天然气汽车常见故障及其诊断研究

天然气汽车常见故障及其诊断研究

中国目前在用的天然气汽车主要以汽油/天然气两用燃料汽车为主，两用燃料车一般在原汽油发动机上加装一套燃料供给和控制装置改装而成，专门供天然气工作的单燃料发动机的数量很少。由于改装时对原汽油发动机没有作很大的改动，所以两用燃料车并不能发挥天然气的一些优良的理化特性，如辛烷值高、排放低等优点；另外改装车在发动机原有的基础增加了一些装置，所以导致两用燃料汽车出现故障的概率比原发动机要大一些。河南欧意在调研和查阅文献资料的基础上对一些常见故障进行了研究分析与排除。

油/气转换困难及其故障诊断研究

油/气转换困难或不能转换的原因分析

油/气转换困难就是两用燃料汽车在燃用任意一种燃料时不能够很方便的转为燃用另一种燃料或是根本不能转换。这样会影响汽车的正常使用，也可能会导致运营成本的增加。因为大负荷的工况下一般会选择燃用汽油，在一般工况当然选择天然气，如果它们之间不能灵活方便的转换，也就失去“两用”的意义了。那么引起转换困难或不能转换的原因可能有哪些呢?

(1)转换开关自身问题

油/气转换开关是一个两档翘板开关，用来给转换开关控制器提供燃用汽油或燃用天然气的控制信号，由转换开关控制器中的逻辑控制单元进行判断，向燃气ECU模拟器、点火提前角控制器等提供相应的控制信号。在气转油时，若红灯亮，黄灯闪，则为正常；油转气时，绿灯闪，为正常。否则为不正常，说明转换开关自身有问题，一般主要是内部逻辑控制电路出现问题。

(2)转换开关电源问题

转换开关有两个电源，即有两处电源为其供电(工作电压为12V)，一处从蓄电池过来，经转换开关之后搭铁，这一处主要为故障诊断服务，即在发动机停机状态下，可以通过蓄电池给转换开关供电，从而进行一些必要的检测和诊断。另一处电源从点火开关过来，主要给整个燃料供给系统的供电。若这两处电源线路都出现故障或是一路出现故障都将会无法进行油气转换。

(3)减压器的低压出气口电磁阀出现故障

减压器的低压出气口是天然气经三级减压后通向低压管道的最后一个关口，若该电磁阀在油转气的过程中不能开启，则无法进行转换。该电磁阀不能开启的原因有：电磁阀本身损坏；电磁阀电路短路；电磁阀电路断路等等。特别需要注意的是电磁阀电路中的二极管不能接反，否则将会断路。

(4)怠速节点的信号问题

在节气门上有一个控制凉车怠速的节点，该节点正常情况下会给电控单元一个怠速信号，若该信号没有到达电控单元，则汽车不能实现汽油向天然气的转换；或是转换为天然气几秒钟后又自动转为汽油。

(5)进气压力传感器(MAP)故障

进气压力传感器在整个燃料供给系统中起着至关重要的作用，它感知进气压力，与空气流量传感器、节气门位置传感器等传感器一起向电控单元提供进气信号，电控单元根据该信号决定空燃比的大小，决定供给多少天然气或汽油，若进气压力传感器出现故障，不能向电控单元提供相应的信号，则转换开关将不能进行转换。

(6)发动机一缸喷油信号缺失

发动机一缸喷油信号可以作为确定烧油还是烧气的一个依据，无论烧油还是烧气，一缸喷油器均会向电控单元提供一个信号，若无此信号，则转换开关不能进行转换。

(7)发动机转速信号缺失

在现代电控发动机上，曲轴位置传感器和发动机转速传感器制成一体，既用于发动机曲轴位置、上止点位置的测定，又用于发动机转速的测定。它是发动机集中控制系统最主要的传感器，是控制发动机燃油喷射和点火时刻确认曲轴位置的信号源。若无此信号源，则转换开关不能实现燃料的转换。

(8)节气门位置传感器(TPS)故障

节气门位置传感器(TPS)安装在节气门体上，与节气门轴相连，驾驶员通过加速踏板操纵节气门的开度，节气门位置传感器将节气门开度的大小转变为电信号输入电控单元，电控单元根据节气门位置信号判断发动机的运转工况，并根据发动机的不同工况控制喷油脉冲宽度。若节气门位置传感器出现故障，不能向电控单元提供正确的节气门位置信号或是根本不能提供信号，则转换开关无法进行转换。

(9)电控单元检测出其它部分出故障

若电控单元检测出控制系统的其它部分出故障，则发动机处于故障运行模式，转换开关无法进行转换工作。

(10)电控单元至转换开关连线接触不良

转换开关本身就是在电控单元的控制下进行工作，若它们之间的连线接触不良，则电控单元控制信号无法达到和进行反馈，转换开关不能进行转换。

(11)电控单元损坏

电控单元是整个CNG燃料供给控制系统的大脑与核心，它的损坏导致其它的部件不能正常工作，引发很多故障，当然也会使转换开关不能进行转换。

以上是捷达两用燃料汽车转换开关不能转换的一些可能的原因。捷达汽油/CNG 两用燃料汽车采用电控多点燃气喷射，天然气由各个燃气喷射装置喷向各个气缸，控制较为精确，且可避免回火、放炮等现象。其燃气电脑ECU根据发动机压力传感器、节气门位置传感器、曲轴位置传感器、氧传感器、怠速控制信号等多路信号来控制发动机，控制精度很高。但转换开关所依据的信号也就比较多，所以出现不能转换的概率也比较大

油/气转换困难的解决措施

前面已对油气转换困难或不能转换问题的原因进行了比较详细的分析，针对这些原因，解决的主要措施有：

(1)检修转换开关内部逻辑电路或更换转换开关。

(2)检查转换开关电源线路，保证线路完好接通。

(3)检修减压器的低压出气口电磁阀或其连接电路。

(4)检查怠速节点是否有信号，若没有，则对怠速节点进行检修。‘

(5)检修或更换进气压力传感器。

(6)检修喷油继电器电路，保证一缸喷油信号的产生。

(7)检修或更换曲轴位置传感器。

(8)检修或更换节气门位置传感器。

(9)当电控单元检测出其它部分故障出故障时，对系统进行全面检修，排除故障，保证发动机在燃用某一燃料时，工作正常，无故障码产生。

(10)检修电控单元和转换开关之间的连接电路，保证电路连接正常。

(11)检修或更换电控单元。

冷起动困难及其故障诊断研究]38[

冷起动困难的原因分析

目前，我国国内在用的两用燃料汽车，相当一部分是在原汽油车的基础上加装燃气系统改装而成，其基础仍是汽油车。由于天然气的自燃点高、火焰传播速度低，所以要求的点火能量比汽油高。汽油要求的点火电压一般为15～20kV，而CNG 汽车则要求点火线圈的输出电压应不低于25kV。另外，燃用天然气时点火提前角相比燃用汽油应提前一定的角度，一般燃用天然气时发动机的最佳点火提前角在外特性上比燃用汽油时大8～10度，在负荷特性上(1800r/min)大10～14度。天然气要求的点火能量高，导致天然气汽车冷起动较为困难，若点火系统自身发生故障或混合气的浓度不合适将会使冷起动更为困难。出现该故障，首先应检查电源供给系统、点火系统、起动系统是否工作正常，然后检查燃气供给系统，检查混合气是否符合质和量的要求，原因具体如下：点火系统本身的故障：点火线圈的产生的点火能量不够或启动电流过小或火花塞间隙不合适；高压电磁阀故障；低压无气或缺气；起动电磁阀打不开；空气滤清器滤芯过脏；混合器失调，混合气过浓；混合器失调，混合气过稀。

冷起动困难的解决措施

针对引起冷起动困难的各种原因，解决措施主要有：

(1)检查整车电源及电压变换器输出电压是否符合要求。

(2)检查12V继电器是否良好。

(3)检查线束插接是否可靠。

(4)检查曲轴转角信号传感器是否良好。

(5)检查ECU是否工作正常。

(6)检查钢瓶是否有气。

(7)天然气管路是否畅通，阀门是否开启。

(8)空气滤清器是否良好，进气管路是否畅通。

(9)燃气装置是否有故障，气量显示器电源打开后，高压电磁阀应有“喀哒”响声。

(10)混合器调校是否正确，混合气是否过浓或过稀。

(11)检查蓄电池电压是否过低、连接是否正常。

(12)起动机是否工作正常。

(13)检查高压线跳火性能，应出现较强蓝色长火焰，检查高压线是否漏电。

(14)火花塞电极间隙是否正常，有无积炭。

(15)检查点火系统或火花塞，修理或更换。

(16)针对高压电磁阀故障，应从转换开关和电磁线圈入手：若转换开关不通电，则更换开关；若转换开关电压过低，则检查线路；若电磁线圈失效或高压阀芯损坏，应予更换。

(17)针对钢瓶低压无气或缺气：检查钢瓶存气是否不足；检查天然气管路或阀门是否堵塞。

(18)针对起动电磁阀打不开：若转换开关不通电，则检修或更换转换开关；若转换开关供电不足，则检查线路；若电磁线圈失效或高压阀芯损坏，应予更换。

(19)针对空气滤清器滤芯过脏：清洁空气滤清器或更换滤芯。

(20)针对混合气过浓：若空气滤清器堵塞，则清洁空气滤清器；若三级减压器的输出压力高于正常值，使天然气过多，则检修减压器；若混合器内阀片过脏，造成内泄漏，使混合气过浓，则应清洁阀片，检查或更换密封垫。

(21)针对混合气过稀：若混合器与进气管道结合处松动漏气，则予以检修；若低压输气胶管破损，动力阀接头处漏气，则更换或紧固接头或更换胶管；若混合器防爆皮碗损坏或漏气，则予以更换；若混合器膜片破损，则予以更换；若混合器阀片过脏，则予以清洗。

天然气燃料供给和控制部分故障诊断研究

燃料供给和控制部分的常见故障及其诊断研究

燃料供给和控制部分是发动机燃用天然气正常工作的保证，由于这些部件是在汽油机上加装的，所以可靠性不太高，出现故障的概率也比较大。一般可能出现的故障及其诊断过程如下：

(1)控制系统断电

可能原因有：电源熔断器烧坏；电源或搭铁线接触不良；转换开关控制器与转换开关间的连线断裂或连线两端插接不实；转换开关控制器内部元件损坏造成短路。

针对上述原因，解决措施有：更换熔断器；重新接线；修复、更换连线或插接件；更换转换开关控制器。

(2)转至天然气后熄火

可能原因有：储气瓶内无天然气；储气瓶上的截止阀未打开；减压器上电磁阀的连线接触不良或电磁阀损坏；进气压力信号不正确；线束插接不实。

针对上述原因，解决措施有：充装天然气；打开截止阀；检查电磁阀的连线或更换电磁阀的线圈；检查压力信号连线；检查线束。

(3)发动机运转不平稳

可能原因有：减压器输出压力过高；进气压力信号(脚)不正确；减压器加热循环水不通，使输出天然气温度过低；高频电磁阀关闭不严或有部分损坏；减压器膜片破损或老化，造成供气不稳；步进电动机功率阀损坏；分配气管漏气或脱落。针对上述原因，解决措施有：调整减压器；检查压力信号连线；检查并清理循环水系统；清理高频电磁阀阀心和阀体并更换损坏部分；清理并更换老化或损坏膜片；更换步进电动机功率阀；检查分配气管，修理或更换。

(4)燃气(CNG)消耗量过高

可能原因有：混合器流量调整不当，使混合气过浓；空气滤清器过脏；氧传感器信号不正确；钢瓶高低压管线有泄漏；高频电磁阀关闭不严；火花塞老化；分缸线老化。

针对上述原因，解决措施有：重新调整混合器流量；清理或更换空气滤清器滤芯；检查连线或更换氧传感器；检查或更换钢瓶高低压管线；检查电磁阀的阀芯和阀体；更换火花塞；更换分缸线。

(5)油气混烧

可能原因有：汽油喷油器关闭不严；模拟器连线接触不良或损坏。

针对上述原因，解决措施有：清洗汽油喷油器；检查连线或更换模拟器。

(6)气量显示不准

可能原因有：压力传感器搭铁线、信号线接触不良；压力传感器与压力表调校不准；转换开关控制器与转换开关连线接触不良；转换开关上气量指示灯坏；转换开关控制器内部集成电路损坏；传感器指针与外壳磨蹭；压力传感器损坏。

针对上述原因，解决措施有：检查压力传感器连线；重新调校压力表；检查转换开关连线；更换指示灯或转换开关；更换转换开关控制器；修理传感器；修理或更换压力传感器

(7)发动机动力不足

可能原因有：首先应按检查汽油发动机的方法检查一下发动机的工作情况，看是否个别缸不工作；有无气缸漏气现象；气门间隙是否正常，在确定上述部位没有故障后，可能的原因有步进电动机功率阀调整间隙太小或功率阀内径过小；减压器水循环系统堵塞：高压管路堵塞；减压器堵塞；氧传感器信号不正确；空气滤清器过脏；混合器膜片破损或老化；火花塞老化；电磁阀滤芯过脏；低压管路漏气或破损；气瓶内CNG气量不足；分缸线老化；减压器稳压腔旁通孔堵塞。

针对上述原因，解决措施有：调整步进电机功率阀；清理水循环系统；清理高压管路；清理减压器；检查氧传感器接线或更换；清理或更换空气滤清器滤芯；更

换膜片；更换火花塞；清洗或更换电磁阀滤芯；检修低压管路：给CNG气瓶加气；更换分缸线；清理堵塞物使稳压腔旁通孔堵塞。

(8)强制气起动按钮失效

可能原因有：强制气起动按钮损坏；转换开关控制器与转换开关连线接触不良；转换开关控制器损坏。

针对上述原因，解决措施有：更换按钮；检查连线；更换转换开关控制器。(9)无法充装CNG

可能原因有：钢瓶阀手动截止阀关闭；充气管路堵塞；充气阀故障；加气站充装压力不够。

针对上述原因，解决措施有：打开手动截止阀；疏通充气管路；修理或更换充气阀；去充装压力正常的加气站加气。

(10)汽油起动困难

可能原因有：上次使用CNG非正常熄火；点火系统故障；喷油嘴堵塞；点火提前角调节器损坏。

针对上述原因，解决措施有：再次使用CNG进行起动，待工作稳定后，转为汽油；检修点火系统；疏通喷油嘴；使用应急插头恢复或更换点火提前角调节器。

(11)排放不合格

可能原因有：氧传感器信号不正确；电控单元接地线接地不实；火花塞老化；分缸线老化：高压管线堵塞；高频电磁阀关闭不严；三元催化器转化效率下降。针对上述原因，解决措施有：检查氧传感器的相关连接线路，若线路正常，则为氧传感器本身故障，应更换：检查接线，紧固接触；更换火花塞；更换分缸线；疏通高压管路；检修高频电磁阀，使之关闭严密；检修或更换三元催化转换器。

(12)停车时减压器出口有CNG流出

可能原因有：电磁阀芯O型圈关闭不严；一级进口密封不严。

针对上述原因，解决措施有：更换电磁阀芯的O型圈；检查一级进口，使其密封。

(13)怠速不稳

可能原因有：发动机温度过低；节气门过脏；高频电磁阀关闭不严；高频电磁阀部分损坏；分配气管脱落；减压器膜片破损或老化造成供气不稳；减压器稳压腔旁通孔堵塞

针对上述原因，解决措施有：使用汽油起动，待水温、油温达到正常之后，转换到CNG下工作；清除节气门上的脏物；检查并调整高频电磁阀，使之关闭严密；检修高频电磁阀，必要时更换；重新安装分配气管；更换减压器膜片；疏通稳压腔旁通孔。

燃料供给和控制部分的其它故障及其诊断研究

(1)储气瓶中天然气不能用尽

储气瓶中的天然气不能用完是指气瓶中拥有较多的燃气且压力在1MPa以上时，气体不能输出，这应该属于机械部分的故障。

可能原因主要有：高压电磁阀阀芯开度不够；供气系统漏气；过滤器堵塞。

针对上述原因，解决措施有：检修或更换高压电磁阀阀芯；对供气系统进行检修；更换或清洁过滤器。

(2)行进中熄火

在气路、电路和油路均正常的情况下，CNG汽车在使用天然气作燃料时出现行进中熄火，通常是改装部件安装不当所致。

可能原因有：第一减压阀的安装位置不当，减压阀膜片应垂直于地面，膜片平面应与汽车前进方向一致，这可避免汽车制动时惯性力作用在膜片上，否则膜片脱离正常位置而引起混合气浓度的突然改变使发动机熄火；第二油气混烧，当汽油喷油器关闭不严或是模拟器连线接触不良或损坏时会造成汽油与天然气的混烧，这会造成行进中发动机工作不正常或突然熄火。针对以上两条原因，可采取如下措施：正确安装减压器，使减压阀膜片垂直于地面；清洗汽油喷油器；检查模拟器连线或更换模拟器。

(3)改烧汽油，油耗上升

在调研过程中，不少司机反映：两用燃料车改烧汽油后，与改装之前相比，油耗有一定的上升，原因可能有以下几个方面：点火提前角调节器出现故障，不能对点火提前角进行自动调节。因为汽油和天然气两种模式工作，需要的点火提前角是不相同的，若其损坏，则不能自动调节点火提前角，则改烧汽油后，仍然使用的是燃用天然气时的点火提前角，该点火提前角不是汽油燃烧所要求的最佳点火提前角，所以，油耗会上升；仿真器(模拟器)损坏，因为在燃气控制系统中，仿真器起非常重要的作用。仿真器正常工作，在切断或减少汽油喷射时，会向汽油ECU输入模拟的汽油喷射信号，以防止汽油ECU产生故障码，从而保证发动机在天然气和汽油两种燃料模式下都能正常的工作。如果仿真器不能正常工作，汽油ECU将会产生故障码，汽油ECU将修改汽油MAP图中的喷油时间，导致混合气偏浓或偏稀，发动机动力性降低，燃料消耗量显著增加，排放恶化；若较长时间不烧汽油，则在供油系统的一些部位如喷孔等地方产生胶质使其发生阻塞，导致喷油不畅，动力性大幅下降，从而使比油耗上升，所以油耗相应上升。所以只要保证点火提前角调节器和模拟器的正常工作，改烧汽油后，油耗上升，经济性能变差的情况就不会出现。

天然气汽车动力性不足及其故障诊断研究

天然气汽车动力性不足原因分析

CNG汽车用天然气作燃料时，由于发动机结构参数未随天然气特性参数作适应性调整，不能充分发挥出天然气燃料的优良特性，导致发动机输出功率比燃油时下降20％左右。在排除发动机本身故障的前提下，引起CNG汽车动力性能差的原因主要是燃料供给系统出现的问题。

(1)混合器与空气滤清器安装配合不当和密封不严而漏入过量空气，降低了混合器喉管部位的真空度，使发动机吸入气缸的天然气量减少。

(2)减压阀低压出气管过分弯曲或细长，混合器喉部直径太小，进气通道截面积

变小而引起进气阻力增大，使气缸充气效率降低太多。

(3)动力阀的开启程度与进气通道截面积不匹配，参与调节混合气浓度变化的能力太小。

(4)发动机工况变化时，进气管道内混合气体的压力波动对减压阀的膜片产生附加力，使阀口的开启度改变，从而影响整个工况范围内混合气的浓度。

这几方面的因素导致了混合气浓度要么变得过稀，要么变得过浓，使混合气浓度的变化与发动机工况的变化不相适应。

综上所述，天然气汽车(NGV)动力性低的原因主要是混合气热值较汽油低、进入的空气量少、分子变更系数小以及燃料供给系统技术状况不佳等。混合气热值低和分子变更系数较小的原因是天然气的燃烧所需理论空气量较大及分子量较小，根本原因还是天然气分子中含氢比例较大；进入的空气量少是由于天然气占据了一部分容积以及充气效率较小，充气效率较小是由于混合器带来附加的进气损失；技术状况不佳是由于燃料供给系统的结构及调整参数有待改进。在两用燃料方式下，燃用天然气(仅调整点火提前角)较原汽油机动力性降低可达20％左右。 天然气汽车动力性不足故障及其诊断研究

对于天然气来说，其分子结构及组成是固定的，为此，不考虑在燃料分子组成及结构上采取措施来提高天然气发动机的动力性。要提高天然气发动机的动力性，我们应当从降低进气温度、减小混合器阻力、完善燃烧过程以及其它一些有针对

性的方面采取措施，主要措施如下]43424140[、、、

(1)优化点火提前角

由于天然气的化学性质比较稳定，其燃烧速度比汽油慢，所以发动机在燃用天然气时，可以适当加大点火提前角，以获得更好的动力性、经济性、排放特性。一般燃用天然气时发动机的最佳点火提前角在外特性上比燃用汽油时大8~10 度，在负荷特性上(1800r/min)大10~14度。

对于汽油/CNG 两用燃料发动机来说，经常交替使用某一燃料，驾驶员不可能每次转换燃料时都去调整点火提前角，更不要说正确调整了。为此，需要加装点火提前角调节器。点火提前角调节器能够使点火提前角在发动机燃用天然气时自动加大，而在燃用汽油时，又能使点火提前角恢复到原来的大小。安装点火提前调节器后，发动机有更好的动力性，更低的燃油消耗率，也能更好地避免出现回火现象。

(2)精心设计混合器

混合器一般安装在进气歧管的前面，是天然气发动机燃料供给系统中的一个重要部件，它形成进气系统附加的阻力损失，并对混合气形成的均匀性有一定的影响，若混合器通过截面偏小，则进气阻力过大，充气效率下降，必然导致发动机的动力性下降；若混合器通过截面偏大，虽然进气阻力不会增加过多，但是天然气进口处真空度太小，不足以提供发动机正常工作所需的燃料，混合气偏稀也会造成发动机的动力性下降。所以，通常用计算法或经验法初步确定混合器的尺寸，最后由试验优化确定。

(3)降低进气终了温度，提高充气效率

气态燃料不像液态燃料那样需要强烈的进气预热，如果重新设计发动机自然可以设法避免，若在柴油机的基础上进行改装，因柴油机的进排气管本来就是分置，也就自然解决。但在汽油机的基础上实施改装就要另想办法，如尽量采用喷气尤其是缸内喷气等。

(4)采用电控进气法

该方法除了可增加气缸充量、实现精确的燃料控制和良好的混合气分配，还可以取消造成一定阻力损失的混合器。电控喷气法可以和点火正时的精确控制等组合为发动机集中控制系统，既能保证发动机大、满负荷的动力性，又能保证发动机的经济性、排放性等，是优化气体燃料汽车性能的最根本方法。目前开发的天然气专用发动机均采用这种方式。

(5)增压

增压可以显著增加气缸充量，是增加发动机输出功率的有效方法，已在柴油机上得到广泛应用。但在汽油机上实施增压技术难度较大，主要是受爆震的制约，因此汽油机增压大多用于高原恢复动力性。而天然气具有很高的辛烷值，为实施增压技术提供了有利的条件。

(6)大负荷优化加浓混合气

发动机进气量的减少是造成天然气发动机动力性能下降的主要原因之一，因而，在不控制天然气进气量的情况下，采用汽油加浓其效果将不会太大，效果还可能会适得其反。所以，通过简单的汽油加浓达不到提高天然气发动机动力性的目的。因此，在大、满负荷工况下，为增加进入气缸的空气量，加浓采用减气增油的方法。

天然气发动机在采取一定的措施后，可以使其动力性获得一定的提高，如果措施得当，则提高幅度较大，甚至可以接近或达到原机的动力性水平。