重型LNG商用車機油乳化分析及處理措施

隨著各項產業鏈相關技術的突破和整車示範運營效果，天然氣汽車不僅在數量上有較大增長，其車型分佈格局也在發生著變化。天然氣汽車不再侷限於出租車、公交車和城市特種車等短途、中小型車輛，也轉向了以長途物流和載貨為主的重型商用車領域。

然而，就在重型商用天然氣汽車蓬勃發展的同時，我們也應該看到很多與重型天然氣發動機有關的特有問題陸續暴露出來，這是在中小功率天然氣發動機所不曾出現的，這包括機油乳化現象。

1 LNG汽車機油乳化案例

案例1：某公司重型LNG牽引車進行整車道路試驗，時至冬季， 處於低溫、高原環境，整車起動困難。車輛很長一段時間都在調校中，待起動問題解決後，發現發動機機油有乳化現象。

案例2：某公司一款商用車天然氣發動機，340馬力，批量裝車投入到市場不久，就發現機油有乳化現象。

兩案例機油都出現了不同程度的乳化，嚴重影響了用戶的運營。

2 機油乳化分析

2．1、機油乳化的形成及危害

發動機機油的作用是使金屬表面附著一層薄的油膜，減小運動件間摩擦阻力，降低功率損耗，減輕機件磨損，達到延長髮動機使用壽命的目的。

機油乳化是指發動機機油混入水後經泵循環或攪拌後，乳化形成棕黃色乳濁液，水分較多時將乳化成乳白色乳濁液體的過程。機油中水分含量以重量百分數表示，合格標準為痕跡，即水分含量小於0.03%,超過此標準,達到0.1%時油膜強度降低，產生泡沫或乳化變質，乳化後的機油將失去原有特性，降低潤滑能力，加速金屬腐蝕，輕則使機件生鏽，重則引起發動機拉缸、燒瓦等嚴重的機械事故。

2.2、天然氣發動機機油乳化中水的可能來源：

機油乳化最根本的原因就是潤滑油中進入了水，那麼水從何而來？就目前車用內燃機而言，機油乳化中的水可能來源於三個方面：空氣中的水分、燃料中或是燃料燃燒後產生的水分，以及冷卻液中的水分。

2.2.1空氣中的水：

機油中含有很多添加劑，其中大部分為清淨分散劑，這種添加劑為表面活性劑，易與空氣中水分作用，越是高檔機油，添加劑含量越多，親水可能性越大。因此機油存放一定要強調密封保存。

2.2.2燃料中的水和燃料燃燒後形成的水：

車用液化天然氣是把經過三脫（脫水、脫重烴、脫酸性氣體）處理的天然氣深度冷卻到-160度左右，使其成為液態後裝入耐壓0.05~0.5Mpa的絕熱罐中，經過蒸發減壓器汽化減壓後供發動機使用。這樣低的儲存溫度下，燃料本身不可能含有水分。它與車用壓縮天然氣（CNG ,compress natural gas）有一定區別，壓縮天然氣是把三脫後的天然氣壓縮到20MPa後進行儲存，其成分純度不如LNG，燃料本身會含有少量水分，這也是CNG汽車有冰堵現象的源頭所在。

LNG本身雖然不含水，但燃燒後的可以產生水。車用液化天然氣90%以上的成分是甲烷（CH₄），甲烷完全燃燒後生成二氧化碳和水。化學反應方程式見式1。

CH₄+2O₂ ——CO₂+2H₂O （1）

甲烷含有的氫原子較多，以釋放相同熱值計算，天然氣完全燃燒後產生的水份是柴油的1.75倍。

常用燃料的元素成分比

發動機燃燒後的產物會在排氣衝程中經由排氣管排出機體外。產物中的水（氣態）絕大多數會通過這種方式產物排出。而燃燒產物中的另外一小部分水則會隨廢氣竄入曲軸箱內。發動機正常運轉時，這一小部分通過曲軸箱通風口排出發動機外。但當發動機急停或頻繁啟動時，曲軸箱內空氣溫度、溼度會發生交替變化，曲軸箱內的水汽不可避免的產生凝結，當凝結的水分聚集到一定量時就會與機油混合，再經過泵循環作用就發生了我們所看到的機油乳化現象。寒冷冬季，或潮溼天氣，發動機箱體內溫差變化大，水汽凝結現象尤為明顯。

水分排出路徑圖

2.2.3發動機冷卻液中的水：

發動機冷卻系統與潤滑系統是相對獨立的兩套系統，正常狀態下，分別在隔離的管路中運行。但不排除發動機本身缺陷引起的油水互通。這種缺陷主要來源下面兩方面。

一是發動機本體故障。由於鑄造、加工、裝配、機械負荷、熱負荷引起的水套水腔開裂和密封失效,如溼式缸套密封圈（如圖3中的A、B）失效、發動機衝缸墊等，從而導致油水混合。

溼式缸套密封示意圖

二是外部件品質問題。這一問題的產生是由一些即需要機油潤滑又需要冷卻液冷卻的部件所帶來的，如水冷式增壓器、機油冷凝器、空氣壓縮機、水泵等，一旦內部密封不良很容易致使油水混合。

3案例分析及解決措施

案例1：據現場判斷，約有2-3kg的水混入機油，但副水箱內的水位沒有明顯下降。首先排除發動機本體質量和附件故障，初步分析是由於頻繁啟動引起的冷凝水造成的機油乳化。在對潤滑系統清洗後，更換了新鮮機油，並囑咐司機在車輛應用過程應避免頻繁啟動和發動機急停操作。後經用戶實際使用，跟蹤車輛累計行駛了18萬公里，沒有再發現機油乳化現象，故障得以排除。

案例2：這款燃氣發動機曲軸箱通風裝置採用了油氣分離器，經過油氣分離器過濾後的機油回到油底殼。殊不知，過濾後的機油中含有大量燃燒後的水分，致使油底殼內的機油乳化嚴重。後經研究，產品取消了油氣分離器和回油管路而改為全開式通風裝置，直接將由燃燒室內竄氣排出機外。措施實施後，未發生機油乳化現象，問題得以解決。