排放法规与发动机油的发展.pptx

Apr., 2009 SK Lubricants Co.,ltd,排放法规与发动机油的发展,目录,汽车尾气排放概述2-6 机内净化技术与发动机油的发展7-10 机外净化技术与发动机油的发展11-26 欧美排放法规与发动机油的选择27-28 我国排放法规的发展29-30 发动机油的技术展望31-33,1,燃油 + 空气,NOx CO 未燃的碳氢化合物 微粒(柴油),污染物质,CO2 + 水,完全燃烧 的产物,发动机的燃烧产物,燃油 + air,CO2 + 水,完全燃烧的产物,柴油发动机,汽油发动机 （间喷式）,污染的排放 汽油机与柴油机的差别,温室效应CO2,中国近期主要空气污染物排放量估计 百万吨,中国近期CO2排放构成,京都协议 (1997): 08年-12年比1990年的水平减少8%的排放，包括6种温室效应气体（包括CO2 ）,5.3,5.8,3.7,3.4,汽油机,CO2排放与车辆燃油消耗量的相互关系,柴油机,汽车排放物是由一氧化碳（CO）、烃类化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、和颗粒物(PM)组成。它们对人类的健康产生严重的威胁。 一氧化碳与血液中血红蛋白结合会降低后者的氧气输送能力,可导致头痛、眩晕，严重时甚至导致一氧化碳中毒 氮氧化物可形成二次污染 ,如臭氧。臭氧会造成肺部及呼吸系统失调 某些碳氢化合物有毒 ,可能导致眼睛、喉咙、肺部发生过敏 颗粒物悬浮在空气中会影响可见度，某些颗粒物可能致癌，导致肺部及心脏疾病,增加致癌率,发动机的燃烧产物,目前我国大中城市50%的空气污染来自于燃油汽车的废气排放,NOx, CO, HC 微粒,发动机润滑油与燃烧产物的关系,美国排放法规与API柴油机油的发展,8,美国排放法规与API柴油机油的发展,9,欧美柴油机油的区别,10,欧洲柴油机油采用了一部分API的评定项目，但为了进一步肯定油品质量，增加了自己规定的项目,欧洲驱动内燃机油发展的主要动力来自于发动机和汽车本身性能的提高，汽车排放法规是次要因素，但从ACEA 04规格开始，两者的关系越来越近,汽油发动机 (间喷) 柴油发动机,NOx,CO,HC,NOx,微粒,三元催化剂,受磷影响,NOx 捕集器,受硫影响,微粒过滤器,受灰分影响,降低污染的排放的后处理系统,为避免催化转化器中毒，ILSAC 要求油品的磷不断下降，至GF-4又引入了硫含量的要求；欧洲ACEA 2008也对元素含量有所要求。,三元催化转化器概述,12,废气催化转化器安装在发动机排气管中，通过氧化还原反应，将发动机排放的三种废气有害物CO、HC和NOx转化为无害的水、二氧化碳和氮气，故又称之为三元(效)催化转化器 催化剂大都含有铂、锗等贵金属或稀土元素，价格昂贵，在正常情况下，使用寿命为八万公里左右(国产的三元催化转化器也能达到五万公里以上)，由于使用不当造成其早期失效的原因如下： 1、温度过高 2、慢性中毒 催化剂对硫、铅、磷、锌等元素非常敏感，硫和铅来自于汽油，磷和锌来自于润滑油，这四种物质及它们在发动机中燃烧后形成氧化物颗粒易被吸附在催化剂的表面，使催化剂无法与废气接触，从而失去了催化作用，即所谓的“中毒”现象 3、表面积碳 4、排气恶化 5、与发动机不匹配 6、氧传感路失效,重型柴油机尾气净化处理概述,13,对于日益严格的国 IV/ V排放法规 ,仅靠机内净化已不能满足排放要求 ,必须对排气进行机外净化处理,考虑技术发展的继承性 ,为满足未来国 IV/V排放 ,必须将现有燃油电控(EFIS) 与后处理相结合 EFIS主要包括CRS(包括ACRS、XPCRS)、EUIS、EUPS；后处理主要有SCR、DPF(或 POC) 二者结合主要有两种技术路线 ：一种是EFIS+SCR,简称SCR路线；另一种是EFIS+EGR+DPF(或 POC),简称EGR路线 这两种路线在国际上被广泛采用,美国以 EGR为主流路线,欧洲以SCR为主流,柴油机相关的缩略语,14,SCR技术路线原理图,15,16,这一技术方案主要是通过电控燃油高压喷射及正时,优化缸内燃烧过程,以提高缸内NOx为代价,将PM控制在排放范围内,再通过机外排气后处理即通过SCR装置,将NOx排放降至排放标准范围,排气中NOx以NO为主,约占90%。 SCR的工作原理是通过剂量控制单元向排气管中喷射一定量尿素作为还原剂,还原剂在排气高温下水解产生NH3 ,然后与废气中的NOx反应,进一步生产N2和H2O。 采用SCR路线时,通过缸内燃烧优化,燃料中的硫只要少部分转换为微粒(约1.5%),即使燃油含硫量较高(最高350ppm),颗粒排放仍可控制在国IV/V排放标准内,不会因燃油含硫造成催化剂中毒,可使用国III柴油达到国IV/V排放。 SCR包括尿素供应系统、尿素喷射及控制系统(DCU)、催化剂系统(SCR箱)三部分。由于需加装SCR箱及尿素储存装置,系统更复杂,初始成本比 EGR路线高,也使排气系统尺寸及整车质量增大。,SCR技术路线概述,EGR技术路线原理图,17,18,EGR方案是通过降低缸内氧气浓度及燃烧温度,以控制缸内NOx排放,但会造成PM排放超标, 。 所以再通过机外后处理即DPF(或POC)装置,将PM排放降至排放范围 EGR是将高温排气通过再循环冷却器冷却后,在进气管与空气混合后进入缸内,废气同时降低缸内氧气浓度及燃烧最高温度,从而抑制NOx生成。 为避免DPF装置堵塞,须采用再生策略,主要有被动再生和主动再生两种。 被动再生是通过使微粒在柴油机正常工作条件下燃烧消除微粒 ,但低负荷时排气温度较低,再生效率低,影响再生效果,DPF装置长期使用会堵塞,需定期拆下维护或更换。可通过使用燃油添加剂(通常为金属化合物)或在 DPF装置前增加催化氧化装置(POC),提高微粒反应活性,降低着火温度,提高再生效率,但金属燃油添加剂可能造成二次污染。单独的POC装置效率较低,但国IV阶段,单独采用也可达到微粒排放要求。 主动再生是通过实时监测排气背压,在背压超过设定值(一般大于0.2bar)时,ECU启动再生装置向排气中喷射燃油,通过点火或燃油自燃,提高排气温度使微粒燃烧而除去。为降低EGR及喷油再生时(主要)导致 的HC排放增加,一般前置DOC装置,DOC装置由涂催 化剂(通常是贵金属如Pt)的载体组成。,EGR技术路线概述,19,EGR技术路线概述,EGR路线要求喷油压力更高,以在降低NOx排放的同时减少PM排放。由于EGR及DPF装置造成背压更高,为防止DPF堵塞进行的主动再生也需消耗一定燃油,所以EGR路线经济性稍差,与国III比较,油耗提高2%3%。 POC/DOC装置不会造成二次污染 ,但贵金属涂层不仅降低HC,也会使燃料中的硫转变为硫酸盐颗粒覆盖涂层,导致催化剂中毒实效,所以要严格控制燃油含硫量：,两种不同技术路线的比较及欧美国家的选择,20,微粒过滤器: 工作原理 过滤 微粒堆积在过滤介质中 过滤器的再生 将微粒过滤器中堆积的微粒燃烧掉,降低污染排放 微粒过滤器（DPF）,过滤后的气体,微粒,褐帘石,柴油发动机排放的尾气,微粒过滤器（DPF）的工作原理,km,120 000,更换过滤器,污垢,能作用的单元 (微粒),失效的单元 (无机物),微粒过滤器（DPF）,燃油添加剂 70%,燃油 50%,PSA DPF 现有的燃油添加剂 保养周期 80 kkm,燃油添加剂的趋势,润滑油灰分 30%,PSA DPF 燃油添加剂 11/02 保养周期 120 kkm,未来 TOYOTA 的过滤器? 催化再生 保养周期 250 kkm?,润滑油灰分 50%,润滑油灰分 100%,微粒过滤器（DPF） 不能再生的单元的污染,微粒过滤器: 减少灰分,减少污染排放 后处理系统,deNOx = 低 S,TWC = 低 P,DPF = 低灰分,汽车制造商希望能有一种能适应后处理系统的润滑油,“低 S-A-P”润滑油正在发展中,减少污染排放 后处理系统,美国、欧洲汽油机汽车排放标准与机油的关系 单位：g/km,27,美国、欧洲柴油机汽车排放标准与机油的关系 单位：g/km,28,不断进步的中国的排放法规,29,欧美排放法规趋于一致；我国排放法规基本借鉴欧洲法规，目前落后于欧洲法规5-10年，但是差距在逐渐缩小。,经国务院批准，2008年3月1日起，凡是注册登记北京牌照的轻型点燃式发动机的汽车（最大总质量3.5吨以下的乘用和商用汽油车），均须执行国4标准；自2008年7月1日起，凡是注册登记北京牌照的重型压燃式发动机和重型气体燃料点燃式发动机（即柴油和天然气发动机）的公交、环卫、邮政车辆，执行国4排放标准，并要求安装监控氮氧化物排放的车载排放诊断系统（OBD）； 自2008年7月1日起，在全国范围内对所有新销售的车辆（汽油、柴油）实施国3排放标准。,中国重型车用柴油机的排放法规,我国柴油机的排放法规与技术路线的选择,30,截至目前,我国国内满足国IV/V排放的产品都是在国III路线基础上采用SCR方案。,排放法规与发动机油的发展,31,低 S-A-P = 添加剂技术的主要突破,中和酸 (腐蚀, 油品老化),2. 清净性 (活塞及凸轮轴的清洁),3. 氧化 & 硝化 (活塞漆膜 油品老化 换油周期),4. 分散性 (换油周期 油泥 磨损),5. 磨损,6. 其他: 密封,温度,EGR,碳材料,稀释,粘度,减少 S、P和灰分的相关风险,基础油: 提高热稳定性, 更低的粘度, 低挥发性, 低 S(加氢