（一）
应用天然气作为汽车燃料已有八十余年历史，至今已有40余国家应用各类天然气汽车达106万辆。随着科学技术进步，以及能源和环保双重压力，天然气汽车应用技术日臻完善，十几年来发展迅速，无论从经济性、环保性、安全性、实用性等方面综合评估，还是国家科技部十五科技攻关课题“单燃料LNG公交车示范工作”在乌鲁木齐、长沙二城市研发及示范运行的实效，都充分显示了LNG汽车是具有技术可靠、经济性好、改善排放、运行安全、易于推广的综合优势。
LNG汽车的开发是一项系统工程。在整个项目中润滑油表面上看充当了一名“无名小卒”。其实还是发动机的“终身伴侣”。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汽车的同时，必须加快LNG发动机润滑油的研制与应用。
国家环保总局于2005年4月宣布，北京将于7月实施中国版的欧Ⅲ标准，2008年前有望实施欧IV标准，比全国其他地区实施欧Ⅲ、欧IV排放标准的时间提前了两年左右。我们上海海联润滑材料科技有限公司建于一九八八年，是专业从事开发、生产高端前沿和替代燃料的专用润滑材料的上海市高新技术企业。在国家清洁汽车行动工程推动下，上海市科委于2001年和2003年委托上海海联润滑材料科技有限公司分别研制开发“气体燃料发动机专用油”和“压缩天然气（CNG）发动机专用润滑油”，以满足今后清洁燃料汽车发展的需求。上海海联公司在几年成功开发研制LPG和CNG发动机专用油的基础上，又开发研制了液化天然气（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，并经新疆乌鲁木齐和长沙市在LNG示范公交客车上的使用，已取得显著成效。
（二）
LNG作为优质的车用替代燃料进入发动机世界已势在必行。由于发动机构件的技术发展，专用润滑油也必将应运而生。
1、LNG作优质的车用燃料，其经济性、安全性、环保性能好，较其它燃气汽车有着明显的优势。
2、LNG发动机与不同种类的发动机的比较
在实际应用中，改装的或双燃料的发动机由于压缩比不能到位，混合气热值比汽油低12%，充气效率和空气量减少1～6%，进气量仅为使用汽油时的89.8%，使用普通发动机润滑油时，总动力性能可下降10～20%；由于发动机燃烧温度高，氮氧化物含量高；LNG燃料本身又无润滑性，加剧了发动机阀系的磨损。
下表为不同种类发动机比较：
汽油机
柴油机
天然气发动机
冲程
4冲程
2或4冲程
2或4冲程
燃料
汽油
柴油或重油
压缩天然气或液化天然气
进空气方式
常压
（或涡轮增压）
涡轮增压
（或常压）
常压或涡轮增压
压缩比
低
高
低到高
点火方式
火花塞
压燃
火花塞
（或喷射柴油）
火焰传播方式
扩散
扩散
混合
燃烧
不完全
不完全
几乎完全
燃烧温度
低
中
高
燃烧产物
氧化物
氧化物和烟炱
氧化物和硝化物
3、LNG发动机使用普通机油容易造成以下问题。
（1）燃烧室温度高易氧化、积碳、影响排放
LNG发动机燃烧完全，燃烧室温度比汽/柴油发动机高几十到几百度不等，使用普通汽/柴油机油过快氧化，导致机油品质、粘度下降或润滑失效，气缸温度较高时润滑油容易产生积碳而导致早燃，火花塞积碳会引发发动机异常磨损或故障，也可能加大NOX的排放。
（2）阀门构件易磨损
汽/柴油发动机中的 汽/柴油是以雾状小液滴形态喷入汽缸，对阀门、阀座等部件可起到润滑、冷却作用，LNG则呈气态进入汽缸，不具备液体润滑功能，易使阀门、阀座等部件干涩无润滑，易产生粘结磨损。在高温作用下，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，促使发动机异常磨损，火花塞堵塞及阀门积炭，引起发动机爆震，点火失时和阀门喷火；致使发动机动力下降、功率不稳定等，甚至缩短发动机使用寿命。
（3）易形成有害物质
使用普通机油排放尾气中过量的氮氧化物无法解决，加速生成油泥，会造成油路堵塞或生成漆膜等有害物质。特别是装有EGR装置的发动机，极易造成机油质量下降，过滤器堵塞，粘度和酸、碱值失控等趋势。
4、LNG发动机对专用润滑油的要求
（1）适宜的硫酸盐灰分含量
专用油需选适宜的硫酸盐灰分（要比普通内燃机油的指标低），可防止发动机爆震和早燃，减少发动机的阀系磨损，又不致于造成活塞环和顶环槽积碳增加。
（2）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。
（3）优异的抗腐蚀性能
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。
（4）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。
（5）良好的润滑性能
由于LNG是以气态进入汽缸，不具备液体润滑功能，LNG比CNG更为纯净，因此自身润滑性能更差，对阀系构件极易磨损，专用润滑油可以起到防止阀门、阀座磨损的作用。专用润滑油充分克服了普通机油的缺陷。
（6）较低的磷含量
专用润滑油控制较低的磷含量，以减少对汽车尾气三元催化剂的污染。
（7）优异的防锈性能，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。
（8）优质的基础油
基础油要求经过深度精制，质量稳定，高粘度指数，具有较好的氧化安定性和硝化安定性，确保延长油品的使用寿命。
综上所述，普通发动机润滑油是无法满足LNG发动机的要求，使用后必然造成发动机油早期变质，产生积碳结焦，阀系、活塞、气缸、轴承等部件摩擦磨损、腐蚀磨损和锈蚀磨损，影响油品的使用寿命和发动机的正常运转。
（三）
1、LNG发动机专用油的技术标准
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，上海海联润滑材料科技有限公司研制CNG/LNG发动机专用润滑油的技术指标主要参照美国Cummins公司的燃气发动机20047技术指标，按内燃机质量等级和粘度分类开发出CF LNG和CNG发动机油系列产品，其中LNG发动机油主要技术条件如下表所示。
海联牌CF LNG发动机油的主要技术指标
项 目
质量指标
试验方法
10W/30
10W/40
15W/40
40
运动粘度(100℃) mm2/s
9.3～
＜12.5
12.5～
＜16.3
12.5～
＜16.3
12.5～
＜16.3
GB/T 265
粘度指数 ≥
90
90
90
90
闪点 (开口) ℃ ≥
210
210
215
225
GB/T 3536
倾点 ℃ ≤
-30
-30
-23
-10
GB/T 3535
总碱值 mgKOH/g
3～7
SH/T 0251
硫酸盐灰分 % ≤
0.7
GB/T 2433
磷含量 %
＜0.1
SH/T 0296
蒸发损失 % ≤
15
SH/T 0059
泡沫特性(泡沫倾向/泡沫稳定)
(24℃) mL/mL ≤
(93.5℃) mL/mL ≤
(后24℃) mL/mL ≤
25/0
150/0
25/0
GB/T12579
2、实验室研究
通过对基础油、粘度指数改进剂和降凝剂用量的选择、以及复合添加剂配方的筛选等综合评价和大量的配伍性试验，考察专用油的综合性能和特需要求，进行了氧化/硝化的模拟试验（高温氧化试验），对粘度增长的控制、碱值(TBN)下降的控制、酸值(TAN)增长的控制从理化性能测试结果选择最佳配方。同时用红外光谱考察氧化值和硝化值的控制情况。下表是通过筛选后确定配方后的考察结果（试验216小时后数据）。
表： 实验室考察比较
考察项目
市售参比油
海联专用油
比较（%）
硝化度 A/cm
↓28
↓6
-78.57
氧化度 A/cm
↓67
↓51
-23.88
TBN mgKOH/g
1.4
1.75
＋25%
TAN mgKOH/g
12.0
3.65
－69.58
粘度增长 mm2/s
↑94.5
↑5.5
－94.18
平均锈蚀度评分
(抗腐蚀性试验)
42
72
＋71.43
从以上数据可以看出，海联专用油同现有市售参比油相比，具有更优异的氧化和硝化控制能力，可以满足延长换油期的要求；海联专用油在碱值（TBN）下降的控制、酸值（TAN）上升的控制以及粘度增长的控制上，都比市售油要好，同时还具有更好的抗腐蚀性，实验室的研究取得阶段性突破。
3、台架试验
天然气发动机专用油通过标准的台架试验，下表为台架试验结果。
项目
指标
实测数据
发动机试验
阀磨损 μm
衬里磨损 μm
≤10
≤5
4.5
4.12
腐蚀试验(CBT)
油中 铜含量 ppm
铅含量 ppm
锡含量 ppm
铜片评分
≤20
≤120
≤50
≤3
5
2.8
0
1b
L-38发动机台架试验
轴瓦失重 mg
裙部漆膜 评分
≤43.7
31.6
9.3
IMPC发动机台架试验
第一环槽充碳 %
缺点加权评分
≤70
≤240
69.0
9.3
无磨损,无粘环,无擦伤
天然气发动机专用油通过了标准的台架试验，试验结果中可以看出，实测数据远远优于技术指标值，充分体现出专用油在抗磨损、抗腐蚀等方面优异的性能。
（四）
天然气发动机专用油行车试验和应用实例
根据LNG的组份和发动机特性以及移动式发动机和固定式发动机的特点，海联公司开发出不同粘度等级和不同质量级别的LNG发动机油。
1、行车试验
鉴于LNG和CNG的燃烧特性基本类同，为取得天然气发动机油的可靠数据，选用了压缩天然气（CNG）发动机专用油于2003年在北京交通部公路交通试验场进行了15000公里行车试验，由上柴T6114ZLQ3B型CNG发动机安装于上海申沃SWB6115Q3-3型压缩天然气单燃料城市客车上，满载时最大总质量17吨；使用海联牌CNG发动机专用油；试验场路面为试验场高环路、综合试验路（刹车路、坑洼路、扭曲路、石块路、卵石路、搓板路、长波路）、高速公路及一般平路；平均车速为60～85km/h，每1000公里采样一次，取样里程数误差在±50公里以内。经过测试分析，15000公里行车后油品的理化指标均在质量指标之内；对行驶不同里程的油样进行发射光谱分析，从油中金属含量的变化来考察发动机的磨损情况。从测试分析结果证明：专用油完全满足上柴CNG发动机的使用要求。
图1～4为理化分析情况；表1为金属含量变化情况。
表1：海联 CF 15W/40 CNG发动机专用油的金属含量变化
里程（km）
含量（ppm）
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
15000
Fe
1.7
6.6
7.3
10.4
10.7
11.7
11.9
12.6
Cu
1.2
48.8
49.8
53.1
50.7
48.7
51.3
50.2
Pb
0.0
14.1
17.4
21.4
20.4
20.8
23.1
21.9
Si
5.3
5.7
7.0
8.3
8.3
8.9
9.1
9.2
Mg
21.4
20.8
19.0
21.1
19.7
20.1
21.5
22.0
Ca
1013
1031
969
1043
956
975
1034
1070
Zn
631
622
616
666
594
614
645
685
Na
10.7
10.9
9.6
9.7
10.5
9.8
10.6
11.0
Al
0.0
0.9
0.4
1.1
1.3
1.6
2.5
1.8
B
84.2
77.8
76.5
79.4
71.1
71.3
70.4
72.3
2、应用实例
1、压缩天然气（CNG）发动机专用油自2004年7月起分别在乌鲁木齐公交公司的康明斯和上柴发动机使用，行驶里程已超越10余万公里。驾驶员反映专用油经受住新疆高温（40℃）和严寒（-30℃）气候条件的考验，性能优良，油质清亮，车辆行驶过程中油压、油温正常，发动机低温启动顺利,驾驶平稳，完全满足发动机的使用要求，并能明显延长机油使用寿命（可行驶3万公里更换机油）。
2、2005年8～11月在上海巴士一汽公交公司90路车队 “沪AK1719（GK-016）”、“沪AK1659（GK-018）”、“沪AK1632（GK-021）”、“沪AK1687（GK-022）”和“沪AK1676（GK-025）”五辆公交车上试用，由专职司机驾驶。整个试验中，每5000公里取一次样，测试在用油理化指标，进行跟踪服务。此次试验车辆为上海申沃客车有限公司生产的SWB6115Q-3型客车，该车配备奔驰公司的M906LAG型CNG发动机，经过16000公里行车试验，取得实效。试验结果表明，专用油不仅在粘度增长控制、碱值下降酸值上升控制、石油醚不溶物增长控制以及氧化值硝化值控制方面显示优异的性能，金属含量的变化也充分反映专用油的抗腐蚀抗磨损的优异性能。
发动机的主要磨损件为缸套、曲轴、活塞环、轴承等，磨损的主要金属元素为Fe、Cu、Pb，通过测定它们的含量可以了解油品的润滑性能，分析发动机磨损的状况。采用原子发射光谱对几种金属含量进行分析，结果如下表所示。从表中数据可以看出Fe、Cu、Pb三种主要金属元素的含量变化在10个ppm之间。说明发动机磨损非常少，表明该油品具有非常优异的抗极压、抗磨损性能。
试验油的金属含量变化
金属含量 (ppm)
行 驶 里 程(km)
5000
10000
16000
GK22
GK25
GK22
GK25
GK22
GK25
铁
12.8
25.8
8.4
16.1
16.5
20.6
铜
5.3
5.4
2.0
2.7
3.9
2.6
铅
2.8
4.8
1.5
3.8
5.1
7.8
硅
9.9
12.3
3.2
5.6
8.0
6.1
镁
69.5
36.8
59.5
36.8
62.4
33.5
锑
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
钙
664
1068
1042
1047
1051
1059
锌
693.0
495.0
596.0
510.0
624.0
539.0
钠
8.5
10.1
3.5
7.8
3.5
7.5
铝
5.9
6.6
2.2
4.2
4.1
5.4
硼
49.4
55.4
3.4
43.6
2.3
46.6
除此以外，我们还进行了多金属氧化试验。用市售的发动机油和海联牌发动机油进行比较。试验数据如下表所示，从下表中可以看出，经过氧化后海联油的平均铜失重为0.0071mg,铅失重为0.03758mg,而市售油则高达0.0174mg和1.4449mg，是海联油的2.5至4倍。
多金属氧化试验数据表
公交车牌号
铜片失重(毫克)
铅片失重(毫克)
市售油
海联油
市售油
海联油
GK016
-0.0251
-0.0070
-1.2768
-0.0586
GK018
-0.0121
-0.0072
-1.4836
-0.6255
GK021
-0.0171
-0.0218
-1.5028
-0.7745
GK022
-0.0188
-0.0085
-1.4836
-0.0094
GK025
-0.0132
-0.0048
-1.4778
-0.4110
3、海联压缩天然气（CNG）发动机专用油在上海大众西南公交公司218路车队公交车上试用近一年，行驶里程达60000公里，在行驶不同里程时分别取样检测表明，各项理化指标远远小于换油指标，显示专用油具有优异的综合性能，运行经济效益显著。
4、LNG发动机专用油在新疆乌鲁木齐公交公司20辆康明斯发动机大客车上使用，车辆行驶过程中油压、油温一直很正常，从未出现亮红灯现象；发动机低温（-30℃）启动性能优异，大大减少低温启动磨损，还经受了酷暑（大于40℃）运行的考验，驾驶平稳，车辆动力性能好，从未出现任何由于发动机油而引起的发动机故障；专用润滑油换油期达3万公里以上。LNG发动机专用油的优异性能得到用户的高度好评。
5、LNG发动机专用油在长沙市公交公司52辆液化天然气（LNG）节能环保公交车上使用，效果明显，其中汽1汽2号车换油期都在3万公里以上，是普通机油寿命的1.5～2倍。充分显示出专用油的节能、环保效益和运行的经济效益。
结束语
1、液化天然气（LNG）作为车用燃料，与LPG、CNG及汽油、柴油相比，更清洁、经济、适用和安全，是集环保与经济于一身的“绿色能源”，具有广阔的应用前景。
2、液化天然气（LNG）作为车用燃料，由于气体燃料燃烧，产生燃烧室温度高，阀门构件易磨损及使用普通机油易形成有害物质等不利因素，必须使用LNG发动机专用润滑油，以充分发挥气体燃料的性能优势。
3、上海海联润滑材料科技有限公司自主创新研制的液化天然气（LNG）发动机专用润滑油具有优异的润滑、抗氧化、防腐蚀、防锈等综合性能，经实际使用，取得显著的经济效益和社会效益。
4、进一步转化成果，实施产业化，降低成本，加大推广力度，以满足日益增长的LNG汽车发动机运行的需要。
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