燃油含硫量對國四收獲機的影響

隨著2022年12月1日非道路國四法規實施，現市場上75kW～560kW的農機產品增加了后處理裝置以滿足非四法規要求。而新增的后處理系統對燃油含硫量有著較為嚴苛的要求，如若燃油含硫量超標，將會對其造成極大破壞，甚至失效。本文將通過對國四收獲機械非四后處理工作原理分析及市場整機實際作業時的后處理狀態跟蹤調研；分析收獲機械特殊的作業環境下，燃油品質對后處理的影響以及根據調研給出合理化的建議，以降低后處理因燃油品質造成的損壞。

一、非四排放法規需控制成分分析

碳氫化合物燃油（柴油）的燃燒反應方程式：

CxHySz+O2+N2 ＝

CO2+H2O+N2+O2+NOx+HC+CO+SOx+C（1）

式中：NOx為NO和NO2的統稱，HC為碳氫化合物，SOX為硫化物。

上述方程式中，NOX、PM（主要是碳C，還包括硫化物、可溶性有機物SOF、機油中的添加劑等）、HC、CO等含量過高，將會對環境產生很大破壞，危害人體健康。非道路國四實施后，為降低這些有害物質，需要在原有機型增加后處理裝置以降低該類有害氣體的排放。

二、后處理的工作原理

農業機械非道路國四實施后，后處理中目前主要采用的分為DOC+EGR和DOC+DPF+SCR這兩種路線，為方便分析，本文以第二種路線進行說明。其中DOC為氧化催化器，其用途是減少排出氣體中的一氧化碳（CO）、顆粒物的有機可溶成分（SOF）、碳氫化合物（HC）以及產生異味的化合物等；DPF為柴油發動機顆粒捕集器，其可將排氣中的顆粒減少高達90%； SCR則為選擇性催化還原，可降低排出氣體中的NOX。DOC+DPF+SCR此種技術路線的原理如下。

首先，通過高壓共軌系統控制機內排放物到一定程度后，然后在柴油機運行過程中，排氣依次流經DOC、DPF、SCR。在流經DOC時，排氣中的HC和CO 在催化劑的催化作用下被氧化成CO2 和H2O，實現CO和HC的凈化，排氣中的NO在DOC氧化催化劑的催化作用下被氧化成NO2，在流經DPF時，排氣中的顆粒物PM被壁流式DPF 捕捉攔截， 以滿足排放法規對顆粒物PM及顆粒物數量PN的控制要求。而SCR工作原理是將還原劑噴入排氣管，使排氣中的NOx在催化器的作用下與還原劑反應，被還原成N2和H2O，其中SCR系統目前采用的還原劑是車用尿素溶液［1］。通過以上控制手段實現了相關有害排放氣體滿足法規要求。

三、油品質對后處理影響的分析

當燃油中有較高的硫含量（超過10PPM）時，將會在發動機燃燒后出現較多的硫化物（SOX），而DOC中大量貴金屬元素，其對硫化物很敏感，極易于硫化物反應，并失去催化劑的作用，這也稱之為載體中毒［2］。載體中毒后失去相應的作用，最直接后果將是：DOC失去氧化還原能力，載體覆蓋較多HC顆粒，DPF上因碳顆粒不能進行被動再生，積累大量碳顆粒。而被動再生可以在較低溫度下（250℃以上）進行NO2和C的反應，這需要把排氣中的NO2濃度提高，通常是用DOC中的催化劑使NO氧化成NO2，提高排氣中NO2的濃度。因此被動再生停止后，SCR對NOx的轉化效率大大降低。根據法規要求，當DPF顆粒物重量超過設定報警限值或SCR轉化效率過低，將對發動機進行限扭，導致不能正常作業。因此，燃油中含硫量的多少對非道路國四升級有很大隱患，如若不引起重視，將會造成較大經濟損失。

四、硫中毒后的處理措施

柴油中硫含量對后處理裝置有很大影響。研究發現［3］，當油品硫含量為3ppm時，柴油顆粒過濾器使得PM排放下降率為95%，而當柴油中硫含量增至30ppm后，PM下降率僅為70%左右。當柴油硫含量達到150ppm時，PM排放下降率為0，此時柴油機的DOC及過濾器已失效。此時已對后處理系統造成不可逆破壞。 為了驗證當柴油大于150ppm時，中毒后的排放系統處理措施，本文選用一臺收獲機作業樣車進行了跟蹤驗證。

根據實驗策劃，對作業車輛加注了硫含量（200ppm）超標的燃油，進行作業跟蹤。整機在作業至30h時，出現硫中毒現象（SCR轉化效率低、DPF累碳超標）：為解決該后處理出現的硫中毒問題，本文采取了以下措施，其累碳量變化如圖1所示。

1. 首先在出現故障后，將燃油箱內的燃油更換為符合國標GB-19147的車用燃油后，故障并未自動消除，說明此時硫中毒并不能通過更換符合國標的燃油自動消除；

2. 在50h～90h時，測試人員通過多次提溫（600℃）主動再生，擬在高溫下消除DPF內積碳及硫化物對后處理影響。根據實車測試并未能完全清除DPF內灰分且運行中仍存在SCR轉化效率低故障；

3. 在111h時，更換了新的DPF，繼續進行驗證；整機運行至131h時，累碳值再次超DPF上限，同時報出SCR轉換效率低故障；同時可以判定DOC也因先前的硫中毒失去氧化作用；

4. 最后在147h時更換了新DOC及SCR，并進行了再生和吹灰處理后，后處理恢復正常。

通過樣車測試，因燃油硫含量超標（200ppm）導致后處理失效，其通過提溫再生等措施不能有效應對；要解決硫中毒，需更換了各個載體才能滿足正常使用需求。

五、結論

農業收獲機械作業地點及作業習慣與道路機械差別較大，且農業收獲機械作業時間和周期非常集中。一旦后處理出現硫中毒，只依靠主動再生無法挽回，往往需要更換硬件。

1.加強非四燃油使用要求引導，改變用戶燃油使用習慣：農業機械用戶，較多用戶對燃油品質要求意識不高，加注燃油需保證來源于正規的油站，以保證燃油品質。

2.政府加大監察管理，將加強對各類微小型加油站油品的監督。

3.做好后處理售后服務：燃油硫中毒將導致后處理的不可逆損壞，需要對其零部件進行更換和修復，農業收割季時需及時投放相應備件，以便第一時間完成后處理的維修。

參考文獻：

［1］陳成勇.SCR技術的控制原理［J］.汽車電器，2010，（05）：32-34.

［2］馬士起.淺析催化劑中毒與處理［C］.工業催化雜志社，2014：2.

［3］李勤.現代內燃機排氣污染物的測量與控制［M］.北京：機械工業出版社，1998.

（作者單位：濰柴雷沃智慧農業科技股份有限公司）