z. 98 Transport 2013
Pawe Olszowiec, Mirosaw Luft
Uniwersytet Technologiczno Humanistyczny w RadomiuNIEKONWENCJONALNE USTERKI POJAZDÓW
HYBRYDOWYCH
Rkopis dostarczono, kwiecie 2013
Streszczenie: W artykule przedstawiono niekonwencjonalne uszkodzenia pojazdów hybrydowych zarejestrowanych w autoryzowanych i nieautoryzowanych serwisach obsugi pojazdów. Opisano procedury diagnostyczne i narzdzia su ce do ustalenia waciwej diagnozy i naprawy pojazdu z napdem elektryczno – spalinowym przy zachowaniu zasad bezpieczestwa obsugi.
Sowa kluczowe: niekonwencjonalne usterki, diagnostyka szeregowa, kod bdu
1. DIAGNOSTYKA SILNIKA SPALINOWEGO
W POJEDZIE HYBRYDOWYM
Od czasu wprowadzenia na rynek pierwszej seryjnie produkowanej hybrydy wiata - Toyoty Prius mino ju 14 lat. Na przestrzeni tego czasu hybryda staa si presti em i symbolem nowoczesnoci. Ukazay si tak e dziesitki publikacji na temat zasady dziaania, idei oraz susznoci stosowania napdów hybrydowych, które powoli i do niemiao zdobywaj tak e nasze rodzime drogi. Równie niemiao rozprzestrzenia si wiedza na temat usterek oraz metod i procedur diagnostycznych co wynika z raportów zarówno autoryzowanych stacji obsugi jaki i nie zrzeszonych serwisów naprawczych. Poni szy materia powicony zosta praktycznym badaniom pojazdów hybrydowych z wykorzystaniem najpopularniejszych narzdzi diagnostycznych na rynku motoryzacyjnym takich jak urzdzenia z rodziny Bosch model KTS 570 oraz rodzimy diagnoskop CDIF2. Dla celów artykuu, w laboratorium Eksploatacji i Diagnostyki rodków Transportu Wydziau Transportu i Elektrotechniki przebadane zostay popularne pojazdy dwu silnikowe Lexus GS 450h, Toyota Camry Hybrid oraz Toyota Prius II generacji. Pierwszym z badanych aut bya Toyota Camry Hybrid wyprodukowana w 2007 roku wyposa ona w czterocylindrowy silnik rzdowy kod 2AZFXE o pojemnoci 2,4 litra DOHC z systemem VVT-I pracujcym wedug cyklu Atkinsona. Moc jednostki spalinowej szacowana jest na 110kW przy 4000 ob./min. Jednostka elektryczna to silnik synchroniczny o magnesach trwaych zhamowana na 105 kW przy 4500 obr/min. Pojazd posiada przeniesienie napdu typu CVT, czyli poczenie silnika spalinowego
z bezstopniow skrzynia biegów przy równolegym sprzgniciu z jednostk elektryczn. Cay ukad wspópracuje tak e z niklowo wodorkowym akumulatorem o napiciu 245 V i masie okoo 200 kg. Taka budowa pojazdu powoduje, i diagnostyk szeregow pojazdu nale y podzieli na oddzielne badanie silnika spalinowego oraz indywidualne okrelenie stanu technicznego elektrycznego napdu pojazdu.
Rys. 1. Bosch ESI tronic 1 [materia wasny]
Jako system zarzdzajcy silnikiem diagnoskop KTS 570 zidentyfikowa TCCS II CAN I (rys.1), wystpujcy tak e w innych modelach koncernu. Narzdzie Bosch-a pozwala na odczyt i kasowanie pamici bdów zawartych w sterowniku jednostki spalinowej, odczyt parametrów rzeczywistych, test elementów nastawczych, test funkcjonowania oraz mo liwo adaptacji elementów skadowych systemu. Istotnym dla poprawnej diagnostyki tak zo onego auta jest komunikacja z sterownikiem elektroniki centralnej, która w tym przypadku przebiega bezproblemowo. Stopie skomplikowania pojazdu oraz mnogo systemów wystpujcych na jego pokadzie z wykorzystaniem sieci CAN powoduje, i istnieje mo liwo powstawania tzw. bdów midzy systemowych. Przykadem takiego problemu jest np. usterka stycznika pod pedaem hamulca, o której istnieniu mo emy si dowiedzie nie po odpytaniu pamici sterownika ABS/ESP tylko po komunikacji wanie z elektryk centraln lub kalkulatorem silnika. Dla uzyskania parametrów rzeczywistych silnika spalinowego w trakcie postoju pojazdu nale y zastosowa procedur rozruchow. Poniewa w pojazdach hybrydowych jednostka spalinowa uruchamiana jest niezale nie od oczywistych dyspozycji u ytkownika, w celu diagnostyki komponentów silnika spalinowego w stacji naprawy wymagana jest aktywacja „trybu kontroli biegu jaowego”. Uruchomienie silnika spalinowego umo liwia diagnocie odczyt parametrów rzeczywistych silnika oraz ocen pracy elementów wykonawczych. Dla pojazdu Toyota Prius 1.5i kod silnika 1NZFXE równie przebadanego dla celów artykuu nale y wykona kombinacj „Szifterem” zmiany biegów oraz pedaem przypieszenia w nastpujcej kolejnoci (rys.2):
1. wczy hamulec postojowy, 2. d wignia zmiany biegu pozycja P,
3. 2 x wcisn peda przypieszenia do oporu, 4. wcisn i przytrzyma peda hamulca, 5. d wignia zmiany biegu pozycja N, 6. odpuci peda hamulca,
7. 2 x wcisn peda przypieszenia do oporu, 8. d wignia zmiany biegu pozycja P,
9. 2 x wcisn peda przypieszenia do oporu,
10. po potwierdzeniu systemu informacja na wywietlaczu Multi – info uruchomi silnik.
Rys. 2. Wizualizacja uruchomienia procedury trybu jaowego silnika spalinowego [5]
2. DIAGNOSTYKA NAPDU ELEKTRYCZNEGO
W POJEDZIE HYBRYDOWYM
Wród ogólnie znanych wczeniej ukadów na pokadzie pojazdu hybrydowego znajduje si nadrzdny ukad „sterowanie hybrydowe” zarzdzajcy moc, poprawnym funkcjonowaniem zespou silników oraz dystrybucja napdu. Komunikacj z jego zasobami mo na uzna za gówny cel testu poniewa informacje w nim zawarte s podstaw do oceny kondycji ukadu synergii. W trakcie badania system identyfikuje usterki i mo e wygenerowa chocia by takie bdy jak:
P3009 - "Leak detected", oznacza cie k wycieku/zwarcia obwodu wysokiego napicia do obudowy. Jest to informacja o wzrocie poziomu rezystancji, w jednej bd wielu komórkach akumulatora wysokowoltowego. Taki bd w sposób bezporedni okrela usterk wysokowoltowego akumulatora. Umo liwia postawienie diagnozy, czy bateria zostaa uszkodzona np. podczas kolizji pojazdu.
Akumulator wysokowoltowy skada si z 38 moduów fizycznych, ka dy zawiera 6 komórek. Dla celów samo diagnozy baterii sterownik zarzdzajcy energi stale monitoruje stan akumulatora w 19 blokach pomiarowych. Kody bdów przewidziane w systemie dla powy szych bloków zawieraj si zakresie od DTC P3011 do P3029).
Jedn z do czsto powtarzajcych si usterek pojazdów peno hybrydowych jest przepalenie uzwojenia trójfazowego silnika elektrycznego MG1 (rys.3) wynikajce z uszkodzenia ukadu chodzenia i przekroczenia temperatury.
Rys. 3. Widok uszkodzenia uzwojenia silnika MG1[ materia wasny]
Uszkodzenie tego typu niestety nie bdzie jednoznacznie zidentyfikowane podczas diagnostyki szeregowej, poniewa system odnotuje w pierwszej kolejnoci uszkodzenie ukadu chodzenia. Taka awaria wymaga diagnostyki punktowej oraz ingerencji mechanicznej w ukad, a tu instrukcje producenta s jednoznaczne, i niedopuszczalne jest poddawanie komponentów ukadu wysokiego napicia regeneracji. W pojazdach wyposa onych w technologi Full Hybrid czst jest tak e usterka ukadu klimatyzacji. Wynika ona z bdnej obsugi ukadu nieuwzgldniajcej, i w pojazdach tych stosuje si elektryczne spr arki wysokonapiciowe, które nie s zale ne od pracy silnika spalinowego. Taka koncepcja napdu umo liwia zachowanie wysokiego komfortu w poje dzie poprzez utrzymanie dziaania klimatyzacji bez wzgldu na prac silnika spalinowego. Klimatyzacja postojowa jest mo liwa wycznie w zale noci od dostpnej mocy akumulatora. Obecnie stosowane spr arki wysokonapiciowe s sterowane przez odpowiedni adaptacj prdkoci obrotowej w krokach co 50 obr/min. Mo na w ten sposób zrezygnowa z systemowej regulacji mocy. W przeciwiestwie do stosowanego z reguy w przypadku spr arek napdzanych od silnika spalinowego ukadu tokowego, w kompresorze zastosowano limakowy zespó spr ania. Nowe rozwizanie to kompresor Denso ES27C napdzany trójfazowym silnikiem indukcyjnym zasilanym napiciem 288V z przetwornic umo liwiajc prac spr arki na zasilaniu z baterii pokadowych. Dlatego te olej stosowany w kompresorach elektrycznych to ND-OIL 11, nie majcy nic wspólnego z obecnymi olejami do klimatyzacji. Olej ten posiada waciwoci dielektryczne i pozwala na prac uzwojenia silnika kompresora w otoczeniu czynnika chodniczego, który przez niego przepywa. Toyota i Lexus ostrzegaj nie tylko przed stosowaniem innych olejów, ale i zwracaj uwag na przestrzeganie odpowiedniej iloci
oleju w ukadzie, którego nadmierna ilo mo e uszkodzi ukad. Informacje tych producentów wskazuj, e nawet 1% oleju innego ni ND-OIL11 podany do ukadu mo e prowadzi do uszkodze kompresora (rys.4). U ywanie innych smarów mo e spowodowa naruszenie izolacji elektrycznej. Niewaciwy olej mo e przyczyni si równie do powstania wyadowa elektrycznych i uków przelotowych uszkadzajc izolacj wysokiego napicia. Wyadowanie elektryczne w ukadzie HV powoduje, i system wycza si ze wzgldów bezpieczestwa, a pojazd zatrzymuje si.
A) B)
Rys. 4. Widok kompresora Toyota Prius II generacja (A) oraz tabliczka znamionowa z informacja o rodzaju czynnika chodniczego oraz rodzaju oleju (B) [materia wasny]
3. ZASADY OBSUGI POJAZDÓW
HYBRYDOWYCH
Ukad hybrydowy zasilany jest obwodem wysokiego napicia, wiec niezachowanie procedury diagnostycznej mo e by przyczyn pora enia prdem lub poparzenia. Podczas obsugi serwisowej takiej jak monta i demonta elementów, kontrola lub wymiana podzespoów konieczny jest demonta zcza serwisowego baterii wysokowoltowej (rys.5). Jednak e podczas tego dziaania konieczne jest zachowanie kolejnoci czynnoci diagnostycznych. Wyjcie zcza diagnostycznego powoduje skasowanie kodów usterek z wszystkich sterowników znajdujcych si na pokadzie samochodu, dlatego te przed rozpoczciem czynnoci naprawczych zalecane jest wykonanie odczytu pamici sterowników. Równie istotnym w zachowaniu procedury diagnostycznej jest fakt, i modu sterujcy moc zapamituje cigle aktualny tryb mocy i przechowuje go w swojej pamici. Dlatego jeli zasilanie sterownika zarzdzajcego energi zostanie przerwane z powodu np. wymiany akumulatora 12V, istnieje niebezpieczestwo uruchomienia pojazdu po ponownym podczeniu zasilania. Z tego wzgldu przed odczeniem akumulatora 12V nale y wyczy wszystkie systemy mogce spowodowa niekontrolowane uruchomienie pojazdu, nale y do nich midzy innymi ukad klimatyzacji.
Rys. 5. Zcze serwisowe Toyota Prius [5]
Przy obsudze aut powypadkowych, czstym problemem jest cakowity brak mo liwoci wykonania diagnostyki szeregowej bazujcej na szeregowym poczeniu diagnoskopu, gniazda diagnostycznego i sterownika wybranego systemu. Na podstawie analizy dokumentacji technicznej producenta systemu Toyota Hybrid System przeprowadzonej w laboratorium Eksploatacji i Diagnostyki rodków Transportu, ten stan rzeczy wynika z faktu, i przy zderzeniu pierwszego stopnia, gdy zadziaa tylko napinacz pasa bezpieczestwa, otwarte zostaj przeka niki zabezpieczajce. Ten proces jest odwracalny. Oznacza to, e po wyczeniu i wczeniu zapon przeka niki zabezpieczajce mog zosta z powrotem zamknite. Gdy przy zderzeniu drugiego stopnia zadziaay napinacze pasów bezpieczestwa i poduszki bezpieczestwa, odczenie akumulatora wysokowoltowego od instalacji wysokowoltowej jest nieodwracalne. Oznacza to, e przeka niki zabezpieczajce nie mog zosta z powrotem zamknite przez wyczenie i wczenie zaponu. Czynno t nale y wykona za pomoc testera. Poduszki bezpieczestwa które zadziaay s dla ratowników znakiem, e podczas zderzenia przeczniki zabezpieczajce zostay otwarte, a wic instalacja wysokowoltowa jest odczona od akumulatora wysokowoltowego.
4. WNIOSKI
Zawrotne tempo wprowadzania przez producentów nowych modeli pojazdów oraz implementacja do nich wysoce zo onych systemów od pewnego czasu jest powodem wystpowania usterek które ujawniaj si dopiero w procesie eksploatacji, a nie w czasie prób i projektowania. Przykady takich usterek zostay opisane w powy szym artykule jako bdy midzysystemowe oraz jako dysfunkcja systemu nie potraficego zidentyfikowa oddziaywania ukadów mechanicznych na siebie. W materiale zwrócono uwag, i przy zachowaniu zasad bezpieczestwa badania pojazdu dwu silnikowego oraz przy znajomoci budowy ukadów hybrydowych mo liwa jest diagnostyka opisanych pojazdów przy u yciu klasycznych diagnoskopów. Zastosowanie uniwersalnych urzdze, takich jak KTS570 lub CDIF2 umo liwia równie rozszerzenie klasycznych testów diagnostyki szeregowej
o badanie punktowe czujników i elementów wykonawczych. Technika ta jest nieocenionym rozwizaniem dla nieokrelonych bdów i niejednoznacznych procedur naprawczych (rys. 6).
Rys. 6. Okno programu CDIF2 obsugujcego pojazdy hybrydowe [materia wasny]
Bibliografia
1. Merkisz J., Pielecha I. Alternatywne napdy pojazdów, rok: 2006, ISBN: 978-83-7143-260-6, Wydawnictwo Politechniki Poznaskiej.
2. Praca zbiorowa BOSCH Napdy hybrydowe, ogniwa paliwowe i paliwa alternatywne rok: 2010 ISBN: 978-83-206-1772-6 seria Informatory techniczne Bosch.
3. Lexus RX 400h Nr publikacji: NCF278E rok: 2005.
4. Haynes Repair Manual Toyota Prius 2001-2008 rok 2010 Wydawnictwo Haynes UK. 5. Repair and Maintenance Toyota Prius rok: 2010, Bentley Publishers.
UNCONVENTIONAL DEFECTS OF HYBRID VEHICLES
Summary: The article discusses the unusual and unconventional defects of hybrid vehicle damage reported at authorized services and non-members. The material is a description of the diagnostic procedures and tools for a proper diagnosis and effective repairs while maintaining safety procedures on vehicles with electric drive - internal combustion.
