涉水發(fā)動(dòng)機(jī)二次起動(dòng)的分析

摘 要：該文對(duì)涉水發(fā)動(dòng)機(jī)二次起動(dòng)進(jìn)行探討，通過(guò)活塞位移的分析和起動(dòng)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(huà)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(chē)涉水造成發(fā)動(dòng)機(jī)損壞的案例分析，發(fā)動(dòng)機(jī)的失效形式都是由于連桿不能承受過(guò)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(dòng)機(jī)進(jìn)水后如果進(jìn)行了二次起動(dòng)，起動(dòng)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(dòng)機(jī)缸體或其它零部件的損壞。

關(guān)鍵詞：涉水發(fā)動(dòng)機(jī) 二次起動(dòng) 起動(dòng)機(jī) 連桿

中圖分類(lèi)號(hào)：U272.43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）01（b）-0053-02

每到臺(tái)風(fēng)季節(jié)，由于臺(tái)風(fēng)帶來(lái)的強(qiáng)降雨，特別是2013年強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“菲特”致浙江連續(xù)暴雨，致使不少車(chē)輛進(jìn)水。愛(ài)車(chē)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(shuí)來(lái)埋單。

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

所以目前的關(guān)鍵問(wèn)題是區(qū)分，是否由于二次啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)造成發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)報(bào)廢，還是發(fā)動(dòng)機(jī)在二次起動(dòng)前已經(jīng)損壞。有的保險(xiǎn)公司甚至說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)損壞肯定是二次起動(dòng)造成的，熄火后不二次起動(dòng)就不會(huì)有這樣的損壞。由于一般的維修企業(yè)沒(méi)有能力作出相應(yīng)的判定，也沒(méi)有相關(guān)的權(quán)威說(shuō)法，引起很多糾紛。

1 涉水發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水分析

為了減少這樣的紛爭(zhēng)，給損壞原因一個(gè)明確的判定，該文對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)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(dòng)過(guò)程中能使發(fā)動(dòng)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(chē)型是桑塔納2000Gsi，發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為AJR的主要參數(shù)見(jiàn)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(guò)角度時(shí)，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(mén)在下止點(diǎn)后37.45 °（即為143 °時(shí)）關(guān)閉，此時(shí)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(guò)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(shí)的取值范圍是1.32-1.38，由于起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速較低，取n=1.1。當(dāng)V3=0即氣缸內(nèi)沒(méi)有水時(shí)，計(jì)算出的壓力是1.1 MPa，與這款發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)氣缸壓力進(jìn)行對(duì)比，這個(gè)取值是合理的。

（2）起動(dòng)機(jī)能夠克服的氣缸壓力。

為了計(jì)算方便，這里沒(méi)有計(jì)入起動(dòng)機(jī)與飛輪、曲軸主軸瓦、連桿軸瓦、連桿以及活塞銷(xiāo)、活塞、活塞環(huán)與氣缸之間的傳動(dòng)損失，也沒(méi)有考慮曲軸驅(qū)動(dòng)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(dòng)力消耗以及活塞銷(xiāo)偏置的影響。

起動(dòng)機(jī)傳遞到曲軸的扭矩

動(dòng)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(gè)力所能驅(qū)動(dòng)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(huà)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(chē)涉水造成發(fā)動(dòng)機(jī)損壞的案例分析，發(fā)動(dòng)機(jī)的失效形式都是由于連桿不能承受過(guò)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(dòng)機(jī)缸體或其它零部件的損壞。所以連桿是整個(gè)過(guò)程中最易損壞的元件，如果連桿不受損，那么整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)基本上不會(huì)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(shí)，氣缸壓力在曲軸轉(zhuǎn)角位19 °時(shí)開(kāi)始超越起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)缸壓，即起動(dòng)機(jī)已沒(méi)有能力推動(dòng)曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。此時(shí)起動(dòng)機(jī)能驅(qū)動(dòng)的氣缸壓力是2.05 MPa。由于在計(jì)算時(shí)沒(méi)有考慮起動(dòng)過(guò)程中的傳動(dòng)損失和驅(qū)動(dòng)其它附件的損失，因此實(shí)際的驅(qū)動(dòng)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(dòng)曲軸了。實(shí)際的驅(qū)動(dòng)缸壓也要低于2.05 MPa，這比發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的氣缸壓力要低很多，所以發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)受損。

當(dāng)進(jìn)水量少于41 mL時(shí)，起動(dòng)機(jī)可能有能力推動(dòng)曲軸越過(guò)上止點(diǎn)，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。但在上止點(diǎn)時(shí)的氣缸壓力也要低于進(jìn)水量為41 mL時(shí)在上止點(diǎn)的氣缸壓力（5.35 MPa），該型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)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(huì)遠(yuǎn)高于這個(gè)壓力，所以連桿也不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)變形。因此，在這種狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)也是安全的。

當(dāng)進(jìn)水量大于41 mL時(shí)，從圖2和表2中可以看出，氣缸壓力會(huì)更早地超越起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)缸壓曲線。這個(gè)時(shí)刻越早，那么它所對(duì)應(yīng)的起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)缸壓會(huì)越低（如進(jìn)水量在51 mL時(shí)，在曲軸轉(zhuǎn)角29 °起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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(méi)有空氣，在進(jìn)氣門(mén)剛關(guān)閉時(shí)即曲軸轉(zhuǎn)角143°時(shí)的驅(qū)動(dòng)缸壓也僅為1.88MPa。這些壓力更是遠(yuǎn)低于發(fā)動(dòng)機(jī)的工作壓力，因此也不會(huì)造成連桿的損壞，更不會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)其它部件的損壞。

綜上所述，對(duì)于桑塔納2000 GSi的AJR發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，不管在汽車(chē)涉水時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的進(jìn)水量有多少，單靠起動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力不能推動(dòng)曲軸壓彎連桿，造成發(fā)動(dòng)機(jī)的損壞。即所謂“二次起動(dòng)”造成發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)報(bào)廢，這種說(shuō)法是不成立的。

（3）奧迪A6發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水分析。

由于目前市場(chǎng)上汽車(chē)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(duì)其它車(chē)型也是適用的。下面利用奧迪A6，發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)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(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)的圖形基本是一致的。當(dāng)進(jìn)水量達(dá)到34mL時(shí)，氣缸壓力從曲軸轉(zhuǎn)角17°開(kāi)始高于起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)缸壓，起動(dòng)機(jī)不足以推動(dòng)曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)進(jìn)水量少于或高于這個(gè)值時(shí)的情況與前述的發(fā)動(dòng)機(jī)也是類(lèi)似的結(jié)果。

2 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)桑塔納2000Gsi發(fā)動(dòng)機(jī)AJR和奧迪A6的發(fā)動(dòng)機(jī)APS進(jìn)水量的分析，不管在汽車(chē)涉水時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的進(jìn)水量有多少，單靠起動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力不能推動(dòng)曲軸壓彎連桿，造成發(fā)動(dòng)機(jī)的損壞。即所謂“二次起動(dòng)”造成發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)報(bào)廢，這種說(shuō)法是不成立的。

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