三、LNG 汽车发动机几种故障分析与对策

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，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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