技师论文---凯美瑞2AZ型发动机结构及故障检修

目录
一、凯美瑞 2AZ-FE 型发动机的组成与原理错误！未定义书签。 （一）凯美瑞 2AZ-FE 型发动机的组成 . 错误！未定义书签。 （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
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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 缸数和排列 气门正时机构 燃烧室形状 平衡轴 机油泵 进气歧管 燃油系统 排量 [cm3] 缸径 x 行程 [mm] 压缩比 最大输出功率 [kW @ rpm] 最大扭距 [N·m @ rpm] 点火顺序 燃油标号 机油等级
发动机冷却液型号
2AZ-FE 4-缸直线排列 带 VVT-i 的双顶置凸轮轴 16-气门, 正时链 屋脊型 有 链条驱动 Cross-Flow EFI (SFI) 2,362 88.5 x 96.0 9.8 123 @ 6,000 224 @ 4,000 1-3-4-2 93 或更高 API 级 别 SL, SM, “Energy-Conserving”, or ILSAC 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。
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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 连杆螺栓直径 R: 7.0 到 7.3 mm；平衡轴室螺栓长度: 58.3 到 60.3 mm
长度
图 2 塑型螺栓
直径
(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
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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: +3°BTDC(上止点) 到 43°BTDC；进气门的关闭角度: 25°ABDC 到 65°ABDC ， 如图 5。
图 5 VVT-i
（3）气门升程 用在无调整垫片的气门，如图 6。
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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
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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。
（2）安装要点
图 10 平衡轴
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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） 图 12 点火系统
（c）
（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 燃油系统
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9、发动机控制系统，见表 2。
表 2 发动机控制系统
EFI ESA ETCS-i VVT-i 油泵控制
系统
空调切断控制
冷却风扇控制 空燃比传感器和氧传感器加热控制 燃油蒸发排放控制 发动机停机 故障诊断
失效-安全
要点 控制燃油喷射量和时间 控制点火时间 控制节气门开度 控制进气凸轮轴气门的开闭时间 控制油泵工作 当 SRS 气囊展开时油泵会自动断油 在发动机运转时依空调压力大小来控制空调压缩机 ON/OFF
控制冷却风扇工作 维持空燃比传感器和氧传感器的温度在适当的水平 控制清除燃油蒸气流量 用无效的钥匙试着起动发动机时将停止喷油和点火 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地区的规格是有 差别(DTC 和故障灯亮)
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。
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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= (0.80～0.90) 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 340～400K，如图 16。
2、压缩行程
图 16 进气行程
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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 800～2 000kPa，温 度达 600～750K，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 3 000～ 6 000kPa，温度 TZ 达 2 200～2 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，气体压力和温度逐 渐下降，到达 b 点时，其压力降至 300～500kPa，温度降至 1 200～1 500K。在 做功冲程，进气门、排气门均关闭，曲轴转动 180°，如图 18。
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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 pr=(1.05～1.20)p0。排气终点温度 Tr=900～1100K。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 19 排气行程
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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
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3、拆卸气门 设置 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 212°F) 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
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5、安装气门杆油封 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
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7、安装油封 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
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功用是测量交流电压、直流电压；测量电阻；测量交流电流、直流电流等等， 如图 28。
图 28 万用表
2、IT-Ⅱ 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） 图 29 IT-Ⅱ
（c）
（a）IT-Ⅱ；（b）和（c）IT-Ⅱ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：①将压力表插入火花塞孔中②
完全打开节气门③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；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。
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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-Ⅱ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。
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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。
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电控燃油喷射发动机不能起动 按规定程序调取故障码
无故障码，检查高压火花
有故障码,按故障码诊断故障
火花正常，发动机启动时有无着火征兆
无火花或火花弱，点火系统故障
有，检查空气滤清器滤芯
无，检查燃油泵是否工作
脏污，空气滤清 器故障
正常，检查进气管有 无漏气
工作，检查喷油 器是否工作
不工作，燃油泵或 其电路故障
无漏气，检查火花塞跳火情 况
进气管漏气故障
工作，检查燃油 不工作，喷油器或
系统压力
其电路故障
不正常，火花塞 故障
正常，检查燃油系统压 力
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
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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
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