氢动力内燃机对润滑油提出新挑战雅富顿化学探讨专用解决方案

钱伯章 2026-04-19

随着重型商用车向零碳转型，氢动力内燃机成为重要的过渡技术。雅富顿化学指出，氢气燃料特性（低点火能量、高水汽含量、高火焰温度）对发动机和润滑油带来全新挑战，包括提前点火、腐蚀风险、氮氧化物生成与高热应力。研究表明，氢内燃机的提前点火机理与汽油机不同，在汽油机中表现良好的润滑油配方对氢内燃机可能无效甚至有害。因此，开发能有效应对点火、腐蚀和高温的专用氢发动机油，是释放新硬件潜力的关键。市场预计，2031年后全球氢内燃机重型车销量将快速增长。

氢动力传动系统为重型商用车从化石燃料向全电池电动动力的艰难过渡提供了显著优势。雅富顿化学公司探讨了为何从柴油转向氢燃料在各个方面都是一次重大变革，以及专用的氢发动机油如何能充分发挥新原设备制造商硬件的全部潜力。

排放法规正迫使商用车制造商放弃碳基燃料，但通往全面电动化的道路漫长。要抵达终点，需要更轻便、充电更快、更耐用的电池技术，而这些技术目前尚未研发出来。从内燃机到电池电动动力的转变可能会造成一个“混乱的中间阶段”，在这个阶段，多种硬件解决方案和燃料选择将共存，同时基础设施也在迅速变化。

对于重量更大、每日行驶里程更长的商用车辆，比如长途卡车、建筑设备和采矿车辆而言，氢动力系统为更清洁地度过过渡期提供了一个颇具前景的选择。

目前氢动力内燃机汽车（即H2内燃机汽车）的数量很少，但一些人预计未来几年其销量将快速增长。市场研究公司Markets and Markets在2024年底预测，从2031年到2035年，全球氢动力内燃机重型汽车的销量将以49%的复合年增长率增长，到2035年底将达到3.6万辆。

基础油要适应市场变化，不同燃料带来新挑战。保留内燃机让这一领域看起来很熟悉，但燃料的转换给发动机和润滑油带来了不同的要求。氢气和柴油的性质和燃烧行为差异显著——使用氢气带来了三个主要挑战。

首先，氢气的最小点火能量极低，这使其极易爆炸，从而大大增加了提前点火和发动机受损的风险。

其次，当100%的氢气燃烧时，只会生成水。废气和窜气中水含量过高会导致发动机机油中的水增多，从而加剧腐蚀，并使有效润滑膜的形成更具挑战性。

第三，由于氢气的绝热火焰温度更高、火焰传播速度更快以及淬火距离更短，它会分别增加氮氧化物的生成量，需要优化点火正时，并对燃烧室表面施加更高的热应力。

那么，为了便于氢内燃机的使用，润滑剂必须达到什么要求呢？

提前点火是任何具有低最小点火能量的燃料的常见现象。近年来，低速提前点火（LSPI）一直是涡轮增压汽油发动机面临的一个备受关注的挑战。原设备制造商可以通过硬件设计来尽量减少这种情况，但润滑油也起着重要作用。2018年，润滑油行业实施了半步级乘用车发动机油类别升级，即API SN Plus，以便迅速引入LSPI测试，而不是等待API SP和ILSAC GF-6的采用。做出这一决定是因为担心LSPI正在对某些涡轮增压汽油发动机造成严重损害。

凭借其相关的测试专业知识和见解，雅富顿从已被评定为对汽油低速预点火（LSPI）表现良好或不佳的油品开始研究。在单缸氢气发动机中进行了初步测试，结果令人惊讶：原本表现更强的候选油品表现不佳，而原本表现较弱的候选油品在抑制氢气预点火方面却更有效。

在对氢内燃机进行预点火测试之前，阿夫顿对候选机油应用了不同的配方杠杆，测试使用的是FEV的六缸氢发动机装置，同时进行了序列IX低速预点火测试。再次，低速预点火性能与之前的汽油测试结果没有关联，这表明潜在的预点火机制可能不同。硬件设计起一定作用，但在汽油发动机中表现良好的机油可能并非氢内燃机润滑油的正确选择——甚至不是好的起点。

与众多原设备制造商合作后，清楚地认识到，了解每种发动机配置独特的预点火需求至关重要。在某些硬件中，预点火量微不足道，但在其他情况下，其影响可能是灾难性的。

水，无处不在。在燃烧氢燃料时，腐蚀会成为一个重大问题，因为曲轴箱和燃烧室内的空气湿度要大得多。发动机运转时，机油会流过并保护金属部件，但当发动机停止运转时，表面更容易生锈。

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