汽车新能源及润滑油的发展

汽车新能源及调滑油的发展秦鹤年;郑鹏宇【摘要】Themainautonewenergiesarealternativefuelsandelectricenergy.Theresearchanddevelopmentofthemareextremelyactive.Newenergieshavebeenusedinbus,taxiandothervehicles.Theyareexpectedtobecomethemain-streamoffuturedevelopment.Thedevelopmentofnewenergiesisgivenmoreandmoreattentionbecausetheoilre-sourcesbecomeincreasinglystrained.Theextentofdependenceonpetroleumproductsisalleviated.Transformationofthefuelalsocauseschangesintheperformanceofengineoils.Therehasbeenalcoholfuelengineoilandgasengineoil.Inthispaper,thecharacteristicsandapplicationstatusofgasandalcoholfuelsaresummarized.Thefuturedevelopmenttrendsaredescribed.Itisthoughtthatelectriccarandhybridelectricvehiclewillbemoreandmoreputintoservice,theproportionofalternativefuelsisbeinggrown,andthedevelopmentofengineoilswillbefurtherdeveloped.%汽车新能源主要有替代燃料和电能，其研发异常活跃，并开始用于公交和出租等车辆，有望成为今后的发展主流。随着石油资源的日益紧张，新能源的发展备受关注，减轻了对石油产品的依赖程度。燃料的变化还弓1起了发动机润滑油性能要求的改变，出现了醇燃料发动机油和燃气发动机油。文章对气体燃料和醇燃料等代用燃料的性能和使用现状进行了概述,并对未来发展趋势进行了描述，认为电动汽车及混合动力汽车将越来越多地投入使用，替代燃料的比例也会增长，发动机油将随着替代燃料的使用而进一步的发展。【期刊名称】《润滑油》【年（卷），期】2012（000）001【总页数】5页（P7-11）【关键词】汽车新能源;润滑油；发展【作者】秦鹤年;郑鹏宇【作者单位】中国石油华北润滑油销售分公司，北京100101;中国石油华北润滑油销售分公司，北京100101【正文语种】中文【中图分类】TE626.32统计资料显示，2003年我国石油消费量达到2.5亿t，净进口量达到0.9亿t，进口原油占国内原油消费量的比重达到36%。2004年我国原油消费量2.9亿t，石油净进口达到1.4亿t，石油对外依存度接近45%，已成为仅次于美国的世界第二大石油消费国。到2010年我国的石油总需求量已突破3.5亿t，石油进口规模已达到2亿t，进口依存度也随之突破50%。预计到2020年石油的对外依存度有可能接近60%。有关专家认为，一旦石油对外依存度超过60%，整个国家的石油安全、经济安全、国家安全都面临很大的挑战。为缓解汽车数量的快速增长与石油资源的日趋紧张这一矛盾，替代燃料及新动力的研究备受关注。替代燃料有压缩天然气（CNG）、液化石油气（LPG）及醇燃料等，并已得到推广使用，同时也应对燃料的变化推出了燃气发动机油和乙醇汽油发动机油等。煤制油技术与生物柴油制备技术的研究也异常活跃，部分国家已开始推广使用，我国因煤炭资源丰富，已开始建立煤制油项目工程。电动车辆及混合动力车辆目前也异军突起，在有限的区域内开始使用。本文着重介绍替代燃料、电动及混合动力的发展现状及前景，并对润滑油应如何应对燃料及动力变化展开讨论。汽车一直以燃油动力为驱动力，其他动力目前还无法完全替代，面对石油资源的日趋紧张，发展替代燃料是较为可行的。已投入运行的替代燃料是液化石油气、压缩天然气和甲醇、乙醇类，正在开发的有煤制油和生物柴油等。与民用液化气相比，车用LPG对其组成特别是丙烷所占比例、烯烃和硫含量均有严格要求。与车用汽油相比，LPG的特点是:①辛烷值高，适用于高压缩比汽油发动机;②燃烧性好，燃烧比较完全，尾气中一氧化碳含量比无铅汽油减少80%，碳氢含量也大幅度降低减少，发动机运行平稳;③蒸发性好，冷启动和暖机性能好;④不会稀释和污染发动机油，可延长发动机油的使用寿命，也不易产生火花塞结焦现象⑤行驶里程短，约为同体积汽油的65%。LPG来自石油炼厂的常压蒸馏及催化裂化，产量有限，尽管已经在车辆上使用，但不是气体燃料的主流，而且石油气是重要化工原料，经催化叠合反应可以制备优质汽油与溶剂油，在其他领域也有更多的用途。因LPG产量有限，CNG已成为气体燃料的主流，在许多大中城市都有车辆使用。CNG是继LPG后的另一种清洁替代燃料，而且来源更加丰富。但车用天然气比民用天然气的质量要求更严，尤其是对硫、硫化氢含量有严格的控制。表1列出了车用CNG的主要物化性能，表2列出了车用CNG的国家标准GB18047-2000。CNG具有以下特点:①辛烷值比LPG高，适用于高压缩比汽油发动机;②蒸气压大，蒸发性比LPG好;③燃烧排放比LPG更清洁，特别适用于大中城市车辆;④国内资源充足，使用有保障;⑤发动机不做相应调整，直接使用CNG会使功率下降10%左右;⑥CNG的行驶里程比同体积LPG短，约为同体积LPG的1/3左右。CNG是经高压压缩的，容器耐压要高达10MPa以上，CNG加气站的建设需要管网设施及加压设备，投资费用较高，受行驶里程及管网设施的限制，CNG主要集中在大中城市用于公交车及出租车，不适宜在行驶里程较长的车辆上使用。目前的醇燃料即为甲醇和乙醇。甲醇的工业制备方法是用一氧化碳与氢反应制得，甲醇也是化肥和制药、煤炭等行业生产的副产品。乙醇一般用淀粉发酵法和乙烯直接水化法制得，但作为车用燃料，为减轻对石油的依赖，则采用农作物淀粉发酵法制得。与汽油相比，醇燃料热值较低，完全使用醇燃料则发动机必须改造才行。若与汽油混合使用，且其含量较少，发动机则无须改造而直接使用，因此目前使用的是醇与汽油的混合燃料。甲醇汽油，甲醇掺入量一般为5%~20%。以掺入15%者为最多，称M15甲醇汽油。其特点是①抗爆性能好，辛烷值可达90-97;②使用方便，无需改动装置;③与乙醇汽油相比，成本低、原料来源广泛易得;④生产不受季节和规模限制;⑤适用于一切燃烧汽油的车辆。但甲醇有一定的毒性，使用不慎，易造成人身伤害。甲醇燃烧后的排放物含有甲醛等有害物，所以环保性有待确认。乙醇汽油是用90%的普通汽油与10%的燃料乙醇调合而成，可以有效改善油品的性能和质量，降低一氧化碳、碳氢化合物等主要污染物排放，而且不影响汽车的行驶性能。乙醇汽油作为一种新型清洁燃料，是目前世界上可再生能源的发展重点，符合我国能源替代战略和可再生能源发展方向。但缺点是使用者感觉它比普通汽油动力下降，油耗增加，天热时还易于气阻熄火。生物柴油是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料通过酯交换工艺制成，是可代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴油的特点是:①含水率较高，最大可达30%~45%，水分有利于降低油的黏度、提高稳定性，但降低了燃油的热值，并使冰点升高;②pH值低，故贮存装置最好是抗酸腐蚀的材料;③具有〃老化”倾向，加热不宜超过80°C，宜避光、避免与空气接触保存;④优良的环保特性:硫含量低，二氧化硫和硫化物的排放低、生物柴油的生物降解性高达98%，降解速率是普通柴油的2倍，可大大减轻意外泄漏时对环境的污染;⑤较好的低温发动机启动性能;⑥较好的安全性能，闪点高，运输、储存、使用方面安全;⑦十六烷值高，燃烧性能好于柴油;⑧无须改动柴油机，可直接添加使用，同时无需另添设加油设备;⑨制备方法简便，成本低。煤制油是以煤为原料，经过化学加工，生产柴油、汽油、航空煤油等油品和石油化工产品，是煤炭的洁净利用技术。发展煤制油技术，用煤作原料来生产合成汽油、柴油，不仅可以逐步减少我国对国际市场石油的依赖、缓解我国未来石油资源短缺，确保国家能源安全，而且也能大大减轻煤直接燃烧对环境的严重污染。因此，煤制油已成为我国解决石油安全问题的战略选择，也是我国能源战略调整的重大决策。电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。电动汽车的组成包括:电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成，其他装置基本与内燃机汽车相同。电源为电动汽车的驱动电动机提供电能，目前正在发展的电源主要有钠硫电池、镍镉电池、锂电池、燃料电池、飞轮电池等，这些新型电源的应用，为电动汽车的发展开辟了广阔的前景。我国磷酸铁锂电池研究工作已经取得突破，磷酸铁锂电池由于安全性更高、寿命更长，将成为未来锂电池发展的重要方向，为北京奥运会提供的客车用锂电池就是自主研发的磷酸铁锂电池。电动汽车采用电动轮驱动，传动装置的多数部件常常可以忽略。因电动机可以带负载启动，所以电动汽车上无需传统内燃机汽车的离合器。驱动电机的旋向可以通过电路控制实现变换，所以电动汽车也无需内燃机汽车变速器中的倒挡。当采用电动机无级调速控制时，电动汽车可以忽略传统汽车的变速器。电动汽车的制动装置同其他汽车一样，是为汽车减速或停车而设置的，通常由制动器及其操纵装置组成。在电动汽车上，一般还有电磁制动装置，它可以利用驱动电动机的控制电路实现电动机的发电运行，使减速制动时的能量转换成对蓄电池充电的电流，从而得到再生利用。混合动力汽车，亦称复合动力汽车，就是在纯电动汽车上加装一套内燃机，其目的是减少汽车的污染，提高纯电动汽车的行驶里程。复合动力汽车的优点是:①采用复合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充;负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。②因为有了电池，可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。③在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现〃零”排放。④有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。⑤可以利用现有的加油站加油，不必再投资。⑥可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。复合动力驱动汽车的缺点是:有两套动力，再加上两套动力的管理控制系统，结构复杂，技术较难，价格较高。目前，《混合动力电动汽车标准》的研究与制定，已经由中国汽车技术研究中心协助整理完毕，并通过了科技部的验收，上报主要负责国家度量衡体系的全国标准管理委员会等待批准，即将择日出台。润滑油的发展主要在于发动机油，体现在燃料的变化方面，而其他润滑部位如齿轮、制动和底盘等，所用油脂均与燃油车辆相同。醇类燃料的特点是辛烷值高、蒸发潜热大，因此允许发动机在较高的压缩比条件下使用，其结果是改善发动机的热效率和输出功率。另一方面，醇类燃料易于与水分混合，容易与油形成乳化液，比汽油更容易到达气缸壁而影响润滑。因此，醇类燃料润滑油抗磨性能，特别是对气缸壁、活塞环的磨损以及乙醛排放、燃料进气系统沉积物的控制成为研究的重点。燃气发动机润滑油与燃油发动机油的最主要的区别在于对硫酸盐灰分有严格的要求。研究表明，硫酸盐灰分在1%以上的润滑油窜于燃气发动机燃烧室后，能在燃烧室内形成极为坚硬的沉积物（特别是使用含钙清净剂），无法清洗，形成潜在的发火点，因为燃气发动机采用的是电子点火，所以在运行中就有可能导致发动机提前点火、爆燃等现象的发生，并且污染火花塞，使发动机不能平衡操作，影响发动机（汽车）正常运行，因而为了消除这种潜在的危险，一般燃气发动机制造商要求使用硫酸灰分小于1.0%的高品质润滑油。目前已有完全不含金属盐添加剂的全无灰内燃机油面市，虽然其在高温抗氧、清净分散等方面亦可达到发动机的基本要求，但在高功率增压发动机上使用其磨损率远远高于灰分含量为0.5%~1%左右的润滑油，另夕卜气体不具备液体对阀座的润滑作用，而油中一定的灰分可防止阀座的磨损。因此燃气发动机油的硫酸盐灰分一般均要求控制在0.5%~1%之间。对于使用LPG或CNG与汽油或柴油两用燃料发动机的车辆，如汽油/压缩天然气两用燃料汽车、汽油/液化石油气两用燃料汽车等，其发动机具有两套相互独立的燃料供给系统，一套供给天然气或液化石油气，另一套供给汽油或柴油，两套燃料供给系统可分别但不可同时向气缸供给燃料，是两种燃料交替使用，因此其润滑既要具备汽油机油及柴油机油的性能，又要兼顾到使用LPG和CNG的特点。还有一种发动机是双燃料发动机，这种发动机具有两套燃料供给系统，一套供给天然气或液化石油气，另一套供给汽油或柴油，两套燃料供给系统按预定的配比向气缸供给燃料，在缸内混合燃烧，如柴油-压缩天然气双燃料汽车，柴油-液化石油气双燃料汽车等。由于是两种燃料在气缸内共同燃烧，比纯气体燃料燃烧要产生较多的积炭和灰分，因此发动机油应具备一定的清净性能，宜使用中灰分燃气发动机油。中国石油润滑油公司已开发出燃气、燃气/汽油发动机油，轿车燃气发动机油，公交车专用燃气发动机油以及乙醇汽油发动机油等昆仑天籁系列产品，产品的用途、质量级别及质量标准代号如表3所示。目前中国石油兰州润滑油研发中心又开发出甲醇汽油发动机油。目前新能源所占比例虽然较小，但发展势头很猛。对于替代能源而言，乙醇和生物柴油可以通过农林作物获取，属于可再生能源，但我国耕地较少，如果少占耕地而依托林业，就可以起到植树造林和获取燃料一举两得的作用。我国煤炭资源丰富，发展煤制油很有前途。煤制油的发展已成为我国的能源战略。2004年8月25日，由我国最大的煤炭能源企业神华集团承担的我国第一个煤炭直接液化项目在内蒙古鄂尔多斯正式开工建设，目前该项目年产量500万t。我国天然气资源也较为丰富，周边国家如俄罗斯、哈塞克斯坦等国都有丰富的储量，进口也有保障，因此天然气是继汽油与柴油之后又一重要车用燃料。但由于压缩天然气CNG因高压安全问题、管网覆盖面有限、车辆携带量少、行驶里程短等种种原因，液化天然气LNG的发展受到重视。液化天然气体积约为同量气态天然气体积的1/600，为20MPa的CNG的2/5，重量约为同体积水的45%或同体积燃油的50%，可以像燃料油那样灌装储运，供气效率也比CNG高。因此近年来，世界各国积极研究天然气的液化。燃料多样化已成为今后的发展趋势，由于燃料的多样化，需要今后车辆能使用多种燃料。汽油机车辆能够任意使用普通汽油、甲醇汽油、乙醇汽油和煤制油汽油;柴