涉水發(fā)動機二次起動的分析

摘 要：該文對涉水發(fā)動機二次起動進行探討，通過活塞位移的分析和起動機能夠克服氣缸的壓力進行理論分析和計算，并根據(jù)計算結果畫出不同進水量情況下氣缸壓力與曲軸轉角的關系圖。根據(jù)實際的汽車涉水造成發(fā)動機損壞的案例分析，發(fā)動機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)，導致連桿彎曲或斷裂。從而推論，涉水發(fā)動機進水后如果進行了二次起動，起動馬達所產生的扭矩不足以造成連桿失穩(wěn)，進而引起發(fā)動機缸體或其它零部件的損壞。

關鍵詞：涉水發(fā)動機 二次起動 起動機 連桿

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

每到臺風季節(jié)，由于臺風帶來的強降雨，特別是2013年強臺風“菲特”致浙江連續(xù)暴雨，致使不少車輛進水。愛車遭逢水患，一身傷痕難愈，如此天災造成的經濟損失，到底該由誰來埋單。

對此，目前保險公司的說法，如果車輛在行駛中進水導致發(fā)動機損壞，一般的“車損險”不理賠，只有買附加險“涉水險”，才能獲賠。其中，保險公司不予理賠車輛在水中“二次點火”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；第二是司機沒有對于已經浸水的車輛進行二次啟動。

所以目前的關鍵問題是區(qū)分，是否由于二次啟動發(fā)動機造成發(fā)動機活塞、缸體、連桿等嚴重損壞，嚴重者甚至導致發(fā)動機報廢，還是發(fā)動機在二次起動前已經損壞。有的保險公司甚至說發(fā)動機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)沒有能力作出相應的判定，也沒有相關的權威說法，引起很多糾紛。

1 涉水發(fā)動機進水分析

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)動機起動過程中曲柄連桿機構的受力情況進行了分析。根據(jù)四行程內燃機的工作原理，起動過程中能使發(fā)動機造成損壞的只能是在壓縮行程，所以下面的計算都是壓縮行程。為方便計算，假定大氣壓為0.1 MPa。計算所選用的車型是桑塔納2000Gsi，發(fā)動機型號為AJR的主要參數(shù)見表1。

（1）活塞位移的分析。

由圖1可知，當曲柄自上止點轉過角度時，活塞位移x的公式為

其中，為，變量，根據(jù)圖1的幾何關系可得

活塞之上的壓縮容積

由于進氣門在下止點后37.45 °（即為143 °時）關閉，此時活塞之上的壓縮容積為，假設氣缸內吸入的水的容積為，由于水的不可壓縮性，那么活塞在上行過程中，氣缸內的壓縮壓力

式中n是多變壓縮指數(shù)，汽油內燃機正常工作時的取值范圍是1.32-1.38，由于起動時轉速較低，取n=1.1。當V3=0即氣缸內沒有水時，計算出的壓力是1.1 MPa，與這款發(fā)動機的標準氣缸壓力進行對比，這個取值是合理的。

（2）起動機能夠克服的氣缸壓力。

為了計算方便，這里沒有計入起動機與飛輪、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，也沒有考慮曲軸驅動凸輪軸、機油泵、水泵、發(fā)電機、空調壓縮機、助力轉向油泵等的動力消耗以及活塞銷偏置的影響。

起動機傳遞到曲軸的扭矩

動機扭矩，T2曲軸的轉矩

曲柄上的切向力

根據(jù)曲柄連桿機構的受力圖進行分析可得

=

=

所以

這個力所能驅動的氣缸壓力

下面分別選取進水量為31mL、41mL和51 mL進行計算，并根據(jù)計算結果畫出不同進水量情況下氣缸壓力與曲軸轉角的關系圖。從實際的汽車涉水造成發(fā)動機損壞的案例分析，發(fā)動機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)，導致連桿彎曲或斷裂，進而引起發(fā)動機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中可以看出當進水量為41 mL時，氣缸壓力在曲軸轉角位19 °時開始超越起動機驅動缸壓，即起動機已沒有能力推動曲軸繼續(xù)旋轉。此時起動機能驅動的氣缸壓力是2.05 MPa。由于在計算時沒有考慮起動過程中的傳動損失和驅動其它附件的損失，因此實際的驅動缸壓曲線肯定還要下移，在上面計算的曲軸轉角之前就已經不能推動曲軸了。實際的驅動缸壓也要低于2.05 MPa，這比發(fā)動機正常工作時的氣缸壓力要低很多，所以發(fā)動機不會受損。

當進水量少于41 mL時，起動機可能有能力推動曲軸越過上止點，連續(xù)運轉。但在上止點時的氣缸壓力也要低于進水量為41 mL時在上止點的氣缸壓力（5.35 MPa），該型號的發(fā)動機正常工作時的最高燃燒壓力就可達到5 MPa，乘以連桿的壓穩(wěn)安全系數(shù)，連桿實際能承受的氣缸壓力會遠高于這個壓力，所以連桿也不會產生失穩(wěn)變形。因此，在這種狀態(tài)下，發(fā)動機也是安全的。

當進水量大于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驅動缸壓曲線。這個時刻越早，那么它所對應的起動機驅動缸壓會越低（如進水量在51 mL時，在曲軸轉角29 °起動機驅動缸壓1.4 MPa就低于氣缸壓力1.42 MPa）。在極限情況下，假設氣缸內吸入的全部是水，沒有空氣，在進氣門剛關閉時即曲軸轉角143°時的驅動缸壓也僅為1.88MPa。這些壓力更是遠低于發(fā)動機的工作壓力，因此也不會造成連桿的損壞，更不會引起發(fā)動機其它部件的損壞。

綜上所述，對于桑塔納2000 GSi的AJR發(fā)動機來說，不管在汽車涉水時，發(fā)動機吸入的進水量有多少，單靠起動機的驅動力不能推動曲軸壓彎連桿，造成發(fā)動機的損壞。即所謂“二次起動”造成發(fā)動機活塞、缸體、連桿等嚴重損壞，嚴重者甚至導致發(fā)動機報廢，這種說法是不成立的。

（3）奧迪A6發(fā)動機進水分析。

由于目前市場上汽車內燃機的相關參數(shù)都不相上下，計算的結果對其它車型也是適用的。下面利用奧迪A6，發(fā)動機型號APS的相關參數(shù)進行計算，結論也是同樣的。

從圖3可以看出，不同型號的發(fā)動機的圖形基本是一致的。當進水量達到34mL時，氣缸壓力從曲軸轉角17°開始高于起動機驅動缸壓，起動機不足以推動曲軸繼續(xù)旋轉。當進水量少于或高于這個值時的情況與前述的發(fā)動機也是類似的結果。

2 結語

通過對桑塔納2000Gsi發(fā)動機AJR和奧迪A6的發(fā)動機APS進水量的分析，不管在汽車涉水時，發(fā)動機吸入的進水量有多少，單靠起動機的驅動力不能推動曲軸壓彎連桿，造成發(fā)動機的損壞。即所謂“二次起動”造成發(fā)動機活塞、缸體、連桿等嚴重損壞，嚴重者甚至導致發(fā)動機報廢，這種說法是不成立的。

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