丰田A341E自动变速器的故障诊断与排除.docx
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丰田A341E自动变速器的故障诊断与排除
毕业论文
题目：
丰田A341E自动变速器的故障诊断与排除
丰田A341E自动变速器的故障诊断与排除
摘要
随着汽车行驶里程的增加，自动变速器的技术性能会逐渐下降，容易产生故障，对行驶性、安全性和排放都有很大的影响。
如果不及时地进行检修，损坏程度就会不断加重，甚至导致自动变速器重要零件的严重损坏，失去修理的价值，最后只能更换总成。
因此，对自动变速器故障，应及时进行检修，切忌不可带故障运行，以免造成更大的损坏。
本文主要阐述丰田A341E自动变速器的工作原理与常见故障诊断和检修方法，并通过两个具体的实例来说明对丰田A341E自动变速器检测和维修方法。
关键词：
自动变速器；故障；诊断
MalfunctionDiagnosisandRepairofToyotaA341EAutomaticTransmission
Abstract
Author：
Tutor：
Withtheincreasingofanautomobilerunningmileage,automatictransmissionofworkingperformancewillgraduallydeclineinfailure，andsteeringperformance,safety,andemissionswillbegreatlyaffected.Ifanautomatictransmissionwithmalfunctionisnotrepairintime,thedamageofitwillcontinuetoincrease,orevenresultinseriousdamagetosomeimportantparts,thelossofrepairvalueisoccur,justthereplacementoftheautomatictransmissionassembly.Therefore,automatictransmissionrepair,maintenanceshouldbetimely,mustnotrunwithmalfunctioninordertoavoidgreaterdamage.Thispaperdescribedtheworkingprincipleofautomatictransmissionandthemaintenanceideasofitscommonfaultdiagnosisarelisted.ThewayofautomatictransmissionisputforwardinaccordancewithdiagnostictestingandmaintenancebytwoexamplesfordiagnosisandrepaironToyotaA341Eautomatictransmission.
Keywords:
automatictransmission;malfunction;diagnosis
1前言
自动变速器在汽车上的运用是一种发展趋势，装用自动变速器的轿车比例在近几年迅速提高。
与传统的手动变速器相比，自动变速器结构复杂，类型较多，它集机械、液压和电子技术于一体，使汽车操作简便、省力、安全、经济。
但突然面对集多种新技术于一体的轿车自动变速器，对使用及维修者来说是种考验。
因它具有对外负载良好的自动调节和适应性，使车辆起步平稳，加速均匀，其减振作用降低了传动系的动载和扭振，延长了传动系的使用寿命，提高了乘坐舒适性、行驶安全性、通过性以及车辆的平均速度。
自动变速器的效率低于机械变速器一直是困扰其发展的一个重要原因。
因此，为适应行业发展的要求，了解和掌握自动变速器的结构、原理与维修，已经成为维修人员和职业院校学生的当务之急。
随着轿车的不断增加，关于轿车的修理方面的要求也越来越严格，这就要求不但具有某一方面的特长，并且在其他方面也要有精通。
这样才能满足日益发展的汽车工业。
A341E自动变速器为研究对象，分析其结构、原理及故障诊断。
自动变速器简单的工作原理是发动机输出的动力经液力变扭器增扭作用后，在行星齿轮变速器中的各行星排作用下实现驾驶员所要完成的各项任务；油泵向液力变扭器和控制系统的液力部分提供所需要的一定压力液压油。
故障诊断是用各种故障诊断方法，对自动变速器的电子进行测试和分析，最后确定故障的具体部位和具体故障部件。
自动变速器的机械系统、液压控制系统和电子控制系统系统故障的诊断方法也不尽相同。
要迅速而准确的诊断出故障的具体部位，必须按照一定的步骤和方法进行。
2概述
液力自动变速器历经采用多元件工作轮液力变矩器、闭锁离合器、增加行星齿轮变速器档位、电子控制等多种方法，使之综合经济性能得到了提高。
最有效的是最近十年来，在控制方面大量应用电子技术，使液力自动变速器的性能上了一个新的台阶。
2.1自动变速器的发展
汽车自动变速器的发展经历了漫长的历程。
1939年至1950年的11年间是液力变速器的成长期。
这时期的结构特点是液力传动不采用液力耦合器，机械变速器部分采用行星齿轮。
这种形式结构虽然简单，成本也低，但液力传动部分只能起到联轴器的作用，不能改变转矩。
而传动转矩的改变则完全靠行星齿轮机构来完成。
1950年，美国福特汽车公司成功的研制了装用液力改变矩的3档液力自动变速器，从此轿车用的液力自动变速器进入了成熟期。
液力自动变速器行星齿轮机构的挡数和速比范围，随着汽车的高速比、低油耗和低噪音等要求不断提高而有增加的倾向，1977年，丰田公司开发的4挡液力自动变速器。
1977年后，日本丰田汽车公司成功以研制了具有超速挡的液力自动变速器。
该变速器采用三元件液力变矩器与多挡行星齿轮相结合的结构，这不但提高了变速器的变矩比，而且使换挡圆滑，传动效率也更高。
辛普森式（Simpson）行星齿轮变速器是在自动变速器中应用最广泛的一种行星齿轮变速器，它是由美国福特公司的工程师H·W·辛普森发明的。
1989年，日产汽车公司开发的5档液力自动变速器都已装车使用，这两种变速器都在原3挡和4挡液力变速器的基础上，加装一组行星变速齿轮机构而形成的。
1983年，日产汽车公司成功研制了4档液力自动变速器用的行星齿轮机构，其最大的特点是结构紧凑，从而为液力自动变速器的多挡化提供了条件。
随着自动变速器的发展，其结构和性能也在不断完善，特别是近年来随着电子技术和自动控制技术在汽车上的应用，出现了电控自动变速器，它包括电控液力机械传动的自动变速器和电控齿轮式机械传动的自动变速器。
电控自动变速器可实现与发动机的最佳匹配，并可获得最佳的经济性、动力性、安全性及达到降低发动机排气污染的目的。
2.2丰田自动变速器的概述
（1）丰田公司变速器型号说明
①三位数字型号的变速器如：
A140E
A为自动变速器；
第一位阿拉伯数字为1、2、5的是前驱变速器；第一位阿拉伯数字为3、4、6的是后驱变速器；
第二位阿拉伯数字为前进档的档数。
第三位阿拉伯数字为产品序列：
0-第一代产品、1-第二代产品、2-为第三代产品；
末端字母：
E-电子控制、H.F-四轮驱动、L-有锁止离合器。
②两位数字型号变速器如：
A42D
A为自动变速器
第一位阿拉伯数字4为后驱变速器；
第二位阿拉伯数字为产品序列，如2-海狮、3-皮卡、5-皇冠、6-大霸王；
D为有超速档。
丰田公司所有的自动变速器都是幸普森式。
（2）自动变速器与手动变速器相比，自动变速器具有下列优缺点：
优点：
①动变速，连续变扭，换档时动力不中断；
②况适应性，操纵方便，安全舒适；
③载荷小，机件寿命长。
缺点：
①构复杂，制造难度大，成本高；
②动效率低，价格高，油耗高；
③维修技术复杂。
2.3自动变速器的组成
丰田自动变速器很多，本文我以丰田A341E自动变速器为例分析。
自动变速器通常由液力变矩器、行星齿轮变速系统、换挡执行器、液压操纵系统、电子控制系统五部分组成如图2-1所示。
图2-1电控液力自动变速器的组成
（1）液力变矩器：
变矩器位于自动变速器的最前端，安装在发动机的飞轮上，其作用与采用手动变速器的汽车中的离合器相似。
（2）行星齿轮变速机构：
行星齿轮机构，是自动变速器的重要组成部分之一，主要由太阳轮（也称中心轮）、内齿圈、行星架和行星齿轮等元件组成。
（3）换挡执行机构：
主要是用来改变行星齿轮中的主动元件或限制某个元件的运动，改变动力传递的方向和速比，主要由多片式离合器、制动器和单向离合器等组成。
（4）液压控制系统：
自动变速器的供油系统主要由油泵、调压阀、油箱、过滤器及管道等组成。
油泵是自动变速器最重要的总成之一，它通常安装在变矩器的后方，由变矩器壳后端的轴套驱动。
（5）电子控制系统：
电子控制的自动变速器设有各种传感器、执行器、ECU。
3丰田车系A341E自动变速器的结构与工作原理
自动变速器能够根据发动机负荷和车速等情况自动变换传动比，使汽车获得良好的动力性和燃料经济性，并减少发动机排放污染。
自动变速器操纵容易，在车辆拥挤时，可大大提高车辆行驶的安全性及可靠性。
丰田A341E自动变速器的结构剖面图如图3-1所示。
图3-1丰田A341E自动变速器结构剖面图
1-变矩器2-锁止离合器3-锁止电磁阀4-油压电磁阀5-换挡电磁阀B6-换挡电磁阀AC0-直接离合器C1-倒档及高档离合器C2-前进挡离合器B0-超速制动器B1-二档制动器B2-抵挡及倒档制动器B3-二档强制制动器F0-直接单向超越离合器F1-抵挡单向超越离合器F2–二档单向超越离合器
3.1液力变矩器的工作原理
目前，轿车上广泛采用由泵轮、涡轮和导轮组成的单级双相三元件闭锁式综合液力变矩器如图3-2所示。
泵轮和涡轮均为盆状的。
泵轮与变矩器外壳连为一体，是主动元件。
涡轮悬浮在变矩器内，通过花键与输出轴相连，是从动元件。
导轮悬浮在泵轮和涡轮之间，通过单向离合器及导轮轴套固定在变速器外壳上。
发动机启动后，曲轴带动泵轮旋转，因旋转产生的离心力使泵轮叶片间的工作液沿叶片从内缘向外缘甩出，这部分工作液既具有随泵轮一起转动的圆周向的
分速度，又有冲向涡轮的轴向分速度。
这些工作液冲击涡轮叶片，推动涡轮与泵轮同方向转动。
图3-2液力变矩器的组成
液力变矩器靠工作液传递转矩，比机械变速器的传动效率低。
在液力变矩器中设置锁止离合器，可以在高速工况下将泵轮与涡轮锁在一起，实现动力直接传递，此时发动机的动力经液力变矩器壳体、锁止活塞、扭转减振器、涡轮轮毂传给后面的机械变速器，相当于将泵轮和涡轮刚性连在一起，传动效率为100％。
3.2行星齿轮变速器的组成
行星齿轮变速器是由行星齿轮机构及离合器、制动器和单向离合器等执行元件组成。
行星齿轮机构通常由多个行星排组成，行星排的多少与档数的多少有关。
丰田A341E自动变速器是由四档辛普森行星齿轮机构和换档执行元件两大部分组成如图3-3所示。
其中四档辛普森行星齿轮机构由三排行星齿轮机构组成，前面一排为超速行星排，中间一排为前行星排，后面一排为后行星排。
丰田A341E自动变速器的结构特点是前排行星架与后排齿圈都与输出轴相连（也称前架后圈结构）、前后太阳轮共用。
图3-3行星齿轮机构的元件组成
3.3控制机构的组成功用与工作原理
（1）自动变速器控制机构由：
传感器，开关，ECU（PCM），执行器组成如图3-4所示。
图3-4自动变速器的控制机构组成
（2）作用：
通过传感器检测车辆运行参数的信号，由电脑计算和断送后，向执行器发出控制指令，实现对自动变速器的各项控制。
（3）工作原理：
把车速信号和节气门开度信号转变成电信号送进电脑，作为换档控制的基本信号，经过电脑的分析、计算、判断，向电磁阀发出指令，驱动电磁阀工作，实现换档、油压、锁止、平顺、冷却强度等的控制。
3.4丰田A141E行星齿轮变速器档位传递路线
图3-5所示为丰田A341E自动变速器的行星齿轮变速机构机械传动的结构简图。
图3-5A341E自动变速器的结构简图
1－超速行星排行星架2－超速行星排行星轮3－超速行星排齿圈
4－前行星排行星架5－前行星排行星轮6－后行星排行星架
7－后行星排行星轮8－输出轴9－后行星排齿圈
10－前后行星排太阳轮11－前行星排齿圈12－中间轴
13－超速行星排太阳轮14－输入轴C0－超速档离合器
C1－前进档离合器C2－直接档、倒档离合器B0－超速档制动器
B1－二档滑行制动器B2－二档制动器B3－低、倒档离合器
F0－超速档单向离合器F1－二档单向离合器F2－低档单向离合器
丰田A141E行星齿轮变速器的换档执行机构包括三个离合器、四个制动器和三个单向离合器共十个元件。
在变速器各档位时，换档执行元件的动作情况见表3-1所示。
表3-1丰田A341E自动变速器的执行元件动作表
档位
离合器
制动器
单向离合器
C0
C1
C2
B0
B1
B2
B3
F0
F1
F2
P
停车挡
R
倒档
○
○
○
○
N
空挡
D
1档
○
○
○
○
2档
○
○
○
○
○
3档
○
○
○
●
○
4档
○
○
○
●
S
1档
○
○
○
2档
○
○
○
●
○
○
3档
○
○
○
●
○
L
1档
●
○
●
○
○
2档
○
○
○
○
○
注:
○表示接合且传递动力。
●表示接合但不传递动力。
C1-为前进档离合器C2-为倒档及高档离合器C0-为超速排离合器B0-为超速排制动器B1-为2档强制制动器B2-为2档制动器B3-为低档及倒档制动器F1-为2档单向离合器F2-为低档单向离合器F0-为超速排单向离合器
如图3-5和表3-1所示A341E自动变速器的档位传递如下：
倒档R位：
C2、C0、B3、F0工作，从而使动力从输入轴进入，传给C2→后排太阳轮使后排太阳轮随输入轴一齐顺转，因B3工作行星架固定，行星轮被带动逆转并使齿圈逆转输出。
超速排的C0、F0工作，使得超速排行星架和太阳轮连成一体，输入等于输出，也就是说此超速排没有起作用。
D位1档：
C1、C0、F2、F0工作，动力从输入轴进入，传给C1→前齿圈（顺转）→前行星轮（顺转）→前太阳轮（逆转）→后排太阳轮（逆转）→后行星轮（顺转同时具有逆向公转的趋势而又被F0限制）→后齿圈，动力由前行星架和后齿圈汇流后输出。
超速排状态如前。
当L位1档：
B3参与工作，使后行星架固定，后轮的动力可反向传回，也就是具有发动机制动作用。
D位2档：
C1、C0、B2、F1、F0工作，动力从输入轴进入，传给C1→前齿圈（顺转）→前行星轮（顺转）并具有使太阳轮逆转的趋势，B2、F1的作用使太阳轮固定，行星轮带动行星架绕太阳轮公转输出。
超速排状态如前。
当2位2档：
B1参与工作，使太阳轮固定，此时具有发动机制动作用。
D位3档：
C1、C2、C0、B2、F0工作，C1、C2的工作时前后排行星轮各元件无相互间的运动，使输入输出为1:
1，也是直接档。
超速排状态如前。
D位4档：
C1、C2、B2、B0工作，C1、C2的工作时前后排行星轮各元件无相互间的运动，使输入输出为1:
1。
B0工作，使超速排太阳轮固定，1:
1的动力由超速排行星架输入，齿圈输出，传动比小于1，此时为超速档。
选档杆置于P位时，一般自动变速器都是通过驻车锁止机构将变速器输出轴锁止实现驻车。
如图3-6所示，驻车锁止机构由输出轴外齿圈、锁止棘爪、锁止凸轮等组成。
锁止棘爪与固定在变速器壳体上的枢轴相连。
当选档杆处于P位时，与选档杆相连的手动阀通过锁止凸轮将锁止棘爪推向输出轴外齿圈，并嵌入齿中，使变速器输出轴与壳体相连而无法转动，如图3-6（b）所示。
当选档杆处于其他位置时，锁止凸轮退回，锁止棘爪在回位弹簧的作用离开输出轴外齿圈，锁止撤消如图3-6（a）所示。
图3-6驻车锁止机构
1-输出轴外齿圈2-输出轴3-锁止棘爪4-锁止凸轮
4丰田车系A341E自动变速器的性能实验与故障诊断
自动变速器检查和试验的目的是为了确定故障的原因和部位，从而确定相应的修理方法。
在自动变速器的故障诊断过程中，由于故障自诊断系统不能对机械故障进行诊断，所以需要通过失速试验、时滞试验、油压试验和道路试验等进一步判断所在之处。
4.1性能检测试验
4.1.1失速试验
目的是为了全面检查发动机和变速器的性能，因试验时发动机和变速器均为满负荷，所以应严格遵守以下规定：
试验时间每次决不要超过5s，若进行重复试验，须间隔3min左右，以防止变速器油压过高。
试验中如发现发动机转速超过失速转速太多时，应立即停止试验。
这是变速器中离合器打滑的显示，否则将造成变速器损坏。
D档失速时发动机的转速为2200±150r/min；
R档失速时发动机的转速为2200±150r/min。
（1）失速试验方法
①选择一块宽敞平整的场地，停放车辆。
②用手制动器或脚制动器将车轮抱死。
③变速杆分别处在D位或R位。
④起动发动机，使变速器油温在50～80℃。
⑤用三角木将4只车轮前后均堵住，防止车辆窜动。
⑥发动机怠速运转，猛踩一脚加速踏板，使节气门全开，转速上升至稳定时，迅速读取转速数据，这个转速就是失速转速，然后分别在D位和R位各读取一个失速转速数据。
（2）试验结果分析
试验数据比标准数据低，原因有以下几个方面：
发动机输出功率不足；变矩器中的导轮的单向自由轮打滑；如果试验数据比标准失速低600r/min以上时，可能是变矩器故障。
试验数据比标准数据高，原因有以下几个方面：
变速器控制油压偏低；因漏油或磨损造成的离合器打滑；如果失速转速高于规定值高500r/min以上，可能变矩器已损坏。
失速实验的方法，可以诊断其机械故障原因分析如表4-1所示。
表4-1失速试验故障诊断表
仅R位
4.1.2时滞试验
如果在发动机怠速运转时用手柄换挡，那么从换入挡位时到感觉到振动之间有一定的时间间隔，即时滞时间。
时滞试验是利用升降挡时的时间差来分析故障，是对失速试验的进一步的验证，可以检查各相关离合器及制动器的工作情况。
（1）时滞试验方法
起动发动机，待温度升至50℃以上时，调整怠速，拉紧手制动。
保持发动机怠速运转，将挡位由N位换到D位，开始计时，当感觉到上挡的轻微震动时，计时终止，这个时间即“D”位上挡滞后的时间。
仍保持发动机怠速运转，将挡位由N位换至R位，开始计时，当感觉到上挡的轻微震动时，计时终止，这个时间即“R”位上挡滞后的时间。
（2）试验结果分析
N→D标准值1.2s；N→R标准值1.6s。
时滞过长是由于控制油压太低，前进离合器活塞漏油，离合器片磨损，超速挡单向离合器可能打滑或磨损等。
时滞过短是由于控制油压过高，片间和带鼓间隙调整不当。
试验一般进行3次，取平均值，每次间隔约1min。
4.1.3油压试验
油压试验是测量控制管路中的油压，用来判断各种泵、阀的工作性能好坏的一种试验方法。
（1）油压试验方法
拔去变速器壳体上的检查接头塞，接上压力表。
启动发动机，拉紧手制动，在油温正常（50℃～80℃）时进行试验，并用三角木将4只车轮前后均堵住。
踩下制动踏板，换入D挡位，先测怠速下的主油路管道的压力。
将油门踩到底，测发动机达到失速转速时油路的最高压力。
在R位重复试验，将测得的数值与规定值比较。
（2）试验结果分析
任何范围油压均高于规定值：
故障原因可能是油门拉索调整不当；节气门阀失效；调整阀失效。
任何范围油压均低于规定值：
原因可能是油门拉索调整不当；节气门阀失效；调压阀失效；油泵失效；O/D直接离合器损坏。
只在D挡位油压低：
原因可能是D挡位置油路漏油；前进离合器故障。
只在R挡位油压低：
原因可能是R挡位置油路漏油；直接离合器故障或倒挡制动器故障。
4.1.4道路试验
路试是进一步检查自动变速器的使用性能和换挡性能，重点放在升挡、降挡、换挡冲击、振动和打滑等方面。
重现故障的现象，分析故障的原因，从而确定故障的部位并将其排除。
路试前必须排除发动机和底盘的故障，使变速器的油温为50～80℃，分项进行试验。
由于路试需要凭操纵者的感觉和记录车速表、转速表的速度才能检查其性能，因此最好选择技术熟练的操纵者，并将记录下的数据与此车型的换挡规律图进行对照。
4.2丰田A341E自动变速器的案例
4.2.1案例分析一皇冠3.0L轿车自动变速器升挡太迟
（1）故障现象：
皇冠3.0L轿车自动变速器升挡太迟，正常行驶很难升到高挡，跑起来特别费劲。
正常行驶时很难升挡，必须采用加速后快松油门提前升挡的操作方法才能使自动变速器升挡。
在举升机上空载状态下能升挡，但升挡时仍感偏迟。
初步分析，因此车配装A341E电液控制自动变速器，带节气门拉线，且各个挡均存在升挡过迟现象，换挡阀卡滞可暂不考虑，故初步分析可能原因有：
自动变速器节气门阀拉线调整不当；节气门位置传感器调整不当或不良；自动变速器电脑不良。
（2）故障诊断过程：
检查“O/DOFF”灯不亮，无故障码存储。
检查节气门阀拉线调整情况，未发现异常。
但注意到发动机怠速有轻微抖动现象，不过用户没有感觉到发动机工作不良。
用万用表测量节气门位置传感器信号电压，结果发现怠速时VTA端子与搭铁之间的电压为2.15V左右，且随着节气门开度增大而增大，显然信号电压过高，ECU误认为发动机处于大负荷工况工作，这应是导致升挡过迟的根本原因。
拔下节气门位置传感器插头，节气门位置传感器的检测如图4-1所示。
点火开关“ON”，测量VC端子与E2端子之间的参考电压为5.0V，IDL端子与搭铁之间的电压为12V，正常；但VC端子与蓄电池负极或搭铁之间的电压却为6.5V左右，E2端子与蓄电池负极或搭铁之间的电压也相应地为1.5V左右。
再拔下进气歧管绝对压力传感器接头，测量VC与搭铁之间的电压也为6.5V左右，而VC与E2之间为5.0V左右。
因E2端子是传感器共用的到电脑内部搭铁的搭铁线，而VC端子是电脑输出的供传感器共用的5V参考电源线，VC与E2之间电压正常而VC与搭铁之间电压过高，说明电脑内部本身应无故障而是电脑搭铁不良。
于是测量诊断座中的E1端子与搭铁之间的电压，为1.5V左右，因E1端子是电脑搭铁线，故电脑搭铁不良确定无疑。
（a）
（b）
图4-1节气门位置传感器的检测
（a）接线器（b）电路图
（3）故障排除方法：
为迅速排除故障，在诊断座后方找出E1线，并接一搭铁线于诊断座旁的进气歧管上。
此时，VTA端子与搭铁之间的电压，即节气门位置传感器信号电压在怠速时变为0.6V左右，怠速触点在怠速时接通，稍开节气门即断开，发动机运转也变得十分平稳。
路试，自动变速器升挡正常，动力充沛，故障完全排除。
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