客车用国Ⅲ柴油机的改装配套设计

花德保

（上海柴油机股份有限公司，上海200438）

客车用国Ⅲ柴油机的改装配套设计

花德保

（上海柴油机股份有限公司，上海200438）

从改装方案确定、结构设计、冷却系统、电器电控系统、整车功能提升等方面介绍客车用国Ⅲ柴油机的改装配套设计，对改装的柴油机全面进行细化选型、计算、设计，满足使用要求，达到整车性能最优化。

柴油机改装配套客车国Ⅲ

1 前言

随着国家对整车排放标准的要求，特别对北京、上海、深圳、杭州等城市客车产品要求日益严格，城市公交客车面临更新换代。公交公司为了满足排放法规的要求，同时又降低购车成本，对在用的公交客车采取改装配套，即用达到排放要求的发动机来代替原来的发动机。改装配套比较特殊，与常规的发动机与客车配套有所不同，受到的限制更多。为确保现发动机能安装在被改装车的大梁上，需重新设计安装支承或借用原来的支承。在满足性能要求的情况下，根据需要对于可借用的原车附件，如水箱、中冷器、消声器、空滤器等，需确定安装位置、尺寸及管路连接走向及重新布置设计。

2 改装方案确定

目前国内的城市公交客车大都采用柴油机为动力，改装配套主要在原有客车整车上对柴油机进行更换，重新设计连接管路及传动部分，为满足性能使用要求，再根据情况更换或保养中冷器、水箱、变速箱、增加整车功能等。由于旧车改装的这种柴油机的使用车况相对较差，对于动力性能匹配尤其重要。

通常柴油机功率选型主要从变速箱输出最大扭矩、车长或整车总质量、是否为空调车、整车配置及整车用途等综合考虑。配套8 m、10 m、11 m、12 m及13.7 m客车所用发动机的功率一般为118~132 kW、158 kW、169~184 kW、184~205 kW和235 kW。柴油机性能的优化，根据改装车实际运营路况及动力传动配置做路谱数据采集分析、及功能相配置的ECU数据；动力传动部分的选用主要从变速箱、主减速比考虑，为了改善油耗，应做合理的匹配计算，把路谱数据导入车辆动力系统匹配软件如AVL-Cruise中进行匹配计算，再通过软件进行柴油机性能优化，最终选择合理的变速箱、主减速比，提高燃油经济性。例如在某公交公司进行改装时，根据计算结果改变主减速比，车辆的百公里燃油消耗量下降了3%~5%。

3 结构设计

3.1 柴油机与变速箱的连接

3.1.1 柴油机与自动变速箱的连接

客车用自动变速箱通常为Allison及ZF系列，自动变速箱一般采用SAE2#飞轮壳匹配。若改装厂不更换变速箱，需按照现有变速箱的连接尺寸选择合适的飞轮壳及重新设计柔性连接钢片及过渡连接盘；若更换变速箱，需要根据新变速箱的结构尺寸匹配合适的飞轮壳、过渡盘及连接钢片，并且考虑原传动轴是否满足长度尺寸及法兰接口连接要求。

3.1.2 柴油机与手动变速箱的连接

根据得到的平均失效概率、损伤因子和FMS，计算得到氢气管道的失效概率Pf(t)=7.0×10-7×3×0.603=1.26×10-6，其失效可能性等级为1。

客车用手动变速箱通常为QJ、DC系列，其中以QJ系列变速箱较多，一般采用SAE1#飞轮壳匹配。若现变速箱及离合器的性能满足需要，改装厂不更换，则按照现有变速箱及离合器选择飞轮和飞轮壳，并考虑变速箱壳体与飞轮壳连接法兰端面分度圆螺孔孔心距要一致，定位轴直径和长度与飞轮中心定位孔配合，传动轴花键与离合器总成花键SAE1#匹配，具体变速箱与发动机连接安装要可靠，防止变速箱传动轴太长顶住飞轮；若更换变速箱及离合器，则根据新变速箱及离合器的具体尺寸来选择合适的飞轮及飞轮壳，考虑安装尺寸、位置及连接。

柴油机与变速箱的连接动力总成倾角按原状态，控制在±1°以内。

3.2 柴油机的支承

国Ⅲ柴油机在改装前期首先考虑的就是柴油机的布置，根据柴油机的长、宽、高来确认能否在整车大梁上安装，其中支承是柴油机在大梁上定位的关键。根据整车大梁宽度结合柴油机的宽度把实际尺寸利用Pro-E重新布置设计。为降低整车振动及噪声，通常支承系统为4点支承，柴油机与大梁支承连接结合处采用减振悬置软垫，支承为钢制或铸铁材料，通常连接飞轮壳处的后支承为正立或倒立“L”型，连接机体处前支承为45°斜支承，机体两侧支承连接后近似V型。为了考虑柴油机后端变速箱重量载荷对飞轮壳的可靠性影响，一般要求变速箱需加装辅助支承。

一般把新发动机吊装在大梁上，对于原支承都不可借用；根据整车大梁的宽度选择合适的飞轮壳，按照前后悬置软垫再重新设计发动机前后支承来布置安装定位发动机。

3.3 柴油机的管路

柴油机的管路主要包括气管路、水管路及油管路。

柴油机气管路主要为进气、排气管路，柴油机工作过程中要保持进、排气通畅。进气管路主要分为中冷前和中冷后，其中进气管路中进空滤前的风道要密封并置于整车后端外侧面且不可过低，防止大量灰尘进入风道影响空滤器寿命及加大进气阻力。空滤器在改装过程中若不更换，需要满足新发动机所需流量和进气阻力限值，尽可能对空滤器滤芯更换或保养；若更换空滤器，需选择满足新发动机性能要求的，并考虑安装位置及尺寸连接。空滤器与增压器连接的进气管内径不能偏小，尽量减少弯度，平滑过渡连接，以减小阻力。管路里面不能有焊巴和杂质，采用耐温耐压硅橡胶T-BLOT夹箍连接，气管路不能与排气管靠得太近且有支架支撑，气管路连接不可存在相碰或干涉情况，以防磨损管路，造成漏气，影响柴油机功率及寿命。另外空压机进气管要连接在增压器压气机与空滤器之间连接的进气管路上，可靠连接，不易产生吸瘪现象。膨胀水箱通气管接口通径≥Φ6 mm，布置通气管必须连续上升，不许呈马鞍形或打圈，确保放气通畅；由于原发动机气管路与新发动机无法连接，通常需对新发动机、中冷器、消声器在大梁上布置好后再定型气管路走向及卡箍、胶管的选择，一般由改装厂设计连接，柴油机排气温度较高，设计连接管路时尽量避开橡胶件、电线等，排气管路连接要求平滑过渡，各个连接处都要求加垫片，不允许出现直角连接，管路弯头尽可能少，为缓冲排气振动，通常在增压器连接排气弯管处加装波纹管且有支撑，不能把重量直接挂在增压器上，以防损坏增压器。改装发动机的消声器若不更换，需要满足消声效果及排气背压≤10 kPa的要求；若更换，需根据柴油机的功率选择合适的消声器。

柴油机水管路要根据水箱的安装位置合理布置设计，通常为改装厂设计，因改装车，新发动机在大梁上布置好后，原发动机的水管路基本不可使用，根据新发动机及水箱进出水口位置，若使用自动变速箱需考虑油散水管路与柴油机进出水管路的连接位置及暖风机水管路连接，综合考虑水管的连接设计，对管路连接要固定，避免振动使之脱落，水管不易过长及存在多处弯头，防止进出水不畅，造成柴油机水道气阻降低冷却效果。柴油机进水管橡胶件不能太长，否则容易吸瘪，膨胀水箱下水管（补偿水管）应连接到柴油机水泵进水管上，并尽量接近水泵进水口，并且膨胀水箱必须要高于柴油机和水箱的最高水位，有利于有效排除空气。在连接补偿水管时，千万不能把补偿水管接在发动机出水管处；当发动机水温升高，调温器打开后，造成冷却水从膨胀水箱喷出。由于整车厂错误连接补偿水管，这种情况发生过。

柴油机油管路改装配套时主要考虑柴油管路连接及转向泵油管路的连接，对于老化的油管路需要给予更换。

柴油管路系统：1）首先要更换或清洗油箱，油箱内涂层不能含铅；必须在油箱进油管处加滤网，否则油箱太脏会引起杂质阻塞油路而导致车辆半路熄火，或阻力太大而导致性能变差；并且要求进油接头要尽可能远离回油接头，以利于回油的冷却和沉淀。2）油管路材料必须是耐油的橡胶管，否则容易脱层，堵塞管路；建议进回油管内径≥Φ10mm，特别是接头，通径不得≤Φ10 mm，以保证燃油系统阻力达到要求，进油阻力≤30 kPa，回油阻力≤40 kPa。3）国Ⅲ柴油机对柴油滤清器及流量要求很高，在改装时，需对原来的柴油粗滤器进行更换，柴油粗滤器选用带有报警装置，并应更换连接油管及管接头，内径不得≤Φ10 mm。当柴油机初次起动或油管路有空气要排除时，须分别依次从燃油粗滤器出油口、燃油精滤器出油口和喷油器回油管接头（回油块）排气，切不可从高压油泵回油接头处排气，防止回油接头单向阀钢球与弹簧脱落，造成柴油机无法启动。具体操作时参见使用说明书。

转向泵油管路：转向油杯需加装滤清装置，油管内要清洁，无杂质，按照整车总质量，配置一定排量及工作压力的转向泵，并且尽可能选择叶片泵，以降低整车噪声。对转向泵进出油接口要采用带有密封橡胶圈的垫片，以防止漏油。

4 冷却系统

根据柴油机实际功率选择匹配的中冷器及水箱。改装厂对于原车的中冷器、水箱、风扇若不更换，因车况差，使用时间较长，特别针对中冷器、水箱冷却效果较差，需要清洗并满足新发动机的冷却要求，风扇要按照现有直径根据计算选择合适的带轮速比来满足要求；若更换中冷器、水箱、风扇，需要对新匹配的散热面积进行合理配置，安装位置布置、风扇的导风罩及风扇座、带轮及胶带正确匹配。主要根据匹配功率及实际使用情况而选定风扇直径，通过风扇带轮的重新设计来改变风扇速比，或选用硅油离合器或电子离合器风扇，达到合理的冷却效果。

改装时，对借用或更换的中冷器及水箱安装，要保证中冷器风道必须密封，以利于气流全部通过中冷器和散热器，保证散热效率。客车水箱和中冷器通常固定连接在一起，布置在整车后端的左侧或右侧，连接安装在大梁侧面支承架上；水箱地脚要安装减震软垫，保证弹性连接。

柴油机改装完成后通常做热平衡测试，按照热平衡后测得的数据，在柴油机调温器全开的情况下，其计算公式为：整车允许使用最高环境温度tmax=冷却液沸点温度-柴油机上水室温度+环境温度，一般使用最高环境温度tmax达到40℃即能满足要求。

5 电器电控系统

5.1 电器部分

电器部分主要为发电机、传感器、起动电机等。在实际配套设计过程，要根据用户需求和整车配置来选定合适的发电机：一般11 m以上空调客车，具有110 A以上电涡流缓速器，并且路况较为拥堵，频繁刹车，需配置4 kW发电机；对于不带电涡流缓速器的城际客车，通常配置3 kW发电机即可；对于不带电涡流缓速器及空调，且线路较好的快线巴士，配置2 kW发电机可满足需要。对各类传感器需要认真考虑，由于被改装车型的仪表盘不易更换，传感器通常为改装厂配置。为保证仪表读数真实反映柴油机参数，接仪表的发动机转速、水温和机油压力传感器应与整车仪表相匹配。

5.2 电控部分

电控系统部分安装连接主要从线束、ECU、油门踏板等方面，注意事项：

1）发动机线束、ECU连接线束、电源线束、整车线束的连接安装要避开高温、防尘、防潮，各接插件使用防水型，ECU连接线束和整车线束安装要尽可能沿车身或大梁走向，避开干涉管路，特别远离高温、油污部件，并要固定扎好，防止松脱，造成电器故障；

2）由于ECU需做好防水、防尘、密封、透气，因此ECU控制盒固定在ECU支架上后与继电器一起要安装在整车最后一排座位的合理位置，做一固定ECU与继电器的安装盒，并做相应的密封和散热处理，见图1箭头所指位置；

图1 ECU控制盒安装位置

3）电子油门踏板要固定安装在驾驶室合理位置，保持舒适度，油门踏板接插件应可靠连接后放置在驾驶室电器箱内；

4）电源线束要与电瓶正负极正确连接，并且与ECU连接线束上(或在与整车线束接口处)有两根相对独立引出的两根接线，其中一根黑线接电源负极，一根红线接电源正极；

5）车辆线束每个信号线要准确连接，若不用时可做绝缘包扎屏蔽，防止错误信号或故障码出现。

6 整车功能提升

国Ⅲ电控柴油机除了排放低、经济性好、可靠性高外，还具有全面的新一代整车电子控制功能，为整车的档次提升提供了良好的基础。主要功能有：

1）整车巡航：在高速公路上使用巡航功能，可以降低驾驶员疲劳程度，改善驾驶舒适性；

2）最高车速保护：限制汽车最高车速，保护发动机和整车，提高整车使用寿命；

3）怠速调节：根据发动机状态，柴油机自动改变怠速转速、加速发动机暖车，并根据整车空调等附件状态，改变发动机转速；

4）柴油机故障诊断及自处理：发动机电控系统具有故障自诊断功能，并能在随车仪表上通过故障指示灯报警类且显示故障种，遇到严重故障，发动机可以进行保护性自处理，此外使用上柴专用故障诊断工具，可以全面检查柴油机电控系统的故障，并能指导操作人员排除故障；

5）CAN总线功能：上柴电控柴油机的CAN总线功能，可以与ABS/ASR、自动变速箱、整车仪表等进行通信，实现整车管理功能与发动机管理功能的统一；

6）一机多模式功能：驾驶员根据不同的载重量，通过多工况选择开关来控制ECU，ECU得到指令后控制发动机运行不同的性能MAP，输出不同的功率、扭矩、调速特性，从而满足不同工况的要求。

根据配套用户实际需要可针对性选择整车功能，满足使用需要。

7 结论

国Ⅲ柴油机改装配套是一个特殊的配套领域，由于结构与原发动机偏差很大，整车布置极其复杂，造成改装困难多、难度大、周期长，对改装质量的控制是其难点。为了更好掌控改装配套的质量，不但要从柴油机结构、性能、附件选型及整车功能应用等多方面考虑，而且改装配套应做好改装可行性评审、周密地制定改装方案、准备改装材料、实施改装及过程质量监控等系统工作。通过改装配套应用实例，对柴油机配套设计的匹配原理和匹配技术有一定的理解和掌握，并体现旧车通过发动机的更换改装，再现价值，充分达到资源再利用，即满足环保排放要求又发挥社会效益。柴油机配套设计涉及到多学科领域，值得我们去深究和探讨。

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

来稿日期：2009-02-18

花德保（1978－），男，助理工程师，主要研究方向为柴油机配套设计。