客車用國Ⅲ柴油機的改裝配套設計

花德保

（上海柴油機股份有限公司，上海200438）

客車用國Ⅲ柴油機的改裝配套設計

花德保

（上海柴油機股份有限公司，上海200438）

從改裝方案確定、結構設計、冷卻系統、電器電控系統、整車功能提升等方面介紹客車用國Ⅲ柴油機的改裝配套設計，對改裝的柴油機全面進行細化選型、計算、設計，滿足使用要求，達到整車性能最優化。

柴油機改裝配套客車國Ⅲ

1 前言

隨著國家對整車排放標準的要求，特別對北京、上海、深圳、杭州等城市客車產品要求日益嚴格，城市公交客車面臨更新換代。公交公司為了滿足排放法規的要求，同時又降低購車成本，對在用的公交客車采取改裝配套，即用達到排放要求的發動機來代替原來的發動機。改裝配套比較特殊，與常規的發動機與客車配套有所不同，受到的限制更多。為確保現發動機能安裝在被改裝車的大梁上，需重新設計安裝支承或借用原來的支承。在滿足性能要求的情況下，根據需要對于可借用的原車附件，如水箱、中冷器、消聲器、空濾器等，需確定安裝位置、尺寸及管路連接走向及重新布置設計。

2 改裝方案確定

目前國內的城市公交客車大都采用柴油機為動力，改裝配套主要在原有客車整車上對柴油機進行更換，重新設計連接管路及傳動部分，為滿足性能使用要求，再根據情況更換或保養中冷器、水箱、變速箱、增加整車功能等。由于舊車改裝的這種柴油機的使用車況相對較差，對于動力性能匹配尤其重要。

通常柴油機功率選型主要從變速箱輸出最大扭矩、車長或整車總質量、是否為空調車、整車配置及整車用途等綜合考慮。配套8 m、10 m、11 m、12 m及13.7 m客車所用發動機的功率一般為118~132 kW、158 kW、169~184 kW、184~205 kW和235 kW。柴油機性能的優化，根據改裝車實際運營路況及動力傳動配置做路譜數據采集分析、及功能相配置的ECU數據；動力傳動部分的選用主要從變速箱、主減速比考慮，為了改善油耗，應做合理的匹配計算，把路譜數據導入車輛動力系統匹配軟件如AVL-Cruise中進行匹配計算，再通過軟件進行柴油機性能優化，最終選擇合理的變速箱、主減速比，提高燃油經濟性。例如在某公交公司進行改裝時，根據計算結果改變主減速比，車輛的百公里燃油消耗量下降了3%~5%。

3 結構設計

3.1 柴油機與變速箱的連接

3.1.1 柴油機與自動變速箱的連接

客車用自動變速箱通常為Allison及ZF系列，自動變速箱一般采用SAE2#飛輪殼匹配。若改裝廠不更換變速箱，需按照現有變速箱的連接尺寸選擇合適的飛輪殼及重新設計柔性連接鋼片及過渡連接盤；若更換變速箱，需要根據新變速箱的結構尺寸匹配合適的飛輪殼、過渡盤及連接鋼片，并且考慮原傳動軸是否滿足長度尺寸及法蘭接口連接要求。

3.1.2 柴油機與手動變速箱的連接

根據得到的平均失效概率、損傷因子和FMS，計算得到氫氣管道的失效概率Pf(t)=7.0×10-7×3×0.603=1.26×10-6，其失效可能性等級為1。

客車用手動變速箱通常為QJ、DC系列，其中以QJ系列變速箱較多，一般采用SAE1#飛輪殼匹配。若現變速箱及離合器的性能滿足需要，改裝廠不更換，則按照現有變速箱及離合器選擇飛輪和飛輪殼，并考慮變速箱殼體與飛輪殼連接法蘭端面分度圓螺孔孔心距要一致，定位軸直徑和長度與飛輪中心定位孔配合，傳動軸花鍵與離合器總成花鍵SAE1#匹配，具體變速箱與發動機連接安裝要可靠，防止變速箱傳動軸太長頂住飛輪；若更換變速箱及離合器，則根據新變速箱及離合器的具體尺寸來選擇合適的飛輪及飛輪殼，考慮安裝尺寸、位置及連接。

柴油機與變速箱的連接動力總成傾角按原狀態，控制在±1°以內。

3.2 柴油機的支承

國Ⅲ柴油機在改裝前期首先考慮的就是柴油機的布置，根據柴油機的長、寬、高來確認能否在整車大梁上安裝，其中支承是柴油機在大梁上定位的關鍵。根據整車大梁寬度結合柴油機的寬度把實際尺寸利用Pro-E重新布置設計。為降低整車振動及噪聲，通常支承系統為4點支承，柴油機與大梁支承連接結合處采用減振懸置軟墊，支承為鋼制或鑄鐵材料，通常連接飛輪殼處的后支承為正立或倒立“L”型，連接機體處前支承為45°斜支承，機體兩側支承連接后近似V型。為了考慮柴油機后端變速箱重量載荷對飛輪殼的可靠性影響，一般要求變速箱需加裝輔助支承。

一般把新發動機吊裝在大梁上，對于原支承都不可借用；根據整車大梁的寬度選擇合適的飛輪殼，按照前后懸置軟墊再重新設計發動機前后支承來布置安裝定位發動機。

3.3 柴油機的管路

柴油機的管路主要包括氣管路、水管路及油管路。

柴油機氣管路主要為進氣、排氣管路，柴油機工作過程中要保持進、排氣通暢。進氣管路主要分為中冷前和中冷后，其中進氣管路中進空濾前的風道要密封并置于整車后端外側面且不可過低，防止大量灰塵進入風道影響空濾器壽命及加大進氣阻力。空濾器在改裝過程中若不更換，需要滿足新發動機所需流量和進氣阻力限值，盡可能對空濾器濾芯更換或保養；若更換空濾器，需選擇滿足新發動機性能要求的，并考慮安裝位置及尺寸連接。空濾器與增壓器連接的進氣管內徑不能偏小，盡量減少彎度，平滑過渡連接，以減小阻力。管路里面不能有焊巴和雜質，采用耐溫耐壓硅橡膠T-BLOT夾箍連接，氣管路不能與排氣管靠得太近且有支架支撐，氣管路連接不可存在相碰或干涉情況，以防磨損管路，造成漏氣，影響柴油機功率及壽命。另外空壓機進氣管要連接在增壓器壓氣機與空濾器之間連接的進氣管路上，可靠連接，不易產生吸癟現象。膨脹水箱通氣管接口通徑≥Φ6 mm，布置通氣管必須連續上升，不許呈馬鞍形或打圈，確保放氣通暢；由于原發動機氣管路與新發動機無法連接，通常需對新發動機、中冷器、消聲器在大梁上布置好后再定型氣管路走向及卡箍、膠管的選擇，一般由改裝廠設計連接，柴油機排氣溫度較高，設計連接管路時盡量避開橡膠件、電線等，排氣管路連接要求平滑過渡，各個連接處都要求加墊片，不允許出現直角連接，管路彎頭盡可能少，為緩沖排氣振動，通常在增壓器連接排氣彎管處加裝波紋管且有支撐，不能把重量直接掛在增壓器上，以防損壞增壓器。改裝發動機的消聲器若不更換，需要滿足消聲效果及排氣背壓≤10 kPa的要求；若更換，需根據柴油機的功率選擇合適的消聲器。

柴油機水管路要根據水箱的安裝位置合理布置設計，通常為改裝廠設計，因改裝車，新發動機在大梁上布置好后，原發動機的水管路基本不可使用，根據新發動機及水箱進出水口位置，若使用自動變速箱需考慮油散水管路與柴油機進出水管路的連接位置及暖風機水管路連接，綜合考慮水管的連接設計，對管路連接要固定，避免振動使之脫落，水管不易過長及存在多處彎頭，防止進出水不暢，造成柴油機水道氣阻降低冷卻效果。柴油機進水管橡膠件不能太長，否則容易吸癟，膨脹水箱下水管（補償水管）應連接到柴油機水泵進水管上，并盡量接近水泵進水口，并且膨脹水箱必須要高于柴油機和水箱的最高水位，有利于有效排除空氣。在連接補償水管時，千萬不能把補償水管接在發動機出水管處；當發動機水溫升高，調溫器打開后，造成冷卻水從膨脹水箱噴出。由于整車廠錯誤連接補償水管，這種情況發生過。

柴油機油管路改裝配套時主要考慮柴油管路連接及轉向泵油管路的連接，對于老化的油管路需要給予更換。

柴油管路系統：1）首先要更換或清洗油箱，油箱內涂層不能含鉛；必須在油箱進油管處加濾網，否則油箱太臟會引起雜質阻塞油路而導致車輛半路熄火，或阻力太大而導致性能變差；并且要求進油接頭要盡可能遠離回油接頭，以利于回油的冷卻和沉淀。2）油管路材料必須是耐油的橡膠管，否則容易脫層，堵塞管路；建議進回油管內徑≥Φ10mm，特別是接頭，通徑不得≤Φ10 mm，以保證燃油系統阻力達到要求，進油阻力≤30 kPa，回油阻力≤40 kPa。3）國Ⅲ柴油機對柴油濾清器及流量要求很高，在改裝時，需對原來的柴油粗濾器進行更換，柴油粗濾器選用帶有報警裝置，并應更換連接油管及管接頭，內徑不得≤Φ10 mm。當柴油機初次起動或油管路有空氣要排除時，須分別依次從燃油粗濾器出油口、燃油精濾器出油口和噴油器回油管接頭（回油塊）排氣，切不可從高壓油泵回油接頭處排氣，防止回油接頭單向閥鋼球與彈簧脫落，造成柴油機無法啟動。具體操作時參見使用說明書。

轉向泵油管路：轉向油杯需加裝濾清裝置，油管內要清潔，無雜質，按照整車總質量，配置一定排量及工作壓力的轉向泵，并且盡可能選擇葉片泵，以降低整車噪聲。對轉向泵進出油接口要采用帶有密封橡膠圈的墊片，以防止漏油。

4 冷卻系統

根據柴油機實際功率選擇匹配的中冷器及水箱。改裝廠對于原車的中冷器、水箱、風扇若不更換，因車況差，使用時間較長，特別針對中冷器、水箱冷卻效果較差，需要清洗并滿足新發動機的冷卻要求，風扇要按照現有直徑根據計算選擇合適的帶輪速比來滿足要求；若更換中冷器、水箱、風扇，需要對新匹配的散熱面積進行合理配置，安裝位置布置、風扇的導風罩及風扇座、帶輪及膠帶正確匹配。主要根據匹配功率及實際使用情況而選定風扇直徑，通過風扇帶輪的重新設計來改變風扇速比，或選用硅油離合器或電子離合器風扇，達到合理的冷卻效果。

改裝時，對借用或更換的中冷器及水箱安裝，要保證中冷器風道必須密封，以利于氣流全部通過中冷器和散熱器，保證散熱效率。客車水箱和中冷器通常固定連接在一起，布置在整車后端的左側或右側，連接安裝在大梁側面支承架上；水箱地腳要安裝減震軟墊，保證彈性連接。

柴油機改裝完成后通常做熱平衡測試，按照熱平衡后測得的數據，在柴油機調溫器全開的情況下，其計算公式為：整車允許使用最高環境溫度tmax=冷卻液沸點溫度-柴油機上水室溫度+環境溫度，一般使用最高環境溫度tmax達到40℃即能滿足要求。

5 電器電控系統

5.1 電器部分

電器部分主要為發電機、傳感器、起動電機等。在實際配套設計過程，要根據用戶需求和整車配置來選定合適的發電機：一般11 m以上空調客車，具有110 A以上電渦流緩速器，并且路況較為擁堵，頻繁剎車，需配置4 kW發電機；對于不帶電渦流緩速器的城際客車，通常配置3 kW發電機即可；對于不帶電渦流緩速器及空調，且線路較好的快線巴士，配置2 kW發電機可滿足需要。對各類傳感器需要認真考慮，由于被改裝車型的儀表盤不易更換，傳感器通常為改裝廠配置。為保證儀表讀數真實反映柴油機參數，接儀表的發動機轉速、水溫和機油壓力傳感器應與整車儀表相匹配。

5.2 電控部分

電控系統部分安裝連接主要從線束、ECU、油門踏板等方面，注意事項：

1）發動機線束、ECU連接線束、電源線束、整車線束的連接安裝要避開高溫、防塵、防潮，各接插件使用防水型，ECU連接線束和整車線束安裝要盡可能沿車身或大梁走向，避開干涉管路，特別遠離高溫、油污部件，并要固定扎好，防止松脫，造成電器故障；

2）由于ECU需做好防水、防塵、密封、透氣，因此ECU控制盒固定在ECU支架上后與繼電器一起要安裝在整車最后一排座位的合理位置，做一固定ECU與繼電器的安裝盒，并做相應的密封和散熱處理，見圖1箭頭所指位置；

圖1 ECU控制盒安裝位置

3）電子油門踏板要固定安裝在駕駛室合理位置，保持舒適度，油門踏板接插件應可靠連接后放置在駕駛室電器箱內；

4）電源線束要與電瓶正負極正確連接，并且與ECU連接線束上(或在與整車線束接口處)有兩根相對獨立引出的兩根接線，其中一根黑線接電源負極，一根紅線接電源正極；

5）車輛線束每個信號線要準確連接，若不用時可做絕緣包扎屏蔽，防止錯誤信號或故障碼出現。

6 整車功能提升

國Ⅲ電控柴油機除了排放低、經濟性好、可靠性高外，還具有全面的新一代整車電子控制功能，為整車的檔次提升提供了良好的基礎。主要功能有：

1）整車巡航：在高速公路上使用巡航功能，可以降低駕駛員疲勞程度，改善駕駛舒適性；

2）最高車速保護：限制汽車最高車速，保護發動機和整車，提高整車使用壽命；

3）怠速調節：根據發動機狀態，柴油機自動改變怠速轉速、加速發動機暖車，并根據整車空調等附件狀態，改變發動機轉速；

4）柴油機故障診斷及自處理：發動機電控系統具有故障自診斷功能，并能在隨車儀表上通過故障指示燈報警類且顯示故障種，遇到嚴重故障，發動機可以進行保護性自處理，此外使用上柴專用故障診斷工具，可以全面檢查柴油機電控系統的故障，并能指導操作人員排除故障；

5）CAN總線功能：上柴電控柴油機的CAN總線功能，可以與ABS/ASR、自動變速箱、整車儀表等進行通信，實現整車管理功能與發動機管理功能的統一；

6）一機多模式功能：駕駛員根據不同的載重量，通過多工況選擇開關來控制ECU，ECU得到指令后控制發動機運行不同的性能MAP，輸出不同的功率、扭矩、調速特性，從而滿足不同工況的要求。

根據配套用戶實際需要可針對性選擇整車功能，滿足使用需要。

7 結論

國Ⅲ柴油機改裝配套是一個特殊的配套領域，由于結構與原發動機偏差很大，整車布置極其復雜，造成改裝困難多、難度大、周期長，對改裝質量的控制是其難點。為了更好掌控改裝配套的質量，不但要從柴油機結構、性能、附件選型及整車功能應用等多方面考慮，而且改裝配套應做好改裝可行性評審、周密地制定改裝方案、準備改裝材料、實施改裝及過程質量監控等系統工作。通過改裝配套應用實例，對柴油機配套設計的匹配原理和匹配技術有一定的理解和掌握，并體現舊車通過發動機的更換改裝，再現價值，充分達到資源再利用，即滿足環保排放要求又發揮社會效益。柴油機配套設計涉及到多學科領域，值得我們去深究和探討。

Application Retrofit of Euro IIIDiesel Engine for Bus

Hua Debao
(Shanghai Diesel Engine Co.,Ltd.,Shanghai 200438,China)

How to retrofit the EuroⅢelectronically controlled diesel engine is explained from retrofitting plan,design of structure,cool-system,electronic control system, performance improvement,etc.Optim ization of the engine performance is carried out by detialed type selection,calculation and design.

dieselengine,application retrofit,bus,Euro III

來稿日期：2009-02-18

花德保（1978－），男，助理工程師，主要研究方向為柴油機配套設計。