燃氣發動機油發展現狀及趨勢

劉瑩　魏浩然　周婷　吉祥　胡超

摘要：隨著世界環保要求日益嚴格，天然氣能源得到了越來越廣泛的應用，近幾年中國燃氣汽車發展較晚，隨著汽車燃料短缺和城市的空氣污染越來越嚴重，國家高度重視燃料問題的研究，由于天然氣發動機的特殊結構，天然氣發動機機油和制定相應的標準是必然的趨勢。

關鍵詞：燃氣發動機油

21世紀以來，世界環保法規日益嚴格，由于傳統能源對環境的污染大，傳統能源的發展受到限制，以天然氣為主的氣體燃料成為能源行業研究的熱點，氣體燃料以其優異的熱力性能、環保的排放性能、高效而豐富的儲量得到越來越廣泛的應用，發動機制造商也將繼續開發一種新型的燃氣發動機，燃氣發動機也能迅速發展。

1 燃氣發動機的特性

燃氣汽車是指使用替代燃料——天然氣作為燃料的車輛的總稱。燃料主要有三類：壓縮天然氣（CNG），液化石油氣（LPG）和液化天然氣（LNG）， 使用最多的是CNG 和LPG[1] 。

由于燃料的不同，燃氣發動機的設計與傳統的汽油機和柴油機有很大的不同。燃氣發動機與普通的汽、柴油發動機相比具有自身的特點： 一是燃料熱值的不同，燃氣熱值比汽柴油高，導致室內溫度高于汽柴油發動機，容易導致潤滑油失效，器件損壞；二是燃料存在的狀態不同，燃氣是以氣體狀態存在，汽柴油是以液滴狀態存在，氣體不能對部件起到潤滑、冷卻的作用，三是燃燒尾氣問題，天然氣的燃燒尾氣中氮氧化合物中毒含量高，油泥多，油品容易老化變質。傳統的汽柴油發動機內燃機油無法解決氣體燃料存在的潤滑問題，因此需要研制專用的燃氣發動機油。

2 燃氣發動機的潤滑需求

傳統的汽油機油和柴油機油不能滿足燃氣發動機的潤滑油需求，燃氣的性質不同于傳統的汽油和柴油，燃氣發動機的結構和工況等方面也發生了變化，因此簡單的將柴油機油應用于燃氣發動機油，既不能很好地保護發動機也會增加發動機維修成本。

燃氣發動機對潤滑油的要求主要有以下幾點：（1）燃燒室溫度高：油品容易發生氧化反應，因此，潤滑油對氧化性能的要求更高；（2）排氣溫度高：當燃氣燃燒時排氣溫度較高，排氣閥管道和閥座上的潤滑油的工作條件不好，因此要求油品耐高溫、抗氧化、抗腐蝕、抗磨損。（3）尾氣含氮氧化物多：廢氣很容易在高溫下產生氮氧化物。如果它進入曲軸箱，就會加速潤滑油的氧化。廢氣很容易在高溫下產生氮氧化物。因此油品需要具體優異的清凈分散性。

3 燃氣發動機油標準的發展

目前世界上還沒有燃氣發動機油的統一標準，也沒有相應臺架評定方法。發達國家發展汽車發動機早，因此借助傳統的汽柴油發動機，燃氣發動機技術也走在世界的前列。我國天然氣汽車發展始于20世紀50年代到80年代中、后期國內發動機公司加快燃氣發動機的研制，目前包括上柴、濰柴在內的18 家企業都開發了自己的燃氣發動機技術[2]。

隨著天燃氣發動機技術的發展，越來越多的發動機公司提出了OEM規格和要求，最具代表性的是康明斯車用天然氣發動機油規范—CES 20074 規范，標準定義油品適宜的灰分范圍是0. 4%～0. 6%，并通過燃氣發動機臺架試驗，該規范目前得到了眾多潤滑油公司的認可。

SAE 和ASTM 正在與各發動機制造商和潤滑油和添加劑公司合作，開發天然氣發動機油的臺架評定分類和方法。已推薦的分類方法是按照硫酸鹽灰分和堿值大小將天然氣發動機油分為4類，具體見表1所示。

4 國內燃氣發動機油的發展

2010年，中國石油蘭州潤滑油研究開發中心[3]，在“東風EQD230N-30燃氣發動機” 上進行了昆侖燃氣發動機油1000h可靠性試驗。試驗之后拆解發動機進行分析，并對燃氣發動機廢油進行理化分析，結果表明，燃氣機油具有優良的抗氧化性、清潔性、分散性和耐磨性，能滿足重型和大功率移動燃氣發動機的潤滑要求。重型、大功率移動式燃氣發動機的潤滑要求。此外，根據具體行程工況的不同，換油里程建議定為12000～18000km。

燃氣發動機類型為CA6SF2 ，設計行駛里程為40000km，時間為1～6月份，環境溫度：0～30℃，以真實的城市路況、車輛開開停停的狀態下行駛。通過跟蹤不同里程的在用油理化性能，可以發現：該燃氣發動機油粘度與堿值保持能力優異、同時具有卓越的耐高溫抗氧化、抗硝化和抗磨損性能，可滿足重型燃氣發動機的用油要求。根據行車試驗，建議城市道路中長換油期重負荷燃氣發動機油換油周期為40000 km。

中國石化潤滑油茂名分公司研究了一款燃氣發動機專用油[4]，并應用在某公司的道路和運輸車輛上，發動機型號WP7NG270E40， 行車里程設計為30000km， 季節在秋季，環境溫度20～34℃。整個行車試驗過程中， 按照一定公里接取油樣進行檢測分析，發現油品粘度變化平穩、堿值保持能力強、抗磨損和抗氧化性能優異。通過將公交車在用油與道路車輛在用油進行對比，發現道路車輛油品性能保持性優于公交車，因此建議換油周期為：公交車20000km，道路車輛30000km。

江蘇龍蟠科技股份有限公司研發中心[5]使用粘度級別為10W/40級別的燃氣發動機油雙燃料出租車上進行了行車試驗，由于出租車一般為長時間超負荷運轉，且具有頻繁啟停的特點，因此對燃氣發動機油的性能要求更加嚴格。

5 結論

隨著燃氣發動機油發展趨勢的增長，制定專用的燃氣發動機技術標準和研制專用的燃氣發動機油越來越必要，因此，國內必須加快對燃氣發動機技術的研制和開發動作，并進行相關的行車實驗驗證，保證燃氣發動機油的使用性能。

參考文獻：

[1]劉紅.燃氣發動機技術發展及潤滑需求分析[J].潤滑與密封，2013，38（7）：105110.

[2]朱和菊，孟雪梅，夏鵬，等.新型固定式燃氣發動機油的研制[J].合成潤滑材料，2016，43（4）：15.

[3]湯仲平，晏雄，張勤，等.燃氣發動機油在重型燃氣發動機上的應用研究[J].潤滑油與燃料，2010，20（100）：1417.

[4]趙艷麗，賀產鴻，王雪梅，等.一種燃氣發動機專用油的開發與應用研究[J].2015，30（5）：2127.

[5]楊操，孫翠，汪洋，等.長壽命燃氣發動機油在出租車上的應用研究[J].2016，31（5）：1417.