燃气发动机油发展现状及趋势

刘莹　魏浩然　周婷　吉祥　胡超

摘要：随着世界环保要求日益严格，天然气能源得到了越来越广泛的应用，近几年中国燃气汽车发展较晚，随着汽车燃料短缺和城市的空气污染越来越严重，国家高度重视燃料问题的研究，由于天然气发动机的特殊结构，天然气发动机机油和制定相应的标准是必然的趋势。

关键词：燃气发动机油

21世纪以来，世界环保法规日益严格，由于传统能源对环境的污染大，传统能源的发展受到限制，以天然气为主的气体燃料成为能源行业研究的热点，气体燃料以其优异的热力性能、环保的排放性能、高效而丰富的储量得到越来越广泛的应用，发动机制造商也将继续开发一种新型的燃气发动机，燃气发动机也能迅速发展。

1 燃气发动机的特性

燃气汽车是指使用替代燃料——天然气作为燃料的车辆的总称。燃料主要有三类：压缩天然气（CNG），液化石油气（LPG）和液化天然气（LNG）， 使用最多的是CNG 和LPG[1] 。

由于燃料的不同，燃气发动机的设计与传统的汽油机和柴油机有很大的不同。燃气发动机与普通的汽、柴油发动机相比具有自身的特点： 一是燃料热值的不同，燃气热值比汽柴油高，导致室内温度高于汽柴油发动机，容易导致润滑油失效，器件损坏；二是燃料存在的状态不同，燃气是以气体状态存在，汽柴油是以液滴状态存在，气体不能对部件起到润滑、冷却的作用，三是燃烧尾气问题，天然气的燃烧尾气中氮氧化合物中毒含量高，油泥多，油品容易老化变质。传统的汽柴油发动机内燃机油无法解决气体燃料存在的润滑问题，因此需要研制专用的燃气发动机油。

2 燃气发动机的润滑需求

传统的汽油机油和柴油机油不能满足燃气发动机的润滑油需求，燃气的性质不同于传统的汽油和柴油，燃气发动机的结构和工况等方面也发生了变化，因此简单的将柴油机油应用于燃气发动机油，既不能很好地保护发动机也会增加发动机维修成本。

燃气发动机对润滑油的要求主要有以下几点：（1）燃烧室温度高：油品容易发生氧化反应，因此，润滑油对氧化性能的要求更高；（2）排气温度高：当燃气燃烧时排气温度较高，排气阀管道和阀座上的润滑油的工作条件不好，因此要求油品耐高温、抗氧化、抗腐蚀、抗磨损。（3）尾气含氮氧化物多：废气很容易在高温下产生氮氧化物。如果它进入曲轴箱，就会加速润滑油的氧化。废气很容易在高温下产生氮氧化物。因此油品需要具体优异的清净分散性。

3 燃气发动机油标准的发展

目前世界上还没有燃气发动机油的统一标准，也没有相应台架评定方法。发达国家发展汽车发动机早，因此借助传统的汽柴油发动机，燃气发动机技术也走在世界的前列。我国天然气汽车发展始于20世纪50年代到80年代中、后期国内发动机公司加快燃气发动机的研制，目前包括上柴、潍柴在内的18 家企业都开发了自己的燃气发动机技术[2]。

随着天燃气发动机技术的发展，越来越多的发动机公司提出了OEM规格和要求，最具代表性的是康明斯车用天然气发动机油规范—CES 20074 规范，标准定义油品适宜的灰分范围是0. 4%～0. 6%，并通过燃气发动机台架试验，该规范目前得到了众多润滑油公司的认可。

SAE 和ASTM 正在与各发动机制造商和润滑油和添加剂公司合作，开发天然氣发动机油的台架评定分类和方法。已推荐的分类方法是按照硫酸盐灰分和碱值大小将天然气发动机油分为4类，具体见表1所示。

4 国内燃气发动机油的发展

2010年，中国石油兰州润滑油研究开发中心[3]，在“东风EQD230N-30燃气发动机” 上进行了昆仑燃气发动机油1000h可靠性试验。试验之后拆解发动机进行分析，并对燃气发动机废油进行理化分析，结果表明，燃气机油具有优良的抗氧化性、清洁性、分散性和耐磨性，能满足重型和大功率移动燃气发动机的润滑要求。重型、大功率移动式燃气发动机的润滑要求。此外，根据具体行程工况的不同，换油里程建议定为12000～18000km。

燃气发动机类型为CA6SF2 ，设计行驶里程为40000km，时间为1～6月份，环境温度：0～30℃，以真实的城市路况、车辆开开停停的状态下行驶。通过跟踪不同里程的在用油理化性能，可以发现：该燃气发动机油粘度与碱值保持能力优异、同时具有卓越的耐高温抗氧化、抗硝化和抗磨损性能，可满足重型燃气发动机的用油要求。根据行车试验，建议城市道路中长换油期重负荷燃气发动机油换油周期为40000 km。

中国石化润滑油茂名分公司研究了一款燃气发动机专用油[4]，并应用在某公司的道路和运输车辆上，发动机型号WP7NG270E40， 行车里程设计为30000km， 季节在秋季，环境温度20～34℃。整个行车试验过程中， 按照一定公里接取油样进行检测分析，发现油品粘度变化平稳、碱值保持能力强、抗磨损和抗氧化性能优异。通过将公交车在用油与道路车辆在用油进行对比，发现道路车辆油品性能保持性优于公交车，因此建议换油周期为：公交车20000km，道路车辆30000km。

江苏龙蟠科技股份有限公司研发中心[5]使用粘度级别为10W/40级别的燃气发动机油双燃料出租车上进行了行车试验，由于出租车一般为长时间超负荷运转，且具有频繁启停的特点，因此对燃气发动机油的性能要求更加严格。

5 结论

随着燃气发动机油发展趋势的增长，制定专用的燃气发动机技术标准和研制专用的燃气发动机油越来越必要，因此，国内必须加快对燃气发动机技术的研制和开发动作，并进行相关的行车实验验证，保证燃气发动机油的使用性能。

参考文献：

[1]刘红.燃气发动机技术发展及润滑需求分析[J].润滑与密封，2013，38（7）：105110.

[2]朱和菊，孟雪梅，夏鹏，等.新型固定式燃气发动机油的研制[J].合成润滑材料，2016，43（4）：15.

[3]汤仲平，晏雄，张勤，等.燃气发动机油在重型燃气发动机上的应用研究[J].润滑油与燃料，2010，20（100）：1417.

[4]赵艳丽，贺产鸿，王雪梅，等.一种燃气发动机专用油的开发与应用研究[J].2015，30（5）：2127.

[5]杨操，孙翠，汪洋，等.长寿命燃气发动机油在出租车上的应用研究[J].2016，31（5）：1417.