一起沃爾沃XC60車“搗缸”事故的技術分析

《汽車維護與修理》雜志社 李東江

1 事故經(jīng)過

一輛車牌號為贛A*****的2015年產(chǎn)沃爾沃XC60車，2021年6月14日，車主在行車過程中發(fā)現(xiàn)有異響故障，將車送至佛山市某汽車修理部進行維修，該修理部用故障檢測儀讀取故障代碼（時間為2021年6月14日04:45:18PM），維修人員依據(jù)讀得的故障代碼（圖1）診斷為第3缸失火故障，隨將第2缸和第3缸的火花塞和點火線圈對調(diào)后測試，故障依舊。2021年6月15日車主被告知是點火線圈或發(fā)動機控制單元損壞導致缺缸故障。6月16日，修理部再次對調(diào)第2缸和第3缸的點火線圈后試車，發(fā)生“搗缸”事故，發(fā)動機報廢。雙方經(jīng)佛山市南海區(qū)交通運輸局調(diào)解，未能就車主提出的維修及賠償訴求達成協(xié)議，終止調(diào)解，后訴至佛山市南海區(qū)人民法院。受法院委托，廣東省南粵質(zhì)量技術研究院組織技術專家對該車損壞原因進行了技術鑒定，并出具了《產(chǎn)品質(zhì)量司法鑒定意見書》（2021粵0605民初20178號）。修理部對鑒定結(jié)論提出異議，向中國汽車維修行業(yè)協(xié)會申請技術支持。

圖1 涉案車輛進廠后首次讀取的故障信息（截屏）

2 “搗缸”事故技術分析

筆者受中國汽車維修行業(yè)協(xié)會委托，對車牌號為贛A*****的2015年產(chǎn)沃爾沃XC60車“搗缸”事故進行技術分析。

2.1 技術分析依據(jù)

（1）廣東省南粵質(zhì)量技術研究院出具的《產(chǎn)品質(zhì)量司法鑒定意見書》（2021粵0605民初20178號）。

（2）沃爾沃XC60車發(fā)動機技術手冊。

（3）與沃爾沃汽車4S店和裝備與沃爾沃XC60車同款發(fā)動機的其他車型（路虎、福特致勝）4S店維修技術人員進行技術交流。

2.2 涉案車輛的基本事實

根據(jù)《產(chǎn)品質(zhì)量司法鑒定意見書》，我們可以得到涉案車輛具有以下幾個基本事實。

（1）車主和修理部雙方都確認該車在進廠時有異響存在，只是對異響的程度存在表述有差異。

（2）第3缸連桿彎曲并斷裂（圖2）。

圖2 彎曲斷裂的第3缸連桿

（3）第3缸活塞破碎（圖3）。

圖3 第3缸活塞的碎片

（4）第3缸的2個排氣門頭斷裂（圖4），2個進氣門未斷裂，進氣門表面和第3缸對應的氣缸蓋表面存在被撞擊的痕跡，其他缸進排氣門均完好無損。

圖4 第3缸的2個排氣門斷裂

（5）排氣正時鏈輪固定銷緊固位破損，固定銷脫落（圖5、圖6）、排氣正時鏈輪和凸輪軸連接松曠（圖7），正時錯位（圖8）。

圖5 解體后進排氣正時鏈輪固定銷狀況對比

圖6 在油底殼中找到的脫落的正時鏈輪固定銷

圖7 排氣正時鏈輪和凸輪軸連接松曠

圖8 錯位的正時

（6）與第3缸對應的氣缸體碎裂（圖9），氣缸壁上有大量深淺不一的傷痕。

圖9 第3缸對應的氣缸體碎裂

2.3 幾個假設及基于假設的故障發(fā)生過程推理

2.3.1 第1個假設：第3缸連桿首先斷裂

假設第3缸的連桿在本次事件中首先斷裂。如果第3缸連桿在本次事件中首先斷裂，會搗毀第3缸對應的氣缸體，會造成曲軸部位損傷、油底殼破損。但是由于連桿斷裂后，第3缸的活塞便失去支撐，無法導致活塞破損。即便氣缸中存在異物，也不會造成活塞破損，更不會造成活塞與氣門撞擊，導致第3缸2個排氣門頭斷裂。另外，鑒定專家組勘察損壞發(fā)動機和查詢維修記錄過程中，沒有發(fā)現(xiàn)連桿瓦和曲軸軸瓦有燒蝕的痕跡（排除因機油潤滑不良造成燒瓦抱軸的可能），未發(fā)現(xiàn)發(fā)動機有進水跡象（排除因發(fā)動機進水，連桿彎曲后疲勞破壞的可能）。可以推斷，涉案車輛在發(fā)生事故之前，連桿沒有彎曲變形，也不存在因燒瓦抱軸造成連桿斷裂的可能。因此，第3缸連桿在本次事故中首先斷裂，進而搗碎氣缸體、油底殼，損傷曲軸的假設不成立。即第3缸連桿不是本次事故的第一發(fā)生點。

2.3.2 第2個假設：第3缸活塞首先破損

假設第3缸活塞在本次事故中首先破損。根據(jù)鑒定專家組現(xiàn)場勘察資料可以發(fā)現(xiàn)，活塞并非燒蝕，而是受到強烈撞擊造成的破碎性損壞（圖3），即氣缸中有金屬類異物（氣門頭斷裂、火花塞斷裂）首先進入，在活塞運行到上止點時發(fā)生撞擊，造成活塞被撞擊破損，那么活塞就不會是第一損壞點。即使假設第3缸活塞因為其他原因是第一損壞點，活塞已經(jīng)破損，失去支撐，便不會造成該缸氣門頭斷裂，更不會造成連桿斷裂。因此，可以推斷，第3缸活塞破碎性損壞并非本車事故的第一發(fā)生點。

2.3.3 第3個假設：第3缸排氣門頭首先斷裂

本次事件中，第3缸的兩個排氣門均在頭部發(fā)生斷裂（圖4）。假設第3缸排氣門頭在本次事件中首先斷裂。如果第3缸排氣門頭在本次事件中首先斷裂，斷裂的氣門頭落入氣缸，在第3缸活塞運行至上止點（壓縮上止點或者排氣上止點）時，活塞、斷裂的氣門頭和氣缸蓋發(fā)生撞擊，會造成活塞被擊碎、連桿斷裂、氣門頭被壓變形、氣缸蓋變形等損傷情況的發(fā)生。根據(jù)鑒定專家組的現(xiàn)場勘察資料，該車第3缸的2個排氣門頭均斷裂，并有氣門頭已經(jīng)被壓扁變形的情況（圖4），且氣缸蓋上也存在嚴重的損傷痕跡，這說明活塞在沒有破損的時候，已經(jīng)有異物（斷裂的氣門頭）存在，這才造成活塞、脫落的氣門頭、氣缸蓋，在活塞到達上止點時，發(fā)生擠壓，造成三者均受損，并致使第3缸連桿斷裂，連在曲軸上已經(jīng)斷裂的連桿搗碎氣缸體。但是，第3缸的2個排氣門同時斷裂情況發(fā)生的概率幾乎為零。那么其中一個排氣門單獨斷裂，在撞擊過程中造成另外一個排氣門被撞損壞的情況是否存在呢？如果其中一個排氣門先斷裂，另外一個排氣門沒有斷裂，那么在壓縮上止點進排氣門全部關閉，不可能造成另外一個排氣門斷裂。如果情況發(fā)生在排氣上止點，進氣門提前開啟、排氣門延遲關閉，此時如果一個排氣門斷裂，的確有可能讓提前開啟的進氣門和延遲關閉的排氣門因被撞擊而斷裂。但是本案車輛進氣門完好無損，只有2個排氣門均斷裂。由此可見，該車2個排氣門是一起被撞斷裂的，并非1個排氣門先斷裂，再造成“搗缸”事故發(fā)生的。根據(jù)上述推斷，第3缸的2個排氣門頭在本次事件中首先斷裂的假設并不成立。

2.3.4 第4個假設：排氣正時鏈輪固定銷緊固位破損或固定銷脫落首先發(fā)生

假設排氣正時鏈輪固定銷緊固位破損或固定銷脫落在本次事件中首先發(fā)生。如果排氣正時鏈輪固定銷破損或固定銷脫落在本次事件中首先發(fā)生，造成正時錯誤。鑒定專家組在鑒定報告中也證實該車正時鏈條沒有跳齒，只是正時錯誤（根據(jù)圖8分析，正時應該是錯半齒左右）。由于該正時錯誤是通過排氣凸輪軸傳遞到排氣門，活塞因撞擊排氣門而造成“搗缸”，這種情況只能發(fā)生在活塞向上運行到上止點（即壓縮上止點或排氣上止點）的時候。該事件中是第3缸“搗缸”，那就說明第3缸在“搗缸”事件發(fā)生時處于上止點（壓縮上止點和排氣上止點）附近，根據(jù)4缸發(fā)動機的工作循序1-3-4-2，當?shù)?缸處于上止點時，第2缸也必然處于上止點（一個缸處于壓縮上止點，一個缸處于排氣上止點）。由于壓縮行程和做功行程中，進排氣門均處于全過程關閉狀態(tài)，此時即使正時錯誤，進排氣門也不可能打開，進排氣門處于完全關閉狀態(tài)，活塞即使是運行到上止點，也不可能撞擊到活塞，因此“搗缸”事件不可能發(fā)生在壓縮上止點附近。由此推斷，該事件中“搗缸”事故發(fā)生時，第3缸不是處于壓縮上止點。那么，如果第3缸此時處于排氣上止點，是否有可能導致活塞和排氣門相撞的事件發(fā)生呢？根據(jù)發(fā)動機運轉(zhuǎn)時的正時鏈條受力情況，當發(fā)生正時錯誤時，正時只會向正時延遲方向錯，不可能出現(xiàn)鏈條反向運轉(zhuǎn)，向正時提前方向延遲（發(fā)動機不會逆轉(zhuǎn)）。鑒定專家組的拆檢結(jié)果也證實了該車正時的確是向延遲方向發(fā)生了錯誤。當?shù)?缸處于排氣上止點時，進氣門會提前開啟、排氣門會延遲關閉（圖10），如果此時正時再向延遲方向發(fā)生錯誤，進氣門的提前開啟會延遲，即進氣門開啟高度更小；而排氣門，本來就延遲關閉，正時如果向延遲方向錯誤，排氣門的關閉會更加延遲，即此時，排氣門升程大于進氣門升程。活塞如果此時撞擊氣門，就只能撞擊排氣門，且會同時撞擊到2個排氣門，從而造成2個排氣門被活塞撞擊同時斷裂，這恰恰和該事件中發(fā)動機的損壞狀況完全一致——第3缸的2個排氣門均斷裂，2個進氣門卻完好無損（因為進氣門的升程由于正時延遲而小于排氣門，因此無法撞擊到進氣門）。據(jù)此判斷，排氣正時鏈輪固定銷首先破損的假設是成立的。

圖10 進氣門提前開啟，排氣門延遲關閉

根據(jù)上述分析可知，該車“搗缸”事故是由于排氣正時鏈輪固定銷緊固位破損，進而固定銷脫落，造成該車正時向延遲方向發(fā)生錯誤，該錯誤通過凸輪軸機械傳動到氣門，造成第3缸的2個排氣門在第3缸排氣上止點時關閉更加延遲，從而造成第3缸活塞與第3缸的2個排氣門發(fā)生撞擊，第3缸的2個排氣門頭被撞斷，第3缸活塞被打碎的同時，第3缸連桿發(fā)生彎曲進而斷裂，斷裂后連在曲軸上的第3缸連桿搗碎缸體、打碎油底殼等。

3 假設的佐證

上述假設是否成立，需要數(shù)據(jù)進行佐證。

（1）原始故障代碼記錄情況。該車進廠后，維修人員首次用故障檢測儀讀取故障代碼，根據(jù)讀得的故障代碼（圖1）可知：該車在進廠維修時，已經(jīng)記錄了故障代碼P0016——曲軸位置/凸輪軸位置關系（缸組1，傳感器A）-機械故障-定位或調(diào)節(jié)錯誤和故障代碼P0017——曲軸位置/凸輪軸位置關系（缸組1，傳感器B）-機械故障-定位或調(diào)節(jié)錯誤。這充分說明涉案車輛在進廠時，正時錯誤的故障已經(jīng)存在。由此可見，故障代碼證實了上述基于假設的正時錯誤造成“搗缸”的推理是成立的。

（2）經(jīng)咨詢相關4S店技術人員得知，如果正時鏈輪的固定銷脫落，便會記錄故障代碼P0016和故障代碼P0017，并且在發(fā)動機運轉(zhuǎn)時會伴隨有異響發(fā)生。根據(jù)鑒定報告中提供的當事人筆錄，車主方和維修方均承認該車進廠時便已經(jīng)存在異響的故障現(xiàn)象（雖然雙方對異響的程度表述不一致，但異響故障的確已經(jīng)存在）。這一點也和涉案車輛的實際情況是相符的，從而也證明了上述基于假設的正時錯誤造成“搗缸”的推理是成立的。

4 事故發(fā)生過程推演

根據(jù)上述分析可知，現(xiàn)將涉案車輛“搗缸”事故發(fā)生的邏輯關系繪制成圖11。

圖11 涉案車輛“搗缸”事故發(fā)生的邏輯關系

5 幾點結(jié)論

（1）該車“搗缸”事故的發(fā)生，是由于排氣正時鏈輪固定銷脫落，造成正時錯誤（向延遲方向錯誤），在排氣上止點時，因排氣門關閉更加延遲（本身就會延遲關閉），活塞撞擊排氣門，同時造成某缸（不一定是3缸，也有可能是其他缸）2個排氣門同時斷裂（進氣門沒有斷裂）、活塞碎裂、連桿彎曲或斷裂，斷裂后連在曲軸上的連桿搗碎氣缸體，隨著曲軸旋轉(zhuǎn)的斷裂連桿打碎油底殼、平衡軸等。

（2）該車進廠時，車主和修理廠都確認有異響故障現(xiàn)象存在。首次故障檢測時已經(jīng)存在故障代碼P0016和故障代碼P0017，這說明該車故障隱患在進廠時已經(jīng)存在。

（3）由于該車配備的發(fā)動機除了在該車上使用之外，在路虎、福特致勝等車上也配備。經(jīng)與相關4S店技術人員多方調(diào)查，此款發(fā)動機只要正時鏈輪固定銷脫落，ECM便會記錄故障代碼P0016和P0017，并且伴隨有發(fā)動機異響的故障現(xiàn)象。因此，該事件中發(fā)動機“搗缸”事故的直接原因是正時鏈輪固定銷脫落。后經(jīng)多家配備該款發(fā)動機車型的4S店技術人員證實，此款發(fā)動機正時鏈輪固定銷脫落并非個案，也曾經(jīng)發(fā)生過多起此類案例。

（4）本事故的發(fā)生，并非汽車維修企業(yè)維修技術人員調(diào)換火花塞、點火線圈等直接造成的。但是由于維修人員對該款車維修經(jīng)驗不足，未在第一時間檢查該車發(fā)動機正時是否正確，造成在檢修其他故障時，“搗缸”事故發(fā)生，造成了車輛損失擴大。