豐田普銳斯（混合動力汽車）發(fā)動機不能啟動故障的檢修

張年華

摘 要：隨著世界各國環(huán)境保護的措施越來越嚴格，替代燃油發(fā)動機汽車的方案也越來越多，目前最有實用性價值的，只有混合動力汽車?；旌蟿恿κ侵赣碗娀旌蟿恿?，即燃料（汽、柴油）和電能的混合。經(jīng)過十多年的發(fā)展，混合動力系統(tǒng)總成已發(fā)展到發(fā)動機電機和變速箱一體化結(jié)構(gòu)，即集成化混合動力總成系統(tǒng)?；旌蟿恿ζ囀怯呻妱玉R達作為發(fā)動機的輔助動力來驅(qū)動汽車的。混合動力汽車為車主提供了良好的燃油經(jīng)濟性和舒適性，也為環(huán)保做出了極大貢獻。混合動力汽車復雜的控制系統(tǒng)和高達500 V的工作電壓使維修難度加大，給維修工帶來了更高的要求。本文圍繞一輛豐田普銳斯混合動力汽車發(fā)動機不能自行啟動故障排除過程，為很少接觸混合動力汽車的同行們提供一些借鑒。

關鍵詞：變頻器 HV電池 驅(qū)動橋（MG2） 起動機（MG1）

中圖分類號：TM461 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（b）-0084-02

混合動力裝置的汽車，這種混合動力裝置既發(fā)揮了發(fā)動機持續(xù)工作時間長，動力性好的優(yōu)點，又可以發(fā)揮電動機無污染、低噪聲的好處，汽車的熱效率可提高10%以上，廢氣排放可改善30%以上。車主可以享受更強勁的起步、加速，實現(xiàn)較高水平的燃油經(jīng)濟性。

1 故障現(xiàn)象

一輛豐田普銳斯混合動力汽車（NHW 20L-AHEEBC）發(fā)動機無法自行啟動。發(fā)動機故障警告燈、VSC警告燈、三角形警告燈同時點亮。由于電池的電力無法維持車輛長時間行駛，所以車輛被拖回修理廠。

2 故障確認

首先進行故障確認，踩下剎車踏板，按下啟動按鈕，儀表上“READY”指示燈點亮，在P檔位置踩下油門踏板，發(fā)動機不能啟動。試圖使發(fā)動機進入維修模式，經(jīng)過多次嘗試都不能成功。多功能顯示屏上的能量顯示器顯示HV電池已經(jīng)耗至極限，紫色的電池耗凈指示燈在閃爍。說明發(fā)動機確實無法自行啟動。不存在人為操作的問題。由于混合動力汽車結(jié)構(gòu)比較復雜。為了能夠盡快找到故障點，縮短維修時間，必須了解該車的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。

3 普銳斯混合動力汽車的組成

3.1 變頻器

變頻器是混合動力汽車的關鍵部件，車輛啟動時將201.6 V直流電轉(zhuǎn)換為500 V交流電用以驅(qū)動車輪。能量回收時將500 V交流電轉(zhuǎn)換為288 V直流電對電池進行充電。同時內(nèi)部集成288 V-12 V DC-DC直流轉(zhuǎn)換器，為車內(nèi)其它電器提供電源，同時為12 V輔助電池充電。

3.2 HV電池

采用201.6 V直流HV蓄電池以減輕重量1.2 V×6排×28塊=201.6 V，電池ECU對電池的充放電過程進行全程監(jiān)測，避免對電池進行過充電或過放電使電池遭受損壞或縮短使用壽命。

3.3 驅(qū)動橋（MG2）

采用同步交流電動機，額定電壓：AC500 V，最大功率：50 kW/1200～1540 rpm最大扭矩：400 n.m/1200 rpm，最大扭矩時電流：230 A，最大轉(zhuǎn)速：6700 rpm。

3.4 起動機（MG1）

同步交流電動機（發(fā)電機），發(fā)動機起動時作為電動機使用，啟動完成后作為發(fā)電機使用。其轉(zhuǎn)子與發(fā)動機曲軸剛性連接，同時作為發(fā)動機的飛輪。額定電壓：AC500 V 最大功率：37.8 kW/9500 rpm最大扭矩：45 n.m/0-6000 rpm最大扭矩時電流：75 A 最大轉(zhuǎn)速：10000 rpm。

3.5 汽油發(fā)動機

型號：1NZ-FXE，發(fā)動機形式：四缸直列DOHC VVT-i，排量：1497 cm3，最大輸出功率：57 kW/5000 rpm，最大扭矩：111 N.M/4200 rpm。

3.6 能量監(jiān)控系統(tǒng)

車載多功能顯示屏能夠?qū)崟r動態(tài)顯示車輛的行駛狀況、充電狀況及燃油消耗情況。

4 混合動力汽車基本的特點和工作原理（見圖1）

4.1 環(huán)保性、經(jīng)濟性和舒適性

機動車輛廢氣排放大部分的有害氣體是在起動和怠速時排放的，PRIUS只工作在巡航狀態(tài)，所以它的有害氣體的排放減少了65%，在市區(qū)行駛時百公里油耗不足3升，對于1.5升排量的發(fā)動機來說這種油耗已是極限，這是對保護地球氣候變暖和能源消耗做出的巨大貢獻。

在純電動模式行駛時，車輛的噪音不到10分貝，而微風吹拂樹葉的聲音在20分貝左右，非常安靜的駕駛環(huán)境給了駕乘人員極大的舒適性。

4.2 驅(qū)動方式

復合動力電動汽車有三種基本的工作方式，即串聯(lián)式、并聯(lián)式和串并聯(lián)（或稱混聯(lián)）式。復合動力驅(qū)動汽車的缺點是：有兩套動力，再加上兩套動力的管理控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復雜，技術較難，價格較高。

豐田的Prius屬于以電機為主的混聯(lián)式如圖2?；炻?lián)式裝置包含了串聯(lián)式和并聯(lián)式的特點。動力系統(tǒng)包括發(fā)動機、發(fā)電機和電動機，根據(jù)助力裝置不同，它又分為發(fā)動機為主和電機為主兩種。以發(fā)動機為主的形式中，發(fā)動機作為主動力源，電機為輔助動力源；以電機為主的形式中，發(fā)動機作為輔助動力源，電機為主動力源。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是控制方便，缺點是結(jié)構(gòu)比較復雜。

4.3 能量回收

制動能量回收問題對于提高EV的能量利用率具有重要意義。電動汽車采用電制動時，驅(qū)動電機運行在發(fā)電狀態(tài)，將汽車的部分動能回饋給蓄電池以對其充電，對延長電動汽車的行駛距離是至關重要的。在存在較頻繁的制動與起動的城市工況運行條件下，有效地回收制動能量，可使電動汽車的行駛距離有效延長。汽車在滑行、減速、長下坡過程中都要使用制動系統(tǒng)，這種慣性所產(chǎn)生的能量對于常規(guī)車輛是一種極大的浪費?；旌蟿恿ζ嚳梢杂行У乩密囕v滑行過程中車輪帶動電動機旋轉(zhuǎn)從而有效地進行能量回收。這些能量可以作為車輛下次起步時的能量，既減少了燃油消耗，又達到了零排放的目的。endprint

5 故障分析檢查與排除

混合動力汽車發(fā)動機不能啟動有多方面的原因：

（1）燃油耗盡，如果燃油耗盡，發(fā)動機多次啟動不能成功時將不再啟動，并且會記錄故障代碼P0A7A，但加注燃油，關閉點火開關后系統(tǒng)會恢復正常，現(xiàn)在顯然不屬于這個故障。

（2）起動機（MG1）故障，該啟動機屬于500 V交流同步電動機，兼做發(fā)電機使用，可以使用IT-II的主動測試功能使其強制運轉(zhuǎn)。

（3）起動機線路故障，該故障發(fā)生故障的概率極小，因為變頻器就安裝在發(fā)動機附近，線路很短，并且有多重保護，不易受損，外觀檢查也沒有發(fā)現(xiàn)明顯破損痕跡。

（4）發(fā)動機故障，如保養(yǎng)不當致使曲軸或凸輪軸抱死，活塞或連桿損壞使發(fā)動機運行不平穩(wěn)等，用扳手轉(zhuǎn)動曲軸，沒有卡滯現(xiàn)象，可以排除發(fā)動機本身故障。

（5）變頻器故障，這是起動機的動力來源，HV電池的200 V直流電經(jīng)過變頻器升壓處理后成為500 V交流電供起動機使用，該設備的檢查需要專用儀器和設備。

（6）HV電池故障，當HV電池發(fā)生故障（如某一格電池失效）將導致變頻器失去200 V電源，起動機無法正常工作。

（7）發(fā)動機控制系統(tǒng)故障，經(jīng)過檢查發(fā)動機電氣部分并沒有儲存任何故障代碼，可以基本排除發(fā)動機控制系統(tǒng)的故障，并且即使發(fā)動機控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障也不會導致起動機不工作。

（8）通訊線路故障，如果CAN-BUS線路發(fā)生故障將導致通訊失效，車輛無法啟動，但此故障可以借助專用儀器進行檢查。

（9）設定在EV模式。

（10）其他原因。

遵循先易后難的原則，按照TOYOTA PRIUS維修手冊RM1076的維修流程首先進行電路檢查：

①使用智能檢測儀連接到DLC3，進入下列菜單。

Power train/Hybrid control/DTC 檢測儀顯示P0A7A-324故障碼：如果發(fā)電機變頻器出現(xiàn)故障、內(nèi)部短路或過熱，則發(fā)電機變頻器將故障信號通過GFIV線路傳送到HV ECU，并記錄DTC P0A7A。故障碼顯示發(fā)電機變頻器故障（GFIV）信號檢測（由變頻器總成故障導致過流）。故障可能發(fā)生部位為線束或連接器或帶轉(zhuǎn)換器的變頻器總成。

②檢查變頻器線路的連接情況，如圖3標示斷開HV保險絲，這步驟非常必要。第一，拆下變頻器蓋；第二，檢查變頻器I9、I10端子的連接緊固良好。如圖3，第三，斷開連接器檢查及連接后測量，I9、I10端子線束接觸良好，未見有腐蝕及松動現(xiàn)象。

③檢測變頻器（IGCT電壓）。如圖4，測量IGCT（I9-1）—GND1（I9-2）電壓為12.5 V（標準為8 V或更高）。

④參照線路圖，檢查相關故障線路的線束和連接器：混合動力車輛控制（ECU—變頻器）斷開H11，HV控制ECU連接器和I10變頻器連接器。

⑤打開電源開關至IG檔，測量HV控制ECU連接器的端子與車身接地之間的電壓（見表1）。

⑥關閉點火開關檢查線束側(cè)連接器的電阻（見表2）。

從上述的檢測結(jié)果分析，檢測結(jié)果都在標準范圍內(nèi)，從而可判斷為故障在變頻器總成內(nèi)，由于變頻器的技術含量較高，加上變頻器總成是不可分解的部件，因此，只能采用部件互換法測試，和正常行駛的同類車型對換變頻器試驗，該故障車啟動正常，相同故障在另外一臺車出現(xiàn)，進一步證明故障出現(xiàn)在變頻器內(nèi)部。為了進一步確認該故障的排除，經(jīng)過多次上路試車不能起動現(xiàn)象不再出現(xiàn)，說明該故障已徹底排除。

6 結(jié)語

汽車作為排放大戶，新能源化、低碳化的呼聲也越來越高。國家出臺的一系列政策表明，新能源車項目的推廣工作已經(jīng)逐漸走向了落實階段，新能源汽車的推廣局面已經(jīng)逐漸打開。雖然混合動力汽車保養(yǎng)便利，但是混合動氣汽車結(jié)構(gòu)復雜，維修起來往往費時費力。復雜的控制系統(tǒng)，超高的工作電壓給維修工作帶來了更高的要求，操作的安全注意事項一定要記牢。所有從事混合動力汽車維修與保養(yǎng)的從業(yè)人員都要求經(jīng)過專業(yè)培訓以免發(fā)生危險。對維修工具和場所也提出了更高的要求。

參考文獻

[1] Repair manual.日本豐田汽車公司 NHW20系列，RM1706E1 VOLUME1[Z].2003.

[2] 李東江，宋良玉.現(xiàn)代汽車電子控制技術[M].科學技術文獻出版社，1998.endprint

5 故障分析檢查與排除

混合動力汽車發(fā)動機不能啟動有多方面的原因：

（1）燃油耗盡，如果燃油耗盡，發(fā)動機多次啟動不能成功時將不再啟動，并且會記錄故障代碼P0A7A，但加注燃油，關閉點火開關后系統(tǒng)會恢復正常，現(xiàn)在顯然不屬于這個故障。

（2）起動機（MG1）故障，該啟動機屬于500 V交流同步電動機，兼做發(fā)電機使用，可以使用IT-II的主動測試功能使其強制運轉(zhuǎn)。

（3）起動機線路故障，該故障發(fā)生故障的概率極小，因為變頻器就安裝在發(fā)動機附近，線路很短，并且有多重保護，不易受損，外觀檢查也沒有發(fā)現(xiàn)明顯破損痕跡。

（4）發(fā)動機故障，如保養(yǎng)不當致使曲軸或凸輪軸抱死，活塞或連桿損壞使發(fā)動機運行不平穩(wěn)等，用扳手轉(zhuǎn)動曲軸，沒有卡滯現(xiàn)象，可以排除發(fā)動機本身故障。

（5）變頻器故障，這是起動機的動力來源，HV電池的200 V直流電經(jīng)過變頻器升壓處理后成為500 V交流電供起動機使用，該設備的檢查需要專用儀器和設備。

（6）HV電池故障，當HV電池發(fā)生故障（如某一格電池失效）將導致變頻器失去200 V電源，起動機無法正常工作。

（7）發(fā)動機控制系統(tǒng)故障，經(jīng)過檢查發(fā)動機電氣部分并沒有儲存任何故障代碼，可以基本排除發(fā)動機控制系統(tǒng)的故障，并且即使發(fā)動機控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障也不會導致起動機不工作。

（8）通訊線路故障，如果CAN-BUS線路發(fā)生故障將導致通訊失效，車輛無法啟動，但此故障可以借助專用儀器進行檢查。

（9）設定在EV模式。

（10）其他原因。

遵循先易后難的原則，按照TOYOTA PRIUS維修手冊RM1076的維修流程首先進行電路檢查：

①使用智能檢測儀連接到DLC3，進入下列菜單。

Power train/Hybrid control/DTC 檢測儀顯示P0A7A-324故障碼：如果發(fā)電機變頻器出現(xiàn)故障、內(nèi)部短路或過熱，則發(fā)電機變頻器將故障信號通過GFIV線路傳送到HV ECU，并記錄DTC P0A7A。故障碼顯示發(fā)電機變頻器故障（GFIV）信號檢測（由變頻器總成故障導致過流）。故障可能發(fā)生部位為線束或連接器或帶轉(zhuǎn)換器的變頻器總成。

②檢查變頻器線路的連接情況，如圖3標示斷開HV保險絲，這步驟非常必要。第一，拆下變頻器蓋；第二，檢查變頻器I9、I10端子的連接緊固良好。如圖3，第三，斷開連接器檢查及連接后測量，I9、I10端子線束接觸良好，未見有腐蝕及松動現(xiàn)象。

③檢測變頻器（IGCT電壓）。如圖4，測量IGCT（I9-1）—GND1（I9-2）電壓為12.5 V（標準為8 V或更高）。

④參照線路圖，檢查相關故障線路的線束和連接器：混合動力車輛控制（ECU—變頻器）斷開H11，HV控制ECU連接器和I10變頻器連接器。

⑤打開電源開關至IG檔，測量HV控制ECU連接器的端子與車身接地之間的電壓（見表1）。

⑥關閉點火開關檢查線束側(cè)連接器的電阻（見表2）。

從上述的檢測結(jié)果分析，檢測結(jié)果都在標準范圍內(nèi)，從而可判斷為故障在變頻器總成內(nèi)，由于變頻器的技術含量較高，加上變頻器總成是不可分解的部件，因此，只能采用部件互換法測試，和正常行駛的同類車型對換變頻器試驗，該故障車啟動正常，相同故障在另外一臺車出現(xiàn)，進一步證明故障出現(xiàn)在變頻器內(nèi)部。為了進一步確認該故障的排除，經(jīng)過多次上路試車不能起動現(xiàn)象不再出現(xiàn)，說明該故障已徹底排除。

6 結(jié)語

汽車作為排放大戶，新能源化、低碳化的呼聲也越來越高。國家出臺的一系列政策表明，新能源車項目的推廣工作已經(jīng)逐漸走向了落實階段，新能源汽車的推廣局面已經(jīng)逐漸打開。雖然混合動力汽車保養(yǎng)便利，但是混合動氣汽車結(jié)構(gòu)復雜，維修起來往往費時費力。復雜的控制系統(tǒng)，超高的工作電壓給維修工作帶來了更高的要求，操作的安全注意事項一定要記牢。所有從事混合動力汽車維修與保養(yǎng)的從業(yè)人員都要求經(jīng)過專業(yè)培訓以免發(fā)生危險。對維修工具和場所也提出了更高的要求。

參考文獻

[1] Repair manual.日本豐田汽車公司 NHW20系列，RM1706E1 VOLUME1[Z].2003.

[2] 李東江，宋良玉.現(xiàn)代汽車電子控制技術[M].科學技術文獻出版社，1998.endprint

5 故障分析檢查與排除

混合動力汽車發(fā)動機不能啟動有多方面的原因：

（1）燃油耗盡，如果燃油耗盡，發(fā)動機多次啟動不能成功時將不再啟動，并且會記錄故障代碼P0A7A，但加注燃油，關閉點火開關后系統(tǒng)會恢復正常，現(xiàn)在顯然不屬于這個故障。

（2）起動機（MG1）故障，該啟動機屬于500 V交流同步電動機，兼做發(fā)電機使用，可以使用IT-II的主動測試功能使其強制運轉(zhuǎn)。

（3）起動機線路故障，該故障發(fā)生故障的概率極小，因為變頻器就安裝在發(fā)動機附近，線路很短，并且有多重保護，不易受損，外觀檢查也沒有發(fā)現(xiàn)明顯破損痕跡。

（4）發(fā)動機故障，如保養(yǎng)不當致使曲軸或凸輪軸抱死，活塞或連桿損壞使發(fā)動機運行不平穩(wěn)等，用扳手轉(zhuǎn)動曲軸，沒有卡滯現(xiàn)象，可以排除發(fā)動機本身故障。

（5）變頻器故障，這是起動機的動力來源，HV電池的200 V直流電經(jīng)過變頻器升壓處理后成為500 V交流電供起動機使用，該設備的檢查需要專用儀器和設備。

（6）HV電池故障，當HV電池發(fā)生故障（如某一格電池失效）將導致變頻器失去200 V電源，起動機無法正常工作。

（7）發(fā)動機控制系統(tǒng)故障，經(jīng)過檢查發(fā)動機電氣部分并沒有儲存任何故障代碼，可以基本排除發(fā)動機控制系統(tǒng)的故障，并且即使發(fā)動機控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障也不會導致起動機不工作。

（8）通訊線路故障，如果CAN-BUS線路發(fā)生故障將導致通訊失效，車輛無法啟動，但此故障可以借助專用儀器進行檢查。

（9）設定在EV模式。

（10）其他原因。

遵循先易后難的原則，按照TOYOTA PRIUS維修手冊RM1076的維修流程首先進行電路檢查：

①使用智能檢測儀連接到DLC3，進入下列菜單。

Power train/Hybrid control/DTC 檢測儀顯示P0A7A-324故障碼：如果發(fā)電機變頻器出現(xiàn)故障、內(nèi)部短路或過熱，則發(fā)電機變頻器將故障信號通過GFIV線路傳送到HV ECU，并記錄DTC P0A7A。故障碼顯示發(fā)電機變頻器故障（GFIV）信號檢測（由變頻器總成故障導致過流）。故障可能發(fā)生部位為線束或連接器或帶轉(zhuǎn)換器的變頻器總成。

②檢查變頻器線路的連接情況，如圖3標示斷開HV保險絲，這步驟非常必要。第一，拆下變頻器蓋；第二，檢查變頻器I9、I10端子的連接緊固良好。如圖3，第三，斷開連接器檢查及連接后測量，I9、I10端子線束接觸良好，未見有腐蝕及松動現(xiàn)象。

③檢測變頻器（IGCT電壓）。如圖4，測量IGCT（I9-1）—GND1（I9-2）電壓為12.5 V（標準為8 V或更高）。

④參照線路圖，檢查相關故障線路的線束和連接器：混合動力車輛控制（ECU—變頻器）斷開H11，HV控制ECU連接器和I10變頻器連接器。

⑤打開電源開關至IG檔，測量HV控制ECU連接器的端子與車身接地之間的電壓（見表1）。

⑥關閉點火開關檢查線束側(cè)連接器的電阻（見表2）。

從上述的檢測結(jié)果分析，檢測結(jié)果都在標準范圍內(nèi)，從而可判斷為故障在變頻器總成內(nèi)，由于變頻器的技術含量較高，加上變頻器總成是不可分解的部件，因此，只能采用部件互換法測試，和正常行駛的同類車型對換變頻器試驗，該故障車啟動正常，相同故障在另外一臺車出現(xiàn)，進一步證明故障出現(xiàn)在變頻器內(nèi)部。為了進一步確認該故障的排除，經(jīng)過多次上路試車不能起動現(xiàn)象不再出現(xiàn)，說明該故障已徹底排除。

6 結(jié)語

汽車作為排放大戶，新能源化、低碳化的呼聲也越來越高。國家出臺的一系列政策表明，新能源車項目的推廣工作已經(jīng)逐漸走向了落實階段，新能源汽車的推廣局面已經(jīng)逐漸打開。雖然混合動力汽車保養(yǎng)便利，但是混合動氣汽車結(jié)構(gòu)復雜，維修起來往往費時費力。復雜的控制系統(tǒng)，超高的工作電壓給維修工作帶來了更高的要求，操作的安全注意事項一定要記牢。所有從事混合動力汽車維修與保養(yǎng)的從業(yè)人員都要求經(jīng)過專業(yè)培訓以免發(fā)生危險。對維修工具和場所也提出了更高的要求。

參考文獻

[1] Repair manual.日本豐田汽車公司 NHW20系列，RM1706E1 VOLUME1[Z].2003.

[2] 李東江，宋良玉.現(xiàn)代汽車電子控制技術[M].科學技術文獻出版社，1998.endprint