摘 要：該文對涉水發(fā)動機(jī)二次起動進(jìn)行探討，通過活塞位移的分析和起動機(jī)能夠克服氣缸的壓力進(jìn)行理論分析和計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果畫出不同進(jìn)水量情況下氣缸壓力與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系圖。根據(jù)實(shí)際的汽車涉水造成發(fā)動機(jī)損壞的案例分析，發(fā)動機(jī)的失效形式都是由于連桿不能承受過高的氣缸壓力而失穩(wěn)，導(dǎo)致連桿彎曲或斷裂。從而推論，涉水發(fā)動機(jī)進(jìn)水后如果進(jìn)行了二次起動，起動馬達(dá)所產(chǎn)生的扭矩不足以造成連桿失穩(wěn)，進(jìn)而引起發(fā)動機(jī)缸體或其它零部件的損壞。

關(guān)鍵詞：涉水發(fā)動機(jī) 二次起動 起動機(jī) 連桿

中圖分類號：U272.43 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（b）-0053-02

每到臺風(fēng)季節(jié)，由于臺風(fēng)帶來的強(qiáng)降雨，特別是2013年強(qiáng)臺風(fēng)“菲特”致浙江連續(xù)暴雨，致使不少車輛進(jìn)水。愛車遭逢水患，一身傷痕難愈，如此天災(zāi)造成的經(jīng)濟(jì)損失，到底該由誰來埋單。

對此，目前保險(xiǎn)公司的說法，如果車輛在行駛中進(jìn)水導(dǎo)致發(fā)動機(jī)損壞，一般的“車損險(xiǎn)”不理賠，只有買附加險(xiǎn)“涉水險(xiǎn)”，才能獲賠。其中，保險(xiǎn)公司不予理賠車輛在水中“二次點(diǎn)火”造成的損失。車主要獲得全額賠償?shù)臈l件有兩個：第一是已加保了涉水險(xiǎn)；第二是司機(jī)沒有對于已經(jīng)浸水的車輛進(jìn)行二次啟動。

所以目前的關(guān)鍵問題是區(qū)分，是否由于二次啟動發(fā)動機(jī)造成發(fā)動機(jī)活塞、缸體、連桿等嚴(yán)重?fù)p壞，嚴(yán)重者甚至導(dǎo)致發(fā)動機(jī)報(bào)廢，還是發(fā)動機(jī)在二次起動前已經(jīng)損壞。有的保險(xiǎn)公司甚至說發(fā)動機(jī)損壞肯定是二次起動造成的，熄火后不二次起動就不會有這樣的損壞。由于一般的維修企業(yè)沒有能力作出相應(yīng)的判定，也沒有相關(guān)的權(quán)威說法，引起很多糾紛。

1 涉水發(fā)動機(jī)進(jìn)水分析

為了減少這樣的紛爭，給損壞原因一個明確的判定，該文對發(fā)動機(jī)起動過程中曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力情況進(jìn)行了分析。根據(jù)四行程內(nèi)燃機(jī)的工作原理，起動過程中能使發(fā)動機(jī)造成損壞的只能是在壓縮行程，所以下面的計(jì)算都是壓縮行程。為方便計(jì)算，假定大氣壓為0.1 MPa。計(jì)算所選用的車型是桑塔納2000Gsi，發(fā)動機(jī)型號為AJR的主要參數(shù)見表1。

（1）活塞位移的分析。

由圖1可知，當(dāng)曲柄自上止點(diǎn)轉(zhuǎn)過角度時，活塞位移x的公式為

其中，為，變量，根據(jù)圖1的幾何關(guān)系可得

活塞之上的壓縮容積

由于進(jìn)氣門在下止點(diǎn)后37.45 °（即為143 °時）關(guān)閉，此時活塞之上的壓縮容積為，假設(shè)氣缸內(nèi)吸入的水的容積為，由于水的不可壓縮性，那么活塞在上行過程中，氣缸內(nèi)的壓縮壓力

式中n是多變壓縮指數(shù)，汽油內(nèi)燃機(jī)正常工作時的取值范圍是1.32-1.38，由于起動時轉(zhuǎn)速較低，取n=1.1。當(dāng)V3=0即氣缸內(nèi)沒有水時，計(jì)算出的壓力是1.1 MPa，與這款發(fā)動機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)氣缸壓力進(jìn)行對比，這個取值是合理的。

（2）起動機(jī)能夠克服的氣缸壓力。

為了計(jì)算方便，這里沒有計(jì)入起動機(jī)與飛輪、曲軸主軸瓦、連桿軸瓦、連桿以及活塞銷、活塞、活塞環(huán)與氣缸之間的傳動損失，也沒有考慮曲軸驅(qū)動凸輪軸、機(jī)油泵、水泵、發(fā)電機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)、助力轉(zhuǎn)向油泵等的動力消耗以及活塞銷偏置的影響。

起動機(jī)傳遞到曲軸的扭矩

動機(jī)扭矩，T2曲軸的轉(zhuǎn)矩

曲柄上的切向力

根據(jù)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力圖進(jìn)行分析可得

=

=

所以

這個力所能驅(qū)動的氣缸壓力

下面分別選取進(jìn)水量為31mL、41mL和51 mL進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果畫出不同進(jìn)水量情況下氣缸壓力與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系圖。從實(shí)際的汽車涉水造成發(fā)動機(jī)損壞的案例分析，發(fā)動機(jī)的失效形式都是由于連桿不能承受過高的氣缸壓力而失穩(wěn)，導(dǎo)致連桿彎曲或斷裂，進(jìn)而引起發(fā)動機(jī)缸體或其它零部件的損壞。所以連桿是整個過程中最易損壞的元件，如果連桿不受損，那么整個發(fā)動機(jī)基本上不會有太大的損失，因此下面的分析都是考慮連桿的承受能力。

從表2中可以看出當(dāng)進(jìn)水量為41 mL時，氣缸壓力在曲軸轉(zhuǎn)角位19 °時開始超越起動機(jī)驅(qū)動缸壓，即起動機(jī)已沒有能力推動曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。此時起動機(jī)能驅(qū)動的氣缸壓力是2.05 MPa。由于在計(jì)算時沒有考慮起動過程中的傳動損失和驅(qū)動其它附件的損失，因此實(shí)際的驅(qū)動缸壓曲線肯定還要下移，在上面計(jì)算的曲軸轉(zhuǎn)角之前就已經(jīng)不能推動曲軸了。實(shí)際的驅(qū)動缸壓也要低于2.05 MPa，這比發(fā)動機(jī)正常工作時的氣缸壓力要低很多，所以發(fā)動機(jī)不會受損。

當(dāng)進(jìn)水量少于41 mL時，起動機(jī)可能有能力推動曲軸越過上止點(diǎn)，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。但在上止點(diǎn)時的氣缸壓力也要低于進(jìn)水量為41 mL時在上止點(diǎn)的氣缸壓力（5.35 MPa），該型號的發(fā)動機(jī)正常工作時的最高燃燒壓力就可達(dá)到5 MPa，乘以連桿的壓穩(wěn)安全系數(shù)，連桿實(shí)際能承受的氣缸壓力會遠(yuǎn)高于這個壓力，所以連桿也不會產(chǎn)生失穩(wěn)變形。因此，在這種狀態(tài)下，發(fā)動機(jī)也是安全的。

當(dāng)進(jìn)水量大于41 mL時，從圖2和表2中可以看出，氣缸壓力會更早地超越起動機(jī)驅(qū)動缸壓曲線。這個時刻越早，那么它所對應(yīng)的起動機(jī)驅(qū)動缸壓會越低（如進(jìn)水量在51 mL時，在曲軸轉(zhuǎn)角29 °起動機(jī)驅(qū)動缸壓1.4 MPa就低于氣缸壓力1.42 MPa）。在極限情況下，假設(shè)氣缸內(nèi)吸入的全部是水，沒有空氣，在進(jìn)氣門剛關(guān)閉時即曲軸轉(zhuǎn)角143°時的驅(qū)動缸壓也僅為1.88MPa。這些壓力更是遠(yuǎn)低于發(fā)動機(jī)的工作壓力，因此也不會造成連桿的損壞，更不會引起發(fā)動機(jī)其它部件的損壞。

綜上所述，對于桑塔納2000 GSi的AJR發(fā)動機(jī)來說，不管在汽車涉水時，發(fā)動機(jī)吸入的進(jìn)水量有多少，單靠起動機(jī)的驅(qū)動力不能推動曲軸壓彎連桿，造成發(fā)動機(jī)的損壞。即所謂“二次起動”造成發(fā)動機(jī)活塞、缸體、連桿等嚴(yán)重?fù)p壞，嚴(yán)重者甚至導(dǎo)致發(fā)動機(jī)報(bào)廢，這種說法是不成立的。

（3）奧迪A6發(fā)動機(jī)進(jìn)水分析。

由于目前市場上汽車內(nèi)燃機(jī)的相關(guān)參數(shù)都不相上下，計(jì)算的結(jié)果對其它車型也是適用的。下面利用奧迪A6，發(fā)動機(jī)型號APS的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)論也是同樣的。

從圖3可以看出，不同型號的發(fā)動機(jī)的圖形基本是一致的。當(dāng)進(jìn)水量達(dá)到34mL時，氣缸壓力從曲軸轉(zhuǎn)角17°開始高于起動機(jī)驅(qū)動缸壓，起動機(jī)不足以推動曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)進(jìn)水量少于或高于這個值時的情況與前述的發(fā)動機(jī)也是類似的結(jié)果。

2 結(jié)語

通過對桑塔納2000Gsi發(fā)動機(jī)AJR和奧迪A6的發(fā)動機(jī)APS進(jìn)水量的分析，不管在汽車涉水時，發(fā)動機(jī)吸入的進(jìn)水量有多少，單靠起動機(jī)的驅(qū)動力不能推動曲軸壓彎連桿，造成發(fā)動機(jī)的損壞。即所謂“二次起動”造成發(fā)動機(jī)活塞、缸體、連桿等嚴(yán)重?fù)p壞，嚴(yán)重者甚至導(dǎo)致發(fā)動機(jī)報(bào)廢，這種說法是不成立的。

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