【案例】2012款丰田普锐斯发动机无法自行启动

◆文/江苏 王广 吴书龙

故障现象

        一辆2012 款第三代丰田普锐斯(ZVW30) 混合动力汽车，发动机型号为5ZR-FXE，行驶里程为69 000km。据驾驶人反映，发动机无法自行启动，发动机故障警告灯、VSC 警告灯、三角形警告灯同时点亮。

故障诊断与排除

        首先进行故障确认，踩住制动踏板，按下启动按钮，仪表上“READY”指示灯点亮，在P 挡位置踩下加速踏板，发动机不能启动。试图使发动机进入维修模式，经过多次尝试都不能成功。多功能显示屏上的能量显示器显示HV 电池已经耗至极限，紫色的电池耗净指示灯在闪烁( 图1)。说明发动机确实无法自行启动，不存在人为操作的问题。

        遵循先易后难的原则， 按照故障排查流程首先进行电路检查：使用故障诊断仪连接到DLC3， 读取故障码显示P0A7A-324 故障码。混合动力系统 DTC 与其他系统( 如发动机系统) 使用的5 位数代码不同。使用5 位数代码和INF 代码对故障部位进行分类，如表1 所示。没有详细信息(INF 代码)就无法进行故障排除。

        因此，根据INF 代码，修理手册中有不同的故障排除步骤。如果发电机逆变器过热、存在电路故障或内部短路，则逆变器通过发电机逆变器故障信号线路传输该信息至 MG ECU，并记录DTC P0A7A-324。根据分析，故障可能发生部位如下：

● 逆变器冷却系统；

● 冷却风扇系统；

● 逆变器水泵总成；

● 带转换器的逆变器总成；

● 混合动力车辆传动桥总成；

● 发电机高压电缆；

● 电动机高压电缆；

● 线束或连接器；

● PCU 熔丝。

        普锐斯采用的是水冷式逆变器，其冷却液的进、出口能容易地被连接到散热器上以方便对冷却液降温。其冷却液通常与发动机冷却液类似或相同。在混合动力汽车中，几乎所有此类水冷系统的冷却液回路都完全独立于发动机的冷却系统。冷却液从散热器泵入逆变器内部，但不接触逆变器的工作部件。散热设备将逆变器部件产生的热能传递给冷却液，然后冷却液流回到散热器，在冷却风扇的帮助下，散热器将热能传递到周围空气中。水冷型逆变器的冷却系统在出现故障的情况下，可能会生成一个DTC，当然也可能会不生成DTC。因此，维修技师可以将手放在冷却液泵体上感觉是否有振动，通过这种方式来验证逆变器冷却液泵是否工作。然而即使该泵能够正常工作，也不能保证冷却液能够足量流动，这是因为气泡或其他堵塞也可能对冷却液的正常流动产生不良影响。维修技师可以拆下逆变器的膨胀箱的盖子并验证冷却液是否正常流动，在此基础上可以确定冷却液循环是否正常。如果逆变器出现过热，在冷却液流量充足的情况下，维修技师不妨检查一下冷却液的质量情况。加错冷却液、或者冷却液未能与水进行适当的混合，这些都可能导致逆变器冷却问题。通过检查冷却液量正常、冷却液软管无泄漏，使用诊断仪进行主动测试“控制电动冷却风扇”正常( 图2)，检查冷却液没有冻结，排除逆变器冷却系统、水泵总成和冷却风扇故障。

        在排除逆变器冷却系统及其组件后，需要进一步检查带转换器的逆变器总成。该总成由逆变器、增压转换器、DC/DC转换器组成，安装在发动机舱内( 图3)。

        在车辆处于断电(READY 为OFF)状态时，逆变器中的电容器( 图4) 必须通过逆变器自身内部的电路进行放电处理。维修技师应经常查阅汽车厂家维修信息，以便精确地了解车辆的电容器放电所需时间，同时还要准确了解进行电压检查作业时的测量点位置。

        丰田普锐斯自放电过程可能需要5 ～10min 的时间，对于需要在车辆的逆变器或电机电路上进行作业的维修技师而言，必须先等到电容器已经完成放电作业后，方能进行工作。因此，在检查高压系统或断开带转换器的逆变器总成低压连接器前，务必采取安全措施，如佩戴绝缘手套并拆下维修塞把手( 图5) 以防电击。拆下维修塞把手后放到口袋中，防止其他技师在我们进行高压系统作业时将其意外重新连接。

        维修技师拆下维修塞把手后，在接触任何高压连接器或端子前，等待至少10min，然后检查带转换器的逆变器总成检查点的端子电压，开始工作前的电压应为0 ( 图6)。

        经确认电容器已经完成放电后，断开低压蓄电池负极；检查混合动力车辆传动桥总成(2 个解角传感器) 连接器的连接情况和带转换器的逆变器总成低压连接器均接触良好，未见有腐蚀及松动现象。

        从带转换器的逆变器总成上断开解角传感器连接器D29，重新接好低压蓄电池负极，将电源开关置于ON(IG) 位置，根据电路图( 图7) 检查发电机解角传感器各信号线路到车身接地的电压0.8V( 正常值低于1V)，正常。

        将电源开关置于OFF 位置，断开低压蓄电池负极，测量发电机解角传感器信号线之间的电阻(GRF-GRFG ：8.2Ω，GSN-GSNG ：16.8Ω，GCS-GCSG ：18.6Ω)，发电机解角传感器信号线与车身接地且两两之间之间的电阻均无穷大。正常值如表2 所示，由此可以判断发电机解角传感器至带转换器的逆变器总成之间线束及连接器正常。以相同的方法测量带转换器的逆变器总成与电动机解析器之间，正常。

        从带转换器的逆变器总成上拆下逆变器盖，从带转换器的逆变器总成上断开发电机和电动机高压电缆( 图8)。使用毫欧表测量U、V、W 相与相之间电阻，无断路；使用兆欧表测量U、V、W 三相与车身接地和屏蔽层之间绝缘电阻，无短路；混合动力车辆传动桥总成 (MG1、MG2) 正常。

        断开带转换器的逆变器总成低压连接器A59( 图9)，检查电源电压12.5V，正常。

        根据上述检查结果发现：带转换器的逆变器总成的高低压连接线束和插头端子均正常，混合动力车辆传动桥总成上的2 个解角传感器及线路也无任何问题，可以判断为故障在带转换器的逆变器总成内。由于汽车厂家规定带转换器的逆变器总成是不可分解的部件，只能更换。为了确保万无一失，只能采用部件互换法和正常行驶的同类车型对换带转换器的逆变器总成进行试验，更换后该故障车启动正常，相同故障在另外一台车出现，进一步证明故障出现在带转换器的逆变器总成内部。为了确认该故障已经彻底排除，经过多次上路试车，不能启动现象消失，恢复车辆拆除的所有附件后将车辆交付给客户。

        看过这个故障案例，首先肯定作者对P 0A7A-324故障码的诊断与修理方法是正确的，按照维修手册的引导，通过相关电路的检查，采用排除法使故障得到最终的排除。但是针对本案例的修理总结，我还是想说几个问题：

        1.车辆的基本信息要在文章中交代清楚。丰田第三代普锐斯搭载一台5ZRFXE、1.8L阿特金森循环发动机和一台42KW发电机(MG1)以及60KW驱动电机(MG2)，混合动力系统采用了丰田THS—Ⅱ。MG1的功能负责启动发动机，发动机启动后，由发动机带动运行发电，电量可以供应MG2驱动车辆，并且MG1调节发动机转速在最优的燃油经济性区域输出扭矩。MG2可以由动力蓄电池或MG1供电驱动车辆，并且在车辆减速或制动时，转换成发电机运行，进行能量回收。

        2.混合动力汽车是高度机电集成的车辆。发生故障时更应该根据车辆运行的数据流判断故障原因， P0A7A故障码储存时会有定格数据，它在故障发生时段会记录系统异常的数据，如MG1逆变器的工作状态，工作温度，输出电压，电流，频率。解角传感器的输出信号。DC—DC增压器工作参数，MG1电机的工作状态参数，发动机是否起动状态等，通过智能诊断仪能够查看到，以帮助分析故障。同样THS—Ⅱ系统运行时的数据流与该工况下的标准数据对比，更是进行故障分析的数据对比的参考。为此我给出与该车相同车型，在打开电源开关，“READY”指示灯点亮时，车辆运行标准数据如图10、11、12所示。

        图13是发动机启动过程数据以及MG1运行在发电状态(发动机需要启动时，MG1输出正转速，正扭矩作为电动机运行，启动发动机。发动机启动后，MG1输出正转速，负扭矩作为发电机运行)。

图13 普锐斯发动机起动过程数据

        3.对于解角传感器功能的说明。解角传感器是MG1、MG2电机运转时用来磁场定向控制，使电机在额定转速以下输出恒定的扭矩，额定转速以上保持较大的功率。解角传感器的结构是旋转变压器形式。由励磁线圈、检测线圈S、检测线圈C和一个椭圆形的转子(与MG 转子作为一个单元一起旋转)组成。检测线圈S的+S和-S相互偏离90℃。检测线圈C的+C和-C也以同样的方式相互偏离。线圈S和C相互分离45℃。当恒频交流电输入励磁线圈，随着电机转子轴上旋转变压器的椭圆形转子的旋转，与旋转变压器定子之间的间隙发生变化，因此在检测线圈S和C中互感出恒频的感应电动势。MG ECU利用线圈S和C的峰值差异计算转子上主磁极的绝对位置，并且根据在指定时间内转子位置的变化量计算旋转速度。

        4.关于强启动发动机，激活车辆保养模式的步骤，文章中没有写详细，在此把方法补全。不使用智能检测仪的方法如下：

(1)在60s内，执行以下步骤(A)至(D)，将电源开关置于ON(IG)位置(步骤A)。

(2)选择驻车挡(P)时，完全踩下加速踏板两次(步骤B)。

(3)选择空挡(N)时，完全踩下加速踏板两次(步骤C)。

(4)选择驻车挡(P)时，完全踩下加速踏板两次(步骤D)。

(5)检查并确认多信息显示屏上显示“保养模式”。

(6)踩下制动踏板时，通过将电源开关置于ON(READY)位置启动发动机。

        提示：选择驻车挡(P)的情况下，保养模式下的怠速转速大约为1000r/min。选择驻车挡(P)的情况下，踩下加速踏板时发动机转速升高至1500r/min。将加速踏板踩下超过一半，或完全踩下加速踏板时，发动机转速升高至大约2500r/min。

        5.关于安全操作，作者在文章中写的非常清楚，需要强调的是更换带增压转换器的逆变器时，部件安装和导线的紧固扭矩必须严格按照维修手册要求操作。