液化天然气发动机自燃原因分析与改进

赵小龙，汤玉胜

（杭州长运运输集团有限公司 汽车修理分公司，浙江 杭州 310000）

液化天然气发动机自燃原因分析与改进

赵小龙，汤玉胜

（杭州长运运输集团有限公司 汽车修理分公司，浙江 杭州 310000）

1 故障现象

某运输企业有二十几辆LNG天然气客车班线车，半年间有2辆青年客车的LNG天然气客车在行驶中发生自燃。一辆行驶400 000 km左右，一辆行驶360 000 km左右，车况较好。某运输公司刚从某客车生产企业提的新车，在回程的高速公路上自燃。事后分析事故原因，主要是汽化器汽化不完全。

2 原因分析

LNG天然气的温度极低，其沸点在大气压力下约为-160 ℃，沸腾温度随蒸汽压力的变化梯度约为1.25×10-4℃/Pa，天然气在常温下不能通过加压液化，必须将温度降到约-80 ℃以下才能在一定压力下液化。通常情况下1个体积的LNG（液态）将产生625个体积的气体（标准状态）。LNG（液态）密度：0.42 kg/L；天然气（标准状态/气态）密度：0.7 kg/m³。液化天然气燃点高，安全性能好，适于长途运输和储存。 在大气环境下，天然气与空气混合时，其体积约占5 %～15 %的情况下是可燃的。

液化天然气（LNG）变为气态天然气的过程：-160 ℃液态天然气从气瓶进入汽化器加热汽化，变为常态天然气，经过稳压罐稳压之后通过电磁切断阀进入稳压器，一定压力的燃气进入燃气滤清器，燃气经过滤清器过滤杂质，进入热交换器加热，通过冷却液温度来控制燃气温度，一定温度范围的燃气进入燃气计量阀FMV，由ECU控制燃气计量阀FMV喷入混合器的燃气量与增压后的空气混合，经过电子节气门进入发动机气缸内燃烧。工作示意图见图1。

液化天然气发动机正常工作的条件是汽化完全的天然气，我们分析了多辆自燃车辆，发现主要原因是汽化不完全。燃气计量阀总成（图2）由多个燃气计量阀和上下2个阀座用螺栓固定所组成，计量阀与阀座之间用密封圈密封，起到密封的作用。由于种种原因，到汽化器的发动机水温比较低(冷却液有空气，形成气阻，使之冷却液不循环)，低温的液化天然气如果没有很好地在汽化器汽化，到达了燃气计量阀FMV，低温的天然气影响密封圈密封性（一般温度低于-30 ℃左右时密封圈将失效，材料不同有一定差别），天然气从失效密封圈的间隙溢出，达到一定浓度时，遇到一些特殊情况就有可能被点燃。具体原因分析如下。

图1 LNG发动机工作示意图

图2 燃气计量阀总成

1）冷却液少或发动机气缸床被冲掉，导致无法正常提供足够水压、热量的冷却液到汽化器。

2）在发动机长时间利用自来水或者不良的防冻液作为冷却液时，会出现黄色泥浆水，严重时将堵塞水管，导致汽化器的热源无法正常保证。

3）汽化器内壁破裂，将冷却液冻牢（图3），冷却液出现不循环等现象。

3 发动机改进

为了避免LNG天然气客车自燃，我们进行了改进。如果配套厂家在汽化器出厂时改进，加装水温表或者在汽化器出液口加装LNG温度传感器这样会更好。使用以下2个方法进行改进（2个方法可以同时使用，也可单独使用）。

1） 加装数显水温表来判断汽化器工作情况。需要的材料有塑料或金属加工件、水温传感器、数显水温表、四芯导线，见图4。具体就是在汽化器出水口处，加装塑料或金属加工件与水温传感器结合体，抱箍固定。数显水温表则装在驾驶室内，驾驶员可以很方便看见的地方。发动机行驶时，水温正常在80 ℃左右，在经过汽化器后，冷却液温度下降20 ℃左右，汽化器出水口处为60 ℃，这样就很直观反应在加装的水温表上，说明汽化器工作良好。

图4 加装数显水温表所用的材料

之前做过一个试验，当发动机水温在80 ℃时，汽化器出水口温度60 ℃（驾驶室加装水温表显示值）。将汽化器进水口堵住，起动发动机，怠速运行20 min后，汽化器水温降至40 ℃左右，汽化器表面局部有结霜，发动机怠速有一定升高。再运行10 min后，汽化器出水口温度降到30 ℃，汽化器表面大量结霜。继续试验风险将增加，所以终止了试验。由此得出结论：天然气汽化器温度表不能低于40 ℃，低于40 ℃必须停车检查。

2） 加装报警设备。当汽化器表面温度低于2 ℃时报警。材料有蜂鸣器、空调化霜开关、继电器、导线。

图5 空调化霜开关

空调化霜开关(温控开关)主要由毛细管、动力包、触点开关组成，见图5。工作原理：毛细管和动力包互通，内充有制冷剂，制冷剂的收缩与膨胀都会带动动力包的工作点位移。盘管温度低于2 ℃，动力包收缩，触点开关断开。盘管温度高于3.5 ℃动力包工作，推动触点开关重新接通。

根据以上原理，直接把感温包包裹固定于汽化器表面上，用保温棉包裹好，利用五脚继电器的87、87a开关触点来控制蜂鸣器，当温度低于2 ℃时报警，高于3.5 ℃时停止报警。工作原理见图6。

图6 汽化器低温报警工作原理

此方法经过论证，当环境温度低于2 ℃时，汽化器出液口铜管表面也会低于2 ℃。因此冬天气温低时，将车辆电源接通，蜂鸣器经常响。响声会对部分驾驶员驾驶心态形成干扰。

4 总结与实施

第1种方法，加装数显水温表来判断汽化器工作情况。利用数显水温表可以很直观反应汽化器出水口温度，便于发现。

第2种方法，加装报警设备。此方法不是很直观，有一定的局限性。当汽化器表面温度低于2 ℃时报警设备报警，所以每到冬天环境气温低于2 ℃时，报警设备常响，响声影响驾驶员驾驶心态。

对某公司19辆LNG天然气客车进行先行改进，使用第1种方法（其中一辆用了2种方法），加装汽化器出水口水温表。这些车辆已经行驶半年时间，得到公司领导和驾驶员的一致好评。现准备对下属各子公司的 LNG天然气客车全面进行改进。

（编辑 张每文）

U464

B

1003-8639（2017）03-0024-02

2016-04-16；

2016-12-30

赵小龙，男，浙江杭州人，汽车维修高级技师，主要从事汽车电气修理工作；汤玉胜，男，安徽六安人，汽车维修高级技师，主要从事汽车电气修理工作。