现象

一辆2012年奔驰S400混合动力轿车,行驶里程约8.8万公里,配备272.974发动机和722.950变速器。

该车发动机无法启动。

故障诊断

混合动力系统发动机无法启动的可能原因有:

节气门驱动机构机械损坏;缺少发动机转速信号;在点火顺序中有碰撞信号;蓄电池电量不足;燃油压力过低;发动机基本正时错位;启动机及其线路故障;驾驶认可系统3(DAS3)不允许启动;保护开关(A100s1)未施加开启电压。

接车后,尝试启动发动机,经多次启动均没有任何反应;检查低压车载电网电压,约为11.7 V,高压车载电网电压约为127.7 V,这表明高低压蓄电池的SOC电量充足。用燃油压力表检查燃油压力,燃油压力为400 kPa,正常。

连接STAR-DAS进行故障诊断,

(1)在发动机电子设备(ME)控制单元(N3/10)中读到2个故障代码,故障代码U011000的含义是“与电动机A控制单元的通信存在功能故障(当前)”,故障代码U011081的含义是“与电动机A控制单元的通信存在功能故障,接收到错误的数据(当前)”;

(2)在SG-EM功率电子装置控制单元(N129/1)中存储有故障代码P0A1E00,含义是“功率电子装置控制单元(N129/1)部件存在故障(当前)”;

(3)在SG-DDW直流/直流(DC/DC)转换器控制单元(N83/1)中存储有2个故障代码,故障代码P0A0E00的含义是“高压车载电网的联锁回路存在偶发性功能故障(已存储)”,故障代码U010000的含义是“与发动机电子设备(ME)控制单元的通信存在故障(当前)”;

(4)在SG-BMS蓄电池管理系统控制单元(N82/2)中存储有故障代码011000,含义是“与电动机A控制单元的通信存在功能故障(当前)”。

虽然在发动机电子设备(ME)控制单元(N3/10)中没有存储与电子风扇有关的故障代码,但该车的电子风扇却一直常转,可能是接收到错误的数据所致。根据故障引导检查控制单元的通信,检测结果显示“与控制单元HSG的通信是成功的”,说明该车控制单元的通信正常。

由以上初步检查结果分析,该车的故障可能会出现在以下几个方面:相关线路故障(首要排除);功率电子装置控制单元(N129/1)故障;SG-BMS蓄电池管理系统控制单元(N82/2)故障;发动机电子设备(ME)控制单元(N3/10)故障;混合动力控制器区域网络(CAN)电位分配器连接器(X30/44)损坏。

查阅混合动力系统相关资料,结合以往对此车的了解及经验,先对各控制单元的供电熔丝、搭铁点及各控制单元高低CAN线的电压信号进行测量,均未发现异常;检测混合动力控制器区域网络(CAN)电位分配器连接器X30/44(图1,位于前部带熔丝和继电器模块的SAM模块N10/1之后)端子1与端子2之间的电阻,为59.5 Ω(标准值为55Ω~65Ω),正常。

故障诊断仪引导提示检测控制单元电阻,按照图2所示的电路进行控制单元电阻的检测,实测DC/DC转换器控制单元(N83/1)的电阻约为48.5kΩ,蓄电池管理系统控制单元(N82/2)的电阻约为49 kΩ,发动机电子设备(ME)控制单元(N3/10)的电阻为51 kΩ,电动制冷压缩机(A9/5)的电阻为24 kid -26 k0,功率电子装置控制单元(N129/1)的电阻约为48 k4。

从检测结果数据看,电动制冷压缩机(A9/5)的内部阻值过低,很可能是电动制冷压缩机(A9/5)损坏,但是因为该车空调系统制冷功能是正常的,单凭该数据并不能确定电动制冷压缩机(A9/5)损坏,只能找到相同型号电动制冷压缩机(A9/5)进行互换进行验证。正好车间有一辆在修的奔驰S400轿车,于是测量数据进行对比,测量结果与原车一样,这说明该原车的电动制冷压缩机(A9/5)是正常的。

考虑到该车CAN通信故障和无法启动故障很有可能是同一个故障原因造成的。于是,就先对故障代码P0A0E00进行引导检测,读取到DC/DC转换器控制单元(N83/1)中高压车载电网电压的实际值为9.2 V,电压却为低压安笙电压,因此怀疑是蓄电池或者蓄电池的连接有问题。

于是决定检查部件A100(高压蓄电池模块)上的导线连接器是否安装到位,拔下A100(高压蓄电池模块)上的导线连接器观察,未发现异常,重新插回A100(高压蓄电池模块)导线连接器(注意:不允许导线连接器歪斜,否则导线连接器无法完全插上,可能导致互锁回路断路)后试车,故障依旧。

接着对故障代码P0A1E00进行引导检测,检查功率电子装置控制单元(N129/1)内的软件(SW)版本,为12.04.00,无需升级。用故障检测仪检测功率电子装置控制单元(N129/1)中记录的“总电容量的初始值”,为1037μF,正常,接着评估功率电子装置控制单元(N129/1)中记录的“总电容量的平均值”,为0μF,小于800μF,则必须更换功率电子装置控制单元(N129/1)。

从以上分析判断,是由于功率电子装置控制单元(N129/1)出现故障导致整个高压车载电网电压都降至低压安全电压。因此需要更换功率电子装置控制单元(N129/1)后再进行后续故障诊断。

更换功率电子装置控制单元(N129/1)后,连接故障检测仪进行在线编程。编程完成后重新读取DC/DC转换器控制单元(N83/1)中高压车载电网的电压,为122 V(正常为48 V~150 V),说明高压车载电网的电压恢复正常。重新读取故障代码,所有控制单元内均无故障代码存储,电子风扇也不再常转。

尝试启动车辆,但发现该车还是无法启动,在启动的过程中,观察到,启动前仪表盘上显示的高压电电量为57%,但在按下启动按键后仪表盘上显示的高压电电量迅速下降至0%。难道是高压蓄电池的电量不足吗?于是外接充电机进行充电,大约充电20 min后试车,故障现象还是和之前一样。

那么会不会是高压蓄电池损坏呢?如果高压蓄电池损坏那又是什么原因造成的呢?电动机的运作会不会受干扰或受阻碍呢?于是用扭力扳手尝试转动曲轴,却发现曲轴无论是顺时针还是逆时针一点都转不动,这充分说明该车发动机的机械部分存在故障,于是决定解体发动机进行检查。

在解体发动机的过程中,发现启动发电机的磁铁绝缘块脱落(图3)后卡在线圈上,将线圈卡死,从而导致发动机无法运转,由于发动机机械卡死,启动阻力过大,瞬间耗尽高压蓄电池电量,从而导致上述故障的产生。

故障排除

更换启动发电机和功率电子装置控制单元(N129/1)后,连接故障检测仪进行在线编程后,对高压车载电网进行初始化,激活车载高压电系统后试车,发动机启动顺利,故障彻底排除。

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