某汽油发动机连杆断裂的分析

来源：SCI期刊网 分类：建筑论文 时间：2022-01-27 09:55 热度：

摘 要：摘要：针对某车型汽油发动机连杆断裂问题，对连杆断口进行了分析。if,0用鱼刺图排查思路进行了原因排查，然后进行了故障复现试验，更改了早燃保护策略压力控制阀值，有效解决了连杆断

　　摘要：针对某车型汽油发动机连杆断裂问题，对连杆断口进行了分析。if,0用鱼刺图排查思路进行了原因排查，然后进行了故障复现试验，更改了早燃保护策略压力控制阀值，有效解决了连杆断裂问题。

　　关键词：连杆断裂增压压力控制阀值

　　引言

　　连杆是发动机的关键零件，它将活塞承受的气动力传给曲轴，并使活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动【”。在发动机运行过程中，连杆处于高速运动中，主要承受气体压力和往复惯性力所产生的交变负荷[21。若连杆弯曲断裂失效，会产生活塞碎裂、缸体击穿等严重故障。引起发动机连杆断裂的原因很多，既可能是零部件的质量缺陷，也可能是外部因素的影II[匈[31。本文针对一款增压汽油发动机的连杆断裂失效问题，采用电镜进行断口分析，运用鱼刺图对失效进行系统分析，提出相应的解决方案，经过故障复现，解决连杆断裂问题。

　　1)整车现场排查。原车点火，喷油器顺序喷射，无常喷油现象;原车上电，2 min后未发现泄露的现象;检查空气滤清器滤芯干净无进水现象，读取ECU 数据l缸早燃计数4次。排除由于常喷油及发动机进水造成连杆断裂原因。

　　2)发动机现场拆解。检查主轴瓦及连杆轴瓦无异常磨损;1缸连杆螺栓无松动;气缸盖拆解力矩无异常;检查气缸垫无失效;1缸活塞卡簧有装配痕迹，1缸缸孑L无纵向拉痕;进气道干净无异物;3缸活塞环岸断裂，其他两缸活塞无异常;增压器PWM阀的旁通阀断裂。排除连杆螺栓转矩不足及活塞销卡簧漏装配问题。

　　2.2连杆分析

　　样件因受力已经发生弯曲变形，后发生断裂。宏观断口如图3所示。上侧为受拉侧，下侧为受压侧，断口上半部呈深灰色，下半部呈浅灰与深灰混合，底边有浅灰色亮带。经电镜扫描对断口观察，断口未见明显褶叠等铸造缺陷。断口深灰色区呈韧窝断裂形貌，断口底边浅灰色亮带及浅灰色区域呈解理断裂形貌。初步判断为连杆受压应力冲击，过载发生失稳变形失效。连杆变形后，压应力转变为弯曲应力作用于变形后的连杆，造成弯曲断裂。

　　连杆材料为C70S6，发生故障的1缸连杆金相组织为均匀的细晶粒珠光体和铁素体组织，无片状铁素体，铁素体含量为5%，非机加丁面部分脱碳层为0.10 mm，满足材质要求。发生故障的连杆硬度为 290、290、286 HBW，满足266～310 HBW的要求。通过二维码追溯连杆出厂测量数据，中心距、平行值、扭曲值均满足图纸要求。排除连杆本身材料及尺寸质量问题。

　　连杆CAE强度分析结果表明，疲劳强度安全系数为1.27>1.1，满足设计要求，如图4所示。屈曲安全系数为1.71>1.5，亦满足设计要求。排查连杆本身无设计问题。

　　2.3增压器分析及早燃排查

　　发动机拆解时，发现增压器旁通阀因外力磕碰造成断裂，如图5所示。增压器旁通阀断裂，导致增压器PWM阀产生故障，使增压压力过高，产生早燃。

　　当发动机出现早燃时，ECU进行早燃计数，同时启动发动机早燃保护策略，进行加浓喷油，遏制连续早燃。排查早燃保护策略的设定值，发现增压压力启动阀值为2 560 hPa，进气温度压力传感器物流量程为2 500 hPa。由于进气温度压力传感器量程小于早燃保护策略的启动设定值，造成早燃保护策略失效。

　　综上所述，增压器旁通阀断裂为诱因，早燃保护策略控制阀值设置不合格为主因。增压器旁通阀断裂，导致发动机超增压，造成早燃;发动机早燃保护策略失效，增压压力过高，发动机发生连续早燃，超级爆震产生较大的爆发压力，压应力超过连杆的设计极限，连杆弯曲失稳，最后产生连杆断裂故障。

　　3措施设定及验证

　　将早燃保护策略的启动压力阀值由2 560 hPa 更改为2 490 hPa，小于进气温度压力传感器的物流量程2 500 hPa。为了验证措施的可靠性，进行故障复现验证。故障复现试验工况：M1～M6挡，固定不同挡位全油I'-]/JD速为一个循环(约2 km)。增压器PWM 阀的旁通阀人为破坏断裂，分别进行控制阀值2 560 hPa和2 490 hPa验证。

　　当控制阀值设置为2 490 hPa时，加速过程中，增压压力超过保护阀值(即控制阀值2 490 hPa)，立即触发增压保护策略，节气门开度随即减小，增压压力下降。发动机运行控制178个循环，合计356 km，发动机无异常。如图6所示。

　　控制阀值为2 560 hPa时，加速过程中，增压压力达到传感器最大量程2 500 hPa，但小于保护阀值 (即控制阀值2 560 hPa)，未触发保护策略。高增压压力一直持续到油门踏板松开。发动机运行8个循环，合计16 km，发生连杆断裂缸体击穿。如图7所示。

　　综上所述，早燃保护策略压力控制阀值设置为 2 490 hPa时，有效遏制了早燃引起的连杆断裂，后续试验未发现连杆断裂问题。

　　4结论

　　连杆失效问题是由于早燃引起爆发压力过大，导致连杆过载断裂。本文对引发早燃的增压器及 ECU控制数据进行了排查，并进行了故障复现验证确认，识别出ECU早燃控制策略失效为主因，增压器PWM阀失效为辅因的故障模式。通过改善控制阀值，有效解决了此故障造成的连杆断裂问题。——论文作者：曾云华1’2张杨，孙红兵，甄洪梅，杨隽1

　　参考文献 1陆际清.汽车发动机设计(第一册)【M】.北京：清华大学出版社，1990

　　2杨连生.内燃机设计[M】.北京：中国农业机械出版社，1981

　　3何元章，夏国祥，王文建，等.某发动机连杆断裂原因分析的研究叨.内燃机配件，2012(2)：23—25+29

文章名称：某汽油发动机连杆断裂的分析

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