某2.8L国Ⅴ电控柴油机与轻型客车的匹配及优化

胡昊（上海柴油机股份有限公司，上海200438）

某2.8L国Ⅴ电控柴油机与轻型客车的匹配及优化

胡昊
（上海柴油机股份有限公司，上海200438）

为了降低机动车尾气排放对环境的污染，国家已经在全国稳步推进全面实施国Ⅴ阶段排放控制要求。针对某款2.8L国Ⅴ重型电控柴油机技术应用上的特殊性，详细介绍了其在轻型客车上安装匹配的要求，并对其性能优化选型的过程进行了阐述。

国Ⅴ重型柴油机安装匹配性能优化

1　　概述

随着社会的发展，人民群众的环保意识越来越强，降低大气中的PM2.5的含量，实现祖国的碧海蓝天成为每一个社会人的共同心声。为了提高空气质量，国家环保部门制定了周密的机动车减排计划，北京已经规定自2015年6月1日起全面实施国Ⅴ阶段排放控制要求，尤其要求申报北京环保目录的重型柴油车（发动机）其污染物排放必须符合国Ⅴ阶段排放控制要求。搭载重型电控柴油机的轻型客车实施国Ⅴ排放已是大势所趋，做好该车型的安装匹配及性能优化更是迫在眉睫。

2　　动力总成安装匹配

重型电控柴油机在轻型客车上的安装匹配状态直接影响到整车的动力性及经济性。在确保整车排放达到国Ⅴ标准的同时，如何结合国Ⅴ发动机的特殊性优化动力总成的安装匹配，实现节能减排，成为每一位动力总成匹配工程师当前的工作要务。下面就某款采用SCR后处理技术的2.8 L国Ⅴ重型电控柴油机各个子系统的安装匹配要求进行介绍。

2.1进气系统

整车空气滤清器的原始进风口应尽可能高，其截面积是空气滤清器进气管截面积的1.3倍以上，以确保能吸进干净、足量的空气。空滤器的额定流量是发动机标定工况下实测流量（发动机的进气量与空气压缩机的进气量之和）的1.2～1.5倍［1］。另外，SCR后处理系统要求整车配置环境温度传感器，环境温度传感器的布置有防迎风、防水、防尘和防暴晒的要求，故一般布置在空气滤清器滤芯后位置。

进气阻力及温升（进气温度相对于环境温度）是影响发动机性能的重要因素。进气阻力大会限制发动机功率和扭矩的输出，同时也会增加涡轮增压器窜油的可能性，影响发动机的寿命。进气温升高会导致发动机进气量减少，氧气供给不充足，燃烧恶化，从而影响发动机的燃油经济性。对于该款柴油机进气系统（进气管路和空滤器）的匹配系统阻力应低于5.3 kPa，温升应低于10℃，所以整车在进气管路设计选型时，选取了大规格的空气滤清器（额定流量750 m3/h），进气管路的内径控制在Φ100～Φ120 mm之间。由于部分进气管路位于发动机舱内，对管路也进行了隔热包裹处理。系统经测试后各项指标满足要求。

2.2排气系统

SCR后处理系统采用的是选择性催化还原的尾气处理方式，其原理是通过优化燃烧来降低PM、HC和CO排放，再通过往废气中喷入尿素来降低NOx排放。SCR后处理系统由催化消声器、尿素泵总成、尿素喷嘴总成、尿素喷射控制器（DCU）、尿素箱、尿素输送管路、加热电磁阀及其附件等构成。为了使废气中的NOx与尿素在排气管路中反应充分，排气管路的布置设计有若干注意事项，下面就SCR后处理系统中关键子零部件的布置要求分别介绍。

2.2.1催化消声器

催化消声器的主要作用是催化还原氮氧化合物的反应，防止氨气泄漏和降低发动机的排气噪声，是催化转换器和发动机排气消声器的集合体。催化消声器在整车上的布置可以安装在传统消声器位置，但由于催化消声器的质量比传统消声器大很多，催化消声器的安装布置需要重新设计，使相关固定支撑可以承受增加的重量。另外，催化剂化学反应跟排气温度有很大关系，所以催化消声器应尽可能靠近发动机（最大直线距离小于4 m），而且排气管尽可能包裹保温层。

2.2.2尿素泵总成

尿素泵安装位置的振动加速度需小于6g，如不能满足要求，需使用减震垫。尿素泵不能离排气管、催化消声器、涡轮增压器等热源太近。尿素泵需靠近尿素箱安装，为减少截流空气进入尿素管内部的可能性，进尿素管应越短越好。

2.2.3尿素喷射控制器

DCU要布置在通风散热良好的位置，远离热源，注意防水、防尘，表面禁止有覆盖物。

2.2.4尿素箱

尿素箱用于存储尿素溶液，为方便加注，尿素箱一般和油箱同侧布置，但不能贴在一起。油箱温度较高，有可能加热尿素溶液，引起尿素溶液性质变化。尿素箱布置要远离热源，避免太阳直射。

排气背压过大会限制发动机功率和扭矩的输出，对于该柴油机排气系统的匹配，排气背压最大值应小于18 kPa。整车在排气管路设计选型时，尽量减少管路的直弯角，管路内径控制在Φ70 mm以上，且对消声器进行了优化选型，在满足噪声指标的前提下，尽量缩小消声器的尺寸。系统经测试后背压指标满足要求。

2.3冷却系统

目前在轻型客车上发动机的布置形式多采用前置后驱，发动机的冷却模块位于车头迎风处，模块中的空调冷凝器、中冷散热器和水箱散热器采用“三明治”式的串联布置方式，这就对冷却模块的冷却能力提出了更高要求。一般就需要在冷却模块前后各布置一个风扇：空调冷凝器风扇和发动机自带的电磁离合器风扇或者整车自配电子风扇。两个风扇都由发动机电控单元根据发动机水温和空调开启情况及冷媒压力进行控制。由于风扇消耗功率与转速成立方关系，风扇的噪声与转速成对数关系，所以应尽可能选择直径大的风扇和低的风扇转速，一般要求风扇的叶尖线速度控制在80 m/s以内。

该款2.8 L国Ⅴ重型柴油机配套轻型客车需要适应高原、高温、高寒等各种路况，要求水箱压力盖的开启压力不得小于90 kPa，冷却系统允许的最高环境适应温度大于46℃，中冷器出口温度相对于环境温度的温升小于25℃，中冷器进、出气口的压力差小于10 kPa。

2.4燃油系统

该款柴油机采用的是负压燃油系统，负压燃油系统对燃油进油管路的密封性要求很高。建议进油管路中燃油箱至燃油滤清器、燃油滤清器至高压油泵采用夹箍拧紧的连接方式，尽量避免采用快插接头的连接方式，燃油滤清器应选择自带自排气功能，这样可以避免由于进油管路有空气进入导致启动困难［2］。此外，为了避免柴油在低温时析蜡导致油路堵塞，建议燃油滤清器增加加热功能。

2.5动力总成其他相关系统

（1）悬置系统：轻型客车常用于载客用途，振动问题是客户关注的焦点。为了提高驾乘舒适性，悬置系统的隔振率多要求在90%以上，并且还有较高的可靠性及使用寿命要求。

（2）整车用电量的计算：由于整车采用的是SCR后处理尾气处理方式，增加了DCU、尿素泵和尿素管路加热的用电需求，整车用电量计算时需要加入后处理系统的用电需求。

（3）冷启动能力：为了提高整车的冷启动能力，发动机一般都自带了进气预热功能，此外还要加大整车电瓶的蓄电量储备。对于长度6 m左右采用12V电压系统的轻型客车，在空间布置容许的前提下，电瓶容量推荐选用120 Ah以上规格。

（4）由于轻型客车的发动机舱的布置空间紧凑，发动机相关零部件的拆装空间有限。为了提高整车的可维修性，布置时零部件的拆装空间需要重点考虑。

3　　动力性能优化选型

随着轻型客车市场竞争越来越激烈，客户对车辆动力性和经济性的要求日渐提高，这些要求往往成为客户决定是否购买的关键指标，因此要想在轻客细分市场拔得头筹，整车的性能匹配成为制胜的关键。据市场调研，轻型客车用途多为载客和载货，经常处于满载工况，常用行驶环境为城市道路、高速公路和山区道路等路段。道路中的高架匝道、桥梁引桥和盘山公路等都需要长时间爬坡，所以轻型客车对发动机的低速扭矩要求较高。另外，由于近年来国家严控机动车超速运行，城市道路和山区道路都限速在80 km/h以下，客运车辆高速公路限速100 km/h，因此轻型客车常用车速在30～100 km/h之间，常用发动机转速位于1 000～2 500 r/min之间。

本文以2.8 L国Ⅴ重型电控柴油机在某轻客车型上的性能优化选型过程为例，介绍了整车动力总成的性能匹配过程。该客车的主要技术参数见表1。

表1　　整车变速箱及后桥参数配置

2.8 L国Ⅴ重型电控柴油机由于增压器配置的不同，分别对应2种不同性能的变形配套机型，以适用不同的配套需求，主要性能参数见表2。2款性能的万有特性曲线见图1、图2。根据表1和表2，可以计算出在各个档位下不同发动机转速对应的整车车速，见图3。

由图1和图2可以看出，这2种配置柴油机的同值等油耗线覆盖面积接近，SC28R143Q5A型柴油机最经济转速区为 1 800～2 500 r/min，SC28R143. 1Q5A型柴油机最经济转速区为1 600～2 200 r/min，相对于前者向低速平移了200 r/min。再结合图3可以看出，SC28R143Q5A型柴油机对应最节油车速区间为72～100 km/h，SC28R143.1Q5A型柴油机对应最节油车速区间为65～88 km/h，这表明SC28R143. 1Q5A型柴油机的性能更有利于车辆在城市道路和山区道路的节油，但在高速公路的经济性略差。这对于更强调低速经济性的轻型客车来说，显然SC28R143.1Q5A型柴油机的性能更适配。

表2　　发动机两款性能参数表

图1　SC28R143Q5A型发动机万有特性曲线

图2　SC28R143.1Q5A型发动机万有特性曲线

由图1和图2还可以看出，SC28R143.1Q5A型柴油机低速扭矩大，动力性好。其原因有以下2个方面：

（1）在发动机转速为1 000 r/min时，SC28R143. 1Q5A型柴油机的扭矩为250 N·m，比SC28R143Q5A型柴油机增加近了50 N·m，提高了25%；

（2）SC28R143.1Q5A型柴油机标定转速略低一些，但最大扭矩转速范围更加宽广，为1 600～3 000 r/min，且1 600 r/min时就达到了最大扭矩。

另外，由图3可以看出，SC28R143Q5A型柴油机和SC28R143.1Q5A型柴油机对应的最高车速分别为145.2 km/h和129 km/h。SC28R143.1Q5A型柴油机对应的车速范围虽然没有SC28R143Q5A型柴油机宽广，但已满足国内的常用使用工况。

综上所述，SC28R143.1Q5A型柴油机性能的动力性和低转速经济性指标更优，更适配于该款轻型客车。实际首台样车匹配效果，整车采用C-WTVC循环工况测试百公里综合油耗为10.5 L，完全满足整车的匹配要求。

图3　不同档位下发动机转速对应的车速

4　　结论

通过对某2.8L国Ⅴ重型电控柴油机在轻型客车上安装匹配要求的阐述，以及结合轻型客车实际匹配需求对发动机性能的选型，实现了该款柴油机在轻客细分市场的优化匹配，提升了整车的综合性能，增加了顾客满意度。

Optimization of Light Bus Matching 2.8L China-V Electrically Controlled Diesel Engine

Hu Hao
（Shanghai Diesel Engine Co.，Ltd，.Shanghai 200438，China）

In order to reduce the pollution of the vehicle exhaust emissions，country already overall implement china-V emission.For a 2.8L china-v electrically controlled diesel engine special characteristic，the paper introduces the requirements for the installation and matching of the engine in the light bus，and expounds the process of optimizing the performance of the engine.

china-V，heavy duty diesel engine，match，performance optimization

10.3969/j.issn.1671-0614.2016.01.006

来稿日期：2015-09-24

胡昊（1984-），男，工程师，主要研究方向为客车用发动机配套设计。