近年來，城市客車的發(fā)展特點(diǎn)是高比功率、高可靠性、高舒適性和低地板、低油耗、低排放。城市客車要求的不斷提高，促進(jìn)了與客車配套的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，同時(shí)，也推動(dòng)了客車水平的提高。

第一節(jié) 客車的發(fā)展對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)配套的要求

一、現(xiàn)代城市客車的發(fā)展對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的要求

近幾年來，城市客車大容量化已經(jīng)成為發(fā)展趨勢(shì)之一。目前，大城市的干線公交線路已普遍用11～12m的城市客車和大型雙層客車代替9～10m的城市客車，支線公交線路則以8～10m的城市客車代替8m以下城市客車。有的城市甚至明文規(guī)定7m以下的"面包"車退出公交客運(yùn)市場(chǎng)。車輛的大容量化要求有相應(yīng)功率的發(fā)動(dòng)機(jī)與之匹配。

另一方面，為了提高乘坐的舒適性，安裝空調(diào)的城市客車逐漸增加，這就需要提高配套動(dòng)力源的功率，以保證整車的動(dòng)力性。

城市客車運(yùn)營(yíng)的特點(diǎn)是平均車速不高，但起步、停車頻繁。在一些城市還需要通過大橋、隧道和高架道路。因此，需要發(fā)動(dòng)機(jī)有轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備和良好的中低速動(dòng)力性。

根據(jù)以上要求，可將城市客車對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性要求量化為比功率、比轉(zhuǎn)矩指標(biāo)。由國家建設(shè)部發(fā)布的CJ/T162-2002《城市客車分等級(jí)技術(shù)要求與配置》規(guī)定了各種類型、等級(jí)城市客車的比功率指標(biāo)。

大中型城市客車的比功率要求

單位：kW/t

有的特大型城市則在建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，又進(jìn)一步提高對(duì)城市客車的比功率要求，而且把比轉(zhuǎn)矩放在第一位。

可見，大中型城市客車要滿足以上動(dòng)力性要求，必須更多的采用柴油機(jī)，而且柴油機(jī)仍需進(jìn)一步提高功率。

二、治理城市大氣環(huán)境的要求

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，機(jī)動(dòng)車的保有量不斷增加。機(jī)動(dòng)車尾氣排放對(duì)城市大氣環(huán)境的污染也日益嚴(yán)重。在北京、上海、廣州等特大型城市，機(jī)動(dòng)車尾氣已經(jīng)成為城市大氣環(huán)境的主要污染源之一。公交車輛在城市機(jī)動(dòng)車保有量中所占的比例雖然不高，但由于其出行率高且又分布在城市的四面八方，對(duì)大氣污染的貢獻(xiàn)率卻大于其它車輛。因此，改善公交城市客車的尾氣排放已成為治理城市大氣環(huán)境污染的重點(diǎn)工作之一。

國家對(duì)機(jī)動(dòng)車尾氣排放的標(biāo)準(zhǔn)正逐步提高。目前的排氣污染物限值相當(dāng)于歐Ⅰ標(biāo)準(zhǔn)，而北京、上海則已先后開始實(shí)行相當(dāng)于歐Ⅱ的限值標(biāo)準(zhǔn)。北京市已有滿足歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)的柴油機(jī)用于18m鉸接式城市客車并投入運(yùn)營(yíng)。

隨著2008年奧運(yùn)會(huì)和2010年上海世博會(huì)的臨近，京滬兩地的機(jī)動(dòng)車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)將與國際接軌。因此，國內(nèi)主要柴油機(jī)廠陸續(xù)開始 研究 和開發(fā)符合歐Ⅲ限值標(biāo)準(zhǔn)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。

三、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)對(duì)大中型城市客車發(fā)動(dòng)機(jī)的要求

為了減少對(duì)石油資源的依賴，國家十分重視發(fā)展汽車的代用燃料。CNG、LPG、LNG等氣體燃料由于在資源、環(huán)保和技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展的較快。特別是城市客車，由于其運(yùn)營(yíng)路線比較固定，而公交車輛又相對(duì)集中、易便于管理，在燃?xì)赓Y源豐富的地區(qū)還可降低運(yùn)營(yíng)成本，故應(yīng)用較多。目前，國內(nèi)燃?xì)馄嚨谋Ｓ辛考s12萬輛。氣體燃料與發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的空氣能充分混合，燃燒也比較完全，有清潔汽車燃料之稱。但實(shí)踐也證明，使用清潔燃料的汽車只有采用了先進(jìn)的技術(shù)來保障，才能成為真正的清潔汽車。

為了讓使用清潔燃料的汽車成為真正的清潔汽車,需要根據(jù)氣體燃料的特性開發(fā)專用的氣體發(fā)動(dòng)機(jī),以在動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和尾氣排放等方面滿足城市客車對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求。

四、節(jié) 能、降低噪聲對(duì)客車發(fā)動(dòng)機(jī)的要求

減少燃料消耗不僅可以降低城市客車的運(yùn)營(yíng)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益，還可以節(jié)約能源。由于城市客車的運(yùn)行條件限制，車速一般不高，因此，要求發(fā)動(dòng)機(jī)的萬有特性要有寬廣的低油耗區(qū)，特別是在中低速范圍內(nèi)既要有較大的轉(zhuǎn)矩，又要有較好的經(jīng)濟(jì)性。

降低機(jī)動(dòng)車輛的車外噪聲是保護(hù)環(huán)境的另一個(gè)方面。而降低車內(nèi)噪聲又是提高城市客車乘坐舒適性的要求。國家對(duì)降低機(jī)動(dòng)車噪聲污染也有具體的標(biāo)準(zhǔn)。目前大部分國產(chǎn)城市客車還不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)對(duì)車外加速噪聲的要求，滿足車內(nèi)噪聲要求也有相當(dāng)大的差距。發(fā)動(dòng)機(jī)作為主要噪聲源之一，需要從提高結(jié)構(gòu)件的剛性和改善動(dòng)態(tài)特性、減少振動(dòng)傳遞途徑等方面加以改進(jìn)。

第二節(jié) 車用柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展

要求日益嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的出臺(tái)和市場(chǎng)的需求大大推動(dòng)了發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)步。近年來，許多國際著名廠商如康明斯、奔馳、道依茨、曼、依維柯和沃爾沃等公司已通過各種途徑進(jìn)軍中國客車市場(chǎng)。國產(chǎn)車用柴油機(jī)通過國際合作，消化吸收國外技術(shù)，產(chǎn)品的技術(shù)水平不斷提高，基本上滿足了大中型客車市場(chǎng)的需求。國內(nèi)車用柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

一、應(yīng)對(duì)EPA的柴油機(jī)排放技術(shù)

為了滿足新公路汽車排放標(biāo)準(zhǔn)，并為在用的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)提供改造方案，降低排放的技術(shù)不斷得到開發(fā)和應(yīng)用（如后表）。大部分制造商和用戶都希望能夠?qū)⑦@些技術(shù)結(jié)合起來運(yùn)用，一些采取了高廢氣循環(huán)率和排放后處理等技術(shù)的設(shè)備，經(jīng)過EPA和加州空氣資源協(xié)會(huì)檢驗(yàn)后，證實(shí)經(jīng)其改進(jìn)過的發(fā)動(dòng)機(jī)，確實(shí)能減少氮氧化物和顆粒物的排放量。

自從發(fā)動(dòng)機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)頒布以來，許多基于改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的排放控制手段就在持續(xù)的 研究 開發(fā)之中。這些手段包括硬件的細(xì)微改進(jìn)；包括主要發(fā)動(dòng)機(jī)部件的重新設(shè)計(jì)，如氣缸；包括燃油噴射系統(tǒng)電控裝置的運(yùn)用。另一種常用的、成本較低的發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)技術(shù)是廢氣再循環(huán)系統(tǒng)（EGR）。雖然EGR中使用的廢氣冷卻系統(tǒng)和先進(jìn)的燃油噴射系統(tǒng)，能提供更高的噴射油壓和靈活的燃油噴射定時(shí)，但還需解決冷凝、布置、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)集成等問題。此外，還需要升級(jí)燃油及空氣管理系統(tǒng)，以控制EGR系統(tǒng)所帶來的更多的顆粒物。

然而，上述或其他的發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)手段，能否滿足2007年及2010年的EPA排放標(biāo)準(zhǔn)，答案并不確定?？磥?，要滿足2007年的EPA標(biāo)準(zhǔn)，僅僅在EGR系統(tǒng)上花點(diǎn)心思，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。而如果要達(dá)到2010年的EPA要求，還需綜合運(yùn)用后處理技術(shù)，或諸如選擇性催化還原系統(tǒng)（SCR）和氮氧化合物吸附器等廢氣控制手段。

在降低氮氧化物排放量上，SCR的有效性已經(jīng)廣為人知。但氮氧化物吸附器技術(shù)目前還無法達(dá)到減少90％氮氧化物排放的效果。

氮氧化物吸附器要求發(fā)動(dòng)機(jī)組件的整體配合，并需要額外的燃油噴射裝置。其通過兩種方法減少氮氧化物的生成。首先，催化劑捕捉并儲(chǔ)存氮氧化物。直至催化劑的活性部分飽和后，再啟動(dòng)第二個(gè)階段，即再生。此階段，燃料和其他碳?xì)浠衔飳⒈蛔⑷氲綇U氣中。人工合成的富含碳?xì)浠锏臍怏w環(huán)境，引發(fā)了氧氣的釋放，并促成氮氧化物轉(zhuǎn)化成為說氮?dú)夂退２焕氖?，再生過程極大地降低了燃油經(jīng)濟(jì)性（需將5％的汽車燃油噴入廢氣當(dāng)中）。吸附器十分容易為硫所損害，就算硫含量非常低，其吸附效率也將大大受到損害。

SCR則是通過將一種尿素水溶劑注入已加進(jìn)SCR催化劑的廢氣中，來減少氮氧化物的排放。雖然這種尿素溶劑必須儲(chǔ)存在隨車的容罐中，但對(duì)比其他技術(shù)，使用SCR有可能實(shí)現(xiàn)更高的燃油經(jīng)濟(jì)性以及較低的運(yùn)行成本。經(jīng)證實(shí)，在不同的發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境下，SCR能降低氮氧化物排放65％～99％。SCR技術(shù)已經(jīng)在發(fā)電機(jī)組上運(yùn)用達(dá)15年之久。然而，作為車用的SCR技術(shù)必須實(shí)現(xiàn)更小的體積，更為持久耐用，并能滿足不同卡車發(fā)動(dòng)機(jī)的功能需求。此外，設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)需要考慮防止未反應(yīng)的氨氣從排氣管中排出，發(fā)生氨氣泄漏。

二、增壓和增壓中冷技術(shù)普遍應(yīng)用

增壓和增壓中冷技術(shù)是在發(fā)動(dòng)機(jī)排量不變的情況下增加進(jìn)氣量，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性并改善發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，避免了傳統(tǒng)的擴(kuò)缸、加大行程和提高轉(zhuǎn)速等做法帶來的負(fù)面影響，大大增加了基本機(jī)型的功率覆蓋面。增壓器的小型、高效、靈敏為增壓技術(shù)的推廣創(chuàng)造了條件。而采用中冷(特別是空-空中冷)技術(shù)則降低了進(jìn)氣溫度，是柴油機(jī)減少NOx排放達(dá)到歐Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)的主要措施之一。目前，增壓和增壓中冷技術(shù)在國產(chǎn)大中型城市客車發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用已越來越普遍。可充分利用廢氣能量、低速性能更佳的變截面渦輪增壓器也已在國產(chǎn)大型城市客車上得到應(yīng)用。

三、柴油機(jī)的機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)

柴油機(jī)的機(jī)內(nèi)凈化是降低排氣污染物排放的基本措施。對(duì)不同的實(shí)施階段，其措施也不同。

1、滿足歐Ⅰ標(biāo)準(zhǔn)的主要措施是：廢氣渦輪增壓、水-空中冷；進(jìn)氣溫度不高于65℃；

●噴油壓力不低于110MPa；

●推遲噴油定時(shí)。

2、滿足歐Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)的主要措施是：

●廢氣渦輪增壓、空-空中冷；

●進(jìn)氣溫度不高于52℃；

●噴油壓力高于120MPa；

●減小噴油器的噴孔直徑和壓力室容積；

●減少氣缸內(nèi)不能參與燃料混合的無效容積(如活塞火力岸與缸套之間的容積等)；

●采用縮口型燃燒室；

●減少缸體變形，加強(qiáng)氣門桿密封，降低機(jī)油消耗率。

3、滿足歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)的主要措施是：

●可變截面廢氣渦輪增壓、空-空中冷；

●采用共軌噴油系統(tǒng)或泵噴嘴，噴油壓力提高到138MPa以上。對(duì)共軌噴油系統(tǒng)可利用電控技術(shù)優(yōu)化供油系統(tǒng)；

●多氣門，噴油器布置在燃燒室中央；

●采用縮口型燃燒室、低渦流和可變渦流技術(shù)；

●采用低硫柴油。

四、其他技術(shù)

車用柴油機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展將更多的采用電控技術(shù)，使發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程得到更加全面的優(yōu)化，如可變配氣定時(shí)技術(shù)、廢氣再循環(huán)技術(shù)(EGR)、排氣后處理(催化轉(zhuǎn)換器、顆粒捕集器)等技術(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)還將廣泛采用替代鋼鐵的替代材料，使質(zhì)量減輕。

目前，歐、美、日等技術(shù)水平較高的國家柴油機(jī)的最低燃油耗可達(dá)180g/kW·h，熱效率達(dá)43%。今后的目標(biāo)是最低燃油消耗率達(dá)到或低于160g/kW·h，熱效率超過50%，同時(shí)，排放、噪聲、可靠性、壽命和發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量等各項(xiàng)指標(biāo)能更好地滿足城市客車的要求。

第三節(jié) 客車燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展

燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展有數(shù)十年的歷史。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)大致有三種。

第一種是在化油器式汽油機(jī)的基礎(chǔ)上改裝的兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)不變，僅在化油器的空氣入口處增加一個(gè)與燃?xì)饣旌系幕旌掀鳎剂瞎┙o系統(tǒng)中增加一個(gè)燃料轉(zhuǎn)換裝置，混合氣的濃度通過發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣形成的真空度控制。此種燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的改裝費(fèi)用低，改裝技術(shù)簡(jiǎn)單，可方便地實(shí)現(xiàn)兩種燃料的轉(zhuǎn)換，是CNG、LPG推廣初期普遍采用的技術(shù)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)的不足之處是在采用氣體燃料時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率有一定的下降，影響車輛的動(dòng)力性；CNG、LPG的燃燒特性與汽油不同，要求發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比、點(diǎn)火正時(shí)也有所不同，改裝技術(shù)不能兼顧；空燃比的控制不甚精確，尾氣污染物排放也達(dá)不到現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求等。

第二種是柴油-天然氣雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。這種雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)仍采用預(yù)混合進(jìn)氣的方式，但為了避免發(fā)動(dòng)機(jī)的功率下降，采用了廢氣渦輪增壓，其空燃比則根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷實(shí)行開環(huán)電控。這種發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)無須改變，可保持原發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，車輛加速無黑煙，其尾氣排放水平與原發(fā)動(dòng)機(jī)相同；其不足是：為了保證供油系統(tǒng)的可靠性，發(fā)動(dòng)機(jī)在最高轉(zhuǎn)速時(shí)氣體燃料的替代率只有70%～80%，城市客車常用工況下的替代率則更低；進(jìn)一步提高尾氣排放水平困難。

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