客車(chē)用國(guó)Ⅲ柴油機(jī)的改裝配套設(shè)計(jì)

花德保

（上海柴油機(jī)股份有限公司，上海200438）

客車(chē)用國(guó)Ⅲ柴油機(jī)的改裝配套設(shè)計(jì)

花德保

（上海柴油機(jī)股份有限公司，上海200438）

從改裝方案確定、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)、電器電控系統(tǒng)、整車(chē)功能提升等方面介紹客車(chē)用國(guó)Ⅲ柴油機(jī)的改裝配套設(shè)計(jì)，對(duì)改裝的柴油機(jī)全面進(jìn)行細(xì)化選型、計(jì)算、設(shè)計(jì)，滿足使用要求，達(dá)到整車(chē)性能最優(yōu)化。

柴油機(jī)改裝配套客車(chē)國(guó)Ⅲ

1 前言

隨著國(guó)家對(duì)整車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，特別對(duì)北京、上海、深圳、杭州等城市客車(chē)產(chǎn)品要求日益嚴(yán)格，城市公交客車(chē)面臨更新?lián)Q代。公交公司為了滿足排放法規(guī)的要求，同時(shí)又降低購(gòu)車(chē)成本，對(duì)在用的公交客車(chē)采取改裝配套，即用達(dá)到排放要求的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)代替原來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)。改裝配套比較特殊，與常規(guī)的發(fā)動(dòng)機(jī)與客車(chē)配套有所不同，受到的限制更多。為確?，F(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)能安裝在被改裝車(chē)的大梁上，需重新設(shè)計(jì)安裝支承或借用原來(lái)的支承。在滿足性能要求的情況下，根據(jù)需要對(duì)于可借用的原車(chē)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(shè)計(jì)。

2 改裝方案確定

目前國(guó)內(nèi)的城市公交客車(chē)大都采用柴油機(jī)為動(dòng)力，改裝配套主要在原有客車(chē)整車(chē)上對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行更換，重新設(shè)計(jì)連接管路及傳動(dòng)部分，為滿足性能使用要求，再根據(jù)情況更換或保養(yǎng)中冷器、水箱、變速箱、增加整車(chē)功能等。由于舊車(chē)改裝的這種柴油機(jī)的使用車(chē)況相對(duì)較差，對(duì)于動(dòng)力性能匹配尤其重要。

通常柴油機(jī)功率選型主要從變速箱輸出最大扭矩、車(chē)長(zhǎng)或整車(chē)總質(zhì)量、是否為空調(diào)車(chē)、整車(chē)配置及整車(chē)用途等綜合考慮。配套8 m、10 m、11 m、12 m及13.7 m客車(chē)所用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率一般為118~132 kW、158 kW、169~184 kW、184~205 kW和235 kW。柴油機(jī)性能的優(yōu)化，根據(jù)改裝車(chē)實(shí)際運(yùn)營(yíng)路況及動(dòng)力傳動(dòng)配置做路譜數(shù)據(jù)采集分析、及功能相配置的ECU數(shù)據(jù)；動(dòng)力傳動(dòng)部分的選用主要從變速箱、主減速比考慮，為了改善油耗，應(yīng)做合理的匹配計(jì)算，把路譜數(shù)據(jù)導(dǎo)入車(chē)輛動(dòng)力系統(tǒng)匹配軟件如AVL-Cruise中進(jìn)行匹配計(jì)算，再通過(guò)軟件進(jìn)行柴油機(jī)性能優(yōu)化，最終選擇合理的變速箱、主減速比，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。例如在某公交公司進(jìn)行改裝時(shí)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果改變主減速比，車(chē)輛的百公里燃油消耗量下降了3%~5%。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 柴油機(jī)與變速箱的連接

3.1.1 柴油機(jī)與自動(dòng)變速箱的連接

客車(chē)用自動(dòng)變速箱通常為Allison及ZF系列，自動(dòng)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(xiàn)有變速箱的連接尺寸選擇合適的飛輪殼及重新設(shè)計(jì)柔性連接鋼片及過(guò)渡連接盤(pán)；若更換變速箱，需要根據(jù)新變速箱的結(jié)構(gòu)尺寸匹配合適的飛輪殼、過(guò)渡盤(pán)及連接鋼片，并且考慮原傳動(dòng)軸是否滿足長(zhǎng)度尺寸及法蘭接口連接要求。

3.1.2 柴油機(jī)與手動(dòng)變速箱的連接

根據(jù)得到的平均失效概率、損傷因子和FMS，計(jì)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(jí)為1。

客車(chē)用手動(dòng)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(xiàn)變速箱及離合器的性能滿足需要，改裝廠不更換，則按照現(xiàn)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(zhǎng)度與飛輪中心定位孔配合，傳動(dòng)軸花鍵與離合器總成花鍵SAE1#匹配，具體變速箱與發(fā)動(dòng)機(jī)連接安裝要可靠，防止變速箱傳動(dòng)軸太長(zhǎng)頂住飛輪；若更換變速箱及離合器，則根據(jù)新變速箱及離合器的具體尺寸來(lái)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(jī)與變速箱的連接動(dòng)力總成傾角按原狀態(tài)，控制在±1°以內(nèi)。

3.2 柴油機(jī)的支承

國(guó)Ⅲ柴油機(jī)在改裝前期首先考慮的就是柴油機(jī)的布置，根據(jù)柴油機(jī)的長(zhǎng)、寬、高來(lái)確認(rèn)能否在整車(chē)大梁上安裝，其中支承是柴油機(jī)在大梁上定位的關(guān)鍵。根據(jù)整車(chē)大梁寬度結(jié)合柴油機(jī)的寬度把實(shí)際尺寸利用Pro-E重新布置設(shè)計(jì)。為降低整車(chē)振動(dòng)及噪聲，通常支承系統(tǒng)為4點(diǎn)支承，柴油機(jī)與大梁支承連接結(jié)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(jī)體處前支承為45°斜支承，機(jī)體兩側(cè)支承連接后近似V型。為了考慮柴油機(jī)后端變速箱重量載荷對(duì)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(fā)動(dòng)機(jī)吊裝在大梁上，對(duì)于原支承都不可借用；根據(jù)整車(chē)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(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)前后支承來(lái)布置安裝定位發(fā)動(dòng)機(jī)。

3.3 柴油機(jī)的管路

柴油機(jī)的管路主要包括氣管路、水管路及油管路。

柴油機(jī)氣管路主要為進(jìn)氣、排氣管路，柴油機(jī)工作過(guò)程中要保持進(jìn)、排氣通暢。進(jìn)氣管路主要分為中冷前和中冷后，其中進(jìn)氣管路中進(jìn)空濾前的風(fēng)道要密封并置于整車(chē)后端外側(cè)面且不可過(guò)低，防止大量灰塵進(jìn)入風(fēng)道影響空濾器壽命及加大進(jìn)氣阻力。空濾器在改裝過(guò)程中若不更換，需要滿足新發(fā)動(dòng)機(jī)所需流量和進(jìn)氣阻力限值，盡可能對(duì)空濾器濾芯更換或保養(yǎng)；若更換空濾器，需選擇滿足新發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求的，并考慮安裝位置及尺寸連接?？諡V器與增壓器連接的進(jìn)氣管內(nèi)徑不能偏小，盡量減少?gòu)澏龋交^(guò)渡連接，以減小阻力。管路里面不能有焊巴和雜質(zhì)，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(jī)功率及壽命。另外空壓機(jī)進(jìn)氣管要連接在增壓器壓氣機(jī)與空濾器之間連接的進(jìn)氣管路上，可靠連接，不易產(chǎn)生吸癟現(xiàn)象。膨脹水箱通氣管接口通徑≥Φ6 mm，布置通氣管必須連續(xù)上升，不許呈馬鞍形或打圈，確保放氣通暢；由于原發(fā)動(dòng)機(jī)氣管路與新發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法連接，通常需對(duì)新發(fā)動(dòng)機(jī)、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(shè)計(jì)連接，柴油機(jī)排氣溫度較高，設(shè)計(jì)連接管路時(shí)盡量避開(kāi)橡膠件、電線等，排氣管路連接要求平滑過(guò)渡，各個(gè)連接處都要求加墊片，不允許出現(xiàn)直角連接，管路彎頭盡可能少，為緩沖排氣振動(dòng)，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(fā)動(dòng)機(jī)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(jù)柴油機(jī)的功率選擇合適的消聲器。

柴油機(jī)水管路要根據(jù)水箱的安裝位置合理布置設(shè)計(jì)，通常為改裝廠設(shè)計(jì)，因改裝車(chē)，新發(fā)動(dòng)機(jī)在大梁上布置好后，原發(fā)動(dòng)機(jī)的水管路基本不可使用，根據(jù)新發(fā)動(dòng)機(jī)及水箱進(jìn)出水口位置，若使用自動(dòng)變速箱需考慮油散水管路與柴油機(jī)進(jìn)出水管路的連接位置及暖風(fēng)機(jī)水管路連接，綜合考慮水管的連接設(shè)計(jì)，對(duì)管路連接要固定，避免振動(dòng)使之脫落，水管不易過(guò)長(zhǎng)及存在多處彎頭，防止進(jìn)出水不暢，造成柴油機(jī)水道氣阻降低冷卻效果。柴油機(jī)進(jìn)水管橡膠件不能太長(zhǎng)，否則容易吸癟，膨脹水箱下水管（補(bǔ)償水管）應(yīng)連接到柴油機(jī)水泵進(jìn)水管上，并盡量接近水泵進(jìn)水口，并且膨脹水箱必須要高于柴油機(jī)和水箱的最高水位，有利于有效排除空氣。在連接補(bǔ)償水管時(shí)，千萬(wàn)不能把補(bǔ)償水管接在發(fā)動(dòng)機(jī)出水管處；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫升高，調(diào)溫器打開(kāi)后，造成冷卻水從膨脹水箱噴出。由于整車(chē)廠錯(cuò)誤連接補(bǔ)償水管，這種情況發(fā)生過(guò)。

柴油機(jī)油管路改裝配套時(shí)主要考慮柴油管路連接及轉(zhuǎn)向泵油管路的連接，對(duì)于老化的油管路需要給予更換。

柴油管路系統(tǒng)：1）首先要更換或清洗油箱，油箱內(nèi)涂層不能含鉛；必須在油箱進(jìn)油管處加濾網(wǎng)，否則油箱太臟會(huì)引起雜質(zhì)阻塞油路而導(dǎo)致車(chē)輛半路熄火，或阻力太大而導(dǎo)致性能變差；并且要求進(jìn)油接頭要盡可能遠(yuǎn)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(jìn)回油管內(nèi)徑≥Φ10mm，特別是接頭，通徑不得≤Φ10 mm，以保證燃油系統(tǒng)阻力達(dá)到要求，進(jìn)油阻力≤30 kPa，回油阻力≤40 kPa。3）國(guó)Ⅲ柴油機(jī)對(duì)柴油濾清器及流量要求很高，在改裝時(shí)，需對(duì)原來(lái)的柴油粗濾器進(jìn)行更換，柴油粗濾器選用帶有報(bào)警裝置，并應(yīng)更換連接油管及管接頭，內(nèi)徑不得≤Φ10 mm。當(dāng)柴油機(jī)初次起動(dòng)或油管路有空氣要排除時(shí)，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(jī)無(wú)法啟動(dòng)。具體操作時(shí)參見(jiàn)使用說(shuō)明書(shū)。

轉(zhuǎn)向泵油管路：轉(zhuǎn)向油杯需加裝濾清裝置，油管內(nèi)要清潔，無(wú)雜質(zhì)，按照整車(chē)總質(zhì)量，配置一定排量及工作壓力的轉(zhuǎn)向泵，并且盡可能選擇葉片泵，以降低整車(chē)噪聲。對(duì)轉(zhuǎn)向泵進(jìn)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(tǒng)

根據(jù)柴油機(jī)實(shí)際功率選擇匹配的中冷器及水箱。改裝廠對(duì)于原車(chē)的中冷器、水箱、風(fēng)扇若不更換，因車(chē)況差，使用時(shí)間較長(zhǎng)，特別針對(duì)中冷器、水箱冷卻效果較差，需要清洗并滿足新發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻要求，風(fēng)扇要按照現(xiàn)有直徑根據(jù)計(jì)算選擇合適的帶輪速比來(lái)滿足要求；若更換中冷器、水箱、風(fēng)扇，需要對(duì)新匹配的散熱面積進(jìn)行合理配置，安裝位置布置、風(fēng)扇的導(dǎo)風(fēng)罩及風(fēng)扇座、帶輪及膠帶正確匹配。主要根據(jù)匹配功率及實(shí)際使用情況而選定風(fēng)扇直徑，通過(guò)風(fēng)扇帶輪的重新設(shè)計(jì)來(lái)改變風(fēng)扇速比，或選用硅油離合器或電子離合器風(fēng)扇，達(dá)到合理的冷卻效果。

改裝時(shí)，對(duì)借用或更換的中冷器及水箱安裝，要保證中冷器風(fēng)道必須密封，以利于氣流全部通過(guò)中冷器和散熱器，保證散熱效率?？蛙?chē)水箱和中冷器通常固定連接在一起，布置在整車(chē)后端的左側(cè)或右側(cè)，連接安裝在大梁側(cè)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(jī)改裝完成后通常做熱平衡測(cè)試，按照熱平衡后測(cè)得的數(shù)據(jù)，在柴油機(jī)調(diào)溫器全開(kāi)的情況下，其計(jì)算公式為：整車(chē)允許使用最高環(huán)境溫度tmax=冷卻液沸點(diǎn)溫度-柴油機(jī)上水室溫度+環(huán)境溫度，一般使用最高環(huán)境溫度tmax達(dá)到40℃即能滿足要求。

5 電器電控系統(tǒng)

5.1 電器部分

電器部分主要為發(fā)電機(jī)、傳感器、起動(dòng)電機(jī)等。在實(shí)際配套設(shè)計(jì)過(guò)程，要根據(jù)用戶需求和整車(chē)配置來(lái)選定合適的發(fā)電機(jī)：一般11 m以上空調(diào)客車(chē)，具有110 A以上電渦流緩速器，并且路況較為擁堵，頻繁剎車(chē)，需配置4 kW發(fā)電機(jī)；對(duì)于不帶電渦流緩速器的城際客車(chē)，通常配置3 kW發(fā)電機(jī)即可；對(duì)于不帶電渦流緩速器及空調(diào)，且線路較好的快線巴士，配置2 kW發(fā)電機(jī)可滿足需要。對(duì)各類(lèi)傳感器需要認(rèn)真考慮，由于被改裝車(chē)型的儀表盤(pán)不易更換，傳感器通常為改裝廠配置。為保證儀表讀數(shù)真實(shí)反映柴油機(jī)參數(shù)，接儀表的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫和機(jī)油壓力傳感器應(yīng)與整車(chē)儀表相匹配。

5.2 電控部分

電控系統(tǒng)部分安裝連接主要從線束、ECU、油門(mén)踏板等方面，注意事項(xiàng)：

1）發(fā)動(dòng)機(jī)線束、ECU連接線束、電源線束、整車(chē)線束的連接安裝要避開(kāi)高溫、防塵、防潮，各接插件使用防水型，ECU連接線束和整車(chē)線束安裝要盡可能沿車(chē)身或大梁走向，避開(kāi)干涉管路，特別遠(yuǎn)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(chē)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(yīng)的密封和散熱處理，見(jiàn)圖1箭頭所指位置；

圖1 ECU控制盒安裝位置

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

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

5）車(chē)輛線束每個(gè)信號(hào)線要準(zhǔn)確連接，若不用時(shí)可做絕緣包扎屏蔽，防止錯(cuò)誤信號(hào)或故障碼出現(xiàn)。

6 整車(chē)功能提升

國(guó)Ⅲ電控柴油機(jī)除了排放低、經(jīng)濟(jì)性好、可靠性高外，還具有全面的新一代整車(chē)電子控制功能，為整車(chē)的檔次提升提供了良好的基礎(chǔ)。主要功能有：

1）整車(chē)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(chē)速保護(hù)：限制汽車(chē)最高車(chē)速，保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)和整車(chē)，提高整車(chē)使用壽命；

3）怠速調(diào)節(jié)：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)，柴油機(jī)自動(dòng)改變怠速轉(zhuǎn)速、加速發(fā)動(dòng)機(jī)暖車(chē)，并根據(jù)整車(chē)空調(diào)等附件狀態(tài)，改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；

4）柴油機(jī)故障診斷及自處理：發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)具有故障自診斷功能，并能在隨車(chē)儀表上通過(guò)故障指示燈報(bào)警類(lèi)且顯示故障種，遇到嚴(yán)重故障，發(fā)動(dòng)機(jī)可以進(jìn)行保護(hù)性自處理，此外使用上柴專(zhuān)用故障診斷工具，可以全面檢查柴油機(jī)電控系統(tǒng)的故障，并能指導(dǎo)操作人員排除故障；

5）CAN總線功能：上柴電控柴油機(jī)的CAN總線功能，可以與ABS/ASR、自動(dòng)變速箱、整車(chē)儀表等進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)整車(chē)管理功能與發(fā)動(dòng)機(jī)管理功能的統(tǒng)一；

6）一機(jī)多模式功能：駕駛員根據(jù)不同的載重量，通過(guò)多工況選擇開(kāi)關(guān)來(lái)控制ECU，ECU得到指令后控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行不同的性能MAP，輸出不同的功率、扭矩、調(diào)速特性，從而滿足不同工況的要求。

根據(jù)配套用戶實(shí)際需要可針對(duì)性選擇整車(chē)功能，滿足使用需要。

7 結(jié)論

國(guó)Ⅲ柴油機(jī)改裝配套是一個(gè)特殊的配套領(lǐng)域，由于結(jié)構(gòu)與原發(fā)動(dòng)機(jī)偏差很大，整車(chē)布置極其復(fù)雜，造成改裝困難多、難度大、周期長(zhǎng)，對(duì)改裝質(zhì)量的控制是其難點(diǎn)。為了更好掌控改裝配套的質(zhì)量，不但要從柴油機(jī)結(jié)構(gòu)、性能、附件選型及整車(chē)功能應(yīng)用等多方面考慮，而且改裝配套應(yīng)做好改裝可行性評(píng)審、周密地制定改裝方案、準(zhǔn)備改裝材料、實(shí)施改裝及過(guò)程質(zhì)量監(jiān)控等系統(tǒng)工作。通過(guò)改裝配套應(yīng)用實(shí)例，對(duì)柴油機(jī)配套設(shè)計(jì)的匹配原理和匹配技術(shù)有一定的理解和掌握，并體現(xiàn)舊車(chē)通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的更換改裝，再現(xiàn)價(jià)值，充分達(dá)到資源再利用，即滿足環(huán)保排放要求又發(fā)揮社會(huì)效益。柴油機(jī)配套設(shè)計(jì)涉及到多學(xué)科領(lǐng)域，值得我們?nèi)ド罹亢吞接憽?/p>

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(lái)稿日期：2009-02-18

花德保（1978－），男，助理工程師，主要研究方向?yàn)椴裼蜋C(jī)配套設(shè)計(jì)。