豐田自動變速箱的故障診斷與維修方案

tags: 自動變速箱    時間:2014-03-11 13:28:04
豐田自動變速箱的故障診斷與維修方案簡介
      「車到山前必有路,有路必有豐田車」,這是豐田汽車公司廣為人知的名言,各型豐田汽車經濟、適用且便於維修的優點深受廣大汽車消費者喜愛,這使得豐……
豐田自動變速箱的故障診斷與維修方案正文
    

「車到山前必有路,有路必有豐田車」,這是豐田汽車公司廣為人知的名言,各型豐田汽車經濟、適用且便於維修的優點深受廣大汽車消費者喜愛,這使得豐田汽車在我國的汽車保有量呈穩步增長的趨勢。在自動變速箱方面,豐田汽車通常採用AW公司生產的自動變速箱,為方便大家理解、掌握和維修,從本期開始,我們就針對豐田汽車自動變速箱的結構特點、改進措施以及故障診斷方法等進行詳細的分析和說明。

一、豐田車系自動變速箱的型號及結構特點:

(一)、變速箱型號

在豐田汽車上,採用的自動變速箱形式較多,其型號主要有:A130L、A131(L)、A132(L)、A140E/L、A141E、A142E、A240E/L、A241E/L/H、A340E/H/F、A341E、A342E、A540E/H、A541E、A650E、A750E/F、A761E、A440F、A442F、U140E/F、U151E/F、U241E、A245E、A246E、U341E、U540E、U541E等。

豐田自動變速箱的型號與通用自動變速箱的型號一樣,都具有比較特定的含義,了解和掌握這些特定的含義,我們便可以先從型號上知道變速箱的一些特點,從而為我們後面的維修工作打下基礎。下面以「A541E」為例,對豐田自動變速箱型號的含義進行說明:

A——代表自動變速箱5——驅動形式:1、2、5--前驅,3、6、7--后驅
4——前進擋個數:3--3前速,4--4前速,5--5前速 1——變速箱的生產序號
E——類型:電控帶鎖止,無「E」--全液控 ;L--變矩器帶鎖止,H或F--四輪驅動

特別說明:上述各型自動變速箱中,A340H、A340F、A540H型,其後面均省略了「E」,它們都是電控自動變速箱,並帶鎖止離合器;A241H、A440F、A442F型自動變速箱,其後均省略了「L」,但均帶有鎖止離合器。對於改進后的自動變速箱,只增加了鎖止離合器或驅動輪的個數,其餘未做改動,只在原型號后加註「L」、「F」或「H」,原型號不變。

(二)結構特點

1、豐田自動變速箱是最早採用電控系統的自動變速箱之一,因此其純液控變速箱較少,現在運用較多的一般都是半電控或全電控自動變速箱,半電控自動變速箱都由一根節氣門拉線調節主油壓(圖一),這種拉線只調油壓,不調換擋點。


圖一 電控波箱的節氣門拉線只調節主油壓

2、在豐田汽車的自動變速箱中,行星齒輪機構大多採用辛普森行星齒輪機構,其特點是共用太陽輪,整體結構比較簡單,這有利於初學者理解和分析變速箱的傳動路線,並掌握其維修方法。

3、豐田四速自動變速箱都由一個超速行星排和一個辛普森行星排組成,一般后驅變速器(如:A340E、A341E等)的超速行星排一般裝在辛普森齒輪機構的前邊,而前驅變速器(如:A140E、A540E等)的超速行星排則裝在變速箱的尾部(辛普森行星排的後邊)。

4、對於比較老款的豐田電控自動變速箱,多數閥體上有三個電磁閥,其中包括兩個換擋電磁閥和一個鎖止電磁閥。當變速箱出現故障進入安全應急模式運行時,電控系統通常將變速箱鎖定在四擋,即變速箱鎖四擋。

5、豐田自動變速箱在機械構造方面,一般都設計有2擋手動帶式制動器(圖二),因此當變速桿置於手動2擋時,車輛都具有發動機制動作用。

6、豐田自動變速箱的變矩器都具有鎖止功能。


圖二 設計的手動2擋制動帶起發動機制動作用

二、施力裝置和傳動路線分析:

豐田自動變速箱型號較多,但行星齒輪機構與傳動線路大體同,這裡以內部結構較典型的A340E自動變速箱為例,對其施力裝置和傳動路線進行說明。該變速箱的行星齒輪機構採用一個單排行星齒輪機構(即超速行星排)和一個辛普森行星排組成,在辛普森行星排中,有一個共用太陽輪,太陽輪和前排齒圈可分別或同時作為動力輸入元件,前排行星架與後排齒圈連為一體作為輸出元件,後排行星架可獨立運動,並與2號單向離合器、低倒擋制動器連接,在低倒擋時制動形成低速擋和倒擋。其動力傳遞示意圖如圖三。


圖三 A340E動力傳遞路線示意圖
1-超速擋制動器2-超速擋離合器3-超速擋單向離合器4-手動2擋帶式制動器5-高速擋/倒擋離合器6-前進擋離合器7-二擋制動器8-1號單向離合器 9-低速擋/倒擋制動器 10-2號單向離合器

各擋施力裝置作用表如下:


A340E自動變速箱各擋施力裝置作用表

從以上元件施力裝置工作表可以看出,該款變速箱在結構上設計有發動機制動作用,當變速桿處於手動2擋時,手動2擋帶式制動器參與工作,固定辛普森行星排的共用太陽輪,所以當車輛下長坡或陡坡時,將變速桿置於手動2擋滑行可產生髮動機制動作用,從而增強車輛的制動效果。而當變速桿處於「D」位時,手動2擋帶式制動器不參與工作,因車輛下坡時驅動輪的轉速比輸入轉速快,1號單向離合器打滑,所以此時車輛無發動機制動作用。

下面以手動2擋的2擋為例,分析其傳動路線為:

變速桿置於手動2擋,動力由輸入軸傳入超速行星排的行星架,由於2擋時超速擋離合器接合,超速擋單向離合器鎖止,將超速行星排連為一個整體,因超速行星排的齒圈與前進擋和直接擋離合器轂連為一體,此時前進擋離合器接合,動力由前進擋離合器輸入到辛普森行星齒輪機構的前排齒圈,又因手動2擋帶式制動器(當車輛滑行時產生髮動機制動作用)與二擋制動器同時參與工作,1號單向離合器鎖止,固定共用太陽輪,因此動力由前排行星架經傳動軸輸出到主減速器。

三、新舊款變速箱的改進說明:

前面我們已經講到,豐田汽車主要採用AW公司生產的自動變速箱,而AW公司是世界上較大的汽車自動變速箱專業生產廠家之一,經過多年的發展,其自動變速箱主要有以下幾個方面的改進:

1、在電控變速箱問世前,豐田液控自動變速箱較少,主要有:A130L、A131L、A132L、A140L等,這種液控變速箱的變矩器都具有鎖止功能,主要應用在80年代以前的老款豐田車型上,現在已被淘汰。

2、到1982年,電控自動變速箱最先在豐田公司問世,並應用在皇冠轎車上;1983年,豐田A140E電控變速箱緊接著問世,並裝在四缸佳美轎車上,它把自動變速箱的發展推上了一個新高點。這款變速箱具有非常高的實用價值,直到現在還應用在排量較小的豐田佳美轎車上。

3、對於老款的豐田電控自動變速箱(如:A140E、A340E等),一般只有三個電磁閥,其中一個負責變矩器鎖止,另外兩個負責變速箱的換擋工作,變速箱的主油壓則由一根節氣門拉線來調節。

4、在機械構造方面,老款自動變速箱的ATF油與差速器油是分開的,差速器與變速箱主體各有一個通氣孔。為便于波箱的維修和保養,後期自動變速箱將差速器油改為波箱油,在結構設計上去掉了分隔兩種油用的雙面油封,並將通氣孔連為一體(圖四),這就避免了由於雙面油封損壞造成兩種油混在一起而損壞變速箱的故障。


圖四 差速器與變速箱主體通氣孔連為一連

5、90年代後期的豐田自動變速箱(如:A341E、A541E等),在電控系統方面做出了一些改進,主要是設計了一個EPC電磁閥,對變速箱的蓄壓器背壓進行調節,從而改善了車輛的換擋平順性。但它對變速箱的主油壓沒有影響,所以這些變速箱仍設計有一根節氣門拉線來調節主油壓。

6、2000年以後的自動變速箱(如:U140F、U540E等),都為全電控自動變速箱。在電控系統方面,不僅設計了一個專門的EPC電磁閥來控制主油壓,還設計了一個或多個換擋平順閥,更好地改善了車輛的換擋平順性和乘座舒適性。

四、工作元件的正確檢測:

1、超速擋離合器的檢查:

豐田自動變速箱的超速擋離合器在1、2、3擋及倒擋都要參與工作,若出現磨損或燒蝕,在超速擋單向離合器打滑時會造成變速箱沒有任何擋位,因此維修時應注意檢查超速擋離合器的靜態油壓是否符合標準。對於豐田前驅自動變速箱,其超速擋離合器一般裝在變速箱尾部,較易出現離合器鼓泄壓現象,維修時還應注意對其動態油壓進行檢測(有條件時可在總成測試機上進行測試。)

2、超速擋單向離合器的檢查:

從上述施力裝置作用表中可以看出,超速擋單向離合器(圖五)負責防止超速行星排中的行星架左轉,若損壞后打滑,則它負責的工作改由超速擋離合器負責,變速箱上所有的擋都還有,但因為超速擋離合器大部分只有2~3張摩擦片(個別的只有1張摩擦片),當車輛負荷急劇增加時(如:起步和急加速時),會出現超速擋離合器輕微打滑,若不及時更換超速擋單向離合器,會造成超速擋離合器連續燒蝕的現象。所以在維修豐田自動變速箱時,應注意檢查超速擋單向離合器是否打滑,可先觀察其磨損的狀況,若磨損嚴重,應直接更換;若未發現明顯磨損,也應進行加負荷的測試和檢查。


圖五 A340E超速擋單向離合器

3、電磁閥的檢查:

豐田電控自動變速箱一般有3~5個電磁閥,其中直徑比較小的兩個是換擋電磁閥,負責「D」位上的4個前進擋,直徑比較大的是EPC和TCC電磁閥,分別負責油壓調節和變矩器的鎖止工作。換擋電磁閥一般都是常閉式通斷電磁閥,阻值為12.5Ω左右,可採用12V電壓直接進行動作測試;EPC和TCC電磁閥一般為脈衝電磁閥(圖六),其阻值約為5Ω,不能直接用12V電壓進行動作測試,否則可能燒壞電磁閥,維修時可採用串接一個燈泡或一個阻值較小的電阻等方式進行動作測試。


圖六 EPC和和TCC電磁閥的阻值較小

五、常見故障分析

1、車輛沒有前進擋或倒擋

在豐田自動變速箱中,車輛出現沒有前進擋或倒擋時比較容易確定故障原因,可先通過基本檢查排除油泵、油壓、液力變矩器等產生故障的可能。通過檢測分析如果判定為變速箱內部機械元件故障,則需要拆解自動變速箱總成,在拆卸前應先分析一下可能的故障原因,下面以A340E為例進行說明。

前進擋不能行駛的可能原因是:超速擋離合器、超速擋單向離合器或前進擋離合器工作不正常;倒擋不能行駛的可能原因是:超速擋離合器、超速擋單向離合器、低倒擋制動器或直接擋離合器工作不正常。一般離合器損壞常見的原因有: 離合器摩擦片燒蝕或脫落; 活塞密封圈或活塞損壞; 離合器殼體損壞泄壓; 輸入軸油道堵塞。

這些故障在拆下自動變速箱後進行解體檢查,很容易發現變速箱的故障部位,大家在維修過程中根據實際需要進行更換或維修就可以了。值得注意的是:對於燒片的自動變速箱,大家應仔細檢查、分析燒片的原因,特別應對離合器的油道(包括閥體、軸和殼體上的油道)及變速箱散熱器進行分析、觀察和清洗,以排除造成離合器片燒蝕的根本原因,防止更換摩擦片后再次出現燒片。

2、冷車進擋衝擊

豐田自動變速箱出現進擋衝擊的故障現象比較常見,一般都是由於油壓調節故障造成,特別是冷車時出現進擋衝擊的機率較大。

案例1:一輛1993年產豐田LS400轎車,搭載A341E自動變速箱,行駛里程19.2萬公里。該車因不走車在一家維修廠進行了自動變速箱大修,維修后出現冷車時,尤其是早晨第一次起動車,將換擋桿掛入D擋,自動變速箱遲滯時間過長,然後內部發出異常的撞擊聲,車輛才可起步行駛。熱車掛擋起步時,自動變速箱接合正常,無撞擊聲。

雖然自動變速箱進行了大修,檢查還應從基礎開始,首先檢查自動變速箱油麵及油質都正常,檢查節氣門接線調整也正常。對自動變速箱進行控制單元診斷,結果無故障碼輸出,由此分析可能的故障原因有以下幾種情況:

(1)自動變速箱離合器間隙過大,冷車時自動變速箱油的粘度大,離合器接合時間延長,造成進擋衝擊大;
(2)儲壓器故障,儲壓器的作用是使離合器接合時動作柔和,損壞后也能造成掛擋衝擊;
(3)閥體故障。換擋閥、調節閥、轉換閥等閥組發卡,冷車時自動變速箱油的粘度大,滑閥動作遲緩,造成衝擊。

本著從簡到繁的維修原則,先就車將閥體拆下解體,仔細觀察發現內部較臟(原修理廠未解體清洗),其中兩個滑閥及滑孔有輕微拉傷痕迹(圖7),分析其在冷車時有卡滯現象。將拉傷的滑閥沾著自動變速器油在閥孔內進行輕輕研磨,使其動作順暢,再清洗乾淨后裝配試車,故障排除。


圖7 閥體滑閥及滑孔輕微拉傷

3、熱車後行駛無力

案例2:一輛豐田皇冠3.0型轎車,搭載A340E自動變速箱,行駛里程26萬公里,該車冷車時動力尚可,熱車時行駛無力,一個小台階都要加很大的油門才能爬上。在起步時,也要加大油門,才可慢慢起步。

從故障現象上分析,故障應由液壓油泄漏引起。為進一步判斷故障,可通過對自動變速箱做失速、液壓等試驗來確定具體的故障部位,具體操作如下:

起動發動機,讓車輛上路運行,待發動機達到正常工作溫度,自動變速箱油溫達到70~80℃后,檢查自動變速箱油麵正常,調整發動機怠速轉速約為800r/min;拉緊手制動器,並用墊木墊住4個車輪。

(1)失速試驗:左腳踩住制動踏板,起動發動機,將自動變速箱操縱桿掛入D擋,然後用右腳將油門快速踏到底(不能超過5秒),讀取發動機轉速。標準值為2350±150r/min,而該車卻達到2800r/min;同樣,試驗R擋的失速轉速也為2800r/min。D、R擋的失速轉速均比標準值高的原因可判定為自動變速箱管路壓力過低,或O/D單向離合器故障。

(2)液壓試驗:將油壓表接到自動變速箱主油道測試孔上,起動發動機,分別記錄下D、R擋在怠速和失速時的油壓值如下表:

油壓值

從以上液壓試驗測量值可知,該車實測油壓均比標準油壓低。根據失速試驗和液壓試驗的結果,結合車輛道路試驗的實際情況,可初步判定該車變速箱油泵存在泄壓故障。將變速箱抬下,首先測量檢查油泵的各個間隙,發現油泵的體隙和齒隙均較大,但未超出使用極限,但油泵齒的端隙(圖8)達到了0.40mm,而標準值為0.05~0.20mm,極限間隙為0.30mm,因此端隙已超過了其使用極限,這樣就可確定故障是由油泵磨損引起的。當車輛在冷車時,由於自動變速箱油的粘度大、泄漏少,油泵產生的工作油壓尚能滿足要求,但熱車后自動變速箱油的粘度變小、泄漏增加,油泵產生的工作油壓降低,因而出現行駛無力現象。更換油泵后,故障排除。


圖8 油量油泵齒端隙

4、解體維修后在D擋和2擋時不走車,手動1擋正常(出現這種故障現象,多數是由於人為裝配錯誤故障造成。 )

案例3:一輛豐田佳美3.0轎車,裝用A540E自動變速箱,行駛里程為12.7萬公里。該車因低倒擋制動器摩擦片燒蝕后無倒擋,在某維修廠進行了大修后,倒擋正常,但又出現了D擋和2擋時不走車的故障。

因該車在維修前無倒擋但有前進擋,經維修后故障剛好相反,出現了有倒擋而無前進擋的故障,因此可判定故障出在變速器內部控制執行元件與傳動機構裝配錯誤。解體檢查變速箱,發現2號單向離合器的方向恰好裝反了(光面應朝前裝配,圖9)。將2號單向離合器重新安裝好,故障排除。


圖9 2號單向離合器光面應朝前裝配

5、熱車後有時無擋

案例4:一輛凌志LS400轎車,裝備了豐田A341E自動變速箱,行駛里程為32.5萬公里。該車檢修發動機后,連續行駛了大約4小時后突然出現加速時發動機空轉,無驅動車輪的感覺。

將汽車拖回廠后試車,車輛又能行駛,檢查變速箱油時發現油位偏低,加足油后試車,發現換擋情況和傳動情況都沒有多大問題,經過幾個小時的連續行駛,均未出現無擋情況,用戶只好將車開走,但第三天又出現行駛中無擋現象,當維修人員趕到現場時(大約間隔1.5小時)又有擋了,且能正常行駛。據駕駛員反應,在行駛中突然出現滑擋的 車靠邊停下,掛入任何行駛擋位均無驅動反應。

因為能夠行駛時,各擋位接合及換擋情況都良好,故可排除變速箱內部出現機械故障的可能性。提取自診斷系統故障代碼,無故障碼存貯。於是分析故障應在液壓控制系統的一些重要閥上(如:安全閥、主油路壓力調節閥等)存在偶爾發卡現象,因此決定拆下閥體進行清洗檢查。在放油時發現變速箱油已經變質,拆開油底殼,發現油底殼內已有較多的油泥、雜質等,濾清器內也覆蓋了很多雜質。解體清洗並研磨滑閥,使其運動靈活,然後更換濾清器后裝車路試,再無上述故障現象發生。

故障總結:長時間沒有更換自動變速箱油及濾清器,在汽車連續行駛后,變速器內部溫度升高,使得閥體壁與滑閥之間的配合間隙發生變化。另外,在高速行駛時發動機轉速較高,相應地油泵轉子轉動的速度也較高,在吸油口處產生的吸力也就很大,一些較細顆粒狀雜質難免被吸入油泵而進入液壓控制系統,並極可能造成滑閥卡滯現象。在停一段時間后變速箱冷卻下來,卡滯部位的間隙正常了,重新起動發動機時突然建立的油壓會對滑閥產生衝擊作用,這樣卡滯的閥又能活動,因此汽車又能正常行駛一段時間。

六、特殊故障分析

案例5:一輛豐田LS400轎車,搭載A342E自動變速箱,在一家修理廠更換了曲軸后油封,車輛出現了上坡時動力不足的現象。

從故障現象上分析,修理廠只更換了曲軸后油封,並沒有對變速箱進行解體,怎麼會造成車輛動力不足呢?考慮到車輛在更換了曲軸后油封時,拆裝過自動變速器,可能是由於自動變速箱上的線路、插接頭或電磁閥、感測器等受到了損傷。因此,首先應查詢自動變速箱控制單元的故障存貯,打開點火開關,超速擋O/D開關置於接通位置,將診斷插座中的TE1和E1端子短接,從儀錶上的O/D OFF燈讀取變速箱故障碼為64,含義為3號電磁閥電路短路或斷路故障,此電磁閥為線性脈衝式電磁閥,用於操縱鎖止離合器的分離和接合。檢查3號電磁閥線束無斷、折處,再檢查電磁閥插接器,發現插接器的鎖銷已斷裂,插接頭鬆動,將插接頭拔下,用萬用表測量電磁閥線圈的電阻為3.6Ω,符合標準,由此說明3號電磁閥本身沒有損壞。將電磁閥插接器重新插牢,並用膠帶固定,試車故障徹底排除。

故障總結:由於電磁閥插接器鬆動,引起3號電磁閥接觸不良,從而造成上述故障現象,若插接器嚴重鬆動,其它幾個電磁閥也會發生故障,故障現象也就不同。在實際維修過程中,我們經常發現一些維修人員將電磁閥插接器鎖銷損壞后,不進行任何處理,這樣在插接器鬆動時易造成車輛各種故障,特別是有些插接頭時緊時松,故障時隱時現,會給診斷造成很大麻煩,所以在維修時一定要注意這些問題。

七、維修裝配注意事項

1、豐田公司生產的后驅自動變速箱,超速擋制動器的油缸是高速擋/倒擋離合器的支撐,由兩根螺栓與變速箱殼體相連接,而這兩根螺栓在油路閥體的下方。因此,只有先拆開油底殼和閥體,才能拆下超速制動器油缸的固定螺栓,這樣才能順利將其拆出。

2、變速箱輸出軸與複合行星排的後行星架之間有一卡簧,拆下該卡簧,才能順利拆下最里端的低速擋/倒擋制動器。

3、豐田公司A340系列的全部自動變速箱,二擋制動器活塞油缸的卡簧是帶倒角的(即為錐形卡簧,圖10),裝配時有倒角的一面應朝前(油泵方向),一旦卡簧被裝反,會因其無法完全入位,頂住工作活塞而使該制動器失效(該卡簧一旦裝反,拆卸時會十分費勁)。


圖10 錐形卡簧帶倒角的一面應朝前裝配

4、負責二擋的1號單向離合器(圖11)凹槽深的一面應朝向二擋制動器活塞,一旦裝反或打滑,將造成變速箱在「D」位上不能升擋。


圖11 1號單向離合器

5、另外,對於豐田公司生產的所有前驅自動變速箱,裝配時需注意2號單向離合器支承轂的光面(加工面)朝前(油泵方向),粗糙面(未加工面)朝後。該單向離合器從施力裝置工作表上看只負責一擋,但裝反后,除了手動一擋和倒擋外,其餘各擋均變成了空擋,從而造成車輛在「D」位上無法行駛。

八、維修方法總結

1、從以上故障實例和上期我們分析的動力傳動路線可知,豐田自動變速箱的超速擋離合器除在超速擋不參與工作外,其它各擋都要參與工作,因而當車輛出現無前進擋或倒擋時,超速擋離合器損壞的可能性較大,因此在維修時應重點檢查超速擋離合器及其油路。

2、豐田自動變速箱的閥體內一般採用小鋼球(圖12)作為節流閥,維修工在拆解、清洗閥體時若不小心,很容易出現鋼球錯裝或少裝的現象。為了防止拆卸時鋼球散落,可在分解上下閥體時將隔板與上側閥體一同提起,鋼隔板下面的鋼球則留在下側閥體內;再將上側閥體連同鋼隔板一同反轉,使隔板朝上,然後再拿掉隔板,這樣可使隔板上下兩側的小鋼球都落入原油路中,不會散落而引起裝配錯誤。


圖12 閥體鋼球與隔板

3、在豐田自動變速箱中,一般都裝有3個單向離合器,對初學者來說,很容易出現裝錯或裝反的現象,為防止單向離合器裝反有以下兩種辨別方法:

(1)記號識別法:在前驅變速箱的2號單向離合器外圈體兩側,一般都有光潔面和粗糙面之分,在沒有拆卸單向離合器支架及卡塊的情況下,光潔面應朝向變速器的前方(油泵方向),即裝配時面向裝配者;

(2)轉動方向分析法:在裝好單向離合器及後排太陽輪后,用力轉動太陽輪傳動軸,順時針傳動應很輕鬆靈活,逆時針傳動應有較大阻力,否則單向離合器已裝反。

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