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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。

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