發動機基礎技術培訓(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 的極壓抗磨性 延遲和多點噴射 ， 提高燃燒效率 ，降低 NOX和顆粒排放 潤滑油中煙炱增多從而導致粘度增大 ， 要求油品具有更好的灰分控制 ， 需更多或更好的分散劑 廢氣再循環 ， 降低 NOX排放 降低油品的粘度 ， 要 求低 揮發度 增加尾氣排放系統 不完全 NOX吸附器 ， 將 NO轉 換為NO2， 再轉換為 N2和 H2O 降低Ｓ 、 Ｐ含量 不完全 NOX催化 劑 ， 將 NOX轉換為 NO2 降低Ｓ 、 Ｐ含量 在柴油中 加氧 化催 化 劑 使 烴類 、 油溶性顆粒物及 CO轉化為 CO2和 H2O 降低Ｓ 、 Ｐ含量 增加尾氣處理系統 選擇性催化還 原將 NOX轉換為 NO2 降低Ｓ 、 Ｐ含量 安裝顆粒物過濾器 ， 過濾顆粒用廢氣燒掉 降低Ｓ 、 Ｐ含量 燃油 + air CO2 + 水 完全燃燒的產物 柴油發動機 汽油發動機 （間噴式） NOx 微粒 (柴油機 ) 主要的污染 NOx CO 未燃的 HC 污染物質 污染的排放 — 汽油機與柴油機的差別 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生嚴重的威脅。 ?一氧化碳與血液中血紅蛋白結合會降低后者的氧氣輸送能力 ,可導致頭痛、眩暈，嚴重時甚至導致一氧化碳中毒 ?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失調 ?某些碳氫化合物有毒 ,可能導致眼睛、喉嚨、肺部發生過敏 ?顆粒物懸浮在空氣中會影響可見度，某些顆粒物可能致癌，導致肺部及心臟疾病 ,增加致癌率。 發動機的燃燒產物 目前我國大中城市 50%的空氣污染來自于燃油汽車的廢氣排放 CO2 NOx, CO, HC 微粒 溫室效應 （全球的 ) 主要影響 空氣品質 (地區的 ) 解決方案 后處理 對潤滑油 的影響 ?熱應力上升 ?FE(節能） 潤滑油 與后處理系統的兼容性 發動機潤滑油與燃燒產物的關系 美國排放法規與 API柴油機油的發展 發展 時間 柴油發動機 改進的目的 柴油發動機改進的內容 對運轉 的影響 對柴油機 油的影響 該階段發展的 柴機油的特性 1987 —— 大功率柴油機 —— —— CE 1990 CF4 為適應 91年的排放法規，同時提高柴油機運行的經濟性 直噴技術、電控空燃比、減少噴油提前角、延遲柴油噴入降低 NOx的排放，活塞環由矩形環變成梯形環，將環頂位置提高，消除燃燒死區，降低排氣中的顆粒含量 第一環槽溫度升高，容易在環槽內產生積碳 CE機油易產生積碳 具備更好的高溫清凈性能，允許煙炱含量34%。 1994 CG4 為達到 94年規定的柴油機排放尾氣中顆粒含量的要求 要求柴油含硫量小于%，以降低硫酸鹽顆粒的含量。 柴油機的噴油壓力增大，排氣質量改善 熱負荷增加 CF4在使用中出現較明顯的粘度增大、濾網堵塞和磨損等問題 在緩解因氧化和煙灰造成的粘度增大以及部件磨損、提高活塞清凈性方面有了進一步改善，允許煙炱含量 56% 1998 CH4 為滿足 98年進一步降低的排放標準 柴油機采用兩段活塞，進一步延遲點火，以降低NOx的排放，以及 采用電控系統 機油中煙炱增加 煙炱的處理是機油升級的關鍵 同時通過高 /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、煙炱分散性活塞環和缸套的磨損以及抗剪切性等有所提高，允許煙炱含量 89% 美國排放法規與 API柴油機油的發展 發展 時間 柴油發動機 改進的目的 柴油發動機改進的內容 對運轉 的影響 對柴油機 油的影響 該階段柴油 機油的特性 2022 CI4 滿足 2022年排放法規 NOx含量為 廢氣再循環（ EGR） 機油中煙炱大量增加 導致機油粘度上升，需要機油有更好的分散性 控制由于煙炱含量上升造成的磨損、粘度上升、活塞沉積物和機油消耗 2022 CI4+ 滿足商業化的帶有 EGR的發動機 無 機油中煙炱大量增加 導致機油粘度上升，需要機油有更好的分散性 提高了煙炱處理能力和剪切穩定性 2022 CJ4 滿足新的排放法規 采用硫燃油和后處理裝置 要求油品有進一步的元素和灰分含量限制 指標更苛刻，添加劑要求更好，見 《 規格介紹 》 歐美柴油機油的區別 歐洲柴油機油采用了一部分 API的評定項目，但為了進一步肯定油品質量，增加了自己規定的項目 與美國 比較 較緩和的項目 更苛刻的項目 增加的 臺架試驗 活塞設計的不同及其對發動機的影響 頂環槽至活塞頂的距離長； 頂環岸和氣缸之間的間隙小，竄氣量小 如果在頂環岸和氣缸之間落入一些沉積物或積碳，易被壓實 OM 364A OM 441LA 第一環槽溫度較低；積碳少 活塞易保持干凈 經過上下運動出現鏡面拋光 煙炱問題 較美國的產生煙炱少 T8(E) 磨損問題 車小，氣缸排量小，車速高、比功率大 30%、機油容量小，柴油機強化系數高 OM602A T9 M11 機油溫度高， 發生磨損較嚴重，呈缸套磨光現象； 對磨損性能要求高；要求換油周期長 歐洲驅動內燃機油發展的主要動力來自于發動機和汽車本身性能的提高，汽車排放法規是次要因素，但從 ACEA 04規格開始，兩者的關系越來越近 汽油發動機 (間噴 ) 柴油發動機 NOx CO HC NOx 微粒 三元催化劑 受磷影響 NOx 捕集器 受硫影響 微粒過濾器 受灰分影響 降低污染的排放的后處理系統 為避免催化轉化器中毒， ILSAC 要求油品的磷不斷下降，至 GF4又引入了硫含量的要求；歐洲 ACEA 2022也對元素含量有所要求。 三元催化轉化器概述 廢氣催化轉化器安裝在發動機排氣管中，通過氧化還原反應，將發動機排放的三種廢氣有害物 CO、 HC和 NOx轉化為無害的水、二氧化碳和氮氣，故又稱之為三元 (效 )催化轉化器 催化劑大都含有鉑、鍺等貴金屬或稀土元素，價格昂貴，在正常情況下，使用壽命為八萬公里左右 (國產的三元催化轉化器也能達到五萬公里以上 )，由于使用不當造成其早期失效的原因如下： ? 溫度過高 ? 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，這四種物質及它們在發動機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”現象 ? 表面積碳 ? 排氣惡化 ? 與發動機不匹配 ? 氧傳感路失效 重型柴油機尾氣凈化處理概述 對于日益嚴格的國 IV/ V排放法規 ,僅靠機內凈化已不能滿足排放要求 ,必須對排氣進行機外凈化處理 ?考慮技術發展的繼承性 ,為滿足未來國 IV/V排放 ,必須將現有燃油電控 (EFIS) 與后處理相結合 ?EFIS主要包括 CRS(包括 ACRS、 XPCRS)、 EUIS、 EUPS；后處理主要有 SCR、 DPF(或 POC) ?二者結合主要有兩種技術路線 ：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 ?這一技術方案主要是通過電控燃油高壓噴射及正時 ,優化缸內燃燒過程 ,以提高缸內 NOx為代價 ,將 PM控制在排放范圍內 ,再通過機外排氣后處理即通過 SCR裝置 ,將 NOx排放降至排放標準范圍 ,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生 NH3 ,然后與廢氣中的 NOx反應 ,進一步生產 N2和 H2O。 ?采用 SCR路線時 ,通過缸內燃燒優化 ,燃料中的硫只要少部分轉換為微粒(約 %),即使燃油含硫量較高 (最高 350ppm),顆粒排放仍可控制在國 IV/V排放標準內 ,不會因燃油含硫造成催化劑中毒 ,可使用國 III柴油達到國IV/V排放。 ?SCR包括尿素供應系統、尿素噴射及控制系統 (DCU)、催化劑系統 (SCR箱 )三部分。由于需加裝 SCR箱及尿素儲存裝置 ,系統更復雜 ,初始成本比 EGR路線高 ,也使排氣系統尺寸及整車質量增大。 SCR技術路線概述 ?EGR方案是通過降低缸內氧氣濃度及燃燒溫度 ,以控制缸內 NOx排放 ,但會造成 PM排放超標 , 。 ?所以再通過機外后處理即 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冷卻器冷卻后 ,在進氣管與空氣混合后進入缸內 ,廢氣同時降低缸內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正常工作條件下燃燒消除微粒 ,但低負荷時排氣溫度較低 ,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。單獨的 POC裝置效率較低 ,但 國 IV階段 ,單獨采用也可達到微粒排放要求。 ?主動再生是通