汽车涉水后连杆故障分析

王志欣 王素英 李淑敏 卢欣欣 刘聪娜

摘要：2020年夏季雨水较多，很多4S店积压了很多涉水或水淹后的汽车，东风本田杰德汽车涉水后连杆弯曲导致直接经济损失1万元以上，丰田皇冠汽车涉水后连杆折断导致直接经济损失3万元以上，分析连杆故障原因可以有效避免此类机械事故的发生。

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.

关键词：连杆;弯曲;断裂;涉水;大修;受力分析

Key words： crank shaft;bending;breaking;wading;overhaul;force analysis

中图分类号：U472.43                                    文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2020）23-0067-02

0  引言

2020年夏季中国南方普降大雨，北方许多城市因为排水管道堵塞导致排水不畅，道路积水严重，部分汽车涉水行驶，因为行驶状态不同、而导致涉水后汽车发动机的连杆出现弯曲或断裂的机械事故，给司机带来的直接经济损失很大，同时也直接影响了驾驶人员的正常生活和工作秩序，因此分析事故的原因，避免同类事故的发生显得尤为必要。

如图1所示为曲柄连杆机构结构图，汽车连杆的功用是将活塞承受的力传给曲轴，推动曲轴转动，使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，连杆在工作中要承受活塞销传来的气体作用力、活塞连杆组往复运动的惯性力和连杆大头绕曲轴旋转产生的旋转惯性力的作用。上述这些力都是交变载荷，而连杆本身又是一个较长的杆件，因此要求连杆要有足够的强度和刚度，质量要尽可能小。

连杆一般采用45钢或40Cr钢及40MnB、40MnVB等硼钢制成，也有少数用球墨铸铁制成。为提高疲劳强度，连杆常进行表面喷丸处理。

在正常的工作环境下，连杆的强度和刚度是能满足使用性能的，但是在行驶速度、道路状况、气候条件等发生变化时，汽车的连杆遭受到了严峻的考验，当然驾驶员的技术水平和应急处理能力不同也直接影响了汽车性能，汽车的可修复能力和费用也会因此有巨大差异。

1  东风本田汽车涉水故障案例

一辆2013款东风本田CRV2.4L行驶里程為10万km，汽车涉水后，汽车熄火，拖车至修理厂，排出了发动机内部的水，更换了机油，汽车顺利启动。行驶过程中发动机内传来异常的剧烈噪音，司机将车开至东风本田4S店，经诊断发现汽车一缸连杆折断（如图2所示），缸体破损（如图3所示），其它各缸的连杆不同程度有弯曲现象，因为属于进水后司机进行了二次启动，发动机总成不能索赔;单独更换缸体2300元，缸盖1800元，大修包（含气门油封、密封垫，不包含汽缸垫），总的费用50000元左右，所以司机只能优选更换发动机总成，这样可以减少近万元的经济损失。

一辆东风本田杰德2015款1.8L自吸气汽车，行驶里程为5万km，在过水坑时（时速低于10km/h），由于进气歧管位置较低，水经发动机进气谐振舱进水，导致一缸连杆弯曲（图4所示），发动机缸体无损化，经过更换四个缸的连杆、活塞（活塞销）、活塞环，故障排除，直接经济损失达1万元多元。

同样在本田4S店曾出现汽车涉水的故障案例，如果只更换一个连杆，理论上可以，但是由于其它缸连杆也是有不同程度的损伤，修复好的车辆未被更换的连杆行驶中折断，造成了更大的经济损失，所以同类故障4S店保守处理成套更换所有气缸的连杆、活塞、活塞销、活塞坏，这样需要车主和4S店签订维修协议，对后续的机械事故可以进行事故责任认定。

2  丰田皇冠汽车涉水故障案例

一辆丰田皇冠汽车（行驶里程12000km）车速较快的通过水域，熄火后，由于惯性作用，熄火的发动机曲轴连杆机构连续运转，导致一缸连杆折断（图5所示），高速运转的连杆将缸体的侧壁和下部击碎，缸体上两个大洞导致发动机缸体报废，新购买的缸体经车管所打上了新缸号，同时还更换了四个连杆、四个活塞、四个活塞销、四个活塞环，维修费用将近3万多元。（图6）

3  汽车涉水后果原因分析

在发动机的四个行程中，气体压力在进气、排气两个行程较小，对机件的影响不大;在压缩行程中，气体压力是阻碍活塞向上运动的阻力，作用在活塞顶的气体总压力Fp分解为两个分力Fp1和Fp2，Fp1又分解为FR和FS。FR使曲轴主轴颈与主轴承间产生压紧力;FS对曲轴造成一个旋转阻力矩T。而Fp2则将活塞压向气缸的另一侧壁，也使两者产生磨损。

当车辆在路面积水的道路行驶时，发动机由于空气滤清器（谐振腔）位置较低，在真空吸力的的作用下水会被吸入汽缸，最初进入汽缸的水，在缸体高温的作用下很快形成水蒸气，使该汽缸无法形成可燃混合气。随着进水量的增多，进气管道、活塞顶部会存入大量的水，燃烧室的有效容积减少，当积水量达到一定程度时，压缩行程实际上变成了对水的压缩，连杆所承受的压力急剧增大，以至发生弯曲变形甚至断裂，断裂的连杆再无约束状态下会打破发动机缸体，由于发动机进气管道1缸排在最前面，所以表现为1缸连杆弯曲较重甚至断裂，在1缸连杆弯曲或断裂的同时，其它缸的连杆也因为积水量的不同，存在不同的弯曲，如果坚持使用，会在后期行驶中出现断裂，导致维修成本的提高。

由于发动机汽缸进水量和发动机转速决定连杆所承受的压力，所以不是所有的车辆发动机汽缸进水后连杆立即断裂。车辆通过水坑一般是低速通过，如果车辆熄火，谨防二次启动，这种情况下一般是连杆弯曲，所以维修成较较低;但在高速涉水时，车辆因进水熄火，发动机仍在惯性旋转，在真空吸力的作用下，大量水进入进气道，在进气门打开时、进入不同的气缸。1缸所处的进气管道在最前方，积水最为严重，所以往往表现为1缸连杆折断，没有束缚的连杆在高速运转时敲击缸壁，致使气缸的侧面或其它部位被击碎。

其它缸的连杆会不同程度的弯曲，由于目前轿车的缸体和缸套连为一体，所以只能进行缸体的整体更换，所有连杆、活塞、活塞销、活塞环成套更换，更换的缸体需要车辆管理部门重新打印缸号。在维修过程中、拆装、等待配件、协调保险事宜等环节很多，历时可能半月之久，直接经济损失可到几万甚至更高（因车型不同而不同），而且涉水后司机二次启动，保险公司不予赔付。

4  结束语

鉴于雨季都会存在汽车因涉水大修的问题，汽车的前市场与后市场应该相互沟通信息，从设计、制造、使用等诸多环节着手，尽可能避免或减少此类机械事故的发生。如果各制造厂尽可能提高空气滤清器（包含进气管路和谐振腔）的位置，在连杆的材料和热处理方面再多做一些深入細致的研究，在缸体和缸套的设计环节也要考虑一下维修性能，这样可以减少司机不必要的损失，这是一个系统工程，只有汽车前市场和后市场联手，才能更好的完善汽车的可靠性能，使汽车能够应对各种复杂的使用条件。

参考文献：

[1]宋年秀，刘宏飞.汽车维修工程[M].北京理工大学出版社，2012.

[2]关文达.汽车构造[M].机械工业出版社，2020.

[3]https：//hao.360.com/y1001.