近年來，城市客車的發(fā)展特點是高比功率、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，促進了與客車配套的發(fā)動機技術(shù)的進步，同時，也推動了客車水平的提高。

第一節(jié) 客車的發(fā)展對發(fā)動機配套的要求

一、現(xiàn)代城市客車的發(fā)展對發(fā)動機動力性的要求

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"車退出公交客運市場。車輛的大容量化要求有相應(yīng)功率的發(fā)動機與之匹配。

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力源的功率，以保證整車的動力性。

城市客車運營的特點是平均車速不高，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)動機有轉(zhuǎn)矩儲備和良好的中低速動力性。

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

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)部標準的基礎(chǔ)上，又進一步提高對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力性要求，必須更多的采用柴油機，而且柴油機仍需進一步提高功率。

二、治理城市大氣環(huán)境的要求

隨著經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，機動車的保有量不斷增加。機動車尾氣排放對城市大氣環(huán)境的污染也日益嚴重。在北京、上海、廣州等特大型城市，機動車尾氣已經(jīng)成為城市大氣環(huán)境的主要污染源之一。公交車輛在城市機動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，對大氣污染的貢獻率卻大于其它車輛。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)境污染的重點工作之一。

國家對機動車尾氣排放的標準正逐步提高。目前的排氣污染物限值相當于歐Ⅰ標準，而北京、上海則已先后開始實行相當于歐Ⅱ的限值標準。北京市已有滿足歐Ⅲ標準的柴油機用于18m鉸接式城市客車并投入運營。

隨著2008年奧運會和2010年上海世博會的臨近，京滬兩地的機動車尾氣排放標準將與國際接軌。因此，國內(nèi)主要柴油機廠陸續(xù)開始 研究 和開發(fā)符合歐Ⅲ限值標準的柴油發(fā)動機。

三、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)對大中型城市客車發(fā)動機的要求

為了減少對石油資源的依賴，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，發(fā)展的較快。特別是城市客車，由于其運營路線比較固定，而公交車輛又相對集中、易便于管理，在燃氣資源豐富的地區(qū)還可降低運營成本，故應(yīng)用較多。目前，國內(nèi)燃氣汽車的保有量約12萬輛。氣體燃料與發(fā)動機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。但實踐也證明，使用清潔燃料的汽車只有采用了先進的技術(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)動機,以在動力性、經(jīng)濟性、可靠性和尾氣排放等方面滿足城市客車對發(fā)動機的要求。

四、節(jié) 能、降低噪聲對客車發(fā)動機的要求

減少燃料消耗不僅可以降低城市客車的運營成本、提高經(jīng)濟效益，還可以節(jié)約能源。由于城市客車的運行條件限制，車速一般不高，因此，要求發(fā)動機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)濟性。

降低機動車輛的車外噪聲是保護環(huán)境的另一個方面。而降低車內(nèi)噪聲又是提高城市客車乘坐舒適性的要求。國家對降低機動車噪聲污染也有具體的標準。目前大部分國產(chǎn)城市客車還不能達到標準對車外加速噪聲的要求，滿足車內(nèi)噪聲要求也有相當大的差距。發(fā)動機作為主要噪聲源之一，需要從提高結(jié)構(gòu)件的剛性和改善動態(tài)特性、減少振動傳遞途徑等方面加以改進。

第二節(jié) 車用柴油機技術(shù)的發(fā)展

要求日益嚴格的標準法規(guī)的出臺和市場的需求大大推動了發(fā)動機技術(shù)的進步。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軍中國客車市場。國產(chǎn)車用柴油機通過國際合作，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的需求。國內(nèi)車用柴油機技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

一、應(yīng)對EPA的柴油機排放技術(shù)

為了滿足新公路汽車排放標準，并為在用的汽車發(fā)動機提供改造方案，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)會檢驗后，證實經(jīng)其改進過的發(fā)動機，確實能減少氮氧化物和顆粒物的排放量。

自從發(fā)動機排放標準頒布以來，許多基于改進發(fā)動機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微改進；包括主要發(fā)動機部件的重新設(shè)計，如氣缸；包括燃油噴射系統(tǒng)電控裝置的運用。另一種常用的、成本較低的發(fā)動機改進技術(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，但還需解決冷凝、布置、發(fā)動機系統(tǒng)集成等問題。此外，還需要升級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)動機改進手段，能否滿足2007年及2010年的EPA排放標準，答案并不確定。看來，要滿足2007年的EPA標準，僅僅在EGR系統(tǒng)上花點心思，是遠遠不夠的。而如果要達到2010年的EPA要求，還需綜合運用后處理技術(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)動機組件的整體配合，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，催化劑捕捉并儲存氮氧化物。直至催化劑的活性部分飽和后，再啟動第二個階段，即再生。此階段，燃料和其他碳氫化合物將被注入到廢氣中。人工合成的富含碳氫化物的氣體環(huán)境，引發(fā)了氧氣的釋放，并促成氮氧化物轉(zhuǎn)化成為說氮氣和水。不利的是，再生過程極大地降低了燃油經(jīng)濟性（需將5％的汽車燃油噴入廢氣當中）。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存在隨車的容罐中，但對比其他技術(shù)，使用SCR有可能實現(xiàn)更高的燃油經(jīng)濟性以及較低的運行成本。經(jīng)證實，在不同的發(fā)動機工作環(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)電機組上運用達15年之久。然而，作為車用的SCR技術(shù)必須實現(xiàn)更小的體積，更為持久耐用，并能滿足不同卡車發(fā)動機的功能需求。此外，設(shè)計系統(tǒng)時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)動機排量不變的情況下增加進氣量，從而提高發(fā)動機的動力性并改善發(fā)動機的經(jīng)濟性，避免了傳統(tǒng)的擴缸、加大行程和提高轉(zhuǎn)速等做法帶來的負面影響，大大增加了基本機型的功率覆蓋面。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)則降低了進氣溫度，是柴油機減少NOx排放達到歐Ⅱ標準的主要措施之一。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)動機中的應(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、柴油機的機內(nèi)凈化技術(shù)

柴油機的機內(nèi)凈化是降低排氣污染物排放的基本措施。對不同的實施階段，其措施也不同。

1、滿足歐Ⅰ標準的主要措施是：廢氣渦輪增壓、水-空中冷；進氣溫度不高于65℃；

●噴油壓力不低于110MPa；

●推遲噴油定時。

2、滿足歐Ⅱ標準的主要措施是：

●廢氣渦輪增壓、空-空中冷；

●進氣溫度不高于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，加強氣門桿密封，降低機油消耗率。

3、滿足歐Ⅲ標準的主要措施是：

●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)

車用柴油機技術(shù)的進一步發(fā)展將更多的采用電控技術(shù)，使發(fā)動機的工作過程得到更加全面的優(yōu)化，如可變配氣定時技術(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)動機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的最低燃油耗可達180g/kW·h，熱效率達43%。今后的目標是最低燃油消耗率達到或低于160g/kW·h，熱效率超過50%，同時，排放、噪聲、可靠性、壽命和發(fā)動機質(zhì)量等各項指標能更好地滿足城市客車的要求。

第三節(jié) 客車燃氣發(fā)動機的發(fā)展

燃氣發(fā)動機的發(fā)展有數(shù)十年的歷史。燃氣發(fā)動機大致有三種。

第一種是在化油器式汽油機的基礎(chǔ)上改裝的兩用燃料發(fā)動機。發(fā)動機的結(jié)構(gòu)不變，僅在化油器的空氣入口處增加一個與燃氣混合的混合器，燃料供給系統(tǒng)中增加一個燃料轉(zhuǎn)換裝置，混合氣的濃度通過發(fā)動機進氣形成的真空度控制。此種燃氣發(fā)動機的改裝費用低，改裝技術(shù)簡單，可方便地實現(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)動機的不足之處是在采用氣體燃料時，發(fā)動機的功率有一定的下降，影響車輛的動力性；CNG、LPG的燃燒特性與汽油不同，要求發(fā)動機的壓縮比、點火正時也有所不同，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不到現(xiàn)行標準的要求等。

第二種是柴油-天然氣雙燃料發(fā)動機。這種雙燃料發(fā)動機仍采用預混合進氣的方式，但為了避免發(fā)動機的功率下降，采用了廢氣渦輪增壓，其空燃比則根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負荷實行開環(huán)電控。這種發(fā)動機的優(yōu)點是發(fā)動機內(nèi)部結(jié)構(gòu)無須改變，可保持原發(fā)動機的動力性，車輛加速無黑煙，其尾氣排放水平與原發(fā)動機相同；其不足是：為了保證供油系統(tǒng)的可靠性，發(fā)動機在最高轉(zhuǎn)速時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；進一步提高尾氣排放水平困難。

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