1、凯美瑞2AZ型发动机结构及故障检修技师论文可编辑凯美瑞2AZ型发动机结构及故障检修技师论文 一、凯美瑞2AZ-FE型发动机的组成与原理 1 (一)凯美瑞2AZ-FE型发动机的组成 1 (二)凯美瑞2AZ-FE型发动机的工作原理 8 二、常用工具设备的功能与使用 11 (一)专用工具的功能与使用 11 (二)常用检测设备功能与使用 14 三、凯美瑞2AZ-FE型发动机的检测与诊断 16 (一)常见故障及产生原因 16 (二)典型故障的诊断维修流程 17 (三)故障诊断方法探讨 18 (四)典型故障诊断维修实例 20 结束语 28 参考文献 29毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明
2、本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日 期: 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影
3、印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名: 日 期: 学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 日期:年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和
4、借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名: 日期:年 月 日 导师签名:日期:年 月 日凯美瑞2AZ-FE型发动机结构及故障检修摘要:本篇论文以丰田凯美瑞轿车发动机的结构及常见故障为主题,阐述了该款汽车发动机的具体结构与组成,以及其工作原理。介绍了拆装该发动机的专用工具和常用检测工具。最后列举了凯美瑞2AZ-FE型发动机的具体故障,并进行了理论分析及诊断。关键词:凯美瑞; 2AZ-FE型发动机; 结构; 原理; 专用工具; 故障检修一、凯美瑞2AZ-FE型发动机的组成
5、与原理 (一)凯美瑞2AZ-FE型发动机的组成 1、发动机概要 凯美瑞2AZ-FE型发动机的规格,见表1。表1 2AZ-FE型发动机规格发动机 2AZ-FE缸数和排列 4-缸直线排列气门正时机构 带VVT-i的双顶置凸轮轴16-气门, 正时链燃烧室形状屋脊型平衡轴 有机油泵 链条驱动进气歧管 Cross-Flow燃油系统 EFI SFI排量 cm32,362 缸径x行程 mm 88.5 x 96.0压缩比 9.8最大输出功率 kW rpm123 6,000最大扭距 N?m rpm 224 4,000 点火顺序 1-3-4-2燃油标号 93 或更高机油等级 API 级别 SL, SM, “Ene
6、rgy-Conserving”, or ILSAC 发动机冷却液型号 SLLC 超长冷却液(SLLC 保养时间表: 第一次 160000 km,然后每隔 80000 km。) 2、发动机特性 (1)缸体 缸体和缸盖由铝合金制造;整体的薄铸铁气缸盖垫;水套装置:改善了水温的均匀性 ,如图1。 图1 汽缸体与水套装置 (2)塑性拧紧螺栓(如图2) 缸盖螺栓: 70N?m + 90;曲轴轴承盖螺栓: 40N?m + 90 连杆螺栓: 25N?m + 90;平衡轴室螺栓: 22 N?m + 90缸盖螺栓长度: 141.3 到144.2 mm;曲轴轴承盖螺栓直径R: 7.2 到 7.5 mm 连杆螺栓直
7、径R: 7.0 到 7.3 mm;平衡轴室螺栓长度: 58.3 到 60.3 mm 图2 塑型螺栓 3活塞 只有标准尺寸供应,如图3。 图3 活塞 3、气门正时机构 (1)正时链的自动张紧装置 正时链直接驱动两根凸轮轴;弹簧和发动机机油压力保持平衡;棘齿型不能返回;安装时有正时标记,如图4。 图4 气门自动张紧装置和正时机构 (2)气门机构 VVT-i系统在进气门侧用来改善从低速到中速范围内的扭距,以及改善在高 速时的输出功率。 VVT-i控制器控制进气门的时间开度:进气门的时间开度: +3BTDC上止点 到 43BTDC;进气门的关闭角度: 25ABDC 到 65ABDC ,如图5。 图5
8、VVT-i (3)气门升程用在无调整垫片的气门,如图6。 图6 气门挺柱 4、润滑系统 (1)概要 机油泵由曲轴通过链条来驱动;全流通型;机油泵带安全阀, 机油滤清器带旁通阀;活塞有机油喷嘴润滑,如图7。 图7 润滑系统 (2)机油泵 机油泵由曲轴通过链条来驱动, 是安装在曲轴箱内部的简单装置;有匹配标记并可进行调整的链条张紧,如图8。 图8 机油泵及其驱动方式 5、驱动皮带 (1)更换和安装 带自动张紧器的驱动皮带,用SST顺时针慢慢转动皮带张紧器达3秒钟以上,如图9。 (a)(b)图9 皮带的更换与安装(a)专用工具的使用;(b)皮带的安装方法 6、平衡轴 (1)概要 平衡轴能减少振动;平
9、衡轴的被动齿轮是树脂齿轮,目的是抑制齿轮躁声,实现宁静的运转,(活塞在上下运动时的速度是不同得,这个差异产生惯性力,导致发动机振动。)如图10。 图10 平衡轴 (2)安装要点 平衡轴的齿轮标记对齐;第一缸活塞压缩上止点时把平衡轴安装在曲轴箱的缸体上,如图11。 图11 平衡轴的安装要点 7、点火系统 DIS直接点火系统;火花塞(铱金火花塞: 每 100,000km更换),如图12。 (a)(b) (c)图12 点火系统(a)点火线圈;(b)火花塞;(c)铱金 8、燃油系统 无燃油回油管;油泵集合了汽油滤清器,燃油压力调节器,燃油传感器;当SRS气囊展开时油泵会自动断油,如图13。 图13 燃
10、油系统 9、发动机控制系统,见表2。表2 发动机控制系统 系统 要点EFI 控制燃油喷射量和时间ESA 控制点火时间ETCS-i 控制节气门开度VVT-i 控制进气凸轮轴气门的开闭时间油泵控制 控制油泵工作当SRS气囊展开时油泵会自动断油空调切断控制 在发动机运转时依空调压力大小来控制空调压缩机ON/OFF冷却风扇控制 控制冷却风扇工作空燃比传感器和氧传感器加热控制 维持空燃比传感器和氧传感器的温度在适当的水平燃油蒸发排放控制 控制清除燃油蒸气流量发动机停机 用无效的钥匙试着起动发动机时将停止喷油和点火故障诊断 当发动机ECU侦查到故障时,发动机ECU将故障诊断结果记录下来;这个故障诊断和北京
11、地区的规格是有差别DTC和故障灯亮失效-安全 当发动机ECU侦查到故障时,发动机ECU将控制发动机停机或者按照预先储存的程序来控制发动机 10、充电系统交流发电机(交流发电机皮带轮没有用单向离合器;IC调节器控制输出电压,如图14。图14 发电机1-带轮;2-转子线圈;3-定子(线圈);4-整流器 ;5-IC 调节器;6-B 端子 11、起动系统 起动机行星减速机构-起动机的伸缩导向机构 的起动机,如图15。图15 起动系统 (二)凯美瑞2AZ-FE型发动机的工作原理 2AZ-FE的工作过程可分为:进气行程、压缩行程、做功行程、排气行程。 1、进气行程 活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此
12、时进气门开启,排气门关闭,曲轴转动180。在活塞移动过程中,汽缸容积逐渐增大,汽缸内气体压力从pr逐渐降低到pa,汽缸内形成一定的真空度,空气和汽油的混合气通过进气门被吸入汽缸,并在汽缸内进一步混合形成可燃混合气。由于进气系统存在阻力,进气终点 图中a 点汽缸内气体压力小于大气压力0 p ,即pa 0.800.90 0 p 。进入汽缸内的可燃混合气的温度,由于进气管、汽缸壁、活塞顶、气门和燃烧室壁等高温零件的加热以及与残余废气的混合而升高到340400K,如图16。图16 进气行程 2、压缩行程 曲轴继续旋转,活塞从下止点向上止点运动,这时进气门和排气门都关闭,汽缸内成为封闭容积,可燃混合气受
13、到压缩,压力和温度不断升高,当活塞到达上止点时压缩行程结束。到达压缩终点时,其压力pc可达8002 000kPa,温度达600750K,如图17。 图17 压缩行程 3、做功行程 做功行程时,进气门和排气门依然关闭,当活塞位于压缩行程接近上止点(即点火提前角)位置时,由火花塞产生电火花点燃可燃混合气,混合气燃烧释放出大量的热能,使汽缸内气体的压力和温度迅速提高。燃烧最高压力pZ达3 0006 000kPa,温度TZ达2 2002 800K。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动,并通过曲柄连杆机构对外输出机械能,除了用于维持发动机本身继续运转外,其余用于对外做功。随着活塞下移,汽缸容积增加
14、,气体压力和温度逐渐下降,到达 b 点时,其压力降至300500kPa,温度降至1 2001 500K。在做功冲程,进气门、排气门均关闭,曲轴转动180,如图18。 图18 做功行程 4、排气行程 排气行程时,排气门开启,进气门仍然关闭,活塞从下止点向上止点运动,曲轴转动180。排气门开启时,燃烧后的废气一方面在汽缸内外压差作用下向缸外排出,另一方面通过活塞的排挤作用向缸外排气。由于排气系统的阻力作用,排气终点r 点的压力稍高于大气压力,即pr1.051.20p0。排气终点温度Tr9001100K。活塞运动到上止点时,燃烧室中仍留有一定容积的废气无法排出,这部分废气叫残余废气,如图19。 图1
15、9 排气行程二、常用工具设备的功能与使用 (一)专用工具的功能与使用 1、拆卸曲轴皮带轮 用SST固定曲轴皮带轮,再用SST拆卸曲轴皮带轮,如图20。图20 曲轴皮带轮的拆装1-SST(曲轴皮带轮夹具、配对凸缘卡箍);2-SST(拉器C固定);3-曲轴皮带轮 2、拆卸二号油底壳 油底壳使用密封胶密封,因此使用SST刮下密封胶。(注意:拆卸二号油底壳以前,不要倒置发动机,否则,留在油底壳上的淤泥和金属微粒便可能进入活塞和气缸,从而损坏气缸的内壁。 所以,在油底壳拆卸以前不要倒置发动机。)如图21。图21 拆卸二号油底壳1-SST(油底壳密封切刀);2-二号油底壳;3-一号油底壳 3、拆卸气门 设
16、置SST,使其与气门和弹簧座底部在同一直线上; 上紧SST,使其压缩弹簧并拆卸两块气门锁片;松开SST,拆卸弹簧座和弹簧,然后将气门朝燃烧室的方向往外拉拆卸气门,如图22所示。图22 气门的拆卸1-SST气门弹簧压缩器);2-气门锁片;3-气门;4-气门弹簧;5-气门弹簧座 4、拆卸气门导管衬套 将气缸盖加热到80 到100 176到 212F 之间,以便拆卸。(注意:过度加热将使气缸盖变形。)将SST 放在气门导管衬套上,然后使用锤子敲打SST,从而使衬套通过燃烧室敲出,如图23。图23 气门导管衬套的拆卸1-SST(气门导管衬套的拆卸和更换;2-气门导管衬套;3-加热器 5、安装气门杆油封
17、 安装气门杆油封用适量的发动机机油涂气门杆油封的唇部;将气门杆油封固定到SST 上;将气门杆油封直接推入气门导管衬套中。(注意:进气侧与排气侧的气门杆油封颜色不一样,反向安装可能导致故障。气门杆油封不能再次使用。保证使用一个新的气门杆油封。)如图24。图24 气门杆油封的拆卸1-SST(气门杆油封更换装置);2-气门杆油封;3-弹簧座 6、拆卸活塞销 将活塞径直放入SST 中(注意:如果SST 和活塞倾斜,活塞便可能破裂。);使用一个液压机将SST 往里推并拆卸活塞销,如图25。图25 拆卸活塞销1-SST(活塞销拆卸更换工具);2-连杆;3-活塞销;4-轴承;5-活塞;6-液压机 7、安装油
18、封 在发动机后部油封挡圈和正时链条盖上安装油封。将SST 靠紧油封,然后使用锤子将SST轻轻地敲入油封中,(注意:敲入油封以前,在油封唇部涂上油脂。 油封不能再次使用。 拆卸油封后,确保使用新的更换。)如图26。 图26 安装油封1-SST(油封更换工具;2-油封;3-汽缸体;4-正时链条盖 8、水泵皮带轮拆卸 对正SST 卡爪和维修孔,调节间距把SST 安装到带轮上;夹住SST,拆卸和安装皮带轮固定螺栓,如图27。 图27 水泵皮带轮的拆卸1-SST(活动销扳手臂组件);2-对正间距 (二)常用检测设备功能与使用 1、汽车专用万用表 功用是测量交流电压、直流电压;测量电阻;测量交流电流、直流
19、电流等等,如图28。 图28 万用表 2、IT- 功用:读取故障、清除故障、读取数据流、重置记忆、主动测试、定制等等,如图29。 (a) (b)(c)图29 IT-(a)IT-;(b)和(c)IT-连接方法 3、气缸压力表 气缸压力表的功用是检测发动机气缸的压力。 使用方法:(a)暖机并停止发动机;(b)断开喷油器连接器;(c)拆下点火线圈;(d)拆下火花塞;(e)检查气缸压缩压力:将压力表插入火花塞孔中完全打开节气门起动发动机时,测量压缩压力。 压缩压力:1360KPa;最小压力:980KPa;各气缸之间的差值:100KPa(备注:请使用电力充足的蓄电池,以使发动机转速达到250rpm或更高
20、;用同样方法检查其他气缸的压缩压力;测量必须尽可能快。)如图30。 图30 气缸压力表的使用 4、燃油压力表 功用是测量燃油系统压力。 使用方法:(a)标准电压:11-14V;(b释放燃油系统压力;(c)断开负极端子;d取下输油管接口;(e)将油压表安装在油管接口处;(f)重新接上负极端子;g);使用IT-按以下步骤:DIAGNOSIS/ENHANCED OBD/ACTIVE/FUEL PUMP/SPD;(h)测量燃油压力。燃油压力:发动机怠速304至343KPa;发动机熄火后5分钟 147KPa或更高如。如图31。图31 燃油压力的测量三、凯美瑞2AZ-FE型发动机的检测与诊断 (一常见故障
21、及产生原因 1、发动机不能起动 可能原因:点火系统故障、燃油供给系统故障、起动系统故障、蓄电池故障。 2、冷车起动困难 可能原因:冷车起动困难的根本原因是混合气过稀或过浓。故障原因有喷油器故障、水温传感器故障、进气温度传感器故障、喷油器雾化不良、进气管积碳、点火能量不够、火花塞故障、怠速控制阀故障。 3、热车起动困难 可能原因:水温传感器故障、进气温度传感器故障、多个喷油器漏油或严重雾化不良、喷油器故障、怠速控制阀故障、油压过高、点火能量不足。 4、怠速转速过低 可能原因:怠速控制阀故障、节气门位置传感器信号不正确等。 5、怠速转速过高 可能原因:水温传感器故障、进气温度传感器故障、节气门位置
22、传感器、空气流量计或进气歧管绝对压力传感器)故障、开关信号故障、怠速控制阀故障、节气门体故障、喷油器故障、发动机控制单元故障或匹配设定有问题。 6、发动机加速不良、动力不足 可能原因:燃油系统油压过高或过低、喷油器喷油不良、传感器信号错误、点火能量小、点火正时不正确、气缸压缩压力低、排气管堵塞等。 (二)典型故障的诊断维修流程 发动机正常运行的必要条件是有足够的点火高压与能量、适当的混合器空燃比、正确的点火时刻、正常的气缸压缩压力。若其中一个条件不能满足,发动机将运行不良。在发动机故障的诊断过程中,故障原因与故障现象不可能完全有对应关系,一个故障现象可能对应几个故障原因,也可能一辆汽车同时存在
23、多个故障,表现为一个故障现象。就故障而言,有综合性故障、间歇性故障、单一性故障等。因此,排除故障要遵守故障诊断注意事项,从故障诊断的基本步骤入手,分析故障现象并判断故障的根本原因。下面我们以发动机不能起动为例,介绍它的诊断维修流程,如图32。 图32发动机不能起动的诊断维修流程 (三)故障诊断方法探讨 1、详细的汽车诊断参数 汽车诊断参数是诊断技术的重要组成部分。在不解体的条件下直接测量结构参数十分困难,因此必须通过状态参数进行描述。此时用来描述系统、零件和过程性质的状态参数称为诊断参数。一个结构参数的变化可能引起很多状态参数的变化。究竞选择哪些状态参数作为诊断参数,应从技术上和经济上综合分析
24、来确定。 2、合理使用汽车诊断方法 汽车在工作过程中,各种零件和总成都处于装配状态,无法对其零件进行直接测试,例如汽缸的磨损量、曲轴轴承的间隙等,在发动机不解体的情况下是无法测量的。因此,对汽车进行诊断时都是采用间接测量,如通过振动、噪声、温度等物理量的测量,来间接诊断汽车的技术状况。由于采用间接测量方法进行判断,必然会带来一些“不准确性”,例如,发动机工作时,曲轴主轴承的工作状态可分为正常状态和不正常状态两种情况,如果采用机油温度作为判断轴承工作状态的特征,并将油温分为“正常” 、“过高”两种情况,则可能会产生误判。因为机油温度过高,固然可能是由于轴承运转失常所致,但也可能是其它原因如机油粘
25、度不合适、机油量不足、机油散热器不良等造成机油温度上升。“故障树” 分析法, 是根据汽车的工作特征和技术状况之问的逻辑关系构成的树枝状图形,来对故障的发生原因进行定性分析,并能用逻辑代数运算对故障出现的条件和概率进行定量估计。这是一种可靠性分析技术,它普遍应用于汽车等复杂动态系统的分析。汽车故障的发生带有随机性,属于偶然性事件,如若建立树枝图,并用它来分析故障,则有助于弄清楚故障发生的机理,除可进行定性分析外,还可以根据树枝图中影响故障发生因素的出现概率,定量地预测出故障发生的可能性即故障发生的概率除此之外,汽车诊断方法还有其它的一些方法,概括起来有:经验法、推理法、对比法、替换法、分析法、仪
26、器辅助诊断方法等。对于汽车维修工来说,具体使用哪一种方法,就要看汽车的故障与原因了。 3、灵活运用维修案例 在汽车修理过程中,很多修理工喜欢看案例,但不能照搬案例,那样的话还不如不使用案例,所以要灵活地使用汽车修理案例。在使用案例过程中要遵循以下原则: 一要看经典案例, 目的是了解具有代表性的故障现象与规律;二要看描述生动完整的案例, 目的是了解故障诊断思路以及是如何归纳、推理、总结的:三要看典型案例,目的是了解某一车型的同故障的易发性;四要学习案例的写作与表述,我们很多维修人员会干不会说,会说不会写。其实写作过程非常有利于思维的条理性锻炼。 总之,对待案例千万不能生搬硬套,要举一反三。综上所
27、述,在汽车的诊断过程中,遵循一定的原则很重要,使用正确的诊断方法,对于汽车维修人员来说,能够起到更好的效果。 (四)典型故障诊断维修实例 1、2006款凯美瑞发动机怠速发抖故障检修 (1)车辆信息 车型: 凯美瑞2. 4G;发动机型号: 2. 4L 2AZ- FE;行驶里程: 108500km (2)故障现象 车主反映,该车较长时间没有保养,最近闲置了半个月。故障是着车后发动机怠速抖动严重,稍踩油门发动机抖动加剧且随即熄火。 (3)故障诊断分析 着车后发动机回火,排气管伴有节奏性的突突声,发动机抖动很严重。从这些故障现象我们初步判断为发动机缺缸故障。首先用IT-故障检测仪读取故障代码,却无故障
28、代码显示;观察数据流,数据流也正常。则从发动机非电控部分入手。为了确定是哪个气缸缺缸,我们采用逐缸断火试验法,拔下第一缸的缸线后,发动机工作状态没有任何改变;接着又拔下第二缸的缸线,发动机的工作状态也没有任何改变;当拔下第三缸的缸线后,发动机抖动加剧,随即熄火;拔下第四缸的缸线后,发动机也立即熄火。我们可以判断出这台发动机的一、二缸没有工作。究竟是什么原因使这两个缸没有工作呢? 遵守从易到难的基本原则, 首先我们进行点火系统检测,因发动机能够启动, 那么点火线圈是没有问题。我们取出四个缸的火花塞进行跳火试验, 拆下第一、二缸的火花塞, 发现火花塞污染严重, 表面积碳很多。这是因为这两个气缸缺缸
29、,气缸中的可燃混合气没有充分燃烧而污染了火花塞。对这两个火花塞进行简单清洁后, 再用搭铁方法, 使火花塞六棱螺母和发动机缸盖接触, 断开四个缸的喷油信号线, 然后起动发动机转动, 这时发现第一缸火花塞的陶瓷绝缘体部分向缸盖漏电而发出蓝色的火花, 第二缸的火花塞火花正常。更换一缸的火花塞后, 起动发动机, 一、二缸缺缸故障还在。 难道是油路故障? 于是进行了逐个气缸断火试验, 则其它气缸工作状态良好, 故排除整体燃油油压过低故障。所以只考虑一、二缸喷油器故障, 起动发动机, 把听诊器置于一、二缸喷油器上方, 能听到喷油器发出清脆均匀且有节奏的嗒、嗒声, 因此凭经验可以判断喷油器工作正常。 通过以
30、上两个系统的检测之后, 均未能找到发动机缺缸故障原因。我们又把注意力放在缸压不足的方面, 拆下火花塞, 断开各缸油路, 接上气缸压力表, 运转发动机3-4圈, 测得发动机一、三、四缸缸压正常, 二缸却无缸压。 为了查清无缸压的故障原因, 我们打开气缸盖罩, 一边转动曲轴皮带轮, 一边观察各凸轮与气门调整垫片的运动关系。转动曲轴一周后, 发现第二缸的一个进气门调整垫片被凸轮推下后不能随凸轮转动而上移。用磁棒吸引该气门的调整垫片, 调整垫片上下运动自如。难道是气门弹簧折断了? 我们又把气缸盖拆了下来, 并用专用工具拆下该气门, 发现气门弹簧正常, 气门杆、导管衬套及气门座圈位置积碳非常严重, 重新把气门杆装入导管衬套中, 气门卡滞在导管衬套中不能往复运动, 这是因为过多积碳使气门杆与导管衬套间的配合间隙过小, 第二缸缺缸故障终于发现。检查第一缸的四个气门都正常, 那么为什么也不能正常工作呢? 从维修资料中找到2AZ- FE发动机做功顺序是1- 3- 4- 2, 采用了VVT- i连续可变气门, 正时系统和轻量化的树脂塑料进气歧管, 每个气缸有个独立的长筒式进气口, 利用惯性增压效应提高发动机低、中速时的进气量。当第一缸开始进气行程时, 第二缸正处在压缩行程, 因第二缸的一个进气门卡滞在导管衬套中而常开, 第二缸中的混合气随
