國四160 馬力EGR 路線拖拉機適應性改進

張金輝 ，彭書廣 ，孫智鵬 ，李宗敏

（第一拖拉機股份有限公司大拖公司，河南 洛陽 471004）

0 引言

2023 年上市的符合國四標準的拖拉機產品，必須通過增加發動機尾氣后處理裝置，并配備具有相關解決方案的發動機來滿足非道路國四標準要求。后處理技術路線大體分為兩種，即DOC+DPF+SCR 和EGR+DOC+DPF。其中，EGR 路線相較于SCR 技術路線，沒有復雜的尿素控制系統和氮氧化物監控、轉化裝置，具備結構簡單、易于控制等技術優點，被廣泛應用于作業負載適中且對車輛牽引功率沒有特殊要求的拖拉機機型中[1]。該技術采用電控高壓共軌燃油噴射系統、增壓中冷技術和廢氣再循環等技術手段實現柴油機燃燒過程優化，通過降低發動機進氣量、降低火焰溫度等技術手段滿足非道路國四標準中對于氮氧化合物排放量的要求[2]。通過DOC（催化轉化器）和DPF（顆粒捕集器）結構的后處理系統，來實現對碳氫化合物和PM 顆粒物排放量的控制，從而進一步降低污染物排放量，滿足非道路國四標準要求[3-4]。

河北省南部區域主要農作物為冬小麥、花生、玉米、紅薯等。大部分區域傳統種植方式為一年兩季——小麥、玉米輪作，小麥多在10 月播種，次年6月上旬收獲；玉米則在6 月中下旬種植，10 月上旬收獲。部分區域因節水需要，一年兩熟改為一年一熟，如衡水市、滄州市下轄部分區縣，以玉米種植為主，一般在3 月至4 月進行旋耕播種，8 月至10 月收獲后進行深松、旋耕、秸稈還田等作業[5]。區域內，拖拉機作業特點主要是深松、旋耕、秸稈還田及少量免耕播種作業。拖拉機以兩驅機型為主，近年來四驅機型保有量逐漸增加。

國四160馬力EGR路線兩驅拖拉機，在配套開元刀神1GKND-230型旋耕機工作過程中，易發生間歇性車輛無力問題，即發動機轉速達到1 500 r/min～1 600 r/min后加不上油、轉速無法繼續上升等。本研究就反饋區域，實地查看車輛作業方式及工況，同時對比行業其他廠家產品，分析原因，制定解決措施，現場驗證可行性，并在其他機型上進行適應性改進提升測試。

1 故障描述

國四160 馬力EGR 路線兩驅拖拉機車輛耕作無力。用戶表示當前國四產品在車輛剛啟動和剛摘掛擋后，會出現發動機無力問題，相較國三同馬力段機型，作業效率有差距，如車輛配套旋耕機工作時出現發動機無力現象。車輛配套秸稈還田機進行玉米秸稈粉碎還田作業時，經電腦現場連機檢測，發動機歷史工作數據正常。隨后，連機跟車進行實時耕作數據監測，發動機轉速保持在2 000 r/min 左右，后臺數據符合柴油機數據曲線要求。

2 故障分析

1）耕作的地塊多為小地塊、不成片，且耕地形狀多為方形、耕作面積在1 畝左右，發動機頻繁收減油門、掉頭轉向，在遇到田間土堆或田埂較深的地方，會出現掉轉速的情況。

2）若地塊較大、耕地形狀多為長條形、耕作面積在3 畝以上，耕作過程中，能較長時間用大油門直線作業，遇到田埂或土質較硬地塊，發動機雖有掉速情況，但不明顯。由于耕作條件不一樣，用戶所反饋的160 馬力EGR 路線兩驅拖拉機所表現出來的問題也不一樣。

3）秸稈還田機開始作業時，需先加大油門保證發動機轉速在1 800 r/min 以上，作業中拖拉機應使用低Ⅳ、中Ⅱ前進擋，第二遍可使用中Ⅲ擋，提升器手柄必須放在浮動位置。進行農田作業時，將提升器操縱手柄置于浮動位置，嚴禁將手柄放在強壓位置；提升桿與下提升臂連接時，必須將銷子插在提升桿的腰型孔中，保證作業中秸稈還田機有一定的浮動量。用戶較常用的秸稈還田粉碎機，刀軸工作轉速一般要求為1 800 r/min～2 000 r/min。若選用720 r/min的PTO 工作轉速，則刀軸轉速可達到2 175 r/min（720×32/13×270/220），工作負荷較大，PTO 轉速過高。選用650 r/min 的PTO 工作轉速時，刀軸轉速為1 964 r/min，較為理想。由于不同廠家的動力輸出轉速標注標準的意義不統一，有的廠家標注的是工作轉速，有的廠家標注的是空轉轉速。因此，不能簡單地認為標注的速度越高就說明工作轉速越高。實際工作中，PTO 轉速會根據發動機轉速實時變化，若只簡單地選擇高轉速的速比，會導致工作負荷增大，從而出現發動機無力的假象[6]。

3 故障處置情況

隨機選擇一臺工作了41.5 h 的車輛進行現場分析。此機用戶反饋問題為：機具一旦入土，發動機轉速無法長時間維持在2 000 r/min左右，遇到田埂轉速會下降到1 700 r/min 左右，呈現車輛無力、拉不動的狀況。經了解，當地作業習慣——配套1GKND-230型旋耕機、大小錐比15/25，中Ⅱ擋作業，PTO 擋位650 r/min，旋耕機轉速對照如表1所示。

表1 旋耕機轉速對照

原因分析：1）耕作土地有一定的水分，屬于半干地，土質阻比較大；2）經現場對該機具進行拖拉機動力輸出轉速與配套旋耕機傳動比配套情況核算，發動機轉速為2 200 r/min時，刀軸轉速為322 r/min，發動機轉速為2 000 r/min時，刀軸轉速為291 r/min，超出旋耕機正常工作轉速范圍（240 r/min～280 r/min）；3）針對此用戶問題，進行機具配型解釋——拖拉機動力輸出轉速與旋耕機傳動比配套不合理。

對以上解釋，用戶不認可。理由：1）當前土質濕度，在當地屬于正常作業狀況；2）當地作業習慣，以大小錐齒輪比為15/25 的旋耕機居多，其他區域主銷的14/26 機具在當地很少見；3）當地用戶自行比較，150 馬力國三機配套同款機具作業正常，直觀感覺比160 馬力國四機更有勁；4）當地競品品牌國四拖拉機，在相同作業模式下，作業平穩。

對此，筆者建議，用戶駕駛自己的車輛按照當地作業習慣進行耕作演示，同時，連接電腦對發動機工作數據進行監控，根據現場車輛表現情況及后臺數據查找原因。

4 結果分析

通過對160 馬力EGR 路線兩驅拖拉機耕作過程中，原車發動機數據監控，發動機各項數據正常未發現異常點，但車輛確有耕作效率低、提不上勁的情況[6]。經分析、討論，將發動機1 400 r/min 以上的MAP 數據進行優化驗證。經多名用戶操作演示，均能感受到車輛作業效率有明顯提升[7]。檢驗配套旋耕機刀軸轉速，略高于機具推薦數值。經分析得出如下結果：

1）160 馬力EGR 路線兩驅拖拉機，在軸頭轉速與旋耕機及工作擋位合理匹配的情況下（配套14/26 大小錐比、高箱旋耕機，PTO 選擇650 r/min 轉擋，中Ⅱ擋及以下速度作業），發動機動力能夠滿足使用要求（發動機轉速在1 800 r/min～2 000 r/min）。當地用戶為提高作業效率，常要求拖拉機發動機轉速長時間保持在2000 r/min 左右開展作業活動，當所使用的旋耕機配置（高箱、大小錐比為15/25）與拖拉機的軸頭轉速不匹配時，拖拉機會表現出發動機動力不足的“假象”，此現象主要出現在EGR機型上。

2）前期用戶、經銷渠道及發動機/底盤服務站，在相同工況條件下（同等機具、地塊、作業條件一致），競品同馬力段產品帶同樣農機具作業時確實能保證到2 000 r/min 作業，且150 馬力國三機在同等的作業條件下作業效率高于該國四機機型。經銷公司反饋有此類現象的多臺160 馬力EGR 路線兩驅拖拉機車輛中，有2 臺車輪胎配置為基配7.5-20/16.9-30，其余車輪胎配置為7.5-20/15.5-38。16.9-30 輪胎外徑為148.5 cm，15.5-38 輪胎外徑為157 cm，兩款輪胎配置外徑相差8.5 cm。同擋位工作情況下，配置15.5-38 輪胎的車輛比配置16.9-30 輪胎的車輛線速度快5.7%，兩種配置車輛在行駛速度上存在差異。

3）現場對6缸EGR路線發動機MAP進行調整，調整內容是按照實驗室數據，對發動機轉速1 400 r/min以上的拖拉機增加了供油量（換算為功率、優化控制方式）。經過實際田間驗證，與調整前比較，同等作業條件下，中Ⅱ擋作業時發動機轉速維持在2 000 r/min，不掉轉速，作業效率獲得用戶認可[8]。調整扭矩如圖1 所示（上線為原曲線，下線為調整后曲線）。

圖1 發動機MAP改進

5 結語

大馬力輪拖主要作業時間在秋季，結合河北區域所反饋問題的調研，進行專項分析。根據河北南部區域農具的適配性，針對河北區域160 馬力EGR 路線兩驅拖拉機系列產品無力現象，進行發動機數據總結分析，參照實驗室數據對發動機進行MAP 數據實驗、優化，密切關注其秋季農忙中的作業表現[9]。同時，對發動機的出廠功率及配套技術路線進行驗證、調整，開展相關可行性分析。針對國四排放要求，進一步開展發動機臺架排放標定測試，完善發動機控制參數，對后續生產車輛進行MAP 固化，持續推進180 馬力及以上馬力段的EGR路線產品研發[10]。