汽車排放控制技術及潤滑油對其影響淺析

朱鏡瑾　王丹丹

【摘 要】隨著我國經濟的迅猛發展，汽車保有量在全國范圍內急劇上升，人們的交通越來越便利，但同時，汽車排放污染也越來越威脅人們賴以生存的環境。因此，積極研究汽車排放控制技術，研制環保型，低排放汽車，已是刻不容緩的課題。現今，控制汽車排放的技術為機內凈化和排放后處理凈化兩類。隨著先進排放后處理技術的應用，燃油及潤滑油對排放的影響也越來越凸顯，排放控制對油品的質量要求也越來越高。潤滑油油品如何適應先進排放后處理技術是一個正在研究的課題。

【關鍵詞】潤滑油；汽車排放；控制技術

【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嚴重，汽車排放的污染物正使藍天變少，霧霾增多，并已對人們的健康構成威脅。所幸，人們已開始意識到污染的嚴重性。為了有效控制汽車尾氣所帶來的污染，各國都對汽車排放污染制定了相關的限制性法規，并且要求越來越嚴格。我國對汽車排放控制的法規也在不斷加強與完善，如今，國Ⅴ標準已逐漸普及。汽車廠商為了更好發展，也在大力研發控制汽車排放污染的技術并已有成效。為了使汽車排放控制技術成效顯著，一定要考慮其影響因素，并把這些不利因素降低。本文主要從潤滑油方面來闡述其對汽車排放控制技術的影響。

1.汽車排放控制技術

1.1機內凈化技術

1.1.1多氣門技術

多氣門發動機是指每一個氣缸的氣門數目超過兩個，即兩個進氣門和一個排氣門的三氣門式；兩個進氣門和兩個排氣門的四氣門式；三個進氣門和兩個排氣門的五氣門式。多氣門發動機能吸進更多的空氣來混合燃油，燃燒充分，更快地排出廢氣，排放污染少，能提高發動機的功率和降低噪音的優點，符合優化環境和節省能源的發展方向。

1.1.2燃燒系統的優化

燃燒系統的優化主要圍繞兩個方面：改善缸內的氣流和采用緊湊的燃燒室。改善缸內氣流是通過增強缸內混合氣的渦流和紊流進行的，可采用螺旋進氣道或利用可變的截止閥增強缸內渦流擾動，加強油氣混合，實現快速和完全燃燒，降低廢氣排放；緊湊燃燒室可通過減少不參與燃燒的縫隙容積的措施。即將活塞第一環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

稀薄燃燒技術是提高發動機的空燃比，傳統發動機理論空燃比是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的濃度會明顯減少。此技術是降低汽油機排放提高發動機性能的主要研究方向。在稀薄燃燒技術應用的同時，通常與分層燃燒技術、緊湊的燃燒室形狀、火花塞結構及布置位置的改善等技術協調應用。

1.2機外凈化技術

1.2.1廢氣再循環控制技術

廢氣再循環將一定數量的廢氣引入發動機進氣管道，利用惰性氣體的高比熱值及不可燃特性使發動機的燃燒溫度降低氧的濃度減從而有效的控制發動機NOx的排放。但在發動機處于怠速、小負荷、低轉速及冷啟動工況時，廢氣的再循環量必須要嚴格控制以保證發動機的性能。

1.2.2三元催化轉換器

三元催化轉換器是安裝在汽車排氣系統中最重要的機外凈化裝置。它可將汽車尾氣排出的CO、HC和NOx等有害氣體通過氧化和還原作用轉變為無害的二氧化碳、水和氮氣。當高溫的汽車尾氣通過凈化裝置時，三元催化器中的催化劑將增強CO、HC和NOx三種氣體的活性，促使其進行一定的氧化-還原化學反應。三元催化器的轉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。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控制。但在低溫起動、暖機、急加減速等開環情況下，三元催化轉換器效率較低，排放污染物就會增加。為了改善低溫起動性能，一般采用緊湊耦合催化器。這種催化器的安裝位置距發動機較近，一般體積和熱容量都比較小，有利于快速起燃，熱容量較小、激活時間短可顯著減少冷啟動階段的HC的排放。

2.潤滑油品對三元催化器的影響

潤滑油稱之為發動機的“血液”，潤滑油在發動機的正常運行中起著至關重要的潤滑作用。在汽車排放的問題上，潤滑油的影響也不容小窺。經國內外的研究得出，潤滑油組分及配方對排放后處理裝置的性能及其耐久性有影響，從而進一步影響汽車排放。

潤滑油通常由基礎油添加各種添加劑調和而成。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、流點改善劑、粘度指數增進劑等類型。其中金屬清凈劑以及抗氧抗磨劑中的金屬灰分以及硫、磷等對汽油發動機的三元催化轉化器以及先進柴油發動機的排放后處理裝置均有一定的影響。

潤滑油中的磷含量主要來自于ZDDP添加劑，ZDDP添加劑是潤滑油添加劑中的抗氧抗腐劑。起初，為了減少潤滑油中磷對催化劑的中毒影響，主要是盡量減少潤滑油油耗，而其實磷對催化劑的中毒來自兩部分，一部分來自油耗，一部分是揮發性的磷。1994年，從GF-1油品規格開始，對潤滑油中的磷含量進了強制限制，并于2005年進一步減到GF-4規格的磷含量要求不大于0.08%。而在GF-5規格中，對磷揮發性比例的限制進一步嚴格。

有報道稱，對潤滑油中的磷元素、硼元素對三元催化轉化器的影響進行了研究。研究中用四種催化劑在同一輛車上進行實驗，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滑油，兩輛車使用含硼的潤滑油。研究發現，使用含磷潤滑油的兩輛車上的催化劑與使用含硼潤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動機臺架上進行試驗，實驗結果發現，從使用含磷的潤滑油的車上取下的催化劑在前期就開始失活。使用了含磷的潤滑油的催化劑有磷元素的沉積，說明磷元素使催化劑中毒，從而使得使用含磷潤滑油的汽車排放較高。

福特公司曾用四個已行駛較高里程的福特汽車進行了試驗，試驗結果表明磷含量對汽車的冷起動性能有很強的影響，并且磷含量對冷啟動HC排放的影響可以潛在地影響一個汽車是否能通過排放標準認證。研究表明，低揮發性的ZDDP相對于傳統的ZDDP來說，由于減少了磷對催化劑失活的影響，對HC、 NOx、CO排放有較大的影響。因此，由于潤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，隨著環保的要求，一些潤滑油廠商已經開發出一些含硼的添加劑來替代含磷的添加劑。

3.潤滑油品對微粒捕集器的影響

潤滑油中的硫酸鹽灰分和油中的金屬含量呈正比，潤滑油中的金屬主要來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，并根據金屬的不同主要有鈣鹽和鎂鹽金屬清凈劑。在發動機運行過程中，會有一部分潤滑油會進入燃燒室參與燃燒，燃燒后，潤滑油所生產的一部分無機物灰分會被廢氣帶走，沉積在捕集器上，減小捕集器的孔徑，導致發動機背壓增高，會影響催化劑的起燃溫度，進而影響冷起動性能；同時由于頻繁的再生，會縮短后處理系統的壽命，且導致發動機功率減小。同時由于這些灰分不能燃燒掉，只能依靠物理的方法去除，據研究，低硫酸鹽灰分的油可以減少捕集器上的沉積物，從而延長捕集器的壽命。在JCAP II項目中，研究發現，用低灰分的潤滑油（硫酸鹽灰分=1.31和0.96）比用高灰分的潤滑油（硫酸鹽灰分=1.70） 捕集器壓力降增加小。隨著發動機技術對廢氣排放后處理系統的依賴，低硫酸鹽灰分的油品更適應發動機要求，滿足未來排放法規要求。

4.結論

總之，汽車排放控制技術正快速發展著，潤滑油品對排放的影響研究也在積極進行中。通過對油品的不斷升級，更能利于排放控制，我們的環境問題能得到大力改善。 [科]

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