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刨根问底 斯巴鲁发动机为何连杆断裂

  【写在前面】

  这一集接着说连杆怎么断成5截的,本想第五集就聊完连杆,哪知写着写着就超字数了。我估计这个系列的阅读量会呈现下降趋势,因为对技术感兴趣的直男不多,能一直追下去的都是精华粉丝,就算诺诺专门为你们写帖,也值了!

  大家继续备好瓜子饮料,听诺诺分解哈。

  【2号断口发生后…】

  

  图:2号断口发生模拟图

  上集聊到2号断口发生后,产生了史上最大的连杆碎片,破坏力和剧情将直线升级。连杆臂断裂后,只剩下连杆大头还“抱”在曲轴上了,而且离开了连杆长臂的约束,连杆剩下的部分完全可以告别气缸,而在曲轴箱里随意公转。我为此画了一张模拟图。

  

  图:连杆大头脱离了气缸的约束

  随着2号断口的产生,连杆臂折断,连杆也没法对气缸继续乱捅乱插了,似乎惨剧已经收场,但事实上还有3、4、5号断口等待我们去解释,接下来继续发生的破坏,又是怎么回事呢?

  其实,碎片是不会老老实实呆在缸里的,因为凸轮轴没有失效,3缸的气门仍然在依次工作。气门会小幅推动活塞移动,这一举动造成了新的蝴蝶效应。

  

  图:活塞受气门推动,发生移位

  如上图,只要气门还在工作,就会把活塞和残骸周期性地推向“深渊”。我们还在活塞顶部找到了证据,这是在气门伸出来时发生撞击留下的痕迹。(如下图)

  

  图:气缸顶部撞击气门的痕迹

  气门的行程虽然不大(一般6~11mm,具体视发动机而异),但这个动作让人联想起了游戏厅里面的推金币机,推台每次就不紧不慢地移动那么一点点,金币就悬在悬崖边缘,要么没事,要么就是雪崩效应。

  

  图:Coin Pusher游戏机

  所以,任何碎片被推向气缸底部,只要超出悬崖边缘,就会被高速转动的连杆剩余部分撞到,碎片乱崩,造成新的损伤,大致的效果看下图吧!

  

  图:连杆大头撞到超出边缘的碎片

  为啥我脑补出这个场景呢?我们仔细来看看其中一块碎片上的伤痕特写。

  

  图:这块碎片上的磕碰伤特写

  

  图:这块碎片完好时应该是这么帅

  这个碎片的两侧棱角全部被“钝化”,从这个现象看,它一定经历了很多的摔打撞击,才变得面目全非的。

  这个时候,铝屑早已在油道里横行,轴瓦已经出现抱死前兆,只不过其他气缸的机械结构是完好的,爆炸力仍旧在推动机件生硬运转,奋力对抗摩擦抱死。而第3缸呢,由于轴瓦提前“灰飞烟灭”,所以偏偏这里没有出现抱死,残余的连杆松散地套在曲轴上,跟着曲轴一起任意甩,大有流星锤一般,走哪撞哪的感觉。

  接下来应该断裂的就是3号断口了,因为一圈看下来,就这里截面最小,属于薄弱点,也容易受到撞击。虽然4和5的等效截面积仅仅是螺栓,但高强度螺栓的应力极限还是比连杆皮实的。

  

  图:接下来轮到3号断口了

  

  图:此处被撞断,3号断口产生

  为什么这么肯定该轮到3号断口呢?后面还有一个重要特征为支撑,跟着诺诺往下看哈。

  话说这台水平对置发动机,曲轴箱非常紧凑,比传统直列4缸机狭小多了,所以任何进入曲轴箱的碎片,都会显得非常“膈应”。我从网上找到了一张比较清楚的发动机剖面图。

  

  图:发动机解剖图

  

  图:紧凑的曲轴箱

  上图的黄色箭头,其实就是曲轴箱的空隙,似乎丢俩1元硬币进去,都会卡住,那么多碎片塞下去,往哪里藏身啊?

  顺便说一下上图里的红色箭头,指的就是上一集提到的肋板平台,就是这个台子挡住了活塞销,连杆小头而后被扯烂,在这张图片上正好看得比较清楚。

  

  图:第5集提到的气缸底部肋板结构

  有人可能要问,不是还有油底壳么,碎片不会掉到油底壳里么?我们来看看这个发动机的油底壳里有什么吧!

  

  图:油底壳上方的护板

  这里竟然有一个护板挡着!护板上面就是曲轴,下面是油底壳,3号缸正对这个护板上方,大号碎片是掉不下去的,被这个板子托着,继续跟曲轴滚~来~滚~去~… 你看,护板上也出现了明显凹陷,伤痕和金属屑到处都是。

  怎么感觉像是往嘴里塞了一堆碎玻璃,咽不下去,也吐不出去,还得不停翻腾呢?伤害指数瞬间爆表。

  既然说到这里,我们就聊聊缸体穿孔的事儿吧。如果所有的碎片都老老实实呆在气缸里的话,缸体一定是不会被打穿的。大块碎片开始掉入狭窄的曲轴箱里,这时,飞速旋转的曲轴,就像流星锤,长条形的碎片就好比凿子。大家见过石匠凿刻石头么?现在发动机里,大致就是这样的场景,锤子、凿子乱飞,不知道哪一锤下去可以敲到凿子。

  

  图:石匠用凿子凿石头

  还是源于空间实在太狭小,缸体受损的概率一点也不低。于是很快,曲轴扮演了锤子,大号碎片扮演了凿子,咚的一声,缸体穿孔了!

  

  图:缸体穿孔图

  从上图可以看到,这一片区的内伤非常多,每个地方都在拼访问量,哪里的访问量突破了该处的材料极限,围墙就爆了!

  也可以说,在穿孔之前,发动机里一定有很不正常的敲击声,而且持续时间不短,直到缸壁被捅破。不过,从后面继续的破坏痕迹看,缸体穿孔后,伤害依然还在继续。

  【奇怪的金属屑…】

  在这次事故的金属屑中,我在油底壳里还发现了一种类似寄生虫的丝状金属屑,怎么有这种造型的铝屑呢?

  

  图:油底壳里找到的奇怪金属屑

  

  图:把金属屑拼成一匹马,哈哈!

  这个金属丝是哪里来的呢?我把这个作业布置给北京店的技师分析去了。后面有了结果,我们再聊。

  哦,对了,诺诺还没有聊完连杆的死因呢。目前还有4、5断口没有交代,以及为什么诺诺这么有把握断定,3号断口是先于4、5发生的呢?我们也放在下回再聊吧。不出意外的话,第7集也应该是大结局了,下集再见哈。

  

auto.sohu.com true 爱车的诺诺iCheNuonuo http://auto.sohu.com/20160830/n467032181.shtml report 6001 【写在前面】这一集接着说连杆怎么断成5截的,本想第五集就聊完连杆,哪知写着写着就超字数了。我估计这个系列的阅读量会呈现下降趋势,因为对技术感兴趣的直男不多,能一
最后修改于2016-08-31 21:26:37 阅读(0)
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