清華大學-柴油機拆裝報告

汽車工程系汽93班

柴油機拆裝報告

[鍵入文檔副標題]

作者：徐彪學號：201*010806

同組人姓名：孟東暉、陳萍、李錦彬、李晨風

完成日期：201*年7月16日星期六

柴油機拆裝報告

一、所拆發(fā)動機型號

江陵VM柴油發(fā)動機

二、發(fā)動機結構特點

氣缸數(shù)量及排列方式：直列四缸發(fā)動機類型：四沖程機體形式：隧道式氣缸蓋形式：整體式

燃燒室類型：直噴式燃燒室（整體式燃燒室）氣缸套布置類型：無氣缸套式發(fā)動機冷卻類型：水冷

凸輪布置形式：凸輪軸上置式氣門驅(qū)動形式：直接驅(qū)動活塞形式：平頂活塞

連桿蓋加工形式：漲斷加工曲軸支撐形式：全支承氣環(huán)形式：扭曲環(huán)

柴油噴射方式：高壓供軌型電控噴油系統(tǒng)噴油器類型：孔式噴油器排氣系統(tǒng)形式：單排氣系統(tǒng)噴油泵形式：轉(zhuǎn)子分配泵正時方式：定位銷式

其他部件：有EGR、PCV、廢氣渦輪增壓、電熱塞、平衡機構、液力間隙自動補償器、節(jié)溫器等等

三、拆裝流程

1、拆卸發(fā)電機，將發(fā)電機的支撐板螺栓卸下來，即可拆下發(fā)電機；

2、拆卸排氣歧管，將排氣歧管與機體連接的螺栓卸下即可拆下排氣歧管；3、拆卸進氣歧管，將進氣歧管與機體連接螺栓卸下即可拆下進氣歧管；4、拆卸EGR及氣管路，將EGR和連接在上面的管路整體拆下，需要卸下EGR

上的兩個螺栓以及管路上固定的螺栓；5、卸下高壓油軌；6、拆下機油泵；

7、卸下發(fā)動機飛輪對面一側(cè)的幾個傳動輪，注意皮帶輪螺栓為左旋；8、拆下飛輪對側(cè)的蓋；9、拆下飛輪；

10、將發(fā)動機氣缸上蓋拆下；11、將發(fā)動機氣缸下蓋拆下；

12、將發(fā)動機轉(zhuǎn)動到油底殼朝上，拆下油底殼；13、卸下機油集濾器；14、卸下平衡軸；15、拆下連桿蓋，用錘子桿身輕輕敲擊連桿大頭，使活塞向下掉出氣缸，

并在另一側(cè)用手接住。拆下后，連桿蓋和連桿應有序成對放置；

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16、兩人分別握住曲軸的兩端，一來一回推動連桿，最后將連桿推出連

桿軸承；

17、安裝過程與拆卸過程完全相反。在安裝過程中需要注意將零件擦干

凈后，涂上機油。擰緊螺母應注意次序擰緊，分布擰緊和對稱擰緊。活塞環(huán)的開口應注意相隔180°。

四、冷卻系統(tǒng)簡圖

氣缸蓋節(jié)溫器散熱器進水室氣缸體水泵散熱器出水室散熱器芯注：藍色箭頭代表大循環(huán)，綠色箭頭代表小循環(huán)冷卻系統(tǒng)的原理及特點：發(fā)動機的冷卻水循環(huán)分為兩個過程，大循環(huán)和小循環(huán)。大循環(huán)時，冷卻水將經(jīng)過散熱器冷卻，小循環(huán)時，冷卻水不會經(jīng)過散熱器冷卻。大循環(huán)和小循環(huán)依靠節(jié)溫器進行控制。當發(fā)動機冷啟動時，冷卻液溫度較低，這時，節(jié)溫器將冷卻液流向散熱器的通道關閉，使冷卻水經(jīng)水泵入口直接流入機體或氣缸蓋水套，以便使冷卻液能夠迅速升溫。如果不裝節(jié)溫器，沒有小循環(huán)，那么冷卻液加熱后又在散熱器中散熱，長時間溫度得不到升高，發(fā)動機長時間在低溫下運轉(zhuǎn)。同時，暖風系統(tǒng)等也不能正常工作。當發(fā)動機溫度升高時，節(jié)溫器通往散熱器的閥門打開，熱的冷卻液經(jīng)散熱器散熱，使冷卻液溫度降下來，防止發(fā)動機因過熱造成機油變質(zhì)變稀，發(fā)動機膨脹變形，磨損厲害，充氣效率下降，發(fā)動機動力性下降。

五、定位方式

1、氣缸蓋與機體通過定位銷定位，如果定位不準確，氣門、噴油器等與氣

缸的燃燒室不相適應，氣門與活塞頂上的氣門凹坑不相適應，導致燃燒不正常和氣門被頂壞；

2、曲軸的軸向定位通過止推墊片實現(xiàn)，如果軸向定位不準確，那么，連桿

左右存在偏移，受力不正常；

3、由于曲軸主軸承蓋通過漲斷加工，定位方式為加工形成的不規(guī)則面。如

果主軸承蓋定位不準確，那么主軸承蓋內(nèi)圓不是一個正圓，造成主軸頸磨損厲害。

4、凸輪軸軸承蓋與機氣缸蓋間有定位銷定位。如果定位不好，那么凸輪軸

轉(zhuǎn)動受到限制，軸頸處磨損較厲害。

六、密封方式

1、氣缸蓋與機體密封方式是通過氣缸襯墊實現(xiàn)的。氣缸襯墊為金屬材質(zhì)的，

通過螺栓壓緊后，可以實現(xiàn)機體內(nèi)的密封。如果密封不好，那么，機油可能會從氣缸蓋和機體的縫隙漏出來，也會造成曲軸箱（與機體上面是連通的）漏氣，使曲軸箱的廢氣直接漏到大氣中，污染大氣。

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2、油底殼與機體之間的密封通過密封墊圈實現(xiàn)的，密封墊圈材質(zhì)為橡膠的，

通過螺栓壓緊后，可以實現(xiàn)曲軸箱密封。如果密封不好，那么油底殼內(nèi)的機油將從油底殼與機體的縫隙中漏出來。

3、排氣歧管與機體間通過密封墊圈密封，若密封不好，則排氣從排氣歧管

和機體間的縫隙漏出來，而沒有經(jīng)過催化轉(zhuǎn)換器處理，污染大氣。

4、進氣歧管與機體間通過密封墊圈密封，若密封不好，則進氣從進氣歧管

和機體間的縫隙漏出來，造成進氣效果不好。

5、活塞與氣缸間通過兩道氣環(huán)實現(xiàn)密封（油環(huán)也有輔助密封的作用）。若密

封不好，則氣缸內(nèi)的可燃混合氣漏到曲軸箱內(nèi)，而且在做功過程中由于漏氣，氣缸內(nèi)的壓力也會下降，使發(fā)動機的功率和燃油經(jīng)濟性下降。6、氣門頂端通過氣門油封密封。如果密封不好，那么機油將從氣門頂端漏

到氣門導管內(nèi)，當氣門開啟時繼而漏到氣缸內(nèi)。

7、氣門與氣門座之間通過精研密封，而且保證線接觸，密封性好。如果密

封不好，那么氣缸將會漏氣。

8、曲軸兩端有油封，可以密封曲軸箱。如果密封不好，那么曲軸箱里的機

油將會漏出，廢氣也將漏出。

9、凸輪軸軸承蓋與氣缸蓋接觸處有橡膠密封圈，實現(xiàn)密封。如果密封不好，

那么廢氣和機油將漏出。

七、主要結構與性能參數(shù)

柴油機形式燃燒室形式缸徑活塞排量壓縮比長*寬*高/mm額定功率/轉(zhuǎn)速全負荷最低燃油消耗率最大轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速最高空轉(zhuǎn)空載最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速質(zhì)量工作順序氣門間隙調(diào)整進氣門早開進氣門晚關排氣門早開排氣門晚關節(jié)溫器發(fā)動機轉(zhuǎn)向（從飛輪側(cè)看）燃油噴射系統(tǒng)潤滑油容量發(fā)電機

直列、水冷、四沖程、雙頂置凸輪軸統(tǒng)一型燃燒室92mm2.499L17.5710*630*763105kw/4000r/min210g/kwh340nm/201*r/min4800r/min800r/min278kg1-3-4-2液壓間隙調(diào)整機構15.6°64.4°66°32°蠟式逆時針高壓共軌5.5-6.5L12V-50A柴油機拆裝報告

起動機冷卻水出水溫度機油壓力

12V-2.2kw85±5℃0.38-0.42MPa八、先進性分析

1、采用廢氣渦輪增壓，有利于提高柴油機的動力性及經(jīng)濟性。

2、采用博世2代高壓共軌（TDCI）電噴技術，控制精確靈敏，不存在因機

械磨損等造成失調(diào)的可能。

3、采用雙軸平衡機構，可以平衡二階往復慣性力，降低汽車振動及噪聲。4、采用隧道式機體，剛度很好，而且主軸承孔的同軸度好。

5、凸輪軸的擺臂一端有液力間隙自動補償器，可以消除凸輪軸和傳動機構

的間隙，免去調(diào)整環(huán)節(jié)，便于安裝調(diào)試。

6、有強制曲軸箱通風系統(tǒng)，將曲軸箱中的廢氣吸入進氣管中，有利于提高

排放性和經(jīng)濟性。

7、發(fā)動機氣缸中有電熱塞，有利于提高柴油機的冷啟動性能。8、凸輪軸上置，有利于實現(xiàn)柴油機高速運轉(zhuǎn)。9、正時機構用銷定位，安裝十分方便。

九、改進建議及廠家生產(chǎn)線調(diào)整

1、加裝可變配氣機構，改善發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性和動力性。

廠家需要增加一條生產(chǎn)可變配氣定時器的生產(chǎn)線和機油控制閥的生產(chǎn)線。并在發(fā)動機ECU上加裝動力系統(tǒng)控制模塊的軟件。

2、采用可變進氣歧管，充分利用進氣波動效應和盡量縮小發(fā)動機在高低轉(zhuǎn)

速運轉(zhuǎn)時的進氣差別，提高動力性，改善燃燒。

廠家需要改動進氣歧管的生產(chǎn)線，使進氣歧管上有兩個進氣道。3、加裝二次空氣噴射系統(tǒng)，改善尾氣中CO和HC的排放。

廠家需要增加一條空氣噴射系統(tǒng)的生產(chǎn)線。

十、拆裝的建議和意見

1、在平時上課時的拆裝課，可以以自己動手結合老師講授的方式，這樣可

以使知識更加深刻牢固。

2、建議老師開一節(jié)拆裝概論課，在動手前先講述拆裝中遇到的問題，工具

的使用原則，裝配的注意事項等等。

3、建議增加拆裝報告的內(nèi)容，并允許多人共同完成一份報告。

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擴展閱讀：清華大學-動力電池參數(shù)極其壽命綜述

作者：徐彪SRT結題報告201*/10

動力電池的發(fā)展、參數(shù)特征極其壽命綜述

隨著石油價格的日益上漲以及能源危機的臨近，新能源汽車迎來了一個蓬勃發(fā)展的好時期。新能源汽車中，電動汽車（EV）是研究的重要領域。電動汽車發(fā)展的一個瓶頸就是電池。電池的動力性、經(jīng)濟性以及壽命等成為電動汽車發(fā)展的最為重要的方面。下面，文章將從電池的參數(shù)特征以及壽命等方面對動力電池做一個綜合性的分析。

一．動力電池的特點

動力電池不同于手機電池或汽車啟動電池，它是汽車在行進過程中的動力來源。由于汽車在行進過程中需要有加速，減速，而動力電池在加速過程中應該大電流放電，在減速過程中會小電流放電甚至充電，這就要求動力電池在高倍率部分荷電狀態(tài)下（HRPSOC）工作要有可靠性，并且電池壽命較長。作為汽車車用電池的動力電池還要求高能量與高功率，而且作為車載電池，在相同能量值的條件下，電池的體積和重量需要限制在一定的范圍內(nèi)，因而車用動力電池也需要高的能量密度。在電池壽命要求方面，考慮電池的經(jīng)濟性，電池充放電次數(shù)應該較多，現(xiàn)在動力電池一般能充放電1000次左右，這遠沒有達到壽命要求。汽車在長時間運行時，電池會因為內(nèi)阻和化學反應產(chǎn)生大量的熱，要保證汽車正常運行，在寒冷的冬季也要保證電池在低溫下能正常工作，所以要求電池的工作溫度范圍為-30℃~65℃。當然，安全可靠這一要求也是車用動力電池的必備特點之一。

二．鋰離子動力電池的工作原理

動力電池發(fā)展到現(xiàn)在主要是鋰離子動力電池。鋰離子動力電池的組成一般為：正極、負極、電解質(zhì)和隔膜組成。負極在電池放電時發(fā)生氧化反應，使用較多的

是C材料。正極在放電過程中發(fā)生還原反應，多為過渡元素金屬氧化物，如LiCoO2等。電解質(zhì)一般是液體，稱為電解液，主要作用是為離子運動提供運輸介質(zhì)。而隔膜的主要作用是為正負極提作者：徐彪SRT結題報告201*/10

供電子隔離。

以磷酸鐵鋰電池為例。在充電時，正極中的Li+從LiFePO4的晶格中脫出，經(jīng)電解質(zhì)進入碳素材料的層狀結構中，正極材料體積因Li+的一移出而變化，但本身結構不變，負極材料與Li+發(fā)生嵌合反應或合金化反應。放電時，Li+從碳素材料的層間脫出，經(jīng)電解液到達正極材料晶格中，電極材料結構復原。

電池反應為：

（+）4

充電放電14+++

充電放電充電放電（－）+++

14+

電池反應4+

伴隨著充放電的進行，正負極材料的化學結構基本不變，所以鋰離子電池又被稱為搖椅式電池（rocking-chairbattery）。

三．動力電池基本性能指標

動力電池的基本性能指標包括電動勢（Electromotiveforce）、內(nèi)阻（Internalresistance）、開路電壓（Open-circuitvoltage）與工作電壓（Workingvoltage）、電池容量（Batterycapacity）、電池能量、儲存性能與自放電和電池壽命等。

電池的電動勢由組成電池的正負極材料決定。在等溫等壓下，電池的電動勢E與電子的計量數(shù)n，和吉布斯能,有關。,=，揭示了化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿淖罡呦薅取?/p>

電池的內(nèi)阻Ri主要由兩部分構成：歐姆內(nèi)阻（Ohmresistance）和極化內(nèi)阻（Polarizationresistance）。歐姆內(nèi)阻由電極材料、電解液和隔膜的電阻以及各部分零件的接觸電阻組成。而極化內(nèi)阻是指電池的正極與負極在進行電化學反應時極化所引起的內(nèi)阻。電池的內(nèi)阻會隨電池的使用而增加。

在研究電池時，經(jīng)常會引入一個放電倍率的概念。放電倍率指電池在規(guī)定時間內(nèi)放出其額定容量所輸出的電流。例如，電池容量為3Ah，2“倍率”放電表示電流為6A。

電池容量表示在一定條件下（放電率、溫度、終止電壓等）電池放出的電量，作者：徐彪SRT結題報告201*/10

通常以安培小時為單位。理論電池容量是由法拉第電解定律計算而得到，與電池本身有關，電池本身的活性物質(zhì)越多，成流反應得失的電子數(shù)越多，理論容量越大。而電池的實際容量則是由實驗得到。在恒流放電下，實際容量C=It。

1

在恒阻下放電，實際容量C==。00

電池在儲存時，由于負極的腐蝕和正極的自放電，所以電池電量將逐漸下降。這叫電池的自放電性能。電池的自放電性能決定了它的儲存性能。

四．幾種鋰離子電池性能比較

目前，鋰離子電池的正極材料主要有2，4，24，2等幾種。下表是幾種電池性能比較：電池正極材料135~153價格很低3.4V110~130價格低3.6V污染小2130~150價格昂貴3.6VCo有一定的毒性電池比容量mAh/g150~220成本工作電壓環(huán)境友好性能電池循環(huán)壽命熱穩(wěn)定性優(yōu)點價格略高3.8V重金屬Ni有毒無污染數(shù)據(jù)缺失極差與電解液匹配好201*次左右極好1000次左右1000次左右較好較差循環(huán)穩(wěn)定性好，成本低，熱穩(wěn)比能量高，生產(chǎn)安全性能好，成定性好本低工藝簡單缺點循環(huán)穩(wěn)定性電導率低，Li+循環(huán)壽命短，成本高，安全性容量低能差，壽命短差，合成困難遷移率低從上表可以看出，4在做動力電池的正極材料上具有先天的優(yōu)勢。其在價格和壽命上的巨大優(yōu)勢決定了4電池的巨大潛力。至于4的缺點，電導率低可以用C包覆或參雜2+，3+，4+等金屬離子解決，，Li+遷移率低可以用減小4顆粒尺寸來解決。

五．動力電池SOC研究

動力電池荷電狀態(tài)（StateOfCharge），簡稱SOC，被用來反映電池的剩余容量，其數(shù)值上定義為電池剩余容量占電池容量的比值：作者：徐彪SRT結題報告201*/10

SOC=

=1

其中，為電池的剩余容量，為電池以恒定電流放電時具有的容量。Q表示放

出的電量。

由于電池放出的電量要受放電倍率、電池溫度、電池充放電循環(huán)次數(shù)等多因素影響，因此SOC與這些有關。

SOC的檢測方法有電量累積法、電阻測量法、電壓測量法和神經(jīng)網(wǎng)絡法等幾種。

電量累積法通過累計電池在充電或放電時的電量來估計電池的SOC，并根據(jù)電池的溫度，放電率對SOC進行補償。這種測量方法應用最為廣泛，但也存在很多問題，因為它沒有對電池的老化和循環(huán)次數(shù)進行補償，也沒考慮放電電流對容量的影響因素具有可恢復性，而且充放電效率不穩(wěn)定也造成誤差。電量累積法測量簡單，但是存在較大的誤差，并會隨著時間的推移誤差越來越大。

電阻測量法是用不同頻率的交流電激勵電池，然后測量交流電阻，再建模得到SOC的估計值。電阻測量法雖然反映了恒流放電時的SOC，但是沒有考慮后階段放電率的實際情況，而且由于電池內(nèi)阻變化不大造成估計值準確性差，并且SOC與電阻的關系十分復雜，用傳統(tǒng)的數(shù)學方法很難建模。所以電阻測量法在電動汽車上運用很少。

電壓測量法利用開路電壓與電池的放電深度的對應關系，通過測量開路電壓來估計SOC。這種方法不能用于動態(tài)的電池SOC估計，精度也很低，因此也很少用于電動汽車。

神經(jīng)網(wǎng)絡法則是將電源的各個參數(shù)輸入計算機，通過引入一系列的算法，得到SOC估計值。神經(jīng)網(wǎng)絡法有自我學習的能力，隨著數(shù)據(jù)量的增加，精度增加。但是由于運用起來比較復雜，算法設計不完善，也沒有得到運用。

在放電電流變化時，SOC的定義將會出現(xiàn)模糊：

將SOC等于1的電池大電流放電直到放電電壓達到終止電壓，此時SOC等于0，此時將放電電流減小，由于小電流放電終止電壓低，所以還能繼續(xù)放電，于是得到SOC不等于0，于是出現(xiàn)矛盾；

將SOC等于1的電池小電流放電直到SOC略大于0，此時將放電電流增大，由于大電流放電終止電壓高，所以不能繼續(xù)放電，于是得到SOC等于0，于是又出現(xiàn)矛盾。

所以有必要對SOC的定義做出修正。于是我們引入標稱荷電狀態(tài)（SOCB）。標稱荷電狀態(tài)指在某一恒定溫度下，以標稱的恒定電流放電時，電池所放出的標稱容量為基準所確定的SOC值。將電流與溫度固定化，對電池不可恢復性容量進行修正：

=(1)

式中，Q表示標稱電流下放電量，CB表示以標稱的恒定電流放電所具有的容量，KN表示電池不可恢復性容量影響因素。在標稱荷電狀態(tài)的基礎上，針對汽車測量動態(tài)荷電狀態(tài)的需要，我們進一步定義動態(tài)荷電狀態(tài)（SOCD）：作者：徐彪SRT結題報告201*/10

=()

式中，為溫度影響因素，由實驗獲得，為當前以及后一段時間持續(xù)穩(wěn)定的實際電流。

經(jīng)過修正后的SOC能比較客觀地反應在汽車行駛過程中的SOC的實際值。

六．電池壽命研究

在電池的使用過程中，其各項性能都會逐漸衰減，表現(xiàn)為容量的減少，內(nèi)阻的增大，功率能力的降低等。當電池的使用次數(shù)或靜置時間處于其壽命期限內(nèi)時，其性能衰減可以容忍，但是當其使用次數(shù)或靜置時間超過其壽命期限時，電池的性能將不能滿足使用需求，必需進行更換。將電池出廠時的時間定義為電池的壽命起點（beginoflife,BOL），將電池在一定條件下可用容量減少到額定容量某一比例的時間定義為壽命終點（endoflife,EOL），則BOL和EOL之間的時間或電池使用的循環(huán)次數(shù)，即定義為電池的壽命。

電池在使用過程中的容量衰減一部分是陰極阻抗增加的結果，因為陰極

活性物質(zhì)（CAM）長成了一層薄的類似NiO表層，這層表層有低的電導率。而且由于CAM顆粒的表面形成了一層SEI膜，一些碳粒失去了與陰極活性物質(zhì)（CAM）的接觸，SEI膜也具有較小的電導率。SEI膜的形成和變化是電池壽命減少的重要SEI引起內(nèi)阻變化

原因。鋰離子在SEI膜中可以傳導而電解質(zhì)的其他部分和電子基本不能在其中傳導。

隨著電池的充放電循環(huán)，SEI的組成和形態(tài)會不斷發(fā)生變化，刺入電極的多孔結構，造成石墨電極表面活性面積的減少，從而導致內(nèi)阻的增加，這是在負極造成電池性能衰減的主要原因。電極和電解液界面的SEI會在電池開始使用時形成，在隨后的使用中逐漸成長，尤其在高溫下，而由此產(chǎn)生的內(nèi)阻直接導致了電池功率的衰減。除了電極和電解液的界面反應外，其他在負極造成電池性能衰減的原因還包括活性石墨中鋰的腐蝕會造成自放電和容量衰減，SEI引起的電極中復合材料的聯(lián)系減少會增加電池的內(nèi)阻，低溫下鋰金屬的析出會加速電池的衰老。

在正極，衰老的原因主要是：活性材料的老化；電極構件的衰減或變化（如導電材料、粘結劑）或集流體的腐蝕電解質(zhì)的氧化和電極表面膜的形成；老化產(chǎn)物與負極材料的反應等等。作者：徐彪SRT結題報告201*/10

總之，鋰離子電池的衰老是各種因素綜合作用的結果；正負極的衰減機理不相同，負極的衰減與SEI膜相關，正極的衰減與正極材料納米結構的改變有關。

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