LNG天然氣客車故障3例

廣西運德汽車運輸集團有限公司 龔蘭軍

LNG天然氣客車故障3例

廣西運德汽車運輸集團有限公司 龔蘭軍

為適應日益嚴苛的環保政策法規，積極響應國家節能減排工作號召，我公司自2012年起陸續采購了10輛以液化石油天然氣為燃料的LNG客車，具有環保、節能、經濟性能好，安全性能高等優點。該批車輛為浙江金華青年客車廠產的JNP6127FN-1車型，配裝玉柴YC6MK375N-40發動機，同時為保證該車的行駛里程，采用容積為450 L和275 L的兩只氣罐串聯安裝，一次加滿燃料后，行駛里程可達2 500 km。在使用過程中，其優勢日趨明顯，為企業樹立了良好的社會形象，也取得了較好的經濟效益，但也發現了一些較為典型的故障，分享出來供同行交流。

案例1

故障現象 一輛浙江金華青年客車廠產的JNP6127FN-1 LNG客車，配裝玉柴YC6MK375N-40發動機，累計行駛里程為63萬km，駕駛人反映該車突然加速踏板失效，車輛無法加速行駛。

故障診斷 接通點火開關，儀表臺發動機故障燈點亮，說明發動機系統存在故障。起動發動機，無異響，發動機怠速抖動，緩速踩下加速踏板，發動機提速正常，在松開加速踏板后，進行第2次加速時，發現發動機轉速提升到1 500 r/min后再踩加速踏板，發動機轉速無法上升到最高轉速。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）

造成發動機無法正常加速的原因主要有：加速踏板部件或相關線路出現故障；燃氣系統的其他部件出現了故障，如電控調壓器（EPR）、混合器、電子節氣門等，進入了跛行回家模式，限制了發動機的輸出轉速和轉矩。

加速踏板線路或部件出現故障，發動機出現故障時限速1 100 r/min，踩加速踏板發動機轉速沒變化，與本故障出現的情況不符，為確保萬無一失，分別對加速踏板的連接器和連接線束進行了檢查，均正常。

仔細分析故障代碼，出現這類故障的主要原因是進入發動機燃燒室的氣體出現了問題，空氣和燃料得不到充分混合，影響燃燒，推斷可能是進氣系統的混合器部件出現了故障。混合器的主要作用就是根據發動機工況要求，使燃氣和空氣達到合理的容積比，穩定地控制空燃比，讓可燃混合氣得到充分混合，進入氣缸內完全燃燒。

YC6MK375N-40發動機混合器采用雙膜片控制，內部膜片在發動機運轉過程中頻繁運動，極易造成運動部件的卡滯、膜片破損等問題。遂對發動機混合器部件進行了拆檢，發現發動機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），發動機混合器無法根據系統要求完成混合氣體的燃空比控制，造成了發動機工作異常。

圖2 YC6MK375N-40發動機混合器

故障排除 拆開發動機混合器，更換膜片，清除故障代碼后試車，故障徹底排除。早期出現此類故障，無相應的配套配件供應采購，多進行更換發動機混合器總成修理，維修成本較高。現市面上已有膜片等零部件供應，可避免總成更換。

另外，此故障為混合器單片膜片損壞，可以起動發動機，若混合器內雙片膜片都損壞，則會導致發動機無法起動。

案例2

故障現象 一輛浙江金華青年客車廠產的JNP6127FN-1 LNG客車，累計行駛里程約為72萬km，車輛在行駛途中突然熄火，發動機無法再次起動。

故障診斷 分析發生上述故障的可能原因有：整車供電線路故障；與發動機控制單元相關的熔絲、繼電器、搭鐵不良等故障；燃料供給不足；點火系統出現故障；燃氣系統部件出現重大故障或損壞；發動機配氣相位出現錯亂；發動機內部出現機械故障等。

到達現場后對整車的供電系統、與發動機控制單元相關的連接器、搭鐵等進行詳細排查，未發現有松動、虛接等情況，與發動機電控單元相關的熔絲也都正常。檢查儲氣瓶存氣壓力正常，說明天然氣充足，排除燃料不足導致故障。接通點火開關，發動機故障燈常亮，同時測量冷卻液溫度傳感器、進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，說明發動機控制單元的供電正常，能順利通電自檢。

連接故障診斷儀，正常進入診斷軟件，起動發動機，起動機運轉有力；通過診斷軟件查看起動機轉速，正常；曲軸位置傳感器和凸輪軸位置轉感器的同步情況也正常，發動機無異響。讀取故障代碼，分別為：134——G01開路/遲緩；1172——EPR輸出壓力低于預定范圍；8904——UEGO標定電阻電壓高；8914——UEGO標定測量單元加熱緩慢。其中故障代碼134和8904為當前激活狀態，其余為歷史故障代碼，說明在發動機運轉過程中出現電控調壓器（EPR）輸出壓力低的故障，這兩個故障代碼是氧傳感器出現故障后，由發動機控制單元激活控制策略點亮故障燈。氧傳感器的作用是通過檢測尾氣中氧分子濃度，從而測量燃燒時的空燃比，通過發動機電控單元根據測量所得的空燃比修正燃氣供給量，雖然其出現故障不足以引起發動機無起動，但根據故障排除準則，先對當前的確認故障碼進行處理。檢查氧傳感器的連接線路，均正常。測量氧傳感器的藍色導線和黃色導線（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，發動機仍無法起動。

根據故障代碼1172，懷疑故障點在燃料輸送氣路，氣路上出現堵塞、泄漏、不暢等嚴重現象時也會導致著火困難，甚至無法起動。對各級安全閥門、濾清器及穩壓器、電磁閥等逐級進行斷開檢查，檢查是否有氣體通過（做此項測試的時候要遠離明火）。當檢查到穩壓器部件時，發現出口有氣體通過，且氣體中附著有較多的金屬粉末，但在進口處未發現有此現象。穩壓器的作用是利用內部穩壓裝置將出口壓力穩定為LNG發動機需求的天然氣壓力，正常穩定在10 bar（1 bar=100 kPa）左右，如果該部件失效就會導致進入電控調壓器（EPR）的氣體壓力受到影響。拆檢穩壓器，發現穩壓器內部調整裝置異常磨損，產生了大量的金屬粉末，調整膜片也已破損。更換穩壓器后試車，發動機仍不能正常起動。

圖3 EPR內部的金屬粉末

結合故障代碼1172和穩壓器出現的故障進行分析，很有可能是金屬粉末進入了電控調壓器（EPR）內部，造成工作失效。斷開點火開關，脫開電控調壓器（EPR）的連接器，讓控制系統處于默認工作狀態。起動發動機，此時發動機能順利起動，說明電控調壓器（EPR）連接線路或其本身內部出現了故障，導致工作不正常。接通點火開關，用萬用表測量電控調壓器（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象，均正常。故障排除至此，懷疑電控調壓器（EPR）有故障。拆開EPR內部進行檢查，發現內部腔體入口處有穩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）。

電控調壓器的作用類似于一個燃料噴射泵，主要功能是按照發動機控制單元的壓力指令來控制EPR閥出口壓力，控制目標為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），當電控調壓器實際出口壓力與反饋管壓力之差比發動機控制單元內部設定命令值低于一定值時，故障觸發。故障觸發后，由于燃料控制精度變差，可能會導致發動機燃空比過小而出現發動機無法正常或起動后出現失火。當內部電路芯片出現致命損壞后，無法正常工作，導致發動機熄火后無法起動，

故障排除 更換電控調壓器（EPR）后，發動機順利起動，加速正常，故障排除。

圖4 EPR電路板中芯片燒毀

案例3

故障現象 一輛累計行駛里程約為65萬km的JNP6127FN-1 LNG客車，行駛途中駕駛人聽到發動機處發出類似放炮聲的異常，接著發動機熄火，無法再次起動。

故障診斷與排除 接車后起動發動機，起動機運轉有力，但無著火跡象，發動機故障指示燈未點亮。測量冷卻液溫度傳感器、進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，說明發動機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。起動發動機，從故障檢測儀軟件界面查看發動機轉速達200 r/min，曲軸位置傳感器和凸輪軸位置轉感器的同步狀態也正常，進氣歧管絕對壓力傳感器(MAP )較未起動前略有下降，說明發動機的轉速和進氣歧管絕對壓力傳感器符合起動要求。

由于發動機沒有點火跡象，先考慮氣路是否存在問題，通過診斷軟件監測電控調壓器（EPR）出口壓力在起動過程中與系統設定目標值跟隨性良好；接通點火開關約 20 s后關閉氣瓶總開關，然后拆掉低壓電磁閥出口位置，起動發動機觀察出氣口有持續天然氣噴出（此項測試要遠離明火）；脫開電控調壓器（EPR）線束連接器，亦無法順利起動，由此可以判定，燃料的氣路不存在問題。

下一步懷疑發動機的點火系統可能存在有不點火現象，如同汽油發動機的點火檢查一樣，可通過外置點火測試進行判斷。分別拆下各缸的火花塞到缸外做點火試驗，發現各缸的火花塞點火有斷斷續續的現象，檢查各缸火花塞和點火線圈，發現氣缸4、氣缸5、氣缸6的點火線圈氧化比較嚴重，線束連接器已經無法固定，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），各氣缸的高壓導線已被高壓燒壞粘結（圖5）。更換固定點火線圈插接件接頭和高壓導線，清理干凈點火線圈氧化層，將調好間隙的火花塞裝復后，試火正常，但發動機還是無法起動。

圖5 被高壓燒壞的高壓導線

最后還是把思路轉移到混合氣濃度上，懷疑是混合器一致性差或功能失效導致發動機起動時混合氣濃度過濃使發動機無法點火成功。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以外，活動的部件也運動正常，沒有發現有其他異常情況。

故障排除陷入了困境，發動機外部的部件都差不多檢查完畢，發動機仍無著火現象。點火系統工作正常，那是不是進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入氣缸內的最后一道“關口”——電子節氣門，手動撥動電子節氣門動作閥碟，無法撥動，通過檢測軟件對電子節氣門進行動作測試，可以檢查加速踏板的動作與電子節氣門的跟隨性動作是否一致，若隨動性好，則兩者都工作正常，若其中一個部件出現故障或問題，則軟件界面可以清楚反映出來。經過測試，當加速踏板動作達50%位置時，電子節氣門 仍處于0%位置，由此可知電子節氣門有故障。拆開后發現該車的電子節氣門 閥碟驅動齒輪已崩壞一齒，電子節氣門卡死在關閉狀態，混合氣無法進入氣缸燃燒，造成了發動機無法起動。

故障排除 更換電子節氣門 總成后，發動機可以順利起動，各項數據運行正常，故障排除。分析認為點火系統出現問題后，導致進入發動機的混合氣不能充分燃燒，部分未完全燃燒的混合氣進入了進氣管，造成進氣管路回火爆炸（類似放炮聲），使電子節氣門閥碟驅動齒輪受力崩壞，卡死在了關閉位置，混合氣無法進入氣缸燃燒，導致發動機無法正常起動。

2017-04-02）