375N-40發(fā)動(dòng)機(jī)，累計(jì)行駛里程為63萬km，駕駛?cè)朔从吃撥囃蝗患铀偬ぐ迨В囕v無法加速行駛。

故障診斷 接通點(diǎn)火開關(guān)，儀表臺發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈點(diǎn)亮，說明發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)存在故障。起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，無異響，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)，緩速踩下加速踏板，發(fā)動(dòng)機(jī)提速正常，在松開加速踏板后，進(jìn)行第2次加速時(shí)，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升到1 500 r/min后再踩加速踏板，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無法上升到最高轉(zhuǎn)速。用故障檢測儀檢測，讀得的故障代碼如圖1所示。

圖1 讀得的故障代碼（截屏）

造成發(fā)動(dòng)機(jī)無法正常加速的原因主要有：加速踏板部件或相關(guān)線路出現(xiàn)故障；燃?xì)庀到y(tǒng)的其他部件出現(xiàn)了故障，如電控調(diào)壓器（EPR）、混合器、電子節(jié)氣門等，進(jìn)入了跛行回家模式，限制了發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。

加速踏板線路或部件出現(xiàn)故障，發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)限速1 100 r/min，踩加速踏板發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速沒變化，與本故障出現(xiàn)的情況不符，為確保萬無一失，分別對加速踏板的連接器和連接線束進(jìn)行了檢查，均正常。

仔細(xì)分析故障代碼，出現(xiàn)這類故障的主要原因是進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的氣體出現(xiàn)了問題，空氣和燃料得不到充分混合，影響燃燒，推斷可能是進(jìn)氣系統(tǒng)的混合器部件出現(xiàn)了故障。混合器的主要作用就是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況要求，使燃?xì)夂涂諝膺_(dá)到合理的容積比，穩(wěn)定地控制空燃比，讓可燃混合氣得到充分混合，進(jìn)入氣缸內(nèi)完全燃燒。

YC6MK375N-40發(fā)動(dòng)機(jī)混合器采用雙膜片控制，內(nèi)部膜片在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中頻繁運(yùn)動(dòng)，極易造成運(yùn)動(dòng)部件的卡滯、膜片破損等問題。遂對發(fā)動(dòng)機(jī)混合器部件進(jìn)行了拆檢，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)混合器中其中一片膜片已撕裂，固定其端座的螺栓已松脫（圖2），發(fā)動(dòng)機(jī)混合器無法根據(jù)系統(tǒng)要求完成混合氣體的燃空比控制，造成了發(fā)動(dòng)機(jī)工作異常。

圖2 YC6MK375N-40發(fā)動(dòng)機(jī)混合器

故障排除 拆開發(fā)動(dòng)機(jī)混合器，更換膜片，清除故障代碼后試車，故障徹底排除。早期出現(xiàn)此類故障，無相應(yīng)的配套配件供應(yīng)采購，多進(jìn)行更換發(fā)動(dòng)機(jī)混合器總成修理，維修成本較高。現(xiàn)市面上已有膜片等零部件供應(yīng)，可避免總成更換。

另外，此故障為混合器單片膜片損壞，可以起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，若混合器內(nèi)雙片膜片都損壞，則會導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無法起動(dòng)。

案例2

故障現(xiàn)象 一輛浙江金華青年客車廠產(chǎn)的JNP6127FN-1 LNG客車，累計(jì)行駛里程約為72萬km，車輛在行駛途中突然熄火，發(fā)動(dòng)機(jī)無法再次起動(dòng)。

故障診斷 分析發(fā)生上述故障的可能原因有：整車供電線路故障；與發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元相關(guān)的熔絲、繼電器、搭鐵不良等故障；燃料供給不足；點(diǎn)火系統(tǒng)出現(xiàn)故障；燃?xì)庀到y(tǒng)部件出現(xiàn)重大故障或損壞；發(fā)動(dòng)機(jī)配氣相位出現(xiàn)錯(cuò)亂；發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)機(jī)械故障等。

到達(dá)現(xiàn)場后對整車的供電系統(tǒng)、與發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元相關(guān)的連接器、搭鐵等進(jìn)行詳細(xì)排查，未發(fā)現(xiàn)有松動(dòng)、虛接等情況，與發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元相關(guān)的熔絲也都正常。檢查儲氣瓶存氣壓力正常，說明天然氣充足，排除燃料不足導(dǎo)致故障。接通點(diǎn)火開關(guān)，發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈常亮，同時(shí)測量冷卻液溫度傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器和加速踏板位置傳感器的線路電壓，均為5 V，說明發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的供電正常，能順利通電自檢。

連接故障診斷儀，正常進(jìn)入診斷軟件，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)有力；通過診斷軟件查看起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，正常；曲軸位置傳感器和凸輪軸位置轉(zhuǎn)感器的同步情況也正常，發(fā)動(dòng)機(jī)無異響。讀取故障代碼，分別為：134——G01開路/遲緩；1172——EPR輸出壓力低于預(yù)定范圍；8904——UEGO標(biāo)定電阻電壓高；8914——UEGO標(biāo)定測量單元加熱緩慢。其中故障代碼134和8904為當(dāng)前激活狀態(tài)，其余為歷史故障代碼，說明在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)電控調(diào)壓器（EPR）輸出壓力低的故障，這兩個(gè)故障代碼是氧傳感器出現(xiàn)故障后，由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元激活控制策略點(diǎn)亮故障燈。氧傳感器的作用是通過檢測尾氣中氧分子濃度，從而測量燃燒時(shí)的空燃比，通過發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元根據(jù)測量所得的空燃比修正燃?xì)夤┙o量，雖然其出現(xiàn)故障不足以引起發(fā)動(dòng)機(jī)無起動(dòng)，但根據(jù)故障排除準(zhǔn)則，先對當(dāng)前的確認(rèn)故障碼進(jìn)行處理。檢查氧傳感器的連接線路，均正常。測量氧傳感器的藍(lán)色導(dǎo)線和黃色導(dǎo)線（加熱電阻接線）間電阻為14.0 Ω，正常值為 2.8 Ω～3.7 Ω，于是更換氧傳感器并試車，故障依舊未能排除，發(fā)動(dòng)機(jī)仍無法起動(dòng)。

根據(jù)故障代碼1172，懷疑故障點(diǎn)在燃料輸送氣路，氣路上出現(xiàn)堵塞、泄漏、不暢等嚴(yán)重現(xiàn)象時(shí)也會導(dǎo)致著火困難，甚至無法起動(dòng)。對各級安全閥門、濾清器及穩(wěn)壓器、電磁閥等逐級進(jìn)行斷開檢查，檢查是否有氣體通過（做此項(xiàng)測試的時(shí)候要遠(yuǎn)離明火）。當(dāng)檢查到穩(wěn)壓器部件時(shí)，發(fā)現(xiàn)出口有氣體通過，且氣體中附著有較多的金屬粉末，但在進(jìn)口處未發(fā)現(xiàn)有此現(xiàn)象。穩(wěn)壓器的作用是利用內(nèi)部穩(wěn)壓裝置將出口壓力穩(wěn)定為LNG發(fā)動(dòng)機(jī)需求的天然氣壓力，正常穩(wěn)定在10 bar（1 bar=100 kPa）左右，如果該部件失效就會導(dǎo)致進(jìn)入電控調(diào)壓器（EPR）的氣體壓力受到影響。拆檢穩(wěn)壓器，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)壓器內(nèi)部調(diào)整裝置異常磨損，產(chǎn)生了大量的金屬粉末，調(diào)整膜片也已破損。更換穩(wěn)壓器后試車，發(fā)動(dòng)機(jī)仍不能正常起動(dòng)。

圖3 EPR內(nèi)部的金屬粉末

結(jié)合故障代碼1172和穩(wěn)壓器出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析，很有可能是金屬粉末進(jìn)入了電控調(diào)壓器（EPR）內(nèi)部，造成工作失效。斷開點(diǎn)火開關(guān)，脫開電控調(diào)壓器（EPR）的連接器，讓控制系統(tǒng)處于默認(rèn)工作狀態(tài)。起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)能順利起動(dòng)，說明電控調(diào)壓器（EPR）連接線路或其本身內(nèi)部出現(xiàn)了故障，導(dǎo)致工作不正常。接通點(diǎn)火開關(guān)，用萬用表測量電控調(diào)壓器（EPR）的線束連接器的端子6和端子7之間的電壓，為18 V，正常。分別測量EPR的其他線束相互之間是否存在短路或斷路現(xiàn)象，均正常。故障排除至此，懷疑電控調(diào)壓器（EPR）有故障。拆開EPR內(nèi)部進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部腔體入口處有穩(wěn)壓器隨氣流輸送過來的金屬粉末（圖3），且電路板中有芯片燒毀（圖4）。

電控調(diào)壓器的作用類似于一個(gè)燃料噴射泵，主要功能是按照發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的壓力指令來控制EPR閥出口壓力，控制目標(biāo)為EPR出口壓力與連接到EPR的反饋管壓力之差（燃料與空氣壓力差），當(dāng)電控調(diào)壓器實(shí)際出口壓力與反饋管壓力之差比發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元內(nèi)部設(shè)定命令值低于一定值時(shí)，故障觸發(fā)。故障觸發(fā)后，由于燃料控制精度變差，可能會導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)燃空比過小而出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)無法正常或起動(dòng)后出現(xiàn)失火。當(dāng)內(nèi)部電路芯片出現(xiàn)致命損壞后，無法正常工作，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后無法起動(dòng)，

故障排除 更換電控調(diào)壓器（EPR）后，發(fā)動(dòng)機(jī)順利起動(dòng)，加速正常，故障排除。

圖4 EPR電路板中芯片燒毀

案例3

故障現(xiàn)象 一輛累計(jì)行駛里程約為65萬km的JNP6127FN-1 LNG客車，行駛途中駕駛?cè)寺牭桨l(fā)動(dòng)機(jī)處發(fā)出類似放炮聲的異常，接著發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，無法再次起動(dòng)。

故障診斷與排除 接車后起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)有力，但無著火跡象，發(fā)動(dòng)機(jī)故障指示燈未點(diǎn)亮。測量冷卻液溫度傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器和加速踏板位置傳感器的線路電壓，均為5 V，說明發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的供電正常，能順利通電自檢。連接故障檢測儀，讀取故障代碼，無故障代碼存在。起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，從故障檢測儀軟件界面查看發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)200 r/min，曲軸位置傳感器和凸輪軸位置轉(zhuǎn)感器的同步狀態(tài)也正常，進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器(MAP )較未起動(dòng)前略有下降，說明發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器符合起動(dòng)要求。

由于發(fā)動(dòng)機(jī)沒有點(diǎn)火跡象，先考慮氣路是否存在問題，通過診斷軟件監(jiān)測電控調(diào)壓器（EPR）出口壓力在起動(dòng)過程中與系統(tǒng)設(shè)定目標(biāo)值跟隨性良好；接通點(diǎn)火開關(guān)約 20 s后關(guān)閉氣瓶總開關(guān)，然后拆掉低壓電磁閥出口位置，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)觀察出氣口有持續(xù)天然氣噴出（此項(xiàng)測試要遠(yuǎn)離明火）；脫開電控調(diào)壓器（EPR）線束連接器，亦無法順利起動(dòng)，由此可以判定，燃料的氣路不存在問題。

下一步懷疑發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)可能存在有不點(diǎn)火現(xiàn)象，如同汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火檢查一樣，可通過外置點(diǎn)火測試進(jìn)行判斷。分別拆下各缸的火花塞到缸外做點(diǎn)火試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)各缸的火花塞點(diǎn)火有斷斷續(xù)續(xù)的現(xiàn)象，檢查各缸火花塞和點(diǎn)火線圈，發(fā)現(xiàn)氣缸4、氣缸5、氣缸6的點(diǎn)火線圈氧化比較嚴(yán)重，線束連接器已經(jīng)無法固定，火花塞跳火間隙偏大，約為0.5 mm（正常間隙約為 0.4 mm±0.05 mm），各氣缸的高壓導(dǎo)線已被高壓燒壞粘結(jié)（圖5）。更換固定點(diǎn)火線圈插接件接頭和高壓導(dǎo)線，清理干凈點(diǎn)火線圈氧化層，將調(diào)好間隙的火花塞裝復(fù)后，試火正常，但發(fā)動(dòng)機(jī)還是無法起動(dòng)。

圖5 被高壓燒壞的高壓導(dǎo)線

最后還是把思路轉(zhuǎn)移到混合氣濃度上，懷疑是混合器一致性差或功能失效導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)混合氣濃度過濃使發(fā)動(dòng)機(jī)無法點(diǎn)火成功。拆下并解體混合器，除有一定的粉塵粘附在膜片和混合器體內(nèi)以外，活動(dòng)的部件也運(yùn)動(dòng)正常，沒有發(fā)現(xiàn)有其他異常情況。

故障排除陷入了困境，發(fā)動(dòng)機(jī)外部的部件都差不多檢查完畢，發(fā)動(dòng)機(jī)仍無著火現(xiàn)象。點(diǎn)火系統(tǒng)工作正常，那是不是進(jìn)氣管路上仍存在有其問題，最后把懷疑對象放在了混合氣進(jìn)入氣缸內(nèi)的最后一道“關(guān)口”——電子節(jié)氣門，手動(dòng)撥動(dòng)電子節(jié)氣門動(dòng)作閥碟，無法撥動(dòng)，通過檢測軟件對電子節(jié)氣門進(jìn)行動(dòng)作測試，可以檢查加速踏板的動(dòng)作與電子節(jié)氣門的跟隨性動(dòng)作是否一致，若隨動(dòng)性好，則兩者都工作正常，若其中一個(gè)部件出現(xiàn)故障或問題，則軟件界面可以清楚反映出來。經(jīng)過測試，當(dāng)加速踏板動(dòng)作達(dá)50%位置時(shí)，電子節(jié)氣門 仍處于0%位置，由此可知電子節(jié)氣門有故障。拆開后發(fā)現(xiàn)該車的電子節(jié)氣門 閥碟驅(qū)動(dòng)齒輪已崩壞一齒，電子節(jié)氣門卡死在關(guān)閉狀態(tài)，混合氣無法進(jìn)入氣缸燃燒，造成了發(fā)動(dòng)機(jī)無法起動(dòng)。

故障排除 更換電子節(jié)氣門 總成后，發(fā)動(dòng)機(jī)可以順利起動(dòng)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)運(yùn)行正常，故障排除。分析認(rèn)為點(diǎn)火系統(tǒng)出現(xiàn)問題后，導(dǎo)致進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的混合氣不能充分燃燒，部分未完全燃燒的混合氣進(jìn)入了進(jìn)氣管，造成進(jìn)氣管路回火爆炸（類似放炮聲），使電子節(jié)氣門閥碟驅(qū)動(dòng)齒輪受力崩壞，卡死在了關(guān)閉位置，混合氣無法進(jìn)入氣缸燃燒，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無法正常起動(dòng)。

2017-04-02）