细看重型车辆排放标准升级及对润滑油的性能影响

2017-12-20   来源:润滑油情报 网友评论 0

摘要: 在过去的二十年中,国家对重型车辆不断提升排放标准,从国一到目前的国五,以及在2020年即将到来的国六,这样的举措不仅在于抑制车辆排放有害气体,还在于促使相关厂商注重产品技术的改进.....


    在过去的二十年中,国家对重型车辆不断提升排放标准,从国一到目前的国五,以及在2020年即将到来的国六,这样的举措不仅在于抑制车辆排放有害气体,还在于促使相关厂商注重产品技术的改进。纵观中重型卡车在迎合排放标准升级过程中所做的努力,可以清晰看到,自国四开始技术的改变开始依赖后处理设备,而国一、国二和国三标准的改变中,车辆技术的变化主要集中在发动机的改进上,在这其中,国二至国三阶段是个分水岭,自此硬件技术得到了真正的改变。车辆技术设计层面的变动会对车辆整体的运行环境产生影响,进而对润滑油带来全新的挑战。

▼ 排放标准对硬件变化的影响(道路车)
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从图表中可见,主要的硬件变化是增加涡轮增压器,推迟喷油正时和EGR(废气再循环系统)。这些硬件设计都对发动机油产生了重要影响。

涡轮增压器及其作用

涡轮增压器的作用在于增加进气量,空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料。相应增加燃料量和调整发动机的转速,就可以提升发动机的输出功率。可想而知它使得燃烧室压力更大,温度也更高。除此之外,由于缸内爆发的压力增大,导致活塞第一道环的高度增加,使得硬件不得不面对更高的温度和压力。在这样的情况下,对润滑油的热稳定性和氧化稳定性提出了较高的要求。

延迟喷油正时

通过推迟喷油正时,能够有效减少柴油机排放中NOx的浓度,而另一方面,由于喷油时期缸内压力已经很高,如果燃油没有得到及时燃烧则会出现后燃的情况,此时的风险是产生较多的烟炱。

废气再循环(EGR)

另一项重要的发动机减排技术则是废气再循环(EGR),其主要通过将废气引入燃烧室增加混合空气量的方式进一步帮助燃烧,而由于废气中原本还有的一些物质,再次燃烧之后就会产生烟炱和酸性物质。烟炱和酸含量的增加无疑对润滑油提出了更多的要求,需要其提升对烟炱、磨损、酸和腐蚀的控制。

后处理设备

在后处理技术方面,选择还原催化器(SCR)的工作原理是通过加装在尾气端的催化剂将废气中的氮氧化合物中和掉。而柴油颗粒捕集器(DPF)则主要通过细密的过滤器来拦截尾气中的颗粒物。由于这两种后处理设备主要依靠化学方式吸附和中和尾气中的污染排放物质,因而他们都会对某些化学元素比较敏感,如若不注意则会让后处理设备中毒和失效。润滑油会随着活塞和缸套间的运动进入燃烧室,未被活塞环刮回的润滑油会残留在缸套上,并随着柴油一起燃烧而进入废气。为了确保后处理设备的正常工作,润滑油中的硫、硫酸灰分和磷含量必须受到严格限制。

▼ 硬件变化对润滑油的影响
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在以上种种发动机和后处理技术研发和推入市场的同期,美国石油标准协会(API)就开始研究适应硬件变化的柴油发动机油的标准,即API CH-4标准。对比之前的API CF-4标准而言,API CH-4在磨损控制、烟炱处理、活塞沉积物控制、氧化控制和腐蚀控制多个方面全面超越API CF-4的性能。

虽然发动机的硬件设计和润滑油的规格之间没有绝对一一对应的关系,但对于建议润滑油的最低规格还是可以和发动机硬件技术和排放标准之间找到大致的参考关系。如下图所示,涡轮增压和中冷器的国二标准对应着API CF-4规格;到了国三后喷油正时和活塞设计的改变得到广泛应用,此时API CH-4规格应为国三时代车辆机油选择的最低标准;随着EGR、SCR、氧化催化剂和DPF在国四、国五和国六硬件中大量得到应用,更高规格的API CI-4、CJ-4和CK-4理应成为车辆机油的规格基准。

▼ 不同排放标准与硬件设计所对应的最低建议润滑油规格
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自2008年国3在中国全面推行以来,已经过去将近十年了。在这十年间由于车辆本身使用的淘汰周期,使得国二及更低标准成为了“淘汰标准”行列。在对车辆保有量的分析中看到,截至2015年时市场上保有车辆的最大占比的是国三排放标准车辆,淘汰标准(国二及以下)和高级标准(国四及更高)的占比大致相等。然而到了2020年时,高级标准将会占到一半以上的车辆,而淘汰标准仅占非常小的一部分。就此而言,仍在依赖API CF-4作为主流产品的润滑油制造商需要开始考虑,从车辆保有量结构来看API CF-4需求急剧萎缩之后,如何能够确保在CH-4及以上规格市场不断增长的时候仍然保持良好市场地位。




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