为了适应国内日趋严格的汽车排放法规,汽车行业做出了积极响应和努力,开发新机型,使新生产的汽车的排放水平不断提高。2019-2023年分步推进实施,中国正式进入“国Ⅵ”排放时代。
变化:国Ⅵ&国Ⅴ柴油机
为满足国Ⅵ排放法规的升级,国Ⅵ柴油机主要在发动机本体和排放后处理系统等方面均作出了相应改变。
◇ 燃烧系统:爆压提升、共轨油压(燃油喷射压力)提升;
◇ 润滑及冷却系统:国Ⅵ相比国Ⅴ冷却液流量升高,国Ⅵ冷却系统工作效率提升;
◇ 涡轮增压器:中冷前温升高,中冷前压提高;
◇ 发动机热负荷:国Ⅵ相比国Ⅴ活塞等部位的温度有所提升。
排放后处理系统变化
国Ⅵ柴油机排放处理技术路线可分为有EGR(废气再循环,位于发动机本体)和无EGR:其中采用带有EGR的技术路线,结构通常为“EGR+DOC(氧化性催化器)+DPF(柴油颗粒捕集器)+SCR(选择性催化还原)+ASC(氨逃逸催化器)”,采用此种路线的OEM(原始设备制造商)较多;采用无EGR的技术路线,尾气处理结构通常为“DOC+DPF+Hi-SCR(高转化效率选择性催化还原)+ASC”,采用此路线的OEM较少,详见图3。
SCR氮氧化物催化还原系统依然在延用,在无EGR排放技术路线中,Hi-SCR催化还原反应的效率进一步得到提高,SCR车用尿素溶液依然在国Ⅵ作为催化还原剂大量应用。国Ⅵ对PM的限值相对于国Ⅴ严格了不少,通过优化标定、进排气相位等手段已经无法让原机PM排放在满足动力性的同时还满足法规要求,因此只能通过加装DPF后处理来解决。加装ASC氨逃逸催化器的目的是对尿素催化还原过程中产生的未发生反应的氨气进行进一步的分解,降低SCR后端排气中的氨含量,进一步优化排放。
由于EGR系统废气会劣化燃烧,导致soot(烟炱)增多,EGR系统对发动机功率会存在一定的损耗,同时发动机结构、安装空间和后期维护会更加复杂。无EGR系统对SCR系统处理NOx的效率提出了更高的要求,同时PM的减少有利于DPF系统延长使用寿命和再生周期,简化发动机结构,易于后期维护,不影响发动机动力输出,对降低油耗有一定帮助。DPF主动再生方式有两种:如果采用在排气管喷射柴油,对柴油机油中的燃油稀释没有影响;如果采用在缸内喷射柴油,燃油液滴不能在排气冲程完全带走,会增加柴油机油中的燃油稀释。
应对:国Ⅵ商用车润滑油发展
面对各项法规及商用车总成结构的变化,国Ⅵ商用车润滑油必须要积极应对,其中,国VI柴油机在发动机本体以及排放后处理装置方面也有所变化,对柴油机油的性能要求相比国V有所提升。
国Ⅵ柴油机油性能要求
排放法规、节能法规、新增后处理系统、发动机喷油压力、爆压等变化均对柴机油的使用提出了新的要求,其中增加EGR虽然降低氮氧化物,但是需控制烟炱;增加DPF要求低灰分;国Ⅵ柴油机相比国Ⅴ热负荷提升,对机油高温抗氧化性能要求更加严苛。法规及发动机变化对柴油机油的新要求见图4。
低灰分
国Ⅴ阶段主流的柴油机油级别如API的CI-4和ACEA的E4/E7,采用的都是高灰分添加剂配方,灰分值大于1.0%(质量分数)。润滑油中过高的金属元素参与燃烧会生成无机盐和氧化物,造成DPF颗粒捕捉器堵塞,背压增加,严重时可损坏DPF系统。国Ⅵ排放且加装DPF尾气装置的商用车一定要选择CJ-4/CK-4或E6/E9级别的产品。未来中国自主柴油机油标准D1也将兼容国VI排放要求。
高性能
国Ⅵ阶段,绝大部分重型商用车发动机引入了EGR废气再循环系统,这对润滑油的清净分散性和抗腐蚀性能提出了更高要求。同时为应对长换油周期,要求能够更好地控制油品黏度增长老化程度,提升机油的高温抗氧化性能等;因此适配重卡国Ⅵ柴油机的油品级别将升级为CJ-4/CK-4。CK-4与CJ-4级别产品相比,抗氧化性能有所提升。国Ⅴ与国Ⅵ柴油机油性能对比见图5。
长寿命
目前100000km柴油机油技术已基本成熟,国外OEM已有150000km换油周期推荐,今后国Ⅵ阶段重点验证150000km,200000km换油周期可作为未来挑战目标。