【写在前面】
我酷爱观察和分析,也一直很羡慕从事空难调查的专家,可惜当时报考学校时,不知道怎么进这个专业,于是就走了汽车这条路。直至今日,我还在寻觅注意细节,做事求精美的青年人,希望给他们一个更适合的舞台。
图:断成两半的活塞和其他碎片
今天可能是斯巴鲁发动机梗死惨案的尾声了,看篇幅够不够我写完全文哈。错过前两集的粉丝,请去爱车的诺诺翻历史消息。
【活塞断两半之谜】
诺诺花了两集篇幅,终于说清了活塞卡死和曲轴抱死的原因,但这似乎都跟活塞断两半扯不上关系,一定还有精彩的故事等待发掘。
图:断成两半的活塞
当活塞卡死后,连杆继续下拉活塞,造成活塞裙部拉断脱节,但此时的连杆还在缸里运动,上上下下乱捅,最终把活塞头捅成两半也是完全可能的。那可不可能是喷入缸内的汽油继续引爆,或者发生超级爆震,给炸成两半的呢?似乎也有道理,区别就是一个受力来自下部,一个来自上部。
一个东西断了,要看是从那个方向受力断掉的,好像有点像玩占卜术啊~!没事,我们把活塞环拆掉,看看活塞的断面吧!
图:拆解活塞环
图:活塞环的断面
活塞环的断面可以看出什么端倪呢?多亏铝属于比较脆的金属,断开的时候没有那么多“儿女情长”,一定会有清晰、干脆的断面纹理。我们再来看一张断面特写,就可以发现细节了。
图:活塞断面组织特写
断面的金属组织呈现上细下粗的分布,而且非常规律。对于均质材料的这种断面,可以判断在活塞最顶部先裂开,随后裂深度贯穿整个界面,活塞一分为二。
当一个物体被弯折而断裂时,断面上不同部位的受力特性是不一样的。
我请编辑部同事帮忙,用企图掰弯圆珠笔的动作做了一个演示。这种情况下,靠上的截面受拉力,直接被撕开,断面较细腻;而靠下的截面先受挤压,再被撕开,所以断面细节会显得粗大。当然,涉及到金属结构,还有很多的知识,今天就点到为止。
图:受弯折断的受力特性示意图
好了,从发动机工作原理上分析,要点缸内的燃油气混合物,得有进气冲程才行,否则气都进不来,你怎么点燃?我们看看下面这张图,这是第1、3缸的缸盖翻开的图片,还不等我说,估计有些诺粉就知道,靠下面那个就是出现问题的第3缸了,因为看上去湿乎乎的,这就是只喷汽油不引爆的典型特征哦。
上面那个缸就是正常工作的气缸,只是积碳多了一点。顺便问一下,左右气门一大一小,哪个气门是进气,哪个是排气,大家知道么?嘻嘻~
图:1、3缸的气缸顶部
这就否定了活塞是被炸断的假设。再加上活塞下部多如牛毛的磕碰伤痕,我们更加坚定地相信,活塞的是被连杆从下面捅断的。
图:活塞底部伤痕特写
如果没有活塞环把两半活塞捆绑起来的话,这两半截活塞早就分家了,散落在气缸里,后果一定更加壮观。
【凶案现场在哪里?】
按诺诺的调性,分析到这里还不给力,依然还需深入下去。下一个问题足以把诺粉们带入一个全新境界:
活塞在断成两半的瞬间,到底位于什么位置?
先头脑风暴一下,不外乎下面两种情况:
就在卡死的位置被捅断。场景很简单:因为活塞卡死在半山腰了,连杆拉断下半身后;下一个循环,连杆冲上来,咣~当,就把挡在路上的活塞撞成两半了。
图:活塞在中间被撞断
活塞被推回气缸顶部,在这里被捅断。场景可能是这样的:活塞虽然在下行程中被卡死,但往上走还是可以的,连杆冲上来把活塞撞回气缸顶部。在气缸顶部,活塞走投无路,被连杆继续反复撞击,不堪重负,最终一分为二。
图:活塞在气缸顶部被撞断
仔细考虑一下,发现假设(1)有点站不住脚。如果卡死在半路被捅断,那么连杆只有一次机会,也就是活塞底部只有一处或很少的伤痕。而活塞底部这么多伤,一定是被反复折磨所致。
光说不可能是(1)还不够,还得拿出证据还说明为什么就是(2)才够给力。如果假设(2)成立的话,我们就必须获取活塞在断开前,被推回气缸顶部的证据!
仔细观察断裂的活塞边缘,我们发现了新的异常:
图:活塞A半上的台阶
图:活塞B半上的台阶
损坏的活塞的边缘出现了台阶,两半截上都有,这可是原来没有的特征!一定是在什么东西上挤压出来的,我赶紧翻开缸盖寻找。
图:三缸缸盖上的台阶
(湿湿的缸盖说明喷油却点不着火)
上图说明了问题,缸盖上的台阶特征跟活塞边缘细节完全一致!原来活塞运动的确超出了上止点,撞上了缸盖,并且企图继续上行,这样才导致活塞边缘被缸盖“硬啃”出了台阶。(下图以台阶B作特写展示)
图:缸盖在活塞上“啃”出台阶
我们也可以对比一下发生故障的3缸和其他缸。正常工作时,活塞绝对碰不到这里,所以其他缸盖都布满积碳,唯独3缸这里光亮如新。
图:1、3缸台阶细节对比
我们甚至在活塞顶部找到了气门磕碰的痕迹。
图:活塞顶部磕碰气门的痕迹
铁证如山,活塞的确超越了上止点,并侵入缸盖约1mm,这都归功于连杆自下而上的“杵力”,活塞真的是被“顶到肺”了。
而且由于巨大的应力,第一活塞环的沟槽已经变形,牢牢压紧第一活塞环。难怪强大师说最上面的那个活塞环已经卡死取不出来了。
图:被卡住的第一活塞环
所以,原因就清楚了,推断(2)是正确的。在这样的反复重创下,活塞就断成了两半,地点在气缸顶部。
【新的疑点,接踵而至】
凡事经不起细想。细心推敲,又会冒出一个新疑点,为什么活塞能会被推到超出上止点的位置呢?不但超过上止点,而且进一步“走投无路”,才遭致一分为二。
正常工作的发动机,连杆最多把活塞送到上止点,这是碰不到气缸顶部的。就算活塞下半身被拉断,就算连杆再次冲上来,那最多把活塞顶回原来的上止点啊,超过上止点是怎么做到的?难道连杆变长了,把活塞顶得更高了么?
看来今天是写不完了,请继续关注爱车的诺诺,下期诺诺再为你分解。