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CNG汽車專用裝置安全可靠性試驗(yàn)

文檔作者：周華１張道文１黃海波１王君２文檔來(lái)源： 1 ．西華大學(xué)　2．南充合能壓縮天然氣有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2020年12月28日
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基金項(xiàng)目：國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（８６３ 計(jì)劃）資助項(xiàng)目（編號(hào)：２００８AA１１A１６６） 。
　　作者簡(jiǎn)介：周華，１９６８ 年生，助理研究員，碩士；主要從事代用燃料汽車研究及車輛技術(shù)鑒定工作。地址：（６１００３９）四川省成都
市金牛區(qū)西華大學(xué)。電話：（０２８）８３７０５０１２ ，１３９８１８０８６６３ 。E‐mail ：qjqc＠ mail ．xhu ．edu ．cn
CNG 汽車專用裝置安全可靠性試驗(yàn)
周華１ 　張道文１ 　黃海波１ 　王君２
１ ．西華大學(xué)?。?．南充合能壓縮天然氣有限責(zé)任公司
　　周華等．CNG 汽車專用裝置安全可靠性試驗(yàn)．天然氣工業(yè)，２０１０ ，３０（９） ：８７‐９０ ．
　　摘　要　天然氣汽車專用裝置的安全性和可靠性對(duì)天然氣汽車的推廣應(yīng)用和天然氣汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著重
要影響，而目前對(duì)這方面的研究較少，已有部分用戶反映CNG 汽車專用裝置的可靠性偏低，存在安全隱患。為此，對(duì)典
型車型配裝的國(guó)產(chǎn)CNG 汽車專用裝置進(jìn)行了安全性、可靠性試驗(yàn)。試驗(yàn)道路以城市的城郊道路為主，路面主要為瀝青
和水泥路面，按每車５ × １０４ km 的實(shí)際使用工況，參照QC／T ９００枟汽車整車產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定方法枠對(duì)CNG 汽車專用裝
置的故障進(jìn)行了分類判別，結(jié)合GB／T １２６７８枟汽車可靠性行駛試驗(yàn)方法枠的指標(biāo)體系及相應(yīng)計(jì)算方法對(duì)專用裝置的可靠
性進(jìn)行了評(píng)價(jià)及等級(jí)評(píng)定。評(píng)定結(jié)果表明：試驗(yàn)車配裝的國(guó)產(chǎn)CNG 汽車專用裝置的可靠性偏低，亟待改進(jìn)。
　　關(guān)鍵詞　CNG 汽車　專用裝置　可靠性試驗(yàn)　安全性
　　DOI ：１０ ．３７８７ ／j ．issn ．１０００‐０９７６ ．２０１０ ．０９ ．０２２
　　近年來(lái)，我國(guó)天然氣汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，天然氣汽
車保有量大幅增加，其中大部分為壓縮天然氣（CNG）
汽車。目前對(duì)天然氣汽車的整車性能、發(fā)動(dòng)機(jī)性能、排
放特性、天然氣汽車專用裝置以及專用裝置的匹配試
驗(yàn)等已有了深入的研究［１‐５ ］ ，但對(duì)CNG 汽車專用裝置
的可靠性則研究較少［６ ］ 。目前已有部分用戶反映
CNG 汽車專用裝置的可靠性偏低，存在安全隱患。天
然氣汽車專用裝置的可靠性對(duì)天然氣汽車的質(zhì)量和天
然氣汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有重要影響，對(duì)CNG 汽
車專用裝置的可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)非常必要。為此，對(duì)典
型車配裝的國(guó)產(chǎn)CNG 汽車專用裝置進(jìn)行了可靠性試
驗(yàn)，對(duì)國(guó)產(chǎn)CNG 汽車專用裝置的可靠性作了比較客
觀的評(píng)定。
1 　試驗(yàn)車輛及天然氣汽車專用裝置
　　桑塔納SVW７１８０CEI 型CNG 汽車在出租車、教
練車和其他非營(yíng)運(yùn)車輛中，占有很大的比重，是一種有
代表性的車型。因此選用了３ 輛相同型號(hào)
SVW７１８０CEI 型CNG 汽車（教練車）進(jìn)行可靠性試
驗(yàn)。試驗(yàn)車輛均配裝某種型號(hào)規(guī)格的國(guó)產(chǎn)CNG 汽車
專用裝置，專用裝置主要包括充氣閥、儲(chǔ)氣瓶、瓶閥、高
壓管、電磁閥、減壓調(diào)節(jié)器、混合器（噴氣閥）和控制
器等。
2 　試驗(yàn)條件及依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)
　　試驗(yàn)車輛的使用性質(zhì)相同，技術(shù)條件和維護(hù)符合
使用說(shuō)明書的規(guī)定，磨合行駛滿足GB／T １２５３４ —
１９９０枟汽車道路試驗(yàn)方法通則枠的規(guī)定，試驗(yàn)載荷為乘
員（２ ～ ５ 人） ，工況為滿足營(yíng)運(yùn)和日常工作任務(wù)要求的
實(shí)際運(yùn)行工況。試驗(yàn)道路以城郊道路為主，主要為瀝
青和水泥路面，每車均進(jìn)行實(shí)際使用狀況５ × １０４ km
的行駛試驗(yàn)。
　　目前沒有CNG 汽車專用裝置的可靠性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
和方法，筆者參照QC／T ９００ — １９９７枟汽車整車產(chǎn)品質(zhì)
量檢驗(yàn)評(píng)定方法枠和GB／T １２６７８ — １９９０枟汽車可靠性
行駛試驗(yàn)方法枠，對(duì)CNG 汽車專用裝置的故障進(jìn)行處
理、維修、分類判別和統(tǒng)計(jì)，并沿用這２ 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)
指標(biāo)體系和數(shù)學(xué)模型對(duì)專用裝置的可靠性進(jìn)行評(píng)定。
　　QC／T ９００ — １９９７枟汽車整車產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定方
法枠規(guī)定的轎車可靠性行駛試驗(yàn)里程是２ ．５ × １０４ km ，
根據(jù)課題要求，對(duì)CNG 汽車專用裝置進(jìn)行了５ × １０４
km 的可靠性行駛試驗(yàn)。
第 ３０ 卷第９ 期 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 加 　 工 　 利 　 用 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 · １ ·
3 　專用裝置可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
3 ．1 　可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的要求
　?。保┲豢紤]本質(zhì)故障，誤用導(dǎo)致的故障不計(jì)入故
障數(shù)。
　?。玻┪磁懦收?，只統(tǒng)計(jì)１ 次，故障類別按最嚴(yán)重情
況劃分，其對(duì)應(yīng)里程為該故障里程。
　?。常┩焕锍滩煌慵l(fā)生故障分別統(tǒng)計(jì)，同一零
件出現(xiàn)不同模式故障也分別統(tǒng)計(jì)；如果同一個(gè)零件發(fā)
生幾處模式相同的故障，則只統(tǒng)計(jì)１ 次，故障類別按最
嚴(yán)重的劃分。
　?。矗┕收项悇e：１ 類為致命故障；２ 類為嚴(yán)重故障；３
類為一般故障；４ 類為輕度故障。
3 ．2 　可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果
　　根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算要求，按單車分別統(tǒng)計(jì)首次故
障里程、故障頻次、當(dāng)量故障數(shù)、實(shí)際行駛里程、平均技
術(shù)車速、故障維修時(shí)間、預(yù)防維修時(shí)間和維修費(fèi)用等，
可靠性試驗(yàn)的故障情況統(tǒng)計(jì)見表１ ，試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)
果見表２ 。
4 　專用裝置的可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)及其計(jì)
算方法
　　CNG 汽車專用裝置可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括當(dāng)
量故障數(shù)rD 、當(dāng)量故障率D ，平均首次故障里程M TT
FF ，平均故障間隔里程M TB F ，使用有效度A ，千公
里維修時(shí)間M Tm ，千公里維修費(fèi)用MC和可靠性綜
表1 　可靠性試驗(yàn)的故障情況統(tǒng)計(jì)表
項(xiàng)目
１ 號(hào)車
故障里
程／km 故障情況
２ 號(hào)車
故障里
程／km 故障情況
３ 號(hào)車
故障里
程／km 故障情況
致命
故障
／ ／ ／ ／ ／ ／
嚴(yán)重
故障
４５ ２３０
　
高壓管接頭（與減壓器）漏氣
　
３６ ７０５
４９ ２０５ 高壓管接頭漏氣
瓶閥漏氣
１５ ４１０
３６ ０３０ 瓶閥漏氣
高壓管接頭（與減壓器）漏氣
一般
故障
２３ ４００
３５ ６０８
４８ ４６０
油氣轉(zhuǎn)換開關(guān)失效
減壓器功能失常
發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難（檢修混合器）
１０ ５６０
１４ ６４０
２４ ３２０
電磁閥功能失效
氣壓表失效
減壓器閥芯損壞
２０ ５００
　　
油氣轉(zhuǎn)換開關(guān)失效
　　
輕微
故障
６ ７５０
　
加速緩慢（調(diào)試混合器）
　
５ ６７０
　
加速緩慢（調(diào)試混合器）
　
７ ４２０
４７ ５４５ 加速緩慢（調(diào)試混合器）
怠速不穩(wěn)（調(diào)試混合器）
表2 　可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表
項(xiàng)　目
檢驗(yàn)截止里程５ × １０４ km
１ 號(hào)車２ 號(hào)車３ 號(hào)車
檢驗(yàn)截止里程 ２ ．５ × １０４ km
１ 號(hào)車２ 號(hào)車３ 號(hào)車
　致命故障數(shù)
故障頻次／次
首次故障里程／km
／／／／
／／
／／
／／
／／
　嚴(yán)重故障數(shù)
故障頻次／次
首次故障里程／km
１
４５ ２３０
２
３６ ７０５ ２
１５ ４１０ ／／
／／
１
１５ ４１０
　一般故障數(shù)
故障頻次／次
首次故障里程／km
３
２３ ４００
３
１０ ５６０ １
２０ ５００ １
２３ ４００ ３
１０ ５６０ １
２０ ５００
　輕度故障數(shù)
故障頻次／次
首次故障里程／km
１
６ ７５０
１
５ ６７０ ２
７ ４２０ １
６ ７５０ １
５ ６７０ １
７ ４２０ 　 當(dāng)量故障數(shù)（rD ）／次 １３ ．２ ２３ ．２ ２１ ．４ １ ．２ ３ ．２ １１ ．２ 　平均技術(shù)車速（v）／km · h－ １ １９ ．７ ２０ ．１ １９ ．８ １９ ．７ ２０ ．１ １９ ．８ 　 總行駛時(shí)間／h ２ ５３８ ．１ ２ ４８７ ．６ ２ ５２５ ．２ １ ２６９ ．０ １ ２４３ ．８ １ ２６２ ．６ 　 故障維修時(shí)間（TRm）／h ７ ．５ ８ ．０ ７ ．０ ２ ．５ ３ ．５ ３ ．０ 　 預(yù)防維修時(shí)間（T Pm）／h ４ ４ ４ ２ ２ ２ 　 維修費(fèi)用（C）／元 ５５０ ６６０ ５８０ １７０ ２８０ ３５０ · ２ · 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 天 　 然 　 氣 　 工 　 業(yè) 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２０１０ 年９月
合評(píng)定分?jǐn)?shù)Q 。
4 ．1 　當(dāng)量故障數(shù)（rD ） 、當(dāng)量故障率（D）
rD ＝ Σ
４
i ＝ １
εi ri 　　D ＝ １ ０００Σ n
j ＝ １
γDj ／（nt）
式中εi 為第i 類故障系數(shù)，其值ε１ ＝ １００ ，ε２ ＝ １０ ，ε３ ＝
１ ，ε４ ＝ ０ ．２ ；ri 為第i 類故障數(shù)，次；γDj 為第j 輛車專用
裝置當(dāng)量故障數(shù)，次；t 為檢驗(yàn)截止里程，km ；n 為專用
裝置數(shù)。
4 ．2 　平均首次故障里程（MTTFF）
　　點(diǎn)估計(jì)值T⌒
f ：
T⌒
f ＝ １
n′Σn′
i ＝ １
ti ＋ （n － n′）t
式中n 為專用裝置數(shù)；n′為發(fā)生首次故障的專用裝置
數(shù)，當(dāng)n′ ＝ ０ 時(shí)，取n′ ＝ １ ；ti 為第i 輛車專用裝置首次
故障里程，只計(jì)１ ，２ ，３ 類故障，km 。
4 ．3 　平均故障間隔里程（MTBF）
　　點(diǎn)估計(jì)值T⌒
b ：
T⌒
b ＝ nt
r
式中r 為專用裝置發(fā)生的１ 、２ 、３ 類故障總數(shù)。
4 ．4 　使用有效度（A）
A ＝
Σ n
i ＝ １
Ui
Σ n
i ＝ １
（Ui ＋ Gi ）
式中Ui 為第i 輛車專用裝置運(yùn)行時(shí)間，h ；Gi 為第i 輛
車專用裝置因故障的停車時(shí)間（包括診斷時(shí)間、準(zhǔn)備時(shí)
間、修理時(shí)間、試車時(shí)間） ，h 。
4 ．5 　千公里維修時(shí)間（MTm）
MTm ＝ １ ０００ TRm ＋ TPm
S
式中TRm為t里程內(nèi)故障后維修時(shí)間總和，h ；T Pm
為t 里程內(nèi)預(yù)防維修時(shí)間總和，h 。
4 ．6 　千公里維修費(fèi)用（MC）
MC ＝ １ ０００ Ct
式中MC 為千公里維修費(fèi)，元／１ ０００ km ；C 為t 里程
內(nèi)維修費(fèi)，包括材料、設(shè)備及工時(shí)費(fèi)，元。
4 ．7 　專用裝置可靠性綜合評(píng)定
　　引用QC／T ９００枟汽車整車產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定方
法枠中的綜合評(píng)定模型：
Q ＝ B（T⌒
f ＋ T⌒
b ） ＋ ８０e－ CD
式中Q 為天然氣汽車專用裝置可靠性評(píng)定分?jǐn)?shù)；T⌒
f 為
平均首次故障里程，當(dāng)T⌒
f ＞ Tfm 時(shí)，取T⌒
f ＝ Tfm ，km ；T⌒
b
為平均故障間隔里程，當(dāng)T⌒
b ＞ Tbm 時(shí)，取T⌒
b ＝ Tbm ，km ；
B 、C 為計(jì)算系數(shù)（權(quán)重） ，其取值見表３ 。
表3 　汽車可靠性評(píng)定計(jì)算系數(shù)表
檢驗(yàn)對(duì)象Tfm ／km Tbm ／km B C
汽車 １ ５００ ２ ５００ ０ ．００５ ０ ．１７４ 汽油機(jī) ４８ ．６ ６５ ０ ．１７６ ０ ．０９０ 5 　專用裝置可靠性評(píng)價(jià)
5 ．1 　專用裝置可靠性評(píng)價(jià)結(jié)果
　　專用裝置的可靠性評(píng)價(jià)結(jié)果見表４ 。
5 ．2 　專用裝置可靠性評(píng)定結(jié)果說(shuō)明
　　從表４ 可以看出，CNG 汽車專用裝置２５ ０００ km
可靠性評(píng)定分?jǐn)?shù)９７ ．３ 分，失分２ ．７ ；５０ ０００ km 可靠性
評(píng)定分?jǐn)?shù)９４ ．９ 分，失分５ ．１ ；整車２５ ０００ km 可靠性評(píng)
定分?jǐn)?shù)為９３ ．６ 分（一等品） ，失分６ ．４ ；整車５０ ０００ km
可靠性評(píng)定分?jǐn)?shù)為８８ ．０ 分（合格品） ，失分１２ ．０ 。
　　專用裝置僅為CNG汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的１個(gè)系統(tǒng)（儲(chǔ)、
表4 　CNG 汽車專用裝置可靠性評(píng)價(jià)結(jié)果表1）
可靠性指標(biāo)
評(píng)價(jià)結(jié)果
檢驗(yàn)截止里程５ × １０４ km 檢驗(yàn)截止里程 ２ ．５ × １０４ km
　平均首次故障里程（M T T FF）點(diǎn)估計(jì)值（T⌒
f ）／km １８ １５３ ．３３ １８ １５３ ．３３ 　平均故障間隔里程（M TBF）點(diǎn)估計(jì)值（T⌒
b ）／km １２ ５００ １５ ０００ 　當(dāng)量故障率（D）（整車）／次· １ ０００ km － １ ０ ．３８（０ ．９３） ０ ．２０（０ ．４８） 　千公里維修時(shí)間（M Tm） ／h · １ ０００ km － １ ０ ．２３ ０ ．２０ 　千公里維修費(fèi)用（MC）／元· １ ０００ km － １ １１ ．９３ １０ ．７０ 　 有效度（A ） ０ ．９９５ ０ ．９９６ 　 專用裝置可靠性評(píng)定分?jǐn)?shù)／分 ９４ ．９ ９７ ．３ 　 整車可靠性評(píng)定分?jǐn)?shù)／分 ８８ ．０ ９３ ．６ 　　　　注：１）檢驗(yàn)對(duì)象按汽車計(jì)。
第 ３０ 卷第９ 期 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 加 　 工 　 利 　 用 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 · ３ ·
供氣系統(tǒng)） ，是CNG 汽車的一部分，CNG 汽車按功能
可以分為十余個(gè)系統(tǒng)，僅專用裝置的可靠性評(píng)定失分
就占整車可靠性評(píng)定失分的４０％ 以上。相同使用性
質(zhì)的對(duì)比試驗(yàn)表明，CNG 汽車專用裝置的當(dāng)量故障率
超過(guò)同類車型供油系統(tǒng)當(dāng)量故障率２ 倍。雖然供油系
統(tǒng)的壓力為常壓，CNG 汽車供氣系統(tǒng)為高壓，可能對(duì)
其故障率有一定影響，但試驗(yàn)車配裝的國(guó)產(chǎn)CNG 汽
車專用裝置的可靠性偏低，亟待改進(jìn)。
6 　結(jié)論
　?。保┰囼?yàn)選用了３ 輛典型車型桑塔納SVW７１８０CEI
轎車，配裝相同型號(hào)規(guī)格的國(guó)產(chǎn)CNG 汽車專用裝置，
試驗(yàn)道路以城市的城郊道路為主，路面主要為瀝青和
水泥路面，進(jìn)行每車５０ ０００ km 的實(shí)際使用狀況行駛
試驗(yàn)；參照QC／T ９００枟汽車整車產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定方
法枠對(duì)專用裝置的故障進(jìn)行分類判別，參照該標(biāo)準(zhǔn)和
GB／T １２６７８枟汽車可靠性行駛試驗(yàn)方法枠的指標(biāo)體系
及計(jì)算方法對(duì)專用裝置的可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果
為試驗(yàn)車配裝的國(guó)產(chǎn)CNG 汽車專用裝置的可靠性
偏低。
　?。玻┯捎跊]有相應(yīng)的CNG 汽車專用裝置的可靠性
評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法，專用裝置的可靠性評(píng)定參照QC／T
９００ 枟汽車整車產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)價(jià)方法枠和GB／T
１２６７８枟汽車可靠性行駛試驗(yàn)方法枠的試驗(yàn)條件和方法
進(jìn)行，可能會(huì)對(duì)CNG 汽車專用裝置的可靠性評(píng)定結(jié)
果產(chǎn)生一定的影響。
參　考　文　獻(xiàn)
［１］ 李躍平．CNG 汽車的試驗(yàn)研究［J］ ．汽車技術(shù)，２００２ （１） ：１６‐
１９ ．
［２］ 張道文．天然氣汽車技術(shù)改進(jìn)［J］ ．天然氣工業(yè)，２００６ ，２６
（２） ：１２３‐１２５ ．
［３］ 黃海波．燃?xì)馄嚱Y(jié)構(gòu)原理與維修［M ］ ．北京：機(jī)械工業(yè)出
版社，２００４ ：１２７‐１７９ ．
［４］ 張道文．混合器的試驗(yàn)研究［J］ ．小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車，
２００３ ，３２（３） ：１４‐１８ ．
［５］ 朱天閣，唐曉東，李晶晶，等．天然氣汽車摻燒甲醇新方法
的實(shí)驗(yàn)室研究［J］ ．石油與天然氣化工，２００６ ，３５ （６ ） ：４２１‐
４２３ ．
［６］ 張應(yīng)祿．車用天然氣纏繞氣瓶安全分析［J］ ．天然氣工業(yè)，
２００９ ，２９（４） ：１０２‐１０４ ．
（修改回稿日期?。玻埃保癌\０７‐１４ 　編輯　何　明）
· ４ · 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 天 　 然 　 氣 　 工 　 業(yè) 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２０１０ 年９月

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