王志欣 王素英 李淑敏 盧欣欣 劉聰娜

摘要：2020年夏季雨水較多，很多4S店積壓了很多涉水或水淹后的汽車，東風(fēng)本田杰德汽車涉水后連桿彎曲導(dǎo)致直接經(jīng)濟(jì)損失1萬元以上，豐田皇冠汽車涉水后連桿折斷導(dǎo)致直接經(jīng)濟(jì)損失3萬元以上，分析連桿故障原因可以有效避免此類機(jī)械事故的發(fā)生。

Abstract： Because of the heavy raining happened in the summer of 2020， many 4S stores pile up cars that are waded or flooded. The bending of crank of a waded Dongfeng Honda Jade results in a loss of over 10，000 yuan， and the breaking of crank of a waded Toyota Crown results in a loss of more than 30，000 yuan. Failure analysis of crank shaft can effectively avoid the occurrence of such mechanical accidents.

關(guān)鍵詞：連桿;彎曲;斷裂;涉水;大修;受力分析

Key words： crank shaft;bending;breaking;wading;overhaul;force analysis

中圖分類號：U472.43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）23-0067-02

0? 引言

2020年夏季中國南方普降大雨，北方許多城市因?yàn)榕潘艿蓝氯麑?dǎo)致排水不暢，道路積水嚴(yán)重，部分汽車涉水行駛，因?yàn)樾旭偁顟B(tài)不同、而導(dǎo)致涉水后汽車發(fā)動機(jī)的連桿出現(xiàn)彎曲或斷裂的機(jī)械事故，給司機(jī)帶來的直接經(jīng)濟(jì)損失很大，同時也直接影響了駕駛?cè)藛T的正常生活和工作秩序，因此分析事故的原因，避免同類事故的發(fā)生顯得尤為必要。

如圖1所示為曲柄連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖，汽車連桿的功用是將活塞承受的力傳給曲軸，推動曲軸轉(zhuǎn)動，使活塞的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，連桿在工作中要承受活塞銷傳來的氣體作用力、活塞連桿組往復(fù)運(yùn)動的慣性力和連桿大頭繞曲軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)慣性力的作用。上述這些力都是交變載荷，而連桿本身又是一個較長的桿件，因此要求連桿要有足夠的強(qiáng)度和剛度，質(zhì)量要盡可能小。

連桿一般采用45鋼或40Cr鋼及40MnB、40MnVB等硼鋼制成，也有少數(shù)用球墨鑄鐵制成。為提高疲勞強(qiáng)度，連桿常進(jìn)行表面噴丸處理。

在正常的工作環(huán)境下，連桿的強(qiáng)度和剛度是能滿足使用性能的，但是在行駛速度、道路狀況、氣候條件等發(fā)生變化時，汽車的連桿遭受到了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，當(dāng)然駕駛員的技術(shù)水平和應(yīng)急處理能力不同也直接影響了汽車性能，汽車的可修復(fù)能力和費(fèi)用也會因此有巨大差異。

1? 東風(fēng)本田汽車涉水故障案例

一輛2013款東風(fēng)本田CRV2.4L行駛里程為10萬km，汽車涉水后，汽車熄火，拖車至修理廠，排出了發(fā)動機(jī)內(nèi)部的水，更換了機(jī)油，汽車順利啟動。行駛過程中發(fā)動機(jī)內(nèi)傳來異常的劇烈噪音，司機(jī)將車開至東風(fēng)本田4S店，經(jīng)診斷發(fā)現(xiàn)汽車一缸連桿折斷（如圖2所示），缸體破損（如圖3所示），其它各缸的連桿不同程度有彎曲現(xiàn)象，因?yàn)閷儆谶M(jìn)水后司機(jī)進(jìn)行了二次啟動，發(fā)動機(jī)總成不能索賠;單獨(dú)更換缸體2300元，缸蓋1800元，大修包（含氣門油封、密封墊，不包含汽缸墊），總的費(fèi)用50000元左右，所以司機(jī)只能優(yōu)選更換發(fā)動機(jī)總成，這樣可以減少近萬元的經(jīng)濟(jì)損失。

一輛東風(fēng)本田杰德2015款1.8L自吸氣汽車，行駛里程為5萬km，在過水坑時（時速低于10km/h），由于進(jìn)氣歧管位置較低，水經(jīng)發(fā)動機(jī)進(jìn)氣諧振艙進(jìn)水，導(dǎo)致一缸連桿彎曲（圖4所示），發(fā)動機(jī)缸體無損化，經(jīng)過更換四個缸的連桿、活塞（活塞銷）、活塞環(huán)，故障排除，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1萬元多元。

同樣在本田4S店曾出現(xiàn)汽車涉水的故障案例，如果只更換一個連桿，理論上可以，但是由于其它缸連桿也是有不同程度的損傷，修復(fù)好的車輛未被更換的連桿行駛中折斷，造成了更大的經(jīng)濟(jì)損失，所以同類故障4S店保守處理成套更換所有氣缸的連桿、活塞、活塞銷、活塞壞，這樣需要車主和4S店簽訂維修協(xié)議，對后續(xù)的機(jī)械事故可以進(jìn)行事故責(zé)任認(rèn)定。

2? 豐田皇冠汽車涉水故障案例

一輛豐田皇冠汽車（行駛里程12000km）車速較快的通過水域，熄火后，由于慣性作用，熄火的發(fā)動機(jī)曲軸連桿機(jī)構(gòu)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致一缸連桿折斷（圖5所示），高速運(yùn)轉(zhuǎn)的連桿將缸體的側(cè)壁和下部擊碎，缸體上兩個大洞導(dǎo)致發(fā)動機(jī)缸體報廢，新購買的缸體經(jīng)車管所打上了新缸號，同時還更換了四個連桿、四個活塞、四個活塞銷、四個活塞環(huán)，維修費(fèi)用將近3萬多元。（圖6）

3? 汽車涉水后果原因分析

在發(fā)動機(jī)的四個行程中，氣體壓力在進(jìn)氣、排氣兩個行程較小，對機(jī)件的影響不大;在壓縮行程中，氣體壓力是阻礙活塞向上運(yùn)動的阻力，作用在活塞頂?shù)臍怏w總壓力Fp分解為兩個分力Fp1和Fp2，F(xiàn)p1又分解為FR和FS。FR使曲軸主軸頸與主軸承間產(chǎn)生壓緊力;FS對曲軸造成一個旋轉(zhuǎn)阻力矩T。而Fp2則將活塞壓向氣缸的另一側(cè)壁，也使兩者產(chǎn)生磨損。

當(dāng)車輛在路面積水的道路行駛時，發(fā)動機(jī)由于空氣濾清器（諧振腔）位置較低，在真空吸力的的作用下水會被吸入汽缸，最初進(jìn)入汽缸的水，在缸體高溫的作用下很快形成水蒸氣，使該汽缸無法形成可燃混合氣。隨著進(jìn)水量的增多，進(jìn)氣管道、活塞頂部會存入大量的水，燃燒室的有效容積減少，當(dāng)積水量達(dá)到一定程度時，壓縮行程實(shí)際上變成了對水的壓縮，連桿所承受的壓力急劇增大，以至發(fā)生彎曲變形甚至斷裂，斷裂的連桿再無約束狀態(tài)下會打破發(fā)動機(jī)缸體，由于發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管道1缸排在最前面，所以表現(xiàn)為1缸連桿彎曲較重甚至斷裂，在1缸連桿彎曲或斷裂的同時，其它缸的連桿也因?yàn)榉e水量的不同，存在不同的彎曲，如果堅(jiān)持使用，會在后期行駛中出現(xiàn)斷裂，導(dǎo)致維修成本的提高。

由于發(fā)動機(jī)汽缸進(jìn)水量和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速決定連桿所承受的壓力，所以不是所有的車輛發(fā)動機(jī)汽缸進(jìn)水后連桿立即斷裂。車輛通過水坑一般是低速通過，如果車輛熄火，謹(jǐn)防二次啟動，這種情況下一般是連桿彎曲，所以維修成較較低;但在高速涉水時，車輛因進(jìn)水熄火，發(fā)動機(jī)仍在慣性旋轉(zhuǎn)，在真空吸力的作用下，大量水進(jìn)入進(jìn)氣道，在進(jìn)氣門打開時、進(jìn)入不同的氣缸。1缸所處的進(jìn)氣管道在最前方，積水最為嚴(yán)重，所以往往表現(xiàn)為1缸連桿折斷，沒有束縛的連桿在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時敲擊缸壁，致使氣缸的側(cè)面或其它部位被擊碎。

其它缸的連桿會不同程度的彎曲，由于目前轎車的缸體和缸套連為一體，所以只能進(jìn)行缸體的整體更換，所有連桿、活塞、活塞銷、活塞環(huán)成套更換，更換的缸體需要車輛管理部門重新打印缸號。在維修過程中、拆裝、等待配件、協(xié)調(diào)保險事宜等環(huán)節(jié)很多，歷時可能半月之久，直接經(jīng)濟(jì)損失可到幾萬甚至更高（因車型不同而不同），而且涉水后司機(jī)二次啟動，保險公司不予賠付。

4? 結(jié)束語

鑒于雨季都會存在汽車因涉水大修的問題，汽車的前市場與后市場應(yīng)該相互溝通信息，從設(shè)計、制造、使用等諸多環(huán)節(jié)著手，盡可能避免或減少此類機(jī)械事故的發(fā)生。如果各制造廠盡可能提高空氣濾清器（包含進(jìn)氣管路和諧振腔）的位置，在連桿的材料和熱處理方面再多做一些深入細(xì)致的研究，在缸體和缸套的設(shè)計環(huán)節(jié)也要考慮一下維修性能，這樣可以減少司機(jī)不必要的損失，這是一個系統(tǒng)工程，只有汽車前市場和后市場聯(lián)手，才能更好的完善汽車的可靠性能，使汽車能夠應(yīng)對各種復(fù)雜的使用條件。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋年秀，劉宏飛.汽車維修工程[M].北京理工大學(xué)出版社，2012.

[2]關(guān)文達(dá).汽車構(gòu)造[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2020.

[3]https：//hao.360.com/y1001.