一辆行驶里程约5.7万km,装备LDE发动机的2009款雪佛兰科鲁兹轿车。车辆正常行驶时(天气晴朗,路面干燥,车速为50 km/h~60 km/h,先是听见减速时有啸叫声,继续行驶几千米后突发持续的异响,发动机故障灯亮起,同时发动机乏力。车主将车小心翼翼地开回家(发动机转速维持在1 500 r/min以下),停车后发现发动机室着火,灭火后检查着火原因,故障是由于大量机油从机油尺管中喷出,洒在炽热的排气支管上造成的。
接车后:先用故障检测仪读取故障代码,得到的故障代码为P0300(识别到有气缸失火)和P0304(4缸失火);测量气缸压力,除第4缸仅为0.5 MPa外,其余各缸气缸压力正常;用漏气量检测仪检测第4缸,漏气量接近100%,且在测量时有机油从机油尺管口喷出。根据上述检查结果,判断为活塞及活塞环组件密封不良而窜气,决定解体发动机进一步检查。解体发动机检查发现,第4缸连杆弯曲(图1),且活塞也已碎裂(图2);进气歧管内存有机油,特别是第4缸进气道内积有较多的机油;无冷却液进入气缸的迹象;各缸活塞组件工作后在气缸壁上端生成的环形积炭带宽度相近。
在更换相关配件并清理进气歧管内存有的机油后,按规范修复发动机后试车,发现发动机减速时有刺耳的啸叫声,此时触摸位于气门室盖上的曲轴箱通风阀的大气平衡孔(图3),可感觉此孔有空气持续漏入,说朋曲轴箱通风阀内膜片破裂;测量曲轴箱真空度(图4),真空表显示高达30 kPa,而正常值应该为0 kPa~1 kPa。在更换了气门室盖总成后(该发动机曲轴箱通风阀与气门室盖是一个整体,所以必须更换气门室盖总成),再测曲轴箱真空度,真空表显示为0 kPa~1 kPa,减速时的啸叫声也随之消失,发动机工作正常,修理工作结束。
连杆弯曲成因机理分析:
在曲柄连杆机构中,连杆的抗压稳定性相对较低,如气缸内进入液状物质(一般为水或油)且体积大于或等于燃烧室容积,由于液体体积的不可压缩性,当活塞在压缩行程时,就会使连杆超负荷造成弯曲变形,同时还可能损毁活塞,甚至损坏气缸体。
该车故障发生时天气晴朗,路面干燥,无外来水进入气缸的可能。拆检也未发现有冷却液进入气缸的迹象,且活塞组件工作后在气缸壁上端生成的环形积炭带宽度各缸相同,所以也可排除陈旧性连杆弯曲(如因曾经进水)的可能,也就是说,连杆就是在故障发生的这次行驶中弯曲变形的。
该发动机采用封闭的曲轴箱通风结构,气门室盖不与节气门前的进气管相通,而是通过一只曲轴箱通风阀与进气歧管相通(图5),这样不容易污染节气门。该曲轴箱通风阀在发动机正常工作时,能使曲轴箱保持有一定的真空度(0 kPa~1 kPa)。曲轴箱通风阀阀门开度(即曲轴箱通风流量)由曲轴箱负压和弹簧力的平衡决定,负压使阀门关闭,弹簧使阀门打开。发动机在工作几年或行驶几万千米后,阀门膜片因老化容易破裂,一旦破裂就会造成以下情况。
(1)进气系统漏气,使混合气变稀,长、短效燃油修正值正向偏大,如超极限会发生怠速不稳等情况(怠速工况)。
(2)通气阀难以关闭,导致曲轴箱通风量过大,过多的机油蒸气会被吸入进气歧管,在行驶中也可造成混合气过浓。
根据拆检时发现进气歧管内存有机油,特别是第4缸进气道内积有较多的机油这一情况,可以推断:发动机第4缸的连杆与活塞的损坏是因吸入过量的机油所致。
由于曲轴箱通风阀膜片破裂,使曲轴箱通风阀开度增大,曲轴箱内的机油蒸气被大量吸入进气歧管。进气气流在进气歧管内由下至上螺旋进气过程中,油气中质量相对较大的机油比较容易被甩在管壁上,同时,在惯性作用下也比较容易甩向较远、气流方向改变较小的第4缸进气道,这样,第4缸进气歧管内聚集的机油大量增加,在高速行驶的过程中,因长短可变的进气道设计,使发动机在高转速时进气歧管管道变短,积聚在进气歧管内的机油就会在这种条件下随进气被吸入气缸内。当吸入的机油量接近或超过燃烧室容积时,就造成连杆弯曲变形及活塞破裂。
综上所述,曲轴箱通风阀失效是造成本故障的起始原因,因此建议车辆在每次维护时应注意对该阀的检查,如失效应及时更换。车辆运行中如进气系统中出现此类症状应及时检查、修复。检查方法如下:用手指感知曲轴箱通风阀大气平衡孔是否漏真空,如有空气持续漏入,说明膜片已经破裂;也可用真空表测量曲轴箱的真空度,正常情况下真空度仅为0 kPa~1 kPa。如在行驶中出现异常啸叫声,要立即减速行驶,避免发动机在高转速时使进气歧管管道变短,这样,即使是有机油积聚在进气歧管内,也不容易被大量吸入气缸,就能避免连杆弯曲、活塞碎裂的恶性故障发生。
以上是笔者对本例雪佛兰科鲁兹轿车发动机4缸连杆弯曲、活塞碎裂故障成因的拙见,抛砖引玉,希望能引出同行和业内专家对此故障成因的真知灼见。