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摘要： 随着国家对重型车辆排放要求的不断提高，以及新能源战略下相关技术的日趋成熟，LNG发动机已广泛应用于重型汽车设计领域。本文从重型汽车LNG发动机的主体结构出发，介绍了LNG发动机的基本工作原理，论述了重型汽车LNG发动机的常见故障与维修技术，进一步提出了日常维护与保养的建议。
Abstract： With the continuous improvement of national emission requirements for heavy vehicles and the maturity of relevant technologies under the new energy strategy， LNG engines have been widely used in the field of heavy truck design. Starting from the main structure of heavy truck LNG engine， this paper introduces the basic working theory of LNG engine， discusses the common troubles and maintenance technology of heavy truck with LNG engine， and further puts forward some suggestions on daily maintenance.
关键词： 重型汽车;LNG发动机;发动机故障;发动机维修
Key words： heavy duty truck;LNG engine;engine fault;engine maintenance
中图分类号：U472.43 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）18-0176-02
0 引言
当今世界汽车产业快速发展，环保与节能已成为不可回避的两大主题。天然气作为新型的清洁燃料的代表，可以有效缓解日益严峻的环境污染与能源紧张与问题。随着国家新能源战略的实施，LNG重型汽车已经越来越多的出现在我们身边，逐渐成为公路运输不可或缺的重要力量。基于此，本文对重型汽车LNG发动机的主要部件、基本原理、常见故障与解决方法等进行了阐述和分析。
1 重型汽车LNG发动机的主要部件
1.1 气瓶 气瓶是LNG发动机的储能罐，其特点是内部低压低温，低于零下162℃，天然气以液态形势存储在其中。车辆在正常运行状态下，气瓶内部的标定压力是1.6MPa，此压力可上下浮动，但不能够低于0.65MPa，否则供给发动机的气体会不足，发动机对外输出的动力也会下降。外壳、内胆、阀件舱等是气瓶的主要组件，整体则是双层真空绝热的结构。外壳与内胆之间形成夹层，是密闭的真空空间，其中填充高隔热性能的玻璃棉以及铝箔材料，保证气瓶内部恒定的低温状态。
1.2 汽化器 气瓶中存储的液态LNG需要经过汽化器升温以及膨胀气化之后，才能够转变为气态的天然气，成为发动机需要的燃料。在此汽化过程中，汽化器运用发动机的冷却液来提供此过程中需要的热量，将液态低温的LNG转变为气态的天然气。
1.3 低压电磁阀 低压电磁阀的主要作用是控制LNG的进气量，通常在电控调压器的入口处。在平时的发动机正常运行过程中，相关工作人员应该加强对电磁阀清洁关注，通常情况下，LNG重型汽车每行驶50，000km就需要对其进行一次清洗，清洗的工作过程中应该将电磁阀的线圈拆除下来，同时将阀芯阀座也拿出，并将他们在汽油中进行浸泡，随后再对其进行压缩以及空气吹干处理才能够投入使用。
1.4 电控调压器 电控调压器的作用是控制空气与天然气的比例（空燃比），在其内部内部设有芯片，接收ECM的指令，能够根据发动机的实际运转状况和车辆的运行状况来对天然气的质量和压力进行相应的把控。除此之外，电控调压器内部还存在一个压力传感器，用于能够采集调压器入口和出口的压力差，同时将调压器内的气体温度保持在合理的范围内，此范围通常介于-40到105℃之间。
1.5 混合器 混合器的作用是充分融合经过电控调压器的天然气和经过中置冷却器的空气，此时天然气的气压大于空气气压。在混合器内部，天然气与空气按照程序预先设定的比例混合，能够让燃烧变得更加充分，能够有效降低NOx的排放总量以及排气时的温度大小。混合器近似于传统柴油机车型的单点喷射装置，在受控于内部被弹簧控制的膜片，膜片具体的开度大小则取决于空气的流入量，使得空燃比得到准确控制。
2 重型汽车LNG发动机的工作原理
随着车辆启动，主安全阀开启，储气瓶中的液态LNG借助气瓶内部的压力，将液态LNG输入汽化器中。LNG气瓶正常工作状态压力不可低于0.65MPa，如低于此数值，发动机会供气不足且动力性下降，进而出现催化转化器烧结等现象。受发动机冷热水的温度影响，低温液态的LNG进入汽化器，就被汽化成气态天然气。汽化器要避免直接安装在发动机上，而且安装位置应尽可能靠近发动机进气管，同时需避免高出发动机散热器的上部，保证汽化器可随时得到加热水的环绕，避免由于温度过低而产生冻裂。气态天然气继而进入调压器，受到其中电控调压系统的控制，随后天然氣与空气在混合器中充分混合，最后进入气缸。混合气在气缸中燃烧后，经过催化转化器进行充分的化学反应，消除污染物后排放入大气中。 3 重型汽车LNG发动机常见故障与维修
3.1 漏气 漏气是LNG重型汽车出现频率很高的故障，在平时的检修中主要检查供气部件和部件管路。排查漏气常规且最非常有效的方法是喷洒肥皂水。此项排查需要在发动机正常的供气的状态下进行。如果检查出漏气点，则需要更换紧固件，或者重新装配，问题可以随之解决。在更换相关部件之前，需要首先关闭LNG出气阀，继而运行发动机将管路内残余气体燃烧完全后更换拆装。然而很多LNG重型汽车驾驶员关闭出气阀后再打开，出现供气不足的现象。出现此现象是由于出气阀的阀芯因为低温暂未打开完全，此时不可使用热水浇烫阀体，突然的热胀冷缩会造成阀体损坏，轻轻叩击阀体可缓慢使开关
复位。
3.2 发动机动力不足 可导致LNG发动机动力不足的原因很多，主要原因为如下几个：气瓶内燃料不足，出气阀未完全开启，供管路损坏或者堵塞折弯，气瓶压力不足，空气滤芯堵塞，蓄电池亏点，或者发电机异常，发动机火花塞积碳，高压缸线、点火模块插接器、搭铁线异常，LNG品质差等均可导致此故障。当出现此种故障，应逐步排查原因：及时补充燃料，确认出气阀是否能完全开启，排查供气管存在折弯或堵塞，保证燃料输送顺畅，及时更换燃气软管、按照厂家要求的及时更换空气滤芯;排查蓄电池接线柱连接是否牢固，发电机输出端电压是否在正常范围内。如排查上述原因后故障仍未彻底改善，可考虑更换高品质的LNG燃料，避免因燃料杂质过多而导致此故障。
3.3 拉缸 拉缸外在表现未发动机出现窜气声和敲缸声，声音随着油门的加大而加大，动力不足且伴随着发动机抖动，排出黑色尾气，甚至突然熄火。气缸壁与活塞环接触面积过小，摩擦过程中产生高温，活塞环和气缸壁之间产生金属熔着，熔着冷却后的物质坚硬，把气缸壁拉出沟痕。由于LNG发动机在燃烧过程中主要是燃烧高纯度的气态甲烷，压缩比达11：1-12：1，燃烧温度相较于柴油机来说要更高，最终对发动机形成的热负荷也要更高。解决此故障，需要优先选择低硫酸盐灰分、具备低含硫量以及强耐磨性的专用机油，以形成可靠承载能力和润滑油膜。同时精准把控活塞和气缸套匹配间隙以及活塞环的开口间隙，确保活塞的圆柱度公差在0.18-0.28mm之内。
3.4 火花塞损坏、污损 我们在检修重型汽车LNG发动机时，很多火花塞绝缘体存出现了裂纹式破损或污损的现象，此种故障通常伴随着发动机的动力不足和抖动。LNG发动机火花塞不但要保证耐化学腐蚀性和在40kV高电压下的绝缘性能，还要保证可承受气缸中超高温度下极高频压力的急剧交替冲击，其工作环境极为恶劣，常用材料为氧化铝陶瓷，通常造成此故障的主要原因是气缸内的爆震。很多时候火花塞与气缸套间隙过大，跳火困难继而产生点火电压过高，导致瓷体绝缘性能下降产生电弧闪灼漏电，此时瓷体表面往往伴随着轴向烧灼纹理。为避免此种情况，可尝试在火花塞陶瓷体上涂抹绝缘脂，在火花塞电极与点火线圈上增添导电胶，以避免在胶套老化时出现缸盖与火花塞之间漏电。
3.5 缸套碎裂与活塞烧熔 产生缸套碎裂和活塞烧熔现象的主要原因之一就是燃料混合气在气缸燃烧时出现了爆震。爆震指气缸中气体燃烧产生过高的温度和压力，引发未燃的混合气无规律燃烧。气门、活塞环等，长时间的爆震会严重破坏发动机燃烧室里的这些零部件，在高负荷低转速工况下，造成的损坏最严重。
爆震是对LNG发动机威胁最大的故障之一，导致爆震的因素很多，主要有如下几种：①用户采用了含硫量高的机油，抑或是润滑油的类型使用不匹配，使得气缸内出现积炭;②车辆前部的中冷器冷却功能失效，导致进入发动机的气体温度高于正常值;③发动机增压器进气增压功能异常，导致混合气压力高于正常值;④进入燃烧室的空气与天然气混合气浓度高过设定值的5%;⑤点火提前角没有经过有效校正，致使点火正时不准确;⑥用户采购了低品质的燃料，甲烷的浓度不符合预定的程序要求;⑦问题车辆已久置，储气瓶中甲烷比例下降，乙烷与丙烷比例上升，导致车辆抗爆性降低。用户或维修厂需要根據出现问题车辆的实际情况，逐步排查出现问题的原因。
4 重型汽车LNG发动机日常维护和保养
为了保证LNG重型汽车在货运中发挥更大的运行效率，创造更大的价值，驾驶员要时刻确保规范、正确的驾驶习惯，学习车辆基本结构，熟悉发动机常见的故障与处理方法等，同时可以借助专用的检测仪器，自我诊断、解决一些基本的故障，减少去维修厂的次数。
4.1 驾驶员日常驾驶习惯建议 ①驾驶员需要积极接受理论培训，了解各个部件的作用与功能，掌握LNG系统基本知识，熟悉LNG发动机独特的性能;②驾驶员每天上车前需要排查冷却水、机油等状态，确认供气管路在底盘连接是否稳固，检查储气瓶的压力表状态，保证所有供气管连接处不存在漏气点;③启动车辆时不深踩油门，避免浪费燃料，也避免损坏发动机;④为了更好的润滑油路，建议打火启动后进行5分钟左右的怠速运转;⑤如果储气瓶出现异常结霜现象，或响起漏气报警，必须将车辆返回专业维修点修理。
4.2 LNG重型汽车的保养建议 ①车辆每运行3000公里左右，建议排污一次，释放系统压力后打开排污阀，至液体流尽后关闭;②车辆每运行1万公里，建议更换滤芯，且更换滤芯前需释放管路内压力;③车辆每运行600-800小时或4万-5万公里，需要清理高压电磁阀的阀口和阀芯;④车辆每运行5万公里需要排查高压减压器是否漏气，每运行10万公里则需要检查减压器进气滤芯状态;
⑤LNG燃料储存于高压气瓶重，在各种日常维保前必须关闭供气管路，排放干净管路内残余的LNG，继而进行
泄压。
5 结语
综上所述，LNG重型汽车已越来越多的走进了我们的生活，它区别于匹配柴油、汽油发动机的传统车辆，具有清洁、高效等优点。与此同时，鉴于LNG发动机独特的原理与结构，需要我们学习相关技术资料，排除常见故障，精心执行操作流程，进行专业的保养与维护，才能充分发挥LNG重型汽车蕴含的巨大优势，创造出更大的价值。
参考文献：
[1]朱军.LNG汽车供气系统结构与保养、使用要求[J].广东公路交通，2012（02）：60-63.
[2]汪贵行，汪学慧.LNG公交客车的使用与故障分析（下）[J].商用汽车，2010（04）：124-125.
[3]李星，李先栋.LNG汽车发动机的合理使用与故障分析[J].汽车维修，2011（03）：42-44.
Abstract： With the continuous improvement of national emission requirements for heavy vehicles and the maturity of relevant technologies under the new energy strategy， LNG engines have been widely used in the field of heavy truck design. Starting from the main structure of heavy truck LNG engine， this paper introduces the basic working theory of LNG engine， discusses the common troubles and maintenance technology of heavy truck with LNG engine， and further puts forward some suggestions on daily maintenance.
关键词： 重型汽车;LNG发动机;发动机故障;发动机维修
Key words： heavy duty truck;LNG engine;engine fault;engine maintenance
中图分类号：U472.43 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）18-0176-02
0 引言
当今世界汽车产业快速发展，环保与节能已成为不可回避的两大主题。天然气作为新型的清洁燃料的代表，可以有效缓解日益严峻的环境污染与能源紧张与问题。随着国家新能源战略的实施，LNG重型汽车已经越来越多的出现在我们身边，逐渐成为公路运输不可或缺的重要力量。基于此，本文对重型汽车LNG发动机的主要部件、基本原理、常见故障与解决方法等进行了阐述和分析。
1 重型汽车LNG发动机的主要部件
1.1 气瓶 气瓶是LNG发动机的储能罐，其特点是内部低压低温，低于零下162℃，天然气以液态形势存储在其中。车辆在正常运行状态下，气瓶内部的标定压力是1.6MPa，此压力可上下浮动，但不能够低于0.65MPa，否则供给发动机的气体会不足，发动机对外输出的动力也会下降。外壳、内胆、阀件舱等是气瓶的主要组件，整体则是双层真空绝热的结构。外壳与内胆之间形成夹层，是密闭的真空空间，其中填充高隔热性能的玻璃棉以及铝箔材料，保证气瓶内部恒定的低温状态。
1.2 汽化器 气瓶中存储的液态LNG需要经过汽化器升温以及膨胀气化之后，才能够转变为气态的天然气，成为发动机需要的燃料。在此汽化过程中，汽化器运用发动机的冷却液来提供此过程中需要的热量，将液态低温的LNG转变为气态的天然气。
1.3 低压电磁阀 低压电磁阀的主要作用是控制LNG的进气量，通常在电控调压器的入口处。在平时的发动机正常运行过程中，相关工作人员应该加强对电磁阀清洁关注，通常情况下，LNG重型汽车每行驶50，000km就需要对其进行一次清洗，清洗的工作过程中应该将电磁阀的线圈拆除下来，同时将阀芯阀座也拿出，并将他们在汽油中进行浸泡，随后再对其进行压缩以及空气吹干处理才能够投入使用。
1.4 电控调压器 电控调压器的作用是控制空气与天然气的比例（空燃比），在其内部内部设有芯片，接收ECM的指令，能够根据发动机的实际运转状况和车辆的运行状况来对天然气的质量和压力进行相应的把控。除此之外，电控调压器内部还存在一个压力传感器，用于能够采集调压器入口和出口的压力差，同时将调压器内的气体温度保持在合理的范围内，此范围通常介于-40到105℃之间。
1.5 混合器 混合器的作用是充分融合经过电控调压器的天然气和经过中置冷却器的空气，此时天然气的气压大于空气气压。在混合器内部，天然气与空气按照程序预先设定的比例混合，能够让燃烧变得更加充分，能够有效降低NOx的排放总量以及排气时的温度大小。混合器近似于传统柴油机车型的单点喷射装置，在受控于内部被弹簧控制的膜片，膜片具体的开度大小则取决于空气的流入量，使得空燃比得到准确控制。
2 重型汽车LNG发动机的工作原理
随着车辆启动，主安全阀开启，储气瓶中的液态LNG借助气瓶内部的压力，将液态LNG输入汽化器中。LNG气瓶正常工作状态压力不可低于0.65MPa，如低于此数值，发动机会供气不足且动力性下降，进而出现催化转化器烧结等现象。受发动机冷热水的温度影响，低温液态的LNG进入汽化器，就被汽化成气态天然气。汽化器要避免直接安装在发动机上，而且安装位置应尽可能靠近发动机进气管，同时需避免高出发动机散热器的上部，保证汽化器可随时得到加热水的环绕，避免由于温度过低而产生冻裂。气态天然气继而进入调压器，受到其中电控调压系统的控制，随后天然氣与空气在混合器中充分混合，最后进入气缸。混合气在气缸中燃烧后，经过催化转化器进行充分的化学反应，消除污染物后排放入大气中。 3 重型汽车LNG发动机常见故障与维修
3.1 漏气 漏气是LNG重型汽车出现频率很高的故障，在平时的检修中主要检查供气部件和部件管路。排查漏气常规且最非常有效的方法是喷洒肥皂水。此项排查需要在发动机正常的供气的状态下进行。如果检查出漏气点，则需要更换紧固件，或者重新装配，问题可以随之解决。在更换相关部件之前，需要首先关闭LNG出气阀，继而运行发动机将管路内残余气体燃烧完全后更换拆装。然而很多LNG重型汽车驾驶员关闭出气阀后再打开，出现供气不足的现象。出现此现象是由于出气阀的阀芯因为低温暂未打开完全，此时不可使用热水浇烫阀体，突然的热胀冷缩会造成阀体损坏，轻轻叩击阀体可缓慢使开关
复位。
3.2 发动机动力不足 可导致LNG发动机动力不足的原因很多，主要原因为如下几个：气瓶内燃料不足，出气阀未完全开启，供管路损坏或者堵塞折弯，气瓶压力不足，空气滤芯堵塞，蓄电池亏点，或者发电机异常，发动机火花塞积碳，高压缸线、点火模块插接器、搭铁线异常，LNG品质差等均可导致此故障。当出现此种故障，应逐步排查原因：及时补充燃料，确认出气阀是否能完全开启，排查供气管存在折弯或堵塞，保证燃料输送顺畅，及时更换燃气软管、按照厂家要求的及时更换空气滤芯;排查蓄电池接线柱连接是否牢固，发电机输出端电压是否在正常范围内。如排查上述原因后故障仍未彻底改善，可考虑更换高品质的LNG燃料，避免因燃料杂质过多而导致此故障。
3.3 拉缸 拉缸外在表现未发动机出现窜气声和敲缸声，声音随着油门的加大而加大，动力不足且伴随着发动机抖动，排出黑色尾气，甚至突然熄火。气缸壁与活塞环接触面积过小，摩擦过程中产生高温，活塞环和气缸壁之间产生金属熔着，熔着冷却后的物质坚硬，把气缸壁拉出沟痕。由于LNG发动机在燃烧过程中主要是燃烧高纯度的气态甲烷，压缩比达11：1-12：1，燃烧温度相较于柴油机来说要更高，最终对发动机形成的热负荷也要更高。解决此故障，需要优先选择低硫酸盐灰分、具备低含硫量以及强耐磨性的专用机油，以形成可靠承载能力和润滑油膜。同时精准把控活塞和气缸套匹配间隙以及活塞环的开口间隙，确保活塞的圆柱度公差在0.18-0.28mm之内。
3.4 火花塞损坏、污损 我们在检修重型汽车LNG发动机时，很多火花塞绝缘体存出现了裂纹式破损或污损的现象，此种故障通常伴随着发动机的动力不足和抖动。LNG发动机火花塞不但要保证耐化学腐蚀性和在40kV高电压下的绝缘性能，还要保证可承受气缸中超高温度下极高频压力的急剧交替冲击，其工作环境极为恶劣，常用材料为氧化铝陶瓷，通常造成此故障的主要原因是气缸内的爆震。很多时候火花塞与气缸套间隙过大，跳火困难继而产生点火电压过高，导致瓷体绝缘性能下降产生电弧闪灼漏电，此时瓷体表面往往伴随着轴向烧灼纹理。为避免此种情况，可尝试在火花塞陶瓷体上涂抹绝缘脂，在火花塞电极与点火线圈上增添导电胶，以避免在胶套老化时出现缸盖与火花塞之间漏电。
3.5 缸套碎裂与活塞烧熔 产生缸套碎裂和活塞烧熔现象的主要原因之一就是燃料混合气在气缸燃烧时出现了爆震。爆震指气缸中气体燃烧产生过高的温度和压力，引发未燃的混合气无规律燃烧。气门、活塞环等，长时间的爆震会严重破坏发动机燃烧室里的这些零部件，在高负荷低转速工况下，造成的损坏最严重。
爆震是对LNG发动机威胁最大的故障之一，导致爆震的因素很多，主要有如下几种：①用户采用了含硫量高的机油，抑或是润滑油的类型使用不匹配，使得气缸内出现积炭;②车辆前部的中冷器冷却功能失效，导致进入发动机的气体温度高于正常值;③发动机增压器进气增压功能异常，导致混合气压力高于正常值;④进入燃烧室的空气与天然气混合气浓度高过设定值的5%;⑤点火提前角没有经过有效校正，致使点火正时不准确;⑥用户采购了低品质的燃料，甲烷的浓度不符合预定的程序要求;⑦问题车辆已久置，储气瓶中甲烷比例下降，乙烷与丙烷比例上升，导致车辆抗爆性降低。用户或维修厂需要根據出现问题车辆的实际情况，逐步排查出现问题的原因。
4 重型汽车LNG发动机日常维护和保养
为了保证LNG重型汽车在货运中发挥更大的运行效率，创造更大的价值，驾驶员要时刻确保规范、正确的驾驶习惯，学习车辆基本结构，熟悉发动机常见的故障与处理方法等，同时可以借助专用的检测仪器，自我诊断、解决一些基本的故障，减少去维修厂的次数。
4.1 驾驶员日常驾驶习惯建议 ①驾驶员需要积极接受理论培训，了解各个部件的作用与功能，掌握LNG系统基本知识，熟悉LNG发动机独特的性能;②驾驶员每天上车前需要排查冷却水、机油等状态，确认供气管路在底盘连接是否稳固，检查储气瓶的压力表状态，保证所有供气管连接处不存在漏气点;③启动车辆时不深踩油门，避免浪费燃料，也避免损坏发动机;④为了更好的润滑油路，建议打火启动后进行5分钟左右的怠速运转;⑤如果储气瓶出现异常结霜现象，或响起漏气报警，必须将车辆返回专业维修点修理。
4.2 LNG重型汽车的保养建议 ①车辆每运行3000公里左右，建议排污一次，释放系统压力后打开排污阀，至液体流尽后关闭;②车辆每运行1万公里，建议更换滤芯，且更换滤芯前需释放管路内压力;③车辆每运行600-800小时或4万-5万公里，需要清理高压电磁阀的阀口和阀芯;④车辆每运行5万公里需要排查高压减压器是否漏气，每运行10万公里则需要检查减压器进气滤芯状态;
⑤LNG燃料储存于高压气瓶重，在各种日常维保前必须关闭供气管路，排放干净管路内残余的LNG，继而进行
泄压。
5 结语
综上所述，LNG重型汽车已越来越多的走进了我们的生活，它区别于匹配柴油、汽油发动机的传统车辆，具有清洁、高效等优点。与此同时，鉴于LNG发动机独特的原理与结构，需要我们学习相关技术资料，排除常见故障，精心执行操作流程，进行专业的保养与维护，才能充分发挥LNG重型汽车蕴含的巨大优势，创造出更大的价值。
参考文献：
[1]朱军.LNG汽车供气系统结构与保养、使用要求[J].广东公路交通，2012（02）：60-63.
[2]汪贵行，汪学慧.LNG公交客车的使用与故障分析（下）[J].商用汽车，2010（04）：124-125.
[3]李星，李先栋.LNG汽车发动机的合理使用与故障分析[J].汽车维修，2011（03）：42-44.