Niekonwencjonalne usterki pojazdów hybrydowych

PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
z. 98
Transport
2013
Pawe Olszowiec, Mirosaw Luft
Uniwersytet Technologiczno Humanistyczny w Radomiu
NIEKONWENCJONALNE 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 suce 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 prestiem
i symbolem nowoczesnoci. Ukazay si take dziesitki publikacji na temat zasady
dziaania, idei oraz susznoci stosowania napdów hybrydowych, które powoli i do
niemiao zdobywaj take 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.
Poniszy 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
wyposaona 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
492
Pawe Olszowiec, Mirosaw Luft
z bezstopniow skrzynia biegów przy równolegym sprzgniciu z jednostk elektryczn.
Cay ukad wspópracuje take z niklowo wodorkowym akumulatorem o napiciu 245 V
i masie okoo 200 kg. Taka budowa pojazdu powoduje, i diagnostyk szeregow pojazdu
naley 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 take 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
moliwo adaptacji elementów skadowych systemu. Istotnym dla poprawnej diagnostyki
tak zoonego 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 moliwo powstawania tzw. bdów midzy systemowych. Przykadem takiego
problemu jest np. usterka stycznika pod pedaem hamulca, o której istnieniu moemy 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 naley zastosowa procedur rozruchow.
Poniewa w pojazdach hybrydowych jednostka spalinowa uruchamiana jest niezalenie od
oczywistych dyspozycji uytkownika, w celu diagnostyki komponentów silnika
spalinowego w stacji naprawy wymagana jest aktywacja „trybu kontroli biegu jaowego”.
Uruchomienie silnika spalinowego umoliwia diagnocie odczyt parametrów
rzeczywistych silnika oraz ocen pracy elementów wykonawczych. Dla pojazdu Toyota
Prius 1.5i kod silnika 1NZFXE równie przebadanego dla celów artykuu naley wykona
kombinacj „Szifterem” zmiany biegów oraz pedaem przypieszenia w nastpujcej
kolejnoci (rys.2):
Niekonwencjonalne usterki pojazdów hybrydowych
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
493
wczy hamulec postojowy,
dwignia zmiany biegu pozycja P,
2 x wcisn peda przypieszenia do oporu,
wcisn i przytrzyma peda hamulca,
dwignia zmiany biegu pozycja N,
odpuci peda hamulca,
2 x wcisn peda przypieszenia do oporu,
dwignia zmiany biegu pozycja P,
2 x wcisn peda przypieszenia do oporu,
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 mona uzna za gówny cel testu poniewa informacje w nim zawarte s
podstaw do oceny kondycji ukadu synergii. W trakcie badania system identyfikuje
usterki i moe wygenerowa chociaby takie bdy jak:
P3009 - "Leak detected", oznacza ciek 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. Umoliwia postawienie diagnozy, czy bateria
zostaa uszkodzona np. podczas kolizji pojazdu.
P3011 do P3029 - usterka blok baterii.
494
Pawe Olszowiec, Mirosaw Luft
Akumulator wysokowoltowy skada si z 38 moduów fizycznych, kady 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 powyszych 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
wyposaonych w technologi Full Hybrid czst jest take usterka ukadu klimatyzacji.
Wynika ona z bdnej obsugi ukadu nieuwzgldniajcej, i w pojazdach tych stosuje si
elektryczne sprarki wysokonapiciowe, które nie s zalene od pracy silnika
spalinowego. Taka koncepcja napdu umoliwia zachowanie wysokiego komfortu
w pojedzie poprzez utrzymanie dziaania klimatyzacji bez wzgldu na prac silnika
spalinowego. Klimatyzacja postojowa jest moliwa wycznie w zalenoci od dostpnej
mocy akumulatora. Obecnie stosowane sprarki wysokonapiciowe s sterowane przez
odpowiedni adaptacj prdkoci obrotowej w krokach co 50 obr/min. Mona w ten
sposób zrezygnowa z systemowej regulacji mocy. W przeciwiestwie do stosowanego
z reguy w przypadku sprarek napdzanych od silnika spalinowego ukadu tokowego,
w kompresorze zastosowano limakowy zespó sprania. Nowe rozwizanie to kompresor
Denso ES27C napdzany trójfazowym silnikiem indukcyjnym zasilanym napiciem 288V
z przetwornic umoliwiajc prac sprarki 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
Niekonwencjonalne usterki pojazdów hybrydowych
495
oleju w ukadzie, którego nadmierna ilo moe uszkodzi ukad. Informacje tych
producentów wskazuj, e nawet 1% oleju innego ni ND-OIL11 podany do ukadu moe
prowadzi do uszkodze kompresora (rys.4). Uywanie innych smarów moe spowodowa
naruszenie izolacji elektrycznej. Niewaciwy olej moe 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 moe by przyczyn poraenia 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). Jednake 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 naley wyczy wszystkie systemy mogce spowodowa
niekontrolowane uruchomienie pojazdu, naley do nich midzy innymi ukad klimatyzacji.
496
Pawe Olszowiec, Mirosaw Luft
Rys. 5. Zcze serwisowe Toyota Prius [5]
Przy obsudze aut powypadkowych, czstym problemem jest cakowity brak
moliwoci 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 przekaniki zabezpieczajce. Ten proces jest
odwracalny. Oznacza to, e po wyczeniu i wczeniu zapon przekaniki 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
przekaniki zabezpieczajce nie mog zosta z powrotem zamknite przez wyczenie i
wczenie zaponu. Czynno t naley 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 zoonych 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 powyszym 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 moliwa jest diagnostyka opisanych pojazdów przy uyciu
klasycznych diagnoskopów. Zastosowanie uniwersalnych urzdze, takich jak KTS570 lub
CDIF2 umoliwia równie rozszerzenie klasycznych testów diagnostyki szeregowej
Niekonwencjonalne usterki pojazdów hybrydowych
497
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.
Keywords: unconventional fault, diagnosis serial, trouble code