一、选题背景、选题来源、研究目的及其理论意义和实际应用价值

1、选题背景、选题来源

随着我国经济的飞速发展，巨大的资源消耗和环境污染也呈现在我们面前，其中石油消耗的增长和由此引发的环境问题尤为突出。而在石油资源消耗和大气污染中，机动车辆占据了非常重要地位置。有关资料表明：2012年末，全国民用汽车保有量达到12089万辆，随着汽车保有量的迅速增加，将会给国家能源安全和环境带来巨大压力，尤其是重型卡车近几年以超常规速度的发展，其对能源的需求和环境污染已愈来愈受各界人士的普遍关注。

燃气汽车燃烧室温度远高于使用汽柴油，促使润滑油的过快老化，造成润滑失效和部件早期磨损。
   气门及气门座部件干涩无润滑，极易产生过度磨损。
   排放的尾气中氮化物多，促进机油过快变质，油泥增多。
   总的说就是两高（高温、高氮）一难（难润滑）。

具有“两高一难”润滑特点的燃气汽车，必须选用专用润滑油，而非汽（柴）车所用的机油。
   汽（柴）油机油是依照汽油车、柴油车的发动机工作状况和润滑特点开发生产的，不能适应燃气发动机润滑状态，如若使用会给发动机带来无法弥补的损伤。

LNG在燃烧产生的高温，会使普通级油过快氧化，导致机油品质下降或机油失效，不利于对发动机的润滑及保护。
   在高温的作用下，普通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。（灰分即硫酸盐灰分，是表示润滑油中金属类添加剂多少的指标）
   一般发动机油无法解决由气体干涩引起的气门及气门座磨损及关闭不严的问题。
   燃气汽车尾气中含有大量的氮化物，促使普通机油硝化，生成大量油泥，堵塞油路或生成漆膜等有害物质。

缺乏润滑保护，引发发动机异常磨损或故障。高灰产生的沉积物促使发动机部件磨损、火花塞堵塞及气门及气门座积碳，引起发动机爆震、点火不及时和气门及气门座喷火，造成发动机无力、功率不稳定等问题，导致发动机寿命缩短。
   气门及气门座磨损、关闭不严，造成发动机功率下降或无法工作。 生成大量油泥，堵塞油路或生成漆膜等有害物质。

LNG（液化天然气）是目前国际上公认的优质、清洁、安全、廉价的能源，具有抗爆性高、排放污染物少、经济安全等优点，是汽车发动机理想的燃料。LNG重型卡车的推广和使用在能源安全和环保两方面具有非常重要的价值。从能源安全方面来讲，发展LNG重型卡车符合中国能源供应多元化的要求，有利于保证中国的能源安全。在中国石油进口份额超过60%的今天，石油进口一旦受到影响，后果将不堪设想。近几年北方雾霾等不良天气多发，危害人民群众的身心健康，汽车尾气排放是造成污染的重要原因。而LNG重型卡车的最大特点就是清洁，与燃油重型卡车相比，尾气中二氧化碳、一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物排放量均有显著下降，基本不含铅、硫化物以及苯类等有害物质，符合全面实施的国Ⅳ标准。在世界能源日趋紧张，大气污染极为严重的今天，在交通运输领域，尤其是重型卡车上大力推广清洁能源．降低石油消耗，减少排放污染，将是未来世界清洁汽车发展的趋势。

LNG重型卡车的开发是一项系统工程，LNG重型卡车专用发动机润滑油的研制也是其中不可或缺的一部分。

润滑油的设计是以满足发动机在各种状态下的正常运转为前提，根据发动机的结构性能，燃料物性与构成，燃烧特性与产物，发动机压缩比与强化系数，排放标准与尾气处理，以及运行环境等等因素做到有机平衡。在国外发动机的每一项重大技术改进与发展，环保标准的每次升级，润滑油必然相与匹配，通过研制、台架和行车试验，再付之应用。气体燃料又不同于汽、柴油，其纯度高，热效率高，燃气温度高，燃烧干净，但其润滑性差，容易造成粘结、磨擦、腐蚀和锈蚀等磨损。如错用普通发动机油，必然带来严重的后果。因此在大面积推广应用LNG重型卡车的同时，必须加快LNG重型卡车发动机润滑油的研制与应用。

2、LNG重型卡车发动机润滑油研究目的。

LNG重型卡车，是以液化天然气（LNG）作为发动机燃料，总质量为14~100吨的新能源卡车。LNG重型卡车市场定位为市政建设中建筑车辆、垃圾及土方转运车辆、环卫车辆等运输车辆，因其载重吨位大、使用环境恶劣，要求发动机必须具有高功率、高扭矩、高转速，与普通的LNG发动机润滑油相比，LNG重型卡车对发动机润滑油提出了更加苛刻的性能要求：

（1）载重吨位大，负荷提高，这就要求LNG重型卡车发动机油具备更好的极压抗磨性及剪切安定性。

（2）重型卡车的工作特点是长时间、远距离、高速行驶，易产生高温，不利于润滑油膜的形成，并促使发动机润滑油快速氧化高温、沉积物增多，要求LNG重型卡车发动机油具有杰出的热氧化安定性、抗硝化性和清净分散性的要求；载荷提高要求LNG重型卡车发动机油要具有较高地极压抗磨性。

（3）若考虑外界工作条件对发动机润滑油的影响，如运输场地粉尘大，不可避免总有一定数量的粉尘进入气缸壁与活塞之间，构成磨料磨损加速气缸活塞副受到磨损，这就要求LNG重型卡车发动机润滑油必须具有优异的清净分散性，为LNG重型卡车发动机提供全面保护。

综上，LNG重型卡车使用普通柴油机油出现很多危害如难润滑、积碳、尾气中氮氧化物含量高等；从使用性能上讲，普通柴油机油、CNG发动机润滑油也不符合LNG重型卡车发动机对润滑油的要求,不适宜在LNG重型卡车上推广使用。

目前市场上LNG重型卡车专用的发动机润滑油稀缺，因此针对LNG重型卡车发动机的使用环境，我们需要对现有发动机润滑油的使用性能进行优化和改进，研究出开发一种性价比高、适用于LNG重型卡车发动机润滑要求的专用发动机润滑油，有着非常重要的现实意义。

3、试验预期达到的最终目标（理论意义和实际应用价值）

通过实验室试验，确定在抗磨性、抗氧化安定性等方面优于现在CNG发动机所用的发动机润滑油，研制出满足LNG重型卡车发动机润滑油的技术要求的发动机润滑油油样，有条件时，通过发动机台架、实车试验，进一步优化添加剂和基础的配比，最终得到最佳配比方案。

二、选题综述、国内外研究现状及发展趋势

LNG重型卡车发动机润滑油选题综述、国内外研究现状及发展趋势。

随着LNG汽车的大量发展，国内一些润滑油生产厂家顺应LNG汽车发动机油的这一发展要求，致力于LNG发动机油的研究开发。例如在国家清洁汽车行动工程推动下，陕西通用石油化工有限公司研制开发“CNG燃料发动机专用油”，之后陕西通用石化又成功开发研制了爱尔特液化天然气（LNG）发动机专用润滑油，以适应LNG发动机燃烧室的高温工况和更大的抗磨性，并在重卡行业得到广泛的认可和应用。

LNG发动机专用润滑油在国内还没有统一的国家标准、质量指标和相应的发动机台架评定方法，只有按照各大燃气发动机OEM制造商的生产标准去生产；有些其他润滑油品牌也推出了燃气发动机油，但是很多这样的产品都不是特别开发的专用的燃气发动机油，例如有显示API CF-4、API CH-4等柴机油标准的，也有显示API SG、API SL等汽机油标准的，这些产品很明显就是柴汽油发动机油，而绝不是专门的燃气发动机机油；有些其它品牌的燃气发动机油所执行的生产标准是GB11121-2006/GB11122-2006。这两个标准一个是汽机油的质量标准，另一个是柴机油的质量标准，执行汽机油和柴机油的生产标准生产出来的机油，决不会是燃气发动机专用机油，更没有针对LNG发动机的润滑油标准。

在天然气汽车发动机油研究、开发方面，国外润滑油生产企业已经开展了大量的工作，开发出天然气发动机油产品与天然气汽车发动机油用复合添加剂，并广泛用于天然气汽车。如壳牌推出适用于压缩天然气(CNG)和液化天然气(LNG)燃油发动机用的RotellaT3NG15W-40机油,但由于价格太高在国内很难得到广泛的应用与推广。

目前，国内LNG重型卡车专用的发动机润滑油也已经进入了发展阶段，发动机生产厂家推荐使用专用的天然气发动机油，如陕西通用石化公司的爱尔特天然气发动机油，长城燃气发动机油等。这些发动机油的共同点就是价格比进口的燃气机油低，容易在LNG重型卡车发动机上推广使用。

三、主要研究内容和拟解决的关键技术

1、研究的主要内容

根据LNG重型卡车发动机润滑油基础油及添加剂的性质以及它们之间的感受性和配伍性，结合车辆的使用环境和使用条件，选择适合LNG重型卡车使用的发动机润滑油油。在试验部分，首先考察基础油对各添加剂的感受性以及添加剂之间的配伍性；其次针对发动机润滑油复合添加剂与基础油的配比对各理化指标进行分析，并通过实验室模拟试验确定添加剂的加量，使各指标都优于参比油。

2、LNG重型卡车发动机对润滑油使用性能要求

（1）、优良的清净分散性。专用油选用高效的清净分散剂和低的灰分/碱值比例，能够保证阀系、活塞、火花塞等部件始终保持高度的清净性，减少积碳等沉淀物的生成，避免由于火花塞积碳而引起的点火提前等发动机故障，特别是高温分散性，其中无灰高温清净分散剂的比例高于汽、柴油机油，保证发动机正常工作。还能控制EGR废气循环装置对机油粘度、烟炱的增长。

（2）、优异的抗腐防锈性能。专用油具有良好的总碱值保持能力，保证了发动机在工作过程中不会产生过多的油泥、积碳等有害物质，而且能够随时中和气体燃料在燃烧过程中产生的酸性物质，减少酸性物质对发动机活塞、缸套和铜铅合金的轴承造成的腐蚀磨损。防锈性好可以有效防止发动机铜铅合金轴承锈蚀和腐蚀磨损。

（3）、优良的高温抗氧化和抗硝化能力。由于LNG发动机具有更高的热负荷，混合型的火焰传播方式和更长的火焰持续时间，再加上燃料稀燃，极易生成醛、酮、酸、酯类氧化物和硝化物，油品的氧化、硝化加速了油品的老化变质。因此对机油的抗氧化抗硝化要求极高。高效的高温抗氧剂和金属钝化剂能够保持专用油具有良好的抗氧化和抗硝化能力，延长油品换油期。

（4）、抗泡沫性。当发动机润滑油受到激烈搅动，将空气混入油中时，就会产生泡沫。泡沫如果不及时消除，会产生气阻、供油不足等故障。因此，要求发动机润滑油有良好的抗泡沫性，在出现泡沫后能及时消除，以保证正常工作。

（5）、极压抗磨性。LNG重型卡车载重吨位大，负荷提高，这就要求LNG重卡发动机油具备更好的极压抗磨性

（6）、黏温性。由于发动机润滑油所接触到的各润滑部位的工作温度差别甚大，因此需要发动机油具有良好的黏温性。

（7）、热氧化安定性。重型卡车工作时间长、工作负荷大，在高温条件下，加速了发动机油的氧化速度而导致变质速度加快。

（8）、抗剪切安定性。由于重负荷发动机工作强度高、剪切力大，要求发动机油拥有良好的抗剪切性能，以保证在使用过程中粘度不要下降过快。

3、LNG重型卡车发动机润滑油的基础油及添加剂的选择

根据LNG重型卡车的使用环境和工作条件，对发动机润滑使用性能的要求包括其极压抗磨性能、粘温性能、清净分散性能、热稳定性能、抗腐蚀、抗硝化性能等。

针对上述要求，可进行不同试验方案设计，来满足LNG重型卡车在苛刻工作条件下的使用性能。

方案一：单剂试验。选择适当的基础油，就LNG重型卡车对发动机润滑油使用性能要求，优选合适的添加剂，通过实验室模拟试验，研究基础油对添加剂的感受性和添加剂之间的配伍性，根据试验结果确定各添加剂及其加量。但单剂试验的基础上，利用数学方法设计全配方试验方案，通过各评价指标，利用数理统计的方法对试验结果进行数据处理和分析，最终确定LNG重型卡车的最佳配方方案。

方案二：复合添加剂。选择本次试验的基础油，在此基础上加入复合添加剂，通过各评价指标确定加量及其他单剂的加量，以确定最终配方方案。

方案三：优化现用油的使用性能。通过实验室模拟试验，对现用油的理化指标进行分析，根据其性能和要求的差异，在发动机润滑油中加入适当的单剂，考察发动机润滑油对各添加剂的总体感受性以及添加剂之间的配伍性，利用数理统计的知识对数据进行分析和处理，最终确定最佳配方方案。

备选添加剂：极压抗磨剂、抗氧抗腐剂、粘度指数改进剂、抗泡剂、防锈剂、降凝剂、抗乳化剂、清净分散剂、金属钝化剂等。

四、拟采用的研究方法、技术路线及实施方案

试验选择与安排时以实用性、紧凑性和尽量少的次数完成试验要求为原则，主要的试验为：各单剂与基础油的感受性试验，测定其理化指标，根据试验结果最终确定各单剂的种类和其加量。

主要试验包括：

运动粘度的测定和动力粘度的计算（GB/T 265）；

粘度指数的测定（GB/T 1995）；

闪点的测定（GB/T 3536）；

倾点的测定（GB/T 3535）；

低温动力粘度粘度的测定（GB 6538）；

铜片腐蚀试验（GB/T 5096）；

四球机润滑剂承载能力实验（GB/T3142）；

曲轴箱模拟试验（SH/T0300）。

考察各单剂的试验性能，为后面的混合配比确定各自加量。

各个单剂分析之后，对混合后的添加剂进行试验分析，考察各单剂之间的配伍性，并利用正交试验的方法采用最优回归，对数据进行处理，最终的出实验室最佳配比方案。

行车试验是评定发动机油使用性能最直接、最可靠的方法，是发动机油研制、生产和投入市场过程中的一个重要环节。通过实验室评定、台架评定发动机油的性能是有限的，而实际使用的道路路况比较复杂，车辆的使用期比较长，因此，发动机油有必要进行行车试验。

                              (陕西通用石油化工有限公司： 赵飞)

此消息来自微信公众号：天然气重卡维修保养，关注即可免费查询全国加气站点。