摘 要

客车作为汽车和城市交通的重要组成部分，其作用和地位是不可或缺的，而客车发动机作为客车的心脏一直都是客车行业研究的重点。随着人们对环保问题的日渐重视，对环境问题的日益敏感，客车发动机也处于变革的时代，各种新能源发动机开始涌现，各种新技术开始应用，研究客车发动机的现状预测未来趋势是具有很重要的现实意义的。

本文主要借助查阅大量国内外客车发动机文献、浏览世界各国大型客车生产厂商官网并积极关注客车发动机相关新闻，完成了对客车发动机的类型的分析介绍，并介绍了关于客车发动机的几种新技术。因为混合动力客车和电动客车是目前客车行业的热点，所以主要对比分析了混合动力客车和电动客车在国内外的现状。在对比分析之后，提出自己对国内客车现状的看法，并给出自己的建议。然后在总结分析大量阅读笔记后，大胆地预测了未来客车发动机的变化趋势。

关键词：客车；发动机；新能源；混合动力；现状及趋势

Abstract

As an important part of automobile and urban transportation, passenger car is indispensable, and the passenger car engine has always been the focus of passenger car industry research. With the increasing emphasis on environmental issues and the increasing sensitivity to environmental issues, passenger car engines are also in an era of change. Various new energy engines are beginning to emerge, and various new technologies are beginning to be applied. The current status of passenger car engines is predicted to have a future trend. Very important practical significance.

This paper mainly refers to a large number of domestic and foreign passenger car engine literature, browse the official website of large passenger car manufacturers in the world and actively pay attention to the news related to passenger car engine, completed the analysis and introduction of the type of passenger car engine, and introduced several new technologies about passenger car engine. Because hybrid buses and electric buses are the hotspots of the current passenger car industry, the main status of hybrid buses and electric buses at home and abroad is analyzed. After the comparative analysis, I put forward my own views on the status quo of domestic passenger cars and give their own suggestions. Then, after summarizing and analyzing a large number of reading notes, I boldly predicted the trend of future passenger car engines.

Key Words：passenger car; engine; new energy; hybrid; current situation and trend

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国内研究现状 1

1.2.2 国外研究现状 2

1.3 研究内容与技术方案 3

1.3.1 研究内容 3

1.3.2 技术方案 3

1.4 本章小结 4

第2章 客车发动机类型简介及近几年先进技术介绍 4

2.1 客车发动机类型简介 4

2.1.1 燃油发动机 4

2.1.2 电动发动机（电动机） 5

2.1.3 混合动力发动机 6

2.1.4 燃气发动机 6

2.1.5 对混合动力发动机进行仿真分析 6

2.2 近几年发动机新技术介绍 9

2.2.1 Power Drive插电式混合动力系统 9

2.2.2 康明斯“准零排放”发动机 9

2.2.3 CAN总线技术在混合动力发动机的优化 10

2.4 本章小结 11

第3章 国内外客车发动机现状对比分析 11

3.1 关于混合动力客车的分析 11

3.2 关于电动客车的分析 13

3.3 本章小结 16

第4章 客车发动机未来趋势分析及个人展望 17

4.1 趋势分析 17

4.2 展望 19

参考文献 20

致 谢 22

绪论

研究目的及意义

我国目前城市化进程正在加快， 需要增加公共交通车辆和营运客车的数量来解决新城市建立带来的人口、面积增加的问题。公共客车服务可以被视为减少交通拥堵的一种方式，它可以鼓励汽车模式转换^[1]。对我国日益拥挤的城市有很好的正面影响。 目前，我国很多城市客车仍以汽油、柴油车为主^[2]。柴油客车目前在我国城市公交营运中也在发挥主导作用^[3]，其主要原因是柴油客车的功率比较大，爬坡能力比较强。但现在节能和环保是时代的两大主题， 燃油客车面对这两大主题就显得很脆弱，所以研发清洁型能源客车就是必要的。而且我国目前的石油资源比较匮乏，研发新能源客车并将其投入市场运营更是迫在眉睫。正因如此，多种多样的新能源客车在国内陆续出现，而发动机作为客车的心脏在不同车型中也不尽相同，这就导致目前国内客车发动机类型较多，发展各不相同，与国外先进水平的差距也各不相同^[4]。所以研究客车发动机发展现状，分析客车发动机未来趋势，对国内客车发展提出适当的建议是很有意义的。

国内外研究现状

国内研究现状

混合动力客车由三部分组成，分别是原动机、发电机/电动机、以及储能设配。 混合动力客车的动力系统一般分为串联、并联以及串并联混联3种。我国目前对混合动力客车的研究速度正在加快，与世界先进水平的距离正在拉近。宇通、中通还有深圳五洲龙等企业都已经能够生产混合动力客车^[5]。特别是宇通集团更是代表国内混合动力汽车的先进水平。由于目前国内政策对新能源客车的要求越来越严格，非插电式混合动力客车已经被新能源客车拒之门外，所以国内的客车集团对混合动力的研究都集中对插电式混合动力客车的研究。以宇通为首的客车集团已经做出了超过国家标准节油率的混合动力客车并投入市场运行之中。

纯电动客车也是新能源客车的一种，目前在我国大型城市推广良好，特别是北京、上海等大城市。为了迎接2008北京奥运会的到来，北京上线了一批纯电动客车用来改善首都环境，这大大刺激了国内纯电动客车的发展。很多客车企业都加大了对纯电动客车的投入，特别是对新型电池的研究，目前已经研究出等同于世界先进水平的镍氢电池和锂电池这极大地促进了国内的纯电动客车的发展。目前，不少国内企业已经能够生产纯电动汽车并能够投入市场，比如比亚迪，金龙等等，宇通，中通，取得了不错的市场反响。但如今国内纯电动行业仍有很多忧虑：第一是安全问题；第二是充电及电池问题，充电问题具体体现在目前国得的充电基站普及率不高，电池问题具体体现在目前国内仍然没有研究出不但容量大而且动力足的电池；第三是科技创新问题^{[6]- [8]}，不管在那个行业，科技创新都是重中之重。

燃料电池（FC）是一种清洁高效的动力装置，近年来经历了实质性的发展，现已商业化，为运输提供清洁的动力源。与柴油内燃机（ICE）相比，FC拥有ICE不可比拟的优点，那就是高效率和温室气体零排放。 FC可将化学能直接转化为电能却不通过燃烧这种方式^[9]。但是FC在我国也有巨大缺点，那就是巨大的成本压力，这直接限制了我国燃料电池发动机的发展。

我国将于2020年正式施行等同于欧六标准的国六标准，这对我国客车行业的快速发展带来了积极的影响。同时对于所有客车生产商也是一个新挑战，生产符合国六标准的产品是各个客车企业的头等大事，而新技术、新产品的研发将决定着企业将来在客车市场的占比，所以中国的客车企业都在谋求发展，这对于中国客车市场的促进作用是非常有力的。

国外研究现状

目前国外客车先进水平的代表是欧洲各国和美国，而且欧洲和美国政府也鼓励民众乘坐公交车^[10]，欧美各国有很多世界著名的客车生产公司^[11]，比如依维柯、福特等等。欧美大中型客车的发动机技术有很多先进之处,其发动机不仅拥有较大的功率和较好的转矩，而且转速在逐渐下降，这些有点使国外的客车行驶速度较快，而且在加速和爬坡方面有更大的优势，除此之外安全性能也比较好。其中主要有以下技术：

节能技术：对汽/柴油发动机及燃烧系统先进性改进，主要是利用电子控制以及加装共轨系统等高新技术^[12]。大力开发使用新能源客车用来取代污染高耗能高的传统燃油客车，天然气，甲醇，乙醇等新能源已经逐渐应用于客车发动机之中。处于实验阶段的也有很多，比如说太阳能，植物油的等，可能要不了多久，这些处于是严重的新能源也可以应用于发动机之中。德国等欧洲国家已经研究并制造出压缩天然气公共汽车，并且已经上市。

环境保护技术：欧洲对噪声、排放标准的容忍程度越来越低^[13]，并制定了一系列相关法案来限制噪声和排放。为了使本公司能够更好地适应当前的法律法规并在客车市场中良好发展，目前，国外主要客车公司已经制定了一系列的技术改进方案并应用于生产中，这些方案包括：对使用的汽油油品更加严格，要求汽油中的硫含量进一步降低并不含铅；使用电子喷射式汽油机，共轨系统柴油机来替换老式的内燃机；在尾气处理中使用更先进的技术；逐步使用包括天然气，混合动力，燃料电池，纯电力等在内新能源逐渐高耗能高排放的燃油来作为发动机的动力源。在生产相关零件时在符合使用标准的情况下使用可以回收材料进行生产^[14]。

欧洲商用客车发动机发展趋势：（1）欧盟各国已于2014年1月1日正式实施欧洲六号排放标准，各个客车企业都做出了相应的对应措施。对于燃油客车，从目前各企业的技术路线来看，各种针对排放和噪声的先进技术的已经被应用于燃油客车上。目前已经投入了一批符合欧六标准的燃油客车进入市场，但是这批汽车不仅生产成本增高，而且改善燃油的经济性并没有得到提升和改善。（2）发展混合动力，频繁起停工况的商用车辆比如公共客车、垃圾处理车等车型目前的发展趋势就是发展混合动力系统，因为混合动力系统的运行模式非常贴合这类车，使用混合动力必然会增加前期生产成本，但是运行过程带来的收益远远大于前期成本的增加，这是其被推广的决定性因素（3）生物燃料应用，由于欧VI标准已经在欧洲实行，要求燃油车的硫化物排放由15ppm下降到10ppm，这导致燃油需要进一步脱硫处理，其成本必定进一步提高，所以，在沃尔沃公司已经开始生物燃料的研究和应用，这带动了其他客车公司对这方面的研发，使生物燃料逐渐成为一个新的热点。（4）发展天然气发动机，因为天然气相对燃油来说排放更少，成本更低廉，所以有一部分客车公司加大了对此的研究力度。康明斯在这方面已经取得了突出的进展，已经在展会中发布了一款实现“准零排放”的燃气发动机^[15]，各国汽车市场都在持续关注康明斯集团的下一步计划。

研究内容与技术方案

研究内容

对客车发动机的发展历程进行详细深入的了解，国内外现状、发展趋势和关键性技术难题。通过查阅资料和文献详细对比国内外客车领域的差距，对国内客车在发动机领域的缺陷及问题进行讨论研究，对我国客车发动机的未来发展进行大胆的预测。

技术方案

（1）收集国内外研究客车发动机的中英文文献，阅读并对文件进行分析和整理，为后续工作做铺垫；

（2）根据文献，总结国内外客车发动机发展现状，分析国内外在这方面的差距，针对新能源汽车，详细分析了解其结构及工作原理；

（3）研究包括混合动力发动机、纯电动发动机、燃料电池等在内的新能源发动机的新技术，深入了解新能源发动机如今的发展趋势及关键性技术难题，并分析国内外的解决方向，给出自己合理的意见；

（4）理论结合实践，对客车发动机的未来发展方向进行大胆且合理的预测，并根据市场及工业发展方向给出合理的论据分析；

本章小结

本章对客车发动机研究的目的及意义进行了简要地阐述，讨论总结了该领域中国内外的研究现状，并交代了本文的主要内容和拟采用的技术方案，为论文的展开奠定了基础。

客车发动机类型及先进技术简介分析

2.1 客车发动机类型简介

2.1.1 燃油发动机

通俗点来讲，发动机其实就是一种能量转换器，把别的能量变为机械能。那么汽油发动机(Gasoline Engine )，就是一种把汽油中的化学能转换为机械能的能量转换器，柴油发动机（Diesel Engine）就是把柴油中的化学能转换为机械能的能量转换器。经常接触汽车的人都知道汽油拥有一些独特的优点，比如粘性很小，蒸发速度比较快，所以其可以直接被汽油喷射系统喷入气缸，然后经过活塞上行压缩达到一定的温度和压力后，用火花塞点燃，使汽油燃烧变成气体，气体膨胀做工转变为机械能。目前为止大部分汽车仍然应用汽油机，主要是因为汽油机运转速度快使汽车可以高速行驶；汽油机运转平稳使汽车拥有更好地舒适性；汽油机维修简单可以降低汽车的维修成本，汽油机成本低可以降低汽车的成本。

从名称上来看，就可以看出来汽油机和柴油机的区别，就使用燃料的不同。正是因为这点不同才带来了这两种机器在其他方面的差异。总体上来说，这两种机器的运行模式是一致的，都经历四个过程。其主要区别也是因为柴油和汽油的差异造成的，因为柴油的粘度比汽油高所以不能事先与空气混合，而是直接由喷油嘴喷入气缸与气缸中已经吸入的空气混合。因为柴油的自然温度比汽油低，所以其可以直接由活塞上行压缩空气时产生的高温点燃，即压燃点燃法。这就是两种机器在工作过程中的差异，其他方面的差异主要是，柴油机在做功阶段产生的功率比较大，速度相对比较低，所以被广泛运用于大功率的车上。

2.1.2 电动发动机（电动机）

电动发动机，就是一种把电能转换为机械能的能量转换器。电动汽车就是搭载电动机的汽车，它的能量由车载的蓄电池提供，然后由电动机转换为机械能提供汽车运转。以往的电动车上应用的蓄电池通常是铅酸蓄电池，但是随着电池技术研发的深入，铅酸电池的缺点在对比之下变得越来越明显。电池容量小，充电速度慢，容易老化等都是它的缺点，正是因为这些缺点加速了它的淘汰。目前主流的电池是镍氢电池，锂电池，燃料电池等

纯电动汽车（BEV）：就是只搭载电动机的汽车。有些电动车由电动机提供机械能经过传动装置驱动车轮转动，有些甚至直接将汽车的车轮当做电动机的转子。目前的核心技术难题还是电池技术的落后。电动车行驶过程中能够本身是不会产生污染物的，它的污染物可以转换为电厂发电排出的污染物，但是即使是这样，它的污染物也是非常少的。而且电厂往往建立在远离城市的地方并且是集中建设，其污染物的处理也相对简单。除此之外，有很多清洁的可再生的能源也可以由相应的设备转变为电能，比如风力发电站可以将风能转换为电能，太阳能发电站可以将太阳能转变为电力等等，解除了人们对能源枯竭危机的担心。研究发现，同样质量的原油，一部分送入电厂发电充入蓄电池驱动电动车，一部分送入炼油厂变成汽油驱动汽油车，送入电厂那部分原油的能量利用率还比送入炼油厂那部分高，不仅有利于节省能源，而且对二氧化碳等温室气体的排放也降低了，这些都是电动车所展现出的优点。正是因电动车具备这些优点，目前电动汽车才慢慢火热起来。有专家分析认为，目前制约电动汽车发展还有一个因素，那就是相关基础设施的建设比如说充电基站。这不是简单一家或几家企业就能解决的问题，需要由政府牵头带动各个企业一起投入建设之中才可以解决。电动汽车就目前来看优点很多而且技术也相当成熟，主要还是有一些问题没有解决使它的推广速度变慢。

2.1.3 混合动力发动机

通俗点讲，混合动力发动机就是将两种或者动力混合使用的一种发动机系统。在车辆行驶时，不仅仅由单一的动力源来提供动力，可能是两种或者多种。我们平时经常在电视或者报纸上看到混合动力，这种被提到的混合动力通常指的是油电混合动力。它的优点非常容易理解，就是用一部分的清洁能源来取代燃油，可以减少污染，节省能源。

目前市场上存在很多混合动力客车型，根据它们运行模式的不同，我把它们分为两种，分别是插电式混合动力客车和非插电式混合动力客车。先介绍非插电式混合动力客车，因为他是先出现的。通俗来说，他就是在客车上加装一个动力发电机和一个蓄电池。在汽车减速的时候带动发电机组发电然后由对蓄电池充电，可以实现动力回收，在客车启动时由蓄电池提供电力，发电机变电动机，电动机提供一部分动力实现回收动力的再利用。实际上还是由内燃机为主，目前世界上已经不把这类车定义为新能源车了。

插电式混合动力客车从运营模式上来看，它更像是一种纯电动客车，就是在纯电动客车的基础上还搭载一台燃油发动机。他与非插电式混合动力客车不同点是它的电池可以由充电，而且平时运转时以电动为主，待蓄电池没电时在转为混合动力，然后在合适的时间给蓄电池充电。

2.1.4 燃气发动机

燃气发动机的运行机理和汽油发动机基本一致。也是事先将天然气与空气混合然后喷入气缸中然后由火花塞点火燃烧，膨胀做功，将天然气中的化学能转换为机械能。但是由于天然气燃烧产生的空气污染物比较少，中国国内的天然气储量也比较高，所以有一部分人很推崇天然气发动机。

2.1.5 对混合动力发动机进行仿真分析

混合动力发动机一问世就被人们称赞可以大大节省油料，减少空气污染物的排放。一问世就变成行业热门，这里我们对48v的混合动力汽车在NEDC工况下进行仿真分析以验证其节油性。

这里我用CRUIS软件进行仿真分析。CRUIS是在车辆开发过程中得到广泛使用的一款仿真软件，它主要用于车辆的动力以及燃油经济性的仿真。CRUIS软件模块化的建模理念可以使用户根据自己的设计要求，便捷地搭建各种布局不同的车辆模型。CRUIS提供了图形化的交互环境，用户只需要从自己对应的模型库中选取需要的模型即可迅速地建立整车的机械结构框图，添加相应的控制模块，然后把各部件正确地连接起来，输入对应的参数，即可快速完成整车的建模。仿真分析详情如表2-1,2-2以及图2-1,2-2,2-3,2-4。