天然气发动机油硝化的原因

问：燃气发动机机油硝化是什么意思？哪些原因会引起机油硝化？哪些措施可以防止机油硝化？

答：我们都知道机油会氧化，机油与空气里的氧接触后会缓慢氧化，氧化是机油变质的主要原因，机油硝化也是机油变质的一种过程。燃气发动机，例如天然气发动机，由于发动机温度高于普通发动机，再加上天然气发动机的构造问题，会引起机油在高温下硝化，机油硝化的结果类似于机油氧化——机油变质，产生油泥等难溶物。

    燃气发动机工作时，高温和高压使空气里的氮气（N₂）分子断裂成为两个氮原子，然后氮原子与氧气发生反应形成氮氧化物（NOx），例如我们熟悉的一氧化氮、二氧化氮，一氧化二氮等，这些气态氮氧化物有的很不稳定，在燃烧过程中又与机油发生反应，导致机油变性变质，这就是机油硝化。机油硝化是天然气发动机特有的一种现象，尤其是平级燃烧固定式天然气发动机（stoichiometric engines），其燃烧条件更容易引起机油硝化。

    对于四冲程低速平级天然气发动机来说，如果使用年限较长，发动机较旧，再加上油箱温度较低，那么更容易发生机油硝化。相比之下，二冲程的发动机一般没有机油硝化的问题，因为在二冲程发动机里，机油从曲轴箱里出来然后到达喷射系统时，油量较大，而新鲜的机油又补充进来，在这个过程中，大部分氮化物会从排气孔排掉，由于硝化会使机油变质，因此我们应加以避免。机油发生硝化会产生两种氮化物：有机硝酸盐（organic nitrates）——机油在汽缸壁上硝化会生成这类物质；还有硝基化合物（nitro compounds）——主要由于燃烧气体通过活塞与气缸之间的间隙窜入发动机内，与机油发生硝化反应。

    那么，哪些原因会导致机油硝化呢？以下因素都会影响机油硝化：

1.排气效率：

在发动机燃烧过程中，如果能及时把氮化物从燃烧室排掉，避免它们与机油过多接触，有助于减少机油硝化。

2.发动机气缸温度：

机油硝化就是氮化物与机油发生反应的过程，其中，气缸壁上粘附的机油薄层与氮化物之间的反应，是机油硝化的一个重要来源。气缸壁温度在一定期间很容易硝化。

3.活塞环的密封效率：

如果活塞环密封不严，容易漏气，那么机油就更容易和氮化物接触，增加机油硝化的机会。燃烧气体窜入曲轴箱，带入氮化物，使机油与氮化物发生反应，使机油硝化。

4.曲轴箱通风：

曲轴箱通风良好有助于排掉氮化气体，减少机油和氮化物接触的可能，避免机油硝化。

5.油底壳内的机油温度：

通过活塞环窜气进入油底壳的气体氮化物会使机油硝化，而且这种硝化过程与温度有关。如果油底壳内的机油温度较低（80℃以下），硝化速率会增加，低于80℃后，油温越接近70℃，硝化反应反而呈上升趋势，这一点和机油氧化不一样。氧化速率是与温度成正比的，也就是温度越高，氧化速率越快，尤其当油温上升到90℃以上，机油氧化大大加剧。

6.机油的基础油种类：

机油的成分是基础油和添加剂，其中，基础油是主要成分，有些基础油比较容易发生硝化。如果基础油里的饱和烃含量高，例如PAO（聚α烯烃）、加氢处理后的矿物油（如API-III类油），相对不易发生硝化。另外，对于同一种基础油，粘度低的油更容易硝化，某些多级油里使用的粘度指数改进剂也容易被硝化。

7.机油的流速：

机油的流速本身不能降低硝化，但是流速较高，硝化后的机油能迅速得到稀释。机油的流速较大一定程度上有助于降低硝化速率。

8.点火正时：

有证据表明点火正时会影响机油硝化，但是目前还缺乏具体的研究。

9.空气/燃气比：

尾气中的氧气含量低于0.5%或者高于4.5%时，会导致轻微的硝化。在含氧量接近3.3%的水平时，硝化达到最高值。

10.负载：

发动机测试表明，如果负荷较高，机油的硝化会一定程度增加。