近期，美国环境保护署宣布，卡车不再强制要求配备柴油机尾气处理液（尿素）质量传感器。美国卡车运输协会等组织一直主张，该传感器并非必要，且给行业带来了高昂成本。
当传感器发生故障时，会导致车辆停运，增加维护和维修费用，对车队运营造成不利影响。车队还曾报告过诊断数据误读的情况。一旦电子控制系统认定存在故障，发动机就会限制功率，在某些情况下甚至导致卡车抛锚。据EPA称，与DEF相关的故障每年给行业造成数十亿美元的损失。
虽然取消传感器可以节省开支，但值得一问的是：这是否是环保方面的一次倒退？我们是否在用金钱换取危险的氮氧化物排放？
让我们先了解该传感器的用途，再判断是否存在其他监测和感应方式能确保排放合规。
传感器的用途是什么？
选择性催化还原系统于2010年在美国引入，以满足氮氧化物排放要求。在SCR系统中，DEF被喷射到排气气流中，使SCR催化剂能够将有害的氮氧化物转化为氮气和水蒸气。
如果正常运行，SCR系统非常有效。然而，许多部件都可能发生故障。此外，如果DEF质量不佳，SCR系统也无法正常工作。质量不佳可能意味着DEF不符合规格。因此，DEF的储存和处理至关重要。应将其储存在32°F至77°F（约0°C至25°C）之间的容器和环境中。DEF在低于12°F（约-11°C）时会冻结，因此需要DEF罐加热器；在高于86°F（约30°C）时会降解。在适当的容器和密封机制下防止水分进入，其保质期为两年。如果不遵守这些标准，DEF就会降解。此外，还存在篡改的风险，例如向罐中加水。
为确保系统中存在高质量的柴油机尾气处理液，DEF质量传感器在2010年至2013年间被强制要求配备。如今，该传感器不再强制，卡车会增加氮氧化物排放吗？
排放控制系统的目标是确保尾气清洁，满足所有环保法规要求，而不是判断储罐中是否有劣质DEF。图1显示了一个SCR系统，DEF喷嘴位于图中右侧SCR催化剂之前。废气从发动机流向SCR系统（图中从左至右），DEF被喷射入废气中。DEF使SCR催化剂能够还原NOx。
图中还显示了两个NOx传感器——一个在入口，一个在出口。通过读取这些传感器，控制系统可以检测到SCR失效及其他问题。确保排放合规并不需要DEF质量传感器。唯一的例外是，DEF质量传感器可能比NOx传感器更早发现问题，但检测滞后时间可能仅为一到两小时。
值得指出的是，NOx传感策略不仅仅是几行代码。车载诊断系统要求对系统是否正常工作进行极其详尽的评估，NOx传感方法是其中一部分。
关于OBD的更多细节
EPA和加州空气资源委员会要求配备OBD系统。OBD系统高度复杂且详尽，需要大量的OBD监测器。以下列举其中部分监测器的用途：
- 通过比较入口和出口NOx，测量NOx转化效率。如果出口NOx传感器未显示出相对于入口NOx传感器的显著降低，将触发故障码和发动机降功率。
- 测量出口NOx传感器并与控制模块中的预期值进行比较；预期值基于控制模块中的众多参数和表格。DEF喷射率、温度、压力及其他运行条件均被监测。如果实测NOx与预期NOx存在显著差异，将触发故障码和降功率。
- 检查NOx传感器的完整性。对NOx传感器本身进行评估。如果出现故障，将触发故障和发动机降功率。
以上并非OBD监测器的完整清单，但旨在说明OBD的详尽程度。
发动机制造商需要向监管机构证明OBD系统正常工作，必须提供测试数据和文件。以下是测试数据的一些示例：
- 故障测试：在进行了评估所有潜在故障的失效模式及影响分析后，制造商必须制造这些故障，并证明OBD系统能够捕获它们。例如，在催化剂部分堵塞、催化剂性能退化或DEF质量低劣的情况下运行，制造商必须证明在这些故障引入时OBD能够正常工作。
- 实际使用测试：制造商必须跟踪监测器在实际运行中的运行频率，并显示其运行相对于驾驶条件是现实的。
- 实际使用性能：必须对新车型和在真实工况下运行的车辆进行测试。在真实工况下运行的车辆通常是已经运行了一年或更长时间、运输实际货物的现场测试车辆。此外，还在测试台架上进行数千小时的发动机运行以进行退化测试，这些数据用于量化SCR系统随时间推移的潜在退化程度。
文件记录和认证同样相当复杂。所需提供的示例包括：监测策略的描述、设定阈值的标准、以及OBD有效性方面的任何缺陷清单。所有这些都需要提交给监管机构。
笔者咨询了几位同事，他们告知OBD至少需要数万行代码。有人表示需要数十万行代码。至于文档，他们表示通常需要5000到10000页来正确开发和认证OBD系统。这些数字可能并非完全精确，但它们确实凸显了OBD的复杂性和详尽程度。
复杂性
当电子燃油喷射系统首次推出时，我们曾自豪地说这些系统比阿波罗飞船还复杂。多年来，发动机、后处理系统及控制系统的复杂性呈天文数字般增长。用ChatGPT快速搜索显示，现代汽车拥有约1亿行代码。虽然这些数字都不精确，但凭直觉，其中60%到70%与动力总成控制和诊断相关。
笔者在职业生涯早期学到的一条原则是：设计越简单越好。简单的设计用更少的部件满足同样的要求，通常比更复杂的解决方案更可靠。我们通常从部件不易失效的角度来理解可靠性，但这同样适用于排放合规性。设计越简单——只要经过适当的设计和验证——排放不合规的可能性就越低。
生活中充满了权衡取舍，产品设计亦是如此。工程师面临的挑战是设计出可靠、低成本且环保的产品。我们在减少NOx、颗粒物和二氧化碳方面取得了长足进步，不想倒退。这项政策变化似乎是一个公平的权衡：取消了DEF质量传感器的需求，同时仍能确保不会出现重大的排放合规问题。
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