一起沃尔沃XC60车“捣缸”事故的技术分析

《汽车维护与修理》杂志社 李东江

1 事故经过

一辆车牌号为赣A*****的2015年产沃尔沃XC60车，2021年6月14日，车主在行车过程中发现有异响故障，将车送至佛山市某汽车修理部进行维修，该修理部用故障检测仪读取故障代码（时间为2021年6月14日04:45:18PM），维修人员依据读得的故障代码（图1）诊断为第3缸失火故障，随将第2缸和第3缸的火花塞和点火线圈对调后测试，故障依旧。2021年6月15日车主被告知是点火线圈或发动机控制单元损坏导致缺缸故障。6月16日，修理部再次对调第2缸和第3缸的点火线圈后试车，发生“捣缸”事故，发动机报废。双方经佛山市南海区交通运输局调解，未能就车主提出的维修及赔偿诉求达成协议，终止调解，后诉至佛山市南海区人民法院。受法院委托，广东省南粤质量技术研究院组织技术专家对该车损坏原因进行了技术鉴定，并出具了《产品质量司法鉴定意见书》（2021粤0605民初20178号）。修理部对鉴定结论提出异议，向中国汽车维修行业协会申请技术支持。

图1 涉案车辆进厂后首次读取的故障信息（截屏）

2 “捣缸”事故技术分析

笔者受中国汽车维修行业协会委托，对车牌号为赣A*****的2015年产沃尔沃XC60车“捣缸”事故进行技术分析。

2.1 技术分析依据

（1）广东省南粤质量技术研究院出具的《产品质量司法鉴定意见书》（2021粤0605民初20178号）。

（2）沃尔沃XC60车发动机技术手册。

（3）与沃尔沃汽车4S店和装备与沃尔沃XC60车同款发动机的其他车型（路虎、福特致胜）4S店维修技术人员进行技术交流。

2.2 涉案车辆的基本事实

根据《产品质量司法鉴定意见书》，我们可以得到涉案车辆具有以下几个基本事实。

（1）车主和修理部双方都确认该车在进厂时有异响存在，只是对异响的程度存在表述有差异。

（2）第3缸连杆弯曲并断裂（图2）。

图2 弯曲断裂的第3缸连杆

（3）第3缸活塞破碎（图3）。

图3 第3缸活塞的碎片

（4）第3缸的2个排气门头断裂（图4），2个进气门未断裂，进气门表面和第3缸对应的气缸盖表面存在被撞击的痕迹，其他缸进排气门均完好无损。

图4 第3缸的2个排气门断裂

（5）排气正时链轮固定销紧固位破损，固定销脱落（图5、图6）、排气正时链轮和凸轮轴连接松旷（图7），正时错位（图8）。

图5 解体后进排气正时链轮固定销状况对比

图6 在油底壳中找到的脱落的正时链轮固定销

图7 排气正时链轮和凸轮轴连接松旷

图8 错位的正时

（6）与第3缸对应的气缸体碎裂（图9），气缸壁上有大量深浅不一的伤痕。

图9 第3缸对应的气缸体碎裂

2.3 几个假设及基于假设的故障发生过程推理

2.3.1 第1个假设：第3缸连杆首先断裂

假设第3缸的连杆在本次事件中首先断裂。如果第3缸连杆在本次事件中首先断裂，会捣毁第3缸对应的气缸体，会造成曲轴部位损伤、油底壳破损。但是由于连杆断裂后，第3缸的活塞便失去支撑，无法导致活塞破损。即便气缸中存在异物，也不会造成活塞破损，更不会造成活塞与气门撞击，导致第3缸2个排气门头断裂。另外，鉴定专家组勘察损坏发动机和查询维修记录过程中，没有发现连杆瓦和曲轴轴瓦有烧蚀的痕迹（排除因机油润滑不良造成烧瓦抱轴的可能），未发现发动机有进水迹象（排除因发动机进水，连杆弯曲后疲劳破坏的可能）。可以推断，涉案车辆在发生事故之前，连杆没有弯曲变形，也不存在因烧瓦抱轴造成连杆断裂的可能。因此，第3缸连杆在本次事故中首先断裂，进而捣碎气缸体、油底壳，损伤曲轴的假设不成立。即第3缸连杆不是本次事故的第一发生点。

2.3.2 第2个假设：第3缸活塞首先破损

假设第3缸活塞在本次事故中首先破损。根据鉴定专家组现场勘察资料可以发现，活塞并非烧蚀，而是受到强烈撞击造成的破碎性损坏（图3），即气缸中有金属类异物（气门头断裂、火花塞断裂）首先进入，在活塞运行到上止点时发生撞击，造成活塞被撞击破损，那么活塞就不会是第一损坏点。即使假设第3缸活塞因为其他原因是第一损坏点，活塞已经破损，失去支撑，便不会造成该缸气门头断裂，更不会造成连杆断裂。因此，可以推断，第3缸活塞破碎性损坏并非本车事故的第一发生点。

2.3.3 第3个假设：第3缸排气门头首先断裂

本次事件中，第3缸的两个排气门均在头部发生断裂（图4）。假设第3缸排气门头在本次事件中首先断裂。如果第3缸排气门头在本次事件中首先断裂，断裂的气门头落入气缸，在第3缸活塞运行至上止点（压缩上止点或者排气上止点）时，活塞、断裂的气门头和气缸盖发生撞击，会造成活塞被击碎、连杆断裂、气门头被压变形、气缸盖变形等损伤情况的发生。根据鉴定专家组的现场勘察资料，该车第3缸的2个排气门头均断裂，并有气门头已经被压扁变形的情况（图4），且气缸盖上也存在严重的损伤痕迹，这说明活塞在没有破损的时候，已经有异物（断裂的气门头）存在，这才造成活塞、脱落的气门头、气缸盖，在活塞到达上止点时，发生挤压，造成三者均受损，并致使第3缸连杆断裂，连在曲轴上已经断裂的连杆捣碎气缸体。但是，第3缸的2个排气门同时断裂情况发生的概率几乎为零。那么其中一个排气门单独断裂，在撞击过程中造成另外一个排气门被撞损坏的情况是否存在呢？如果其中一个排气门先断裂，另外一个排气门没有断裂，那么在压缩上止点进排气门全部关闭，不可能造成另外一个排气门断裂。如果情况发生在排气上止点，进气门提前开启、排气门延迟关闭，此时如果一个排气门断裂，的确有可能让提前开启的进气门和延迟关闭的排气门因被撞击而断裂。但是本案车辆进气门完好无损，只有2个排气门均断裂。由此可见，该车2个排气门是一起被撞断裂的，并非1个排气门先断裂，再造成“捣缸”事故发生的。根据上述推断，第3缸的2个排气门头在本次事件中首先断裂的假设并不成立。

2.3.4 第4个假设：排气正时链轮固定销紧固位破损或固定销脱落首先发生

假设排气正时链轮固定销紧固位破损或固定销脱落在本次事件中首先发生。如果排气正时链轮固定销破损或固定销脱落在本次事件中首先发生，造成正时错误。鉴定专家组在鉴定报告中也证实该车正时链条没有跳齿，只是正时错误（根据图8分析，正时应该是错半齿左右）。由于该正时错误是通过排气凸轮轴传递到排气门，活塞因撞击排气门而造成“捣缸”，这种情况只能发生在活塞向上运行到上止点（即压缩上止点或排气上止点）的时候。该事件中是第3缸“捣缸”，那就说明第3缸在“捣缸”事件发生时处于上止点（压缩上止点和排气上止点）附近，根据4缸发动机的工作循序1-3-4-2，当第3缸处于上止点时，第2缸也必然处于上止点（一个缸处于压缩上止点，一个缸处于排气上止点）。由于压缩行程和做功行程中，进排气门均处于全过程关闭状态，此时即使正时错误，进排气门也不可能打开，进排气门处于完全关闭状态，活塞即使是运行到上止点，也不可能撞击到活塞，因此“捣缸”事件不可能发生在压缩上止点附近。由此推断，该事件中“捣缸”事故发生时，第3缸不是处于压缩上止点。那么，如果第3缸此时处于排气上止点，是否有可能导致活塞和排气门相撞的事件发生呢？根据发动机运转时的正时链条受力情况，当发生正时错误时，正时只会向正时延迟方向错，不可能出现链条反向运转，向正时提前方向延迟（发动机不会逆转）。鉴定专家组的拆检结果也证实了该车正时的确是向延迟方向发生了错误。当第3缸处于排气上止点时，进气门会提前开启、排气门会延迟关闭（图10），如果此时正时再向延迟方向发生错误，进气门的提前开启会延迟，即进气门开启高度更小；而排气门，本来就延迟关闭，正时如果向延迟方向错误，排气门的关闭会更加延迟，即此时，排气门升程大于进气门升程。活塞如果此时撞击气门，就只能撞击排气门，且会同时撞击到2个排气门，从而造成2个排气门被活塞撞击同时断裂，这恰恰和该事件中发动机的损坏状况完全一致——第3缸的2个排气门均断裂，2个进气门却完好无损（因为进气门的升程由于正时延迟而小于排气门，因此无法撞击到进气门）。据此判断，排气正时链轮固定销首先破损的假设是成立的。

图10 进气门提前开启，排气门延迟关闭

根据上述分析可知，该车“捣缸”事故是由于排气正时链轮固定销紧固位破损，进而固定销脱落，造成该车正时向延迟方向发生错误，该错误通过凸轮轴机械传动到气门，造成第3缸的2个排气门在第3缸排气上止点时关闭更加延迟，从而造成第3缸活塞与第3缸的2个排气门发生撞击，第3缸的2个排气门头被撞断，第3缸活塞被打碎的同时，第3缸连杆发生弯曲进而断裂，断裂后连在曲轴上的第3缸连杆捣碎缸体、打碎油底壳等。

3 假设的佐证

上述假设是否成立，需要数据进行佐证。

（1）原始故障代码记录情况。该车进厂后，维修人员首次用故障检测仪读取故障代码，根据读得的故障代码（图1）可知：该车在进厂维修时，已经记录了故障代码P0016——曲轴位置/凸轮轴位置关系（缸组1，传感器A）-机械故障-定位或调节错误和故障代码P0017——曲轴位置/凸轮轴位置关系（缸组1，传感器B）-机械故障-定位或调节错误。这充分说明涉案车辆在进厂时，正时错误的故障已经存在。由此可见，故障代码证实了上述基于假设的正时错误造成“捣缸”的推理是成立的。

（2）经咨询相关4S店技术人员得知，如果正时链轮的固定销脱落，便会记录故障代码P0016和故障代码P0017，并且在发动机运转时会伴随有异响发生。根据鉴定报告中提供的当事人笔录，车主方和维修方均承认该车进厂时便已经存在异响的故障现象（虽然双方对异响的程度表述不一致，但异响故障的确已经存在）。这一点也和涉案车辆的实际情况是相符的，从而也证明了上述基于假设的正时错误造成“捣缸”的推理是成立的。

4 事故发生过程推演

根据上述分析可知，现将涉案车辆“捣缸”事故发生的逻辑关系绘制成图11。

图11 涉案车辆“捣缸”事故发生的逻辑关系

5 几点结论

（1）该车“捣缸”事故的发生，是由于排气正时链轮固定销脱落，造成正时错误（向延迟方向错误），在排气上止点时，因排气门关闭更加延迟（本身就会延迟关闭），活塞撞击排气门，同时造成某缸（不一定是3缸，也有可能是其他缸）2个排气门同时断裂（进气门没有断裂）、活塞碎裂、连杆弯曲或断裂，断裂后连在曲轴上的连杆捣碎气缸体，随着曲轴旋转的断裂连杆打碎油底壳、平衡轴等。

（2）该车进厂时，车主和修理厂都确认有异响故障现象存在。首次故障检测时已经存在故障代码P0016和故障代码P0017，这说明该车故障隐患在进厂时已经存在。

（3）由于该车配备的发动机除了在该车上使用之外，在路虎、福特致胜等车上也配备。经与相关4S店技术人员多方调查，此款发动机只要正时链轮固定销脱落，ECM便会记录故障代码P0016和P0017，并且伴随有发动机异响的故障现象。因此，该事件中发动机“捣缸”事故的直接原因是正时链轮固定销脱落。后经多家配备该款发动机车型的4S店技术人员证实，此款发动机正时链轮固定销脱落并非个案，也曾经发生过多起此类案例。

（4）本事故的发生，并非汽车维修企业维修技术人员调换火花塞、点火线圈等直接造成的。但是由于维修人员对该款车维修经验不足，未在第一时间检查该车发动机正时是否正确，造成在检修其他故障时，“捣缸”事故发生，造成了车辆损失扩大。