汽車涉水后連桿故障分析

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，東風本田杰德汽車涉水后連桿彎曲導致直接經濟損失1萬元以上，豐田皇冠汽車涉水后連桿折斷導致直接經濟損失3萬元以上，分析連桿故障原因可以有效避免此類機械事故的發(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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：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，北方許多城市因為排水管道堵塞導致排水不暢，道路積水嚴重，部分汽車涉水行駛，因為行駛狀態(tài)不同、而導致涉水后汽車發(fā)動機的連桿出現彎曲或斷裂的機械事故，給司機帶來的直接經濟損失很大，同時也直接影響了駕駛人員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所示為曲柄連桿機構結構圖，汽車連桿的功用是將活塞承受的力傳給曲軸，推動曲軸轉動，使活塞的往復運動轉變?yōu)榍S的旋轉運動，連桿在工作中要承受活塞銷傳來的氣體作用力、活塞連桿組往復運動的慣性力和連桿大頭繞曲軸旋轉產生的旋轉慣性力的作用。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度和剛度，質量要盡可能小。

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

在正常的工作環(huán)境下，連桿的強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峻的考驗，當然駕駛員的技術水平和應急處理能力不同也直接影響了汽車性能，汽車的可修復能力和費用也會因此有巨大差異。

1? 東風本田汽車涉水故障案例

一輛2013款東風本田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)動機內部的水，更換了機油，汽車順利啟動。行駛過程中發(fā)動機內傳來異常的劇烈噪音，司機將車開至東風本田4S店，經診斷發(fā)現汽車一缸連桿折斷（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象，因為屬于進水后司機進行了二次啟動，發(fā)動機總成不能索賠;單獨更換缸體2300元，缸蓋1800元，大修包（含氣門油封、密封墊，不包含汽缸墊），總的費用50000元左右，所以司機只能優(yōu)選更換發(fā)動機總成，這樣可以減少近萬元的經濟損失。

一輛東風本田杰德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），由于進氣歧管位置較低，水經發(fā)動機進氣諧振艙進水，導致一缸連桿彎曲（圖4所示），發(fā)動機缸體無損化，經過更換四個缸的連桿、活塞（活塞銷）、活塞環(huán)，故障排除，直接經濟損失達1萬元多元。

同樣在本田4S店曾出現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，修復好的車輛未被更換的連桿行駛中折斷，造成了更大的經濟損失，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店簽訂維修協議，對后續(xù)的機械事故可以進行事故責任認定。

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)動機曲軸連桿機構連續(xù)運轉，導致一缸連桿折斷（圖5所示），高速運轉的連桿將缸體的側壁和下部擊碎，缸體上兩個大洞導致發(fā)動機缸體報廢，新購買的缸體經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)動機的四個行程中，氣體壓力在進氣、排氣兩個行程較小，對機件的影響不大;在壓縮行程中，氣體壓力是阻礙活塞向上運動的阻力，作用在活塞頂的氣體總壓力Fp分解為兩個分力Fp1和Fp2，Fp1又分解為FR和FS。FR使曲軸主軸頸與主軸承間產生壓緊力;FS對曲軸造成一個旋轉阻力矩T。而Fp2則將活塞壓向氣缸的另一側壁，也使兩者產生磨損。

當車輛在路面積水的道路行駛時，發(fā)動機由于空氣濾清器（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。隨著進水量的增多，進氣管道、活塞頂部會存入大量的水，燃燒室的有效容積減少，當積水量達到一定程度時，壓縮行程實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)動機缸體，由于發(fā)動機進氣管道1缸排在最前面，所以表現為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，其它缸的連桿也因為積水量的不同，存在不同的彎曲，如果堅持使用，會在后期行駛中出現斷裂，導致維修成本的提高。

由于發(fā)動機汽缸進水量和發(fā)動機轉速決定連桿所承受的壓力，所以不是所有的車輛發(fā)動機汽缸進水后連桿立即斷裂。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，車輛因進水熄火，發(fā)動機仍在慣性旋轉，在真空吸力的作用下，大量水進入進氣道，在進氣門打開時、進入不同的氣缸。1缸所處的進氣管道在最前方，積水最為嚴重，所以往往表現為1缸連桿折斷，沒有束縛的連桿在高速運轉時敲擊缸壁，致使氣缸的側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、協調保險事宜等環(huán)節(jié)很多，歷時可能半月之久，直接經濟損失可到幾萬甚至更高（因車型不同而不同），而且涉水后司機二次啟動，保險公司不予賠付。

4? 結束語

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該相互溝通信息，從設計、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致的研究，在缸體和缸套的設計環(huán)節(jié)也要考慮一下維修性能，這樣可以減少司機不必要的損失，這是一個系統(tǒng)工程，只有汽車前市場和后市場聯手，才能更好的完善汽車的可靠性能，使汽車能夠應對各種復雜的使用條件。

參考文獻：

[1]宋年秀，劉宏飛.汽車維修工程[M].北京理工大學出版社，2012.

[2]關文達.汽車構造[M].機械工業(yè)出版社，2020.

[3]https：//hao.360.com/y1001.