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CNG汽车专用装置安全可靠性试验

文档作者：周华１张道文１黄海波１王君２文档来源： 1 ．西华大学　2．南充合能压缩天然气有限责任公司		点击数：	更新时间： 2020年12月28日
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基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３ 计划）资助项目（编号：２００８AA１１A１６６） 。
　　作者简介：周华，１９６８ 年生，助理研究员，硕士；主要从事代用燃料汽车研究及车辆技术鉴定工作。地址：（６１００３９）四川省成都
市金牛区西华大学。电话：（０２８）８３７０５０１２ ，１３９８１８０８６６３ 。E‐mail ：qjqc＠ mail ．xhu ．edu ．cn
CNG 汽车专用装置安全可靠性试验
周华１ 　张道文１ 　黄海波１ 　王君２
１ ．西华大学　２ ．南充合能压缩天然气有限责任公司
　　周华等．CNG 汽车专用装置安全可靠性试验．天然气工业，２０１０ ，３０（９） ：８７‐９０ ．
　　摘　要　天然气汽车专用装置的安全性和可靠性对天然气汽车的推广应用和天然气汽车产业的可持续发展有着重
要影响，而目前对这方面的研究较少，已有部分用户反映CNG 汽车专用装置的可靠性偏低，存在安全隐患。为此，对典
型车型配装的国产CNG 汽车专用装置进行了安全性、可靠性试验。试验道路以城市的城郊道路为主，路面主要为沥青
和水泥路面，按每车５ × １０４ km 的实际使用工况，参照QC／T ９００枟汽车整车产品质量检验评定方法枠对CNG 汽车专用装
置的故障进行了分类判别，结合GB／T １２６７８枟汽车可靠性行驶试验方法枠的指标体系及相应计算方法对专用装置的可靠
性进行了评价及等级评定。评定结果表明：试验车配装的国产CNG 汽车专用装置的可靠性偏低，亟待改进。
　　关键词　CNG 汽车　专用装置　可靠性试验　安全性
　　DOI ：１０ ．３７８７ ／j ．issn ．１０００‐０９７６ ．２０１０ ．０９ ．０２２
　　近年来，我国天然气汽车产业高速发展，天然气汽
车保有量大幅增加，其中大部分为压缩天然气（CNG）
汽车。目前对天然气汽车的整车性能、发动机性能、排
放特性、天然气汽车专用装置以及专用装置的匹配试
验等已有了深入的研究［１‐５ ］ ，但对CNG 汽车专用装置
的可靠性则研究较少［６ ］ 。目前已有部分用户反映
CNG 汽车专用装置的可靠性偏低，存在安全隐患。天
然气汽车专用装置的可靠性对天然气汽车的质量和天
然气汽车产业的可持续发展有重要影响，对CNG 汽
车专用装置的可靠性进行评价非常必要。为此，对典
型车配装的国产CNG 汽车专用装置进行了可靠性试
验，对国产CNG 汽车专用装置的可靠性作了比较客
观的评定。
1 　试验车辆及天然气汽车专用装置
　　桑塔纳SVW７１８０CEI 型CNG 汽车在出租车、教
练车和其他非营运车辆中，占有很大的比重，是一种有
代表性的车型。因此选用了３ 辆相同型号
SVW７１８０CEI 型CNG 汽车（教练车）进行可靠性试
验。试验车辆均配装某种型号规格的国产CNG 汽车
专用装置，专用装置主要包括充气阀、储气瓶、瓶阀、高
压管、电磁阀、减压调节器、混合器（喷气阀）和控制
器等。
2 　试验条件及依据标准
　　试验车辆的使用性质相同，技术条件和维护符合
使用说明书的规定，磨合行驶满足GB／T １２５３４ —
１９９０枟汽车道路试验方法通则枠的规定，试验载荷为乘
员（２ ～ ５ 人） ，工况为满足营运和日常工作任务要求的
实际运行工况。试验道路以城郊道路为主，主要为沥
青和水泥路面，每车均进行实际使用状况５ × １０４ km
的行驶试验。
　　目前没有CNG 汽车专用装置的可靠性评价标准
和方法，笔者参照QC／T ９００ — １９９７枟汽车整车产品质
量检验评定方法枠和GB／T １２６７８ — １９９０枟汽车可靠性
行驶试验方法枠，对CNG 汽车专用装置的故障进行处
理、维修、分类判别和统计，并沿用这２ 个标准的评价
指标体系和数学模型对专用装置的可靠性进行评定。
　　QC／T ９００ — １９９７枟汽车整车产品质量检验评定方
法枠规定的轿车可靠性行驶试验里程是２ ．５ × １０４ km ，
根据课题要求，对CNG 汽车专用装置进行了５ × １０４
km 的可靠性行驶试验。
第 ３０ 卷第９ 期 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 加 　 工 　 利 　 用 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 · １ ·
3 　专用装置可靠性数据统计
3 ．1 　可靠性数据统计的要求
　　１）只考虑本质故障，误用导致的故障不计入故
障数。
　　２）未排除故障，只统计１ 次，故障类别按最严重情
况划分，其对应里程为该故障里程。
　　３）同一里程不同零件发生故障分别统计，同一零
件出现不同模式故障也分别统计；如果同一个零件发
生几处模式相同的故障，则只统计１ 次，故障类别按最
严重的划分。
　　４）故障类别：１ 类为致命故障；２ 类为严重故障；３
类为一般故障；４ 类为轻度故障。
3 ．2 　可靠性数据统计结果
　　根据评价指标计算要求，按单车分别统计首次故
障里程、故障频次、当量故障数、实际行驶里程、平均技
术车速、故障维修时间、预防维修时间和维修费用等，
可靠性试验的故障情况统计见表１ ，试验数据统计结
果见表２ 。
4 　专用装置的可靠性评价指标及其计
算方法
　　CNG 汽车专用装置可靠性评价指标主要包括当
量故障数rD 、当量故障率D ，平均首次故障里程M TT
FF ，平均故障间隔里程M TB F ，使用有效度A ，千公
里维修时间M Tm ，千公里维修费用MC和可靠性综
表1 　可靠性试验的故障情况统计表
项目
１ 号车
故障里
程／km 故障情况
２ 号车
故障里
程／km 故障情况
３ 号车
故障里
程／km 故障情况
致命
故障
／ ／ ／ ／ ／ ／
严重
故障
４５ ２３０
　
高压管接头（与减压器）漏气
　
３６ ７０５
４９ ２０５ 高压管接头漏气
瓶阀漏气
１５ ４１０
３６ ０３０ 瓶阀漏气
高压管接头（与减压器）漏气
一般
故障
２３ ４００
３５ ６０８
４８ ４６０
油气转换开关失效
减压器功能失常
发动机启动困难（检修混合器）
１０ ５６０
１４ ６４０
２４ ３２０
电磁阀功能失效
气压表失效
减压器阀芯损坏
２０ ５００
　　
油气转换开关失效
　　
轻微
故障
６ ７５０
　
加速缓慢（调试混合器）
　
５ ６７０
　
加速缓慢（调试混合器）
　
７ ４２０
４７ ５４５ 加速缓慢（调试混合器）
怠速不稳（调试混合器）
表2 　可靠性试验数据统计表
项　目
检验截止里程５ × １０４ km
１ 号车２ 号车３ 号车
检验截止里程 ２ ．５ × １０４ km
１ 号车２ 号车３ 号车
　致命故障数
故障频次／次
首次故障里程／km
／／／／
／／
／／
／／
／／
　严重故障数
故障频次／次
首次故障里程／km
１
４５ ２３０
２
３６ ７０５ ２
１５ ４１０ ／／
／／
１
１５ ４１０
　一般故障数
故障频次／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
　轻度故障数
故障频次／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 　 当量故障数（rD ）／次 １３ ．２ ２３ ．２ ２１ ．４ １ ．２ ３ ．２ １１ ．２ 　平均技术车速（v）／km · h－ １ １９ ．７ ２０ ．１ １９ ．８ １９ ．７ ２０ ．１ １９ ．８ 　 总行驶时间／h ２ ５３８ ．１ ２ ４８７ ．６ ２ ５２５ ．２ １ ２６９ ．０ １ ２４３ ．８ １ ２６２ ．６ 　 故障维修时间（TRm）／h ７ ．５ ８ ．０ ７ ．０ ２ ．５ ３ ．５ ３ ．０ 　 预防维修时间（T Pm）／h ４ ４ ４ ２ ２ ２ 　 维修费用（C）／元 ５５０ ６６０ ５８０ １７０ ２８０ ３５０ · ２ · 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 天 　 然 　 气 　 工 　 业 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２０１０ 年９月
合评定分数Q 。
4 ．1 　当量故障数（rD ） 、当量故障率（D）
rD ＝ Σ
４
i ＝ １
εi ri 　　D ＝ １ ０００Σ n
j ＝ １
γDj ／（nt）
式中εi 为第i 类故障系数，其值ε１ ＝ １００ ，ε２ ＝ １０ ，ε３ ＝
１ ，ε４ ＝ ０ ．２ ；ri 为第i 类故障数，次；γDj 为第j 辆车专用
装置当量故障数，次；t 为检验截止里程，km ；n 为专用
装置数。
4 ．2 　平均首次故障里程（MTTFF）
　　点估计值T⌒
f ：
T⌒
f ＝ １
n′Σn′
i ＝ １
ti ＋ （n － n′）t
式中n 为专用装置数；n′为发生首次故障的专用装置
数，当n′ ＝ ０ 时，取n′ ＝ １ ；ti 为第i 辆车专用装置首次
故障里程，只计１ ，２ ，３ 类故障，km 。
4 ．3 　平均故障间隔里程（MTBF）
　　点估计值T⌒
b ：
T⌒
b ＝ nt
r
式中r 为专用装置发生的１ 、２ 、３ 类故障总数。
4 ．4 　使用有效度（A）
A ＝
Σ n
i ＝ １
Ui
Σ n
i ＝ １
（Ui ＋ Gi ）
式中Ui 为第i 辆车专用装置运行时间，h ；Gi 为第i 辆
车专用装置因故障的停车时间（包括诊断时间、准备时
间、修理时间、试车时间） ，h 。
4 ．5 　千公里维修时间（MTm）
MTm ＝ １ ０００ TRm ＋ TPm
S
式中TRm为t里程内故障后维修时间总和，h ；T Pm
为t 里程内预防维修时间总和，h 。
4 ．6 　千公里维修费用（MC）
MC ＝ １ ０００ Ct
式中MC 为千公里维修费，元／１ ０００ km ；C 为t 里程
内维修费，包括材料、设备及工时费，元。
4 ．7 　专用装置可靠性综合评定
　　引用QC／T ９００枟汽车整车产品质量检验评定方
法枠中的综合评定模型：
Q ＝ B（T⌒
f ＋ T⌒
b ） ＋ ８０e－ CD
式中Q 为天然气汽车专用装置可靠性评定分数；T⌒
f 为
平均首次故障里程，当T⌒
f ＞ Tfm 时，取T⌒
f ＝ Tfm ，km ；T⌒
b
为平均故障间隔里程，当T⌒
b ＞ Tbm 时，取T⌒
b ＝ Tbm ，km ；
B 、C 为计算系数（权重） ，其取值见表３ 。
表3 　汽车可靠性评定计算系数表
检验对象Tfm ／km Tbm ／km B C
汽车 １ ５００ ２ ５００ ０ ．００５ ０ ．１７４ 汽油机 ４８ ．６ ６５ ０ ．１７６ ０ ．０９０ 5 　专用装置可靠性评价
5 ．1 　专用装置可靠性评价结果
　　专用装置的可靠性评价结果见表４ 。
5 ．2 　专用装置可靠性评定结果说明
　　从表４ 可以看出，CNG 汽车专用装置２５ ０００ km
可靠性评定分数９７ ．３ 分，失分２ ．７ ；５０ ０００ km 可靠性
评定分数９４ ．９ 分，失分５ ．１ ；整车２５ ０００ km 可靠性评
定分数为９３ ．６ 分（一等品） ，失分６ ．４ ；整车５０ ０００ km
可靠性评定分数为８８ ．０ 分（合格品） ，失分１２ ．０ 。
　　专用装置仅为CNG汽车发动机的１个系统（储、
表4 　CNG 汽车专用装置可靠性评价结果表1）
可靠性指标
评价结果
检验截止里程５ × １０４ km 检验截止里程 ２ ．５ × １０４ km
　平均首次故障里程（M T T FF）点估计值（T⌒
f ）／km １８ １５３ ．３３ １８ １５３ ．３３ 　平均故障间隔里程（M TBF）点估计值（T⌒
b ）／km １２ ５００ １５ ０００ 　当量故障率（D）（整车）／次· １ ０００ km － １ ０ ．３８（０ ．９３） ０ ．２０（０ ．４８） 　千公里维修时间（M Tm） ／h · １ ０００ km － １ ０ ．２３ ０ ．２０ 　千公里维修费用（MC）／元· １ ０００ km － １ １１ ．９３ １０ ．７０ 　 有效度（A ） ０ ．９９５ ０ ．９９６ 　 专用装置可靠性评定分数／分 ９４ ．９ ９７ ．３ 　 整车可靠性评定分数／分 ８８ ．０ ９３ ．６ 　　　　注：１）检验对象按汽车计。
第 ３０ 卷第９ 期 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 加 　 工 　 利 　 用 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 · ３ ·
供气系统） ，是CNG 汽车的一部分，CNG 汽车按功能
可以分为十余个系统，仅专用装置的可靠性评定失分
就占整车可靠性评定失分的４０％ 以上。相同使用性
质的对比试验表明，CNG 汽车专用装置的当量故障率
超过同类车型供油系统当量故障率２ 倍。虽然供油系
统的压力为常压，CNG 汽车供气系统为高压，可能对
其故障率有一定影响，但试验车配装的国产CNG 汽
车专用装置的可靠性偏低，亟待改进。
6 　结论
　　１）试验选用了３ 辆典型车型桑塔纳SVW７１８０CEI
轿车，配装相同型号规格的国产CNG 汽车专用装置，
试验道路以城市的城郊道路为主，路面主要为沥青和
水泥路面，进行每车５０ ０００ km 的实际使用状况行驶
试验；参照QC／T ９００枟汽车整车产品质量检验评定方
法枠对专用装置的故障进行分类判别，参照该标准和
GB／T １２６７８枟汽车可靠性行驶试验方法枠的指标体系
及计算方法对专用装置的可靠性进行评价，评价结果
为试验车配装的国产CNG 汽车专用装置的可靠性
偏低。
　　２）由于没有相应的CNG 汽车专用装置的可靠性
评价标准和方法，专用装置的可靠性评定参照QC／T
９００ 枟汽车整车产品质量检验评价方法枠和GB／T
１２６７８枟汽车可靠性行驶试验方法枠的试验条件和方法
进行，可能会对CNG 汽车专用装置的可靠性评定结
果产生一定的影响。
参　考　文　献
［１］ 李跃平．CNG 汽车的试验研究［J］ ．汽车技术，２００２ （１） ：１６‐
１９ ．
［２］ 张道文．天然气汽车技术改进［J］ ．天然气工业，２００６ ，２６
（２） ：１２３‐１２５ ．
［３］ 黄海波．燃气汽车结构原理与维修［M ］ ．北京：机械工业出
版社，２００４ ：１２７‐１７９ ．
［４］ 张道文．混合器的试验研究［J］ ．小型内燃机与摩托车，
２００３ ，３２（３） ：１４‐１８ ．
［５］ 朱天阁，唐晓东，李晶晶，等．天然气汽车掺烧甲醇新方法
的实验室研究［J］ ．石油与天然气化工，２００６ ，３５ （６ ） ：４２１‐
４２３ ．
［６］ 张应禄．车用天然气缠绕气瓶安全分析［J］ ．天然气工业，
２００９ ，２９（４） ：１０２‐１０４ ．
（修改回稿日期　２０１０‐０７‐１４ 　编辑　何　明）
· ４ · 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 天 　 然 　 气 　 工 　 业 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２０１０ 年９月

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