潍柴天然气发动机活塞烧蚀等故障的技术总结

王震+高明金

摘 要 对于车队好几辆车集中出现活塞烧蚀、拉缸、缸盖破裂以及推杆弯曲等现象，我们对故障部件进行了鉴定，对此类故障的各类原因进行总结整理，找到了故障的主要原因，并制定了防范措施。

关键词 天然气；发动机维修；活塞烧蚀

中图分类号 U46 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）172-0256-02

2016年年初，车队有好几辆发动机集中出现活塞烧蚀、缸盖破裂、拉缸及推杆弯曲等故障，我们对故障现象进行了分析判断，并去加气站确认了气源，去潍柴厂家交流咨询了经验，基本理清了故障出现的原因并总结了以后的预防措施。

1 现状分析

我们对故障部件进行鉴定分析，以明确机械损伤的出现机理。

活塞开裂是因为局部热值太高，热应力太大，加上早燃或点火延迟等不正常燃烧造成爆震，造成热疲劳和做功时的机械疲劳，使活塞开裂。

活塞上部有烧融现象，活塞环处有明显拉伤痕迹，第一道环的下侧隙明显变大，而且活塞环部位很多烧融的金属凝固物，说明第一道环在向上排气或压缩行程时受到极大阻力，很有可能是烧融的活塞和粘着在缸套上的金属阻碍做功。

整个活塞与缸套有拉缸现象，从各种现象可以推测出拉缸是因为活塞烧融后，金属粘着缸套以及活塞形状变化导致，而烧融是因为燃烧室内温度太高。

缸盖下端面（构成燃烧室的部分）有些发红和黑红沉淀物，发红说明燃烧不正常，也可能裂纹导致漏水。黑红沉淀物说明气体中有杂质或水与燃烧中的天然气起反应。

鼻梁的裂纹在排气门侧，说明排气温度高，热应力大，也说明缸内温度非常高。

根据现状可以得出如下结论：

1）缸内高温超过活塞和缸盖极限，而且有局部高温现象。

2）做功时容易爆震。

3）我们可以推测出天然气中很有可能杂质很多，并且热值很高。

2 故障原因分析

我们总结调研出现此类故障的所有原因，对故障原因进行筛选，与现状进行比对，从而找到真正的主因。

1）点火时间。点火调整不好，过早容易爆燃，过晚容易燃烧延迟，使大量热量在燃烧室淤积，易造成活塞烧蚀、推杆弯曲等故障。

正确调整点火时间，使一缸上止点对准刻度线，但旧车可以提前5度左右。

根据与厂家的交流，我们的点火时间调整方法正确，对车辆进行拆检，也发现点火时间正常。

2）车辆停驶时间过久。LNG即液化天然气的英文缩写，它的主要成份为甲烷，还有少量的乙烷、丙烷以及氮等其他成份组成。

长时间停放，LNG在罐内会出现分层，由于乙烷和丙烷的密度要比甲烷大，会沉淀在气罐底部；又因甲烷比乙烷、丙烷的沸点低，当温升造成压力升高时，压力超过安全压力阈值后，甲烷气体会从气罐的安全阀排出。造成罐内乙烷、丙烷比重不断升高。车辆重新行驶时，从气罐下部进入发动机燃烧的几乎全部为乙烷和丙烷，造成发动机短期内剧烈爆震的频率增加。

但根据车队反映，我们的车辆并没有长时间停驶。

3）氧传感器损坏。氧传感器主要作用是闭环调节发动机下一个工作循环的天然气供气量。传感器损坏后会出现供气量不能实时调节，就会出现混合气过浓或过稀；若混合气过浓，则存在燃烧不完全的现象，有产生放炮、爆震的可能。

氧传感器最怕进水，在冷车发动时，排气管非常容易集结水汽，氧传感器极易损坏，因为氧传感器也很贵，不少车辆都没再更换，但是未出现活塞烧蚀的类似故障。

4）增压器过量增压。使用与原机不相匹配的增压器会出现过量增压的现象造成发动机损坏。LNG气体机原先配套的是康悦牌增压器，近期新机出厂配套的是霍尔赛特增压器。我们采购的是配套的康悦牌增压器，与LNG气体机相匹配，不存在过量增压的问题。

因为气体机的供天然气量取决于进空气量，增压器“上机油”或增压器卸荷阀调节不当或漏气，会导致发动机进空气量无法有效调节，有可能导致发动机“飞车”现象，也容易造成发动机爆震、拉缸。我们对增压器进行检查，未发现“上机油”或卸荷阀调节不当或漏气。

5）燃气计量阀漏气。燃气计量阀是给发动机供天然气的执行机构，如果它漏气，会导致供给气缸的天然气量增加，混合气太浓，燃烧不完全，使缸内热值太高。

我们对几个故障车辆的计量阀进行检查未发现漏气。

6）气源问题。根据调查进口海气和国产气主要成分含量不同。

国内生产的鄂尔多斯气体甲烷含量约为96.48%，乙烷含量为2.31%，丙烷含量为0.44%。

从董家口进口的海气，多数是从澳大利亚和东南亚等一些国家采购的，本身在气源的稳定性上就存在各种成分不稳定的现象。从长运2016年3月15日所进批次海气的气质报告可以看出，乙烷含量高达7.87%，丙烷含量高达2.92%，而LNG气体的主要指标甲烷只有87.58%。

目前车辆使用LNG气体甲烷的含量标准约96%，乙烷、丙烷约2%～3%，方能满足车辆安全使用要求。目前国家对LNG气体的检测标准相对宽松，没有明确的成分比例含量要求，只限于热值。

由于LNG发动机电脑程序以甲烷数量为LNG气体的标定值，若LNG中甲烷含量低，则会有相应过多的乙烷、丙烷等参与燃烧，乙烷、丙烷热值高，过多的乙烷和丙烷参与燃烧，易引起发动机瞬态爆震、放炮等现象。

加注海气后，车辆在行驶中因热值过高感觉发动机动力增加，但发动机放炮、爆震、局部温度增高等异常现象同时存在。

3 结论

1）根据故障现状和各类原因综合分析，气源问题是形成此类故障的直接原因。

2）由于海气的乙烷、丙烷含量高，燃烧的热值比甲烷要高很多，使缸内温度高或局部温度高，天然气燃烧不均匀，又容易爆震，直接导致了活塞烧蚀、缸盖破裂等故障。

4 防范措施

1）正常情况下，全部改为加注国产鄂尔多斯、新疆广汇等产地的西北LNG气体，甲烷含量约96%以上。

2）如果用海气，需要更换程序，或者使用氧传感器；我们从潍柴厂家得到一款发动机标定程序，可以在乙烷和丙烷含量高的情况下使用，通过减少供气量，降低缸内温度，但发动机动力性会降低。

3）长时间停驶的车辆被启用时，需要放空罐内的天然气后，重新加注。防止瓶底沉淀很多乙烷、丙烷形成爆震。

4）发现有活塞烧融或拉缸现象后，立即检查增压器是否上机油及卸荷阀是否漏气，同时检查燃气计量阀是否漏天然气。

5）在发动机大项修时要正确装配点火正时器，避免错误的点火时间导致故障。

6）对驾驶员培训，提高相应的LNG气体机操作技能，特别是发动机突然动力异常强劲，需要及时停车汇报，需检查增压器、燃气计量阀、氧传感器、点火时间等处。发现发动机爆震、放炮、增压器温度异常等问题要及时停车检修。

5 效果

1）根据总结的措施操作后，没有再出现类似事件，基本解决此类故障。

2）为以后的类似故障解决提供了理论依据，提高了气体机的操作维护水平。

参考文献

[1]贺永德.天然气应用技术手册.北京：化学工业出版社，2010，1，1.

[2]金柏正，朱国军.液化天然气（LNG）客车使用与维修手册.北京：人民交通出版社，2014，7.

[3]王国荣.大中型货车维修图解：发动机卷.南京：江苏科学技术出版社，2008，2，1.