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混合动力丰田普锐斯发动机无法正常熄火无法以纯电动方式行驶故障

故障现象
一辆丰田普锐斯轿车,搭载混合动力系统,行驶里程为60000km。用户反映该车在低速行驶时,发动机一直运转,无法以纯电动方式行驶。


故障诊断
试车,启动发动机,低速行驶了几分钟后,发动机自行熄火,车辆进入纯电动方式驱动。试车发现车辆暂时行驶正常,反映的故障可能为偶发性故障。

停车检查。充分试车后,发生故障。于是停车,让发动机怠速运转。观察发现车辆在各种用电设备都关闭的情况下,发动机怠速运转近1h,仍无法自动熄火。而在正常情况下,发动机早已熄火。观察仪表板右侧的电量指示,发现动力电池的电量不但没有上升,反而有缓慢下降的趋势。发动机自动停机的条件之一就是动力电池的电量要充足,而现在电池的电量不足,发动机自然无法熄火。检测动力管理控制单元、电源管理控制单元和发动机控制单元,都未发现任何故障代码。

反复试车,慢慢掌握了故障的规律。当故障出现时,动力电池的电量停止增加。在这种情况下,将发动机熄火后再启动,故障通常会自行消失。故障消失后,在发动机怠速运转时,可以看到动力电池的电量在不断上升。约10min后电量充满,发动机自动熄火。为了进一步分析故障,分别将故障状态与正常状态下动力管理控制单元的数据进行采集并保留。

比较故障状态和正常状态下的数据,如下图所示。

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动力管理的数据对比
故障状态下,1号电机的输出转矩是0N·m,而正常状态为-8N·m。根据动力系统的转矩特性曲线,当1号电机的输出转矩是负值时,表示电机正在由发动机带动而发电。故障发生时,1号电机的输出转矩为0N·m,表明1号电机处于空载状态,并没有发电。从动力电池的充电状态上看,发生故障时,发动机怠速运转近1h,电量仍保持在约50%。而车辆恢复正常后,发动机怠速运转化1.5min,动力电池的电量已经上升了约5%。从动力电池的电流输出看,故障时,电流为正值,表示电池正在输出电能,而且电流值约等于发动机燃油泵的工作电流,说明发动机要靠消耗动力电池的电量来保持自身的运转。正常状态下,动力电池的输出电流为-10A,表示其正处于充电状态。再看发动机怠速负荷率,故障时比正常时约低22%,表示故障状态下发动机的确是没有带动1号电机发电。
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动力系统转矩特性曲线
通过上述数据分析,问题已经清楚。之所以发动机不能正常熄火,是因为动力电池没有充电。查看电源管理系统的电路图,可以看到,电流传感器能够检测到动力电池的输出电流,表明电池与用电系统是接通的。问题应该出在动力电池和电机的连接上。

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电源管理系统的电路图
查阅变频器总成的电路图,在发动机怠速运转时,1号电机作为发电机为动力电池充电。1号电机的输出电流通过整流器变成直流后,必须经过升压转换器中的场效应管方可到达动力电池。现在充电电流为0A,这包括两种可能性:一是电机或整流器有故障;二是场效应管未导通。电机及整流器均是三相结构,三套系统同时失效的可能性不大,所以问题指向场效应管。
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变频器总成电路图
场效应管是受变频器总成内部的电机控制单元控制的,动力管理控制单元通过本地互联网数据总线向电机控制单元发送控制指令,电机控制单元根据指令来控制场效应管的导通。那么,现在首先要确定的就是控制指令是否实际送到了电机控制单元。

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控制指令的传递路径
依照偶发故障的排除经验,维修人员立刻想到线路接触不良的问题。于是,当故障发生时,在观察数据流的同时,晃动变频器总成的控制线束,很快发现动力电池的输出电流由正变负,表示充电恢复了。而晃动线束的部位正好靠近插接器,表明故障点就在控制线束的插接器内部。

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故障排除
用工具缩紧插接器中的所有插孔,安装插接器反复试车,确认故障彻底排除

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