車輛工程師剖析「豐田機油問題」:從在美國的召回說起

2020-12-13 駕仕派

最近一段時間,豐田新款RAV4榮放以及雷克薩斯品牌車型機油增多、機油乳化等問題逐漸增多,甚至有RAV4車主說剛提車後開了18公裡,打開機油加注口蓋就發現蓋子上以及發動機裡的機油已經變白了。

同時結合豐田今年2月在美國進行的召回,我們來簡單聊聊這個事情。

首先,機油增多、機油乳化,是不是問題?

答案非常肯定:是問題,而且是比較嚴重的問題。因為發動機內部存在很多的零部件接觸的摩擦副,這些金屬與金屬,這些鋁合金、鍛鋼等等材料,在高速運轉的過程中,全靠發動機的機油,建立壓力潤滑、飛濺潤滑等方式來潤滑摩擦副,確保發動機零部件正常工作,不會過度磨損導致失效。

機油增多,有種情況是汽油在氣缸內沒有充分燃燒,由發動機缸體的缸壁流入油底殼,叫「fuel dilution」,但是「fuel dilution」的出現和外界溫度、標定、工況都有關係,要真有這個問題,也不是那麼容易就能碰到的。

還有一種情況,就是油水混合了,顧名思義就是發動機內部水路裡的冷卻液進入了發動機的油路,導致冷卻液和機油混合,進氣變質,性能下降,出現類似乳化的現象。

針對這次豐田出現問題的現象,我們就先假定問題的原因是油水混合。

下面再來看下豐田在美國進行召回時發布的信息:

Component – ENGINE AND ENGINE COOLING

(發動機以及發動機冷卻)

Summary

Toyota Motor Engineering & Manufacturing is recalling certain 2020 Toyota Avalon Hybrid, Camry, Camry Hybrid and Lexus ES300h and 2019-2020 RAV4 and RAV4 Hybrid vehicles equipped with 2.5L 4-Cylinder engines. Porosity in the engine castings may result in cracks then can allow coolant to leak internally and/or externally.

(亞洲龍混動,凱美瑞,凱美瑞混動,雷克薩斯ES300h,RAV4,RAV4混動,這些裝備了2.5L自然吸氣發動機的車型都在召回之列。發動機鑄造的氣孔會導致裂紋並使冷卻液內部或外部洩露。)

Consequence

A coolant leak can cause the engine to overheat and cause a vehicle stall in conventional gasoline vehicles, increasing the risk of a crash. Additionally, for all involved vehicles, the engine may get damaged mechanically, possibly resulting in an engine oil leak, increasing the risk of a fire.

(冷卻液洩露會導致發動機過熱從而引起汽油版車輛失速,增加碰撞風險。此外,對於所有召回的車輛,可能會導致發動機機械損壞,可能引起機油洩露,增加起火風險。)

這兩段話很短,但是包含了很重要的信息,同時也並沒有講清楚背後的故事。

下面我們來慢慢解讀一下。

發動機的油路,剛才已經說了,是輸送機油到各個摩擦副進行潤滑的。發動機的水路,是輸送冷卻液到各個部位進行降溫的。本來井水不犯河水,大家各幹各的,但是現在機油和冷卻液碰面了。原因不外乎有幾個:

機油和冷卻液在氣缸墊的洩露和混合。作為發動機的主體結構零部件,缸體和缸蓋搭載了發動機幾乎所有的運動零件,缸體和缸蓋不僅是整個發動機的身體,這兩個零件內部還鑄造有複雜的油路和水路。缸體和缸蓋之間的密封全靠氣缸墊的壓力下的密封,多層金屬缸墊輔以對應的密封層,在塑性變形的缸蓋螺栓的作用下被壓縮起動密封作用。所以一旦被拆掉缸墊,按照規定缸墊就必須報廢換新的。缸墊工作在高溫和高壓的環境下,同時壓力和溫度的分布還不平均,再加上要承受爆發壓力的衝擊,一旦缸墊失效,油水混合就幾乎是必然。

但是,一臺正經的發動機,從立項,到量產,要經過設計、樣件、裝機、前期燃燒試驗,修改設計、樣件、裝機等多輪開發試驗,多輪耐久試驗,開硬模,量產件裝機,試驗,生產一致性試驗等等等等試驗。只要按照裝配工藝要求,再加上現代裝配線的自動化程度,防錯以及下線檢測,裝配出問題的可能性幾乎沒有。

如果裝配沒有出問題,另一種可能就是零件本身的質量問題,出現如此大規模甚至跨年份的召回,證明涉及召回的零部件數量很大,會是很多批次的,但是這麼多批次同時出現質量,也不大可能,因為供應商量產狀態的生產、工藝、檢測等等都會做審核和檢測。

最後,那就只剩下設計問題了,而如果真的是設計問題,這個設計有問題的缸墊,很難通過這麼多輪試驗做到一次差錯都沒出,然後一到市場上立馬出問題的。

那麼,如果缸墊出問題的可能性不大,就是缸體了。為什麼說是缸體不是缸蓋呢?機油泵、水泵,這兩個油路和水路的動力源,都安裝在缸體上。這就使得缸體裡油路水路內部工作時的壓力都會高於缸蓋,所以缸體的風險會更高。

說缸體,我們同樣還是從供應商質量和設計兩個角度來說。但是這裡,就不能簡單的排除其中任何一個了。

現代發動機常用鋁合金高壓鑄造來製造缸體,在鋁水的澆注過程中,越靠近模具裡流道末端,鋁水的速度越低,在澆注以及冷卻過程中出現氣孔的可能性就越大。並且氣孔的出現,可以說是無法避免的。所以對於缸體的洩露測試就很重要——缸體洩露測試的標準以及合格範圍,決定了在現有供應商工藝水平下的報廢率,也決定了缸體最後的質量。這個洩露標準的制定,一般基於OEM自身的經驗和對鑄造的理解,同時也會參考供應商的經驗標準。洩露標準一般會明確標註在圖紙上,或者以另外的規範形式做要求。

現在汽車對於發動機的體積和重量要求越來越高,所以缸體也是在力所能及的範圍內儘可能做得小,做得輕。這對於缸體內部水路油路的設計分布,就是很大的挑戰。尤其對於分布在缸體外側或者澆注口遠端的靠得很近的油路水路,一旦鑄造質量不理想導致氣孔甚至裂紋,油水在壓力作用下就會開始滲透並互相混合。可是出現這種問題,也不能簡單說就是供應商的質量問題,還是設計問題。所謂合乎質量要求,就是按照OEM的規定做到了,就是合乎要求,但是這個規定本身有沒有問題,這塊的設計是否合理,都不是能很快說清楚的問題。所謂「design to fail」,就是說的好的設計,就應該極力避免出現失效的可能。

那麼,回到豐田召回的事兒上。豐田說了:

Toyota will notify owners, and dealers will inspect and replace the engine including the engine block, as necessary, free of charge.

好了,承認了是缸體的問題,寫明白了。再一個,「免費換發動機?」這是當然的,油水混合,機油乳化之後,整臺發動機有些全部摩擦副磨損失效的風險,解決方案只能是換發動機。發動機的錢,加上工時費,這絕對是一筆很大的錢,甚至可以影響到豐田的2020年財報。

誰來付這個錢?首先肯定是豐田兜了。然後,就得看這個缸體是豐田自己做的,還是供應商做的了。如果是自己做的,只能自己吞苦水。如果是供應商做的,這就得和供應商好好嘮嘮了,「是不是你工藝有問題?是不是你下線檢測有問題?是不是你做審核時候沒給我看真實數據?」供應商呢,那肯定是極力表示不是自己的責任了,「是你測試標準有問題,是你測試標準沒說明」等等等等。

缸體鑄造事故造成車主正常使用的過程出現開裂,這種聽起來匪夷所思的事故,是不是很少發生?

確實很少發生,但是我之前是鈴木車主,我那臺凱澤西的J24B發動機早期型是出現過這個問題的。比如裝配同款J24B的鈴木超級維特拉就大面積出現了,缸體裂痕、冷卻液漏出的問題。我們現在搜索網際網路依然能找到當年的一些案例。

而當時鈴木採用的政策可以說非常不近人情,車主需要自行付工時費,然後一些易損件,比如曲軸大小瓦片的更換,依然需要車主自費。鈴木只是負責把缸體免費提供。也就是說車主需要自己承擔一萬元左右的維修費用。這是非常不可以接受的,但是據說也有車主鬧得很厲害,沒掏錢就給換了。總之鈴木一直採用的「隱性召回」方式來冷處理這件事,沒有發布任何召回公告,但是私下承認自己製造失誤。

這件事情也成為我購買凱澤西時的一大擔心,但是比較幸運的是,這批缸體鑄造有問題的發動機大部分集中在08、09年,而我的凱澤西製造時間是2012年。實際上2010年之後就很少聽到需要換缸體的事情了,所以我也繼續買了凱澤西,並且高強度駕駛了8萬公裡,沒有出現任何問題。

當然鈴木缸體開裂這件事,與目前豐田的缸體還是有明顯的不同。鈴木缸體開裂都是車輛使用了一定時間,幾萬公裡後出現,而豐田目前很多新車就出現極為嚴重的乳化。鈴木缸體裂痕,讓冷卻液從缸體外側流出,而豐田的缸體問題,則是向氣缸內側留動,讓冷卻液和機油結合在一起。兩者的相同之處就是,你不清楚哪天發動機就報銷了,極大影響駕駛安全。

查詢某車型質量網站可以知道,目前機油乳化自從被個別媒體發現後,車主增加了自查頻率,讓這些曾經只會加玻璃水的豐田/雷克薩斯車主開始學習了發動機的潤滑和冷卻知識。也能自如判斷機油是否乳化了,從3月初開始,豐田2.5L發動機的車款開始「屠榜」了。值得一提是豐田在國內發動機工廠可以查到,目前只有2.0 的是國產的。而RAV4、ES、CAMRY 2.5發動機均為日本進口。

看來進口品質也不一定靠譜,而出口轉內銷的加價到合不攏嘴的ES200表現良好,這種現象真是令人羞愧啊。

作為普通消費者,是不可能看到這個問題背後的企業內部的問題報告等文件的。但是,這背後的故事,也大概就這麼一回事了。豐田如果採取鈴木的態度召回,那必然對其口碑造成巨大的打擊,同時每臺車更換發動機缸體這個項目,每臺車至少花1萬元的召回成本,對於豐田來說,也是非常巨大的財務損失。

文|王曉鵬

圖|網絡

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