吳郡

(歐陸寶（天津）新材料科技有限公司，天津301800)

面對汽車排放對大氣污染的日益嚴重，使用清潔燃料逐漸受到重視并大力推廣。使用氫氣、太陽能等雖然比較理想，但是到實用階段仍舊需要很長的一段時間，而使用氣體燃料僅需對現(xiàn)有的汽油發(fā)動機和柴油發(fā)動機做局部改造即可應(yīng)用，得以實現(xiàn)清潔燃料的實用階段，因而有很大的現(xiàn)實價值和巨大的社會經(jīng)濟效益。

1 氣體燃料的組成及優(yōu)點

與汽油或柴油等液體燃料相比，氣體燃料的優(yōu)勢在于能夠大幅度減少車輛尾氣排放，同時可在一定程度上降低燃料成本。常用的氣體燃料有三種：壓縮天然氣（CNG）、液化天然氣（LNG）、液化石油氣（LPG）[1]。天然氣的主要組成為甲烷、乙烷、丙烷，所以其用作發(fā)動機燃料有如下優(yōu)點：燃燒產(chǎn)物中氮氧化物（NO）及HC含量大大低于以汽油或柴油為燃料時的排放含量；經(jīng)濟性好，氣體燃料的熱值低于汽油，在同等功率下燃料消耗比為汽油∶氣體=1∶1.2，但價格比為50%。

2 天然氣發(fā)動機與汽油或柴油發(fā)動機的區(qū)別

天然氣發(fā)動機的結(jié)構(gòu)、燃料及工況等方面與汽油或柴油發(fā)動機明顯不同，對油品的清凈性、分散性、抗氧化性及抗磨性的側(cè)重點明顯不同。氣體燃料組成的復(fù)雜性及應(yīng)用領(lǐng)域及環(huán)境的差異，對天然氣發(fā)動機油的要求各不相同，但共性更多。天然氣發(fā)動機的燃氣溫度和排氣溫度較高，固定式天然氣發(fā)動機更是長周期不間斷運行，對油品的抗氧化硝化及抗腐蝕性的要求高很多；氣體燃料通常燃燒比較完全，燃料中硫含量比較低，對油品的高溫清凈性及酸中和作用就相對較低。反而要求控制潤滑油的灰分來減少沉積物的形成[2]。

例：用一臺GM5.7 L 雙燃料發(fā)動機按照ⅢE條件用CG-4/SH 潤滑油做對比實驗，結(jié)果表明：1）在油泥生成上，用氣體燃料的更好；其他沉積物相比用無鉛汽油的更好。2）磨損上，主軸承失重，用氣體燃料的好很多，其他部位磨損相似。3）抗氧化性能方面，用無鉛汽油的氧化更明顯，潤滑油粘度增長較快。4）用無鉛汽油的TAN 和TBN變化曲線交叉點在24h，而用氣體燃料的在48h，說明用氣體燃料時潤滑油的降解要緩慢一些。實驗說明，天然氣發(fā)動機潤滑油應(yīng)當(dāng)具備良好的抗氧化硝化性能、適當(dāng)?shù)牧蛩猁}灰分、良好的高溫清凈性、良好的防腐蝕性能及控制沉積物的生成能力，以及與催化劑的形容性良好。

3 天然氣發(fā)動機潤滑油的性能特點

3.1 良好的抗氧化硝化性能

天然氣發(fā)動機潤滑油的氧化劣化機理與汽油或柴油相似，但是氣體燃料有更高的比熱容，排氣溫度比柴油發(fā)動機高100～200℃，對潤滑油的抗氧化性能提出了更高的要求。受燃氣發(fā)動機潤滑油灰分的制約，清凈劑分散劑的添加量不能太高，對氧化劣化物的溶解及酸中和能力有限，只有延長“抗氧化”階段，才能提高潤滑油的壽命，所以對低灰或無灰型燃氣發(fā)動機潤滑油來說，抗氧化性能尤為重要[3]。

3.2 良好的清凈性及沉積物控制能力

天然氣發(fā)動機潤滑油的TBN 用來中和各類酸性物質(zhì)，TBN 過低，將會導(dǎo)致TAN 增大，潤滑油變質(zhì)等問題加快。但是TBN 過高將會帶來沉積物的增加，引起粘環(huán)、拉缸等現(xiàn)象。由于氣體燃料中的硫含量通常較低，燃燒過程產(chǎn)生的酸性物質(zhì)少，天然氣發(fā)動機潤滑油中清凈分散劑的主要作用除進行酸中和作用外，更強調(diào)潤滑油的高溫清凈能力。

3.3 適當(dāng)?shù)幕曳?/h3>

天然氣中硫含量比較低，燃燒后產(chǎn)生的酸性物質(zhì)少，其對灰分（堿值）的需求主要是為了潤滑閥系和氣門部位。較低的灰分，可減少火花塞沉積物的生成，避免火花塞堵塞及發(fā)動機提前點火，較少排放污染。

3.4 良好的抗磨劑防腐蝕性能

燃氣發(fā)動機的凸輪-挺趕摩擦副及活塞上下止點附近等部位一般處于邊界潤滑，要求潤滑油具有良好的抗磨性能以降低發(fā)動機的磨損。特別是長時間滿負荷運轉(zhuǎn)的固定式燃氣發(fā)動機，要求潤滑油具備良好的抗磨劑防腐蝕性能，以保證發(fā)動機的正常有效工作。

3.5 防止三元催化器失效

天然氣發(fā)動機潤滑油低鋅、低磷，防止氧傳感器和催化器中毒失效。

綜上所述，由于燃氣發(fā)動機的結(jié)構(gòu)、燃料性質(zhì)及使用環(huán)境的多樣化，決定了燃氣發(fā)動機潤滑油的性能要求不同于普通的潤滑油。如若選用不當(dāng)，將會縮短發(fā)動機的使用壽命并且造成維護維修成本不必要的增加。

4 天然氣發(fā)動機的常見故障

4.1 提前點火——進氣門處容易形成沉積物；

4.2 高溫——進氣門及火花塞使用壽命短、易損壞；

4.3 含硫——發(fā)動機零部件，特別是活塞和氣缸壁早期磨損和腐蝕嚴重；

4.4 灰分——灰分沉積造成氣閥關(guān)閉不嚴、漏氣，增加閥座磨損等。

5 CNG/LNG 專用潤滑油與普通柴機油的區(qū)別（見表1）

表1

5.1 排氣溫度比柴油發(fā)動機高100～200℃，要求潤滑油具備更高的抗氧化性和抗硝化性；

5.2 熱負荷高，要求潤滑油運動粘度不宜偏高，以保證良好的流動性和冷卻性能；

5.3 天然氣的硫含量比柴油的低，要求潤滑油采用低堿值；

5.4 采用熱傳感器，要求鋅、硫的含量＜300ppm，防止氧傳感器和催化器中毒失效；

5.5 綜合氣門潤滑和活塞積碳問題，天然氣發(fā)動機要求使用中低灰分的潤滑油[4]。

6 天然氣發(fā)動機的特點

6.1 CNG/LNG 燃燒產(chǎn)生高溫；

6.2 在高溫的作用下，普通潤滑油的高灰分添加劑極易形成沉積物；

6.3 氣門干澀容易引起氣門磨損及關(guān)閉不嚴；

6.4 排氣中含大量氮化物，促進普通潤滑油氧化硝化，生成大量油泥。

7 亂用潤滑油后的過敏

7.1 缺乏潤滑保護，引發(fā)發(fā)動機異常磨損及故障；

7.2 高灰分產(chǎn)生的沉積物導(dǎo)致發(fā)動機部件磨損、火花塞堵塞及氣門燒毀等；

7.3 氣門磨損、關(guān)閉不嚴，造成發(fā)動機功率下降或無法工作；

7.4 生成大量油泥，堵塞油路或生成漆膜等有害物質(zhì)。

總之，如果將普通柴油發(fā)動機潤滑油用于天然氣發(fā)動機，雖然潤滑油成本下降了，但氣缸蓋翻新成本卻大幅度增加，推薦使用天然氣發(fā)動機專用潤滑油[5]。

8 CNG/LNG 重卡相比柴油重卡的明顯優(yōu)勢

8.1 燃料成本

LNG 重卡售價大約在40 萬元/輛，比普通重卡貴8 萬元，但LNG 重卡行駛成本低，節(jié)約燃料費用30%以上，比柴油車型節(jié)省1.5 元/km，這樣一年就能回收多出的購車費用。

8.2 維修成本

由于天然氣燃燒充分，不產(chǎn)生積碳，可延長發(fā)動機壽命，減少車輛維修頻次，減緩了折舊速度。相同工況下，與柴油車相比維修保養(yǎng)成本降低10%以上，且動力性不比柴油車差。

8.3 滿足排放

天然氣卡車的環(huán)保性污染物排放量比柴油車降低90%以上，很容易滿足國四、國五、國六的排放標準要求。

8.4 與柴油加注時間相當(dāng)

一般一次加注續(xù)航能力500km 以上（一個儲氣瓶）。

實際應(yīng)用情況見表2：

表2

9 總結(jié)

全球天然氣需求量將從目前的2.6×1012m3增加到2022 年的5.1×1012m3；大約到2040 年，天然氣在一次能源中所占比例將達到51.1%，超過石油和煤炭成為最重要的能源形式。以CNG 和LNG 為燃料可以有效降低發(fā)動機污染物排放。隨著環(huán)境法律法規(guī)對大氣質(zhì)量的控制及對發(fā)動機排放要求的日益嚴苛，以天然氣為主要替代燃料的天然氣發(fā)動機及相關(guān)技術(shù)將會成為大勢所趨，同時，天然氣發(fā)動機專用潤滑油將會越來越受到關(guān)注和青睞，為我們的經(jīng)濟建設(shè)和藍天計劃保駕護航。