汽車新能源及潤滑油的發展

秦鶴年，鄭鵬宇

（中國石油華北潤滑油銷售分公司，北京 100101）

汽車新能源及潤滑油的發展

秦鶴年，鄭鵬宇

（中國石油華北潤滑油銷售分公司，北京 100101）

汽車新能源主要有替代燃料和電能，其研發異常活躍，并開始用于公交和出租等車輛，有望成為今后的發展主流。隨著石油資源的日益緊張，新能源的發展備受關注，減輕了對石油產品的依賴程度。燃料的變化還引起了發動機潤滑油性能要求的改變，出現了醇燃料發動機油和燃氣發動機油。文章對氣體燃料和醇燃料等代用燃料的性能和使用現狀進行了概述，并對未來發展趨勢進行了描述，認為電動汽車及混合動力汽車將越來越多地投入使用，替代燃料的比例也會增長，發動機油將隨著替代燃料的使用而進一步的發展。

汽車新能源;潤滑油;發展

0 引言

統計資料顯示，2003年我國石油消費量達到2.5億t，凈進口量達到0.9億t，進口原油占國內原油消費量的比重達到36%。2004年我國原油消費量2.9億t，石油凈進口達到1.4億t，石油對外依存度接近45%，已成為僅次于美國的世界第二大石油消費國。到2010年我國的石油總需求量已突破3.5億t，石油進口規模已達到2億t，進口依存度也隨之突破50%。預計到2020年石油的對外依存度有可能接近60%。有關專家認為，一旦石油對外依存度超過60%，整個國家的石油安全、經濟安全、國家安全都面臨很大的挑戰。為緩解汽車數量的快速增長與石油資源的日趨緊張這一矛盾，替代燃料及新動力的研究備受關注。替代燃料有壓縮天然氣（CNG）、液化石油氣（LPG）及醇燃料等，并已得到推廣使用，同時也應對燃料的變化推出了燃氣發動機油和乙醇汽油發動機油等。煤制油技術與生物柴油制備技術的研究也異常活躍，部分國家已開始推廣使用，我國因煤炭資源豐富，已開始建立煤制油項目工程。電動車輛及混合動力車輛目前也異軍突起，在有限的區域內開始使用。本文著重介紹替代燃料、電動及混合動力的發展現狀及前景，并對潤滑油應如何應對燃料及動力變化展開討論。

1 替代燃料的發展現狀

汽車一直以燃油動力為驅動力，其他動力目前還無法完全替代，面對石油資源的日趨緊張，發展替代燃料是較為可行的。已投入運行的替代燃料是液化石油氣、壓縮天然氣和甲醇、乙醇類，正在開發的有煤制油和生物柴油等。

1.1 車用液化石油氣（LPG）

與民用液化氣相比，車用LPG對其組成特別是丙烷所占比例、烯烴和硫含量均有嚴格要求。與車用汽油相比，LPG的特點是:①辛烷值高，適用于高壓縮比汽油發動機;②燃燒性好，燃燒比較完全，尾氣中一氧化碳含量比無鉛汽油減少80%，碳氫含量也大幅度降低減少，發動機運行平穩;③蒸發性好，冷啟動和暖機性能好;④不會稀釋和污染發動機油，可延長發動機油的使用壽命，也不易產生火花塞結焦現象;⑤行駛里程短，約為同體積汽油的65%。LPG來自石油煉廠的常壓蒸餾及催化裂化，產量有限，盡管已經在車輛上使用，但不是氣體燃料的主流，而且石油氣是重要化工原料，經催化疊合反應可以制備優質汽油與溶劑油，在其他領域也有更多的用途。

1.2 車用壓縮天然氣（CNG）

因LPG產量有限，CNG已成為氣體燃料的主流，在許多大中城市都有車輛使用。CNG是繼LPG后的另一種清潔替代燃料，而且來源更加豐富。但車用天然氣比民用天然氣的質量要求更嚴，尤其是對硫、硫化氫含量有嚴格的控制。表1列出了車用CNG的主要物化性能，表2列出了車用CNG的國家標準GB 18047－2000。CNG具有以下特點:①辛烷值比LPG高，適用于高壓縮比汽油發動機;②蒸氣壓大，蒸發性比LPG好;③燃燒排放比LPG更清潔，特別適用于大中城市車輛;④國內資源充足，使用有保障;⑤發動機不做相應調整，直接使用CNG會使功率下降10%左右;⑥CNG的行駛里程比同體積LPG短，約為同體積LPG的1/3左右。

表1 CNG主要物理化學性能

續表

CNG是經高壓壓縮的，容器耐壓要高達10 MPa以上，CNG加氣站的建設需要管網設施及加壓設備，投資費用較高，受行駛里程及管網設施的限制，CNG主要集中在大中城市用于公交車及出租車，不適宜在行駛里程較長的車輛上使用。

1.3 醇燃料

目前的醇燃料即為甲醇和乙醇。甲醇的工業制備方法是用一氧化碳與氫反應制得，甲醇也是化肥和制藥、煤炭等行業生產的副產品。乙醇一般用淀粉發酵法和乙烯直接水化法制得，但作為車用燃料，為減輕對石油的依賴，則采用農作物淀粉發酵法制得。與汽油相比，醇燃料熱值較低，完全使用醇燃料則發動機必須改造才行。若與汽油混合使用，且其含量較少，發動機則無須改造而直接使用，因此目前使用的是醇與汽油的混合燃料。

甲醇汽油，甲醇摻入量一般為5%～20%。以摻入15%者為最多，稱M15甲醇汽油。其特點是①抗爆性能好，辛烷值可達90～97;②使用方便，無需改動裝置;③與乙醇汽油相比，成本低、原料來源廣泛易得;④生產不受季節和規模限制;⑤適用于一切燃燒汽油的車輛。但甲醇有一定的毒性，使用不慎，易造成人身傷害。甲醇燃燒后的排放物含有甲醛等有害物，所以環保性有待確認。

乙醇汽油是用90%的普通汽油與10%的燃料乙醇調合而成，可以有效改善油品的性能和質量，降低一氧化碳、碳氫化合物等主要污染物排放，而且不影響汽車的行駛性能。乙醇汽油作為一種新型清潔燃料，是目前世界上可再生能源的發展重點，符合我國能源替代戰略和可再生能源發展方向。但缺點是使用者感覺它比普通汽油動力下降，油耗增加，天熱時還易于氣阻熄火。

1.4 生物柴油

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動物油脂、餐飲垃圾油等為原料通過酯交換工藝制成，是可代替石化柴油的再生性柴油燃料。

生物柴油的特點是:①含水率較高，最大可達30%～45%，水分有利于降低油的黏度、提高穩定性，但降低了燃油的熱值，并使冰點升高;②pH值低，故貯存裝置最好是抗酸腐蝕的材料;③具有“老化”傾向，加熱不宜超過80℃，宜避光、避免與空氣接觸保存;④優良的環保特性: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達98%，降解速率是普通柴油的2倍，可大大減輕意外泄漏時對環境的污染;⑤較好的低溫發動機啟動性能;⑥較好的安全性能，閃點高，運輸、儲存、使用方面安全;⑦十六烷值高，燃燒性能好于柴油;⑧無須改動柴油機，可直接添加使用，同時無需另添設加油設備;⑨制備方法簡便，成本低。

1.5 煤制油

煤制油是以煤為原料，經過化學加工，生產柴油、汽油、航空煤油等油品和石油化工產品，是煤炭的潔凈利用技術。發展煤制油技術，用煤作原料來生產合成汽油、柴油，不僅可以逐步減少我國對國際市場石油的依賴、緩解我國未來石油資源短缺，確保國家能源安全，而且也能大大減輕煤直接燃燒對環境的嚴重污染。因此，煤制油已成為我國解決石油安全問題的戰略選擇，也是我國能源戰略調整的重大決策。

2 電動汽車

電動汽車是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛，符合道路交通、安全法規各項要求的車輛。電動汽車的組成包括:電力驅動及控制系統、驅動力傳動等機械系統、完成既定任務的工作裝置等。電力驅動及控制系統是電動汽車的核心，也是區別于內燃機汽車的最大不同點。電力驅動及控制系統由驅動電動機、電源和電動機的調速控制裝置等組成，其他裝置基本與內燃機汽車相同。

電源為電動汽車的驅動電動機提供電能，目前正在發展的電源主要有鈉硫電池、鎳鎘電池、鋰電池、燃料電池、飛輪電池等，這些新型電源的應用，為電動汽車的發展開辟了廣闊的前景。我國磷酸鐵鋰電池研究工作已經取得突破，磷酸鐵鋰電池由于安全性更高、壽命更長，將成為未來鋰電池發展的重要方向，為北京奧運會提供的客車用鋰電池就是自主研發的磷酸鐵鋰電池。

電動汽車采用電動輪驅動，傳動裝置的多數部件常常可以忽略。因電動機可以帶負載啟動，所以電動汽車上無需傳統內燃機汽車的離合器。驅動電機的旋向可以通過電路控制實現變換，所以電動汽車也無需內燃機汽車變速器中的倒擋。當采用電動機無級調速控制時，電動汽車可以忽略傳統汽車的變速器。

電動汽車的制動裝置同其他汽車一樣，是為汽車減速或停車而設置的，通常由制動器及其操縱裝置組成。在電動汽車上，一般還有電磁制動裝置，它可以利用驅動電動機的控制電路實現電動機的發電運行，使減速制動時的能量轉換成對蓄電池充電的電流，從而得到再生利用。

3 混合動力汽車

混合動力汽車，亦稱復合動力汽車，就是在純電動汽車上加裝一套內燃機，其目的是減少汽車的污染，提高純電動汽車的行駛里程。

復合動力汽車的優點是:①采用復合動力后可按平均需用的功率來確定內燃機的最大功率，此時處于油耗低、污染少的最優工況下工作。需要大功率內燃機功率不足時，由電池來補充;負荷少時，富余的功率可發電給電池充電，由于內燃機可持續工作，電池又可以不斷得到充電，故其行程和普通汽車一樣。②因為有了電池，可以十分方便地回收制動時、下坡時、怠速時的能量。③在繁華市區，可關停內燃機，由電池單獨驅動，實現“零”排放。④有了內燃機可以十分方便地解決耗能大的空調、取暖、除霜等純電動汽車遇到的難題。⑤可以利用現有的加油站加油，不必再投資。⑥可讓電池保持在良好的工作狀態，不發生過充、過放，延長其使用壽命，降低成本。

復合動力驅動汽車的缺點是:有兩套動力，再加上兩套動力的管理控制系統，結構復雜，技術較難，價格較高。

目前，《混合動力電動汽車標準》的研究與制定，已經由中國汽車技術研究中心協助整理完畢，并通過了科技部的驗收，上報主要負責國家度量衡體系的全國標準管理委員會等待批準，即將擇日出臺。

4 新能源汽車潤滑油的發展

潤滑油的發展主要在于發動機油，體現在燃料的變化方面，而其他潤滑部位如齒輪、制動和底盤等，所用油脂均與燃油車輛相同。

醇類燃料的特點是辛烷值高、蒸發潛熱大，因此允許發動機在較高的壓縮比條件下使用，其結果是改善發動機的熱效率和輸出功率。另一方面，醇類燃料易于與水分混合，容易與油形成乳化液，比汽油更容易到達氣缸壁而影響潤滑。因此，醇類燃料潤滑油抗磨性能，特別是對氣缸壁、活塞環的磨損以及乙醛排放、燃料進氣系統沉積物的控制成為研究的重點。

燃氣發動機潤滑油與燃油發動機油的最主要的區別在于對硫酸鹽灰分有嚴格的要求。研究表明，硫酸鹽灰分在1%以上的潤滑油竄于燃氣發動機燃燒室后，能在燃燒室內形成極為堅硬的沉積物（特別是使用含鈣清凈劑），無法清洗，形成潛在的發火點，因為燃氣發動機采用的是電子點火，所以在運行中就有可能導致發動機提前點火、爆燃等現象的發生，并且污染火花塞，使發動機不能平衡操作，影響發動機（汽車）正常運行，因而為了消除這種潛在的危險，一般燃氣發動機制造商要求使用硫酸灰分小于1.0%的高品質潤滑油。目前已有完全不含金屬鹽添加劑的全無灰內燃機油面市，雖然其在高溫抗氧、清凈分散等方面亦可達到發動機的基本要求，但在高功率增壓發動機上使用其磨損率遠遠高于灰分含量為0.5%～1%左右的潤滑油，另外氣體不具備液體對閥座的潤滑作用，而油中一定的灰分可防止閥座的磨損。因此燃氣發動機油的硫酸鹽灰分一般均要求控制在0.5%～1%之間。

對于使用LPG或CNG與汽油或柴油兩用燃料發動機的車輛，如汽油/壓縮天然氣兩用燃料汽車、汽油/液化石油氣兩用燃料汽車等，其發動機具有兩套相互獨立的燃料供給系統，一套供給天然氣或液化石油氣，另一套供給汽油或柴油，兩套燃料供給系統可分別但不可同時向氣缸供給燃料，是兩種燃料交替使用，因此其潤滑既要具備汽油機油及柴油機油的性能，又要兼顧到使用LPG和CNG的特點。

還有一種發動機是雙燃料發動機，這種發動機具有兩套燃料供給系統，一套供給天然氣或液化石油氣，另一套供給汽油或柴油，兩套燃料供給系統按預定的配比向氣缸供給燃料，在缸內混合燃燒，如柴油－壓縮天然氣雙燃料汽車，柴油－液化石油氣雙燃料汽車等。由于是兩種燃料在氣缸內共同燃燒，比純氣體燃料燃燒要產生較多的積炭和灰分，因此發動機油應具備一定的清凈性能，宜使用中灰分燃氣發動機油。

中國石油潤滑油公司已開發出燃氣、燃氣/汽油發動機油，轎車燃氣發動機油，公交車專用燃氣發動機油以及乙醇汽油發動機油等昆侖天籟系列產品，產品的用途、質量級別及質量標準代號如表3所示。目前中國石油蘭州潤滑油研發中心又開發出甲醇汽油發動機油。

表3 昆侖天籟產品系列的用途及質量標準代號

5 展望未來

目前新能源所占比例雖然較小，但發展勢頭很猛。對于替代能源而言，乙醇和生物柴油可以通過農林作物獲取，屬于可再生能源，但我國耕地較少，如果少占耕地而依托林業，就可以起到植樹造林和獲取燃料一舉兩得的作用。我國煤炭資源豐富，發展煤制油很有前途。煤制油的發展已成為我國的能源戰略。2004年8月25日，由我國最大的煤炭能源企業神華集團承擔的我國第一個煤炭直接液化項目在內蒙古鄂爾多斯正式開工建設，目前該項目年產量500萬t。

我國天然氣資源也較為豐富，周邊國家如俄羅斯、哈塞克斯坦等國都有豐富的儲量，進口也有保障，因此天然氣是繼汽油與柴油之后又一重要車用燃料。但由于壓縮天然氣CNG因高壓安全問題、管網覆蓋面有限、車輛攜帶量少、行駛里程短等種種原因，液化天然氣LNG的發展受到重視。液化天然氣體積約為同量氣態天然氣體積的1/600，為20 MPa的CNG的2/5，重量約為同體積水的45%或同體積燃油的50%，可以像燃料油那樣灌裝儲運，供氣效率也比CNG高。因此近年來，世界各國積極研究天然氣的液化。

燃料多樣化已成為今后的發展趨勢，由于燃料的多樣化，需要今后車輛能使用多種燃料。汽油機車輛能夠任意使用普通汽油、甲醇汽油、乙醇汽油和煤制油汽油;柴油機車輛能夠任意使用普通柴油、生物柴油和煤制油柴油;燃氣發動機以使用LNG為主，并能夠使用LPG。兩用燃料車輛是考慮到加氣站不夠普及、不能充分保障供氣而發展的，屬于過渡型車輛，其發動機也是在汽油機或柴油機基礎上改裝的，成本較高，尤其是柴油機屬壓燃式發動機，使用氣體燃料還需要配備點火設施，改裝成本更高。燃氣發動機則是根據燃氣的特點而設計，能夠充分發揮動力，提高效率，克服了兩用燃料車使用氣體燃料時動力下降的問題。如果大部分加油站能夠提供LPG，就應以發展純燃氣發動機車輛為主。燃料的多樣化必然對發動機潤滑油提出更多的性能要求，要求發動機油能夠適應多種燃料的需求。

發展電動汽車已成為今后汽車工業的一大發展趨勢。電動車輛經電源技術的不斷改進，充電速度、充電量、動力及行駛里程在不斷提高。業內人士認為，電動汽車的發展離不開社會支持，需要完善的充電設施，而充電設施可以在加油站、停車場及汽修店等一切車輛服務場合安裝，比建加油站更容易，因此極有發展潛力。混合動力車是考慮到充電不能及時保障而發展的，成本較高，屬于過渡型車輛，但其結合了電動車輛與燃油車輛的優勢，可以提高熱機效率而節省燃料，減少排放，值得今后燃油車輛發展借鑒。

未來在城市內的公交、出租以及行駛線路和工作區域固定的車輛應大力推廣電動車輛，對于長途運輸車輛應力推混合動力車輛，而且盡可能多使用替代燃料，同時加大基礎設施建設，形成完善的服務網絡。

［1］馮明星，王冬.汽車油品使用知識手冊［M］.北京:中國商業出版社，2002:31－35.

［2］李桂云.醇類燃料發動機潤滑油的發展和需求［J］.潤滑油，2002，17（5）:1－5.

The Development of Auto New Energies and Lubricating Oils

QIN He－nian，ZHENG Peng－yu
（PetroChina North China LubricantMarketing Company，Beijing 100101，China）

Themain auto new energiesare alternative fuelsand electric energy.The research and developmentof them are extremely active.New energies have been used in bus，taxiand other vehicles.They are expected to become themainstream of future development.The development of new energies is givenmore and more attention because the oil resources become increasingly strained.The extent of dependence on petroleum products is alleviated.Transformation of the fuel also causes changes in the performance of engine oils.There has been alcohol－fuel engine oil and gas engine oil.In this paper，the characteristicsand app lication statusofgas and alcohol fuels are summarized.The future development trends are described.It is thought that electric car and hybrid electric vehicle will be more and more put into service，the proportion of alternative fuels is being grown，and the development of engine oils will be further developed.

auto new energy;lubricating oil;development

TE626.32

A

1002-3119（2012）01-0007-05

2011－09－16。

秦鶴年（1965－），男，高級工程師，1987年畢業于云南大學化學系，現從事潤滑油營銷技術服務工作，已對外發表論文37篇

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