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【诺诺侦破】梗死斯巴鲁发动机的真凶(2)

 小元元 2017-12-29


写在前面

上一集讲到诺诺去北京店考察,接触到了一桩离奇的斯巴鲁发动机惨案:发动机缸体穿孔,活塞裙部被拉断,活塞顶部如饼干般断成两半,发动机内出现大量碎屑。案情调查刚有眉目,又陷入了僵局——活塞好好的,咋就冒出来一个异物,把它卡死了呢?


图:损坏的发动机零件


没有读过上一集的车友,请到爱车的诺诺订阅号(icheNuonuo)查看历史消息。这一集我们继续探寻让活塞卡死的凶手。诺粉们,瓜子饮料准备好!


是谁卡死了活塞?

为了寻找到可疑的碎片,我们把大修现场拆下来的所有零件都看了一遍,意外地在第四缸连杆上发现了奇怪的细节。


图:挤压变形的第4缸轴瓦


可能有人对轴瓦比较陌生。轴瓦是连杆大头里面的摩擦副,由于造型类似瓦片,所以叫轴瓦。


图:轴瓦示意图


轴瓦应该是下图这样的外形(尽管图中轴瓦内壁有些磨损):


图:轴瓦的正常外形


看出奇怪的地方来了吧?第4缸的轴瓦两侧长出了“护翼”,扁扁的,延伸得很远。技师费了很大劲把这片轴瓦从连杆上抠下来,和还算正常的轴瓦合了张影,见下图。


图:轴瓦长出了“护翼”


这个“护翼”咋长出来的呢?我得先科普一下锻造的基本知识了。


古代,工匠把铁条烧红后,锻打成刀剑兵器。因为人们发现铁在温度升高至800℃左右,晶体组织间更容易产生相对运动,金属内部变形阻力急剧减少,呈现高度可塑性,这个时候就容易把它敲成想要的形状。所以自古以来就有“趁热打铁”的说法。


图:高温锻造


锻造,有两个必要条件:

  1.  高温;

  2. 不断地锤击;


我们也可以理解成,这时的铁虽然还是固体,但已经可以在一定的压力下“流动”了(有点橡皮泥的感觉了)。


这种“护翼”其实就是轴瓦材料在满足锻造条件后,软化的金属沿零件缝隙“流动”产生的结果。


有人会说开玩笑,发动机里,泡着机油呢,可以达到800℃么?!


随着制造技术的发展,近现代还出现了低温锻造技术,的确不再需要加热到800℃以上了,但也是数百度的水平,比发动机里的正常温度高得多。


那这里到底达到过多少度呢?我们看看连杆接触轴瓦的表面金属颜色即可。


图:连杆的轴瓦安装面颜色


这种蓝色的痕迹,就是铁材质经历过高温冷却后的效果,即表面生成四氧化三铁的颜色。化学课上学过,要生成这种物质,得让铁在纯氧中燃烧。现实的含氧环境中,把铁加热到400℃以上,并持续足够长时间,冷却下来也会发蓝。这里的蓝色痕迹已经说明很多问题了。(hi~,你们见过频繁暴力制动后,发蓝的刹车盘么?)


加上活塞的上下运动,燃烧冲击,轴瓦又满足了“不断受到锤击”的条件,因此材料在软化状态下,寻找缝隙“横向流淌”,遇到曲轴就开始拐弯前进,流着流着,发动机下课了,一切宣告结束,最终就定格在这种“护翼”造型上了。

图:材料发生流动后的轴瓦


被锻造得最充分的当属出现损坏的第3缸了,轴瓦已经荡然无存,全部从缝隙中“挤出去”了,只剩下游荡在油底壳里的薄薄碎片。


图:第3缸轴瓦的薄片状残骸


其他缸的轴瓦也好不到哪里去,下图就是一片正准备“开溜”的轴瓦,可以明显看到中间部分已经开始变薄、变宽了。


图:中部开始发生变形的轴瓦


插入一句,下面这张图就是第3缸对应的曲轴轴颈,唯独这里油孔没有半点铝屑阻塞,轴颈上也没有铝屑碾磨痕迹,只是轴颈表面发蓝而已。


图:第3缸对应的曲轴轴颈


这充分说明,当铝屑在油路中肆意横行时,这里的轴瓦早已变成薄片,灰飞烟灭了。够大的间隙足以让铝屑畅行无阻,既没有造成堵塞,也没有造成碾磨。


图:曲轴上唯独第3缸处没有铝屑


OK,回到锻造。既然保持着锻打变形,那就轴瓦的的温度一直持续在比较高的区间。这里远离燃烧室,摩擦则是升温的唯一方式,也就是说轴瓦转动时,摩擦产生的热量,已经超出了机油的循环冷却能力,造成轴瓦处持续升温,最终达到了适合锻造钢铁的温度,再加上被燃烧冲击反复锻打,导致失效。


这也说明,发动机处于这个异常工况不是一时半会了,而是有什么原因造成的慢性自残。


如此看来,轴瓦处异常摩擦,导致大量产热,是最初的诱因。过热的轴瓦在燃烧冲击的反复作用下,挤出曲轴缝隙,形成薄片残骸。也只有钢质残片可以把铝质活塞啃出深深的沟槽,它们就是卡住活塞的异物!


图:活塞被异物卡滞形成的挤压沟槽


阻挡活塞下行的凶手终于找到了,上一集里的疑云也随之解开了。但是这件案子还有一个很离奇的现象呢,就是像饼干一样齐刷刷断成两半的活塞,这又是谁干的呢?会不会是爆震给炸的啊?爆震的原因是什么?如果是爆震的贡献,那么会不会是先炸成两半,再扯断下半身呢?… …


我和吴部长的脑子开始乱起来了,让我们先静一下,请等待诺诺下回分解。


图:断成两半的第3缸活塞


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