濰柴天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)活塞燒蝕等故障的技術(shù)總結(jié)

王震+高明金

摘 要 對(duì)于車(chē)隊(duì)好幾輛車(chē)集中出現(xiàn)活塞燒蝕、拉缸、缸蓋破裂以及推桿彎曲等現(xiàn)象，我們對(duì)故障部件進(jìn)行了鑒定，對(duì)此類故障的各類原因進(jìn)行總結(jié)整理，找到了故障的主要原因，并制定了防范措施。

關(guān)鍵詞 天然氣；發(fā)動(dòng)機(jī)維修；活塞燒蝕

中圖分類號(hào) U46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）172-0256-02

2016年年初，車(chē)隊(duì)有好幾輛發(fā)動(dòng)機(jī)集中出現(xiàn)活塞燒蝕、缸蓋破裂、拉缸及推桿彎曲等故障，我們對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行了分析判斷，并去加氣站確認(rèn)了氣源，去濰柴廠家交流咨詢了經(jīng)驗(yàn)，基本理清了故障出現(xiàn)的原因并總結(jié)了以后的預(yù)防措施。

1 現(xiàn)狀分析

我們對(duì)故障部件進(jìn)行鑒定分析，以明確機(jī)械損傷的出現(xiàn)機(jī)理。

活塞開(kāi)裂是因?yàn)榫植繜嶂堤?，熱?yīng)力太大，加上早燃或點(diǎn)火延遲等不正常燃燒造成爆震，造成熱疲勞和做功時(shí)的機(jī)械疲勞，使活塞開(kāi)裂。

活塞上部有燒融現(xiàn)象，活塞環(huán)處有明顯拉傷痕跡，第一道環(huán)的下側(cè)隙明顯變大，而且活塞環(huán)部位很多燒融的金屬凝固物，說(shuō)明第一道環(huán)在向上排氣或壓縮行程時(shí)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(gè)活塞與缸套有拉缸現(xiàn)象，從各種現(xiàn)象可以推測(cè)出拉缸是因?yàn)榛钊麩诤?，金屬粘著缸套以及活塞形狀變化?dǎo)致，而燒融是因?yàn)槿紵覂?nèi)溫度太高。

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

鼻梁的裂紋在排氣門(mén)側(cè)，說(shuō)明排氣溫度高，熱應(yīng)力大，也說(shuō)明缸內(nèi)溫度非常高。

根據(jù)現(xiàn)狀可以得出如下結(jié)論：

1）缸內(nèi)高溫超過(guò)活塞和缸蓋極限，而且有局部高溫現(xiàn)象。

2）做功時(shí)容易爆震。

3）我們可以推測(cè)出天然氣中很有可能雜質(zhì)很多，并且熱值很高。

2 故障原因分析

我們總結(jié)調(diào)研出現(xiàn)此類故障的所有原因，對(duì)故障原因進(jìn)行篩選，與現(xiàn)狀進(jìn)行比對(duì)，從而找到真正的主因。

1）點(diǎn)火時(shí)間。點(diǎn)火調(diào)整不好，過(guò)早容易爆燃，過(guò)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(diào)整點(diǎn)火時(shí)間，使一缸上止點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)刻度線，但舊車(chē)可以提前5度左右。

根據(jù)與廠家的交流，我們的點(diǎn)火時(shí)間調(diào)整方法正確，對(duì)車(chē)輛進(jìn)行拆檢，也發(fā)現(xiàn)點(diǎn)火時(shí)間正常。

2）車(chē)輛停駛時(shí)間過(guò)久。LNG即液化天然氣的英文縮寫(xiě)，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(zhǎng)時(shí)間停放，LNG在罐內(nèi)會(huì)出現(xiàn)分層，由于乙烷和丙烷的密度要比甲烷大，會(huì)沉淀在氣罐底部；又因甲烷比乙烷、丙烷的沸點(diǎn)低，當(dāng)溫升造成壓力升高時(shí)，壓力超過(guò)安全壓力閾值后，甲烷氣體會(huì)從氣罐的安全閥排出。造成罐內(nèi)乙烷、丙烷比重不斷升高。車(chē)輛重新行駛時(shí)，從氣罐下部進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的幾乎全部為乙烷和丙烷，造成發(fā)動(dòng)機(jī)短期內(nèi)劇烈爆震的頻率增加。

但根據(jù)車(chē)隊(duì)反映，我們的車(chē)輛并沒(méi)有長(zhǎng)時(shí)間停駛。

3）氧傳感器損壞。氧傳感器主要作用是閉環(huán)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)下一個(gè)工作循環(huán)的天然氣供氣量。傳感器損壞后會(huì)出現(xiàn)供氣量不能實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，就會(huì)出現(xiàn)混合氣過(guò)濃或過(guò)稀；若混合氣過(guò)濃，則存在燃燒不完全的現(xiàn)象，有產(chǎn)生放炮、爆震的可能。

氧傳感器最怕進(jìn)水，在冷車(chē)發(fā)動(dòng)時(shí)，排氣管非常容易集結(jié)水汽，氧傳感器極易損壞，因?yàn)檠鮽鞲衅饕埠苜F，不少車(chē)輛都沒(méi)再更換，但是未出現(xiàn)活塞燒蝕的類似故障。

4）增壓器過(guò)量增壓。使用與原機(jī)不相匹配的增壓器會(huì)出現(xiàn)過(guò)量增壓的現(xiàn)象造成發(fā)動(dòng)機(jī)損壞。LNG氣體機(jī)原先配套的是康悅牌增壓器，近期新機(jī)出廠配套的是霍爾賽特增壓器。我們采購(gòu)的是配套的康悅牌增壓器，與LNG氣體機(jī)相匹配，不存在過(guò)量增壓的問(wèn)題。

因?yàn)闅怏w機(jī)的供天然氣量取決于進(jìn)空氣量，增壓器“上機(jī)油”或增壓器卸荷閥調(diào)節(jié)不當(dāng)或漏氣，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)空氣量無(wú)法有效調(diào)節(jié)，有可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)“飛車(chē)”現(xiàn)象，也容易造成發(fā)動(dòng)機(jī)爆震、拉缸。我們對(duì)增壓器進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)“上機(jī)油”或卸荷閥調(diào)節(jié)不當(dāng)或漏氣。

5）燃?xì)庥?jì)量閥漏氣。燃?xì)庥?jì)量閥是給發(fā)動(dòng)機(jī)供天然氣的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如果它漏氣，會(huì)導(dǎo)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(nèi)熱值太高。

我們對(duì)幾個(gè)故障車(chē)輛的計(jì)量閥進(jìn)行檢查未發(fā)現(xiàn)漏氣。

6）氣源問(wèn)題。根據(jù)調(diào)查進(jìn)口海氣和國(guó)產(chǎn)氣主要成分含量不同。

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)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(jìn)口的海氣，多數(shù)是從澳大利亞和東南亞等一些國(guó)家采購(gòu)的，本身在氣源的穩(wěn)定性上就存在各種成分不穩(wěn)定的現(xiàn)象。從長(zhǎng)運(yùn)2016年3月15日所進(jìn)批次海氣的氣質(zhì)報(bào)告可以看出，乙烷含量高達(dá)7.87%，丙烷含量高達(dá)2.92%，而LNG氣體的主要指標(biāo)甲烷只有87.58%。

目前車(chē)輛使用LNG氣體甲烷的含量標(biāo)準(zhǔn)約96%，乙烷、丙烷約2%～3%，方能滿足車(chē)輛安全使用要求。目前國(guó)家對(duì)LNG氣體的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)寬松，沒(méi)有明確的成分比例含量要求，只限于熱值。

由于LNG發(fā)動(dòng)機(jī)電腦程序以甲烷數(shù)量為L(zhǎng)NG氣體的標(biāo)定值，若LNG中甲烷含量低，則會(huì)有相應(yīng)過(guò)多的乙烷、丙烷等參與燃燒，乙烷、丙烷熱值高，過(guò)多的乙烷和丙烷參與燃燒，易引起發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)爆震、放炮等現(xiàn)象。

加注海氣后，車(chē)輛在行駛中因熱值過(guò)高感覺(jué)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力增加，但發(fā)動(dòng)機(jī)放炮、爆震、局部溫度增高等異常現(xiàn)象同時(shí)存在。

3 結(jié)論

1）根據(jù)故障現(xiàn)狀和各類原因綜合分析，氣源問(wèn)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(nèi)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(dǎo)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(guó)產(chǎn)鄂爾多斯、新疆廣匯等產(chǎn)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(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定程序，可以在乙烷和丙烷含量高的情況下使用，通過(guò)減少供氣量，降低缸內(nèi)溫度，但發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性會(huì)降低。

3）長(zhǎng)時(shí)間停駛的車(chē)輛被啟用時(shí)，需要放空罐內(nèi)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(fā)現(xiàn)有活塞燒融或拉缸現(xiàn)象后，立即檢查增壓器是否上機(jī)油及卸荷閥是否漏氣，同時(shí)檢查燃?xì)庥?jì)量閥是否漏天然氣。

5）在發(fā)動(dòng)機(jī)大項(xiàng)修時(shí)要正確裝配點(diǎn)火正時(shí)器，避免錯(cuò)誤的點(diǎn)火時(shí)間導(dǎo)致故障。

6）對(duì)駕駛員培訓(xùn)，提高相應(yīng)的LNG氣體機(jī)操作技能，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)突然動(dòng)力異常強(qiáng)勁，需要及時(shí)停車(chē)匯報(bào)，需檢查增壓器、燃?xì)庥?jì)量閥、氧傳感器、點(diǎn)火時(shí)間等處。發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)爆震、放炮、增壓器溫度異常等問(wèn)題要及時(shí)停車(chē)檢修。

5 效果

1）根據(jù)總結(jié)的措施操作后，沒(méi)有再出現(xiàn)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(jù)，提高了氣體機(jī)的操作維護(hù)水平。

參考文獻(xiàn)

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