CNG汽車常見故障淺析研究

目前，我國(guó)使用的CNG汽車都是由汽油車改裝的，保留了汽油車的供油系統(tǒng)，增加了一套CNG燃料儲(chǔ)備、供給和控制的燃?xì)庋b置，將只用汽油為燃料的汽車改裝成既能用汽油又能用CNG的雙燃料汽車。雖然不同車型的CNG燃?xì)庋b置型式各異，但結(jié)構(gòu)原理一樣。燃?xì)庋b置中的供氣系統(tǒng)是CNG汽車的核心。供氣系統(tǒng)由減壓閥、動(dòng)力閥和混合器等組成，減壓閥是關(guān)鍵部件，其性能的好壞直接影響CNG汽車的性能，也是造成CNG汽車許多故障的直接根源。目前國(guó)內(nèi)常用的有組合式負(fù)壓排氣減壓閥和分體式正壓排氣減壓閥兩種，兩者的組成結(jié)構(gòu)基本相同，就整個(gè)系統(tǒng)而言，主要區(qū)別在于混合器，前者使用文丘里管式混合器，后者使用比例調(diào)節(jié)式混合器。CNG汽車在我國(guó)推廣應(yīng)用時(shí)間不長(zhǎng)，駕駛?cè)藛T對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能缺乏系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，判斷和處理故障的經(jīng)驗(yàn)不足，故障判斷不準(zhǔn)確。這樣，駕駛?cè)藛T誤認(rèn)為CNG汽車故障多，處理故障較麻煩，影響了CNG汽車的推廣使用。針對(duì)故障率較高的供氣系統(tǒng)，從結(jié)構(gòu)原理與安裝調(diào)試等方面，對(duì)采用組合式負(fù)壓排氣減壓閥的CNG汽車常見故障作了一定分析。供氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及安裝圖1是組合式負(fù)壓排氣減壓閥結(jié)構(gòu)原理圖。圖1組合式負(fù)壓排氣減壓閥結(jié)構(gòu)原理1—加熱水道；2—三級(jí)調(diào)節(jié)閥；3—怠速電磁閥；4—二級(jí)減壓閥；5—一級(jí)減壓閥；6—高壓電磁減壓閥；7—天然氣濾清器第一級(jí)、第二級(jí)減壓閥均為常開杠桿膜片式結(jié)構(gòu)，第三級(jí)減壓閥為常閉真空膜片式結(jié)構(gòu)。設(shè)置在第一級(jí)減壓閥之前的高壓電磁減壓閥控制天然氣流量。由于一級(jí)減壓閥的減壓比高達(dá)50∶1，最大流量可達(dá)40m3/h，氣體膨脹吸熱嚴(yán)重，閥體及管線、閥門、接頭大量結(jié)霜或結(jié)冰，甚至出現(xiàn)管路冰堵。因此，在閥體上設(shè)置了一個(gè)利用發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)水熱量的管路加熱器，以延長(zhǎng)使用壽命，確保減壓閥的正常工作。減壓閥的安裝位置應(yīng)選擇在化油器附近振動(dòng)較小的部位。天然氣燃燒的質(zhì)量空燃比為16.7［1］，汽油燃燒的質(zhì)量空燃比為14.9［2］，兩者共用同一進(jìn)氣通道和燃燒系統(tǒng)時(shí)，因空燃比不同其燃燒所需的空氣量也不同，而空氣通道的截面積卻不變，這樣只有改變天然氣通道截面積，才能調(diào)節(jié)混合器中燃?xì)馀c空氣的比例。用安裝在三級(jí)減壓閥低壓排氣管上的動(dòng)力閥(圖2)來調(diào)節(jié)天然氣進(jìn)氣通道截面積，可滿足燃油、燃?xì)鈺r(shí)各自所需的空燃比，調(diào)節(jié)螺釘旋入的深淺可改變進(jìn)氣通道的橫截面積，并由發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣分析儀測(cè)試出最大扭矩時(shí)排放廢氣中的CO含量，一般為1.0%～1.6%。圖2動(dòng)力閥示意圖1—鎖緊螺母；2—調(diào)節(jié)螺釘；3—低壓管線高壓天然氣經(jīng)過一系列減壓、調(diào)節(jié)后，依靠發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)混合器喉管部位產(chǎn)生的真空度，將減壓閥中的低壓天然氣吸入氣缸，為各種工況提供不同濃度的可燃混合氣。圖3所示為文丘里管式混合器結(jié)構(gòu)圖。混合器一方面使喉管處產(chǎn)生真空度來調(diào)節(jié)減壓閥中的天然氣流量，另一方面又要將天然氣與空氣均勻混合。根據(jù)不同車型可選用盤式或筒式混合器，且均可安裝在空氣濾清器與化油器之間。文丘里管式混合器由殼體和心子兩部分組成，心子喉徑最小處周向均勻分布若干小孔，殼體上有天然氣進(jìn)氣通道?；旌掀鹘Y(jié)構(gòu)雖簡(jiǎn)單，但其設(shè)計(jì)參數(shù)直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能?；旌掀骱韽竭^大，真空度小，加速時(shí)反應(yīng)不靈敏；喉徑過小，吸入空氣量少，影響空燃比，發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降。通氣小孔總截面積應(yīng)與天然氣進(jìn)氣通道截面積相匹配，按四川石油管理局技術(shù)監(jiān)督處制定的《壓縮天然氣汽車-汽油兩用燃料汽車技術(shù)條件》規(guī)定，混合器安裝前后，發(fā)動(dòng)機(jī)使用汽油時(shí)輸出功率不得低于95%，各連接處不得有竄漏氣現(xiàn)象，如果影響太大，必須重新改變混合器參數(shù)。值得注意的是，安裝混合器心子時(shí)，圓弧端應(yīng)朝向空氣濾清器，圓錐端應(yīng)朝向化油器，不可裝反。圖3文丘里管式混合器結(jié)構(gòu)原理圖1—心子；2—?dú)んw主要故障及處理1.動(dòng)力性能差()CNG汽車用天然氣作燃料時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)未隨天然氣特性參數(shù)作適應(yīng)性調(diào)整，就不能充分發(fā)揮出天然氣燃料的優(yōu)良特性，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率比燃油時(shí)下降9%～15%，輸出扭矩比燃油時(shí)下降4%～10%。在排除發(fā)動(dòng)機(jī)本身故障的前提下，引起CNG汽車動(dòng)力性能差的原因主要是燃料供給系統(tǒng)出現(xiàn)的問題。(1)混合器與空氣濾清器安裝配合不當(dāng)和密封不嚴(yán)而漏入過量空氣，降低了混合器喉管部位的真空度，使發(fā)動(dòng)機(jī)吸入氣缸的天然氣量減少。(2)減壓閥低壓出氣管過分彎曲或細(xì)長(zhǎng)，混合器喉部直徑太小，進(jìn)氣通道截面積變小而引起進(jìn)氣阻力增大，使氣缸充氣效率降低太多。(3)動(dòng)力閥的開啟程度與進(jìn)氣通道截面積不匹配，參與調(diào)節(jié)混合氣濃度變化的能力太小。(4)發(fā)動(dòng)機(jī)工況變化時(shí)，進(jìn)氣管道內(nèi)混合氣體的壓力波動(dòng)對(duì)減壓閥的膜片產(chǎn)生附加力，使閥口的開啟度改變，從而影響整個(gè)工況范圍內(nèi)混合氣的濃度。這幾方面的因素導(dǎo)致了混合氣濃度要么變得過稀，要么變得過濃，使混合氣濃度的變化與發(fā)動(dòng)機(jī)工況的變化不相適應(yīng)。因此，處理故障時(shí)可更換與發(fā)動(dòng)機(jī)喉管直徑適宜的混合器，在保證混合器喉管部位有一定真空度的條件下，使喉管部位的尺寸和周向均布的小孔孔徑盡可能大；采用變形小、直徑合適的低壓出氣管，并分別對(duì)怠速電磁閥、三級(jí)減壓閥和動(dòng)力閥進(jìn)行調(diào)整檢查，盡量使混合氣的濃度在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)大致不變，以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)各工況運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。2.啟動(dòng)困難()由于天然氣的燃點(diǎn)、火焰?zhèn)鞑ニ俣取Ⅻc(diǎn)火能量和點(diǎn)火時(shí)間均與汽油存在差異，燃用天然氣比燃用汽油的點(diǎn)火正時(shí)角提前13°～17°，CNG汽車點(diǎn)火線圈的輸出電壓應(yīng)不低于25kV。但是過重的點(diǎn)火能量負(fù)荷（特別在混合氣過稀時(shí)啟動(dòng)），會(huì)降低點(diǎn)火系統(tǒng)零部件的使用壽命。駕駛員應(yīng)掌握天然氣燃料的特性，并在實(shí)際操作中隨時(shí)檢查點(diǎn)火系統(tǒng)零部件的完好程度。對(duì)于點(diǎn)火系統(tǒng)本身的故障（如點(diǎn)火線圈的能量、啟動(dòng)電流的大小、火花塞的間隙等）造成的啟動(dòng)困難，可按一般汽車電器檢修辦法來排除。如果點(diǎn)火系統(tǒng)和燃料轉(zhuǎn)換系統(tǒng)沒有故障，那么導(dǎo)致啟動(dòng)困難的直接原因就是混合氣的濃度?；旌蠚膺^濃，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)怠速不穩(wěn)定和排氣放炮現(xiàn)象，這時(shí)應(yīng)清洗空氣濾清器，調(diào)整、檢修或更換怠速電磁閥，并調(diào)節(jié)三級(jí)減壓閥的彈簧壓力使閥口關(guān)嚴(yán)?；旌蠚鉂舛冗^稀，發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)高速或高速不穩(wěn)定，加速時(shí)機(jī)體振動(dòng)，易熄火，這時(shí)應(yīng)檢查混合器與化油器之間有無(wú)漏氣，三級(jí)減壓閥彈簧是否過緊及膜片是否破裂而竄氣，怠速電磁閥工作是否正常等，并逐項(xiàng)進(jìn)行檢修或更換。3.燃料消耗過多()CNG汽車燃耗與改裝所選用的車型、車況以及改裝的技術(shù)水平都有關(guān)系，例如EQ140型東風(fēng)牌汽車改裝的CNG汽車，每標(biāo)準(zhǔn)立方米天然氣相當(dāng)于0.82kg汽油，可據(jù)此進(jìn)行換算，并對(duì)燃耗的高低作出判斷。CNG汽車在使用汽油時(shí)的燃耗超標(biāo)太多時(shí)，應(yīng)檢查混合器喉管直徑是否與化油器的喉管直徑相匹配以及化油器主量孔是否磨損過大，并進(jìn)行檢修或更換處理。在確認(rèn)沒有漏氣損失的情況下，天然氣燃耗過多，是減壓閥、動(dòng)力閥、混合器等組成的燃?xì)庀到y(tǒng)安裝和調(diào)整不當(dāng)，混合氣過濃或過稀所致。因此，安裝時(shí)要求減壓閥膜片沿平面方向垂直于地面，否則膜片自身的重力會(huì)使三級(jí)減壓閥閥口變大或變小而影響燃耗。其實(shí)減壓閥調(diào)整不當(dāng)使混合氣過濃或過稀才是影響燃耗的主要原因。混合氣過濃燃燒不完全，混合氣過稀燃燒過程的著火延長(zhǎng)期增加。混合氣濃度與發(fā)動(dòng)機(jī)排放廢氣的CO含量成正比，因此測(cè)定排放廢氣中CO的濃度可以為燃耗的經(jīng)濟(jì)性提供判斷依據(jù)。CO的濃度偏高，說明混合氣過濃，反之則混合氣過稀。理想的CO排放濃度應(yīng)根據(jù)具體車型通過試驗(yàn)確定。如東風(fēng)EQ140發(fā)動(dòng)機(jī)以天然氣為燃料時(shí)，最大功率點(diǎn)的CO濃度約為1.48%。4.行進(jìn)中熄火在氣路、電路和油路均正常的情況下，CNG汽車在使用天然氣作燃料時(shí)出現(xiàn)行進(jìn)中熄火，通常是改裝部件安裝不當(dāng)所致。減壓閥膜片沿平面方向垂直于地面時(shí)，膜片的移動(dòng)方向應(yīng)與汽車前進(jìn)方向一致，這可避免汽車制動(dòng)時(shí)慣性力作用在膜片上，否則膜片脫離正常位置而引起混合氣濃度的突然改變使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。因此，處理故障時(shí)要特別注意減壓閥的安裝位置，并檢查油路電磁閥與化油器之間的輸油軟管內(nèi)是否有汽油。若有，汽車制動(dòng)或轉(zhuǎn)彎時(shí)管內(nèi)汽油經(jīng)化油器進(jìn)入進(jìn)氣管道與天然氣混燒，也會(huì)造成行進(jìn)中發(fā)動(dòng)機(jī)工作不正?；蛲蝗幌ɑ?。5.行進(jìn)中的突發(fā)故障突然電路中斷、斷氣、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常及熄火是CNG汽車行進(jìn)中的主要突發(fā)故障。保險(xiǎn)管燒壞、燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)印刷電路板燒壞和搭鐵不良等可引起電路突然中斷。若電路正常而氣路突然中斷，這是減壓閥上管路加熱器沒起作用，氣路產(chǎn)生冰堵所致，這時(shí)要注意檢查高壓電磁減壓閥閥心膠墊。雖然閥心膠墊是耐腐蝕橡膠，但長(zhǎng)期使用后膠墊膨脹也會(huì)阻塞氣路。若氣路暢通而發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，則應(yīng)調(diào)整分電器，以滿足燃用天然氣時(shí)所需的點(diǎn)火正時(shí)角，并對(duì)三級(jí)減壓閥膜片、高壓電磁減壓閥閥心、混合器與化油器的結(jié)合處、低壓排氣管的截面積和空氣濾清器的清潔程度等逐項(xiàng)進(jìn)行檢查，并更換損壞的零部件，否則會(huì)因膜片破裂、進(jìn)氣通道突變和部件結(jié)合處漏氣等改變進(jìn)氣真空度，使發(fā)動(dòng)機(jī)突然運(yùn)轉(zhuǎn)不正?；蛳ɑ稹?.儲(chǔ)氣瓶中天然氣不能用盡當(dāng)天然氣質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，若儲(chǔ)氣瓶中天然氣始終不能用至1kPa以下，這主要與高壓電磁減壓閥、壓力傳感器和壓力表有關(guān)。應(yīng)按照有關(guān)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)壓力傳感器和壓力表進(jìn)行校檢和修理。如果問題依然存在，可卸去高壓電磁減壓閥閥心，只裝閥筒而能正常用盡瓶中天然氣時(shí)，就說明高壓電磁減壓閥閥心總成在閥筒內(nèi)提起高度不夠或閥心間隙過