重新定义排放合规成本

协调一致的发动机和后处理系统是实现工程机械运行价值的一种途径。

这意味着要尽可能地将工程复杂性和项目风险降至最低。

虽然排放合规是强制性的，但实现方式已成为汽车制造商之间重要的差异化因素。

如今，排放控制领域最低的购置成本与尾气后处理系统的前期价格关系不大；它更多地取决于集成、验证、开发时间表、耐久性和长期服务要求等因素。

据跨国后处理专家 Eminox 的技术总监 David Phillips 称，OEM 厂商现在更加意识到，排放控制方案是复杂的系统级挑战。

“通常情况下，你不会只是简单地拿一台现有的发动机，然后说，‘我们给它加装一个后处理装置’，”他解释说。“你需要将后处理装置和发动机结合起来。你在发动机方面所做的选择——燃油系统、涡轮增压器配置、废气再循环策略——都会决定发动机的排放，而这又直接影响到排气系统的设计。”

这些相互作用影响着从催化剂技术和贵金属负载量到柴油颗粒过滤器（DPF）尺寸、烟灰存储容量和保养周期等方方面面。因此，动力系统中的每一个决策都会对系统的其他部分产生影响。

对于汽车制造商而言，这从根本上改变了他们对待排放计划的方式。

从组件到系统

历史上，排放控制硬件大多被视为一个独立的部件。如今，大多数制造商都认识到，排放性能是完全集成系统的结果。

戴夫·菲利普斯，Eminox集团技术总监

菲利普斯说：“他们现在考虑的是整个流程，从进入发动机的空气一直到排气管。所有这些因素都会影响成本、油耗、维护周期或用户体验。”

这种转变也改变了研发团队的组织结构。越来越多的汽车制造商开始设立专门的系统集成团队，在项目早期阶段对不同的发动机和后处理系统组合进行建模和仿真。

菲利普斯解释说：“理想情况下，他们会在开始实际研发之前进行各种情景模拟。作为一个团队，他们需要考虑所有因素并模拟所有可能出现的情况，这样，在启动新的发动机项目之前，他们就能有效地在纸上或模拟中测试所有内容。”

即使有了更先进的规划工具，成本压力也往往会在开发后期出现。

为什么问题常常在结尾出现

在许多排放项目中，预算超支和延误往往发生在项目后期，此时发射期限临近，工程团队必须迅速解决剩余问题。

菲利普斯说：“这种情况几乎总是发生在最后阶段。那时你有了目标日期，然后突然间你开始投入更多资源或花费更多资金来解决问题。”

理想情况下，这些资源应该更早地投入到项目中，以避免最后时刻出现问题。但实际上，各种优先事项的冲突往往阻碍了这一点。

他解释说：“你可能会说，你要预留资源来应对三年后可能出现的问题。但如果现在就存在影响生产的问题，人们自然会优先处理这些问题。等到减排计划变得迫在眉睫时，你已经面临压力了。”

因此，开发速度成为项目成本的关键因素。

菲利普斯说：“归根结底，时间就是金钱。设计、制作原型和测试系统的速度越快，成本往往就越低。”

然而，后处理设备的研发进度很少是由后处理设备供应商单独决定的；它们通常受到更广泛的发动机项目进度的限制。

“我们或许能够很快地设计和制造出排气系统，”他说。“但发动机团队可能还在测试不同的硬件组合。所以进度通常取决于整个项目，而不是其中的某个部分。”

验证和现场表现的隐性成本

实验室测试固然有价值，但无法替代从现场运行的机器中收集的数据。

即使排放系统成功投入生产，一旦设备在实际运行条件下运行，仍然可能会出现意想不到的成本。

保修风险就是一个例子。

菲利普斯说：“总会有一些意想不到的问题。比如热性能问题，或者一些你根本没预料到的应用场景。”

为了降低这些风险，许多原始设备制造商现在密切监控首批部署到现场的机器。

他解释说：“他们密切关注早期设备的使用情况。他们收集数据，了解客户实际如何使用设备，并在大量设备投入使用之前发现任何异常情况。”

这些早期观察结果通常会导致生产第一年进行设计改进。

另一个关键领域是验证测试。实验室测试可以探索极端运行条件，但无法完全模拟实际使用情况。

菲利普斯说：“现场验证永远无法完全替代。但仅靠现场测试也存在局限性。你可能无法观察到所有不同的扰动，也无法触及关键点，从而无法获得完整的图像。”

为了解决这种不确定性，工程师经常在系统运行范围的边缘进行测试。

他解释说：“你要考虑最坏的情况。如果采用最坏的组件和最坏的环境，系统还能正常运行吗？”

项目规模通常决定了测试的深入程度。大批量产品需要更高的可靠性，因为即使是微小的设计决策，也会对成千上万个产品产生影响。

菲利普斯说：“如果你要生产大量的系统，每一分成本都很重要。但同样，你也承受不起现场故障的代价。”

集成式解决方案与附加式解决方案

虽然集成开发通常是首选，但在某些情况下，排放系统必须添加到现有发动机中，而不是与发动机一起开发。

Eminox 近耦合式废气后处理系统

菲利普斯表示：“Eminox经常收到关于‘即插即用’排气系统的咨询，我们产品组合中有很多解决方案可以满足这些客户需求。有时客户已经有了发动机，不想更换，或者重新设计发动机的成本太高。”

在这种情况下，工程师必须调整后处理系统以适应现有架构。

他承认：“总会有妥协的余地。但有时这样做在商业上是明智的，尤其是在小批量应用的情况下。”

监管方面的区域差异

此外，全球各市场的排放法规差异很大，这进一步增加了问题的复杂性。

在欧洲，监管力度不断加大的方向相对稳定，这为制造商提供了更清晰的长期目标。相比之下，美国的监管环境则更为分散，各地的监管方式差异很大，从相对宽松的联邦法规到加州空气资源委员会（CARB）的严格管控，不一而足。

菲利普斯指出：“加州空气资源委员会（CARB）的做法往往更为积极。其他州可以选择是效仿CARB的做法，还是效仿联邦环保署（EPA）的做法。”

印度等新兴市场也带来了独特的挑战。

菲利普斯表示：“监管法规正在推进，但时间表可能会有所变动。某些行业发展势头强劲，而另一些行业则需要更多时间来适应。”

尽管存在这些地区差异，但有一点始终不变：成本始终是讨论的核心。

菲利普斯说：“成本方面的讨论在各地都一样。变化的是应用本身和应用架构。”

选择合适的系统

菲利普斯认为，排放开发中最常见的陷阱之一是过于关注单个部件，而不是整个系统。

“这不仅仅是选择最好的单个组件，”他说。“你需要的是能够和谐运作的组件。”

实际上，将各个类别中最先进的硬件组合在一起，有时只会增加成本，而不会提高性能。

他解释说：“如果每个专家都力争采用自己领域内最好的部分，最终可能会导致系统设计过度、预算超支，并且可能没有得到充分优化。”

相反，成功往往在于平衡整个系统的性能、耐用性和成本。

降低复杂性以降低成本

对于 OEM 厂商而言，在应对这些监管和技术环境时，面临的挑战是如何在降低组件价格的同时，减少集成难题，缩短开发周期，并确保系统在其整个生命周期内可靠运行。

这绝非易事，需要对排放控制进行全面考量，将工程、验证、制造和服务方面的考虑因素联系起来。

菲利普斯说：“尽管如今汽车制造商对后处理技术了解得非常透彻，但与排气系统集成商合作优化整个系统，确保发动机和后处理技术完全集成，仍然具有真正的价值。”

归根结底，实现最低采购成本的不是削减工程投入，而是将其投入到正确的地方。

随着全球排放标准的不断发展，采用这种系统级方法的制造商更有可能高效、可持续地实现合规。

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本文由KHL内容工作室与Eminox集团公司的专家合作撰写。

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所有图片均由Eminox提供。