一起沃爾沃XC60車“搗缸”事故的技術(shù)分析

《汽車維護(hù)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(jìn)行維修，該修理部用故障檢測儀讀取故障代碼（時(shí)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(diǎn)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(diǎn)火線圈或發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元損壞導(dǎo)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(diǎn)火線圈后試車，發(fā)生“搗缸”事故，發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢。雙方經(jīng)佛山市南海區(qū)交通運(yùn)輸局調(diào)解，未能就車主提出的維修及賠償訴求達(dá)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(shù)研究院組織技術(shù)專家對該車損壞原因進(jìn)行了技術(shù)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(shù)支持。

圖1 涉案車輛進(jìn)廠后首次讀取的故障信息（截屏）

2 “搗缸”事故技術(shù)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(jìn)行技術(shù)分析。

2.1 技術(shù)分析依據(jù)

（1）廣東省南粵質(zhì)量技術(shù)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(dòng)機(jī)技術(shù)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(dòng)機(jī)的其他車型（路虎、福特致勝）4S店維修技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)交流。

2.2 涉案車輛的基本事實(shí)

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(gè)基本事實(shí)。

（1）車主和修理部雙方都確認(rèn)該車在進(jìn)廠時(shí)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(gè)排氣門頭斷裂（圖4），2個(gè)進(jìn)氣門未斷裂，進(jìn)氣門表面和第3缸對應(yīng)的氣缸蓋表面存在被撞擊的痕跡，其他缸進(jìn)排氣門均完好無損。

圖4 第3缸的2個(gè)排氣門斷裂

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

圖5 解體后進(jìn)排氣正時(shí)鏈輪固定銷狀況對比

圖6 在油底殼中找到的脫落的正時(shí)鏈輪固定銷

圖7 排氣正時(shí)鏈輪和凸輪軸連接松曠

圖8 錯(cuò)位的正時(shí)

（6）與第3缸對應(yīng)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(yīng)的氣缸體碎裂

2.3 幾個(gè)假設(shè)及基于假設(shè)的故障發(fā)生過程推理

2.3.1 第1個(gè)假設(shè)：第3缸連桿首先斷裂

假設(shè)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(yīng)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(dǎo)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(dǎo)致第3缸2個(gè)排氣門頭斷裂。另外，鑒定專家組勘察損壞發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)油潤滑不良造成燒瓦抱軸的可能），未發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)有進(jìn)水跡象（排除因發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水，連桿彎曲后疲勞破壞的可能）?？梢酝茢?，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(jìn)而搗碎氣缸體、油底殼，損傷曲軸的假設(shè)不成立。即第3缸連桿不是本次事故的第一發(fā)生點(diǎn)。

2.3.2 第2個(gè)假設(shè)：第3缸活塞首先破損

假設(shè)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(qiáng)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(jìn)入，在活塞運(yùn)行到上止點(diǎn)時(shí)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(diǎn)。即使假設(shè)第3缸活塞因?yàn)槠渌蚴堑谝粨p壞點(diǎn)，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(diǎn)。

2.3.3 第3個(gè)假設(shè)：第3缸排氣門頭首先斷裂

本次事件中，第3缸的兩個(gè)排氣門均在頭部發(fā)生斷裂（圖4）。假設(shè)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(yùn)行至上止點(diǎn)（壓縮上止點(diǎn)或者排氣上止點(diǎn)）時(shí)，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(gè)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(yán)重的損傷痕跡，這說明活塞在沒有破損的時(shí)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(dá)上止點(diǎn)時(shí)，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(gè)排氣門同時(shí)斷裂情況發(fā)生的概率幾乎為零。那么其中一個(gè)排氣門單獨(dú)斷裂，在撞擊過程中造成另外一個(gè)排氣門被撞損壞的情況是否存在呢？如果其中一個(gè)排氣門先斷裂，另外一個(gè)排氣門沒有斷裂，那么在壓縮上止點(diǎn)進(jìn)排氣門全部關(guān)閉，不可能造成另外一個(gè)排氣門斷裂。如果情況發(fā)生在排氣上止點(diǎn)，進(jìn)氣門提前開啟、排氣門延遲關(guān)閉，此時(shí)如果一個(gè)排氣門斷裂，的確有可能讓提前開啟的進(jìn)氣門和延遲關(guān)閉的排氣門因被撞擊而斷裂。但是本案車輛進(jìn)氣門完好無損，只有2個(gè)排氣門均斷裂。由此可見，該車2個(gè)排氣門是一起被撞斷裂的，并非1個(gè)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(gè)排氣門頭在本次事件中首先斷裂的假設(shè)并不成立。

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

假設(shè)排氣正時(shí)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(shí)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(shí)錯(cuò)誤。鑒定專家組在鑒定報(bào)告中也證實(shí)該車正時(shí)鏈條沒有跳齒，只是正時(shí)錯(cuò)誤（根據(jù)圖8分析，正時(shí)應(yīng)該是錯(cuò)半齒左右）。由于該正時(shí)錯(cuò)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(yùn)行到上止點(diǎn)（即壓縮上止點(diǎn)或排氣上止點(diǎn)）的時(shí)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(shí)處于上止點(diǎn)（壓縮上止點(diǎn)和排氣上止點(diǎn)）附近，根據(jù)4缸發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循序1-3-4-2，當(dāng)?shù)?缸處于上止點(diǎn)時(shí)，第2缸也必然處于上止點(diǎn)（一個(gè)缸處于壓縮上止點(diǎn)，一個(gè)缸處于排氣上止點(diǎn)）。由于壓縮行程和做功行程中，進(jìn)排氣門均處于全過程關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)即使正時(shí)錯(cuò)誤，進(jìn)排氣門也不可能打開，進(jìn)排氣門處于完全關(guān)閉狀態(tài)，活塞即使是運(yùn)行到上止點(diǎn)，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(diǎn)附近。由此推斷，該事件中“搗缸”事故發(fā)生時(shí)，第3缸不是處于壓縮上止點(diǎn)。那么，如果第3缸此時(shí)處于排氣上止點(diǎn)，是否有可能導(dǎo)致活塞和排氣門相撞的事件發(fā)生呢？根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的正時(shí)鏈條受力情況，當(dāng)發(fā)生正時(shí)錯(cuò)誤時(shí)，正時(shí)只會向正時(shí)延遲方向錯(cuò)，不可能出現(xiàn)鏈條反向運(yùn)轉(zhuǎn)，向正時(shí)提前方向延遲（發(fā)動(dòng)機(jī)不會逆轉(zhuǎn)）。鑒定專家組的拆檢結(jié)果也證實(shí)了該車正時(shí)的確是向延遲方向發(fā)生了錯(cuò)誤。當(dāng)?shù)?缸處于排氣上止點(diǎn)時(shí)，進(jìn)氣門會提前開啟、排氣門會延遲關(guān)閉（圖10），如果此時(shí)正時(shí)再向延遲方向發(fā)生錯(cuò)誤，進(jìn)氣門的提前開啟會延遲，即進(jìn)氣門開啟高度更??；而排氣門，本來就延遲關(guān)閉，正時(shí)如果向延遲方向錯(cuò)誤，排氣門的關(guān)閉會更加延遲，即此時(shí)，排氣門升程大于進(jìn)氣門升程?；钊绻藭r(shí)撞擊氣門，就只能撞擊排氣門，且會同時(shí)撞擊到2個(gè)排氣門，從而造成2個(gè)排氣門被活塞撞擊同時(shí)斷裂，這恰恰和該事件中發(fā)動(dòng)機(jī)的損壞狀況完全一致——第3缸的2個(gè)排氣門均斷裂，2個(gè)進(jìn)氣門卻完好無損（因?yàn)檫M(jìn)氣門的升程由于正時(shí)延遲而小于排氣門，因此無法撞擊到進(jìn)氣門）。據(jù)此判斷，排氣正時(shí)鏈輪固定銷首先破損的假設(shè)是成立的。

圖10 進(jìn)氣門提前開啟，排氣門延遲關(guān)閉

根據(jù)上述分析可知，該車“搗缸”事故是由于排氣正時(shí)鏈輪固定銷緊固位破損，進(jìn)而固定銷脫落，造成該車正時(shí)向延遲方向發(fā)生錯(cuò)誤，該錯(cuò)誤通過凸輪軸機(jī)械傳動(dòng)到氣門，造成第3缸的2個(gè)排氣門在第3缸排氣上止點(diǎn)時(shí)關(guān)閉更加延遲，從而造成第3缸活塞與第3缸的2個(gè)排氣門發(fā)生撞擊，第3缸的2個(gè)排氣門頭被撞斷，第3缸活塞被打碎的同時(shí)，第3缸連桿發(fā)生彎曲進(jìn)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(shè)的佐證

上述假設(shè)是否成立，需要數(shù)據(jù)進(jìn)行佐證。

（1）原始故障代碼記錄情況。該車進(jìn)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(jìn)廠維修時(shí)，已經(jīng)記錄了故障代碼P0016——曲軸位置/凸輪軸位置關(guān)系（缸組1，傳感器A）-機(jī)械故障-定位或調(diào)節(jié)錯(cuò)誤和故障代碼P0017——曲軸位置/凸輪軸位置關(guān)系（缸組1，傳感器B）-機(jī)械故障-定位或調(diào)節(jié)錯(cuò)誤。這充分說明涉案車輛在進(jìn)廠時(shí)，正時(shí)錯(cuò)誤的故障已經(jīng)存在。由此可見，故障代碼證實(shí)了上述基于假設(shè)的正時(shí)錯(cuò)誤造成“搗缸”的推理是成立的。

（2）經(jīng)咨詢相關(guān)4S店技術(shù)人員得知，如果正時(shí)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(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會伴隨有異響發(fā)生。根據(jù)鑒定報(bào)告中提供的當(dāng)事人筆錄，車主方和維修方均承認(rèn)該車進(jìn)廠時(shí)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(diǎn)也和涉案車輛的實(shí)際情況是相符的，從而也證明了上述基于假設(shè)的正時(shí)錯(cuò)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(guān)系繪制成圖11。

圖11 涉案車輛“搗缸”事故發(fā)生的邏輯關(guān)系

5 幾點(diǎn)結(jié)論

（1）該車“搗缸”事故的發(fā)生，是由于排氣正時(shí)鏈輪固定銷脫落，造成正時(shí)錯(cuò)誤（向延遲方向錯(cuò)誤），在排氣上止點(diǎn)時(shí)，因排氣門關(guān)閉更加延遲（本身就會延遲關(guān)閉），活塞撞擊排氣門，同時(shí)造成某缸（不一定是3缸，也有可能是其他缸）2個(gè)排氣門同時(shí)斷裂（進(jìn)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(jìn)廠時(shí)，車主和修理廠都確認(rèn)有異響故障現(xiàn)象存在。首次故障檢測時(shí)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(jìn)廠時(shí)已經(jīng)存在。

（3）由于該車配備的發(fā)動(dòng)機(jī)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(guān)4S店技術(shù)人員多方調(diào)查，此款發(fā)動(dòng)機(jī)只要正時(shí)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(dòng)機(jī)異響的故障現(xiàn)象。因此，該事件中發(fā)動(dòng)機(jī)“搗缸”事故的直接原因是正時(shí)鏈輪固定銷脫落。后經(jīng)多家配備該款發(fā)動(dòng)機(jī)車型的4S店技術(shù)人員證實(shí)，此款發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈輪固定銷脫落并非個(gè)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(shù)人員調(diào)換火花塞、點(diǎn)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(yàn)不足，未在第一時(shí)間檢查該車發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)是否正確，造成在檢修其他故障時(shí)，“搗缸”事故發(fā)生，造成了車輛損失擴(kuò)大。