禚爰紅，劉亞飛，劉 波

（重慶車(chē)輛檢測(cè)研究院國(guó)家客車(chē)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，重慶 401122）

目前，為滿足國(guó)IV以及更高的汽車(chē)尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，越來(lái)越多的柴油車(chē)生產(chǎn)企業(yè)和公交服務(wù)系統(tǒng)開(kāi)始傾向于選擇催化還原，即SCR后處理技術(shù)路線[1-2]。北京、天津、蘇州、杭州等多個(gè)城市的公交系統(tǒng)和客運(yùn)公司都開(kāi)始批量采用SCR后處理凈化系統(tǒng)的柴油車(chē)輛營(yíng)運(yùn)。而這些配備SCR后處理系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，由于在機(jī)內(nèi)設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)油耗進(jìn)行了最大限度的優(yōu)化[3]，因此，在燃料消耗量的法規(guī)檢驗(yàn)中的油耗結(jié)果較低。但是SCR系統(tǒng)需要額外消耗尿素水溶液來(lái)降低NOx排放物[4]，這增加了用戶(hù)的使用成本。因此，筆者認(rèn)為，針對(duì)采用SCR后處理技術(shù)路線的柴油商用車(chē)輛，在測(cè)量其燃料消耗量時(shí)，不應(yīng)該僅考慮燃料本身的消耗量，而應(yīng)該同時(shí)檢測(cè)尿素水溶液的消耗量[5]，并在產(chǎn)品信息中加以說(shuō)明。

1 檢驗(yàn)過(guò)程

為進(jìn)一步證明測(cè)量尿素水溶液消耗量的必要性和可行性，筆者依據(jù)GB/T 27840-2011[6]中規(guī)定的檢驗(yàn)方法，在對(duì)兩輛配備SCR后處理系統(tǒng)的商用車(chē)輛進(jìn)行正常的燃料消耗量檢測(cè)的同時(shí)，采用比較直觀的稱(chēng)重法對(duì)尿素水溶液消耗量也進(jìn)行了測(cè)量。

標(biāo)準(zhǔn)[6]規(guī)定的C-WTVC循環(huán)由三部分組成，分別模擬市區(qū)工況、公路工況和高速工況。此次檢驗(yàn)將完整的C-WTVC循環(huán)的三種工況分開(kāi)，分別對(duì)每種工況單獨(dú)進(jìn)行檢驗(yàn)，以便測(cè)得每種工況下的尿素水溶液消耗量和燃料消耗量。

1.1 檢驗(yàn)條件

燃料消耗量常規(guī)檢驗(yàn)所需的儀器設(shè)備有底盤(pán)測(cè)功機(jī)、油耗儀、溫度計(jì)、壓力表等；測(cè)量尿素水溶液消耗量所需儀器設(shè)備有稱(chēng)重用的量程為30kg、精度為1g的電子秤和一套液體密度計(jì)。與此同時(shí)，利用SCR后處理診斷儀連接到整車(chē)CAN通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)催化器入口溫度和尿素水溶液噴射情況[7]。

選取配套SCR后處理系統(tǒng)的客車(chē)和貨車(chē)檢驗(yàn)樣車(chē)各一輛。試驗(yàn)開(kāi)始前，先對(duì)樣車(chē)的尿素容器固定裝置進(jìn)行改裝，以求能夠快速拆裝，便于稱(chēng)重。

1.2 檢驗(yàn)過(guò)程

1）樣車(chē)在試驗(yàn)臺(tái)架上充分預(yù)熱后，拆下尿素容器。使用電子秤對(duì)其進(jìn)行第一次稱(chēng)重，完成后立即裝復(fù)。

2）依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行市區(qū)工況的燃料消耗量測(cè)試，結(jié)束后拆下尿素容器進(jìn)行第二次稱(chēng)重，完成后立即裝復(fù)。

3）依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行公路工況的燃料消耗量測(cè)試，結(jié)束后拆下尿素容器進(jìn)行第三次稱(chēng)重，完成后立即裝復(fù)。

4）依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行高速工況的燃料消耗量測(cè)試，結(jié)束后拆下尿素容器進(jìn)行第四次稱(chēng)重。

5）使用密度計(jì)測(cè)量尿素水溶液的密度（1.090kg/L），將稱(chēng)重結(jié)果從質(zhì)量單位換算為體積單位。

1.3 注意事項(xiàng)

1）樣車(chē)在整個(gè)檢驗(yàn)開(kāi)始之前必須要充分預(yù)熱，因?yàn)槔滠?chē)起動(dòng)初期排溫較低，SCR不能及時(shí)滿足尿素起噴的溫度條件，這將導(dǎo)致所測(cè)量的尿素水溶液消耗量偏低。

2）拆卸尿素容器時(shí)，要從距離尿素容器最近的快裝接頭處拆開(kāi)容器與樣車(chē)的連接，并盡量避免管路中的尿素水溶液外漏，帶來(lái)測(cè)量誤差。

3）裝拆過(guò)程動(dòng)作幅度要盡量小，因?yàn)闄z驗(yàn)時(shí)間短，每次測(cè)得的尿素水溶液消耗量最低可能僅有幾十克，測(cè)量結(jié)果容易受外界影響。

1.4 工況分析

1）市區(qū)工況。市區(qū)工況持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)900 s，但樣車(chē)怠速時(shí)間比例超過(guò)15%，平均車(chē)速僅為22.9km/h左右，行駛距離5.7km左右，全程平均排氣溫度較低。SCR系統(tǒng)在樣車(chē)怠速狀態(tài)和發(fā)動(dòng)機(jī)排溫低于200℃的條件下不噴射尿素水溶液。期間尿素水溶液噴射量應(yīng)較少。

2）公路工況。公路工況持續(xù)時(shí)間468 s，樣車(chē)怠速時(shí)間30 s左右，平均車(chē)速43.7km/h，行駛距離5.6km左右。車(chē)速上升致使發(fā)動(dòng)機(jī)排溫升高，尿素水溶液噴射量應(yīng)比市區(qū)工況明顯增加。

3）高速工況。高速工況持續(xù)時(shí)間432 s，樣車(chē)怠速時(shí)間比例僅為1.4%，全程最高車(chē)速超過(guò)85km/h，行駛距離達(dá)到9km左右。催化器入口溫度從未低于200℃，SCR系統(tǒng)全程正常噴射尿素水溶液。高速工況尿素水溶液消耗量應(yīng)最高。

2 檢驗(yàn)結(jié)果及成本分析

2.1 檢驗(yàn)結(jié)果

依據(jù)瞬態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)，計(jì)算出以上三種工況下樣車(chē)催化器入口平均溫度和燃料消耗量，再根據(jù)幾次稱(chēng)重得到的結(jié)果，整理出該三種工況下的尿素水溶液消耗量。客車(chē)樣車(chē)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表1 客車(chē)樣車(chē)檢驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)向SCR系統(tǒng)廠家了解，尿素水溶液噴射量的控制受催化器前端溫度影響最大，而排氣溫度與車(chē)輛運(yùn)行的工況有著緊密的聯(lián)系。按照SCR尿素水溶液噴射的常規(guī)控制策略，車(chē)輛在怠速狀態(tài)或者當(dāng)催化器入口溫度低于200℃的情況下，由于轉(zhuǎn)化效率非常低，系統(tǒng)是完全不噴射尿素的[8]；當(dāng)溫度在200℃～350℃之間時(shí)，尿素水溶液噴射量也是隨著溫度的升高而逐步增加[9]。從表1中可以看出，市區(qū)工況測(cè)得的尿素水溶液消耗量較少；公路工況測(cè)得的尿素水溶液消耗量明顯上升；高速工況測(cè)得的尿素水溶液消耗量占燃料消耗量的比例最高。

為了進(jìn)一步了解尿素水溶液消耗量的情況，按照相同的檢驗(yàn)方法，對(duì)另一輛配備SCR后處理系統(tǒng)的貨車(chē)進(jìn)行檢驗(yàn)，測(cè)得結(jié)果與客車(chē)樣車(chē)相近。具體如表2所示。

表2 貨車(chē)樣車(chē)檢驗(yàn)結(jié)果

表1和表2的試驗(yàn)結(jié)果顯示，在相同工況下，兩輛樣車(chē)的尿素水溶液消耗量與燃料消耗量比例相近。表面上似乎有相對(duì)穩(wěn)定的比例關(guān)系，但究竟怎樣，還需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)才能得出結(jié)論。

2.2 尿素水溶液消耗量使用成本

依據(jù)上述公式，分別計(jì)算兩輛樣車(chē)的燃料綜合消耗量和尿素水溶液綜合消耗量，具體如表3所示。

表3 綜合尿素水溶液消耗量與綜合燃料消耗量結(jié)果

通過(guò)市場(chǎng)了解，專(zhuān)門(mén)用于SCR后處理系統(tǒng)的濃度為32.5%的尿素水溶液，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)格在10元/L左右，而進(jìn)口的價(jià)格高達(dá)20元/L，甚至更高。由于這種專(zhuān)用尿素水溶液的生產(chǎn)以及銷(xiāo)售渠道，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到普通燃料的供應(yīng)能力，大部分使用單位都只能采用遠(yuǎn)程運(yùn)輸、大量倉(cāng)儲(chǔ)的方法貯存。很多用戶(hù)反映，使用1 L尿素水溶液的總成本比購(gòu)買(mǎi)1 L 0#柴油的花費(fèi)更高。依據(jù)上述檢驗(yàn)得到的尿素水溶液消耗比例以及尿素的市場(chǎng)價(jià)格判斷，尿素使用成本與燃料使用成本的比例可能超過(guò)8%。

另外，筆者認(rèn)為，采用SCR路線車(chē)輛的燃料消耗量合格判定，應(yīng)該考慮尿素水溶液消耗量的影響。依據(jù)尿素水溶液和0#柴油目前的市場(chǎng)價(jià)格關(guān)系，假定尿素水溶液消耗量與燃料消耗量的容積結(jié)果當(dāng)量比為1:1，將上述檢驗(yàn)測(cè)得的尿素水溶液消耗量與燃料消耗量直接相加，分別得到兩輛樣車(chē)的尿素水溶液與燃料的總體消耗量，筆者稱(chēng)其為燃料當(dāng)量消耗量（L/100km），如表4所示。

表4 尿素水溶液與燃料的總體消耗量

上述的兩輛樣車(chē)，其單純的燃料消耗量結(jié)果能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)限值的要求，但是如果用增加尿素水溶液以后的燃料當(dāng)量消耗量與燃料消耗量限值比較，貨車(chē)樣車(chē)的綜合結(jié)果剛剛滿足限值要求，而客車(chē)樣車(chē)的綜合結(jié)果已經(jīng)超出限值的要求了。

采用SCR系統(tǒng)的車(chē)輛，尿素水溶液消耗量將不可避免地增加用戶(hù)的使用成本，而且國(guó)外SCR技術(shù)路線的研發(fā)者們，在宣傳該路線的節(jié)油效果時(shí)，都是將理論上需要的尿素消耗成本考慮其中的[10]。因此，筆者建議，針對(duì)配備SCR系統(tǒng)的重型柴油車(chē)，在進(jìn)行燃料消耗量檢驗(yàn)時(shí)，同時(shí)檢測(cè)尿素水溶液消耗量，并以適當(dāng)?shù)姆椒▽⒛蛩叵牧空鬯愠扇剂舷牧康玫骄C合消耗結(jié)果，或者另外增加尿素水溶液消耗量限值，從而更直觀地體現(xiàn)SCR系統(tǒng)的節(jié)油性能。

3 結(jié) 論

1）采用SCR后處理技術(shù)路線的重型柴油車(chē)，在進(jìn)行燃料消耗量檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該同時(shí)檢驗(yàn)?zāi)蛩厮芤旱南牧?，并以適當(dāng)方式體現(xiàn)出來(lái)。

2）相同的運(yùn)行工況下，尿素水溶液消耗量與燃料消耗量似乎有相對(duì)穩(wěn)定的體積比例關(guān)系，建議進(jìn)行大量試驗(yàn)驗(yàn)證。

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