背景
2010款奔腾B70 配置1.999L发动机、FS5A-EL手自一体5速自动变速器。VIN:LFPH4ACC291××××××。行驶里程:55000km。
现象
该车用户反映,这段时间挂挡不愿意走车,挂D挡起步开始不走车,闯一下车才能起步,在1挡升2挡有轻微的闯车,其他挡位升挡、降挡正常,在车辆要停车的时候也闯车,AT故障灯未报警,车辆高速行驶无异常,就是低挡位行驶不正常。
分析
维修技师接车后,首先用诊断仪检测故障码,检测到一个故障码:P0894,前进挡离合器扭矩
传递(如图1所示)。
故障码可以清除。
接下来检查自动变速器油位,将车辆手制动器拉紧,踩住制动踏板,将换挡杆从P 挡移到R 挡、N 挡、D挡、M 挡各个挡位停留2s,然后将换挡杆放到N 挡位置,由另一位技师抽出油尺观察,油面在油尺的上刻线,自动变速器液位检查在正常范围。
然后, 维修技师与用户一起路试验证故障现象,挂R 挡起步正常,挂D 挡起步,抬起制动踏板车辆不
能行驶,过15s 后“咣当”一声车辆才能起步行驶,在1 挡升2 挡时有轻微闯车现象,在2 挡升3 挡时没有闯车的感觉了,在3 挡升4 挡、4 挡升5 挡时都没有闯车现象, 但是车速在60km/h 左右时车下有“嗡、嗡”的声音,车速升高“嗡、嗡”的声音消失,踩制动减速停车时变速器内有“冲击”现象。
最后经反复试验确认, 变速器有四种不正常现象:
01-01 挂D 挡起步时,时间延迟过长并且闯车;
01-02 1挡升2挡过程中闯车;
01-03 车速在60km/h 左右时车下有震动;
01-04 踩制动减速停车时车辆有发冲现象。
在进行下一步判断之前我们先了解该变速器的控制形式及分析故障码产生的机理,否则盲目下手很难确定故障点。
奔腾B70 装备的FS5A-EL 自动变速器,与新款马自达M6 是通用的,是日本爱信公司开发的一款5 挡手自一体电子控制自动变速器,控制单元(TCM)采集车速、发动机转速、变速器油温传感器、节气门位置传感器等负荷信号,根据换挡控制程序,控制换挡电磁阀的接通或关闭,改变液压系统的液压油路的通断,从而改变其内部执行元件(离合器、制动器)的工作状态。
通过这样的方式来控制行星齿轮机构(行星架、齿圈、太阳轮)的锁止及接通,从而实现准确及平稳的换挡。因此,由以下三个主要装置协调操纵:
02-01 电子控制机械装置。按照来自输入系统里的开关和传感器的信号,TCM 向液压控制机械装置中的
ON/OFF 类电磁阀以及工作循环型电磁阀输出与当前驾驶条件相吻合的信号。
02-02 液压控制机械装置。根据来自TCM 的信号,每一个电磁阀操作接通控制阀体中的液压通道,同时控制离合器的接合压力。
管路压力由线性压力控制电磁阀A 调节,工作循环型压力由工作循环型压力控制电磁阀B 来调节。压力通路通过ON/OFF 型电磁阀(换挡电磁阀D 和E)转换。离合器啮合压力由工作循环型电磁阀(换挡电磁阀A、B 和C) 和ON/OFF 型电磁阀( 换挡电磁阀F)来控制。
02-03 动力传动机械装置。发动机传动力是通过液力变矩器传送给变速驱动桥的。传送的传送力能够根据工作循环型电磁阀(换挡电磁阀A、B和C)和ON/OFF 型电磁阀(换挡电磁阀F)控制的离合器接合压力来操作各个离合器和制动器,行星齿轮将齿轮传动比转为最佳传动力。被改变的驱动力经由差速器传递到驱动轴,然后再传递到轮胎。
分析检测到的故障码(P0894 前进挡离合器扭矩传递故障)产生的机理:当车辆自动变速器换挡杆从N
挡位置转换到D 挡位范围后,已经过了3s 或更长时间,涡轮转速仍然不能降到187r/min 以下,TCM 则确定有故障存在。
通过对变速器的控制形式及故障码产生机理的分析,认为能引起该车故障码及故障现象的发生,主要有以下几个方面:
03-01 自动变速器液位过低、变质恶化;
03-02 管路压力过低;
03-03 换挡电磁阀A、B、C 被卡住;
03-04 压力控制电磁阀吸附;
03-05 前进挡离合器打滑,离合器未啮合、或者滑转;
03-06 换挡电磁阀与TCM 之间的线束故障;
03-07 涡轮传感器、中间传感器及线路故障;
03-08 TCM 故障。
通过以上了解、分析,我们便有了思路,下面对自动变速器进行检测:
04-01 用诊断仪监测管路油压。用诊断仪清除故障码后,用数据记录器功能监测管路系统油压:怠速
时管路压力400kPa( 正常压力值330 ~ 470kPa);R 挡压力600kPa(正常压力值490 ~ 710kPa);D 挡压力400kPa(正常压力值331 ~ 471kPa),监测结果油泵工作压力正常,系统管路油压在正常范围内。
04-02 检查速度传感器及变速器线路阻值。
04-02-01 检查涡轮及中间速度传感器,根据故障码产生的机理,涡轮转速传感器工作不可靠,可以使前进挡离合器鼓的转数与副齿轮转数的转数比,不在正常范围,TCM 可以确定有故障存在。检查涡轮转速传感器、中间速度传感器插头和线束都连接牢固;拆下涡轮速度传感器、中间速度传感器,外观检查无损坏、无金属屑等,用万用表测量2 个传感器阻值都在400Ω(标准阻值250~600Ω),在正常范围内。
04-02-02 检查变速器线束导线阻值,测量组合插头和TCM 插头之间线束导线的阻值都在0.01Ω(标准值0.5Ω),正常;测量变速器控制模块2 号搭铁线与接地点阻值在0Ω, 搭铁良好。排除了涡轮传感器及线路存在故障的可能,只有变速器内部前进挡离合器鼓滑转,才能检测到以上故障码。
04-03 交叉验证TCM 控制单元。更换一块TCM,试车,故障现象依旧,排除了TCM 故障的可能。
04-04 做时间延迟试验:启动发动机,踩下制动踏板,把换挡杆从N挡位移到R 挡,0.2s 开始蠕动,抬起制动踏板车辆开始移动;把换挡杆从N 挡位移到D 挡车辆无反应,等待15s 才开始蠕动,此时抬起制动踏板车辆不移动,加速发动机也不能起步,闯一下之后才有反应。
标准时间延迟:从N 位置到D位置0.4 ~ 0.7s,从N 位置到R 位置0.4 ~ 0.7s。
时间延迟的测试评估,如表1 所示。
变速器时间延迟实验评估结果分析:在监测系统油压正常时,在R挡时间延时正常,排除了油泵工作不
良、管路压力不足、管路压力过大、前蓄压器不能正常工作、换挡电磁阀A 不能正确操作、倒挡离合器滑动、低速和倒挡制动滑动、换挡电磁阀B不能正确操作等系统有故障的可能。
在挂D 挡不走车,时间延迟超出技术规格,滞后的时间过长,评估的原因有:换挡电磁阀A 不能正确操作、前进挡离合器液压回路漏油、前进挡离合器打滑。在R 挡评估已经排除了换挡电磁阀A 不能正确操作。说到这我们再分析一下FS5A-EL 自动变速器前进挡离合器在1、2 挡的动力传递线路:
05-01 1挡动力传递路线
05-01-01 前、后行星齿轮组。1 挡时,前进挡离合器接合,驱动前行星齿轮组太阳齿轮,太阳轮顺时针旋转,行星轮逆时针旋转;行星架是动力输出端,与车体相连,运动阻力较大,可暂视为固定,于是内齿圈有逆时针旋转的趋势,此时1 号单向离合器锁止,防止内齿圈逆时针旋转,则行星轮在逆时针自转的同时会沿内齿圈顺时针公转,从而带动行星架顺时针旋转。由单级行星齿轮机构的运动规律可知,太阳轮驱动,内齿圈固定,行星架是同向减速旋转,并且是最大的减速。后行星齿轮组在1 挡时没有参与动力传递。1 挡动力传递路线如图2 所示。
05-01-02 副行星齿轮组。动力由前、后行星齿轮组传递至副行星齿轮组的内齿圈,齿圈顺时针旋转,驱动行星轮也顺时针旋转;行星架是动力输出端,与车体相连,运动阻力较大,可暂视为固定,于是太阳轮有逆时针旋转的趋势,此时2 号单向离合器锁止,防止太阳轮逆时针旋转;同时,减速制动器工作,双向固定副行星齿轮机构太阳轮,则行星轮在顺时针自转的同时会沿太阳轮顺时针公转,从而带动行星架顺时针旋转。由单级行星齿轮机构的运动规律可知,内齿圈输入,太阳轮固定,行星架是同向减速旋转。
由以上分析可知,在D1 挡,1号单向离合器锁止是动力传递的唯一途径,当动力反向传递时,它会打滑空转,故没有发动机制动。在M1 挡,为获得发动机制动,低速/ 倒挡制动器工作,它与1 号单向离合器并联,双向固定前内齿圈/ 后行星架,1 号单向离合器锁止不再是动力传递的唯一途径,故有发动机制动。M1 挡动力传递路线如图3 所示。
05-02 2挡动力传递路线
05-02-01 前、后行星齿轮组。2 挡时,驱动部件与1 挡相同,即前进挡离合器接合,驱动前行星齿轮组太阳齿轮,太阳轮顺时针旋转;2 挡时的固定部件与1 挡不同。先看一下后排行星齿轮组在1 挡时的状态:后排内齿圈/前排行星架是动力输出端,为顺时针减速旋转,后排行星架固定,行星轮顺时针旋转,则后排太阳轮逆时针旋转;升2 挡后,2-4 挡制动带工作,后排太阳轮被固定不能旋转,则行星轮在顺时针旋转的同时还会带动行星架绕太阳轮顺时针减速旋转,也就是说,后排行星架/ 前排内齿圈在1 挡时是固定,在2 挡时变为同向减速旋转,而输入状态不变,所以,前排内齿圈/ 后排行星架在2 挡时的转速要比1 挡时快。
05-02-02 副行星齿轮组。动力由前、后行星齿轮组传递至副行星齿轮组的内齿圈,齿圈顺时针旋转,驱动行星轮也顺时针旋转;行星架是动力输出端,与车体相连,运动阻力较大,可暂视为固定,于是太阳轮有逆时针旋转的趋势,此时2 号单向离合器锁止,防止太阳轮逆时针旋转;同时,减速制动器工作,双向固定副行星齿轮机构太阳轮,则行星轮在顺时针自转的同时会沿太阳轮顺时针公转,从而带动行星架顺时针旋转。由单级行星齿轮机构的运动规律可知,内齿圈输入,太阳轮固定,行星架是同向减速旋转。2 挡动力传递路线如图4 所示。
通过了解该变速器动力传递原理得知,1、2、3 挡共用前进挡离合器,前进挡离合器有变化会引起了接合力的变化,从而影响到了升挡的品质,造成1 挡升2 挡、2 挡升3 挡冲击。该车挂D 挡不能起步、1 挡升2 挡有冲击,说明离合器等执行元件打滑,应检查液压控制阀体、电磁阀、液压离合器、制动器等执行元件。
方案
为了尽快找到故障点,维修技师先从液压控制系统查起,检查自动变速器油油质。放出自动变速器油,油液颜色为红色(正常油液为明红色),自动变速器油液颜色正常,但是油液用手捻时感觉到有细小的微粒,说明变速器油内有磨损物。
拆下自动变速器油底壳检查,在检查油质时无烧焦气味,看到油底壳磁铁上积聚了少量铁质和铝质粉末(如图5 所示),说明变速器内部机械部分、控制阀体有不正常磨损。
需要进一步检查主控制阀体,分解检查阀芯与阀孔的配合间隙,确认是否有卡滞现象。
拆下主控制阀体总成,首先拆下换挡电磁阀检查并清洗。用万用表电阻挡测量换挡电磁阀A、B、C 阻值都是2.4Ω 左右(标准值1.0 ~ 4.2Ω),换挡电磁阀D、E 阻值15Ω(标准值10.9 ~ 26.2Ω),测量的阻值在标准范围之内。通电试验检查A、B、C、D、E 换挡电磁阀、压力控制电磁阀A 有“咔嗒”工作声,无卡滞现象,电磁阀性能检查都正常。
检查主控制阀体阀芯,分解检查手动阀、低速反向换挡阀移动正常;检查压力调节阀、换挡电磁阀、旁通阀、3-4 换挡阀,挡位减压阀、变矩器安全阀、手动阀,都无异常磨损,移动正常,无卡滞现象。清洗、组装控制阀体后,用一字起子拨动阀芯,能自由移动无阻滞。因为没有发现故障点,为了排除控制阀体有故障,于是找一块同车型的主控制阀体,来验证主控制阀体是否有问题,装车后又更换了新油滤清器及自动变速器油,然后试车。还是在R 挡车辆可以正常起步,在D 挡位、M 挡位1 挡和2 挡,不能正常起步, 故障现象依旧,排除了主控制阀体及换挡电磁阀有故障的可能。说明自动变速器内部执行元件不能正常传递动力,有滑转故障存在。
根据以上检查、检测评估的分析,
可判断出变速器内前进挡离合器部件打滑,由于1、2、3 挡都通过前进挡离合器传递动力,前进挡离合器磨损、前进挡离合器液回路漏油,都能产生前进挡离合器打滑。于是拆下自动变速器检查,拆下变速器后盖,拆下2-4挡制动鼓,检查2-4 挡制动带、单向离合器、变矩器单向离合器,没有不正常的磨损和烧蚀现象,检查3-4 挡离合器活塞、离合器片都无异常,即机械系统传动没有严重磨损,可以继续使用。检查前进挡离合器液压通道,检查油泵壳体上的前进挡离合器供油密封环,两道密封环密封良好,无磨损变形。分解前进挡离合器检查,前进挡离合器主动盘、从动盘都无异常磨损,检查前进挡离合器活塞密封情况, 分解前进挡离合器活塞密封环完好, 检查前进挡离合器鼓时却发现有一条裂纹(如图6 所示),使前进挡离合器油液回路泄漏,产生前进挡离合器打滑,由于低速挡都使用前进挡离合器, 所以出现车辆不能起步及低速挡行驶不正常故障的发生。
故障排除:更换了前进挡离合器鼓及涡轮轴(如图7所示),装复变速器后,在举升机上试车,挂D挡
不走车,挂R挡也不走车。原来是挂D挡不能行驶,现在是前进挡、倒车挡都不能行驶。
因为自动变速器是新装配的,所有零部件都是完好的,维修人员说是哪里有错装的,不然不能出现这么严重的情况,要拆下变速器分解检查。笔者分析了装配过程后,建议不要先拆下变速器,要先找到证据,于是用诊断仪检测故障码,无故障码存储,用数据记录器功能,观察
管路系统油压,在D挡位怠速时油压为400kPa,加速时600kPa,管路系统油压正常。涡轮转速数据与发动机曲轴转速是一致的,变矩器已经把扭矩传递给自动变速器输入轴,挂D挡、挂R挡都不走车,再看挂入挡位后输出传感器数据为0不变,说明变速器根本没有工作。如果是变速器内部离合器、制动器或机械哪个零件没有安装到位,导致某个挡位不工作,不能所有挡位都没有反应,分析应该是液压控制部分有问题,主控制阀体上的手动阀安装不正确,会出现这种完全没有动力输出的现象。于是,拆下油底壳,检查手动阀,发现手动阀拔叉脱出。安装完毕后,试车,挂R挡、挂D挡都能正常起步,1挡升2挡也不闯车了,各个挡位升挡正常,手动控制增减挡也都正常操作,试车行驶60多千米,AT灯未点亮,自动变速器挂D挡不能起步,延迟时间过长现象不再出现,1挡升2挡闯车现象消失。挂D挡起步时时间延迟并且闯车、1挡升2挡闯车、车速在60km/h左右时车下有震动、踩制动减速停车时车辆发冲故障都彻底排除。
备注
故障总结:通过该车故障的排除过程,可以发现是前进挡离合器鼓在制造时的缺陷,在使用过程中产生裂纹引起泄压,使前进挡离合器打滑,接合不平稳,导致变速器在挂D挡时,延迟时间过长并且闯车,1挡升2挡时出现闯车。维修技师在维修中检查故障时,按先简后繁,先外后内的步骤。对于出现打滑现象的自动变速器,不要急于分解变速器,要让故障现象再现,了解更多故障现象,应先做各种检查测试,以找出造成打滑的真正原因。利用诊断仪及检测工具掌握尽可能多的证据,来判断故障点的所在。自动变速器不要轻易拆装,当自动变速器出现某一故障现象时,要利用各种手段,按照合理的程序和步骤,诊断出故障的原因,以便有针对性地进行维修。自动变速器的检修虽说比较复杂,维修人员需要注意的是故障码的读取及能否清除,各种数据都会有参考价值,还应对线路、传感器等作详细检查,最后分解变速器检查液压部分及机械部分,一定要找出造成打滑的具体原因,才能既准确又快速地完成检修工作。该车维修技师在诊断该车故障时,充分利用数据分析,快速、准确判断故障点所在。但是维修技师在控制阀体的安装上出现纰漏,险些造成全面返工。因此,注重标准化维修是提高维修效率和质量的保证,也是提升维修技师素质的真正有效途径。此外,维修技师要注意抓住每个细节,才能快速的排除故障,解决疑难杂症,提高自身技能,提升用户的满意度。