Moottoriöljyn ikääntymisen vaikutus päästöihin dieselmoottorissa

Abstract

Tämän työn tarkoituksena on tutkia moottoriöljyn ikääntymisen vaikutusta hiukkaspäästöihin dieselmoottorissa. Hiukkaspäästöt voidaan yleensä jakaa koon mukaan kahteen eri ryhmään: 30 nm–1 μm halkaisijaltaan oleviin hiukkasiin kuuluvat akkumulaatio- ja nokimoodin hiukkaset, ja alle 30 nm hiukkasiin kuuluvat nukleaatiomoodin hiukkaset. Nukleaatiomoodin hiukkasten koostumus on jossain ajotilanteissa vähän tunnettu ja on epäilty, että yksi lähde näihin voisi olla moottoriöljyyn lisätyt lisäaineet. Työ tehtiin osana Tekesin ja yritysten rahoittamaa TREAM-projektia (Trends in real-world particle emissions of diesel and gasoline vehicles), jonka eräänä tavoitteena on tutkia, miten öljyn ikääntyminen vaikuttaa dieselhenkilöauton pakokaasupäästöihin. Hankkeen tutkimusosapuolina ovat Tampereen teknillinen yliopisto ja Metropolia Ammattikorkeakoulu. Mittaukset suoritettiin ensin ikäännyttämällä moottoriöljyä Audi A4 -moottorissa ajamalla sillä 28 000 km ilman öljynvaihtoa. Tämän jälkeen suoritettiin mittaukset ajamalla dynamometrillä NEDC-, US60- ja stedy-syklejä. Ajojen jälkeen vaihdettiin öljyt, ajettiin uudestaan samat syklit ja tuloksia verrattiin. Tuloksista nähdään auton moottorin toiminnan ja jälkikäsittelyn suuri vaikutus päästöjen koostumukseen. Hiukkassuodattimen havaittiin vähentävän pakokaasun hiukkaspäästöjen määrää samoihin lukemiin kuin ympärillä olevassa ilmassa. Uudella öljyllä havaittiin olevan erillainen suhde noki- ja nukleaatiomoodin hiukkasten välillä kuin vanhalla öljyllä. Uudella öljyllä on enemmän nokimoodin hiukkasia suhteessa nukleaatiomoodin hiukkasiin. Toisaalta havaittiin, että myös EGR:n käyttöaste vaikuttaa kyseiseen suhteeseen. EGR:n ollessa pois käytöstä nukleaatiomoodin hiukkasia oli enemmän kuin nokimoodin hiukkasia. EGR:n ollessa käytössä tilanne oli päinvastainen, kun nokimoodin hiukkasia oli enemmän verrattuna nukleaatiomoodin hiukkasiin. Kokonaishiukkaspitoisuudessa ei havaittu eroja vanhan ja uuden öljyn välillä.

The objective of this Bachelor’s thesis was to investigate the effect of engine oil aging on exhaust particulate emissions from passenger cars equipped with a diesel engine. Particulate matter (PM) can be commonly divided into two groups according to its size. The particulates with the diameter of which is from 30 nm to 1 μm are either soot mode, or accumulation mode depending on their composition. PM with diameter under 30 nm is called nucleation mode. Under some specific driving conditions, the composition of nucleation mode PM is not well-known, and it has been suspected that one of the sources could be additive substances of engine lubricant oil. This thesis was carried out as a part of TREAM-project (Trends in real world particle-emissions of diesel and gasoline vehicles) in which one of the objectives is to investigate how the oil aging effects the exhaust emissions of diesel passenger cars. The research parties are Tampere University of Technology and Helsinki Metropolia University of Applied Sciences. The measures were conducted by first aging the engine lubricant oil of Audi A4 by driving with it 28 000 km without oil change. After this, the measuring was conducted by driving on dynamometer specific cycles such as NEDC-, US06- and steady-cycles. After driving the cycles the oil was changed and measuring was conducted again with new lubricant oil in the engine and the results were compared. The results of the thesis show that the effect of engine functioning and exhaust gas after treatment on the composition of exhaust gas are very clearly visible. It was also noticed that the use of exhaust gas recirculation is effecting the amount of PM and also the composition of PM. Also it was noticed that Diesel particulate filter reduces the amount of PM to the same numbers as they are in the surrounding atmospheric air. The new engine lubricant oil seemed to have the composition of PM and relation between soot and nucleation mode was different from the old engine lubricant oil. However, the effect of oil aging on this change was not certain.