普銳斯轎車發動機不能正常熄火的診斷思路

豐田公司是汽車混合動力技術的鼻祖，其名下的普銳斯轎車是最早采用混合動力方案的車型之一。普銳斯轎車的動力部分主要由發動機、電動機和動力電池組成(圖1)。其中電動機扮演了車輛牽引、車輛制動、無級變速、能量回收、發電機和起動機等多種角色。動力電池為高壓蓄電池，電壓高達300V以上，其電能轉換成機械能后，可使車輛在一定條件下以純電動方式行駛。

混合動力系統中，發動機與電動機的動力切換、動力混合、變速比和動力電池的充放電等控制均由動力管理控制單元完成。當動力電池的電量充足，且車輛低速行駛時，車輛會在動力管理控制單元的控制下以純電動方式驅動，以降低排放。發動機在行駛中的起動／停止控制過程，駕駛員無需進行干預。

對于混合動力系統，發動機在整個系統中僅以部件的形式存在，因此就重要性而言，動力管理控制單元的地位取代了傳統的發動機控制單元的地位。因此維修人員在混合動力車型的故障診斷中，有必要了解動力管理控制單元的各種工作條件和控制指令的特點。此外，由于車輛增加了電力部分，因此還有必要對動力電的傳送與控制，以及相關電路的結構特點有所了解。下面以實際故障案例對混合動力車型的故障診斷特點加以說明。

故障現象：一輛2006年產豐田普銳斯轎車，搭載混合動力系統，行駛里程8萬km。用戶反映該車在低速行駛時，發動機一直運轉，不能以純電動方式行駛。

檢查分析：維修人員試車，起動發動機，低速行駛了幾分鐘后，發動機自行熄火，車輛轉入純電動方式驅動。試車發現車輛暫時行駛正常，可見用戶反映的故障應為偶發性故障。為使故障重現，與用戶協商后，將車留廠檢查。

充分試車后，故障重現。于是停車，讓發動機怠速運轉。觀察發現，車輛在各種用電設備均關閉的情況下，發動機怠速運轉近1h，仍不能自動熄火。而在正常情況下，發動機早已熄火。觀察儀表板右側的電量指示，發現動力電池的電量不但沒有上升，反而有逐漸下降的趨勢。發動機自動停機的條件之一便是動力電池的電量要充足，而現在電池的電量不足，發動機自然不會熄火。檢測動力管理控制單元、電源管理控制單元和發動機控制單元，均未發現任何故障碼。

反復試車，逐漸掌握了故障的規律。當故障出現時，動力電池的電量停止升高。在這種情況下，將發動機熄火后再起動，故障往往會自行消失。故障消失后，在發動機怠速運轉時，可以觀察到動力電池的電量在不斷上升。約10min后電量充滿，發動機自動熄火。為進一步分析故障，分別將故障狀態與正常狀態下，動力管理控制單元的數據進行采集并做保存。

比較故障與正常狀態下的數據(圖2)。故障狀態下，1號電機的輸出扭矩為0N·m，而正常狀態為－8N·m。根據動力系統的扭矩特性曲線(圖3)，當1號電機的輸出扭矩為負值時，表示電機正在由發動機帶動而發電。故障出現時，1號電機的輸出扭矩為0N·m，說明1號電機處于空載狀態，并未發電。從動力電池的充電狀態上看，故障發生時，發動機怠速運轉近1h，電量仍維持在約50％。而車輛恢復正常后，發動機怠速運轉僅1.5min，動力電池的電量已經上升了約5％。從動力電池的電流輸出看，故障時，電流為正值，表明電池正在輸出電能。且電流值約等于發動機燃油泵的工作電流，說明發動機要靠消耗動力電池的電量來維持自身的運轉。正常狀態下，動力電池的輸出電流為－10A，表明其正處于充電狀態。再看發動機怠速負荷率，故障時比正常時約低22％，表明故障狀態下發動機的確是沒有帶動1號電機發電。

通過以上的數據分析，問題已經明朗。之所以發動機不能正常熄火，是由于動力電池沒有獲得充電。查看電源管理系統的電路圖(圖4)，可以看到。電流傳感器能夠檢測到動力電池的輸出電流，說明電池與用電系統是接通的。問題應該出在動力電池與電機的連接上。

查閱變頻器總成的電路圖(圖5)，在發動機怠速運轉時，1號電機作為發電機為動力電池充電。1號電機的輸出電流經過整流器變成直流后，必須經過升壓轉換器中的場效應管才能到達動力電池。現在充電電流為0A，這有2種可能性，一是電機或整流器有故障，二是場效應管未導通。但電機及整流器都是3相結構，3套系統同時失效的可能性不大，因此問題指向了場效應管。

場效應管是受變頻器總成內部的電機控制單元控制的，動力管理控制單元通過本地互聯網數據總線向電機控制單元傳送控制指令，電機控制單元根據指令來控制場效應管的導通量。那么當下首先要確定的便是控制指令是否實際送到了電機控制單元(圖6)。根據偶發故障的排除經驗，維修人員立刻想到了線路接觸不良的問題。于是當故障出現時，在觀察數據流的同時，晃動變頻器總成的控制線束，很快發現動力電池的輸出電流由正變負，說明充電恢復了。而晃動線束的部位正好靠近插接器(圖7)，說明故障點就在控制線束的插接器內部。

故障排除：用專用工具縮緊插接器中的所有插孔，裝好插接器反復試車，確認故障徹底排除。

回顧總結：對于偶發性故障，電路接觸不良是很常見的故障原因之一。該車故障時隱時現，正是由于電路接觸不良造成的。當發動機熄火時，其機械振動既會誘發故障出現，又會使故障消失，這便是這類故障的表現特征。由此可見，電路接觸不良是故障出現的內因，沖擊振動是故障出現的外因。在故障診斷過程中，通過人為制造故障外因的方法使故障重現，是對這類故障進行準確定位的有效方法。