2012款豐田普銳斯發(fā)動機無法自行啟動

◆文/江蘇 王廣 吳書龍

2012款豐田普銳斯發(fā)動機無法自行啟動

◆文/江蘇 王廣 吳書龍

故障現(xiàn)象

一輛2012款第三代豐田普銳斯(ZVW30)混合動力汽車，發(fā)動機型號為5ZR-FXE，行駛里程為69 000km。據(jù)駕駛?cè)朔从?，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。

故障診斷與排除

首先進(jìn)行故障確認(rèn)，踩住制動踏板，按下啟動按鈕，儀表上“READY”指示燈點亮，在P擋位置踩下加速踏板，發(fā)動機不能啟動。試圖使發(fā)動機進(jìn)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(圖1)。說明發(fā)動機確實無法自行啟動，不存在人為操作的問題。

圖1 第三代豐田普銳斯儀表

遵循先易后難的原則， 按照故障排查流程首先進(jìn)行電路檢查：使用故障診斷儀連接到DLC3，讀取故障碼顯示P0A7A-324故障碼。混合動力系統(tǒng) DTC 與其他系統(tǒng)(如發(fā)動機系統(tǒng))使用的5位數(shù)代碼不同。使用5位數(shù)代碼和INF代碼對故障部位進(jìn)行分類，如表1所示。沒有詳細(xì)信息(INF代碼)就無法進(jìn)行故障排除。

因此，根據(jù)INF代碼，修理手冊中有不同的故障排除步驟。如果發(fā)電機逆變器過熱、存在電路故障或內(nèi)部短路，則逆變器通過發(fā)電機逆變器故障信號線路傳輸該信息至 MG ECU，并記錄DTC P0A7A-324。根據(jù)分析，故障可能發(fā)生部位如下：

● 逆變器冷卻系統(tǒng)；

● 冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)；

● 逆變器水泵總成；

● 帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成；

● 混合動力車輛傳動橋總成；

● 發(fā)電機高壓電纜；

● 電動機高壓電纜；

● 線束或連接器；

● PCU熔絲。

表1 故障部位進(jìn)行分類

普銳斯采用的是水冷式逆變器，其冷卻液的進(jìn)、出口能容易地被連接到散熱器上以方便對冷卻液降溫。其冷卻液通常與發(fā)動機冷卻液類似或相同。在混合動力汽車中，幾乎所有此類水冷系統(tǒng)的冷卻液回路都完全獨立于發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)。冷卻液從散熱器泵入逆變器內(nèi)部，但不接觸逆變器的工作部件。散熱設(shè)備將逆變器部件產(chǎn)生的熱能傳遞給冷卻液，然后冷卻液流回到散熱器，在冷卻風(fēng)扇的幫助下，散熱器將熱能傳遞到周圍空氣中。水冷型逆變器的冷卻系統(tǒng)在出現(xiàn)故障的情況下，可能會生成一個DTC，當(dāng)然也可能會不生成DTC。因此，維修技師可以將手放在冷卻液泵體上感覺是否有振動，通過這種方式來驗證逆變器冷卻液泵是否工作。然而即使該泵能夠正常工作，也不能保證冷卻液能夠足量流動，這是因為氣泡或其他堵塞也可能對冷卻液的正常流動產(chǎn)生不良影響。維修技師可以拆下逆變器的膨脹箱的蓋子并驗證冷卻液是否正常流動，在此基礎(chǔ)上可以確定冷卻液循環(huán)是否正常。如果逆變器出現(xiàn)過熱，在冷卻液流量充足的情況下，維修技師不妨檢查一下冷卻液的質(zhì)量情況。加錯冷卻液、或者冷卻液未能與水進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕旌希@些都可能導(dǎo)致逆變器冷卻問題。通過檢查冷卻液量正常、冷卻液軟管無泄漏，使用診斷儀進(jìn)行主動測試“控制電動冷卻風(fēng)扇”正常(圖2)，檢查冷卻液沒有凍結(jié)，排除逆變器冷卻系統(tǒng)、水泵總成和冷卻風(fēng)扇故障。

圖2 “控制電動冷卻風(fēng)扇”主動測試

在排除逆變器冷卻系統(tǒng)及其組件后，需要進(jìn)一步檢查帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成。該總成由逆變器、增壓轉(zhuǎn)換器、DC/DC轉(zhuǎn)換器組成，安裝在發(fā)動機艙內(nèi)(圖3)。

圖3 帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成外部特征

在車輛處于斷電(READY為OFF)狀態(tài)時，逆變器中的電容器(圖4)必須通過逆變器自身內(nèi)部的電路進(jìn)行放電處理。維修技師應(yīng)經(jīng)常查閱汽車廠家維修信息，以便精確地了解車輛的電容器放電所需時間，同時還要準(zhǔn)確了解進(jìn)行電壓檢查作業(yè)時的測量點位置。

圖4 帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成內(nèi)部結(jié)構(gòu)

豐田普銳斯自放電過程可能需要5～10min的時間，對于需要在車輛的逆變器或電機電路上進(jìn)行作業(yè)的維修技師而言，必須先等到電容器已經(jīng)完成放電作業(yè)后，方能進(jìn)行工作。因此，在檢查高壓系統(tǒng)或斷開帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成低壓連接器前，務(wù)必采取安全措施，如佩戴絕緣手套并拆下維修塞把手(圖5)以防電擊。拆下維修塞把手后放到口袋中，防止其他技師在我們進(jìn)行高壓系統(tǒng)作業(yè)時將其意外重新連接。

圖5 拆卸和安裝維修塞把手

維修技師拆下維修塞把手后，在接觸任何高壓連接器或端子前，等待至少10min，然后檢查帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成檢查點的端子電壓，開始工作前的電壓應(yīng)為0 (圖6)。

經(jīng)確認(rèn)電容器已經(jīng)完成放電后，斷開低壓蓄電池負(fù)極；檢查混合動力車輛傳動橋總成(2個解角傳感器)連接器的連接情況和帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成低壓連接器均接觸良好，未見有腐蝕及松動現(xiàn)象。

從帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成上斷開解角傳感器連接器D29，重新接好低壓蓄電池負(fù)極，將電源開關(guān)置于ON(IG) 位置，根據(jù)電路圖(圖7)檢查發(fā)電機解角傳感器各信號線路到車身接地的電壓0.8V(正常值低于1V)，正常。

將電源開關(guān)置于OFF位置，斷開低壓蓄電池負(fù)極，測量發(fā)電機解角傳感器信號線之間的電阻(GRF-GRFG：8.2Ω，GSN-GSNG：16.8Ω，GCS-GCSG：18.6Ω)，發(fā)電機解角傳感器信號線與車身接地且兩兩之間之間的電阻均無窮大。正常值如表2所示，由此可以判斷發(fā)電機解角傳感器至帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成之間線束及連接器正常。以相同的方法測量帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成與電動機解析器之間，正常。

圖6 確認(rèn)電容器已經(jīng)完成放電

圖7 解角傳感器電路圖

表2 相關(guān)電阻標(biāo)準(zhǔn)值

從帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成上拆下逆變器蓋，從帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成上斷開發(fā)電機和電動機高壓電纜(圖8)。使用毫歐表測量U、V、W相與相之間電阻，無斷路；使用兆歐表測量U、V、W三相與車身接地和屏蔽層之間絕緣電阻，無短路；混合動力車輛傳動橋總成 (MG1、MG2)正常。

圖8 逆變器總成高壓電纜三相端子

斷開帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成低壓連接器A59(圖9)，檢查電源電壓12.5V，正常。

圖9 逆變器總成低壓連接端子

根據(jù)上述檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)：帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成的高低壓連接線束和插頭端子均正常，混合動力車輛傳動橋總成上的2個解角傳感器及線路也無任何問題，可以判斷為故障在帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成內(nèi)。由于汽車廠家規(guī)定帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成是不可分解的部件，只能更換。為了確保萬無一失，只能采用部件互換法和正常行駛的同類車型對換帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成進(jìn)行試驗，更換后該故障車啟動正常，相同故障在另外一臺車出現(xiàn)，進(jìn)一步證明故障出現(xiàn)在帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成內(nèi)部。為了確認(rèn)該故障已經(jīng)徹底排除，經(jīng)過多次上路試車，不能啟動現(xiàn)象消失，恢復(fù)車輛拆除的所有附件后將車輛交付給客戶。

專家點評

高惠民

看過這個故障案例，首先肯定作者對P0A7A-324故障碼的診斷與修理方法是正確的，按照維修手冊的引導(dǎo)，通過相關(guān)電路的檢查，采用排除法使故障得到最終的排除。但是針對本案例的修理總結(jié)，我還是想說幾個問題：

1.車輛的基本信息要在文章中交代清楚。豐田第三代普銳斯搭載一臺5ZRFXE 、1.8L阿特金森循環(huán)發(fā)動機和一臺42KW發(fā)電機(MG1)以及60KW驅(qū)動電機(MG2)，混合動力系統(tǒng)采用了豐田THS—Ⅱ。MG1的功能負(fù)責(zé)啟動發(fā)動機，發(fā)動機啟動后，由發(fā)動機帶動運行發(fā)電，電量可以供應(yīng)MG2驅(qū)動車輛，并且MG1調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)速在最優(yōu)的燃油經(jīng)濟(jì)性區(qū)域輸出扭矩。MG2可以由動力蓄電池或MG1供電驅(qū)動車輛，并且在車輛減速或制動時，轉(zhuǎn)換成發(fā)電機運行，進(jìn)行能量回收。

2.混合動力汽車是高度機電集成的車輛。發(fā)生故障時更應(yīng)該根據(jù)車輛運行的數(shù)據(jù)流判斷故障原因， P0A7A故障碼儲存時會有定格數(shù)據(jù)，它在故障發(fā)生時段會記錄系統(tǒng)異常的數(shù)據(jù)，如MG1逆變器的工作狀態(tài)，工作溫度，輸出電壓，電流，頻率。解角傳感器的輸出信號。DC—DC增壓器工作參數(shù)，MG1電機的工作狀態(tài)參數(shù)，發(fā)動機是否起動狀態(tài)等，通過智能診斷儀能夠查看到，以幫助分析故障。同樣THS—Ⅱ系統(tǒng)運行時的數(shù)據(jù)流與該工況下的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對比，更是進(jìn)行故障分析的數(shù)據(jù)對比的參考。為此我給出與該車相同車型，在打開電源開關(guān)，“READY”指示燈點亮?xí)r，車輛運行標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)如圖10、11、12所示。

圖13是發(fā)動機啟動過程數(shù)據(jù)以及MG1運行在發(fā)電狀態(tài)(發(fā)動機需要啟動時，MG1輸出正轉(zhuǎn)速，正扭矩作為電動機運行，啟動發(fā)動機。發(fā)動機啟動后，MG1輸出正轉(zhuǎn)速，負(fù)扭矩作為發(fā)電機運行)。

圖10 普銳斯混合動力運行數(shù)據(jù)1

圖11 普銳斯混合動力運行數(shù)據(jù)2

圖12 普銳斯混合動力運行數(shù)據(jù)3

圖13 普銳斯發(fā)動機起動過程數(shù)據(jù)

3.對于解角傳感器功能的說明。解角傳感器是MG1、MG2電機運轉(zhuǎn)時用來磁場定向控制，使電機在額定轉(zhuǎn)速以下輸出恒定的扭矩，額定轉(zhuǎn)速以上保持較大的功率。解角傳感器的結(jié)構(gòu)是旋轉(zhuǎn)變壓器形式。由勵磁線圈、檢測線圈S、檢測線圈C和一個橢圓形的轉(zhuǎn)子(與MG 轉(zhuǎn)子作為一個單元一起旋轉(zhuǎn))組成。檢測線圈S的+S和-S相互偏離90℃。檢測線圈C的+C和-C也以同樣的方式相互偏離。線圈S和C相互分離45℃。當(dāng)恒頻交流電輸入勵磁線圈，隨著電機轉(zhuǎn)子軸上旋轉(zhuǎn)變壓器的橢圓形轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，與旋轉(zhuǎn)變壓器定子之間的間隙發(fā)生變化，因此在檢測線圈S和C中互感出恒頻的感應(yīng)電動勢。MG ECU利用線圈S和C的峰值差異計算轉(zhuǎn)子上主磁極的絕對位置，并且根據(jù)在指定時間內(nèi)轉(zhuǎn)子位置的變化量計算旋轉(zhuǎn)速度。

4.關(guān)于強啟動發(fā)動機，激活車輛保養(yǎng)模式的步驟，文章中沒有寫詳細(xì)，在此把方法補全。不使用智能檢測儀的方法如下：

(1)在60s內(nèi)，執(zhí)行以下步驟(A)至(D)，將電源開關(guān)置于ON(IG)位置(步驟A)。

(2)選擇駐車擋(P)時，完全踩下加速踏板兩次(步驟B)。

(3)選擇空擋(N)時，完全踩下加速踏板兩次(步驟C)。

(4)選擇駐車擋(P)時，完全踩下加速踏板兩次(步驟D)。

(5)檢查并確認(rèn)多信息顯示屏上顯示“保養(yǎng)模式”。

(6)踩下制動踏板時，通過將電源開關(guān)置于ON(READY)位置啟動發(fā)動機。

提示：選擇駐車擋(P)的情況下，保養(yǎng)模式下的怠速轉(zhuǎn)速大約為1 000r/min。選擇駐車擋(P)的情況下，踩下加速踏板時發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高至1 500r/min。將加速踏板踩下超過一半，或完全踩下加速踏板時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高至大約2 500r/min。

5.關(guān)于安全操作，作者在文章中寫的非常清楚，需要強調(diào)的是更換帶增壓轉(zhuǎn)換器的逆變器時，部件安裝和導(dǎo)線的緊固扭矩必須嚴(yán)格按照維修手冊要求操作。