压缩天然气、汽油两用燃料发动机用润滑油探讨

随着科技与经济的发展，世界各国都在致力于解决汽车领域的环境保护和能源利用问题，不断开发出代用燃料汽车。压缩天然气的低排放、低燃料费用和合理的燃料资源配置，使其作为汽车发动机燃料在国际上日益受到重视，并推进了国内外压缩天然气汽车的发展，其技术发展也日趋成熟。由汽油车改装成的压缩天然气/ 汽油两用燃料车辆在大中城市受到普遍欢迎，其推广速度和发展前景也十分光明。把公交汽车的汽油发动机改装成压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机也越来越普遍，然而，这类车辆用原来的汽油机油出现了积炭多、油泥大换油周期缩短；发动机易出现早期磨损和大修里程缩短等许多问题。

    1 压缩天然气/汽油两用燃料发动机应用现状

    压缩天然气汽车发展非常迅速，据有关部门统计，截至2003年底，全世界有50多个国家已经使用压缩天然气汽车，其中阿根廷约有压缩天然气汽车120 万辆，巴西约有压缩天然气汽车60万辆，巴基斯坦约有压缩天然气汽车41万辆，意大利约有压缩天然气汽车40 万辆，美国约有压缩天然气汽车13 万辆，日本约有压缩天然气汽车1.8万辆。压缩天然气汽车主要用在公交车、出租车和机场客货车上。

    我国压缩天然气资源丰富，居世界第三，压缩天然气代替汽油作为汽车燃料，发展前景很好。随着西气东输工程完工、北京承办2008年奥运会的临近、上海成功申办2010 年世博会，以及新出台的排放法规等都预示着，要求有一个清洁的生活空间，要求加大解决环境保护问题的力度。

    我国压缩天然气汽车发展迅速，据有关部门统计，截至2003年底，我国天然气汽车6.93×104辆。

    各省市纷纷出台相关政策，西安压缩天然气汽车发展目标为到2010年，压缩天然气汽车将达到3万辆；北京、上海对油改气的公交汽车、出租汽车进行政府补贴；据专家预测到2008 年，全国多数大、中等城市至少40% 以上的公交汽车将改用压缩天然气。压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机车辆采用定型的汽油车改装，在保留原车供给系统的情况下，再安装一套压缩天然气装置，故改装后的汽车既可以压缩天然气为燃料，也可以汽油为燃料。由于这种技术比较简单，而且费用较低，在出租车和公交汽车上用的比较普遍，我国的压缩天然气车90% 以上都是采用的这种技术。

    当燃用压缩天然气时，阀门打开，压缩天然气从高压气瓶出来，经过减压阀使压力降到接近大气压，并在混合器内与空气均匀混合后进入发动机气缸。安装压缩天然气装置时为了兼顾使用汽油时的性能，对发动机的燃烧室、压缩比以及进排气道均未改动，因此对于使用压缩天然气的汽车而言，发动机的工作过程与工作性能并非达到最佳值。汽油车改装成压缩天然气/ 汽油两用燃料车辆后，除了引起发动机动力下降之外，还会导致发动机零部件（特别是活塞和气缸壁）早期磨损和腐蚀严重，部分发动机曲轴发生腐蚀现象。其原因是由于压缩天然气中含有微量硫化物，如硫化氢等，引起气缸、气缸壁的腐蚀与磨损，汽车大修里程缩短。

    2 公交汽车压缩天然气/汽油两用燃料发动机用油现状

    目前，国内外还没有压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机油，特别是专门用于公交汽车压缩天然气/汽油两用燃料发动机的润滑油，这类发动机普遍采用汽油机油润滑；润滑油生产厂家推荐使用压缩天然气发动机油，如埃索公司的巴士宝燃气发动机油15W/40、美孚的燃气机油飞马605 系列、长城公司的压缩天然气发动机油15W/40 等。然而，这些发动机油的共同点就是价格高，比汽油机油的价格高出许多，在公交车压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机上难于推广使用，因此这类车辆所用的发动机油，主要是采用汽油机油。

    2.1 用汽油机油产生的问题

    汽油机油在公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机上使用产生了许多问题。进气门背面、燃烧室、活塞环等发动机部件积炭多,影响了发动机的正常工作，气门罩、油底壳等部件上的油泥多，机油变质快，由原来的9000km 换油减少到5000km左右必须换油,换油里程大大缩短；挺杆、轴瓦等部件出现严重腐蚀现象，活塞、气缸壁等发动机部件出现早期磨损，发动机大修里程由原来约10 万km 缩短到约6万km 就必须大修。

    2.2 该类车辆发动机油应具备的性能

    公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料汽车发动机使用压缩天然气时，燃烧室温度高、尾气排放温度高，汽油机油难于满足发动机高温下的润滑。要求公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料汽车发动机油有比汽油机油更好的抗氧化能力，能够满足其高温下的润滑。

    压缩天然气是气体，对气门没有润滑作用，致使进排气系统润滑条件苛刻，容易导致进气阀、排气阀和阀座磨损与塌陷。汽油机油无法解决因气体干涩引起的阀门磨损及关闭不严等问题。汽油机油的高灰分添加剂极易在发动机部件表面生成坚硬沉积物，导致积炭增多，烧气门等现象。灰分过高会引起发动机早期点火及火花塞污染，影响发动机输出功率；灰分过低会引起气门陷入，引起阀座过度磨损。这就要求公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料汽车发动机油有适当的灰分。

    公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机在燃烧压缩天然气时燃烧室温度高，易生成氧化物，促使发动机油氧化和硝化，进而生成油泥、积炭等物质，从而导致发动机易拉缸、磨损快等问题。由于压缩天然气冷却性差，也容易导致发动机的热负荷加重。要求公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料汽车发动机油具有比汽油机油更好抗氧化、抗硝化性能，更好的清净分散性能、润滑性能、抗磨损性能、抗氧抗腐蚀性和防锈性能。

3 解决措施

    3.1 采用耐腐蚀与抗磨损材料

    由于目前使用的车用压缩天然气硫含量比较高，在燃烧时容易产生SO2、H2SO4 等酸性产物；压缩天然气主要成分甲烷，其燃烧热值较高，极易形成NOX。采用抗硫化物和硝化物腐蚀的金属材料制造发动机是防止腐蚀的一个重要措施。但这种方法适用于新发动机的制造，对已经存在的压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机无能为力。采用这种办法只能够解决因为公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机燃烧压缩天然气时产生的腐蚀与磨损问题，不能够解决因燃烧压缩天然气而带来的其他问题。

    3.2 对车用压缩天然气进行脱硫

    压缩天然气/ 汽油两用燃料汽车出现腐蚀和早期磨损的原因是由于压缩天然气中含有微量硫化合物，主要成分为硫化氢，引起气缸、气缸壁等发动机部件腐蚀与磨损，使发动机使用寿命缩短，汽车大修期缩短。因此，对车用压缩天然气进行脱硫处理，是能够减少腐蚀与磨损的重要手段，但是对压缩天然气进行脱硫处理，也很难将硫化氢完全除去，因此，车用压缩天然气脱硫对压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机的腐蚀是很难完全消除的。更不必说能够解决因燃烧压缩天然气引起的其他原因。

    3.3 采用公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机油

    使用公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机润滑油代替目前使用的汽油发动机润滑油是减少因燃烧压缩天然气带来腐蚀与磨损的有效措施，是解决因燃烧压缩天然气导致发动机油氧化、硝化，减少油泥和积碳生成的有效措施。这种方法不但简便，而且不增加太多的成本。

    4 公交汽车压缩天然气/汽油两用燃料发动机油的研究

    公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机使用汽油机油出现了很多危害。从使用性能上讲，汽油机油也不符合公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机对润滑油的要求；另外，市场上所售的压缩天然气专用发动机油价格高，不适宜在公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料公交车辆上推广使用。为此，需要一种性价比高，适用于公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机润滑要求的润滑油。

    基于当前的需求，根据公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机的工作特点，在公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机油的性能要求下，参阅大量的资料，选择合适的添加剂，并通过大量实验，研究了基础油与添加剂的感受性、添加剂间的配伍性。在此基础上，调配出了15W/40 公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机油的优化配方，通过实验室对比试验考察了它与市售SF级汽油机油、压缩天然气发动机油的理化性能见表1所示。

    从表1可以看出，公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机油的理化性能与压缩天然气发动机油的理化性能相当，优于SF级汽油机油的理化性能。

    为了考察公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机油的使用性能，在西安市公共交通总公司六公司进行了公交汽车压缩天然气/汽油两用燃料发动机油与SF 级汽油机油的对比行车试验，试验里程为13000km，试验期间，对发动机油进行了取样分析，并对发动机进行拆检，其试验前后气缸形状公差变化情况见表2 所示。

    从表2 测量数据统计可以计算得到，使用参比油时，气缸园度和圆柱度变化量分别为0.003mm 和0.003mm，使用压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机油时，气缸圆度和圆柱度变化量分别为0.001mm 和0.001mm，气缸的磨损量明显减少，表明压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机油具有降低气缸磨损，减少气缸腐蚀的能力。若按照气缸圆度达到0.30mm 左右时应该进行大修，使用公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机油后，可延长发动机大修里程1.5 倍以上。

    试验结果表明：公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机的主要部件清净性好、磨损在正常的范围内；公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机油比SF 级汽油机油具有更好的清净分散性能、抗磨损性能和高温抗氧化性能；公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机油能够满足公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机对润滑油的要求。

    对比行车试验能够较好的表明公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机油的实际使用性能。在对比行车试验前清洗了发动机，更换了三滤器等，为了更进一步考察公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机油的使用性能，在西安市公共交通总公司六公司进行了115 辆车的中样行车试验，在1.8 万km的行车试验期间，随机抽取了5辆车进行取样监测。从取样理化分析结果表明：取样油的理化指标都在GB/T 8028《汽油机油换油指标》范围内。公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机油在公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机上的换油周期可达到18000km。

    5 结束语

    公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机用汽油机油出现许多问题是由于用机油不当造成的，通过用专用的润滑油能够解决该问题。

    通过行车试验表明，公交汽车压缩天然气/ 汽油两用燃料发动机油和SF级参比油比较，气缸内积炭明显减少，发动机摩擦磨损显著降低，可以使发动机的寿命延长1.5倍以上。