濰柴天然氣發動機活塞燒蝕等故障的技術總結

王震+高明金

摘 要 對于車隊好幾輛車集中出現活塞燒蝕、拉缸、缸蓋破裂以及推桿彎曲等現象，我們對故障部件進行了鑒定，對此類故障的各類原因進行總結整理，找到了故障的主要原因，并制定了防范措施。

關鍵詞 天然氣；發動機維修；活塞燒蝕

中圖分類號 U46 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）172-0256-02

2016年年初，車隊有好幾輛發動機集中出現活塞燒蝕、缸蓋破裂、拉缸及推桿彎曲等故障，我們對故障現象進行了分析判斷，并去加氣站確認了氣源，去濰柴廠家交流咨詢了經驗，基本理清了故障出現的原因并總結了以后的預防措施。

1 現狀分析

我們對故障部件進行鑒定分析，以明確機械損傷的出現機理。

活塞開裂是因為局部熱值太高，熱應力太大，加上早燃或點火延遲等不正常燃燒造成爆震，造成熱疲勞和做功時的機械疲勞，使活塞開裂。

活塞上部有燒融現象，活塞環處有明顯拉傷痕跡，第一道環的下側隙明顯變大，而且活塞環部位很多燒融的金屬凝固物，說明第一道環在向上排氣或壓縮行程時受到極大阻力，很有可能是燒融的活塞和粘著在缸套上的金屬阻礙做功。

整個活塞與缸套有拉缸現象，從各種現象可以推測出拉缸是因為活塞燒融后，金屬粘著缸套以及活塞形狀變化導致，而燒融是因為燃燒室內溫度太高。

缸蓋下端面（構成燃燒室的部分）有些發紅和黑紅沉淀物，發紅說明燃燒不正常，也可能裂紋導致漏水。黑紅沉淀物說明氣體中有雜質或水與燃燒中的天然氣起反應。

鼻梁的裂紋在排氣門側，說明排氣溫度高，熱應力大，也說明缸內溫度非常高。

根據現狀可以得出如下結論：

1）缸內高溫超過活塞和缸蓋極限，而且有局部高溫現象。

2）做功時容易爆震。

3）我們可以推測出天然氣中很有可能雜質很多，并且熱值很高。

2 故障原因分析

我們總結調研出現此類故障的所有原因，對故障原因進行篩選，與現狀進行比對，從而找到真正的主因。

1）點火時間。點火調整不好，過早容易爆燃，過晚容易燃燒延遲，使大量熱量在燃燒室淤積，易造成活塞燒蝕、推桿彎曲等故障。

正確調整點火時間，使一缸上止點對準刻度線，但舊車可以提前5度左右。

根據與廠家的交流，我們的點火時間調整方法正確，對車輛進行拆檢，也發現點火時間正常。

2）車輛停駛時間過久。LNG即液化天然氣的英文縮寫，它的主要成份為甲烷，還有少量的乙烷、丙烷以及氮等其他成份組成。

長時間停放，LNG在罐內會出現分層，由于乙烷和丙烷的密度要比甲烷大，會沉淀在氣罐底部；又因甲烷比乙烷、丙烷的沸點低，當溫升造成壓力升高時，壓力超過安全壓力閾值后，甲烷氣體會從氣罐的安全閥排出。造成罐內乙烷、丙烷比重不斷升高。車輛重新行駛時，從氣罐下部進入發動機燃燒的幾乎全部為乙烷和丙烷，造成發動機短期內劇烈爆震的頻率增加。

但根據車隊反映，我們的車輛并沒有長時間停駛。

3）氧傳感器損壞。氧傳感器主要作用是閉環調節發動機下一個工作循環的天然氣供氣量。傳感器損壞后會出現供氣量不能實時調節，就會出現混合氣過濃或過稀；若混合氣過濃，則存在燃燒不完全的現象，有產生放炮、爆震的可能。

氧傳感器最怕進水，在冷車發動時，排氣管非常容易集結水汽，氧傳感器極易損壞，因為氧傳感器也很貴，不少車輛都沒再更換，但是未出現活塞燒蝕的類似故障。

4）增壓器過量增壓。使用與原機不相匹配的增壓器會出現過量增壓的現象造成發動機損壞。LNG氣體機原先配套的是康悅牌增壓器，近期新機出廠配套的是霍爾賽特增壓器。我們采購的是配套的康悅牌增壓器，與LNG氣體機相匹配，不存在過量增壓的問題。

因為氣體機的供天然氣量取決于進空氣量，增壓器“上機油”或增壓器卸荷閥調節不當或漏氣，會導致發動機進空氣量無法有效調節，有可能導致發動機“飛車”現象，也容易造成發動機爆震、拉缸。我們對增壓器進行檢查，未發現“上機油”或卸荷閥調節不當或漏氣。

5）燃氣計量閥漏氣。燃氣計量閥是給發動機供天然氣的執行機構，如果它漏氣，會導致供給氣缸的天然氣量增加，混合氣太濃，燃燒不完全，使缸內熱值太高。

我們對幾個故障車輛的計量閥進行檢查未發現漏氣。

6）氣源問題。根據調查進口海氣和國產氣主要成分含量不同。

國內生產的鄂爾多斯氣體甲烷含量約為96.48%，乙烷含量為2.31%，丙烷含量為0.44%。

從董家口進口的海氣，多數是從澳大利亞和東南亞等一些國家采購的，本身在氣源的穩定性上就存在各種成分不穩定的現象。從長運2016年3月15日所進批次海氣的氣質報告可以看出，乙烷含量高達7.87%，丙烷含量高達2.92%，而LNG氣體的主要指標甲烷只有87.58%。

目前車輛使用LNG氣體甲烷的含量標準約96%，乙烷、丙烷約2%～3%，方能滿足車輛安全使用要求。目前國家對LNG氣體的檢測標準相對寬松，沒有明確的成分比例含量要求，只限于熱值。

由于LNG發動機電腦程序以甲烷數量為LNG氣體的標定值，若LNG中甲烷含量低，則會有相應過多的乙烷、丙烷等參與燃燒，乙烷、丙烷熱值高，過多的乙烷和丙烷參與燃燒，易引起發動機瞬態爆震、放炮等現象。

加注海氣后，車輛在行駛中因熱值過高感覺發動機動力增加，但發動機放炮、爆震、局部溫度增高等異常現象同時存在。

3 結論

1）根據故障現狀和各類原因綜合分析，氣源問題是形成此類故障的直接原因。

2）由于海氣的乙烷、丙烷含量高，燃燒的熱值比甲烷要高很多，使缸內溫度高或局部溫度高，天然氣燃燒不均勻，又容易爆震，直接導致了活塞燒蝕、缸蓋破裂等故障。

4 防范措施

1）正常情況下，全部改為加注國產鄂爾多斯、新疆廣匯等產地的西北LNG氣體，甲烷含量約96%以上。

2）如果用海氣，需要更換程序，或者使用氧傳感器；我們從濰柴廠家得到一款發動機標定程序，可以在乙烷和丙烷含量高的情況下使用，通過減少供氣量，降低缸內溫度，但發動機動力性會降低。

3）長時間停駛的車輛被啟用時，需要放空罐內的天然氣后，重新加注。防止瓶底沉淀很多乙烷、丙烷形成爆震。

4）發現有活塞燒融或拉缸現象后，立即檢查增壓器是否上機油及卸荷閥是否漏氣，同時檢查燃氣計量閥是否漏天然氣。

5）在發動機大項修時要正確裝配點火正時器，避免錯誤的點火時間導致故障。

6）對駕駛員培訓，提高相應的LNG氣體機操作技能，特別是發動機突然動力異常強勁，需要及時停車匯報，需檢查增壓器、燃氣計量閥、氧傳感器、點火時間等處。發現發動機爆震、放炮、增壓器溫度異常等問題要及時停車檢修。

5 效果

1）根據總結的措施操作后，沒有再出現類似事件，基本解決此類故障。

2）為以后的類似故障解決提供了理論依據，提高了氣體機的操作維護水平。

參考文獻

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