当汽车涉过深水时,汽车发动机气缸极容易进水,车辆会突然熄火,或者汽车被浸泡深水时,驾驶员反复点火,不但起动不了汽车,还会造成汽车发动机活塞损坏、气缸壁拉伤、连杆弯曲等严重故障。如果找保险公司理赔,也得不到赔偿。那为何是这样呢?我们又该采取哪些措施呢?这就是我要分析论述的问题。
一、气缸进水之原因分析
我们知道,现代汽车发动机是四冲程往复活塞式内燃机,如图1。四个冲程分别是进气冲程,压缩冲程,作功冲程,排气冲程。进气冲程是利用活塞下行时,气缸内产生真空度,当排气门关闭,进气门打开时,空气在大气压力作用下,通过空气滤清器、节气门、进气道、进气门进入气缸内。当活塞下行到下止点,转而上行时,进入压缩冲程,活塞开始对气缸内的混合气压缩,进气门稍后关闭,活塞继续上行,气缸内的压力越来越大,直至到上止点时,压缩终止,而火花塞会提前约10°~20°角点燃混合气,活塞越过上止点下行,就进入了作功冲程,这是发动机惟一有功率输出的冲程。接下是排气冲程,活塞推出气缸内的废气,这样就完成了一个循环。
由此可知,只有进气冲程才可能进水,也只有当水浸到空气滤清器入口处时,活塞才会在进气冲程把水吸进气缸中,如图2。轿车的进气口大多离地面低,约60cm,所以发生此类事故多是轿车,大型客车和货车底盘较高,进气口离地面都在1m以上,不易进水,事故较少。
二、气缸进水之故障分析
进水情况一:如果汽车行驶在较深的水中,比如水浸到车轮大半以上,由于车头冲击水浪,使头部水位升高,甚至会越过车头,水会进到发动机上,浸到空气滤清器入口,甚至淹没整个空气滤清器,这时会吸进大量的水,气缸温度迅速降低,火花塞难以点燃含大量水分的混合气,造成发动机熄火。熄火时,各气缸内可能会有少些水,但不会很多,而空气滤清器、进气道中仍会有大量的水,并随着水浪冲击,水会越来越多,甚至充满空气滤清器、进气道。如果驾驶员再次点火,当起动机带动曲轴转动,连杆带动活塞下行时,会将大量的水吸进气缸内。
进水情况二:汽车停放时,如果汽车被水浸泡到空气滤清器入口以上,如果驾驶员在水中强行打火起动发动机,活塞会在起动电机带动下,吸进大量的水进入气缸,此二种情况,当活塞上行压缩时,由于水难以压缩,在强大的起动机力量驱动下,结果往往造成活塞断裂,连杆弯曲,弯曲程度与进水量成正比,即进水越多,连杆弯曲越大。
我们可以通过连杆受力分析加以说明。气缸正常工作时,连杆受力最大位置,是在混合气燃烧产生高温高压气体的上止点附近,此时连杆受力最大如图3(a)。连杆受力计算公式如下:
F=DxDx3.14xP/4 (N)
D—活塞直径(mm)
P—气缸压强(mPa)
以国产某轿车为例,活塞直径D=88mm,最大气体压力P=9.0mPa,根据公式得:
F=88x88x3.14x9.0/4 =48632(N)
而连杆可承受的设计压力可根据材料力学计算:
F=KxAxb
K—安全系数
A—连杆最小截面积(mm 2)
b—抗压强度(N/mm2)
连杆材料是中碳合金钢40Cr,K=0.6,A=110mm,b=850mPa
F=0.6x110x850=56100(N)
由此可见,正常情况下,连杆受力小于极限值56100N,故汽车发动机是安全的。但当气缸进水后,因水不可压缩性,电机起动瞬间冲击力非常大,会作用到连杆活塞上,如图3(b)所示。现分析由起动机带动曲轴,推动连杆活塞作用到连杆的力,根据起动机的输出功率公式:
P=Mxn/9550(kW)
M-输出扭矩(N-m)
n—起动机转速(r/min)
起动机最大功率可达到3kW左右,刚起动时的转速很低,以n=10,电机输出扭矩为:
M =P x9550/n =3 x9550/10 =2865(N·m)
起动机的扭矩经过飞轮齿圈、曲轴传到连杆的推力为
F=M/S=2865/0.04=71625(N)
S—曲轴半径(mm)
计算结果,远大于连杆可承受之力56100(N),所以常常把连杆压弯曲变形。