丰田花冠发动机修理

丰田花冠发动机修理 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 一、丰田花冠发动机的结构组成 图一:发动机的结构 图二 此发动机在设计时将发动机活塞的行程设计的很长，是一 1 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 台长行程发动机，此类发动机在中低速扭力充沛，驾驶性良好，燃烧也完全，能降低HC的污染，也能节省燃油，曲轴采用偏心放置，相对于曲轴中心来说，缸孔中心向进气侧偏移8mm(图二)。从而在最大压力作用时侧压力减小，同时也能改善燃油经济性。 凸轮轴采用正时链条来驱动(图二)。正时链条的寿命长，在正常的使用状况下，发动机用到报废都不需要调整与更换，可靠度比正时皮带高很多。气门采用新的技术，不使用气门调隙片，而以直接选配的方法来控制气门间隙，轻量化使得此发动机使用弹簧系数较低的气门弹簧，进而降低摩擦损失，行驶起来更加省油。 (进气系统: 1 图三 此发动机气门采用较小的气门夹角，且没有采用传统的气门座，而是以激光在气缸头镀上一层较薄的耐磨耗合金来取代气门座(图三)，使得整个气缸盖的体积显得特别的紧凑、燃烧室空间增大，从而能够使用较大的气门，让进排气量更大， 2 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 高速性能得以充分提高。 图四 气缸盖采用垂直的进气道，以增加进气效率。喷油器安装在气缸盖上，防止燃油附在进气道壁上，同时减少废气排放量。气缸盖上水套通路使冷却性能最优，此外，冷却水旁通道设置在进气道下面，以减少部件数量，同时达到减轻重量的目的。进气门和排气门的角度小并设置在29度，以获得一紧凑型气缸盖。采用锥形挤压式燃烧室，使发动机抗爆燃性和燃油利用率得到提高(图四)。 液压间隙调节器位于滚针式摇臂的支点，主要由柱塞、柱塞弹簧、单向球和单向球弹簧组成，通过气缸盖和内置弹簧提供的发动机机油使液压间隙调节器工作。机油压力和弹簧力作用在柱塞上，推动滚针式摇臂抵住凸轮，以调整开启和关闭气门期间产生的气门间隙，从而降低了配气机构的工作噪音(图五)。 3 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 最关键的VVT-I系统是通过凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感、节气门位置传感器、空气流量计和水温传感器将信号传给发动机ECU，再由发动机ECU控制凸轮轴正时机油控制阀来实现系统的正常工作。 图五: 图六:VVT-I正时控制器的内部结构 VVT-I系统控制器与进气凸轮轴耦合的叶片和从动正时链的壳体组成。与进气凸轮轴上的提前或滞后油路传送机油压 4 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 力，使VVT-I控制器实行控制。主正时链驱动进气侧的VVT-I控制器外壳的链轮，外壳上的另一链轮驱动副正时链，并同时驱动排气侧VVT-I控制器外壳。VVT-I控制器(图六)的内部结构主要由控制器外壳、叶轮、锁销、叶轮回位弹簧、端盖及螺栓等组成。叶轮与凸轮轴是固定的，即为“硬连接”，而控制器外壳与叶轮之间不是硬连接，它们之间可以有相对运动。这一相对运动是由气门正时提前室和滞后室的容积决定，显然容积改变即改变了叶轮与控制器外壳之间的相对角度，也就改变了气门的配气相位。因此，当提前室容积增大，滞后室容积减小，叶轮相对于控制器外壳的转动方向与外壳的转动方向相同，则凸轮轴的相位也就提早，反之亦然。当发动机停止时进气凸轮轴多处在滞后状态，以确保启动性。 图七:锁销 如果液压没有传递至VVT-I控制器紧接着就启动发动机，这时候会对发动机VVT-I系统造成损坏。因此，就必须有一个控制元件来对系统进行保护，这就是锁销(图七)，锁销就相当于一个单向阀，在发动机某种情况下不需要VVT-I系统工作时，就锁止叶片。而在发动机需要系统工作时，则要开启锁销， 5 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 使叶片能自由转动。 回位弹簧的作用是使叶轮回到最滞后的位置，这一位置是发动机停止运转位置，此时提前室容积最小，锁止销在弹簧力 硬作用下被推入控制器外壳的销孔内，于是外壳与叶轮处于“连接”，这有利于发动机正常启动;当发动机启动后，由于系统建立了油压，锁止销在油压的作用下使弹簧被压缩，随之锁止销从控制器外壳销孔内脱出，于是外壳与叶轮之间就可以有相对运动，从而实现对提前室和滞后室容积的控制，能同时对进、排气门的开启和关闭正时进行控制，也就是能控制进、排气门打开和关闭的最大提前角和最大迟闭角。 图八:发动机的工作状态大致分为4个区域 这一系统根据发动机不同的工作状态，连续地调节进、排气门的闭合角度，以实现对凸轮轴相位进行实时智能调节，发动机的工作状态大致分为4个区域(图八)，VVT-I系统根据不同的区域(如图所示的A、B、C及D区域)可以完全实现对配 6 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 气相位进行智能调整。 气门在不同工作状态下实现的正时功能: 图九:A区域工况 A区域工况(图九):怠速、轻载、低温和启动时，发动机转速低，进气量少，为防止出现缸内新鲜充量向进气管内的倒流，VVT-I控制进气门相位滞后，排气门相位提前，即减少了进排气门的叠开角，以便稳定燃烧，增加低速转矩，提高燃油经济性和环保性。 图十:B区域工况 7 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 B区域工况(图十):中等载荷，发动机属于正常工况，为了降低NOx排放，VVT-I控制提早进气门开启角，推迟排气门关闭角，其目的是让部分废气倒流入进气管，降低了进入到气的氧含量和混合气的燃烧温度，起到提高内部EGR率的效果，缸 从而降低NOx的排放;另一方面，这一配气相位的好处也能降低泵气损失，改善燃油经济性。 图十一:C区域工况 C区域工况(图十一):高速、重载，由于发动机转速较高，相当于发动机的换气时间缩短，因此，VVT-I控制排气门开启角度提前，同时应推迟进气门迟闭角，以最大程度低利用高转速时的气流惯性，充分进行过后充气，提高充气效率，满足发动机高速时动力性的要求。 图十二:D区域工况 8 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 D区域工况(图十二):低中转速、大负荷VVT-I控制排气相位，使之适当推迟，即排气门开启角推迟，同时控制进气门相位提前，即减小进气门迟闭角，这样可提高充气效率，减小进气损失，使发动机获得最大转矩。 2. 燃油系统 9 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 图十三: 采用了无回油系统，以减少燃油蒸气排放量，与燃油泵合为一体的燃油滤清器、压力调节器、燃油油位传感器和燃油切断阀，可以断开发动机部件的回油，并能防止燃油箱内部温度升高(图十三)。燃油泵使用快速连接器连接带燃油软管的燃油管，以提高维护的方便性，喷油器为12孔型，以提高燃油雾化程度。 10 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 3. 点火系统 图十四: 采用了直接点火系统(DIS),DIS能提高点火正时精度，减少高压损失(图十四)。取消了分电器，增强了点火系统的可靠性，DIS是一个独立的点火系统，每个气缸有一个点火线圈(带点火器)。DIS共提供4个点火线圈，每个气缸一个点火线圈，与点火线圈一体的火花塞帽与火花塞相接触。同时，点火器是封装的，以简化系统。 4. 发动机缸体 气缸体采用轻质铝合金制造，薄的铸铁衬套和气缸体作为一个部件压制而成，衬套较薄，气缸体的气缸孔间相距7mm,因此不能镗缸，缸套有刺状突起，大面积的不规则铸件外面可加强缸套和铝缸体间的附着力，利于散热、降低整体温度及 11 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 减小气缸孔热变形。在气缸体上设置了水泵涡流室和进气道，进气道孔设置在气缸体曲轴轴瓦区域，因此，空气在气缸体底部平稳流过，脉动损失减少，发动机输出性能得到改善，曲轴 体的后轴瓦盖采用梯形架结构，以提高刚性，降低噪声，气缸部加工成圆锥形，以改善与变速驱动桥的连接刚性。 5. 冷却系 图十五:冷却系统 冷却系统(图十五)为全封闭、强制循环型。带旁通阀的节温器位于进水软管上，以保持冷却系统温度分配适当。采用铝散热芯，以减轻重量。在气缸体上发动机冷却液采用U形回流，以确保发动机冷却液平稳流动。此外，气缸盖和气缸体上的旁通道是封闭的。热水由发动机送到节气门以防止结冰。散热器储液罐和风扇护罩被组合成型，以减少部件数量。单冷却 12 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 风扇(图十六)维持冷却系统和空调两者的运转性能。 图十六:单冷却风扇 6. 控制系统: 发动机控制系统包括以下部分:电子燃油喷射系统、智能节气门电控系统、ESA电子点火提前角、双VVT-I智能可变气门正时、燃油泵控制、加热型氧传感器和空燃比传感器加热器控制、燃油蒸汽排放、发动机停机系统、冷却风扇控制。燃油泵控制系统接收来自SRS传感器的信号，当汽车发生正面碰撞气囊展开时，采用燃油切断控制停止燃油泵。发动机ECU检测到来自气囊传感器总成的气囊展开信号，并关闭电路断路继电器。激活燃油切断控制后，将点火开关从OFF切换至ON可取消燃油切断控制，并可重新启动发动机。 二、发动机工作原理 VVT-I包含凸轮轴位置传感器和凸轮轴正时液压控制阀。 13 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 发动机ECU依据曲轴位置传感器、空气流量计和节气门位置传感器的信号确定对叶轮正时的控制指令，液压控制电磁阀根据ECU来的控制信号推动滑阀。压力油在滑阀的控制下有两个方向的流动，一个方向是使提前室容积增加、滞后室容积减小，另一个方向是提前室容积减小、滞后室容积增加，前者配气相位提早，后者配气相位推迟。当ECU判断不需要调整配气相位时，发出保持信号，使滑阀处于中间状态，即压力油不流动，提前室与滞后室容积不变，凸轮轴相位也不变。由于各种原因，VVT-I控制器对凸轮轴的控制不一定准确地把凸轮轴位置调整到与气门相应的理想位置。因此，凸轮轴位置传感器的作用就是检测凸轮轴的实际位置，并把这一位置信号反馈给ECU，对目标叶轮正时进行控制，使凸轮轴的位置精确地处于理想的相位。与此同时，ECU还把水温传感器和车速传感器信号作为修正信号，也对目标叶轮进行修正控制，以根据发动机工作状态实时地对正时相位进行调整。 提前状态根据来自发动机ECU的提前信号，凸轮轴在提前位置，总油压作用到正时提前侧叶片室，使凸轮轴向正时提 前方向转动。 滞后状态根据来自发动机ECU的滞后信号处在滞后位置，总油压作用在正时滞后侧叶片室，使凸轮轴向正时滞后方向转动。 保持状态发动机ECU根据移动状况计算出预定的正时角， 14 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 预定正时被设定后，使凸轮轴正时机油控制阀在空挡位置，保持气门正时直到移动状况改变。调整气门正时在预期目标位置，防止发动机机油在不必要时流出。凸轮轴正时机油控制阀位置处在保持位置。 三、各种传感器的结构和检测方法 1.进气温度传感器 1)结构和电路 进气温度传感器通常安装在空气滤清器之后的进气软管上或空气流量计上，还有的在空气流量计和谐振腔上各装一个，以提高喷油量的控制精度。(图十七)，进气温度传感器内部也是一个具有负温度电阻系数的热敏电阻，外部用环氧树脂密封。它和ECU的连接方式与水温传感器相同。进气温度传感器与ECU的连接电路。 图十七: 15 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 2)进气温度传感器的检测 1)进气温度传感器的电阻检测 ( 进气温度传感器的电阻检测方法和要求与冷却水温度传感器基本相同。单件检查时，点火开关置于“OFF”，拔下进气温度传感器导线连接器，并将传感器拆下;(图十八)所示，用电热吹风器、红外线灯或热水加热进气温度传感器;用万用表Ω档测量在不同温度下两端子间的电阻值，将测得的电阻值与标准数值进行比较。如果与标准值不符，则应更换。 图十八:进气温度传感器的检测 (a加热 b测量) 16 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 (2)进气温度传感器的输出信号电压值检测 当点火开关置于“ON”位置时，ECU的THA端子与E2端子间或进气温度传感器连接器THA与E2端子间的电压值在20?时应为0.5-3.4V。 2. 冷却水温度传感器 1)结构和电路 冷却水温度传感器安装在发动机缸体或缸盖的水套上，与冷却水接触，用来检测发动机的冷却水温度。冷却水温度传感器的内部是一个半导体热敏电阻(图 十九(a))，它具有负的温度电阻系数。水温越低，电阻越大;反之，水温越高，电阻越小(图 十九(b))。 构造 b.电阻与水温的关系) 图十九:冷却水温度传感器(a. 17 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 图二十:冷却水温度传感器的电路 水温传感器的两根导线都和电控单元相连接。其中一根为地线，另一根的对地电压随热敏电阻阻值的变化而变化。电控单元根据这一电压的变化测得发动机冷却水的温度，和其他传感器产生的信号一起，用来确定喷油脉冲宽度、点火时刻等。冷却水温度传感器与电控单元的连接(图二十所示)。 2)冷却水温度传感器的检测 18 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 (1)冷却水温度传感器的电阻检测 A、就车检查 点火开关置于OFF位置，拆卸冷却水温度传感器导线连接器，用数字式高阻抗万用表Ω档，测试传感器两端子间的电阻值。其电阻值与温度的高低成反比，在热机时应小于1kΩ。 B、单件检查 拔下冷却水温度传感器导线连接器，然后从发动机上拆下传感器;将该传感器置于烧杯内的水中，加热杯中的水，同时用万用表Ω档测量在不同水温条件下水温传感器两接线端子间的电阻值。将测得的值与标准值相比较。如果不符合标准，则应更换水温传感器。 (2)冷却水温度传感器输出信号电压的检测 装好冷却水温度传感器，将此传感器的导线连接器插好，当点火开关置于“ON”位置时，从水温传感器导线连接器“THW”端子或从ECU连接器“THW”端子与E2间测试传感器输出电压信号。丰田车THW与E2端子间电压在80?时 应为0.25-1.OV。所测得的电压值应随冷却水温成反比变化。当冷却水温度传感 ”上测试电压值，器线束断开时，如从ECU导线连接器端子“2 当点火开关打开时，应为5V左右。 四、 故障与诊断 1、发动机熄火 1)故障现象 19 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 脚一离开加速踏板发动机就熄火。另外在起车时的瞬间，发动机还喘息。 2)故障诊断与排除 这是一辆手动变速车。首先确认故障症状，试验运转，故 障症状马上就重现了。调查自诊断系统，结果自诊断系统输出的代码表示控制系统正常。拆下火花塞一看，四个火花塞全部都熏黑了。调查燃油压力，燃油压力为250-300kpa，而且随着节气门开度而变化，燃油压力不是火花塞熏黑的原因。为了追查可燃混合气空燃比变浓的原因，对各个传感器展开检查。怠速时真空传感器负压为-75kpa，其输出信号电压为1.4v。冷却水温度传感器在完全暖机后输出信号电压为0.4v。这两个传感器输出信号电压值都是正常的。又调查氧传感器输出信号电压，结果也在基准值之内。到此为止所进行的检查，没有发现使空燃比变浓的原因。但在进行发动机无负荷加速试验后，松开加速踏板，发动机转速曾经一度跌到500r/min以下，然后又返回到怠速转速，即700r/min。调查点火提前角，也没有什么问题。 为使发动机转速保持比较稳定状态，缓缓地放开加速踏板，这样虽然发动机转速变化不大，但稍稍加快操作速度，就产生发动机熄火症状。节气门传感器的开闭信号很可疑。为此接上示波观察仪检查节气门传感器信号电压波形，结果没有出现异常现象。 3)故障 20 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 这次把示波观察仪探头设置在真空传感器上，一边操作节气门蝶形阀一边观察进气歧管压力信号电压变化。结果没有出现见惯了的信号电压波形。在怠速运转状态下稍稍开大节气门，信号电压有一段时间保持持续不变。 但是在此期间，进气歧管已产生很大变化，负压从-75kpa变到-53.30kpa，通常负压有这么大变化，传感器输出信号电压也应该有很大变化。真空传感器特性应该都差不多，为此把其他车上的真空传感器更换上去，再次试验运转。这次真空传感器输出的信号电压正常变化。无负荷加速后发动机转速也掉不下来，反复多次进行急速起车，发动机也没有产生喘息现象。 在无负荷加速时，对两个真空传感器输出信号电压波形进行测量。异常真空传感 ，在松开加速踏板后，信号电压器输出的信号电压峰值为3.6v 持续了3s仍为3.6v。为此节气门蝶形阀关闭后，喷嘴继续增量喷射燃油，导致空燃比过浓，气缸失火，发动机转速急速下降。这虽然是推测，火花塞被熏黑这一事实有力地支持这一推断。 2、发动机怠速不稳 1)故障现象 发动机怠速不稳，排气管有微量的冒黑烟现象，并且燃油消耗量增加，但发动机在中高速行驶中一切正常。 2)故障诊断与分析 先更换过怠速控制阀和两个氧传感器，对油路进行了多次 21 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 清洗，并多次检查相关的线路和插头，但是均未解决该故障。之后，首先用电脑检测仪进行检查，诊断仪显示无故障码存储，由于使用的诊断仪并非原厂专用检测仪，无法查看发动机动态数据，于是进行基本检查。 拆检4个火花塞，发现火花塞的头部都呈黑色。根据该车尾气冒黑烟和火花塞头部有黑色积炭这一现象，初步分析认为该车混合气过浓。而造成混合气过浓的原因有燃油压力过高、喷油器卡滞或漏油、进气压力过大、高压火花过弱或缺火、电控系统问题或发动机机械故障等。 经了解，该车在未发生事故以前并无此故障，并且在钣金修复过程中根本没有拆修发动机，原车线路电控部分没有任何损伤。 接下来检查进气系统，对节气门体、怠速控制阀及相关真空管路进行仔细检查，看是否有堵塞或脏污的地方，影响混合气过浓而导致故障，但是均没有发现异常。随后又测量了气缸压力、燃油压力以及4个点火线圈的高压火花，这些均正常。4个喷油器没有漏油及发卡现象，并且雾化良好，活性炭罐电磁阀工作正常。 用示波器测试前氧传感器信号，发现其信号电压偏低并且杂波过多，而当时发动机混合气实际上过浓。假如氧传感器工作正常，应产生偏高的电压信号。该车氧传感器为新件，传感器自身不会有问题。如果氧传感器自身性能良好，又出现这一 22 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 矛盾现象，考虑只有一种情况，那就是氧传感器检测到错误的 即“伪稀”现象，而“伪稀”信号的发生通常有废气信息—— 以下两种情况。 (1)由于火花塞或个别点火线圈缺火造成的伪稀。当个别火花塞不能正常点火时，气缸内没有燃烧的汽油和空气被排到排气管，被氧传感器检测到混合气太稀。因为氧传感器只是一个监测氧气含量的传感器，所测氧气是否经过燃烧，传感器对此不加区分，未参与燃烧的氧气进入排气管会产生“伪稀”现象。 (2)排气歧管漏气。如果在排气门至氧传感器之间出现泄漏现象，会造成“伪稀”。因为当一个排气脉冲经过漏气区域时，在该脉冲的后面会形成一个低压区，而这一低压区会吸入外面的空气，进入排气管的排气气流中，并经过氧传感器。此时进入到废气中的氧使氧传感器电压下降，从而被控制单元认为混合气过稀需要加大供油量。 3)故障排除 根据以上的测试与分析，第2种情况的可能性较大。起动发动机仔细倾听，发动机排气管接口处有较为轻微的漏气声，经拆检排气管，发现排气管接口垫在事故中有移位痕迹，接口垫已经损坏。 更换排气管接口垫及4个火花塞，考虑到由于控制单元的长效燃油修正功能，已经使控制单元不能准确地进行合理修 23 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 正，因此需对发动机控制单元进行重新学习。随后将车辆行驶几个工作循环，让发动机在各种情况下运行良好。再次试车，车辆症状已经消失。测试氧传感器信号，波形显示完全恢复正常。 3、发动机过热 1)故障症状 发动机过热。发动机长时间怠速运行，结果水温表指针上升，停在过热的区域的里，停下发动机以后，好长时间才恢复正常。 2)故障分析 检查散热器的冷却水水箱，水箱已经空了，拆开散热器盖，散热器内部冷却水也有所减少，因此补充1升左右冷却水，因为短期减少了那么多冷却水，所以应迟早处置，从外部目视检查有没有漏冷却水的地方，结果没有渗漏，缸垫会不会漏冷却水呢，用声音控测仪检查，仪器没有异常反应。 按规定的数量补充冷却水，然后让发动机怠速运行一个小时后，水温表指针渐渐升上来了，再经过一个小时，指针升到危险的红色区域，测量缸盖的温度，缸盖温度与冷却水温度一样，都是98度。试验加热器，加热器没有问题，表明冷却水循环没有问题。 3)诊断与排除 拆散热器盖观察冷却水流动情况，证明温度调节器动作正 24 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 常。但是发动机转速上升，散热器的电动风扇风量比较小，停下发动机调查。冷却水温度虽然高，但风扇离合器却打滑，拆下离合器原以为硅油会流出来，但结果未流出来，发现离合器已经烧坏，有锁死的痕迹。估计是离合器烧坏以后，电动风扇一边转一边打滑，风量严重不足，散器效果极差，因而发动机过热。此车也旧了，经多年使用，使零件老化，以致产生故障。 25 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 结语 发动机故障有关知识是汽车维修的一个重要组成部分。而且每个城市的汽车数量都以惊人的速度增长着，这就表示汽车维修的需求量会越来越大，特别是作为汽车心脏的发动机。因此，我们必须更加全面的了解发动机。然而我相信随着汽车工业的不断发展，汽车技术的不断完善，发动机损坏给人们带来的不便会越来越轻微，也会出现越来越先进的维护措施和不断完善的维修方法。 我相信不久的将来人们不会再为因为发动机故障而烦恼。 26 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 致谢 在这里首先要感谢我的导师孙兴海老师。孙老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出实习到查阅，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计都给予了我悉心的指导。除了敬佩孙老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精 神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。 然后还要感谢大学三年来所有的老师，为我们打下机械专业知识的基础;同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。 27 无锡南洋学院毕业设计(论文)稿纸 参考文献 1、冯渊主编 《汽车电子控制技术》 机械工业出版社 2004 2、赵学敏主编 《汽车发动机构造与维修》 国防工业出版社 2003 3、丛守智主编 《汽车维修技术及设备》 机械工业出版社 1999 4、杨庆彪主编 《丰田轿车电控系统维修速查手册》 电子工业出版社 2005 5、宋森主编 《汽车发动机维修实例》 机械工业出版社 2002 28