【日】 鈴木央一 山本敏朗 山口恭平

0 前言

在以大型車(chē)為主的現(xiàn)代柴油車(chē)上，使用尿素溶液的氮氧化物（NOx）選擇性催化還原（SCR）系統(tǒng)已成為降低NOx排放的主流技術(shù)。在排放法規(guī)日益強(qiáng)化的背景下，降低燃油耗的研究工作受到重視，其中，尿素SCR系統(tǒng)作為燃油損耗代價(jià)較低的柴油機(jī)減排技術(shù)，應(yīng)用范圍將會(huì)不斷擴(kuò)大，極有發(fā)展前景。

然而，也有報(bào)告指出，在符合2005年日本新長(zhǎng)期排放法規(guī)要求的尿素SCR車(chē)輛（下文中如沒(méi)有特別說(shuō)明，“尿素SCR車(chē)輛”均指符合日本新長(zhǎng)期排放法規(guī)要求的車(chē)型）中，存在因碳?xì)浠衔铮℉C）中毒而導(dǎo)致排放性能大幅惡化的現(xiàn)象。此外，在日本環(huán)境省實(shí)施的調(diào)查中，也發(fā)現(xiàn)有多輛NOx排放較高的大型車(chē)。因此，在日本中央環(huán)境審議會(huì)提出的“關(guān)于今后降低汽車(chē)廢氣排放的對(duì)策方案（第11次答復(fù)）”中，將上述現(xiàn)象作為課題提出。

雖然從目前已有的經(jīng)驗(yàn)得知，許多尿素SCR車(chē)輛都存在NOx排放量較高的現(xiàn)象，但關(guān)于其排放性能惡化的具體過(guò)程尚有許多無(wú)法解釋的疑點(diǎn)。例如，在進(jìn)行1次測(cè)試確認(rèn)排放性能出現(xiàn)惡化的情況下，仍無(wú)法得知該惡化現(xiàn)象是一開(kāi)始較快而后緩慢延續(xù)，還是均勻地逐漸變得更為嚴(yán)重的。另外，由于商用車(chē)一般都被用于較為專業(yè)化的用途，所以其運(yùn)行狀態(tài)的差異也會(huì)對(duì)排放性能惡化產(chǎn)生影響。

本研究以解決排放性能惡化等問(wèn)題為目標(biāo)，以大型貨車(chē)和公交客車(chē)為對(duì)象，對(duì)同一輛車(chē)進(jìn)行多次試驗(yàn)，了解排放性能隨行駛距離增加而發(fā)生的變化。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，在明確SCR催化劑會(huì)因HC中毒而發(fā)生性能老化的基礎(chǔ)上，調(diào)查包括前段氧化催化轉(zhuǎn)化器（DOC）在內(nèi)的系統(tǒng)性能發(fā)生變化的原因，并探討今后應(yīng)采取的相關(guān)改進(jìn)對(duì)策。

1 試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)車(chē)輛

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)中全部采用實(shí)際車(chē)輛進(jìn)行底盤(pán)測(cè)功器試驗(yàn)，參數(shù)設(shè)定及測(cè)試程序依據(jù)日本2007年3月16日頒布實(shí)施的“利用底盤(pán)測(cè)功器的JE05工況排氣測(cè)定方法”中的規(guī)定。對(duì)NOx、顆粒（PM）等法規(guī)限定的有害成分，以及CO2的測(cè)定及其定量分析，采用定容稀釋排氣測(cè)定方法，并利用JE05工況試驗(yàn)法中規(guī)定的儀器進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)。此外，作為有可能在NOx排放較高時(shí)排出但法規(guī)未限定的成分，也對(duì)NH3、N2O等氣體進(jìn)行測(cè)定。采用傅里葉變換紅外光譜儀（堀場(chǎng)制作所，MEXA4000FT）對(duì)NH3直接進(jìn)行濃度測(cè)定，并對(duì)其工況平均濃度進(jìn)行評(píng)價(jià)。在SCR系統(tǒng)具備正常排氣凈化性能的情況下，可在（20～200）×10-6范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)定，但在排放性能發(fā)生惡化的情況下，會(huì)有大量的NH3排出，其濃度可能會(huì)超出上述測(cè)定范圍。因此，在平均濃度相對(duì)較高（如50×10-6）的情況下，無(wú)法確保定量性。采用非分散型紅外線分析儀（日本Thermo，46HC）測(cè)定稀釋袋中的N2O濃度，并根據(jù)其與背景氣體濃度的差異計(jì)算排放率。

1.2 試驗(yàn)程序

首先，為了明確車(chē)輛實(shí)際運(yùn)營(yíng)時(shí)的狀態(tài)，在車(chē)輛的實(shí)際使用狀態(tài)下進(jìn)行排放性能的測(cè)定試驗(yàn)（標(biāo)記為“RWC”）。隨后，以去除附著在SCR催化劑上的HC為目的，在催化轉(zhuǎn)化器出口溫度約為420℃的穩(wěn)態(tài)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)工況（額定的80%轉(zhuǎn)速及80%負(fù)荷）下進(jìn)行20min以上的試驗(yàn)。由于在各車(chē)輛累計(jì)行駛里程超過(guò)10萬(wàn)km的階段出現(xiàn)了NOx排放升高的傾向，因此，為了將HC中毒的影響降至最低，將穩(wěn)態(tài)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間定為25～30min，之后再次實(shí)施JE05工況試驗(yàn)。將這一升溫運(yùn)轉(zhuǎn)后的測(cè)試標(biāo)記為“ARO”。進(jìn)而，在部分車(chē)輛上進(jìn)行更換DOC或全部催化劑的試驗(yàn)，調(diào)查包括DOC在內(nèi)的系統(tǒng)性能老化狀況。在本文（插圖）中，“OCR”指僅更換前段DOC的狀態(tài)，“ACR”指更換全部催化劑的狀態(tài)。此外，進(jìn)行多次試驗(yàn)的車(chē)輛在各次試驗(yàn)后的運(yùn)營(yíng)都是從HC中毒恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后開(kāi)始，在下次試驗(yàn)中車(chē)輛的實(shí)際使用狀態(tài)下，可以準(zhǔn)確看出前次試驗(yàn)升溫運(yùn)轉(zhuǎn)后的變化。

1.3 試驗(yàn)車(chē)輛

作為評(píng)價(jià)對(duì)象，試驗(yàn)車(chē)輛采用車(chē)輛總質(zhì)量25t級(jí)的貨車(chē)1輛（車(chē)輛A）和大型公交客車(chē)2輛（車(chē)輛B1和B2）。其主要技術(shù)規(guī)格列于表1。車(chē)輛A被用于運(yùn)輸建筑材料等貨物，行駛路線以市區(qū)道路為主。雖然該車(chē)輛的初次注冊(cè)時(shí)間是在制定大型車(chē)燃油耗試驗(yàn)法之前，但由于配備了12檔機(jī)械式自動(dòng)變速器，因此具有相當(dāng)于燃油耗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限值的性能。車(chē)輛B1是只在市區(qū)道路行駛的公交客車(chē)。該車(chē)輛在2007年2月車(chē)檢時(shí)，曾結(jié)合不透光煙度計(jì)進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)調(diào)查，結(jié)果表明，該車(chē)輛在高怠速工況下的NOx排放量，以及在自由加速狀態(tài)下的煙度值在同等級(jí)車(chē)輛中是較高的，在生產(chǎn)偏差的許可范圍內(nèi)，其發(fā)動(dòng)機(jī)出口的排放可能較高。車(chē)輛B2是與車(chē)輛B1規(guī)格參數(shù)幾乎相同的車(chē)輛，但由于其初次注冊(cè)時(shí)間是在日本政府制定2015年燃油耗標(biāo)準(zhǔn)的2006年之后，所以其性能符合該標(biāo)準(zhǔn)的要求。在對(duì)同一輛車(chē)進(jìn)行不同行駛里程的試驗(yàn)時(shí)，由于要觀察前次試驗(yàn)中HC中毒恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)之后的性能惡化情況，所以其結(jié)果有可能與不實(shí)施中途試驗(yàn)的相同行駛里程車(chē)輛的結(jié)果有所不同。車(chē)輛B2就是為了補(bǔ)償上述差異，采用與車(chē)輛B1相同運(yùn)營(yíng)方式進(jìn)行試驗(yàn)的車(chē)輛。

試驗(yàn)車(chē)輛均采用相同的排氣后處理裝置，即在排氣系統(tǒng)上游依次配置前段DOC、尿素溶液添加系統(tǒng)、SCR轉(zhuǎn)化器，以及后段DOC，并且不采用柴油機(jī)顆粒捕集器（DPF）。

表1 試驗(yàn)車(chē)輛的基本技術(shù)規(guī)格

2 測(cè)定結(jié)果及考察

2.1 試驗(yàn)車(chē)輛在相似狀態(tài)下的排放性能

2.1.1 含氮化合物（NOx、N2O、NH3）的排放動(dòng)態(tài)

在行駛里程最長(zhǎng)的狀態(tài)下，對(duì)車(chē)輛進(jìn)行試驗(yàn)后得出的排氣測(cè)定結(jié)果中，首先觀察與NOx凈化性能有關(guān)的含氮化合物的排放結(jié)果。

針對(duì)試驗(yàn)車(chē)輛在各種條件下的有害物排放傾向，圖1示出了JE05工況試驗(yàn)條件下車(chē)輛的NOx、N2O排放率，以及NH3的工況平均排放濃度。首先觀察實(shí)際使用狀態(tài)下的結(jié)果，3輛試驗(yàn)車(chē)的NOx、N2O及NH3排放量均有大幅增加。在更換全部催化劑后，車(chē)輛的排放性能得到改善，這說(shuō)明NOx排放增加不是由發(fā)動(dòng)機(jī)自身性能變差引起的，也不是尿素溶液品質(zhì)或尿素溶液添加系統(tǒng)方面的問(wèn)題，而是由于催化劑等性能老化，導(dǎo)致還原劑無(wú)法發(fā)揮相應(yīng)的NOx凈化作用，從而以NH3或其氧化后的N2O形式被排放出來(lái)。

根據(jù)以往的觀察結(jié)果，尿素SCR車(chē)輛NOx排放增加的主要原因是HC中毒。因此，在利用催化劑升溫實(shí)施HC中毒恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后，獲得了較為明顯的改善效果。雖然如此，NOx排放率仍處于4～5g／（kW·h）的較高水平。同時(shí)，HC中毒恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后，NH3排放得到大幅降低，其工況平均排放濃度在1×10-6以下。這是因?yàn)樵趯?shí)際使用狀態(tài)下，SCR轉(zhuǎn)化器中因HC中毒的緣故使NH3等還原劑的吸附能力大幅降低，導(dǎo)致NH3大量排放，實(shí)施HC中毒恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)之后，其還原劑吸附能力大致得到恢復(fù)。

N2O對(duì)全球暖化的影響約為CO2的300倍，1g／（kW·h）N2O排放量對(duì)全球暖化造成的壓力要比現(xiàn)有的CO2排放量增加30%～40%。由圖1可知，在實(shí)際使用狀態(tài)下，所有試驗(yàn)車(chē)輛的N2O排放量都很高，尤其是B2車(chē)輛，其N2O排放量已達(dá)到能與CO2造成的暖化效應(yīng)相匹敵的水平。即使在NOx排放減少的HC中毒恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后，N2O排放也降低不多。N2O的生成原因主要是NH3的氧化，雖然在HC中毒恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后SCR催化劑活性提高，流入后段DOC的NH3減少了，但后段氧化催化劑也因?yàn)镠C中毒恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)的緣故而提高了活性，因而幾乎有相同程度的N2O被排放出來(lái)。在更換整個(gè)催化劑后，N2O排放得以降低。在HC中毒恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后，NOx排放仍較高，這說(shuō)明存在未作為還原劑被消耗掉的NH3，并且成為N2O的生成源。

2.1.2 PM和CO2排放性能的變化

圖2示出了試驗(yàn)車(chē)輛在與圖1相同條件下的PM和CO2排放率。在車(chē)輛A上，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)PM和CO2排放有明顯差異。但在車(chē)輛B1和車(chē)輛B2上，與以往的試驗(yàn)結(jié)果相比，在實(shí)際使用狀態(tài)下，PM和CO2排放有明顯增加的傾向，CO2排放量增加約5%，燃油耗也有所增加。

在全部試驗(yàn)結(jié)束后，從車(chē)輛B1上取下SCR催化劑進(jìn)行觀察，分析PM和CO2排放增加的原因。結(jié)果顯示，雖然在實(shí)施HC中毒恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后，NOx凈化性能有了相當(dāng)程度的改善，但催化劑入口存在碳化物等附著物質(zhì)，導(dǎo)致催化轉(zhuǎn)化器被堵塞。在實(shí)際使用狀態(tài)下，上述現(xiàn)象更為明顯，并使排氣壓力更高，甚至導(dǎo)致最大扭矩降低。排氣壓力的升高不僅會(huì)使燃油耗升高，并且由于該發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用廢氣再循環(huán)（EGR）技術(shù)，會(huì)導(dǎo)致進(jìn)排氣之間的壓差增大，這極有可能會(huì)使再循環(huán)廢氣的回流量變得過(guò)大，造成PM排放增加的后果。

2.2 行駛里程與排放性能之間的關(guān)系

圖3示出了車(chē)輛A的累計(jì)行駛里程與NOx排放率的關(guān)系。最初的試驗(yàn)是在行駛至61 750km的時(shí)候進(jìn)行的，此時(shí)還沒(méi)有明顯的NOx排放增加傾向。但是，再繼續(xù)行駛2萬(wàn)km，當(dāng)行駛里程達(dá)80 450km時(shí)，NOx排放量就劇增至原來(lái)的2倍左右。在之前的研究中，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的車(chē)輛怠速運(yùn)轉(zhuǎn)簡(jiǎn)單模擬HC中毒狀態(tài)，然后就實(shí)際使用中“長(zhǎng)時(shí)間怠速運(yùn)轉(zhuǎn)”的情況，詢問(wèn)了試驗(yàn)車(chē)輛所屬的物流公司。結(jié)果得知，車(chē)輛A在行駛至80 450km的階段，大部分是用于冬季深夜的建筑工地運(yùn)輸，在此期間，駕駛員經(jīng)常會(huì)在車(chē)內(nèi)待命，從而出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間怠速的現(xiàn)象。此后，不再?gòu)氖逻@樣的運(yùn)輸，當(dāng)車(chē)輛行駛至111 900km時(shí)，從80 450km時(shí)經(jīng)HC中毒恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后，排放性能僅小幅惡化。由這一結(jié)果可知，在HC中毒恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后，隨著車(chē)輛使用方法的改變，排放性能也會(huì)發(fā)生變化，有可能行駛2萬(wàn)km就發(fā)生性能惡化現(xiàn)象，也有可能行駛數(shù)萬(wàn)公里仍沒(méi)有顯著的性能惡化。另外，在后文介紹的事例中可以發(fā)現(xiàn)，更換前段DOC后，NOx排放性能幾乎沒(méi)有發(fā)生變化。

圖4示出了車(chē)輛B1和B2的累計(jì)行駛里程與NOx及PM排放率之間的關(guān)系。車(chē)輛B1排放性能的特征是，在行駛至147 600km的實(shí)際使用狀態(tài)下，不僅NOx排放率較高，而且PM排放率也極高。此時(shí)，不僅燃油耗增加約6%，而且車(chē)輛加速感也出現(xiàn)異常。為此，首先對(duì)輸出功率性能進(jìn)行確認(rèn)。

圖5示出上述狀態(tài)下車(chē)輛B1在各檔發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下的全負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果，及其與通常狀態(tài)下試驗(yàn)結(jié)果的比較。由圖5可知，在1 000r／min以上轉(zhuǎn)速區(qū)域，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩急劇降低，從而未能充分發(fā)揮其本身的動(dòng)力輸出性能。接近于反比雙曲線的扭矩曲線意味著，輸出幾乎是恒定的且已到極限，認(rèn)為其原因是催化轉(zhuǎn)化器被大量的附著物堵塞，導(dǎo)致排氣壓力上升，限制了發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量和扭矩性能的發(fā)揮。由于性能惡化不僅體現(xiàn)在NOx排放增加上，所以在試驗(yàn)后將車(chē)輛B1送入生產(chǎn)廠家進(jìn)行檢查。在確認(rèn)排氣壓力升高后，在額定工況下升溫運(yùn)行（預(yù)計(jì)500℃），將JE05試驗(yàn)循環(huán)的NOx排放恢復(fù)至3g／（kW·h）的水平，在不更換部件的情況下繼續(xù)車(chē)輛的運(yùn)營(yíng)。然而，在行駛至195 400km時(shí)，發(fā)現(xiàn)NOx排放率達(dá)到整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中的最高值。只是，此時(shí)的PM排放率只有少量增加，也未發(fā)現(xiàn)燃油耗性能出現(xiàn)惡化。然后，當(dāng)車(chē)輛行駛至263 400km時(shí)，其實(shí)際使用狀態(tài)下的NOx排放反而比195 400km時(shí)有所降低，究其原因，結(jié)合PM排放等綜合分析后認(rèn)為，并非是由于SCR催化劑老化程度變輕了，而是由于排氣壓力的升高引起EGR過(guò)度等其他原因共同造成NOx排放性能的變化。

對(duì)比車(chē)輛B1與B2在相同行駛里程下的NOx排放水平，其差異并不顯著?？梢哉J(rèn)為，盡管通過(guò)中途升溫運(yùn)轉(zhuǎn)使HC中毒得以恢復(fù)，但在長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中，催化劑老化的程度并沒(méi)有太大差異。相反，車(chē)輛B1即便在使用過(guò)程中進(jìn)行了升溫運(yùn)轉(zhuǎn)，但在行駛至5萬(wàn)km時(shí)，其效果也已幾乎消失。

在圖3和圖4中，隨著行駛里程的增加，所有試驗(yàn)車(chē)輛都顯示出每次HC中毒恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后的NOx排放增加趨勢(shì)。究其原因，是由于在更換前段DOC的狀態(tài)下，NOx排放并未因行駛里程的增加而增加，而是獲得了接近初始狀態(tài)的排放性能。因此，可以認(rèn)為性能依次變差的現(xiàn)象是由DOC引起的。相反，即使行駛里程超過(guò)20萬(wàn)km，SCR催化劑也極少發(fā)生除HC中毒以外的永久性老化現(xiàn)象。

因DOC性能老化引起NOx排放增加，其原因被認(rèn)為是由于DOC的NO2生成能力減弱的緣故。雖然可以通過(guò)測(cè)定DOC前后的NO和NO2來(lái)驗(yàn)證其NO2生成能力，但由于試驗(yàn)車(chē)輛是普通的商用車(chē)，所以難以對(duì)排氣管上游的氣體進(jìn)行取樣測(cè)定。為此，對(duì)與NO2生成能力相關(guān)的排氣管排出的NO和NO2進(jìn)行測(cè)定比較。尿素SCR車(chē)輛排氣管排出的NO2狀態(tài)較為復(fù)雜，其中包括DOC生成的部分與SCR轉(zhuǎn)化器消耗的部分。因此，在比較的過(guò)程中，必須以SCR轉(zhuǎn)化器與后段DOC性能相同為前提條件。車(chē)輛A在更換前段DOC之后，NOx及NH3的排放率極低，由此可知，SCR及后段DOC在HC中毒恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后已基本恢復(fù)其初始性能，這與更換全部催化劑后的狀態(tài)是對(duì)應(yīng)的。

圖6示出了車(chē)輛A在不同行駛里程時(shí)分別在HC中毒恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后、僅更換前段DOC，以及更換全部催化劑狀態(tài)下排放的NOx中NO2所占的比率。首先從整體上來(lái)看，NO2的比率較低。這是因?yàn)榧词乖贒OC正常發(fā)揮作用的情況下，SCR入口的NO占大半份額，而存在的NO2基本被快速SCR反應(yīng)所凈化。由圖6可知，在HC中毒恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后的狀態(tài)下，NO2比率僅為3%左右；而在更換前段DOC及更換全部催化劑的狀態(tài)下，NO2比率增至2倍以上。這一結(jié)果說(shuō)明，在行駛10萬(wàn)km以上的車(chē)輛上，DOC的NO2生成能力降低了，又由于更換前段DOC，在這兩種條件下，NO2比率的差異達(dá)2倍之多，因此有必要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證。為此，對(duì)NO2排放濃度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

圖7是在車(chē)輛A行駛里程達(dá)212 000km時(shí)，對(duì)HC中毒恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后與更換前段DOC狀態(tài)下的JE05試驗(yàn)循環(huán)后半部分NO2排放濃度進(jìn)行的對(duì)比；圖中同時(shí)也記錄了前段DOC出口及后段DOC之后的排氣管氣體溫度。圖7中，直至1 400s附近，都是低速行駛工況，因此溫度較低。之后，開(kāi)始轉(zhuǎn)至高速行駛工況，溫度也開(kāi)始升高。在1 500s前后的這一過(guò)程中，只有在更換前段DOC的狀態(tài)下出現(xiàn)較高的NO2排放濃度峰值。此時(shí)，DOC的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)200℃，正處于生成NO2的運(yùn)行工況下，但下游的SCR催化劑尚未達(dá)到必需的溫度，因此DOC生成的NO2未能被SCR催化劑凈化，而是直接排出排氣管。與此相反，在HC中毒恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后的狀態(tài)下，未發(fā)現(xiàn)明顯的NO2排放濃度峰值，這說(shuō)明DOC的NO2生成能力降低了。

關(guān)于DOC性能老化的原因，至今尚未完全明確，但由前文可知，所有試驗(yàn)車(chē)輛的DOC性能都是隨使用時(shí)間的增加呈逐漸老化趨勢(shì)，在行駛至20萬(wàn)km HC中毒恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后的狀態(tài)下，NOx排放率約為更換全部催化劑狀態(tài)下的1.5倍，由此認(rèn)為，與受使用方法較大影響的HC中毒不同，導(dǎo)致DOC性能老化更大的原因是行駛里程，推測(cè)其老化可能源自燃油或潤(rùn)滑油中的硫或磷等引起的中毒。這有待于對(duì)試驗(yàn)車(chē)輛運(yùn)營(yíng)商持續(xù)使用的油脂產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)查后再作進(jìn)一步確認(rèn)。

2.3 實(shí)際使用情況下性能降低的影響

即使NOx排放凈化性能出現(xiàn)惡化，用戶也未必予以關(guān)注，對(duì)此，研究人員著眼于用戶更為關(guān)注的燃油耗性能進(jìn)行相關(guān)研究。由圖2中的數(shù)據(jù)可觀察到，車(chē)輛B1和B2在實(shí)際使用狀態(tài)下燃油耗性能發(fā)生惡化，據(jù)此判斷，可能同樣型式的車(chē)輛中有很多是在燃油耗性能惡化的狀態(tài)下被繼續(xù)使用的。為此，在上述試驗(yàn)后，將車(chē)輛B1和B2的整個(gè)催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)都換成新品，然后再交付使用，并在此基礎(chǔ)上，與實(shí)際的車(chē)輛運(yùn)營(yíng)商展開(kāi)合作，調(diào)查系統(tǒng)更換前后的燃油耗性能變化情況。

對(duì)車(chē)輛B1和同時(shí)運(yùn)營(yíng)的其他同型號(hào)車(chē)輛進(jìn)行觀察，從行駛里程達(dá)212 000km的試驗(yàn)前（2012年10月）至試驗(yàn)后的同年12月，根據(jù)車(chē)輛B1在這一期間的加油量和行駛里程計(jì)算燃油耗，然后再將其與不更換催化劑而持續(xù)運(yùn)營(yíng)的14輛相同型號(hào)車(chē)輛的平均燃油耗值進(jìn)行比較（圖8）。

在試驗(yàn)前，即2012年10月，車(chē)輛B1的燃油耗很高，在參比的15輛同型號(hào)車(chē)中高居第2位。這不僅是因?yàn)檐?chē)輛B1是該組試驗(yàn)車(chē)輛中最先投入使用的，還因?yàn)槠浒l(fā)動(dòng)機(jī)出口的PM排放量要高于其他車(chē)輛，導(dǎo)致堆積物大量增加，成為燃油耗升高的原因。然而，車(chē)輛B1的燃油耗值在更換催化劑之后獲得6.5%以上的改善，達(dá)到15輛車(chē)中低燃油耗值的第3位。從14輛相同型號(hào)車(chē)輛的燃油耗標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)看，這一改善率的可信度很高。

另外，雖然車(chē)輛B2在更換催化劑后燃油耗也有所降低，但由于是較新的車(chē)輛，在更換催化劑之前的燃油耗性能相對(duì)較好，所以無(wú)法進(jìn)行對(duì)應(yīng)比較。為此，燃油耗的比較試驗(yàn)僅限于車(chē)輛B1。

綜上所述，HC中毒較為嚴(yán)重的車(chē)輛常常會(huì)導(dǎo)致燃油耗升高，對(duì)實(shí)際應(yīng)用也會(huì)有不利影響。如圖2所示，實(shí)施HC中毒恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后，車(chē)輛的CO2排放量幾乎與更換全部催化劑后的相等。這說(shuō)明實(shí)施升溫運(yùn)轉(zhuǎn)等措施對(duì)防止燃油耗性能惡化是有效的，作為降低NOx排放的技術(shù)措施，升溫運(yùn)轉(zhuǎn)也具有防止燃油耗及CO2排放性能惡化的優(yōu)勢(shì)。

2.4 今后的改善策略

2.4.1 符合新長(zhǎng)期排放法規(guī)要求的尿素SCR車(chē)輛

2011年之后，只能符合日本新長(zhǎng)期排放法規(guī)限值要求的車(chē)輛就已不再生產(chǎn)，雖然今后這種車(chē)輛不再增加，但預(yù)計(jì)多數(shù)尿素SCR車(chē)輛仍會(huì)在性能惡化的狀態(tài)下繼續(xù)使用。對(duì)此，必須實(shí)施相應(yīng)的對(duì)策，雖然目前對(duì)于具體的實(shí)施方案還存在許多問(wèn)題。當(dāng)前的對(duì)策是實(shí)施超過(guò)400℃的升溫運(yùn)轉(zhuǎn)，如圖1所示，這不僅有利于改善車(chē)輛的NOx排放性能，而且還能降低NH3等其他成分的排放，以及改善車(chē)輛的CO2排放性能。

2.4.2 未來(lái)的尿素SCR技術(shù)對(duì)策

對(duì)于符合新長(zhǎng)期排放法規(guī)限值要求的尿素SCR車(chē)輛，可通過(guò)適當(dāng)提升催化劑溫度來(lái)維持其性能；而符合日本后新長(zhǎng)期排放法規(guī)限值要求的尿素SCR車(chē)輛由于同時(shí)采用SCR裝置和DPF，其DPF再生時(shí)的高溫能適度緩解HC中毒的現(xiàn)象。

然而，只采用升溫的方法，還無(wú)法徹底解決DOC性能老化的問(wèn)題，因此，必須進(jìn)一步了解其老化原因，尋求相應(yīng)的解決對(duì)策。假如老化受硫分的影響，則可預(yù)知，在低溫下難以形成促進(jìn)老化的硫氧化物，而在高溫下則難以吸附硫氧化物。目前的耐久性老化試驗(yàn)是以熱負(fù)荷為中心，反復(fù)進(jìn)行高溫及低溫評(píng)價(jià)試驗(yàn)，這有可能無(wú)法對(duì)實(shí)際應(yīng)用中由硫分引起的老化現(xiàn)象進(jìn)行適當(dāng)評(píng)價(jià)。今后，必須對(duì)包括老化原因在內(nèi)的各種耐久性要素進(jìn)行探討，以維持尿素SCR車(chē)輛的性能。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)符合日本2005年新長(zhǎng)期排放法規(guī)要求的大型尿素SCR車(chē)輛在使用過(guò)程中的NOx等排放性能進(jìn)行測(cè)定和評(píng)價(jià)。通過(guò)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行多次反復(fù)測(cè)試，得出以下結(jié)論。

（1）對(duì)2輛試驗(yàn)車(chē)（貨車(chē)和公交客車(chē)）分別進(jìn)行多次試驗(yàn)后得知，在行駛里程至5萬(wàn)km之前，車(chē)輛的排放性能均沒(méi)有明顯的惡化現(xiàn)象。但包括另一輛試驗(yàn)車(chē)在內(nèi)的3輛車(chē)都在行駛里程超過(guò)10萬(wàn)km時(shí)，NOx排放超過(guò)正常值2倍以上。這一現(xiàn)象在更換催化劑后會(huì)恢復(fù)正常，因此斷定，性能惡化的根源來(lái)自排氣后處理裝置，而不是發(fā)動(dòng)機(jī)。

（2）作為NOx排放增加的主要原因，一般認(rèn)為是由SCR催化劑的HC中毒引起的暫時(shí)性性能老化，但隨著行駛里程的增加，前段DOC的NO2生成能力降低也是原因之一。由HC中毒引起的性能老化可以通過(guò)超過(guò)400℃的升溫運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)予以恢復(fù)，但高溫?zé)o法消除DOC性能老化帶來(lái)的影響，而這將造成永久性的排放性能惡化。DOC性能老化幾乎與行駛里程的增加成正比，因此推測(cè)其原因是硫或磷引起的中毒現(xiàn)象，今后應(yīng)該對(duì)其成因進(jìn)行進(jìn)一步研究。

（3）在NOx排放增加的運(yùn)行狀態(tài)下，NH3及N2O排放也會(huì)大幅增加。尤其是N2O，其有害程度會(huì)達(dá)到相當(dāng)于JE05試驗(yàn)循環(huán)下CO2溫室效應(yīng)的30%～90%。通過(guò)升溫運(yùn)轉(zhuǎn)恢復(fù)HC中毒之后，NH3排放性能可得到大幅改善，但N2O排放性能的變化很小。

（4）2輛公交客車(chē)在行駛里程超過(guò)10萬(wàn)km時(shí)，HC中毒現(xiàn)象較為明顯，大量的附著物導(dǎo)致排氣壓力升高，最高輸出功率降低，燃油耗性能出現(xiàn)惡化。因此，升溫運(yùn)轉(zhuǎn)不僅能恢復(fù)原有的NOx排放性能，對(duì)防止CO2排放性能惡化等也是有效的。