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fyrsummer的博客

我在慢慢长大、变老。。。。

 
 
 

日志

 
 

国III和国IV执行标准对发动机油的影响  

2010-06-13 13:59:00|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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前言:我国汽车工业的迅猛发展,一方面有力促进了国民经济的快速增长,日益提高人们的生活质量和层次;但另一方面,汽车尾气排放量也随之不断增加,严重影响了环境和威胁到人们的身体健康,因此,执行严格的排放法规势在必行。而且随着汽车生产量和保有量的持续增加,更加严格的排放法规将会不断颁布和实施。

日益严格的排放法规推动着发动机制造商不断采用新的发动机技术,同时也推动着润滑油调和厂和添加剂生产商不断推出节能环保产品。因此,国III和国IV标准的正式实施,必然对国内的发动机润滑油的配方和添加剂生产商产生直接的影响。

 

关键词: 国III、IV排放标准  发动机油  节能  环保

 

汽车行业的发展和国IIIIV标准的推出

近年来,我国经济持续快速增长,国内机动车产量和保有量迅速增长,截至到2009年底,我国汽车保有量已经达到7619.31万辆,与上年相比,增加1152.10万辆,增长17.81%。随着国家振兴汽车产业等诸多国家政策的支持,在未来相当长的一段时间内,我国的汽车产业还有巨大的发展空间。汽车在给人们生活带来越来越多便利的同时,汽车尾气排放也成为许多大城市的第一大空气污染源。各级政府和普通民众对汽车节能、环保的呼声也越来越大。

拿北京来说,北京市环保局提供的数据显示,目前北京的汽车保有量超过300万辆,且还在以每天超过1000辆的速度增长。汽车尾气排放的污染物,占京城全部空气污染物总量的三分之一。机动车保有量的增长肯定要受着环境容量的极大制约,要使环境能容纳更多的机动车,就必须降低单车污染排放负荷。由于我国的轿车车型大多从欧洲引进生产技术,我国大体上采用欧洲标准体系,即国III、国IV、国V分别相当于欧III、欧IV、欧V。

早在2005年,国家环保总局正式颁布国家标准GB18532.3-2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》、GB17691-2005《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法》,这两项国家标准规定:自2007年7月1日起,所有新定型车辆必须符合标准中规定的核准排放限值,2008年的7月1日起停止销售和注册登记仅达到国Ⅱ排放标准的车辆,我国车辆排放法规开始实施的具体时间和对排放物的具体要求分别见表一和表二:

表一:我国车辆排放法规开始实施的时间

规格

轻型车(汽油车)

重型车(柴油车)

国III(相当于欧III*)

2007年7月1日

(GB 18352.3-2005)

2007年1月1日

(GB17691-2005)

国IV(相当于欧IV)

2010年7月1日

(GB 18352.1-2005)

2010年1月1日

(GB17691-2005)

国V(相当于欧V)

——

2012年1月1日

(GB17691-2005)

 

表二:我国车辆排放法规对排放物的具体要求:单位(g/km)

 

规格

轻型车(汽油车)

重型车(柴油车)

 

CO

NOX

HC

 

NOX

PM

国Ⅱ(相当于欧Ⅱ)

2.3

0.3

 

8.0

0.25

国III(相当于欧III*)

2.3

0.15

0.2

 

5.0

0.10

国IV(相当于欧IV)

1.0

0.08

0.1

 

3.5

0.02

国V(相当于欧V)

 

 

 

 

2.0

0.02

 

从上表可以看出,根据欧洲标准,我国的轻型汽油车的排放标准要求越来越严格,尾气中一氧化碳(CO)含量从2.3g/km, 降到欧IV标准的1.0g/km. 而NOx和HC的含量分别从0.15g/km 和0.2g/km 降到0.08g/km 和0.1g/km。而对重型柴油车来说,NOX和PM(微粒)的含量分别从5.0g/km和0.1g/km降到3.5g/km和0.02g/km.从这些数据表明,汽车排放物的限值趋于更加严格。

 

从2007年开始,国III标准已经在全国范围内全面实施。国IV标准也已经于2008年在北京和上海等大城市推广试行。排放标准的提高,将对汽车发动机系统,汽车尾气装置,对燃料油和润滑油等诸多方面产生一系列的影响和提出更高的要求。

 

IIIIV标准的实施对汽车发动机以及润滑油的要求

 

一、严格的排放标准对汽车的要求:

 

要让汽车排放达到欧III和欧IV排放标准,对汽车的设计和设置来说,就需要采用更先进的排放控制技术。国外的机动车排放污染物控制技术的发展有以下几个过程。其一,是源头削减,如采用稀薄燃烧技术,废气再循环技术(EGR)等新技术在发动机上的应用。其二,是末端治理技术,如采用三元催化装置等。其三,是运用现代电子技术,对整车进行综合监控和调节,是尾气排放更少,行驶状态更佳,如安装电子点火系统,OBD车载诊断系统等。OBD(On-Board Diagnostic) 技术的核心是电脑在检测出尾气排放值超标后,会自动发出预警,同时OBD系统还自带一个故障指示器(MI),可以指出造成尾气排放超标的故障源,比如点火系统,燃油系统以及润滑油系统等出现的故障。另外,在超标排放时,OBD系统还可以使发动机进入永久的排放默认工作模式,以保证达到排放限值。这一系统最能体现欧III和欧IV排放标准的技术内涵。其四,是汽车以电喷加三元催化为主导,这一技术适用于重型车。其五,是生产稀薄燃烧发动机的低排放车型。

二、严格的排放标准对车用润滑油的要求

 

第一、需要尽量降低发动机润滑油的硫、磷含量。润滑油中的硫磷含量一方面保证机油的抗磨减摩性能,保护发动机,但另一方面,组成中的硫、磷产物会对汽车尾气催化转化器中催化剂产生中毒作用。如何在这两者中找到平衡,是长期以来润滑油科技发展的一个重点。但随着节能环保的要求和呼声越来越高,发动机润滑油限制硫、磷含量是必然的趋势。

从GF-3到GF-4规格,要求汽油机油中的磷含量不超过0.08%,不小于0.06%,硫含量不超过0.05%。在2009年12月份最新通过的GF-5规格,虽然硫磷的含量基本没有变化,但这已经是在长时间的争议下暂时的妥协。可以明确的说,从长期来看,这种趋势依然会持续。详细的GF-3,GF-4,GF-5的标准变化见表三:

 

表三   ILSAC GF-3, GF-4与GF-5规格的进化:

 

项目

ILSAC GF-3

ILSAC GF-4

ILSAC GF-5

试验方法

磷含量,%

硫含量,%

 0W/XX

 5W/XX

 10W/XX

抗磨性/um

  气阀磨损

 

燃油经济性,%

SAE XW-20

 

SAE 0W/30,5W/30

 

SAE10W/30和其他

抗氧性(高温沉积物)/mg

  0.10

 

 

 

 

 

 120

 

 

FEI 1 2.0

FEI2  1.7

FEI 1  1.6

FEI 2  1.3

FEI 1  0.9

FEI 2  0.6

 

  45

0.06      0.08

 

0.5

0.5

0.70

 

90

 

 

FEI 1 2.3

FEI 2 2.0

FEI 1 1.8

FEI 2  1.5

FEI 1 1.1

FEI 2 0.8

 

35

0.06    0.08

 

0.5

0.5

0.6

 

90

 

 

FEI SUM  2.6

FEI 2     1.2

FEI SUM 1.9

FEI 2   1.2

FEI SUM 1.5

FEI 2  0.6

 

35

ASTM D4951

ASTM D4951

 

 

 

程序IVA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TEOST MHT

   

第二、由于发动机构造不断精密以及节约燃料的要求不断提高,低粘度油将越来越受到青睐和普及。

汽车润滑油的发展伴随着汽车发动机构造的不断精密化和技术含量不断提升,发动机的摩擦副已经被先进的制造工艺处理的非常光滑,低粘度的机油在光滑的摩擦副表面润滑效果更好,使用低粘度机油是发动机技术发展的需要,现代技术制造的发动机越来越精密,发动机的间隙也是越来越小,精密的发动机已经不需要依靠机油的大粘度来提高发动机的密封性,低粘度的机油完全可以满足精密发动机的密封需求。

 

世界各大汽车制造商已经一致在推广使用低粘度机油作为汽车的初装油以及售后服务用油。由日本汽车制造商协会及通用汽车、福特汽车和戴姆勒克莱斯勒汽车共同制定的GF-4规格的汽油机油,只有10W/30、5W/30、0W/30、5W/20、0W/20这五个粘度级别,也就是说在日本和欧美这些汽车大国也都是在使用低粘度机油,低粘度机油完全能够满足各种汽车的需要。低粘度机油带给曲轴运行时的粘性阻力要小,以及在机油整个循环过程中粘性阻力也在减少,粘性阻力小意味着发动机消耗的燃料会相应减少。大量试验表明,使用多级油比运用单级油大约节约燃油2%左右。从表3我们也可以看出,燃油经济性以及燃油经济性的保持能力是GF-3到GF-5标准持续关注的重点。燃油消耗的减少,意味着尾气的排放也会相应减少,也就是说低粘度机油对排放和环保更加有力。

 

润滑油如何应对不断严格的排放标准

 

首先,如何在保证合适的极压抗磨性能来保护汽车发动机的同时又尽量能降低机油中的硫、磷含量,特别是磷的含量。 我们知道,润滑油中硫含量除了来自基础油本身外,另一个就是添加了各种含硫的添加剂,比方说常用的清净剂、极压抗磨剂和抗氧防腐剂。特别是人们常用的二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)的使用,虽然该添加剂具有抗磨抗氧等多重功效,但由于硫、磷含量较高,所以长期以来润滑油行业在不断寻找其替代品,并想办法尽量减少其在内燃机油中的使用。

 

    第二、 针对低粘度油不断扩大使用的趋势,如何保证油品的极压抗磨和提高其节能减摩性能也是我们必须关注的重点。使用低粘度多级油具有节能环保等优点,但我们必须注意到,低粘度油的不足之处在于油膜强度。由于低粘度机油常常使用低分子烃类基础油,油膜的抗磨强度难以得到保证,从而不能保证对发动机有很好的保护。

 

如何寻找硫、磷含量较低而又具有良好抗磨、减摩节能和环保的添加剂产品就成为整个润滑油行业的现实需求和迫切任务。正如一句名言所说:“历史的需求是科技发展的真正动力。”有机钼添加剂正好适应了这种时代的需求,它硫磷含量不高,添加到机油中可以有效提高机油的抗磨减摩性能,弥补低粘度多级油的油膜不足的弱点,同时提高燃油经济性、节约燃料,并且与其他常见的抗磨减摩剂有很好的协同效果,可以有效地降低二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)在机油中的加入量,真正是一种提高抗磨、保护发动机和节能环保的产品。目前市场上许多的润滑油复合剂产品都含有有机钼添加剂成分。下面简要介绍太平洋联合石油化工有限公司推出的POUPC1001产品的试验数据:

 

(1) 有机钼POUPC1001抗磨减摩性能试验:

 

试验用油 API/ CF-4(15W/40),其配方如下:

 基础油:400SN 20w%;150SN 50w%; 150BS 10w%;

PPT-248(Romhax公司) 0.5w%;

SV260(Infineum 公司) 11.3w%;

 HITEC1275(Alfton公司) 8.2w%,  

 

试验结果如以下图示:

 

 

 

 

 

0.0% 加剂量

0.3% 加剂量

0.5%加剂量

35kgf

40kgf

35kgf

40kgf

35kgf

40kgf

最大摩擦力

4.23

43分钟油膜破裂

3.409

3.516

3.303

3.462

平均摩擦力

3.73

3.226

3.317

3.021

3.285

最大摩擦系数

0.305

0.097

0.088

0.053

0.051

平均摩擦系数

0.196

0.086

0.084

0.047

0.041

磨斑直径(mm)

0.464

0.338

0.394

0.326

0.342

(2) 有机钼POUPC1001产品与ZnDDP(T202)的减摩抗磨协同效应:

 

•          试验条件: 试用油: 大连150SN基础油

                  试验机: MS-8A四球机 加载载荷:60kgf  

转速  :1450rpm   试验时间:60min  起始温度:40 ℃   

试验结果图示:

 

 

从上面试验我们可以看出,有机钼是一种具有综合性能的添加剂产品,它们硫磷含量不高,但具有良好的抗磨、减摩节能功效,而且与其他的常见的抗磨抗氧剂具有良好的协同效果,进一步降低润滑油成品中的硫、磷含量,更加有利于节能和环保。

 

环保和节能是当今全世界面临的两大主题。国III、国IV 排放标准的实施也只是我们润滑油行业在这一进程中所面临的两个小小的台阶而已。我相信,随着时代和科技的进步,随着我们对环境保护的意识越来越加强,我们的汽车会越来越环保;我们的润滑油会越来越环保;我们的添加剂也将越来越环保。

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