排放法規(guī)與發(fā)動機油的發(fā)展PPT課件

1、目錄 汽車尾氣排放概述2-6 機內(nèi)凈化技術與發(fā)動機油的發(fā)展7-10 機外凈化技術與發(fā)動機油的發(fā)展11-26 歐美排放法規(guī)與發(fā)動機油的選擇27-28 我國排放法規(guī)的發(fā)展29-30 發(fā)動機油的技術展望31-331第1頁/共35頁燃油燃油 + + 空氣空氣NOxNOxCOCO未燃的碳氫化合物未燃的碳氫化合物微粒微粒( (柴油柴油) )污染物質(zhì)污染物質(zhì)COCO2 2+ +水水完全燃燒完全燃燒的的產(chǎn)物產(chǎn)物發(fā)動機的燃燒產(chǎn)物發(fā)動機的燃燒產(chǎn)物第2頁/共35頁燃油燃油 + + airairCO2CO2+ +水水完全燃燒的產(chǎn)物完全燃燒的產(chǎn)物柴油發(fā)動機柴油發(fā)動機汽油發(fā)動機汽油發(fā)動機（間噴式）（間噴式）NOxNOx微

2、粒微粒 ( (柴油機柴油機) )主要的污染主要的污染NOxNOxCOCO未燃的未燃的 HCHC污染物質(zhì)污染物質(zhì)污染的排放污染的排放 汽油機與柴油機的差別汽油機與柴油機的差別第3頁/共35頁溫室效應溫室效應COCO2 2中國近期主要空氣污染物排放量估計 百萬噸中國近期CO2排放構成電力等能源轉化部門終端工業(yè)部門農(nóng)業(yè)、交通運輸、服務業(yè)和居民生活45%30%25%京都協(xié)議京都協(xié)議 (1997): 08 (1997): 08年年- -1212年比年比19901990年的水平減少年的水平減少8%8%的排放，包的排放，包括括6 6種溫室效應氣體（包括種溫室效應氣體（包括COCO2 2 ）第4頁/共35頁5

3、.35.83.73.4汽油機汽油機COCO2 2排放與車輛燃油消耗量的相互關系排放與車輛燃油消耗量的相互關系柴油機柴油機第5頁/共35頁 汽車排放物是由一氧化碳（CO）、烴類化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、和顆粒物(PM)組成。它們對人類的健康產(chǎn)生嚴重的威脅。一氧化碳與血液中血紅蛋白結合會降低后者的氧氣輸送能力,可導致頭痛、眩暈，嚴重時甚至導致一氧化碳中毒氮氧化物可形成二次污染 ,如臭氧。臭氧會造成肺部及呼吸系統(tǒng)失調(diào)某些碳氫化合物有毒 ,可能導致眼睛、喉嚨、肺部發(fā)生過敏顆粒物懸浮在空氣中會影響可見度，某些顆粒物可能致癌，導致肺部及心臟疾病,增加致癌率發(fā)動機的燃燒產(chǎn)物發(fā)動機的燃燒產(chǎn)物目前我國

4、大中城市50%的空氣污染來自于燃油汽車的廢氣排放第6頁/共35頁CO2CO2NOxNOx, CO, HC, CO, HC微粒微粒溫室效應溫室效應（全球的（全球的) )主要影響主要影響 空氣品質(zhì)空氣品質(zhì)( (地區(qū)的地區(qū)的) )解決方案解決方案后處理后處理對潤滑油對潤滑油的影響的影響熱應力熱應力上升上升FE(FE(節(jié)能）節(jié)能） 潤滑油潤滑油與后處理系統(tǒng)的兼容性與后處理系統(tǒng)的兼容性發(fā)動機潤滑油與燃燒產(chǎn)物的關系發(fā)動機潤滑油與燃燒產(chǎn)物的關系第7頁/共35頁美國排放法規(guī)與美國排放法規(guī)與APIAPI柴油機油的發(fā)展柴油機油的發(fā)展8發(fā)展時間柴油發(fā)動機改進的目的柴油發(fā)動機改進的內(nèi)容對運轉的影響對柴油機油的影響該階

5、段發(fā)展的柴機油的特性1987大功率柴油機CE1990CF-4為適應91年的排放法規(guī)，同時提高柴油機運行的經(jīng)濟性直噴技術、電控空燃比、減少噴油提前角、延遲柴油噴入降低NOx的排放，活塞環(huán)由矩形環(huán)變成梯形環(huán)，將環(huán)頂位置提高，消除燃燒死區(qū)，降低排氣中的顆粒含量第一環(huán)槽溫度升高，容易在環(huán)槽內(nèi)產(chǎn)生積碳CE機油易產(chǎn)生積碳具備更好的高溫清凈性能，允許煙炱含量3-4%。1994CG-4為達到94年規(guī)定的柴油機排放尾氣中顆粒含量的要求要求柴油含硫量小于0.05%，以降低硫酸鹽顆粒的含量。柴油機的噴油壓力增大，排氣質(zhì)量改善熱負荷增加CF-4在使用中出現(xiàn)較明顯的粘度增大、濾網(wǎng)堵塞和磨損等問題在緩解因氧化和煙灰造成的

6、粘度增大以及部件磨損、提高活塞清凈性方面有了進一步改善，允許煙炱含量5-6%1998CH-4為滿足98年進一步降低的排放標準柴油機采用兩段活塞，進一步延遲點火，以降低NOx的排放，以及采用電控系統(tǒng)采用電控系統(tǒng)機油中煙炱增加煙炱的處理是機油升級的關鍵同時通過高/低硫柴油的清凈性臺架，增加了堿值；高溫氧化性、活塞表面清凈性、煙炱分散性活塞環(huán)和缸套的磨損以及抗剪切性等有所提高，允許煙炱含量8-9%第8頁/共35頁美國排放法規(guī)與美國排放法規(guī)與APIAPI柴油機油的發(fā)展柴油機油的發(fā)展9發(fā)展時間柴油發(fā)動機改進的目的柴油發(fā)動機改進的內(nèi)容對運轉的影響對柴油機油的影響該階段柴油機油的特性2002CI-4滿足20

7、02年排放法規(guī)NOx含量為2.7g/KW.h 廢氣再循環(huán)（EGR）機油中煙炱大量增加導致機油粘度上升，需要機油有更好的分散性控制由于煙炱含量上升造成的磨損、粘度上升、活塞沉積物和機油消耗2004CI-4+滿足商業(yè)化的帶有EGR的發(fā)動機無機油中煙炱大量增加導致機油粘度上升，需要機油有更好的分散性提高了煙炱處理能力和剪切穩(wěn)定性2006CJ-4滿足新的排放法規(guī)采用硫燃油和后處理裝置要求油品有進一步的元素和灰分含量限制指標更苛刻，添加劑要求更好，見規(guī)格介紹第9頁/共35頁歐美柴油機油的區(qū)別歐美柴油機油的區(qū)別10歐洲柴油機油采用了一部分API的評定項目，但為了進一步肯定油品質(zhì)量，增加了自己規(guī)定的項目與美

8、國比較較緩和的項目更苛刻的項目增加的臺架試驗活塞設計的不同及其對發(fā)動機的影響頂環(huán)槽至活塞頂?shù)木嚯x長；頂環(huán)岸和氣缸之間的間隙小，竄氣量小如果在頂環(huán)岸和氣缸之間落入一些沉積物或積碳，易被壓實OM 364AOM 441LA第一環(huán)槽溫度較低；積碳少活塞易保持干凈經(jīng)過上下運動出現(xiàn)鏡面拋光煙炱問題較美國的產(chǎn)生煙炱少T-8(E)磨損問題車小，氣缸排量小，車速高、比功率大30%、機油容量小，柴油機強化系數(shù)高OM602AT-9M11機油溫度高，發(fā)生磨損較嚴重，呈缸套磨光現(xiàn)象；對磨損性能要求高；要求換油周期長歐洲驅(qū)動內(nèi)燃機油發(fā)展的主要動力來自于發(fā)動機和汽車本身性能的提高，汽車排放法規(guī)是次要因素，但從ACEA 04

9、規(guī)格開始，兩者的關系越來越近第10頁/共35頁汽油發(fā)動機汽油發(fā)動機 ( (間噴間噴) ) 柴油柴油發(fā)動機發(fā)動機NOxNOxCOCOHCHCNOxNOx微粒微粒三元催化劑三元催化劑受磷影響受磷影響NOxNOx 捕集器捕集器受硫影響受硫影響微粒過濾器微粒過濾器受灰分影響受灰分影響 降低污染的排放的后處理系統(tǒng)降低污染的排放的后處理系統(tǒng)為避免催化轉化器中毒，ILSAC 要求油品的磷不斷下降，至GF-4又引入了硫含量的要求；歐洲ACEA 2008也對元素含量有所要求。第11頁/共35頁三元催化轉化器概述三元催化轉化器概述12 廢氣催化轉化器安裝在發(fā)動機排氣管中，通過氧化還原反應，將發(fā)動機排放的三種廢氣有

10、害物CO、HC和NOx轉化為無害的水、二氧化碳和氮氣，故又稱之為三元(效)催化轉化器 催化劑大都含有鉑、鍺等貴金屬或稀土元素，價格昂貴，在正常情況下，使用壽命為八萬公里左右(國產(chǎn)的三元催化轉化器也能達到五萬公里以上)，由于使用不當造成其早期失效的原因如下：1、溫度過高2、慢性中毒催化劑對硫、鉛、磷、鋅等元素非常敏感，硫和鉛來自于汽油，磷和鋅來自于潤滑油，這四種物質(zhì)及它們在發(fā)動機中燃燒后形成氧化物顆粒易被吸附在催化劑的表面，使催化劑無法與廢氣接觸，從而失去了催化作用，即所謂的“中毒”現(xiàn)象3、表面積碳4、排氣惡化5、與發(fā)動機不匹配6、氧傳感路失效第12頁/共35頁重型柴油機尾氣凈化處理概述重型柴油

11、機尾氣凈化處理概述13對于日益嚴格的國 IV/ V排放法規(guī) ,僅靠機內(nèi)凈化已不能滿足排放要求 ,必須對排氣進行機外凈化處理考慮技術發(fā)展的繼承性 ,為滿足未來國 IV/V排放 ,必須將現(xiàn)有燃油電控(EFIS) 與后處理相結合EFIS主要包括CRS(包括ACRS、XPCRS)、EUIS、EUPS；后處理主要有SCR、DPF(或 POC)二者結合主要有兩種技術路線 ：一種是EFIS+SCR,簡稱SCR路線；另一種是EFIS+EGR+DPF(或 POC),簡稱EGR路線這兩種路線在國際上被廣泛采用,美國以 EGR為主流路線,歐洲以SCR為主流第13頁/共35頁柴油機相關的縮略語柴油機相關的縮略語14第

12、14頁/共35頁SCRSCR技術路線原理圖技術路線原理圖15第15頁/共35頁16這一技術方案主要是通過電控燃油高壓噴射及正時,優(yōu)化缸內(nèi)燃燒過程,以提高缸內(nèi)NOx為代價,將PM控制在排放范圍內(nèi),再通過機外排氣后處理即通過SCR裝置,將NOx排放降至排放標準范圍,排氣中NOx以NO為主,約占90%。SCR的工作原理是通過劑量控制單元向排氣管中噴射一定量尿素作為還原劑,還原劑在排氣高溫下水解產(chǎn)生NH3 ,然后與廢氣中的NOx反應,進一步生產(chǎn)N2和H2O。采用SCR路線時,通過缸內(nèi)燃燒優(yōu)化,燃料中的硫只要少部分轉換為微粒(約1.5%),即使燃油含硫量較高(最高350ppm),顆粒排放仍可控制在國IV

13、/V排放標準內(nèi),不會因燃油含硫造成催化劑中毒,可使用國III柴油達到國IV/V排放。SCR包括尿素供應系統(tǒng)、尿素噴射及控制系統(tǒng)(DCU)、催化劑系統(tǒng)(SCR箱)三部分。由于需加裝SCR箱及尿素儲存裝置,系統(tǒng)更復雜,初始成本比 EGR路線高,也使排氣系統(tǒng)尺寸及整車質(zhì)量增大。SCRSCR技術路線概述技術路線概述第16頁/共35頁EGREGR技術路線原理圖技術路線原理圖17第17頁/共35頁18EGR方案是通過降低缸內(nèi)氧氣濃度及燃燒溫度,以控制缸內(nèi)NOx排放,但會造成PM排放超標, 。所以再通過機外后處理即DPF(或POC)裝置,將PM排放降至排放范圍EGR是將高溫排氣通過再循環(huán)冷卻器冷卻后,在進氣

14、管與空氣混合后進入缸內(nèi),廢氣同時降低缸內(nèi)氧氣濃度及燃燒最高溫度,從而抑制NOx生成。為避免DPF裝置堵塞,須采用再生策略,主要有被動再生和主動再生兩種。被動再生是通過使微粒在柴油機正常工作條件下燃燒消除微粒 ,但低負荷時排氣溫度較低,再生效率低,影響再生效果,DPF裝置長期使用會堵塞,需定期拆下維護或更換。可通過使用燃油添加劑(通常為金屬化合物)或在 DPF裝置前增加催化氧化裝置(POC),提高微粒反應活性,降低著火溫度,提高再生效率,但金屬燃油添加劑可能造成二次污染。單獨的POC裝置效率較低,但國國IVIV階段階段, ,單獨采用也可單獨采用也可達到微粒排放要求。達到微粒排放要求。主動再生是通

15、過實時監(jiān)測排氣背壓,在背壓超過設定值(一般大于0.2bar)時,ECU啟動再生裝置向排氣中噴射燃油,通過點火或燃油自燃,提高排氣溫度使微粒燃燒而除去。為降低EGR及噴油再生時(主要)導致的HC排放增加,一般前置DOC裝置,DOC裝置由涂催化劑(通常是貴金屬如Pt)的載體組成。EGREGR技術路線概述技術路線概述第18頁/共35頁19EGREGR技術路線概述技術路線概述EGR路線要求噴油壓力更高,以在降低NOx排放的同時減少PM排放。由于EGR及DPF裝置造成背壓更高,為防止DPF堵塞進行的主動再生也需消耗一定燃油,所以EGR路線經(jīng)濟性稍差,與國III比較,油耗提高2%3%。POC/DOC裝置不

16、會造成二次污染 ,但貴金屬涂層不僅降低HC,也會使燃料中的硫轉變?yōu)榱蛩猁}顆粒覆蓋涂層,導致催化劑中毒實效,所以要嚴格控制燃油含硫量： 第19頁/共35頁兩種不同技術路線的比較及歐美國家的選擇兩種不同技術路線的比較及歐美國家的選擇20降低降低PMPM機內(nèi)凈化機內(nèi)凈化機外凈化為主機外凈化為主對發(fā)動機其它要求對發(fā)動機其它要求適當優(yōu)化設計適當優(yōu)化設計更好抗磨損能力更好抗磨損能力更優(yōu)化的冷卻系統(tǒng)更優(yōu)化的冷卻系統(tǒng)更高的爆發(fā)壓力更高的爆發(fā)壓力對機油的影響對機油的影響不明顯不明顯需要更高質(zhì)量等級需要更高質(zhì)量等級機油元素含量機油元素含量要求不高要求不高對對P P、S S無限制無限制（但（但POC/DOCPOC/

17、DOC有限制）有限制）對機油灰分的影響對機油灰分的影響無要求無要求有要求有要求第20頁/共35頁微粒過濾器微粒過濾器: :工作原理工作原理過濾過濾微粒堆積在過濾介質(zhì)中微粒堆積在過濾介質(zhì)中過濾器的再生過濾器的再生將微粒過濾器中堆積的微粒燃燒掉將微粒過濾器中堆積的微粒燃燒掉降低污染排放降低污染排放 微粒過濾器（微粒過濾器（DPFDPF）第21頁/共35頁過濾后的氣體過濾后的氣體微粒微粒褐簾石褐簾石柴油發(fā)動機排放的尾氣柴油發(fā)動機排放的尾氣微粒過濾器（微粒過濾器（DPFDPF）的工作原理的工作原理第22頁/共35頁km120 000更換過濾器更換過濾器 污垢能作用的單元能作用的單元 ( (微粒微粒)

18、)失效的單元失效的單元 ( (無機物無機物) )微粒過濾器（微粒過濾器（DPFDPF）第23頁/共35頁燃油添加劑燃油添加劑70%70%燃油燃油50%50%PSA DPF現(xiàn)有的燃油添加劑保養(yǎng)周期 80 kkm燃油添加劑的趨勢燃油添加劑的趨勢潤滑油灰分潤滑油灰分 30%30%PSA DPF燃油添加劑 11/02保養(yǎng)周期 120 kkm未來 TOYOTA 的過濾器?催化再生保養(yǎng)周期 250 kkm?潤滑油灰分潤滑油灰分 50%50%潤滑油灰分潤滑油灰分 100%100%微粒過濾器（微粒過濾器（DPFDPF） 不能再生的單元的污染不能再生的單元的污染第24頁/共35頁微粒過濾器微粒過濾器: : 減少

19、灰分減少灰分減少污染排放減少污染排放 后處理系統(tǒng)后處理系統(tǒng)第25頁/共35頁deNOx= 低 STWC= 低 P DPF= 低灰分汽車制造商希望能汽車制造商希望能有一種能適應后處有一種能適應后處理系統(tǒng)的潤滑油理系統(tǒng)的潤滑油“低低 S-A-P”S-A-P”潤滑油正在發(fā)展中潤滑油正在發(fā)展中 減少污染排放減少污染排放 后處理系統(tǒng)后處理系統(tǒng)第26頁/共35頁美國、歐洲汽油機汽車排放標準與機油的關系美國、歐洲汽油機汽車排放標準與機油的關系 單位：單位：g/kmg/km27排放法規(guī)COHCNOx油品規(guī)格歐洲美國歐洲ACEA 美國EURO （05-09）1.00.080.1C系列 04階段II（04）1.0

20、60.1250.078SM/GF-4EURO （00-06）2.30.150.2A1 98階段I（00）2.10.190.16SL/GF-3EURO （96-01）2.30.3A1 96962.60.380.193SJ/GF-2EURO （92-96）2.81.0912.60.750.25SH/GF-1第27頁/共35頁美國、歐洲柴油機汽車排放標準與機油的關系美國、歐洲柴油機汽車排放標準與機油的關系 單位：單位：g/kmg/km28排放法規(guī)NOx微粒油品規(guī)格歐洲美國歐洲美國EURO V （08-12）2.00.02E9-08階段III（07）1.60.013CJ-4EURO （05-09）3.

21、50.02E7-04階段II（02）2.70.13CI-4EURO （00-06）5.00.10E5-02階段I（98）5.40.13CH-4EURO （95-01）7.00.15E3946.750.13CG-4EURO （92-96）8.00.36E2916.750.34CF-4第28頁/共35頁不斷進步的中國的排放法規(guī)不斷進步的中國的排放法規(guī)29歐美排放法規(guī)趨于一致；我國排放法規(guī)基本借鑒歐洲法規(guī)，目前落后于歐洲法規(guī)5-10年，但是差距在逐漸縮小。經(jīng)國務院批準，2008年3月1日起，凡是注冊登記北京牌照注冊登記北京牌照的輕型點燃式發(fā)動機的汽車（最大總質(zhì)量3.5噸以下的乘用和商用汽油車），均須執(zhí)行國4標準；自2008年7月1日起，凡是注注冊登記北京牌照冊登記北京牌照的重型壓燃式發(fā)動機和重型氣體燃料點燃式發(fā)動機（即柴油和天然氣發(fā)動機）的公交、環(huán)衛(wèi)、郵政車輛，執(zhí)行國4排放標準，并要求安裝監(jiān)控氮氧化物排放的車載排放診斷系統(tǒng)（OBD）；自2008年7月1日起，在全國范圍內(nèi)對所有新銷售的車輛新銷售的車輛（汽油、柴油）實施國3排放標準。中國重型車用柴油機的排放法規(guī)第29頁/共35頁我國柴