排放法規(guī)與發(fā)動機(jī)油的發(fā)展PPT課件

1、目錄 汽車尾氣排放概述2-6 機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)與發(fā)動機(jī)油的發(fā)展7-10 機(jī)外凈化技術(shù)與發(fā)動機(jī)油的發(fā)展11-26 歐美排放法規(guī)與發(fā)動機(jī)油的選擇27-28 我國排放法規(guī)的發(fā)展29-30 發(fā)動機(jī)油的技術(shù)展望31-331第1頁/共35頁燃油燃油 + + 空氣空氣NOxNOxCOCO未燃的碳?xì)浠衔镂慈嫉奶細(xì)浠衔镂⒘Ｎ⒘? (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(jī)的燃燒產(chǎn)物發(fā)動機(jī)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(jī)柴油發(fā)動機(jī)汽油發(fā)動機(jī)汽油發(fā)動機(jī)（間噴式）（間噴式）NOxNOx微

2、粒微粒 ( (柴油機(jī)柴油機(jī)) )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(jī)與柴油機(jī)的差別汽油機(jī)與柴油機(jī)的差別第3頁/共35頁溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)COCO2 2中國近期主要空氣污染物排放量估計(jì) 百萬噸中國近期CO2排放構(gòu)成電力等能源轉(zhuǎn)化部門終端工業(yè)部門農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、服務(wù)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(yīng)氣體（包括種溫室效應(yīng)氣體（包括COCO2 2 ）第4頁/共35頁5

3、.35.83.73.4汽油機(jī)汽油機(jī)COCO2 2排放與車輛燃油消耗量的相互關(guān)系排放與車輛燃油消耗量的相互關(guān)系柴油機(jī)柴油機(jī)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(yán)重的威脅。一氧化碳與血液中血紅蛋白結(jié)合會降低后者的氧氣輸送能力,可導(dǎo)致頭痛、眩暈，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)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?xì)浠衔镉卸?,可能導(dǎo)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(dǎo)致肺部及心臟疾病,增加致癌率發(fā)動機(jī)的燃燒產(chǎn)物發(fā)動機(jī)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(yīng)溫室效應(yīng)（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(yīng)力熱應(yīng)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(jī)潤滑油與燃燒產(chǎn)物的關(guān)系發(fā)動機(jī)潤滑油與燃燒產(chǎn)物的關(guān)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(jī)油的發(fā)展柴油機(jī)油的發(fā)展8發(fā)展時(shí)間柴油發(fā)動機(jī)改進(jìn)的目的柴油發(fā)動機(jī)改進(jìn)的內(nèi)容對運(yùn)轉(zhuǎn)的影響對柴油機(jī)油的影響該階

5、段發(fā)展的柴機(jī)油的特性1987大功率柴油機(jī)CE1990CF-4為適應(yīng)91年的排放法規(guī)，同時(shí)提高柴油機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性直噴技術(shù)、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(jī)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(dá)到94年規(guī)定的柴油機(jī)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(jī)的噴油壓力增大，排氣質(zhì)量改善熱負(fù)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(jìn)一步改善，允許煙炱含量5-6%1998CH-4為滿足98年進(jìn)一步降低的排放標(biāo)準(zhǔn)柴油機(jī)采用兩段活塞，進(jìn)一步延遲點(diǎn)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(jī)油中煙炱增加煙炱的處理是機(jī)油升級的關(guān)鍵同時(shí)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(jī)油的發(fā)展柴油機(jī)油的發(fā)展9發(fā)展時(shí)間柴油發(fā)動機(jī)改進(jìn)的目的柴油發(fā)動機(jī)改進(jìn)的內(nèi)容對運(yùn)轉(zhuǎn)的影響對柴油機(jī)油的影響該階段柴油機(jī)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(jī)油中煙炱大量增加導(dǎo)致機(jī)油粘度上升，需要機(jī)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(jī)油消耗2004CI-4+滿足商業(yè)化的帶有EGR的發(fā)動機(jī)無機(jī)油中煙炱大量增加導(dǎo)致機(jī)油粘度上升，需要機(jī)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(jìn)一步的元素和灰分含量限制指標(biāo)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(jī)油的區(qū)別歐美柴油機(jī)油的區(qū)別10歐洲柴油機(jī)油采用了一部分API的評定項(xiàng)目，但為了進(jìn)一步肯定油品質(zhì)量，增加了自己規(guī)定的項(xiàng)目與美

8、國比較較緩和的項(xiàng)目更苛刻的項(xiàng)目增加的臺架試驗(yàn)活塞設(shè)計(jì)的不同及其對發(fā)動機(jī)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(shí)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(yùn)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(jī)油容量小，柴油機(jī)強(qiáng)化系數(shù)高OM602AT-9M11機(jī)油溫度高，發(fā)生磨損較嚴(yán)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(jī)油發(fā)展的主要動力來自于發(fā)動機(jī)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(guān)系越來越近第10頁/共35頁汽油發(fā)動機(jī)汽油發(fā)動機(jī) ( (間噴間噴) ) 柴油柴油發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化器概述三元催化轉(zhuǎn)化器概述12 廢氣催化轉(zhuǎn)化器安裝在發(fā)動機(jī)排氣管中，通過氧化還原反應(yīng)，將發(fā)動機(jī)排放的三種廢氣有

10、害物CO、HC和NOx轉(zhuǎn)化為無害的水、二氧化碳和氮?dú)?，故又稱之為三元(效)催化轉(zhuǎn)化器 催化劑大都含有鉑、鍺等貴金屬或稀土元素，價(jià)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(zhuǎn)化器也能達(dá)到五萬公里以上)，由于使用不當(dāng)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(jī)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(jī)不匹配6、氧傳感路失效第12頁/共35頁重型柴油機(jī)尾氣凈化處理概述重型柴油

11、機(jī)尾氣凈化處理概述13對于日益嚴(yán)格的國 IV/ V排放法規(guī) ,僅靠機(jī)內(nèi)凈化已不能滿足排放要求 ,必須對排氣進(jìn)行機(jī)外凈化處理考慮技術(shù)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(jié)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(jié)合主要有兩種技術(shù)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(jī)相關(guān)的縮略語柴油機(jī)相關(guān)的縮略語14第

12、14頁/共35頁SCRSCR技術(shù)路線原理圖技術(shù)路線原理圖15第15頁/共35頁16這一技術(shù)方案主要是通過電控燃油高壓噴射及正時(shí),優(yōu)化缸內(nèi)燃燒過程,以提高缸內(nèi)NOx為代價(jià),將PM控制在排放范圍內(nèi),再通過機(jī)外排氣后處理即通過SCR裝置,將NOx排放降至排放標(biāo)準(zhǔn)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(yīng),進(jìn)一步生產(chǎn)N2和H2O。采用SCR路線時(shí),通過缸內(nèi)燃燒優(yōu)化,燃料中的硫只要少部分轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)內(nèi),不會因燃油含硫造成催化劑中毒,可使用國III柴油達(dá)到國IV/V排放。SCR包括尿素供應(yīng)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(fù)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(shù)路線概述技術(shù)路線概述第16頁/共35頁EGREGR技術(shù)路線原理圖技術(shù)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(biāo), 。所以再通過機(jī)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(jìn)氣

14、管與空氣混合后進(jìn)入缸內(nèi),廢氣同時(shí)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(jī)正常工作條件下燃燒消除微粒 ,但低負(fù)荷時(shí)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(hù)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(yīng)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(dú)的POC裝置效率較低,但國國IVIV階段階段, ,單獨(dú)采用也可單獨(dú)采用也可達(dá)到微粒排放要求。達(dá)到微粒排放要求。主動再生是通

15、過實(shí)時(shí)監(jiān)測排氣背壓,在背壓超過設(shè)定值(一般大于0.2bar)時(shí),ECU啟動再生裝置向排氣中噴射燃油,通過點(diǎn)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(shí)(主要)導(dǎo)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(shù)路線概述技術(shù)路線概述第18頁/共35頁19EGREGR技術(shù)路線概述技術(shù)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(shí)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(jìn)行的主動再生也需消耗一定燃油,所以EGR路線經(jīng)濟(jì)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(zhuǎn)變?yōu)榱蛩猁}顆粒覆蓋涂層,導(dǎo)致催化劑中毒實(shí)效,所以要嚴(yán)格控制燃油含硫量： 第19頁/共35頁兩種不同技術(shù)路線的比較及歐美國家的選擇兩種不同技術(shù)路線的比較及歐美國家的選擇20降低降低PMPM機(jī)內(nèi)凈化機(jī)內(nèi)凈化機(jī)外凈化為主機(jī)外凈化為主對發(fā)動機(jī)其它要求對發(fā)動機(jī)其它要求適當(dāng)優(yōu)化設(shè)計(jì)適當(dāng)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jī)油的影響對機(jī)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(jī)油元素含量機(jī)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(jī)油灰分的影響對機(jī)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(jī)排放的尾氣柴油發(fā)動機(jī)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(jī)物無機(jī)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(yīng)后處有一種能適應(yīng)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(jī)汽車排放標(biāo)準(zhǔn)與機(jī)油的關(guān)系美國、歐洲汽油機(jī)汽車排放標(biāo)準(zhǔn)與機(jī)油的關(guān)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(jī)汽車排放標(biāo)準(zhǔn)與機(jī)油的關(guān)系美國、歐洲柴油機(jī)汽車排放標(biāo)準(zhǔn)與機(jī)油的關(guān)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(jìn)步的中國的排放法規(guī)不斷進(jìn)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(wù)院批準(zhǔn)，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(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)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(biāo)準(zhǔn)；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(jī)和重型氣體燃料點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)（即柴油和天然氣發(fā)動機(jī)）的公交、環(huán)衛(wèi)、郵政車輛，執(zhí)行國4排放標(biāo)準(zhǔn)，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(shí)施國3排放標(biāo)準(zhǔn)。中國重型車用柴油機(jī)的排放法規(guī)第29頁/共35頁我國柴