汽車排放控制技術(shù)及潤(rùn)滑油對(duì)其影響淺析

朱鏡瑾　王丹丹

【摘 要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，汽車保有量在全國(guó)范圍內(nèi)急劇上升，人們的交通越來(lái)越便利，但同時(shí)，汽車排放污染也越來(lái)越威脅人們賴以生存的環(huán)境。因此，積極研究汽車排放控制技術(shù)，研制環(huán)保型，低排放汽車，已是刻不容緩的課題。現(xiàn)今，控制汽車排放的技術(shù)為機(jī)內(nèi)凈化和排放后處理凈化兩類。隨著先進(jìn)排放后處理技術(shù)的應(yīng)用，燃油及潤(rùn)滑油對(duì)排放的影響也越來(lái)越凸顯，排放控制對(duì)油品的質(zhì)量要求也越來(lái)越高。潤(rùn)滑油油品如何適應(yīng)先進(jìn)排放后處理技術(shù)是一個(gè)正在研究的課題。

【關(guān)鍵詞】潤(rùn)滑油；汽車排放；控制技術(shù)

【Abstract】With the rapid development of our country's economy， a sharp rise in car ownership in the national scope， people more and more convenient transportation， but at the same time， vehicle emission pollution is becoming more and more people rely on environment. Therefore， positive research vehicle emission control technology， the development of environmental protection， low emission vehicles， is urgent topic. Today， the vehicle emission control technology for internal purification and pollution purification. With the application of advanced emission aftertreatment technology， fuel and lubricating oil on emissions also more and more highlights， the influence of emission control has higher requirement about the quality of the product. Lubricating oil how to adapt to the advanced emission aftertreatment technology is a research topic.

【Key words】Lubricating oil；Auto emissions；Control technology

0.引言

汽車尾氣造成的污染已顯而易見并越發(fā)嚴(yán)重，汽車排放的污染物正使藍(lán)天變少，霧霾增多，并已對(duì)人們的健康構(gòu)成威脅。所幸，人們已開始意識(shí)到污染的嚴(yán)重性。為了有效控制汽車尾氣所帶來(lái)的污染，各國(guó)都對(duì)汽車排放污染制定了相關(guān)的限制性法規(guī)，并且要求越來(lái)越嚴(yán)格。我國(guó)對(duì)汽車排放控制的法規(guī)也在不斷加強(qiáng)與完善，如今，國(guó)Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)已逐漸普及。汽車廠商為了更好發(fā)展，也在大力研發(fā)控制汽車排放污染的技術(shù)并已有成效。為了使汽車排放控制技術(shù)成效顯著，一定要考慮其影響因素，并把這些不利因素降低。本文主要從潤(rùn)滑油方面來(lái)闡述其對(duì)汽車排放控制技術(shù)的影響。

1.汽車排放控制技術(shù)

1.1機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)

1.1.1多氣門技術(shù)

多氣門發(fā)動(dòng)機(jī)是指每一個(gè)氣缸的氣門數(shù)目超過(guò)兩個(gè)，即兩個(gè)進(jìn)氣門和一個(gè)排氣門的三氣門式；兩個(gè)進(jìn)氣門和兩個(gè)排氣門的四氣門式；三個(gè)進(jìn)氣門和兩個(gè)排氣門的五氣門式。多氣門發(fā)動(dòng)機(jī)能吸進(jìn)更多的空氣來(lái)混合燃油，燃燒充分，更快地排出廢氣，排放污染少，能提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和降低噪音的優(yōu)點(diǎn)，符合優(yōu)化環(huán)境和節(jié)省能源的發(fā)展方向。

1.1.2燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化

燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化主要圍繞兩個(gè)方面：改善缸內(nèi)的氣流和采用緊湊的燃燒室。改善缸內(nèi)氣流是通過(guò)增強(qiáng)缸內(nèi)混合氣的渦流和紊流進(jìn)行的，可采用螺旋進(jìn)氣道或利用可變的截止閥增強(qiáng)缸內(nèi)渦流擾動(dòng)，加強(qiáng)油氣混合，實(shí)現(xiàn)快速和完全燃燒，降低廢氣排放；緊湊燃燒室可通過(guò)減少不參與燃燒的縫隙容積的措施。即將活塞第一環(huán)槽的位置上移減少活塞頭部到活塞頂部的距離使燃燒室更緊湊以降低的排放。

1.1.3稀薄燃燒技術(shù)

稀薄燃燒技術(shù)是提高發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)理論空燃比是14.7，稀薄燃燒的理論空燃比可以提高到25。隨著空燃比的增加，尾氣中的CO、HC的濃度會(huì)明顯減少。此技術(shù)是降低汽油機(jī)排放提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能的主要研究方向。在稀薄燃燒技術(shù)應(yīng)用的同時(shí)，通常與分層燃燒技術(shù)、緊湊的燃燒室形狀、火花塞結(jié)構(gòu)及布置位置的改善等技術(shù)協(xié)調(diào)應(yīng)用。

1.2機(jī)外凈化技術(shù)

1.2.1廢氣再循環(huán)控制技術(shù)

廢氣再循環(huán)將一定數(shù)量的廢氣引入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管道，利用惰性氣體的高比熱值及不可燃特性使發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒溫度降低氧的濃度減從而有效的控制發(fā)動(dòng)機(jī)NOx的排放。但在發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速、小負(fù)荷、低轉(zhuǎn)速及冷啟動(dòng)工況時(shí)，廢氣的再循環(huán)量必須要嚴(yán)格控制以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

1.2.2三元催化轉(zhuǎn)換器

三元催化轉(zhuǎn)換器是安裝在汽車排氣系統(tǒng)中最重要的機(jī)外凈化裝置。它可將汽車尾氣排出的CO、HC和NOx等有害氣體通過(guò)氧化和還原作用轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)害的二氧化碳、水和氮?dú)?。?dāng)高溫的汽車尾氣通過(guò)凈化裝置時(shí)，三元催化器中的催化劑將增強(qiáng)CO、HC和NOx三種氣體的活性，促使其進(jìn)行一定的氧化-還原化學(xué)反應(yīng)。三元催化器的轉(zhuǎn)換效率最好是在可燃混合氣濃度在理論空燃比14.7附近的很小的范圍之內(nèi)。為了提高空燃比的精確控制，必須在排氣管道中安裝氧傳感器形成閉環(huán)控制。但在低溫起動(dòng)、暖機(jī)、急加減速等開環(huán)情況下，三元催化轉(zhuǎn)換器效率較低，排放污染物就會(huì)增加。為了改善低溫起動(dòng)性能，一般采用緊湊耦合催化器。這種催化器的安裝位置距發(fā)動(dòng)機(jī)較近，一般體積和熱容量都比較小，有利于快速起燃，熱容量較小、激活時(shí)間短可顯著減少冷啟動(dòng)階段的HC的排放。

2.潤(rùn)滑油品對(duì)三元催化器的影響

潤(rùn)滑油稱之為發(fā)動(dòng)機(jī)的“血液”，潤(rùn)滑油在發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行中起著至關(guān)重要的潤(rùn)滑作用。在汽車排放的問題上，潤(rùn)滑油的影響也不容小窺。經(jīng)國(guó)內(nèi)外的研究得出，潤(rùn)滑油組分及配方對(duì)排放后處理裝置的性能及其耐久性有影響，從而進(jìn)一步影響汽車排放。

潤(rùn)滑油通常由基礎(chǔ)油添加各種添加劑調(diào)和而成。其中添加劑主要有抗氧化劑、抗磨劑、摩擦改善劑（又名油性及劑）、金屬清凈劑、泡沫抑制劑、防腐防銹劑、流點(diǎn)改善劑、粘度指數(shù)增進(jìn)劑等類型。其中金屬清凈劑以及抗氧抗磨劑中的金屬灰分以及硫、磷等對(duì)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的三元催化轉(zhuǎn)化器以及先進(jìn)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排放后處理裝置均有一定的影響。

潤(rùn)滑油中的磷含量主要來(lái)自于ZDDP添加劑，ZDDP添加劑是潤(rùn)滑油添加劑中的抗氧抗腐劑。起初，為了減少潤(rùn)滑油中磷對(duì)催化劑的中毒影響，主要是盡量減少潤(rùn)滑油油耗，而其實(shí)磷對(duì)催化劑的中毒來(lái)自兩部分，一部分來(lái)自油耗，一部分是揮發(fā)性的磷。1994年，從GF-1油品規(guī)格開始，對(duì)潤(rùn)滑油中的磷含量進(jìn)了強(qiáng)制限制，并于2005年進(jìn)一步減到GF-4規(guī)格的磷含量要求不大于0.08%。而在GF-5規(guī)格中，對(duì)磷揮發(fā)性比例的限制進(jìn)一步嚴(yán)格。

有報(bào)道稱，對(duì)潤(rùn)滑油中的磷元素、硼元素對(duì)三元催化轉(zhuǎn)化器的影響進(jìn)行了研究。研究中用四種催化劑在同一輛車上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，車輛為2002款滿足歐四排放的汽車，其中兩輛車使用含磷的潤(rùn)滑油，兩輛車使用含硼的潤(rùn)滑油。研究發(fā)現(xiàn)，使用含磷潤(rùn)滑油的兩輛車上的催化劑與使用含硼潤(rùn)滑油的兩輛車上的催化劑相比， NO的排放較高；使用含硼的潤(rùn)滑油的車CO排放低，而HC排放沒有明顯的差異。從兩輛車上取下的催化劑在模擬發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，從使用含磷的潤(rùn)滑油的車上取下的催化劑在前期就開始失活。使用了含磷的潤(rùn)滑油的催化劑有磷元素的沉積，說(shuō)明磷元素使催化劑中毒，從而使得使用含磷潤(rùn)滑油的汽車排放較高。

福特公司曾用四個(gè)已行駛較高里程的福特汽車進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明磷含量對(duì)汽車的冷起動(dòng)性能有很強(qiáng)的影響，并且磷含量對(duì)冷啟動(dòng)HC排放的影響可以潛在地影響一個(gè)汽車是否能通過(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。研究表明，低揮發(fā)性的ZDDP相對(duì)于傳統(tǒng)的ZDDP來(lái)說(shuō)，由于減少了磷對(duì)催化劑失活的影響，對(duì)HC、 NOx、CO排放有較大的影響。因此，由于潤(rùn)滑油中的磷含量可以引起催化劑中毒。而含硼添加劑由于具有抗磨、減摩等功效，隨著環(huán)保的要求，一些潤(rùn)滑油廠商已經(jīng)開發(fā)出一些含硼的添加劑來(lái)替代含磷的添加劑。

3.潤(rùn)滑油品對(duì)微粒捕集器的影響

潤(rùn)滑油中的硫酸鹽灰分和油中的金屬含量呈正比，潤(rùn)滑油中的金屬主要來(lái)自于金屬清凈劑和抗氧抗磨劑ZDDP。金屬清凈劑主要有水楊酸鹽、磺酸鹽、硫化烷基酚鹽等，并根據(jù)金屬的不同主要有鈣鹽和鎂鹽金屬清凈劑。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)有一部分潤(rùn)滑油會(huì)進(jìn)入燃燒室參與燃燒，燃燒后，潤(rùn)滑油所生產(chǎn)的一部分無(wú)機(jī)物灰分會(huì)被廢氣帶走，沉積在捕集器上，減小捕集器的孔徑，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)背壓增高，會(huì)影響催化劑的起燃溫度，進(jìn)而影響冷起動(dòng)性能；同時(shí)由于頻繁的再生，會(huì)縮短后處理系統(tǒng)的壽命，且導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率減小。同時(shí)由于這些灰分不能燃燒掉，只能依靠物理的方法去除，據(jù)研究，低硫酸鹽灰分的油可以減少捕集器上的沉積物，從而延長(zhǎng)捕集器的壽命。在JCAP II項(xiàng)目中，研究發(fā)現(xiàn)，用低灰分的潤(rùn)滑油（硫酸鹽灰分=1.31和0.96）比用高灰分的潤(rùn)滑油（硫酸鹽灰分=1.70） 捕集器壓力降增加小。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)對(duì)廢氣排放后處理系統(tǒng)的依賴，低硫酸鹽灰分的油品更適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)要求，滿足未來(lái)排放法規(guī)要求。

4.結(jié)論

總之，汽車排放控制技術(shù)正快速發(fā)展著，潤(rùn)滑油品對(duì)排放的影響研究也在積極進(jìn)行中。通過(guò)對(duì)油品的不斷升級(jí)，更能利于排放控制，我們的環(huán)境問題能得到大力改善。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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