張金輝

（第一拖拉機股份有限公司大拖公司，河南 洛陽 471004）

2014 年5 月16 日，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布GB 20891—2014《非道路移動機械用柴油機排氣污染物排放限值及測量方法（中國第三、四階段）》，2020 年12 月28 日發(fā)布HJ 1014—2020《非道路柴油移動機械污染物排放控制技術(shù)要求》，自2022 年12 月1 日起，所有生產(chǎn)、進口和銷售的560 kW 以下（含560 kW）非道路移動機械及其裝用的柴油機，需符合“國四”標(biāo)準(zhǔn)要求[1]。非道路移動機械“國四”標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行落地，對37 kW～560 kW 段特別是51.5 kW～147 kW 段（70～200 馬力）農(nóng)用輪式拖拉機產(chǎn)品的改進設(shè)計、市場銷售所造成的影響，遠超“國三”切換時代。農(nóng)機360 點擊數(shù)顯示，2022 年全國拖拉機點擊數(shù)為51.76萬臺，2023 年僅為22.09 萬臺，同比下降57.32%。配備非道路“國四”柴油機的大馬力拖拉機，經(jīng)受住了2023 年的市場檢驗，逐步得到用戶認(rèn)可。但其獨特的“國四”產(chǎn)品新結(jié)構(gòu)、新性能，在上市初期也暴露出了一些明顯問題。為更好地滿足用戶的多元化需求，在其后續(xù)的發(fā)展中還需要進行持續(xù)性的適應(yīng)性改進。

1 “國四”大馬力拖拉機的鑒定與上市

1.1 “國四”大馬力輪式拖拉機全國鑒定信息匯總

1.1.1 全國鑒定數(shù)據(jù)匯總

通過查詢?nèi)珖r(nóng)業(yè)機械試驗鑒定管理服務(wù)信息化平臺，按照DG/T 001—2019《農(nóng)業(yè)輪式和履帶拖拉機》鑒定大綱要求完成輪式拖拉機產(chǎn)品鑒定的機型中，70 馬力及以上的機型已有1 580 余款，分別來自240 家生產(chǎn)制造企業(yè)，其中100 馬力及以上的機型有1 027款，分別來自198 家生產(chǎn)制造企業(yè)。

1.1.2 主要制造集群鑒定總量占比

國內(nèi)主要的四個拖拉機產(chǎn)業(yè)集群分別占已完成鑒定的70 馬力及以上的拖拉機制造廠家數(shù)量及機型數(shù)量的78.8%和84.4%。其中，以濰坊為中心、以濰柴雷沃為主力的山東拖拉機產(chǎn)業(yè)集群，占比分別為57.3%、63.7%；以洛陽為中心、以中國一拖為主力的河南拖拉機產(chǎn)業(yè)集群，占比分別為7.9%、8.1%；以常州東風(fēng)和沃得農(nóng)機兩大企業(yè)為主的江蘇拖拉機產(chǎn)業(yè)集群，占比分別為8.3%、9.7%；以寧波為中心、以“野”字頭企業(yè)為主的浙江拖拉機產(chǎn)業(yè)集群，占比分別為5.4%、2.9%。由此數(shù)據(jù)來看，隨著“國四”時代的到來，大馬力拖拉機制造集群集中化趨勢更加明顯。

1.2 “國四”大馬力輪式拖拉機上市情況

1.2.1 “國三”拖拉機上市回顧

非道路移動機械“國三”標(biāo)準(zhǔn)的實施過程分為三個階段。第一階段，自2015 年10 月1 日起，非道路移動機械用柴油機的制造和銷售須符合要求；第二階段，自2016 年4 月1 日起，除農(nóng)用機械外的非道路移動機械不得裝用不符合“國三”標(biāo)準(zhǔn)要求的柴油機；第三階段，自2016 年12 月1 日起，所有制造、進口和銷售的農(nóng)用機械不得裝用不符合“國三”標(biāo)準(zhǔn)要求的柴油機[2]。對于大馬力拖拉機來說，“國二”到“國三”的變化，主要集中在發(fā)動機性能上，整機其他系統(tǒng)所涉及的改動不大。從2016 年下半年開始，各主要制造企業(yè)陸續(xù)在市場上推出了機型數(shù)量可觀的“國三”大馬力拖拉機商品。2017 年，“國三”農(nóng)機切換后的第一年，行業(yè)骨干企業(yè)全年大中型拖拉機銷量為23.15 萬臺，在同比下降30.4%的情況下，“國三”新機型商品車仍持續(xù)上市。

1.2.2 “國四”拖拉機銷售現(xiàn)狀

非道路移動機械“國四”標(biāo)準(zhǔn)原計劃于2020 年12 月1 日實施，后延期兩年至2022 年12 月1 日執(zhí)行。受市場對“國四”拖拉機性能存在擔(dān)憂的影響，2022年“國三”大馬力拖拉機市場熱度仍維持在高水平，進入下半年更陷入購/囤機熱潮。而與之形成鮮明對比的是，從2022 年6 月份開始，除了幾家頭部制造企業(yè)陸續(xù)向市場小批量投放“國四”商品車試銷、驗證外，其余企業(yè)大多處于觀望態(tài)勢。截至2022年底，投放并實現(xiàn)銷售百臺以上“國四”大馬力拖拉機的制造企業(yè)仍不足5 家；到2023 年5 月底，才陸續(xù)有近百家制造企業(yè)完成或已計劃投放“國四”大馬力拖拉機產(chǎn)品，其中市場銷售突破萬臺的有2 家，投放達到千臺以上規(guī)模的只有20 多家，行業(yè)位次差異化進一步凸顯?，F(xiàn)階段，行業(yè)骨干企業(yè)對“國四”大中型拖拉機的銷量同比降低30%左右，整個行業(yè)全年銷量大比例下滑的態(tài)勢已難以扭轉(zhuǎn)。

2 “國四”大馬力拖拉機使用中的主要技術(shù)路線

通過對2023 年上市的“國四”拖拉機產(chǎn)品的后處理解決方案進行分析，發(fā)現(xiàn)各主要大中馬力拖拉機制造廠家為兼顧拖拉機尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)和車輛油耗、動能等性能指標(biāo)，在不同馬力段布局上進行了有針對性的選擇[3]。上半年，大體以120 馬力段作為SCR 和EGR技術(shù)路線的分界段：120 馬力以下，以EGR 技術(shù)路線為主；120～140 馬力段，兩種技術(shù)路線同時存在；140馬力以上，以SCR 技術(shù)路線為主。隨著“國四”產(chǎn)品逐步批量上市并大規(guī)模應(yīng)用，兩種技術(shù)路線的馬力分界段逐步延伸至160 馬力。下半年，陸續(xù)有廠家推出180馬力甚至200馬力的EGR技術(shù)路線拖拉機產(chǎn)品。

2.1 EGR+DOC+DPF技術(shù)路線

采用EGR+DOC+DPF 技術(shù)路線的“國四”拖拉機，可簡稱為EGR（廢氣再循環(huán)）機型，尾氣后處理系統(tǒng)為配套DOC（催化轉(zhuǎn)化器）+DPF（顆粒捕集器）結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。多采用電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)、增壓中冷技術(shù)、廢氣再循環(huán)技術(shù)（EGR），通過優(yōu)化柴油機燃燒過程，達到進一步降低污染物排放量的目的，滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求[4]。在2023 年上半年，以配套的四缸柴油機居多，兼有配套六缸柴油機的大馬力兩驅(qū)拖拉機。

圖1 （EGR）柴油機后處理典型結(jié)構(gòu)

該技術(shù)路線沒有尿素劑量系統(tǒng)和氮氧化合物監(jiān)控、轉(zhuǎn)化裝置，結(jié)構(gòu)及控制相對簡單。為滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求，氮氧化合物的排放由發(fā)動機和EGR 控制，通過降低氧氣的濃度、擴大火焰、降低火焰溫度來實現(xiàn)；碳氫化合物和PM 顆粒物分別由DOC 和DPF 控制實現(xiàn)[5]。DPF 裝置使用壁流式系統(tǒng)，來捕捉從發(fā)動機排出的碳煙、灰分，滿足PM 的排放要求[6]，如圖2所示。隨著DPF 裝置對碳煙、灰分等固體顆粒物的捕集，發(fā)動機背壓升高，效率降低，需要通過周期性或持續(xù)性的高溫燃燒，來維持發(fā)動機低背壓，提高工作效率[7]。

圖2 DPF工作原理

2.2 DOC+DPF+SCR技術(shù)路線

采用DOC+DPF+SCR 技術(shù)路線的“國四”拖拉機，可簡稱為SCR（選擇性催化還原）機型，尾氣后處理系統(tǒng)為配套DOC（催化轉(zhuǎn)化器）+DPF（顆粒捕集器）+SCR（選擇性催化還原）結(jié)構(gòu)，如圖3 所示。相較于EGR 機型，該技術(shù)路線相對復(fù)雜，增加了SCR系統(tǒng)及相關(guān)配套裝置[8]。SCR 系統(tǒng)主要由尿素噴射控制單元、尿素泵、尿素噴嘴、尾氣處理器、尿素箱、尿素管及傳感器等元件組成。利用尿素噴射控制單元，控制尿素泵從尿素箱中汲取尿素水溶液，根據(jù)尾氣中的氮氧化合物量，通過尿素噴嘴在排氣管中精準(zhǔn)噴射霧化后的尿素水溶液，在催化器的作用下發(fā)生還原反應(yīng)，最終將氮氧化合物還原成氮氣和水[9]。

圖3 （SCR）柴油機后處理典型結(jié)構(gòu)

尿素箱系統(tǒng)主要由膨脹箱體、尿素加注口、尿素泵總成、通氣口及相關(guān)管路等元件組成，如圖4 所示。尿素泵總成為動力系統(tǒng)，內(nèi)部集成尿素泵、壓力傳感器、回抽泵、過濾器、加熱器（布置在尿素通道周圍）、溫度傳感器等元件，為尿素噴嘴提供壓力穩(wěn)定的尿素溶液。尿素噴嘴總成由尿素噴嘴和冷卻套組成，是將尿素溶液霧化并定量將尿素溶液噴入排氣管中的執(zhí)行元件。為使尿素水溶液具有較好的液體流動性，尿素箱系統(tǒng)設(shè)計了多個溫度監(jiān)測元件及加熱功能裝置。當(dāng)外界溫度過低，導(dǎo)致尿素管路溫度低于-7 ℃時，管路系統(tǒng)加熱一個時間標(biāo)定量（1 h），使管路保持良好狀態(tài)。當(dāng)尿素箱內(nèi)的溫度低于-7 ℃時，會通過箱體內(nèi)的加熱系統(tǒng)進行加熱，至溫度高于10 ℃后，停止加熱。當(dāng)尿素泵腔溫度低于-7 ℃時，在腔體內(nèi)進行全負荷加熱；當(dāng)溫度為-7 ℃～20 ℃時，進行部分負荷加熱；當(dāng)溫度高于20 ℃時，停止加熱。

圖4 尿素箱典型結(jié)構(gòu)

2.3 “國四”拖拉機產(chǎn)品不同路線的實際應(yīng)用

對于“國四”拖拉機，需要加注符合GB 19147—2016《車用柴油》的車用柴油，CJ-4 及以上級別的柴油機機油，SCR 路線產(chǎn)品還需加注符合GB 29518—2013《柴油發(fā)動機氮氧化物還原劑 尿素水溶液（AUS 32）》的尿素水溶液（濃度為32.5%）。油品差的柴油及CJ-4 以下級別的機油，會導(dǎo)致后處理加速老化、失效，如DOC 催化劑表面積累大量的含硫物質(zhì)從而失去活性、DPF 堵塞造成車輛動力不足等故障。不合格的尿素水溶液會導(dǎo)致發(fā)動機限扭、限速，尿素泵、尿素噴嘴堵塞，甚至造成SCR 催化劑的永久性中毒、催化轉(zhuǎn)化效率下降等故障。

通過對7 800 余臺“國四”拖拉機車輛（70～240 馬力段）的農(nóng)忙作業(yè)數(shù)據(jù)進行跟蹤，發(fā)現(xiàn)車輛最長工作小時數(shù)為2 172 h，500 h以上的車輛占比9.8%，200 h以上的車輛占比56.7%。在所有報修的非發(fā)動機故障中，特別是對前240 h 作業(yè)時間內(nèi)的故障維修數(shù)據(jù)進行分析，與“國四”后處理系統(tǒng)直接相關(guān)的進氣系統(tǒng)及中冷器系統(tǒng)故障占比7.22%、電器類故障占比11.66%，與“國三”產(chǎn)品相比均有一定的增長，但整體表現(xiàn)不突出，且相關(guān)故障類型在2023 年下半年的車輛作業(yè)過程中均有大幅下滑。隨著“國四”標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)推廣及農(nóng)忙作業(yè)季拖拉機的大范圍應(yīng)用，市場已逐步接受“國四”拖拉機所獨有的特殊性——與“國三”不同的尾氣后處理系統(tǒng)。EGR 技術(shù)路線相較于SCR 技術(shù)路線，有著后處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單、不需要配備尿素系統(tǒng)等優(yōu)點。相較于“國三”產(chǎn)品在油耗與功率轉(zhuǎn)化方面的突出表現(xiàn)，當(dāng)前的“國四”技術(shù)在短時間內(nèi)仍會存在一定的差距，特別是EGR 技術(shù)路線在大馬力四驅(qū)產(chǎn)品上的應(yīng)用[10]，但隨著技術(shù)的不斷進步，“國四”技術(shù)未來可期。

3 結(jié)語

2023 年是非道路“國四”標(biāo)準(zhǔn)切換后的第一年，受“國四”農(nóng)機產(chǎn)品整機價格提高、使用維護成本增加以及“國二”與“國三”農(nóng)機社會保有量大等因素的影響，用戶購機更趨于理性需求，農(nóng)機市場需求出現(xiàn)較大程度的調(diào)整，加快形成以用戶的農(nóng)機作業(yè)需求為導(dǎo)向的優(yōu)勢競爭，行業(yè)競爭也更趨規(guī)范有序。

隨著我國“農(nóng)機應(yīng)用補貼試點”“農(nóng)機研發(fā)制造推廣應(yīng)用一體化試點”等政策的推出，以及“工廠條件審核”“優(yōu)機優(yōu)補”等條例的實施，將進一步促進、催化農(nóng)機行業(yè)集中度的快速提升。隨著土地種植經(jīng)營規(guī)模化、集約化的快速發(fā)展，規(guī)?；霓r(nóng)業(yè)經(jīng)營主體（企業(yè)、合作社及種植大戶）更青睞于能夠提供成套現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)裝備解決方案的農(nóng)機研發(fā)、制造企業(yè)，用以滿足其“全程全面機械化”的作業(yè)需求。在行業(yè)內(nèi)，對于具備綜合競爭能力的頭部、重點企業(yè)，其在關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，特別是在根據(jù)用戶對不同農(nóng)機作業(yè)馬力段、機型配置的實際需求，持續(xù)加大區(qū)域適應(yīng)性新產(chǎn)品開發(fā)及推廣能力上，更具備產(chǎn)品和市場的競爭優(yōu)勢。今后的農(nóng)機購置補貼政策趨勢已逐漸明朗清晰，逐步解決區(qū)域內(nèi)農(nóng)機保有量明顯過多的問題，降低技術(shù)水平相對落后的輪式拖拉機等農(nóng)機具品目的補貼額，轉(zhuǎn)而重點支持農(nóng)業(yè)機械化薄弱環(huán)節(jié)的趨勢更加明顯，傳統(tǒng)的農(nóng)機銷售市場也必將隨之經(jīng)歷一輪深刻的調(diào)整，直至滿足用戶的多元化需求。