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浙江普阳深冷装备股份有限公司

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卡车司机必知的LNG供给系统知识汇集

天然气主要存在于油田和天然气田中yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,主要成分是烷烃,其中甲烷占 绝 大 多 数 yth2206游艇会|手机版 , 沸 点 -161.5℃ yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,在20MPa 压 缩 储 存 为 压 缩 天 然 气(CNG)yth2206游艇会|手机版 ,在-162℃以下隔热状态呈液态保存为液化天然气(LNG)。天然气在燃烧过程中产生的能影响人类呼吸系统健康的物质极少yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,燃烧后无废渣yth2206游艇会|手机版 、废水产生,具有使用安全yth2206游艇会|手机版 、热值高yth2206游艇会|手机版 、洁净等优势yth2206游艇会|手机版 。随着我国对排放标准的不断提高和能源配置的合理使用yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,LNG 发动机在大型客车和重型货车上已开始应用yth2206游艇会|手机版 。国家西气东输和东海油气田天然气上岸工程,也为LNG发动机的推广应用提供了能源保障。随着LNG发动机不断进入市场yth2206游艇会|手机版 ,结合LNG发动机的构造特点和实际工作经验yth2206游艇会|手机版 ,谈一下LNG 发动机的合理使用与几种故障分析。

 

       一yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 、LNG 发动机燃料供给系的主要部件及其功用

 

       1.工作原理

 

       ECI EFR 系统增压 LNG 发动机。LNG 从液态气罐到进入发动机气缸yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 。

 

       2.储液罐

 

       天然气以液态形式储存于低温低压的储罐内,其内部温度低于-162℃,气瓶充满气的公称工作压力为1.6MPa,使用时气瓶最小压力不能低于 0.65MPayth2206游艇会|手机版 ,否则会引起发动机供气不足yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,动力性下降并且导致催化转化器烧结yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 。储罐采取双层真空绝热结构,储罐由内胆yth2206游艇会|手机版 、外壳yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 、内夹层绝热件和阀件舱等组成yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 。内胆用于盛装燃料,外壳支撑整个罐体yth2206游艇会|手机版 ,并?yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ;つ诘▂th2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,他在内胆间构成了密闭的真空空间,两壳夹层间填充了具有隔热性能的玻璃棉和铝箔材料yth2206游艇会|手机版 。阀件舱布置在储罐的一端,包括储液阀yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 、安全阀yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 、手动放空阀yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 、压力调节器yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 、压力表和液位显示器等yth2206游艇会|手机版 。驾驶室仪表板设置有气量指示和漏气报警装置yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 。

 

       3.汽化器

 

       LNG 需要经汽化器升温膨胀后汽化成气态天然气yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,才能供给发动机燃烧yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,LNG 在汽化过程中会吸收较多的热量yth2206游艇会|手机版 ,汽化器利用发动机冷却液提供热量yth2206游艇会|手机版 ,促使低温液态的天然气变成气态的天然气yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 。气态天然气的温度高低取决于冷却液的温度和流量,实际工作过程中yth2206游艇会|手机版 ,进入发动机的可燃混合气的温度要求比较宽松yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,而发动机冷却液的正常温度一般为60~85℃yth2206游艇会|手机版 。

 

       4.低压电磁阀

 

      低压电磁阀安装在电控调压器天然气入口处yth2206游艇会|手机版 ,控制天然气的供给量yth2206游艇会|手机版 。平时应注意对该电磁阀的清洁yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,视供给燃料的清洁度yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,一般每行驶5万km清洗一次yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 。清洗时,应拆除电磁阀线圈yth2206游艇会|手机版 ,取出阀芯阀座yth2206游艇会|手机版 ,并将他们浸泡在汽油中,再用干压缩空气吹干后使用yth2206游艇会|手机版 。

 

       5.电控调压器(EPR 阀)

 

      电控调压器是电子控制的压力调节器yth2206游艇会|手机版 ,内部有控制芯片接受 ECM的指令yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,根据发动机运行工况控制天然气量及压力,从而有效控制空燃比yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 。电控调压器内部有一个微处理器控制的高速电机,通过CAN 总线接收ECM 信息yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,保证天然气压力在0.55~1.35MPa 之间yth2206游艇会|手机版 。电控调压器内有压力传感器用于测量调压器出口和混合气入口处的气压差yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,将电控调压器的燃气温度控制在-40℃~105℃范围内。

 

       6.混合器

 

      混合器的作用是将增压器中冷后的空气与天然气充分混合。气态天然气气压大于中冷后的空气yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,按比例喷入与空气混合yth2206游艇会|手机版 ,使燃烧更充分、柔和yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,可有效降低 NOx 的排放和排气温度yth2206游艇会|手机版 th2206游艇会|手机版 ;旌掀嗟庇诘サ闩缟渥爸脃th2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,安装在进气道的喉管处yth2206游艇会|手机版 ,其内有一个被弹簧控制的膜片yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,可根据空气的流入量yth2206游艇会|手机版 ,决定其内部膜片的开度,进而在发动机运转工况下,混合器能精确控制空燃比。

 

       7.电子控制节气门

 

      驾驶员通过油门踏板yth2206游艇会|手机版 ,将动力需求传给ECMyth2206游艇会|手机版 ,ECM接收到油门踏板信号后yth2206游艇会|手机版 ,根据发动机运行工况控制电子节气门的开度。通过控制电子节气门蝶阀的开度,调节进入气缸内混合气量的多少yth2206游艇会|手机版 ,从而控制发动机的转速和适应负荷变化yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 。在安装电子节气门时yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,驱动电机轴线必须保持水平yth2206游艇会|手机版 。

 

       二yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 、LNG 汽车发动机的特点及合理使用

 

       LNG 发动机具有以下特点:一是天然气抗爆性能好,辛烷值可达130RONyth2206游艇会|手机版 ,发动机的压缩比可达 11~12yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,介于汽油机和柴油机之间。二是进气系统适合安装涡轮增压装置yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,LNG 发动机采用电控高压点火系统,与汽油机相同yth2206游艇会|手机版 。三是发动机燃用天然气不会在进气管壁形成油膜yth2206游艇会|手机版 ,发动机在暖机时排放污染较小yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 。以上特点使得 LNG 发动机与汽油机yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 、柴油机相比yth2206游艇会|手机版 ,在使用上具有一定差别,主要表现在以下几个方面yth2206游艇会|手机版 。

 

(1)应注意LNG 的品质yth2206游艇会|手机版 。天然气中除含有烷烃外yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,还含有硫化氢、二氧化碳yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 、氮和水气等。LNG发动机用天然气,每标准立方米(101.325kPayth2206游艇会|手机版 ,20℃) 硫化氢的含量不能超过15mg/m3yth2206游艇会|手机版 ,车辆长时间使用含硫量高的天然气可能会导致燃烧室组件腐蚀yth2206游艇会|手机版 ,进一步影响热交换和热平衡yth2206游艇会|手机版 。固体小颗粒的直径应小于 5μm。

 

(2)LNG 发动机需用专门的高品质低灰分润滑油yth2206游艇会|手机版 。天然气发动机燃烧的主要是高纯度的气态甲烷yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,其燃烧温度比柴油机高yth2206游艇会|手机版 ,产生的发动机热负荷比柴油机高yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 。此外yth2206游艇会|手机版 ,气态甲烷燃烧不会产生碳烟,有效防止了润滑油的油灰沉积在火花塞上。但这样一来yth2206游艇会|手机版 ,碳灰的润滑作用也会消失yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,因此燃气发动机的润滑性能比燃油发动机的润滑性能大为降低yth2206游艇会|手机版 。因此yth2206游艇会|手机版 ,LNG发动机需要使用低硫酸盐灰分yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 、高抗耐磨、抗氧化yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,且低硫含量的专用机油yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 。

 

(3)LNG发动机配备高能量点火装置yth2206游艇会|手机版 。天然气的辛烷值高于汽油yth2206游艇会|手机版 ,因而发动机的压缩比可以做得比汽油机高yth2206游艇会|手机版 ,热效率相应提高yth2206游艇会|手机版 。天然气的自燃温度在 632℃yth2206游艇会|手机版 ,发动机压缩过程中缸内混合气的温度达不到这个温度,必须采用火花塞强制点火,再加上天然气的燃烧范围较窄yth2206游艇会|手机版 ,因此要求点火能量较大,传统的点火装置不适用于LNG 发动机yth2206游艇会|手机版 ,需高能量点火装置yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 。天然气发动机缸内燃烧温度比较高yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,进气对火花塞的冷却效果较燃油发动机要差yth2206游艇会|手机版 ,点火电压高于常规汽油机yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,超过 40kVyth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 。但火花塞间隙比汽油机要小yth2206游艇会|手机版 ,铂金NGK 火花塞间隙为 0.33±0.005mmyth2206游艇会|手机版 ,铱金火花塞间隙为 0.4±0.005mm,每行驶 2 万 km 必须检查火花塞电极烧蚀情况yth2206游艇会|手机版 ,以及高压线胶套是否老化开裂yth2206游艇会|手机版 ,同时清理火花塞电极间杂质和点火线圈接线柱的氧化物,并涂导电膏。

 

(4)需用高品质软化的发动机防冻冷却液yth2206游艇会|手机版 。在汽化器中yth2206游艇会|手机版 ,液态天然气升温蒸发成气态天然气,在燃气系统的热交换器中yth2206游艇会|手机版 ,还要对气化后的天然气进一步加热,这些加热介质均是发动机冷却液yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ;所以yth2206游艇会|手机版 ,LNG 发动机的冷却液除原有的冷却保温功能外yth2206游艇会|手机版 ,还有加热天然气的作用。若冷却液品质不好易产生结垢现象yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,就会降低热交换能力,导致汽化器和燃气热交换器效率下降,直接影响发动机的燃气供给yth2206游艇会|手机版 ,使发动机功率下降yth2206游艇会|手机版 ,进而影响燃气系统的下游装置yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 。因此yth2206游艇会|手机版 ,应绝对保证发动机冷却液的品质yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,应用凝点更低,防腐功能更好yth2206游艇会|手机版 ,不结垢的软质防冻液。

 

      三yth2206游艇会|手机版 、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yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,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yth2206游艇会|手机版 ,机体解体后进行检查分析yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 。经分析yth2206游艇会|手机版 ,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th2206游艇会|手机版 ?扇蓟旌掀谘顾踔樟耸崩没鸹ㄈ闳?。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yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 。若火焰传播过程中,末端混合气自行发火燃烧yth2206游艇会|手机版 ,这时气缸内压力急剧增高yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,并发生强烈的震荡,在气缸内发出清脆的金属敲击声yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,这种不正常燃烧现象yth2206游艇会|手机版 ,被称之为爆燃yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 。严重的爆燃将使发动机过热yth2206游艇会|手机版 ,功率下降yth2206游艇会|手机版 ,发动机磨损加剧yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,甚至损坏发动机零件yth2206游艇会|手机版 ,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yth2206游艇会|手机版 。

 

  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yth2206游艇会|手机版 ,或抗爆性能下降yth2206游艇会|手机版 ;

(2)点火正时不准,点火提前角过大yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ;

(3)混合气过浓yth2206游艇会|手机版 ,超过设定浓度的5%以上yth2206游艇会|手机版 ;

(4)涡轮增压异常,不能限制进气增压yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,产生过增压现象yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ;

(5)进气的中冷器严重污染yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,进气温度过高yth2206游艇会|手机版 ;

(6)润滑油品质选择不当yth2206游艇会|手机版 ,使用了过高灰分的机油,导致气缸内积碳过多yth2206游艇会|手机版 ,压缩比相对增大yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 。

 

      该公司车辆是刚投入使用不久的 LNG 客车yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,可暂先排除严重污染yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 、堵塞yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 、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yth2206游艇会|手机版 ,进入气缸的混合气温度过高yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,或是储罐中 LNG 的储存时间过长yth2206游艇会|手机版 ,气态燃气中的甲烷成分下降,抗爆性能下降yth2206游艇会|手机版 。

 

      在燃气供给系统中,已气化的天然气温度不能太高yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,应控制经过燃气缓冲罐及热交换器的天然气温度yth2206游艇会|手机版 ,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yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,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1.6MPayth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,安全阀会自动排除超压的天然气,加速罐内天然气的蒸发yth2206游艇会|手机版 。由于抗爆性较好的甲烷的蒸发yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,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yth2206游艇会|手机版 ,易使LNG 发动机产生爆震yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,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yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 。从整体破碎的情况看yth2206游艇会|手机版 ,缸套的材质yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 、淬火热处理不当也与缸体破碎有直接关系yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 。

 

      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yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,加大油门后发动机发抖且动力下降yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,甚至出现熄火yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,排气管冒黑烟现象。

 

      经分析可能是发动机拉缸现象yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,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yth2206游艇会|手机版 。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yth2206游艇会|手机版 ,冷却后硬化物将缸壁拉出沟痕yth2206游艇会|手机版 ,即拉缸。

 

      拉缸常见的原因有:发动机过热yth2206游艇会|手机版 ,点火正时严重失准yth2206游艇会|手机版 ,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yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,活塞环开口端隙过小或断裂yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,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yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,及驾驶员在低温起动后猛踏油门踏板等yth2206游艇会|手机版 。

 

       LNG 发动机属于燃气式发动机,其压缩比比汽油发动机高yth2206游艇会|手机版 ,缸内燃烧温度高,需采用耐高温的润滑油yth2206游艇会|手机版 ,选择合适的气缸套和活塞材质yth2206游艇会|手机版 ,并采用相应的热处理,严格控制气缸套与活塞的装配间隙yth2206游艇会|手机版 ,以及活塞环的开口端隙yth2206游艇会|手机版 。

 

       3.火花塞出现污损yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 、裂纹损坏故障分析

       LNG发动机正常工况时yth2206游艇会|手机版 ,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yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 。

 

       火花塞用氧化铝陶瓷制成yth2206游艇会|手机版 ,其工作环境极为恶劣yth2206游艇会|手机版 ,不但要承受缸内温度及压力频率极高的急剧交替冲击yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,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yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,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yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,混合气的空燃比和气缸的压缩压力均高于汽油机yth2206游艇会|手机版 ,点火电压在40kV 以上yth2206游艇会|手机版 ,而火花塞间隙比汽油机小得多yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,所以,安装火花塞和点火线圈时yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,必须保证火花塞间隙在规定值yth2206游艇会|手机版 ,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yth2206游艇会|手机版 ,以防止因胶套老化引发火花塞与缸套间漏电yth2206游艇会|手机版 。

 

       4.发动机动力不足原因分析

       LNG 发动机动力不及柴油机yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,有时提速困难yth2206游艇会|手机版 。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yth2206游艇会|手机版 。进入燃油发动机的是燃油和气体的混合气yth2206游艇会|手机版 ,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 58:1yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,燃油体积可以忽略不计yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,但后者进气量与天然气的体积比为 9.5:1yth2206游艇会|手机版 ,燃气体积上升 6 倍yth2206游艇会|手机版 ,这必然导致相对进气量减少,会导致发动功率下降yth2206游艇会|手机版 yth2206游艇会|手机版 ,尤其在热态工况下yth2206游艇会|手机版 ,发动机的功率会有明显地下降yth2206游艇会|手机版 。

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