LNG 客車燃氣噴射器的“2+2”故障診斷法及手動清洗操作規范

江蘇龍捷汽車服務常州有限公司 王曉昀，喬 森

近年來，國家大力提倡節能減排和低碳發展的政策，推動了清潔能源天然氣業務快速發展。目前，常州公路運輸集團有限公司使用的均為LNG（Liquefied natural gas）客車，車輛使用濰柴動力總成，發動機的主要型號為濰柴WP10NG、濰柴WP7NG和濰柴WP6NG，這些發動機均匹配WOODWARD（伍德沃德）公司的OH2.X 型LNG燃氣控制系統。在使用過程中這些車輛經常會發生發動機無法起動或起動困難、怠速不穩、動力不足、燃氣消耗過大、排氣有異味等故障。通過對大量車輛的診斷與維修，我們發現，雖然造成這些故障的原因可能多種多樣，但是70%以上是由燃氣計量閥（FMV，圖1）上的燃氣噴射器（圖2）故障造成的。

1 LNG客車燃氣控制系統介紹

查看WOODWARD OH2.X燃氣控制系統（圖3）可知，減壓后的天然氣經熱交換器和燃氣節溫器后被加熱到合適的溫度范圍，然后進入燃氣計量閥。燃氣計量閥根據不同的發動機型號分別配有8個、10個和12個燃氣噴射器，這些燃氣噴射器分2組平行布置，每個噴射器對應1個驅動器。在正常工況下，燃氣噴射器是依次輪流噴射的；在特殊工況下（如急加速），燃氣噴射器會同時噴射以增加燃氣噴射量，加快系統反應速度。燃氣計量閥的工作電壓是16 V～32 V。每個燃氣噴射器的峰值電流是4 A，維持電流是1 A。

根據發動機運行工況，ECU調整燃氣噴射器脈寬占空比，控制燃氣噴射量，保證發動機在設定的空燃比下運行。通過對系統結構的分析和實際使用維修的經驗，由于燃氣噴射器在發動機工作過程中以極高的頻率運轉，其中的任何雜質（如發動機運轉產生的各類積炭、結焦）都會使噴射器損壞或工作不良，所以燃氣噴射器一直是損壞頻率較高，故障現象較多的部件。為此我們總結出了一套快速、高效、經濟的燃氣噴射器“2+2”故障診斷法，下面作具體闡述。

圖1 燃氣計量閥

圖2 燃氣噴射器

2 燃氣噴射器“2+2”故障診斷法

燃氣噴射器“2+2”故障診斷法主要分為儀器診斷法和拆檢診斷法，其中儀器診斷法分為WOODWARD公司專用ToolKit診斷軟件診斷法和其他儀器的診斷法；拆檢診斷法分為燃氣噴射器清洗試驗臺診斷法和簡易檢測工具診斷法。掌握這些診斷方法有助于提高LNG客車燃氣噴射器故障診斷的快速性和準確性，減少客車的在廠檢修時間，節省大量維修成本。

圖3 WOODWARD OH2.X燃氣控制系統

2.1 儀器診斷法

2.1.1 WOODWARD公司專用ToolKit診斷軟件診斷法

WOODWARD OH2.X燃氣控制系統具有以下技術特性：電控噴射，進氣總管預混合；電子節氣門控制；增壓壓力閉環控制；空燃比閉環控制；可以稀薄燃燒，能夠達到歐四及以上排放標準。該控制系統配備了自診斷系統，能實時監控車輛的工作狀態，及時診斷并通過發動機故障燈報警。

WOODWARD公司專門開發ToolKit診斷軟件來對發動機運行參數進行監控和故障診斷。圖4所示為該診斷軟件的標準化中文界面。

連接上安裝有診斷程序的筆記本電腦，接通點火開關，進入診斷界面。在診斷界面上有個燃氣壓力數值顯示（標準燃氣壓力為8.2 bar，1 bar=100 kPa），觀察軟件頁面上天然氣壓力數值是否會迅速減小，若數值會減小，甚至減小到0 bar～1 bar，我們可以判斷有燃氣噴射器存在內漏氣現象（針閥卡在常開位置），大量燃氣直接進入發動機，造成混合氣嚴重過濃，發動機不能起動。

圖4 ToolKit診斷程序的標準化中文界面（截屏）

若發動機出現動力下降、怠速不穩等現象，且存儲故障代碼951～959或961～969，表示某個噴射器或其線路有故障。可使用ToolKit診斷軟件內的“噴射器-診斷測試”模塊，逐個切斷噴射器來判斷是哪個噴射器存在故障。若存儲故障代碼441、451、461、471，可通過觀察ToolKit診斷軟件內閉環修正系數及自適應表（圖5）來進一步判斷故障。系數為正數代表該工況混合氣稀；系數為負數代表該工況混合氣濃。一般情況下系數如果大于0.2或小于-0.2，此時燃氣消耗增加，但發動機故障燈不亮，需檢查燃氣噴射器是否存在卡滯和污損的現象，并清燃氣洗噴射器；當系數大于0.3或小于-0.3時，故障現象較為明顯（燃氣消耗非常大，嚴重時會發生怠速游車、排氣有異味），此時發動機故障燈將點亮，一般這種情況是某個燃氣噴射器完全失效了。

2.1.2 其他儀器的診斷方法

在實際診斷中主要是借助萬用表、測試筆等儀器進行測試。如果發動機無法起動，燃氣噴射器無燃氣噴出，需要使用萬用表檢測燃氣噴射器是否有24 V供電電壓，如無電壓，需檢查燃氣噴射器供電熔絲、繼電器和線路等是否正常，然后測量單個燃氣噴射器的電阻（正常室溫下電阻為8 Ω～10 Ω），如果阻值不在規定范圍內，一般為燃氣噴射器線圈短路、虛接或斷路，需要更換燃氣噴射器，如阻值正常，可在相應噴射器的接線端導線連接器上跨接一個LED試燈，接通點火開關，查看LED燈是否閃亮，如不閃亮需測量有無24 V供電電壓。常見的故障原因有導線連接器損壞、端子退縮、線路斷路等。

2.2 拆檢診斷法

通過對LNG燃氣噴射器故障診斷，可以發現燃氣噴射器故障除少數由線路故障或燃氣噴射器的線圈損壞造成外，絕大多數是由燃氣噴射器積炭、結焦或內部雜質導致燃氣噴射器異常磨損造成的。

圖5 診斷軟件內閉環修正系數及自適應表（截屏）

燃氣噴射器結構（圖6）與一般轎車上使用的燃油噴射器結構相似，都是由濾網、導線連接器、電磁線圈、復位彈簧和針閥等組成的，所以燃氣噴射器的清洗和維修方法與燃油噴射器類似。根據各維修企業的設備條件，目前可采取以下方案對燃氣噴射器進行單個檢測。

圖6 燃氣噴射器結構

2.2.1 燃氣噴射器清洗試驗臺診斷法

燃氣噴射器清洗試驗臺（圖7）與燃油噴射器試驗臺結構和原理均相似，不同的地方在于燃氣噴射器的驅動電壓是24 V，燃油噴射器的驅動電壓是12 V。目前，市場上已經有各種試驗臺在售，使用時只需按照設備說明進行操作即可。

圖7 燃氣噴射器清洗試驗臺

2.2.2 簡易工具診斷法

對維修臺次較小的企業，可采取自制簡易測試裝置（圖8）來檢測。使用時將連接管接到燃氣噴射器進氣口，施加6 bar～8 bar氣壓，測試燃氣噴射器有無泄漏（可放入清水觀察是否冒氣泡）。使用簡易試驗開關，接通24 V電源，檢查是否有斷路的燃氣噴射器。

圖8 自制簡易測試裝置

3 故障案例解析

故障現象一輛蘇州金龍海格KLQ6125客車，搭載濰柴WP10NG發動機，匹配WOODWARD公司的OH2.X 型LNG燃氣控制系統。該車發動機無法起動。

故障診斷首先觀察駕駛人儀表臺處顯示屏，顯示有燃氣，LNG儲液鋼瓶上的壓力表顯示鋼瓶內壓力為11 bar，壓力正常。連接安裝有ToolKit診斷軟件的故障檢測儀，接通點火開關，顯示燃氣壓力為9 bar，正常。拆下燃氣計量閥連接到混合器的出氣管（注意安全，不能有明火），起動發動機，管內有燃氣噴出。拆下任意氣缸的火花塞，連上分缸線，起動發動機，高壓點火正常。進一步檢查發現，燃氣壓力在接通點火開關時顯示為9 bar，但是一會兒就下降至1 bar，由此推斷某個部位存在漏氣現象，結合發動機無法起動的故障現象分析，懷疑有燃氣噴射器針閥卡死在常開位置。使用診斷軟件內的燃氣噴射器切斷測試程序測試并打開發動機轉速波形圖，發現在切斷4號燃氣噴射器時發動機轉速無變化，由此推斷該燃氣噴射器損壞。

故障排除更換4號燃氣噴射器后試車，故障現象沒有再出現，故障排除。

故障分析雖然有燃氣進入氣缸，且有高壓點火，但是，由于4號燃氣噴射器存在針閥卡死現象，造成大量的LNG氣體未經計量就進入氣缸內部，導致混合氣嚴重過濃，發動機便不能起動了。

4 手動清洗燃氣噴射器操作規范

濰柴對燃氣噴射器有專用的不拆解清洗設備，ToolKit診斷軟件內有相對應的清洗程序，通過實踐，發現該清洗程序效果一般，所以我們現在都采取拆卸后分解清洗的方法。

4.1 拆裝方法

（1）從車上拆下燃氣計量閥總成。

（2）使用6.3 mm內六角扳手拆卸燃氣計量閥總成上固定上下殼體的內六角螺栓。

（3）分離上下殼體（不能使用金屬硬物敲擊，可以使用木錘或橡膠錘）。

（4）依次取下所有燃氣噴射器（圖9），并按順序放置。

圖9 拆解燃氣計量閥總成

（5）安裝時在燃氣噴射器兩端O形圈處涂抹凡士林，依次安裝燃氣噴射器。

（6）安裝上下殼體，緊固內六角螺栓。

4.2 清洗方法

（1）使用專用超聲波清洗機和清洗液（圖10）進行清洗，將燃氣噴射器放置在清洗架上，加入清洗液，進行清洗。

圖10 專用超聲波清洗機和清洗液

（2）對維修量較小的單位，可使用自制的簡易燃氣噴射器清洗裝置（圖11），用化油器清洗劑進行清洗。清洗時，將清洗頭一端連接燃氣噴射器進氣口，另一端連接化油器清洗劑。供電線與燃氣噴射器接線柱連接，另一端與蓄電池24 V電源連接，接通電源，同時向下按壓清洗頭，對燃氣噴射器進行手動清洗。清洗完成后需使用自制簡易測試裝置進行檢測。

圖11 自制簡易燃氣噴射器清洗裝置

4.3 注意事項

（1）拆裝燃氣計量閥時必須斷開點火開關、關閉LNG儲氣瓶出液閥，確保在拆卸時沒有燃氣噴出，清洗時周邊不能有明火。

（2）安裝燃氣噴射器時，損壞的O形圈必須更換，且O形圈必須涂抹凡士林，嚴禁涂抹黃油、機油等作為潤滑劑。

（3）安裝完成后必須進行外部泄漏試驗，包括各燃氣噴射器與殼體的上下連接處、進出氣管連接端等，不能存在漏氣現象（天然氣泄漏為重大安全隱患）。

（4）緩慢打開LNG儲氣瓶出液閥（開至最大后回旋1圈），起動發動機，連接故障檢測儀檢測，并使用ToolKit診斷軟件內的燃氣噴射器切斷模式測試單個燃氣噴射器是否正常。

5 總結

早期WOODWARD不提供相應的燃氣噴射器配件，若單個燃氣噴射器損壞，則必須更換燃氣計量閥總成（價格在6800元左右），現已能更換單個燃氣噴射器，價格不到300元，每年可為企業節約大量維修成本。

截至目前，我們已經累計維修燃氣計量閥100多個，節約維修成本50余萬元。在檢修LNG燃氣客車的過程中，本著“科學診斷、合理維修”的原則，使用“2+2”故障診斷法能夠快速、準確地檢查出燃氣噴射器的故障，然后通過更換燃氣噴射器恢復燃氣計量閥正常功能，為企業節約了大量的維修成本。