论文部分内容阅读
摘 要：首次采用自主研发N20发动机搭载N1小型货车，通过整车试制改装工作内容进行分解阐述并总结，通过现场改制及时发现问题、解决问题，整车改装后全系统匹配达到各项性能技术要求，为后续商用车改制奠定基础。通过首款N20发动机动力总成整车匹配、论证、技术分析、归纳与验证，为后续其它商用车开发起到积极推广作用，使整车匹配技术应用到实踐当中。
关键词：发动机布置 电控系统 进排系统 真空助力系统 传动系统
Research on Commercial Vehicles with 2.0-liter Engine Trial Production Modification
Xu Guangwei
Abstract：For the first time， the self-developed N20 engine is equipped with an N1 minivan. The content of the whole vehicle trial production and modification work is analyzed and summarized. The problems are found and solved in time through the on-site modification to lay the foundation for the subsequent restructuring of commercial vehicles. The matching， demonstration， technical analysis， summarization and verification of the first N20 engine powertrain vehicle ，will actively promote the development of other commercial vehicles in the future， so that the vehicle matching technology can be applied to practice.
Key words：engine layout， electronic control system， intake and exhaust system， vacuum booster system， transmission system
1 引言
此次商用车搭载N20发动机采用2.0升大倾角汽油机，发动机进、排系统与原有发动机结构相反，由于发动机整体结构外型大，搭载在小型N1货车存在空间布置困难，在不改变原有整车结构基础之上，进行调整发动机倾斜角度以及各系统结构位置，使之改装后的N20发动机满足整车设计要求。目前车用汽油价格受国际油价影响，价格不够稳定且呈上升趋势。根据GB 20997-2007《轻型商用车辆燃料消耗量限值》规定，发动机排量在大于1.5升小于2.0升汽油机燃料消耗限值为9.0L/100Km，大部分整车厂小排量柴油机排放达不到国家法规要求，原有车型升级国六很难实现、设计改装实施成本较高加之所处地域不同，导致小排量柴油机逐步转向汽油机、双燃料发动机、新能源机型。本次整车布置过程中所需注意事项及相关技术要求，为整车前期开发设计提供合理的参考依据，规避因布置不当所造成的安全隐患，为后续不同类型新品发动机整车开发奠定基础。
2 整车试制搭载改装意义
此款N20发动机可以搭载所有小型N1以下轻型货车，满足现有国家国六排放标准，市场前景广阔后期占用率高，是一款高效节能环保机型。整车试制搭载改装对新产品开发和试制验证工作，具有重要的实用价值和意义，对后期新产品设计生产制造等方面起到至关重要的作用。
3 整车动力总成布置依据
整车动力总成布置要考虑后续车型系列化，减少基础布置变动量，增加延伸多种车型适用性，满足不同用户配置需求，适合大量生产，降低制造成本提高整车可靠性。整车动力总成布置以整车布置为基础，整车试制搭载后动态运行时，各系统连接件不应发生相互干涉，各系统要考虑美观、合理性、一致性、功能性、装调方便性等，利用专业三维软件验证各种极限条件下是否存在干涉。
4 整车动力传动总成布置要求
根据整车总布置设计要求确定发动机总成、前轴、前轮之间的相互位置关系，以及发动机总成周围涉及的附件同步细化，最终确定各系统坐标位置。布置前应考虑以下几点：
1.油底壳与前轴最小跳动距离。
2.散热器总成与动力总成之间距离。
3.曲轴中心线与车架上表面（零线），前高后低夹角（2°～5°），一般取中间值3°左右。目的是车辆满载时，传动系统轴线相互之间夹角最小，提高传动效率减少磨损。
4.发动机左右悬置与传动线位置关系，不同型号发动机倾斜角度有所不同。
5.发动机本身结构参数与整车底盘、高度位置关系。
5 整车动力线与发动机倾斜角校准
由于不同发动设计结构上存在不同，发动机在整车中位置与倾角存在差异，需要经过数模模拟搭载论证，通过改装整车底盘动力总成悬挂来实现搭载匹配，改变原有左、右、后三个固定悬挂点位置。保证发动机与整车设计要求及整车布置一致性，搭载前需将左、右悬置重新设计加工并多次论证，将电子水平仪分别放在发动机、变速器、传动轴各点位上，进行发动机倾角、变速器倾角、传动轴状态确认，最终锁定发动机状态。
发动机倾斜角对发动机工作会产生一个相应的力使其后端上升，搭载发动机倾斜角度理论要求为12～15度，市场现有2.0型号的发动机多采用直立、小角度布置，所用N20发动机在结构和倾斜角度上大大改变。发动机倾斜角度大主要是为了节省空间提高底盘通过性，最大程度保证整车的稳定性。主要好处是车辆在满载时传动系统之间夹角尽可能小，尽量成一条直线提高万向节传动效率减少磨损。 6 整车发动机动力总成姿态的确定
通过整车机舱数模、底盘数模与发动机数模位置校验，将动力总成放入机舱中，并使其与前机舱车身四周，保持合适的装配间隙及合适的离地高度。最终确定发动机左右后悬置托梁位置，重新加工制做左右后悬置托梁总成。保证发动机与整车设计要求及整车布置一致性，首先进行发动机倾角调整、变速器后悬置位置确认、传动轴与发动机轴线角度确认。完成动力总成各位置角度确定后，将发动机后悬挂托梁总成与车身纵梁进行现场焊接。发动机布置前期应按以下步骤进行实施检查与论证：
6.1 发动机总成机舱位置确定
对于新开发车型的发动机布置，发动机各参考点应与样车各悬挂点为基准，减少整车结构参数变化满足整车设计要求。
6.2 发动机周边间隙检查
检查发动机前后上下左右各位置间隙，包括发动机上部与机舱盖间隙，发动机轮系与车架前梁间隙，发动机进排系统与车身纵梁之间的间隙。
6.3 根据发动机周边间隙调整发动机位置与姿态
发动机位置移动是根据整车三个坐标轴方向平移，发动机姿态的变动都是绕发动机自身X轴方向进行小幅度旋转调整，本次发动机调整幅度控制在12°～15°之间。
6.4 满足各位置参数要求
发动机上端面与机舱盖间隙≥100mm，发动机空载油底壳离地最小间隙>230mm，发动机与周边附件间隙≥25mm，发动机前轮系与水箱间隙>100mm。
7 整车电控系统改装原则
整车电控系统是本次改装的重点，电控系统直接影响整车运行的可靠性及发动机的安全性。根据样整电控原理图进行发动机端线束针角更改，使改后发动机各针角定义满足整车设计要求。商车国六电控系统增加了GPF颗粒捕捉器，在电气原理图上增加了GPF压差传感器、温度传感器及再生开关。
8 整车真空助力系统改装原则
随着整车技术的提升和人们对安全性、舒适性要求的提高，传统车辆整车制动、应急制动已经不能满足车辆的使用安全需求，辅助制动，电控制动系统等装置逐渐在商用车得到越来越多的应用。汽车辅助方式为汽车真空辅助制动系统，该系统的工作原理是利用真空原理为车辆提供额外的辅助制动力，以便能够达到提高汽车的制动性能的目的，以保证在充分发挥辅助制动的作用前提下保证车辆行车安全。由于商用车搭载的发动机设计结构与排量不同，整车真空助力系统应满足原车设计要求，本次采用发动机进气歧管与外部真空泵双系统真空辅助，大大增加整车满载制动效果。
9 整车其它系统改装注意事项
9.1 整车燃油供给系统位置确定
燃油箱在整车燃油系统中至关重要，燃油箱主要作用是储存燃油、输送燃油、燃油蒸发控制管理。油箱的布置位置尽量与发动机油轨同侧，这样便于输油管路布置、避免受到排气系统热辐射。
9.2 整车蓄电池位置确定
依据蓄电池布置标准尽量将使蓄电池靠近起动机侧，保证与油箱之间有足够的安全距离。
9.3 整车操纵系统确定
此车选用单杆操纵式，设计试制改装时应减小换档机构质量，使换档轻便，换档效率高，行程损失小。选择合适的换档傳动比控制在5.5～7.0范围内，选档传动比控制在3.5～5.0范围内。
9.4 整车空调系统管路确定
整车空调系统压缩机高低压管与整车端高低压管前期论证与试制，整车高低压管接头布置方向与发动机压缩机接口应匹配合适。
9.5 整车排气系统改装
保证整车排气系统完整性，尽量减少整体结构改动，保证整车排系统正常工作满足整车试验要求。
10 结论
按照整车试制改装流程认真分析整车各部结构，使试制改装后的整车达到各系统工作运行稳定，满足整车各项试验标准。整车达到不同道路试验验证标准，对改装后的整车发动机各项性能进行综合测试，在短时间内发现问题和解决问题。
参考文献：
[1]罗永革.冯樱.汽车设计.机械工业版社2011.
[2]马才伏.汽车底盘构造 .北京大学出版社2009.
[3]吴荣辉.电喷发动机控制系统.福建科学科学技术出版社 2002.
[4]付铁军.张铁军.汽车改装技术200问.机械工业出版社2011.
作者简介：许广伟：男，本科，高级技师。研究方向：动力总成与整车适应性搭载、整车试制改装、整车故障排除、整车道路可靠性试验、新能源整车结构探究。
关键词：发动机布置 电控系统 进排系统 真空助力系统 传动系统
Research on Commercial Vehicles with 2.0-liter Engine Trial Production Modification
Xu Guangwei
Abstract：For the first time， the self-developed N20 engine is equipped with an N1 minivan. The content of the whole vehicle trial production and modification work is analyzed and summarized. The problems are found and solved in time through the on-site modification to lay the foundation for the subsequent restructuring of commercial vehicles. The matching， demonstration， technical analysis， summarization and verification of the first N20 engine powertrain vehicle ，will actively promote the development of other commercial vehicles in the future， so that the vehicle matching technology can be applied to practice.
Key words：engine layout， electronic control system， intake and exhaust system， vacuum booster system， transmission system
1 引言
此次商用车搭载N20发动机采用2.0升大倾角汽油机，发动机进、排系统与原有发动机结构相反，由于发动机整体结构外型大，搭载在小型N1货车存在空间布置困难，在不改变原有整车结构基础之上，进行调整发动机倾斜角度以及各系统结构位置，使之改装后的N20发动机满足整车设计要求。目前车用汽油价格受国际油价影响，价格不够稳定且呈上升趋势。根据GB 20997-2007《轻型商用车辆燃料消耗量限值》规定，发动机排量在大于1.5升小于2.0升汽油机燃料消耗限值为9.0L/100Km，大部分整车厂小排量柴油机排放达不到国家法规要求，原有车型升级国六很难实现、设计改装实施成本较高加之所处地域不同，导致小排量柴油机逐步转向汽油机、双燃料发动机、新能源机型。本次整车布置过程中所需注意事项及相关技术要求，为整车前期开发设计提供合理的参考依据，规避因布置不当所造成的安全隐患，为后续不同类型新品发动机整车开发奠定基础。
2 整车试制搭载改装意义
此款N20发动机可以搭载所有小型N1以下轻型货车，满足现有国家国六排放标准，市场前景广阔后期占用率高，是一款高效节能环保机型。整车试制搭载改装对新产品开发和试制验证工作，具有重要的实用价值和意义，对后期新产品设计生产制造等方面起到至关重要的作用。
3 整车动力总成布置依据
整车动力总成布置要考虑后续车型系列化，减少基础布置变动量，增加延伸多种车型适用性，满足不同用户配置需求，适合大量生产，降低制造成本提高整车可靠性。整车动力总成布置以整车布置为基础，整车试制搭载后动态运行时，各系统连接件不应发生相互干涉，各系统要考虑美观、合理性、一致性、功能性、装调方便性等，利用专业三维软件验证各种极限条件下是否存在干涉。
4 整车动力传动总成布置要求
根据整车总布置设计要求确定发动机总成、前轴、前轮之间的相互位置关系，以及发动机总成周围涉及的附件同步细化，最终确定各系统坐标位置。布置前应考虑以下几点：
1.油底壳与前轴最小跳动距离。
2.散热器总成与动力总成之间距离。
3.曲轴中心线与车架上表面（零线），前高后低夹角（2°～5°），一般取中间值3°左右。目的是车辆满载时，传动系统轴线相互之间夹角最小，提高传动效率减少磨损。
4.发动机左右悬置与传动线位置关系，不同型号发动机倾斜角度有所不同。
5.发动机本身结构参数与整车底盘、高度位置关系。
5 整车动力线与发动机倾斜角校准
由于不同发动设计结构上存在不同，发动机在整车中位置与倾角存在差异，需要经过数模模拟搭载论证，通过改装整车底盘动力总成悬挂来实现搭载匹配，改变原有左、右、后三个固定悬挂点位置。保证发动机与整车设计要求及整车布置一致性，搭载前需将左、右悬置重新设计加工并多次论证，将电子水平仪分别放在发动机、变速器、传动轴各点位上，进行发动机倾角、变速器倾角、传动轴状态确认，最终锁定发动机状态。
发动机倾斜角对发动机工作会产生一个相应的力使其后端上升，搭载发动机倾斜角度理论要求为12～15度，市场现有2.0型号的发动机多采用直立、小角度布置，所用N20发动机在结构和倾斜角度上大大改变。发动机倾斜角度大主要是为了节省空间提高底盘通过性，最大程度保证整车的稳定性。主要好处是车辆在满载时传动系统之间夹角尽可能小，尽量成一条直线提高万向节传动效率减少磨损。 6 整车发动机动力总成姿态的确定
通过整车机舱数模、底盘数模与发动机数模位置校验，将动力总成放入机舱中，并使其与前机舱车身四周，保持合适的装配间隙及合适的离地高度。最终确定发动机左右后悬置托梁位置，重新加工制做左右后悬置托梁总成。保证发动机与整车设计要求及整车布置一致性，首先进行发动机倾角调整、变速器后悬置位置确认、传动轴与发动机轴线角度确认。完成动力总成各位置角度确定后，将发动机后悬挂托梁总成与车身纵梁进行现场焊接。发动机布置前期应按以下步骤进行实施检查与论证：
6.1 发动机总成机舱位置确定
对于新开发车型的发动机布置，发动机各参考点应与样车各悬挂点为基准，减少整车结构参数变化满足整车设计要求。
6.2 发动机周边间隙检查
检查发动机前后上下左右各位置间隙，包括发动机上部与机舱盖间隙，发动机轮系与车架前梁间隙，发动机进排系统与车身纵梁之间的间隙。
6.3 根据发动机周边间隙调整发动机位置与姿态
发动机位置移动是根据整车三个坐标轴方向平移，发动机姿态的变动都是绕发动机自身X轴方向进行小幅度旋转调整，本次发动机调整幅度控制在12°～15°之间。
6.4 满足各位置参数要求
发动机上端面与机舱盖间隙≥100mm，发动机空载油底壳离地最小间隙>230mm，发动机与周边附件间隙≥25mm，发动机前轮系与水箱间隙>100mm。
7 整车电控系统改装原则
整车电控系统是本次改装的重点，电控系统直接影响整车运行的可靠性及发动机的安全性。根据样整电控原理图进行发动机端线束针角更改，使改后发动机各针角定义满足整车设计要求。商车国六电控系统增加了GPF颗粒捕捉器，在电气原理图上增加了GPF压差传感器、温度传感器及再生开关。
8 整车真空助力系统改装原则
随着整车技术的提升和人们对安全性、舒适性要求的提高，传统车辆整车制动、应急制动已经不能满足车辆的使用安全需求，辅助制动，电控制动系统等装置逐渐在商用车得到越来越多的应用。汽车辅助方式为汽车真空辅助制动系统，该系统的工作原理是利用真空原理为车辆提供额外的辅助制动力，以便能够达到提高汽车的制动性能的目的，以保证在充分发挥辅助制动的作用前提下保证车辆行车安全。由于商用车搭载的发动机设计结构与排量不同，整车真空助力系统应满足原车设计要求，本次采用发动机进气歧管与外部真空泵双系统真空辅助，大大增加整车满载制动效果。
9 整车其它系统改装注意事项
9.1 整车燃油供给系统位置确定
燃油箱在整车燃油系统中至关重要，燃油箱主要作用是储存燃油、输送燃油、燃油蒸发控制管理。油箱的布置位置尽量与发动机油轨同侧，这样便于输油管路布置、避免受到排气系统热辐射。
9.2 整车蓄电池位置确定
依据蓄电池布置标准尽量将使蓄电池靠近起动机侧，保证与油箱之间有足够的安全距离。
9.3 整车操纵系统确定
此车选用单杆操纵式，设计试制改装时应减小换档机构质量，使换档轻便，换档效率高，行程损失小。选择合适的换档傳动比控制在5.5～7.0范围内，选档传动比控制在3.5～5.0范围内。
9.4 整车空调系统管路确定
整车空调系统压缩机高低压管与整车端高低压管前期论证与试制，整车高低压管接头布置方向与发动机压缩机接口应匹配合适。
9.5 整车排气系统改装
保证整车排气系统完整性，尽量减少整体结构改动，保证整车排系统正常工作满足整车试验要求。
10 结论
按照整车试制改装流程认真分析整车各部结构，使试制改装后的整车达到各系统工作运行稳定，满足整车各项试验标准。整车达到不同道路试验验证标准，对改装后的整车发动机各项性能进行综合测试，在短时间内发现问题和解决问题。
参考文献：
[1]罗永革.冯樱.汽车设计.机械工业版社2011.
[2]马才伏.汽车底盘构造 .北京大学出版社2009.
[3]吴荣辉.电喷发动机控制系统.福建科学科学技术出版社 2002.
[4]付铁军.张铁军.汽车改装技术200问.机械工业出版社2011.
作者简介：许广伟：男，本科，高级技师。研究方向：动力总成与整车适应性搭载、整车试制改装、整车故障排除、整车道路可靠性试验、新能源整车结构探究。