清华大学-柴油机拆装报告

清华大学-柴油机拆装报告

汽车工程系汽93班

柴油机拆装报告

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作者：徐彪学号：201*010806

同组人姓名：孟东晖、陈萍、李锦彬、李晨风

完成日期：201*年7月16日星期六

柴油机拆装报告

一、所拆发动机型号

江陵VM柴油发动机

二、发动机结构特点

气缸数量及排列方式：直列四缸发动机类型：四冲程机体形式：隧道式气缸盖形式：整体式

燃烧室类型：直喷式燃烧室（整体式燃烧室）气缸套布置类型：无气缸套式发动机冷却类型：水冷

凸轮布置形式：凸轮轴上置式气门驱动形式：直接驱动活塞形式：平顶活塞

连杆盖加工形式：涨断加工曲轴支撑形式：全支承气环形式：扭曲环

柴油喷射方式：高压供轨型电控喷油系统喷油器类型：孔式喷油器排气系统形式：单排气系统喷油泵形式：转子分配泵正时方式：定位销式

其他部件：有EGR、PCV、废气涡轮增压、电热塞、平衡机构、液力间隙自动补偿器、节温器等等

三、拆装流程

1、拆卸发电机，将发电机的支撑板螺栓卸下来，即可拆下发电机；

2、拆卸排气歧管，将排气歧管与机体连接的螺栓卸下即可拆下排气歧管；3、拆卸进气歧管，将进气歧管与机体连接螺栓卸下即可拆下进气歧管；4、拆卸EGR及气管路，将EGR和连接在上面的管路整体拆下，需要卸下EGR

上的两个螺栓以及管路上固定的螺栓；5、卸下高压油轨；6、拆下机油泵；

7、卸下发动机飞轮对面一侧的几个传动轮，注意皮带轮螺栓为左旋；8、拆下飞轮对侧的盖；9、拆下飞轮；

10、将发动机气缸上盖拆下；11、将发动机气缸下盖拆下；

12、将发动机转动到油底壳朝上，拆下油底壳；13、卸下机油集滤器；14、卸下平衡轴；15、拆下连杆盖，用锤子杆身轻轻敲击连杆大头，使活塞向下掉出气缸，

并在另一侧用手接住。拆下后，连杆盖和连杆应有序成对放置；

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16、两人分别握住曲轴的两端，一来一回推动连杆，最后将连杆推出连

杆轴承；

17、安装过程与拆卸过程完全相反。在安装过程中需要注意将零件擦干

净后，涂上机油。拧紧螺母应注意次序拧紧，分布拧紧和对称拧紧。活塞环的开口应注意相隔180°。

四、冷却系统简图

气缸盖节温器散热器进水室气缸体水泵散热器出水室散热器芯注：蓝色箭头代表大循环，绿色箭头代表小循环冷却系统的原理及特点：发动机的冷却水循环分为两个过程，大循环和小循环。大循环时，冷却水将经过散热器冷却，小循环时，冷却水不会经过散热器冷却。大循环和小循环依靠节温器进行控制。当发动机冷启动时，冷却液温度较低，这时，节温器将冷却液流向散热器的通道关闭，使冷却水经水泵入口直接流入机体或气缸盖水套，以便使冷却液能够迅速升温。如果不装节温器，没有小循环，那么冷却液加热后又在散热器中散热，长时间温度得不到升高，发动机长时间在低温下运转。同时，暖风系统等也不能正常工作。当发动机温度升高时，节温器通往散热器的阀门打开，热的冷却液经散热器散热，使冷却液温度降下来，防止发动机因过热造成机油变质变稀，发动机膨胀变形，磨损厉害，充气效率下降，发动机动力性下降。

五、定位方式

1、气缸盖与机体通过定位销定位，如果定位不准确，气门、喷油器等与气

缸的燃烧室不相适应，气门与活塞顶上的气门凹坑不相适应，导致燃烧不正常和气门被顶坏；

2、曲轴的轴向定位通过止推垫片实现，如果轴向定位不准确，那么，连杆

左右存在偏移，受力不正常；

3、由于曲轴主轴承盖通过涨断加工，定位方式为加工形成的不规则面。如

果主轴承盖定位不准确，那么主轴承盖内圆不是一个正圆，造成主轴颈磨损厉害。

4、凸轮轴轴承盖与机气缸盖间有定位销定位。如果定位不好，那么凸轮轴

转动受到限制，轴颈处磨损较厉害。

六、密封方式

1、气缸盖与机体密封方式是通过气缸衬垫实现的。气缸衬垫为金属材质的，

通过螺栓压紧后，可以实现机体内的密封。如果密封不好，那么，机油可能会从气缸盖和机体的缝隙漏出来，也会造成曲轴箱（与机体上面是连通的）漏气，使曲轴箱的废气直接漏到大气中，污染大气。

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2、油底壳与机体之间的密封通过密封垫圈实现的，密封垫圈材质为橡胶的，

通过螺栓压紧后，可以实现曲轴箱密封。如果密封不好，那么油底壳内的机油将从油底壳与机体的缝隙中漏出来。

3、排气歧管与机体间通过密封垫圈密封，若密封不好，则排气从排气歧管

和机体间的缝隙漏出来，而没有经过催化转换器处理，污染大气。

4、进气歧管与机体间通过密封垫圈密封，若密封不好，则进气从进气歧管

和机体间的缝隙漏出来，造成进气效果不好。

5、活塞与气缸间通过两道气环实现密封（油环也有辅助密封的作用）。若密

封不好，则气缸内的可燃混合气漏到曲轴箱内，而且在做功过程中由于漏气，气缸内的压力也会下降，使发动机的功率和燃油经济性下降。6、气门顶端通过气门油封密封。如果密封不好，那么机油将从气门顶端漏

到气门导管内，当气门开启时继而漏到气缸内。

7、气门与气门座之间通过精研密封，而且保证线接触，密封性好。如果密

封不好，那么气缸将会漏气。

8、曲轴两端有油封，可以密封曲轴箱。如果密封不好，那么曲轴箱里的机

油将会漏出，废气也将漏出。

9、凸轮轴轴承盖与气缸盖接触处有橡胶密封圈，实现密封。如果密封不好，

那么废气和机油将漏出。

七、主要结构与性能参数

柴油机形式燃烧室形式缸径活塞排量压缩比长*宽*高/mm额定功率/转速全负荷最低燃油消耗率最大转矩/转速最高空转空载最低稳定转速质量工作顺序气门间隙调整进气门早开进气门晚关排气门早开排气门晚关节温器发动机转向（从飞轮侧看）燃油喷射系统润滑油容量发电机

直列、水冷、四冲程、双顶置凸轮轴统一型燃烧室92mm2.499L17.5710*630*763105kw/4000r/min210g/kwh340nm/201*r/min4800r/min800r/min278kg1-3-4-2液压间隙调整机构15.6°64.4°66°32°蜡式逆时针高压共轨5.5-6.5L12V-50A柴油机拆装报告

起动机冷却水出水温度机油压力

12V-2.2kw85±5℃0.38-0.42MPa八、先进性分析

1、采用废气涡轮增压，有利于提高柴油机的动力性及经济性。

2、采用博世2代高压共轨（TDCI）电喷技术，控制精确灵敏，不存在因机

械磨损等造成失调的可能。

3、采用双轴平衡机构，可以平衡二阶往复惯性力，降低汽车振动及噪声。4、采用隧道式机体，刚度很好，而且主轴承孔的同轴度好。

5、凸轮轴的摆臂一端有液力间隙自动补偿器，可以消除凸轮轴和传动机构

的间隙，免去调整环节，便于安装调试。

6、有强制曲轴箱通风系统，将曲轴箱中的废气吸入进气管中，有利于提高

排放性和经济性。

7、发动机气缸中有电热塞，有利于提高柴油机的冷启动性能。8、凸轮轴上置，有利于实现柴油机高速运转。9、正时机构用销定位，安装十分方便。

九、改进建议及厂家生产线调整

1、加装可变配气机构，改善发动机的燃油经济性和动力性。

厂家需要增加一条生产可变配气定时器的生产线和机油控制阀的生产线。并在发动机ECU上加装动力系统控制模块的软件。

2、采用可变进气歧管，充分利用进气波动效应和尽量缩小发动机在高低转

速运转时的进气差别，提高动力性，改善燃烧。

厂家需要改动进气歧管的生产线，使进气歧管上有两个进气道。3、加装二次空气喷射系统，改善尾气中CO和HC的排放。

厂家需要增加一条空气喷射系统的生产线。

十、拆装的建议和意见

1、在平时上课时的拆装课，可以以自己动手结合老师讲授的方式，这样可

以使知识更加深刻牢固。

2、建议老师开一节拆装概论课，在动手前先讲述拆装中遇到的问题，工具

的使用原则，装配的注意事项等等。

3、建议增加拆装报告的内容，并允许多人共同完成一份报告。

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扩展阅读：清华大学-动力电池参数极其寿命综述

作者：徐彪SRT结题报告201*/10

动力电池的发展、参数特征极其寿命综述

随着石油价格的日益上涨以及能源危机的临近，新能源汽车迎来了一个蓬勃发展的好时期。新能源汽车中，电动汽车（EV）是研究的重要领域。电动汽车发展的一个瓶颈就是电池。电池的动力性、经济性以及寿命等成为电动汽车发展的最为重要的方面。下面，文章将从电池的参数特征以及寿命等方面对动力电池做一个综合性的分析。

一．动力电池的特点

动力电池不同于手机电池或汽车启动电池，它是汽车在行进过程中的动力来源。由于汽车在行进过程中需要有加速，减速，而动力电池在加速过程中应该大电流放电，在减速过程中会小电流放电甚至充电，这就要求动力电池在高倍率部分荷电状态下（HRPSOC）工作要有可靠性，并且电池寿命较长。作为汽车车用电池的动力电池还要求高能量与高功率，而且作为车载电池，在相同能量值的条件下，电池的体积和重量需要限制在一定的范围内，因而车用动力电池也需要高的能量密度。在电池寿命要求方面，考虑电池的经济性，电池充放电次数应该较多，现在动力电池一般能充放电1000次左右，这远没有达到寿命要求。汽车在长时间运行时，电池会因为内阻和化学反应产生大量的热，要保证汽车正常运行，在寒冷的冬季也要保证电池在低温下能正常工作，所以要求电池的工作温度范围为-30℃~65℃。当然，安全可靠这一要求也是车用动力电池的必备特点之一。

二．锂离子动力电池的工作原理

动力电池发展到现在主要是锂离子动力电池。锂离子动力电池的组成一般为：正极、负极、电解质和隔膜组成。负极在电池放电时发生氧化反应，使用较多的

是C材料。正极在放电过程中发生还原反应，多为过渡元素金属氧化物，如LiCoO2等。电解质一般是液体，称为电解液，主要作用是为离子运动提供运输介质。而隔膜的主要作用是为正负极提作者：徐彪SRT结题报告201*/10

供电子隔离。

以磷酸铁锂电池为例。在充电时，正极中的Li+从LiFePO4的晶格中脱出，经电解质进入碳素材料的层状结构中，正极材料体积因Li+的一移出而变化，但本身结构不变，负极材料与Li+发生嵌合反应或合金化反应。放电时，Li+从碳素材料的层间脱出，经电解液到达正极材料晶格中，电极材料结构复原。

电池反应为：

（+）4

充电放电14+++

充电放电充电放电（－）+++

14+

电池反应4+

伴随着充放电的进行，正负极材料的化学结构基本不变，所以锂离子电池又被称为摇椅式电池（rocking-chairbattery）。

三．动力电池基本性能指标

动力电池的基本性能指标包括电动势（Electromotiveforce）、内阻（Internalresistance）、开路电压（Open-circuitvoltage）与工作电压（Workingvoltage）、电池容量（Batterycapacity）、电池能量、储存性能与自放电和电池寿命等。

电池的电动势由组成电池的正负极材料决定。在等温等压下，电池的电动势E与电子的计量数n，和吉布斯能,有关。,=，揭示了化学能转变为电能的最高限度。

电池的内阻Ri主要由两部分构成：欧姆内阻（Ohmresistance）和极化内阻（Polarizationresistance）。欧姆内阻由电极材料、电解液和隔膜的电阻以及各部分零件的接触电阻组成。而极化内阻是指电池的正极与负极在进行电化学反应时极化所引起的内阻。电池的内阻会随电池的使用而增加。

在研究电池时，经常会引入一个放电倍率的概念。放电倍率指电池在规定时间内放出其额定容量所输出的电流。例如，电池容量为3Ah，2“倍率”放电表示电流为6A。

电池容量表示在一定条件下（放电率、温度、终止电压等）电池放出的电量，作者：徐彪SRT结题报告201*/10

通常以安培小时为单位。理论电池容量是由法拉第电解定律计算而得到，与电池本身有关，电池本身的活性物质越多，成流反应得失的电子数越多，理论容量越大。而电池的实际容量则是由实验得到。在恒流放电下，实际容量C=It。

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在恒阻下放电，实际容量C==。00

电池在储存时，由于负极的腐蚀和正极的自放电，所以电池电量将逐渐下降。这叫电池的自放电性能。电池的自放电性能决定了它的储存性能。

四．几种锂离子电池性能比较

目前，锂离子电池的正极材料主要有2，4，24，2等几种。下表是几种电池性能比较：电池正极材料135~153价格很低3.4V110~130价格低3.6V污染小2130~150价格昂贵3.6VCo有一定的毒性电池比容量mAh/g150~220成本工作电压环境友好性能电池循环寿命热稳定性优点价格略高3.8V重金属Ni有毒无污染数据缺失极差与电解液匹配好201*次左右极好1000次左右1000次左右较好较差循环稳定性好，成本低，热稳比能量高，生产安全性能好，成定性好本低工艺简单缺点循环稳定性电导率低，Li+循环寿命短，成本高，安全性容量低能差，寿命短差，合成困难迁移率低从上表可以看出，4在做动力电池的正极材料上具有先天的优势。其在价格和寿命上的巨大优势决定了4电池的巨大潜力。至于4的缺点，电导率低可以用C包覆或参杂2+，3+，4+等金属离子解决，，Li+迁移率低可以用减小4颗粒尺寸来解决。

五．动力电池SOC研究

动力电池荷电状态（StateOfCharge），简称SOC，被用来反映电池的剩余容量，其数值上定义为电池剩余容量占电池容量的比值：作者：徐彪SRT结题报告201*/10

SOC=

=1

其中，为电池的剩余容量，为电池以恒定电流放电时具有的容量。Q表示放

出的电量。

由于电池放出的电量要受放电倍率、电池温度、电池充放电循环次数等多因素影响，因此SOC与这些有关。

SOC的检测方法有电量累积法、电阻测量法、电压测量法和神经网络法等几种。

电量累积法通过累计电池在充电或放电时的电量来估计电池的SOC，并根据电池的温度，放电率对SOC进行补偿。这种测量方法应用最为广泛，但也存在很多问题，因为它没有对电池的老化和循环次数进行补偿，也没考虑放电电流对容量的影响因素具有可恢复性，而且充放电效率不稳定也造成误差。电量累积法测量简单，但是存在较大的误差，并会随着时间的推移误差越来越大。

电阻测量法是用不同频率的交流电激励电池，然后测量交流电阻，再建模得到SOC的估计值。电阻测量法虽然反映了恒流放电时的SOC，但是没有考虑后阶段放电率的实际情况，而且由于电池内阻变化不大造成估计值准确性差，并且SOC与电阻的关系十分复杂，用传统的数学方法很难建模。所以电阻测量法在电动汽车上运用很少。

电压测量法利用开路电压与电池的放电深度的对应关系，通过测量开路电压来估计SOC。这种方法不能用于动态的电池SOC估计，精度也很低，因此也很少用于电动汽车。

神经网络法则是将电源的各个参数输入计算机，通过引入一系列的算法，得到SOC估计值。神经网络法有自我学习的能力，随着数据量的增加，精度增加。但是由于运用起来比较复杂，算法设计不完善，也没有得到运用。

在放电电流变化时，SOC的定义将会出现模糊：

将SOC等于1的电池大电流放电直到放电电压达到终止电压，此时SOC等于0，此时将放电电流减小，由于小电流放电终止电压低，所以还能继续放电，于是得到SOC不等于0，于是出现矛盾；

将SOC等于1的电池小电流放电直到SOC略大于0，此时将放电电流增大，由于大电流放电终止电压高，所以不能继续放电，于是得到SOC等于0，于是又出现矛盾。

所以有必要对SOC的定义做出修正。于是我们引入标称荷电状态（SOCB）。标称荷电状态指在某一恒定温度下，以标称的恒定电流放电时，电池所放出的标称容量为基准所确定的SOC值。将电流与温度固定化，对电池不可恢复性容量进行修正：

=(1)

式中，Q表示标称电流下放电量，CB表示以标称的恒定电流放电所具有的容量，KN表示电池不可恢复性容量影响因素。在标称荷电状态的基础上，针对汽车测量动态荷电状态的需要，我们进一步定义动态荷电状态（SOCD）：作者：徐彪SRT结题报告201*/10

=()

式中，为温度影响因素，由实验获得，为当前以及后一段时间持续稳定的实际电流。

经过修正后的SOC能比较客观地反应在汽车行驶过程中的SOC的实际值。

六．电池寿命研究

在电池的使用过程中，其各项性能都会逐渐衰减，表现为容量的减少，内阻的增大，功率能力的降低等。当电池的使用次数或静置时间处于其寿命期限内时，其性能衰减可以容忍，但是当其使用次数或静置时间超过其寿命期限时，电池的性能将不能满足使用需求，必需进行更换。将电池出厂时的时间定义为电池的寿命起点（beginoflife,BOL），将电池在一定条件下可用容量减少到额定容量某一比例的时间定义为寿命终点（endoflife,EOL），则BOL和EOL之间的时间或电池使用的循环次数，即定义为电池的寿命。

电池在使用过程中的容量衰减一部分是阴极阻抗增加的结果，因为阴极

活性物质（CAM）长成了一层薄的类似NiO表层，这层表层有低的电导率。而且由于CAM颗粒的表面形成了一层SEI膜，一些碳粒失去了与阴极活性物质（CAM）的接触，SEI膜也具有较小的电导率。SEI膜的形成和变化是电池寿命减少的重要SEI引起内阻变化

原因。锂离子在SEI膜中可以传导而电解质的其他部分和电子基本不能在其中传导。

随着电池的充放电循环，SEI的组成和形态会不断发生变化，刺入电极的多孔结构，造成石墨电极表面活性面积的减少，从而导致内阻的增加，这是在负极造成电池性能衰减的主要原因。电极和电解液界面的SEI会在电池开始使用时形成，在随后的使用中逐渐成长，尤其在高温下，而由此产生的内阻直接导致了电池功率的衰减。除了电极和电解液的界面反应外，其他在负极造成电池性能衰减的原因还包括活性石墨中锂的腐蚀会造成自放电和容量衰减，SEI引起的电极中复合材料的联系减少会增加电池的内阻，低温下锂金属的析出会加速电池的衰老。

在正极，衰老的原因主要是：活性材料的老化；电极构件的衰减或变化（如导电材料、粘结剂）或集流体的腐蚀电解质的氧化和电极表面膜的形成；老化产物与负极材料的反应等等。作者：徐彪SRT结题报告201*/10

总之，锂离子电池的衰老是各种因素综合作用的结果；正负极的衰减机理不相同，负极的衰减与SEI膜相关，正极的衰减与正极材料纳米结构的改变有关。

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