丰田普锐斯发动机无法启动、行驶闯动

    一辆行驶里程超21万km，装配1 NZ-FE发动机的2006款丰田普锐斯。该车辆起步、行驶中闯动，无法行驶。
    故障分析：车辆挂入前进档时，踩下加速踏板，车辆行驶闯动，挂倒档，行驶闯动加剧。勉强行驶中，车辆打滑指示灯开始闪烁，如图1所示。车辆行驶200m后，车速达到35km/h时，VSC OFF指示灯点亮，混合动力监视系统报警，如图2所示。车辆自动由D位回到N位，再挂D位，无法入位。读取故障码，在发动机和ECT系统中存在P3190，动机功率不良故障码，混合动力控制系统中存在POAOF发动机启动失败故障码，vsc系统中存在C1310HV系统故障故障码，并且故障码无法清除，只有重新关闭点火开关，再次打开点火开关到ON状态时，才能逐项将故障码清除，此时，车辆可以在速度极低（20km/h以下）状态下勉强行驶。行驶过程中，感觉发动机似乎处于能着火状态，但混合动力中央显示屏没有显示发动机处于充电状态。电池电量消耗极快，几乎只有5 min，显示屏上的电池电量显示即到最低一格。

    相关资料：2006年丰田普锐斯(PRIUS)电路图（英文版）



    由于混合动力蓄电池存电量严重不足，所以，车主利用非常特殊的方法给蓄电池充电。这种特殊方式是将车辆右前轮顶起，然后，踩下制动踏板，将点火开关转到READY（相当于普通车辆的发动机运行工况）状态，将变速杆推入D位，此时，松开制动踏板，深踩加速踏板，能够感觉发动机启动了，但不是很平稳，中央显示屏上显示在充电。发动机在边驱动右前轮旋转，边充电的情况下，需要大约30min，可以将蓄电池充到第四个格上，此时屏幕电池显示为蓝色格子。在此状态下，加大加速踏板开度，车辆滑转指示灯一样会闪烁，同时，最高车速显示不超过35km/h，读取此时的数据流，得到如图3所示的数据变化曲线图。

    由于笔者接触混合动力车的机会比较少，欠缺经验，因此，一开始对上述数据流并未发现异常。因为打滑指示灯闪烁的原因，因此以为车辆在起步和低速行驶中的闯动，主要原因在于VSC车身稳定控制系统，因而对ABS/VSC系统行驶中的数据流进行了跟踪监控，确实发现在行驶中ABS系统工作。如图4所示，当车辆行驶中，四个车轮的ABS电磁阀在滑转指示灯点亮时开始工作，对相应车轮进行制动。

    由于在车辆行驶过程中，转向角度传感器的数据始终是1150°不变，所以，以为VSC系统异常动作的原因在于转向角度传感器工作不良。重新对减度及偏摆率传感器进行初始化操作后，继续试车，发现转向角度传感器的数值仍然是1150°，没有变化。当时怀疑是转向角度传感器损坏，但更换了车主自行带来的零件后，数值仍旧没有变化。由于检测仪上没有转向角度传感器初始化的选项，而且，维修手册上也没有关于这项操作的说明，因此，翻阅其他书籍，在丰田RAV4上看到有这样一个解释：保持车速35km/h以上直线行驶5s，转向角度中点位置自动记忆。因此，将蓄电池充足电，再次出去试车，但车辆达到这一速度前，VSC OFF指示灯就开始闪烁，然后，整个系统进入保护状态，无法再行驶，读取故障码如前所述。反复两次以后，笔者终于认识到问题的核心并不在系统是否打滑上，前提还是要解决发动机功率不足的故障。
    按照修理手册的要求，检查发动机功率不足故障和常规发动机进行系统检查的方法差别不大，也是对点火系统、供油系统、传感器、执行器进行逐步检查。因此，首先对点火系统进行了检查，结果发现，以往多人检查均未对火花塞仔细检修，检查到4缸时，发现火花塞外表已经严重锈蚀，明显是火花塞孔处进过水，更换一组火花塞，按照前面所述，将右前轮支起，此时发动机很容易就启动着了，这说明原车点火系统确实存在问题。再次试车，结果和原来一样，起步闯动，车速稍高，系统即保护。检查发动机油压，正常。进行到这，笔者决定将试车过程中记录的数据先进行分析，然后再根据分析的结果，缩小或确定故障范围。
    首先开始分析的是车辆行驶过程中的数据。在ABS系统中，通过调看数据，确认在车辆起步过程中，ABS系统没有异常启动，电磁阀均处于关闭状态，这说明将问题的核心从VSC车身稳定控制系统转移到发动机和混合动力控制上是正确的。查看车辆实际行驶过程中的数据流，如图5所示。由于经验不足，感觉发动机也工作了，但为什么电脑还认为发动机功率不足，而混合动力控制系统干脆认为发动机不能启动呢？带着这些疑惑，笔者将参加普锐斯新技术培训的资料又重新学习了一番。

    根据图6所示的轻载荷下车辆加速状况的工作原理，我们可以看到此时发动机的转速要高于MGl的转速，而低于MG2的转速。但我们在图5中得到的MGl转速、MG2转速、发动机转速以及车速，如出一辙，同时增加，也同时减少。最主要的几乎前三者之间没有转速差。这和图6所说的工作原理完全不同，问题究竟出在控制系统，还是机械部分呢？是发动机的问题，还是驱动桥的问题？能不能正确区分它们呢？带着这些疑问，笔者根据培训手册中提到的混合动力检查模式的说明，开始了检查模式的操作。由于进入检查模式后，混合动力ECU可以在这一特殊模式下使发动机以1500r/min的转速工作不熄火，因此，可以单独对发动机进行检查。图7所示是关于检查模式的启动方法。



    根据新车培训资料中的说明，在发动机启动过程中，MGl作为启动机来启动发动机，同时，电流也流进MG2，防止齿圈转动，如图8所示。

    但实际上，在检查模式中，虽然能听到继电器动作的声音，以及电流流动的噪声，但发动机实际上根本没有转动。图9所示是在检查模式下，得到的启动状况下的数据流。

    从图9中的MGl转速、MG2转速以及发动机转速数据看，在MG2处于制动锁定时，MG1产生了很多的杂波，电源电流也有很高的增长，电流强度上升到12A，然后再降低到8A， 1s后降低到6A并保持在此水平不变，但此时发动机转速仍旧为零，同时中央混合动力显示屏上的电池电量显示也是迅速下降。这说明，确实是有电流分别流入了MG1、MG2线圈，但是却没有任何转动产生。结合前面路试得到的图6中的MG1、MG2以及发动机转速完全变化一致且几乎无转速差的情况分析，驱动桥产生故障的可能性非常大，而且很可能是三者烧结在了一起。对驱动桥分解检查，发现其内部存在大量金属磨屑，尤其令人惊讶的是放油时，没有放出一滴油。如图10所示，驱动桥内部行星齿轮机构已卡死。

    解决步骤：更换驱动桥，重新加注变速器油，试车，车辆行驶正常，无闯动现象，发动机也能够顺利着车。
    进入检杳模式。数据流如图11所示，发动机运转正常。此时电流强度瞬间显示达到53A，但马上就降低到4A左右。这与发动机无法启动时变化较明显。

    最后，再次将车辆轻负载加速的数据进行了记录，得到如图12所示的数据流变化趋势图。与故障时的图5数据流对比，我们可以发现，MG1\MG2以及发动机转速之间的关系有了很大的不同。首先，随车速的增加，MG1、发动机转速都在正常的变化，MG2由于直接连接驱动轮，所以，可以看到其余车速信号变化一致。这说明图5中的数据确实是不正常的。由于普锐斯的动力传输是利用两个动力源，即发动机以及MG2电动机，分别利用串联、并联的方式进行工作，所以，我们在针对这种车型进行故障分析时，首先要搞清楚其相关部件之间的联系，然后再在数据流分析上下工夫，相信，我们一样可以顺利地解决这种比较复杂的故障。

    最后，再对该车的转向角度传感器进行补充说明。在更换驱动桥后，试车，当车辆直线行驶并保持车速35km/h 5s后，转向角度传感器的工作即恢复正常，左右转向时，可以正常变化。此时，车辆行驶中防滑指示灯也不再点亮。
    维修点评：普锐斯作为国际上第一种投入量产的混合动力汽车，采用了大量的先进技术，颠覆了以往我们大部分人对汽车的认知，随之，给我们一线的技术人员带来了新的挑战。如何应对这种新技术给我们带来的挑战，是摆在大家面前的一个新课题。
    我想应对的方法无外乎以下两条：一是抓紧时间学习国际上最新的先进汽车技术，故步自封永远不会进步，所以，作为技术人员汲取新知识的努力决不可放松；二是抓住一切机会，学习掌握新技术，不要放过任何实际动手的机会。
 

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