一辆行驶里程约7.8万km的2012年苏州金龙海格公交客车。该车行车中踩油门踏板突然油门失灵,发动机转速为1200 r/min,且踩油门时发动机转速不变化,发动机故障灯常亮,但低速车辆纯电机驱动行驶时,踩油门车速能够同步提高。
工作原理:该公交车安装了海格新能源的混联式气电混合动力系统,混合动力系统主要由超级电容储能装置、电动机/发电机(简称ISG电机)、高压发电机、电控离合器打气泵总成、整车控制器、高压发电柜、驱动电机控制器、混合动力系统操纵面板、翘板开关及指示灯、混合动力状态监视系统及组合仪表等组成(图1)。当车辆行驶速度低于25 km/h时,该混合动力车辆采用了低速纯电动驱动的行驶模式,驱动电机通过传动轴、驱动桥将动力传输给两个后轮,驾驶员踩油门踏板只对驱动电机进行控制,而发动机停机、离合器自动分离;当车辆行驶速度达到25 km/h时,高压发电机反拖发动机启动,发动机着火后离合器自动结合,发动机与驱动电机机械连接,驾驶员通过油门踏板同时对驱动电机及燃气发动机进行控制;当车辆行驶速度大于40 km/h时,采用纯燃气发动机驱动行驶模式,驾驶员踩油门踏板只对发动机的扭矩进行控制,此时发动机运行在最佳工况,混合动力系统不参与工作;车辆行驶中,松开油门踏板,约2s后发动机自动停机。
松开油门踏板踩制动时,若超级电容的电压值<330V,则整车控制器通过电机控制器来控制驱动电机发电,此时,ISG电机作为发电机使用,给超级电容充电(能量回收);当超级电容的电压值达到345V时,ISG电机停止发电。车辆到站停车后,若超级电容的电压值<330V,则高压发电机反拖发动机启动(离合器自动分离),发动机怠速运转,高压发电机给电容器充电;当电压值达到330V时,发动机自动停机。
故障检查:接修该车后,启动发动机,高压发电机顺利启动发动机(启动时,通过听声音可以很容易判断出是高压发电机启动发动机还是启动机启动发动机),发动机转速为1200 r/min(明显高于正常怠速),发动机故障灯亮。按下翘板开关上的“实验”开关(按下该开关,油门输出扭矩信号送至发动机,可以踩油门加速),踩油门,发动机的转速不变化(油门失灵),同时观察仪表,发现当超级电容的电压>>310V、气压>0.6 MPa、水温>60℃时,发动机自动停机。踩制动,按下操纵面板上的“D”档按钮,松开手制动,踩油门,车辆顺利起步,车速25 km/h以下时,为纯电动行驶(仪表上的发动机转速为零),踩油门车速同步增加,正常;车速达到25 km/h时,高压发电机反拖发动机顺利启动,踩油门时,发动机转速不变化!上述检查初步判断,该车混合动力系统应无故障。
该车安装了玉柴生产的YC6J210N-40单一燃料压缩天然气CNG发动机,该发动机的燃料供给系统主要由天然气储气瓶、充气面板、天然气滤清器、高压减压器、低压切断电磁阀、电控调压器EPR ,混合器和电子节气门等组成(图2)。
用美国E-Controls公司的发动机显示界面软件EDIS (Engine Display Interface Software)的诊断仪(PC版)读取故障信息,只读取到DTC 1173一个故障码,该故障码的含义为“电控调压器EPR通信丢失”;读取数据流,发现电控调压器的目标值与实际值差距很大,踩油门时同时观察到油门踏板位置传感器的数据流变化正常,由此可以排除油门踏板位置传感器及线路故障。通过分析故障码及数据流并结合上述路试情况,可以确定该车混合动力系统无故障。故障应该源于电控调压器或其相关的电路。
电控调压器EPR安装在高压减压器与混合器之间,电控调压器及其连接关系如图3所示。电控调压器上安装了低压切断电磁阀,该电磁阀由发动机ECU控制,用于及时切断或恢复对发动机的天然气供给。EPR由内置微处理器和大功率的高速电机组成,用于精确控制燃气的供给量,其作用类似于一个燃料喷射泵,主要功能为按照发动机ECU的压力指令来控制EPR的出口压力,控制参数为EPR出口压力与连接到EPR的反馈管压力之差(CNG燃料与空气压力差)。EPR与ECU采用CAN总线通信,EPR接收来自ECU的数字信号,然后EPR内部的微处理器将ECU命令转换成驱动信号,来驱动EPR内部的高速电机,使EPR的实际出口压力与反馈管压力之差与目标压差值一致,并且通过一个压差传感器来对出口压力与反馈压力差值进行实时测量,反馈至EPR微处理器进行出口压力的闭环控制。
若ECU在500 ms内没收到EPR阀的反馈压力数据,则触发并存储DTC 1173故障码。故障触发后,启动一级功率限制保护,发动机故障灯亮。