张金辉

（第一拖拉机股份有限公司大拖公司，河南 洛阳 471004）

2014 年5 月16 日，生态环境部发布GB 20891—2014《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法（中国第三、四阶段）》，2020 年12 月28 日发布HJ 1014—2020《非道路柴油移动机械污染物排放控制技术要求》，自2022 年12 月1 日起，所有生产、进口和销售的560 kW 以下（含560 kW）非道路移动机械及其装用的柴油机，需符合“国四”标准要求[1]。非道路移动机械“国四”标准的执行落地，对37 kW～560 kW 段特别是51.5 kW～147 kW 段（70～200 马力）农用轮式拖拉机产品的改进设计、市场销售所造成的影响，远超“国三”切换时代。农机360 点击数显示，2022 年全国拖拉机点击数为51.76万台，2023 年仅为22.09 万台，同比下降57.32%。配备非道路“国四”柴油机的大马力拖拉机，经受住了2023 年的市场检验，逐步得到用户认可。但其独特的“国四”产品新结构、新性能，在上市初期也暴露出了一些明显问题。为更好地满足用户的多元化需求，在其后续的发展中还需要进行持续性的适应性改进。

1 “国四”大马力拖拉机的鉴定与上市

1.1 “国四”大马力轮式拖拉机全国鉴定信息汇总

1.1.1 全国鉴定数据汇总

通过查询全国农业机械试验鉴定管理服务信息化平台，按照DG/T 001—2019《农业轮式和履带拖拉机》鉴定大纲要求完成轮式拖拉机产品鉴定的机型中，70 马力及以上的机型已有1 580 余款，分别来自240 家生产制造企业，其中100 马力及以上的机型有1 027款，分别来自198 家生产制造企业。

1.1.2 主要制造集群鉴定总量占比

国内主要的四个拖拉机产业集群分别占已完成鉴定的70 马力及以上的拖拉机制造厂家数量及机型数量的78.8%和84.4%。其中，以潍坊为中心、以潍柴雷沃为主力的山东拖拉机产业集群，占比分别为57.3%、63.7%；以洛阳为中心、以中国一拖为主力的河南拖拉机产业集群，占比分别为7.9%、8.1%；以常州东风和沃得农机两大企业为主的江苏拖拉机产业集群，占比分别为8.3%、9.7%；以宁波为中心、以“野”字头企业为主的浙江拖拉机产业集群，占比分别为5.4%、2.9%。由此数据来看，随着“国四”时代的到来，大马力拖拉机制造集群集中化趋势更加明显。

1.2 “国四”大马力轮式拖拉机上市情况

1.2.1 “国三”拖拉机上市回顾

非道路移动机械“国三”标准的实施过程分为三个阶段。第一阶段，自2015 年10 月1 日起，非道路移动机械用柴油机的制造和销售须符合要求；第二阶段，自2016 年4 月1 日起，除农用机械外的非道路移动机械不得装用不符合“国三”标准要求的柴油机；第三阶段，自2016 年12 月1 日起，所有制造、进口和销售的农用机械不得装用不符合“国三”标准要求的柴油机[2]。对于大马力拖拉机来说，“国二”到“国三”的变化，主要集中在发动机性能上，整机其他系统所涉及的改动不大。从2016 年下半年开始，各主要制造企业陆续在市场上推出了机型数量可观的“国三”大马力拖拉机商品。2017 年，“国三”农机切换后的第一年，行业骨干企业全年大中型拖拉机销量为23.15 万台，在同比下降30.4%的情况下，“国三”新机型商品车仍持续上市。

1.2.2 “国四”拖拉机销售现状

非道路移动机械“国四”标准原计划于2020 年12 月1 日实施，后延期两年至2022 年12 月1 日执行。受市场对“国四”拖拉机性能存在担忧的影响，2022年“国三”大马力拖拉机市场热度仍维持在高水平，进入下半年更陷入购/囤机热潮。而与之形成鲜明对比的是，从2022 年6 月份开始，除了几家头部制造企业陆续向市场小批量投放“国四”商品车试销、验证外，其余企业大多处于观望态势。截至2022年底，投放并实现销售百台以上“国四”大马力拖拉机的制造企业仍不足5 家；到2023 年5 月底，才陆续有近百家制造企业完成或已计划投放“国四”大马力拖拉机产品，其中市场销售突破万台的有2 家，投放达到千台以上规模的只有20 多家，行业位次差异化进一步凸显。现阶段，行业骨干企业对“国四”大中型拖拉机的销量同比降低30%左右，整个行业全年销量大比例下滑的态势已难以扭转。

2 “国四”大马力拖拉机使用中的主要技术路线

通过对2023 年上市的“国四”拖拉机产品的后处理解决方案进行分析，发现各主要大中马力拖拉机制造厂家为兼顾拖拉机尾气排放标准和车辆油耗、动能等性能指标，在不同马力段布局上进行了有针对性的选择[3]。上半年，大体以120 马力段作为SCR 和EGR技术路线的分界段：120 马力以下，以EGR 技术路线为主；120～140 马力段，两种技术路线同时存在；140马力以上，以SCR 技术路线为主。随着“国四”产品逐步批量上市并大规模应用，两种技术路线的马力分界段逐步延伸至160 马力。下半年，陆续有厂家推出180马力甚至200马力的EGR技术路线拖拉机产品。

2.1 EGR+DOC+DPF技术路线

采用EGR+DOC+DPF 技术路线的“国四”拖拉机，可简称为EGR（废气再循环）机型，尾气后处理系统为配套DOC（催化转化器）+DPF（颗粒捕集器）结构，如图1 所示。多采用电控高压共轨燃油喷射系统、增压中冷技术、废气再循环技术（EGR），通过优化柴油机燃烧过程，达到进一步降低污染物排放量的目的，满足排放标准要求[4]。在2023 年上半年，以配套的四缸柴油机居多，兼有配套六缸柴油机的大马力两驱拖拉机。

图1 （EGR）柴油机后处理典型结构

该技术路线没有尿素剂量系统和氮氧化合物监控、转化装置，结构及控制相对简单。为满足排放标准要求，氮氧化合物的排放由发动机和EGR 控制，通过降低氧气的浓度、扩大火焰、降低火焰温度来实现；碳氢化合物和PM 颗粒物分别由DOC 和DPF 控制实现[5]。DPF 装置使用壁流式系统，来捕捉从发动机排出的碳烟、灰分，满足PM 的排放要求[6]，如图2所示。随着DPF 装置对碳烟、灰分等固体颗粒物的捕集，发动机背压升高，效率降低，需要通过周期性或持续性的高温燃烧，来维持发动机低背压，提高工作效率[7]。

图2 DPF工作原理

2.2 DOC+DPF+SCR技术路线

采用DOC+DPF+SCR 技术路线的“国四”拖拉机，可简称为SCR（选择性催化还原）机型，尾气后处理系统为配套DOC（催化转化器）+DPF（颗粒捕集器）+SCR（选择性催化还原）结构，如图3 所示。相较于EGR 机型，该技术路线相对复杂，增加了SCR系统及相关配套装置[8]。SCR 系统主要由尿素喷射控制单元、尿素泵、尿素喷嘴、尾气处理器、尿素箱、尿素管及传感器等元件组成。利用尿素喷射控制单元，控制尿素泵从尿素箱中汲取尿素水溶液，根据尾气中的氮氧化合物量，通过尿素喷嘴在排气管中精准喷射雾化后的尿素水溶液，在催化器的作用下发生还原反应，最终将氮氧化合物还原成氮气和水[9]。

图3 （SCR）柴油机后处理典型结构

尿素箱系统主要由膨胀箱体、尿素加注口、尿素泵总成、通气口及相关管路等元件组成，如图4 所示。尿素泵总成为动力系统，内部集成尿素泵、压力传感器、回抽泵、过滤器、加热器（布置在尿素通道周围）、温度传感器等元件，为尿素喷嘴提供压力稳定的尿素溶液。尿素喷嘴总成由尿素喷嘴和冷却套组成，是将尿素溶液雾化并定量将尿素溶液喷入排气管中的执行元件。为使尿素水溶液具有较好的液体流动性，尿素箱系统设计了多个温度监测元件及加热功能装置。当外界温度过低，导致尿素管路温度低于-7 ℃时，管路系统加热一个时间标定量（1 h），使管路保持良好状态。当尿素箱内的温度低于-7 ℃时，会通过箱体内的加热系统进行加热，至温度高于10 ℃后，停止加热。当尿素泵腔温度低于-7 ℃时，在腔体内进行全负荷加热；当温度为-7 ℃～20 ℃时，进行部分负荷加热；当温度高于20 ℃时，停止加热。

图4 尿素箱典型结构

2.3 “国四”拖拉机产品不同路线的实际应用

对于“国四”拖拉机，需要加注符合GB 19147—2016《车用柴油》的车用柴油，CJ-4 及以上级别的柴油机机油，SCR 路线产品还需加注符合GB 29518—2013《柴油发动机氮氧化物还原剂 尿素水溶液（AUS 32）》的尿素水溶液（浓度为32.5%）。油品差的柴油及CJ-4 以下级别的机油，会导致后处理加速老化、失效，如DOC 催化剂表面积累大量的含硫物质从而失去活性、DPF 堵塞造成车辆动力不足等故障。不合格的尿素水溶液会导致发动机限扭、限速，尿素泵、尿素喷嘴堵塞，甚至造成SCR 催化剂的永久性中毒、催化转化效率下降等故障。

通过对7 800 余台“国四”拖拉机车辆（70～240 马力段）的农忙作业数据进行跟踪，发现车辆最长工作小时数为2 172 h，500 h以上的车辆占比9.8%，200 h以上的车辆占比56.7%。在所有报修的非发动机故障中，特别是对前240 h 作业时间内的故障维修数据进行分析，与“国四”后处理系统直接相关的进气系统及中冷器系统故障占比7.22%、电器类故障占比11.66%，与“国三”产品相比均有一定的增长，但整体表现不突出，且相关故障类型在2023 年下半年的车辆作业过程中均有大幅下滑。随着“国四”标准的持续推广及农忙作业季拖拉机的大范围应用，市场已逐步接受“国四”拖拉机所独有的特殊性——与“国三”不同的尾气后处理系统。EGR 技术路线相较于SCR 技术路线，有着后处理系统结构相对简单、不需要配备尿素系统等优点。相较于“国三”产品在油耗与功率转化方面的突出表现，当前的“国四”技术在短时间内仍会存在一定的差距，特别是EGR 技术路线在大马力四驱产品上的应用[10]，但随着技术的不断进步，“国四”技术未来可期。

3 结语

2023 年是非道路“国四”标准切换后的第一年，受“国四”农机产品整机价格提高、使用维护成本增加以及“国二”与“国三”农机社会保有量大等因素的影响，用户购机更趋于理性需求，农机市场需求出现较大程度的调整，加快形成以用户的农机作业需求为导向的优势竞争，行业竞争也更趋规范有序。

随着我国“农机应用补贴试点”“农机研发制造推广应用一体化试点”等政策的推出，以及“工厂条件审核”“优机优补”等条例的实施，将进一步促进、催化农机行业集中度的快速提升。随着土地种植经营规模化、集约化的快速发展，规模化的农业经营主体（企业、合作社及种植大户）更青睐于能够提供成套现代化农业装备解决方案的农机研发、制造企业，用以满足其“全程全面机械化”的作业需求。在行业内，对于具备综合竞争能力的头部、重点企业，其在关键核心技术攻关和产品结构优化方面，特别是在根据用户对不同农机作业马力段、机型配置的实际需求，持续加大区域适应性新产品开发及推广能力上，更具备产品和市场的竞争优势。今后的农机购置补贴政策趋势已逐渐明朗清晰，逐步解决区域内农机保有量明显过多的问题，降低技术水平相对落后的轮式拖拉机等农机具品目的补贴额，转而重点支持农业机械化薄弱环节的趋势更加明显，传统的农机销售市场也必将随之经历一轮深刻的调整，直至满足用户的多元化需求。