Ремонт гибридных автомобилей


Ремонт гибридных автомобилей, распространенные поломки

Содержание:

Все большую популярность набирают гибридные автомобили, у которых достоинств, которых классические авто с ДВС, своему владельцу предложить не могут, море.

Все гибриды можно разделить на классы

Первым в этом семействе считается последовательный гибрид, бензиновый двигатель которого  работает в максимально экономном режиме. Его главная задача – заряжать батарею, питающую электродвигатель. В гибриде параллельном гибриде оба двигателя: электрический и ДВС наделены одинаковыми функциями, т.е. оба они могут приводить  автомобиль в движение, работая поодиночке или совместно. Еще один вид – это полные гибриды, для которых показательно то, что на любом этапе электродвигатель, являющийся одновременно стартером и генератором, может приводить авто в движение, значительно экономя при этом топливо.

Современные, надежные, комфортные, экономичные и экологичные гибриды, тем не менее, иногда ломаются и им нужен ремонт. Прежде всего, это касается бензинового двигателя, рулевой рейки, амортизаторов, коробки передач, а дальше по статистике идут неисправности электроники, помпы системы охлаждения. Если говорить о России, то многие поломки и их ремонт связаны с плохими дорогами, некачественным бензином и человеческим фактором: неправильной зарядкой, например.

Наиболее распространенные поломки и ремонт гибридных автомобилей

Но, страхи, вызванные необходимостью ремонта гибридных автомобилей, не столь разорительны, если речь идет о, например, подвеске (включая управление рулевое, рассчитанное на езду по хорошим дорогам). Если говорить о стоимость ремонта подвески гибридного «Приуса», то она (неоригинальная, но приличного качества) не будет сильно отличаться от стоимости ремонта аналогичных деталей для иных японских моделей с ДСВ. В худшем случае ее придется заказать, став на неделю пешеходом.

Сложнее ремонт обстоит с рулевой рейкой. Если изношен механизм, начинает смещаться вдоль оси вал, приводя к вибрациям и биениям, из-за чего быстро из строя выходит датчик руля и автоматически отключается сам усилитель. Это, конечно, полностью не парализует машину, но ездить неудобно. Производитель в такой ситуации рекомендует заменить полностью рейку, которая считается механизмом неразборным. Но, российские «умельцы» научились ее (неразборную!) разбирать и ремонтировать разбитые шайбы-вкладыши. Результат отличный!

В принципе, о гибридной силовой установке можно говорить как об очень надежной. Электрическая ее часть, рассчитанная на весь срок эксплуатации, вообще необслуживаемая. Правда, пока нельзя сказать, сколько этот  срок составляет в километрах и годах.

Многие наши водители, мечтая о гибридных авто, но, не имея таких финансовых возможностей, чтобы приобрести новую машину, соглашаются на ее подержанный вариант. Следовательно, покупается б/у гибридный автомобиль, на одометре которого может быть от 30000 до 80000 километров. Но, пусть его оптимистичные показатели будут на совести перекупщиков и продавцов. Реально, как показали исследования на специализированном сервисе, они составляют от 100000 до 150000 километров. Это ближе к истине, поскольку покупается такой гибридный автомобиль любителями много ездить. Но, даже при этих цифрах, электроника и электрика не требует ремонта. Она сама следит за своим состоянием и ей просто не нужно мешать.

Самым страшным представляется выход из строя дорогущей аккумуляторной батареи, на которую производитель дает гарантию, не действующую, к сожалению, в России. Однако, согласно документации, она рассчитана на 5 миллионов циклов заряд/разряд (это очень много!). Значит, нужно просто соблюдать инструкцию, чтобы гибридный автомобиль мог прослужить долго.

Ремонт аккумуляторной батареи

Ни в коем случае нельзя на гибриде ездить без топлива, чтобы не произошла настолько глубокая разрядка главного аккумулятора, что без специалиста и ремонта машину уже будет невозможно завести. Уж лучше в таком случае, сразу к обочине и с канистрой в руках пешком на заправку. Обойдется это в разы дешевле, чем ехать на одной батареи (без ДВС) объявленные 20 км.

Если случилась такая беда – полный разряд батареи, зарядное устройство не спасет, и зарядить в домашних условиях ее не удастся. Реанимировать и от ремонтировать батарею придется специалистам, для чего понадобится неделя и деньги. В худшем случае, как раз и случится та страшная история, о которой с ужасом перешептываются водители, — нужна новая батарея, купить которую в Москве невозможно, да и сколько она стоит никто не знает. Привезенная же из Японии батарея для Приуса, прошедшая ремонт гибридный автомобиль по восстановлению в заводских условиях по действующей программе, обойдется в 1600-1700 долларов. Во Владивостоке, куда их привозят, это будет стоить на 100 долларов меньше (но  прибавятся расходы на доставку). Согласитесь, цена немалая, хотя и не запредельная. Но, к счастью, эта проблема коснулась единиц.

Технологии ремонта и обслуживания гибридных автомобилей

Гибридным автомобилем сегодня никого уже не удивишь. В Екатеринбурге, как и в любом другом крупном городе, остановившись на светофоре, можно наблюдать, как справа остановился Prius в 20-м или в 30-м кузове с сидящим за рулем «белым воротничком». А слева в это же время почти по встречке пытается пролезть огромный Cadillac Escalade – гибрид, управляемый «новым русским». Сзади притулилась Honda Civic – еще один гибрид со студентом, подпрыгивающим в такт с сумасшедшими ритмами, несущимися из включенного на полную мощь сабвуфера.

На ум просится фраза из военной терминологии: «Гибриды наступают!». Для нас – авторемонтников – это как сигнал боевой трубы, зовущей к решительным действиям. Но увы: найти сегодня грамотного Диагноста (именно так, с большой буквы!), способного разобраться с неисправностями гибридного ТС, практически невозможно. Что же делать? Вот об этом мы будем говорить сегодня и в дальнейшем. И тем самым попробуем хотя бы частично снять проб­лему и вооружить заинтересованных читателей специальными знаниями и личным опытом, накопленными в многолетнем ремонте гибридных автомобилей.

Сегодня владельцы таких авто в автосервисах сталкиваются с двумя диаметрально противоположными подходами к диагностике и ремонту таких ТС. При обращении в ремонтное предприятие они (владельцы гибридов), как правило, слышат следующую «весьма» исчерпывающую информацию:

1. «Поищите другой автосервис. Мы ремонтом и обслуживанием гибридов не занимаемся».

2. «Загоняйте авто, как-нибудь разберемся с вашим гибридом – не боги горшки обжигают!».

Сегодня на рынке как никогда остро стоит вопрос с подготовкой квалифицированного персонала для ремонта и обслуживания гибридных автомобилей. Таких ТС, бегающих по нашим дорогам, уже достаточно много, а число учебных центров, готовящих специалистов по их ремонту, на всю Россию ограничивается цифрой один. Под ней значится лишь наш учебный центр. Но возможности небольшого коллектива весьма ограничены, а желающих пройти курсы обучения – огромное количество. Поэтому мы совместно с журналом «Автомобиль и Сервис» («АБС-авто») решили на его страницах открыть рубрику «Школа ремонтных технологий гибридных автомобилей».

Процесс обучения будет, естественно, заочным – на основе наших статей. Задуманы и тестовые онлайн-мероприятия. Читателям (слушателям школы), успешно прошедшим все тестовые мероприятия, будут вручаться настоя­щие сертификаты, подтверждающие уровни квалификаций. Но об этом позже.

Как известно, издание «Автомобиль и Сервис» направленно в первую очередь на профессионалов авторемонта. Это руководители автосервисов, автомобильные инженеры, эксперты, практикующие диагносты, мастера, механики и т. д. Но реально группа заинтересованных в теме кажется гораздо шире. К ней вполне можно отнести и обычных автовладельцев, отслеживающих новинки мира автомобилей, и вообще всех тех, кто интересуется новой техникой.

Сразу оговоримся. Материалы, которые будут публиковаться на страницах журнала, не являются клонами программ, созданных для учебных курсов в рамках профессиональной учебы. Кратковременные очные мероприятия позволяют за 50 учебных часов донести лишь минимальный объем теоретических и практических знаний. А вот с помощью долговременного учебного цикла статей можно добиться гораздо большего.

Еще одно замечание. Все статьи учебного цикла могут состоять из двух необязательно равных частей. В зависимости от темы в каждой лекции будут предлагаться как теоретические материалы, так и знания о практике диагностики и ремонта. Первые несколько статей будут скорее о теории вопроса, но в дальнейшем мы обязательно будем чередовать теоретический материал с описанием практических ремонтных технологий. Надеемся, что такая форма подачи материала станет полезной большому числу читателей. Сегодняшнюю статью можно считать первым уроком.

Редакцию журнала вы хорошо знаете, а меня, вероятно, пока нет. Поэтому давайте знакомиться: Гордеев Сергей Николаевич, директор «Гибрид-сервиса». Ремонтом автомобилей занимаюсь с 1997 года. Являюсь членом Союза автомобильных диагностов России. Организовал и руковожу автосервисом «Гибрид-сервис», который с 2003 года занимается исключительно ремонтом и обслуживанием гибридных автомобилей всех марок. В 2009 году прошел курс обучения по ремонту и обслуживанию гибридных автомобилей в Японии. Совместно с издательством «Легион – Автодата» выпустил три книги по ремонту гибридов Toyota и Lexus. В 2012 году стал победителем телевизионного конкурса «Реальный бизнес» с проектом по ремонту и обслуживанию гибридных автомобилей. В 2012 и 2014 годах приглашался в США, где прочитал курсы лекций по ремонту гибридов.

Теперь по существу, т.е. по учебному плану. Начнем с общего знакомства с гибридными автомобилями. Как будем действовать?

Кратко рассмотрим – какие ДВС существуют в мире, и классифицируем их по типам. Подробнее остановимся на конструкциях ДВС, работающих по циклу Аткинсона, и поговорим об их специфических отличиях от двигателей, работающих по традиционному циклу Отто. Выделим основные узлы гибридного автомобиля и расскажем о каждом из них: ДВС; коробка передач (тяговый и стартерный мотор – генератор); высоковольтная батарея (ВВБ); инвертер и конвертер; вспомогательная АКБ.

В сегодняшней лекции мы вряд ли успеем охватить весь комплекс названных разделов. О чем не успеем поговорить – перенесем на следующий раз. Заканчивать будем основами техники безопасности при работе с гибридными автомобилями. Замечание: в каждом учебном процессе должны присутствовать перемены (перерывы). Чтобы учащиеся могли отдохнуть и разложить полученную информацию «по полочкам». Наши «перемены» будут длиною в месяц – это, как вы понимаете, связано с частотой выхода ежемесячного издания.

Немного об аббревиатуре, к которой мы намерены обратиться в рамках нынешней лекции. На сегодня существует множество модификаций гибридных автомобилей, представляющих различные бренды. Их принято идентифицировать по номеру кузова. Так, гибридный автомобиль Toyota Prius NHW10 профессионалы называют «Prius в 10-м кузове», NHW11 – «Prius в 11-м кузове» и т. д. Для упрощения разговора мы будем называть модель гибрида по кузову сокращенно: Toyota Prius NHW10 – К10, NHW11 – К11, ну и К20, К30 и т. д.

Часто приезжающие к нам на обучение специалисты говорят, что «они и так все знают, а на обучение прибыли по решению начальства». Таким я предлагаю пройти небольшой тест на знание гибридного автомобиля. Сообщаю, что тому, кто правильно ответит на 5 вопросов из 10 – учиться незачем, потому что они и так являются «гуру по гибридам».

Сами вопросы весьма несложны. Но «просты» они только для тех, кто действительно знает и умеет. За все время, что я обучаю диагностике и ремонту, а этот срок составляет более шести лет, ни один из учеников не смог правильно ответить даже на 4 вопроса. Пройдя же курс обучения, выпускники начинают смеяться над простотой тестовых задач. Давайте и с вами заочно проведем такой тест: я задам 10 вопросов, а вы попытайтесь на них ответить. Вот они.

1. Что такое режим «INSPECTION MODE»? Для чего он нужен? Как активируется? Какая разница между INSPECTION MODE и:

– сервисным режимом;

– тестовым режимом;

– режимом тест-мод;

– режимом «Inspection Mode»?

2. Почему исправный «MAF-сенсор» при диагностике 1,5-литрового ДВС в Toyota Prius на холостом ходу вдруг начинает показывать на сканере расход воздуха до 5 г/с?

3. Как посчитать остаточную емкость одного элемента в поступившей на ремонт высоковольтной батарее (ВВБ) и чем обосновать необходимость его замены?

4. Как «обучить» работе коробку гибридной Тoyota Estima К10 после замены масла? И зачем это вообще нужно?

5. Почему не надо искать неисправность в датчике положения распредвала на Prius К11, если мы имеем ошибку Р3140, которая прямо указывает на эту неисправность?

6. Почему в заглохшем во время движения Prius К20 мы подключаем для диагностики сканер, а он не выходит на связь ни с одним блоком управления? Что неисправно в автомобиле, и как можно устранить эту неисправность без сканера?

7. Какое принципиальное отличие в контроле элементов блока управления ВВБ Lexus GS450H по отношению к ВВБ Toyota Camry-гибрид?

8. Почему у работающего на холостом ходу Prius К30 скорость вращения на холостом ходу вдруг оказывается равной 1300 об/мин, и можно ли ее понизить?

9. Какое основное отличие муфты VVTi ДВС обычного автомобиля и гибридного? Как их различать?

10. Что очень сильно «стучит» в коробке Prius К10, и как можно быстро устранить эту неисправность?

Можете подвести итоги ответов:

– если вы уверены, что ответили на все 10 вопросов, то вы либо ошибаетесь, либо про­шли обучение в «Гибрид-сервисе»;

– если ответили правильно на 7–9 вопросов, то вы действительно – профессионал своего дела и много работали с гибридами;

– если от 4 до 6 вопросов – вы продвинутый пользователь Интернета, и много читаете на гибридную тематику, но заниматься ремонтом гибридов самостоятельно вам пока рановато;

– если правильно ответили лишь на 3 вопроса или меньше, то без дополнительного обучения вам к гибридам пока лучше не подходить.

Думаю, что в любом случае «Школа ремонтных технологий гибридных автомобилей» на страницах журнала будет полезна всем. С чего начинается любая школа? С азбуки. И мы начнем с азбуки, т. е. азов гибридного автостроения и разберем (в смысле изучим) следующие темы:

– типы и виды гибридов;

– их преимущества и недостатки;

– виды ДВС, используемые в гибридах;

– основные компоненты и устройства гибридного автомобиля.

Увы, но без знания этих основ мы не сможем перейти к теме обслуживания и ремонта. Поэтому пойдем строго по плану.

Систематически дорожающее традиционное автомобильное топливо и повсеместное ужесточение экологических стандартов принуждают автопроизводителей к поиску альтернативных аналогов топлив и новых инженерных решений. Под это разрабатываются новые конструкции двигателей или совершенствуются прежние. Мы не станем останавливаться на особенностях альтернативных топлив, таких как спирт, жир, эфир и природный газ. А рассмотрим конструкции двигателей, способных на них работать. Рассуждать будем с точки зрения экономии природных ресурсов и экологических задач: что несет новая технология в части уменьшения стоимости 1 км пробега транспортного средства и сохранения невозобновляемых природных ресурсов и сохранности природы.

Условно разделим их на четыре группы.

1. Обычные двигатели внутреннего сгорания, работающие на альтернативном топливе, т. е. не на обычном бензине или дизтопливе, а, например, на сжиженном нефтяном газе, природном газе, биотопливе и т. д.

2. Двигатели внутреннего сгорания, работающие в паре с электрическим двигателем. Назовем их гибридными двигателями.

3. Чисто электрические двигатели, потребляющие только электрическую энергию.

4. Двигатели на топливных элементах. Назовем их водородными двигателями.

5. В последнюю группу соберем оставшиеся конструкции двигателей: работающие на солнечных батареях (не путать с электрическими), фотонные, плазменные и т. д. Иными словами, те, для которых реализация в серийном образце – дело весьма далекого будущего.

Первую группу рассматривать подробно не имеет смысла по двум причинам: во‑первых, эти двигатели мы все хорошо знаем. Во-вторых, как такового эффекта снижения потребления природных ресурсов этот путь не дает.

Схема силовой установки последовательного гибрида

Третья и четвертая группы имеют огромное преимущество в этом отношении, но у них есть и свои существенные недостатки. Так, серийные электромобили имеют очень маленький автономный пробег и весьма высокую стоимость тяговых батарей.

Сегодня несколько мировых автомобильных концернов пытаются запустить в серийное производство ДВС на топливных элементах, т. е. на топливе, основу которого составляет водород. Но мы подробно их рассматривать не планируем в связи с категорическим отсутствием инфраструктуры – водородных заправок.

Зато внимательно и подробно рассмотрим вторую группу, в которую попали гибридные двигатели. Повторюсь, что под гибридным автомобилем мы будем понимать транспортное средство (ТС), приводимое в движение двигателем внутреннего сгорания совместно с электрическим (одним или несколькими) двигателем.

Все виды гибридов по конструктивным реализациям можно разделить на три группы.

1. Последовательные гибриды.

2. Параллельные гибриды.

3. Последовательно-парал­лель­ные гибриды.

Теперь о каждом подробнее.

Последовательные гибриды. Принцип их работы таков: вращение колес автомобиля обеспечивается электродвигателем, который питается током электрогенератора, приводимого в движение двигателем внутреннего сгорания. Если упрощенно: ДВС крутит генератор, который вырабатывает электричество для тягового электромотора ТС. При такой схеме двигатели внутреннего сгорания имеют небольшой объем, а генераторы обладают значительной мощностью. Явный недостаток таких конструктивных решений заключается в том, что зарядка аккумуляторов и движение автомобиля происходят только в режиме постоянной работы ДВС.

Этот принцип пока не реализован ни на одном серийно выпускаемом легковом автомобиле. При некоторых ее достоинствах минусов больше чем плюсов. Но в грузовом автостроении такая гибридная схема иногда применяется. Это касается некоторых конструкций тяжелых карьерных самосвалов.

Параллельные гибриды. В такой схеме колеса транспортного средства получают вращение, как от привода ДВС, так и от электрического мотора, питающегося от аккумулятора. Но такая схема силового агрегата уже требует наличия коробки передач. К наиболее удачному образцу данной схемы можно отнести автомобиль Honda Civic – гибрид. В нем имеется электромотор, который может приводить в движение автомобиль совместно с ДВС. Это позволяет использовать двигатель внутреннего сгорания меньшей мощности, так как в случае необходимости ему на помощь может прийти электромотор. В таком режиме суммируется мощность двух силовых установок. Основной недостаток такого решения в том, что двигатель не может одновременно вращать колеса и заряжать батарею.

Последовательно-параллельная схема. Всех названных недостатков лишен гибрид, реализованный в последовательно-параллельной схеме. Здесь, в зависимости от условий движения, используется тяга либо электродвигателя, либо ДВС с возможностью подзарядки батареи. Кроме того, в сложных режимах эксплуатации силовой агрегат для обеспечения повышенного крутящего момента имеет возможность объединять усилия бензинового и электрического двигателей. Опираясь на такие экстраординарные возможности, рабочая программа ТС всякий раз для каждого режима эксплуатации автомобиля выбирает наиболее целесообразное силовое решение. Этим обеспечивается максимальная эффективность транспортного средства.

Такая схема последовательно-параллельного гибрида реализована в автомобиле Toyota Prius. В переводе с латинского рrius – «передовой» или «идущий впереди». Сегодня существует несколько модификаций Prius. Их принято идентифицировать по номеру кузова – об этом мы уже сегодня говорили. Когда станем разбирать устройство Prius подробно, будем прежде всего иметь в виду модель К20. Обращения к другим аналогам: К10, К11, К30, К35 и проч. будут сопровождаться специальными указаниями.

Теперь пора уделить особое внимание самому известному и успешному в мире образцу гибридного автомобиля – Prius от компании Toyota. Почему мы так подробно будем говорить именно о Prius и именно о модификации К20? Постараемся ответить. С точки зрения специализированного авторемонтного бизнеса распространенность ТС конкретной марки в конкретном регионе (в нашем случае – РФ) является отправной точкой для специализации услуг, представляемых предприя­тием. Это накладывает на организаторов производства обязательства в специальной оснастке автосервиса, в приобретении необходимой рабочей информации и профессиональном обучении работников. Но не только.

Специализированный автосервис также обязан обеспечивать себя хотя бы минимумом расходных материалов и запчастей. А это – отдельная тема – к ней мы обратимся гораздо позднее. Сейчас коснулись ее в связи с особым статусом автомобиля Toyota Prius NHW20 (К20), который своим количеством на дорогах РФ многократно превосходит любое другое гибридное транспортное средство.

Соответственно знания о его особенностях наиболее полезны для работников независимых специализированных центров. Без знакомства с этим продуктом от Toyota браться за ремонт и обслуживание гибридных автомобилей не имеет смысла с точки зрения успешности автосервиса как бизнеса. Поэтому на примере именно Prius К20 мы планируем рассказывать об устройствах гибридных автомобилей и объяснять работу всех его компонентов с практическими советами по ремонту и обслуживанию.

Разрез части силового агрегата последовательно-параллельного гибрида. Можно увидеть устройство узла, в котором взаимодействуют два мотора/генератора с солнечной шестерней устройства распределения мощности (PSD)

Начнем с двигателя внутреннего сгорания. Замечание: в этой части разговора мы будем говорить лишь о тех особенностях ДВС, работающих в гибридных силовых агрегатах, которые отличают их от аналогов, реализованных в традиционных конструкциях ТС. Предполагаем, что читатели (слушатели) учебного курса хорошо знакомы с конструкциями ДВС обычных автомобилей. И еще. При разговоре о ДВС автомобиля Prius следует иметь в виду, что особенность его конструкции позволила серьезнейшим образом положительно сказаться на эффективности транспортного средства. С точки зрения ремонта такой двигатель практически ничем не отличается от своих ординарных собратьев и особого внимания к себе не требует. Но для правильного понимания гибридных технологий знания о конструкции таких моторов очень полезны. Вопросы, которые могут появиться у читателя, получат ответ в разделах, посвященных ремонту и обслуживанию конкретных моделей гибридов.

Итак, ДВС. Prius К20 имеет бензиновый двигатель внутреннего сгорания, с объемом 1497 см3. В К30 и в последующих модификациях объем увеличен до 1,8 л. Toyota обозначает двигатель Prius К20 как 1NZ-FXE, который часто путают с мотором автомобиля Toyota Echo. И понять это можно. У Echo он значится как 1NZ-FE. Конструкции обоих ДВС максимально схожи. Это рядные, четырехцилиндровые, 16-клапанные моторы, у которых вращение двойных распредвалов происходит посредством цепного привода. Оба оснащены коллекторами поперечного потока и т. д. Мало того, одинаковы и размеры элементов цилиндропоршневых групп (ЦПГ). Так, диаметр цилиндров и ход поршней у обоих соответствуют 75 мм и 84,7 мм. Но двигатели эти существенно разные: ДВС Prius работает по циклу Аткинсона (Atkinson), тогда как Echo – по циклу Отто (Otto).

Компоновка силового агрегата. На переднем плане хорошо виден инвертор одного из электрических двигателей

Очень поверхностно, возможно, кое-где не совсем корректно, пробежимся по конструкции традиционного ДВС, не отвлекаясь ни на что, кроме моментов: где и как происходят потери его эффективности. Бензиновый двигатель почти каждого автомобиля, бегущего сегодня по дорогам мира, работает по циклу Отто. Работа таких ДВС характеризуется четырьмя тактами: впуском, сжатием, сгоранием (рабочим ходом) и выпуском с открытием и закрытием клапанов близко к концам тактов.

Достоинство двигателя Отто состоит в высокой термодинамической эффективности, заключающейся в превосходном отношении энергия/вес и в надежности конструкции агрегата в связи с ее простотой. Большинство усовершенствований, производимых в двигателях, работающих по циклу Отто, связаны с увеличением эффективности и/или сокращением выброса вредных веществ. Производитель, во имя сказанного уменьшая вес ДВС, теряет мощность и надежность. Чудес ведь не бывает?

Инвертор электродвигателя с автономной системой охлаждения

Рассмотрим, где же и каким образом теряется эффективность. Известно, что современный ДВС, работающий по циклу Отто, обладает наибольшей эффективностью (КПД) в интервале 40–45% от максимально допустимой скорости вращения коленвала – этот режим еще называют оптимальным. А наивысший крутящий момент двигателя достигается в интервале 70–80% от тех же максимальных параметров вращения коленчатого вала.

То есть процесс достижения максимального крутящего момента всегда приводит к понижению КПД мотора. Почему? Потому, что всякое повышение скорости вращения ДВС выше оптимальных значений сопряжено с возрастанием потерь от трения. Их так и называют: потери трения. Существенное повышение скорости вращения коленчатого вала во имя достижения необходимого момента вращения обеспечивается с помощью повышенного обогащения рабочей смеси. А это – потеря эффективности. А вот при более низком, по отношению к оптимальному, режиме вращения коленчатого вала двигатель страдает от явления, которое называют насосными потерями (это мы обсудим позже).

Разрез рядного 16-клапанного ДВС гибридного автомобиля Toyota Prius, работающего по циклу Аткинсона

Вернемся к автомобилю Toyota Echo. Пиковая мощность его двигателя равна 108 л. с. А самая эффективная работа им будет производиться в режиме, когда мотор развивает мощность в интервале 35–50 л. с. Казалось бы, тогда при выборе двигателя для автомобиля мы должны руководствоваться следующим. Он (мотор) для оптимального режима эксплуатации должен обеспечивать всего лишь 40% от максимальной мощности, которую может развить. А чтобы такой автомобиль двигался со скоростью 105 км/ч по горизонтальной дороге, ему хватит и 15 л. с. При скорости ниже – и того меньше. С другой стороны, если бы мы установили на автомобиль двигатель даже в 30 л. с., ему бы потребовалось более 30 с, чтобы разогнаться до 96 км/ч.

Но Echo, как мы заметили, имеет двигатель мощностью 108 л. с. и обладает приличными показателями в ускорении и в преодолении препятствий. Поэтому автомобиль с двигателем (30 л. с.) не сможет ускоряться согласно нашим ожиданиям, и не будет иметь хорошей динамики. А это означает, что большую часть времени и пути автомобиль эксплуатируется в режимах, когда характеристика мощности ДВС находится в точке значительно ниже «зеленой зоны» эффективности. В результате значительная часть топлива расходуется впустую. Этот негативный конструктивный дефект характерен для всех без исключения автомобильных двигателей, работающих по циклу Отто. Специалисты называют его проб­лемой частичной мощности.

Главную причину потерь эффективности в режимах эксплуатации двигателей внутреннего сгорания называют насосными потерями. Как двигатель с циклом Отто, разработанный для обеспечения максимальной мощности в 108 л. с., заставить выдавать 20 л. с.? Ответ прост – уменьшить поток воздуха в цилиндры путем прикрытия дроссельной заслонки. Отметим, между прочим, что такой режим работы вынуждает двигатель тянуть воздух через узкую щель дросселя, создавая повышенное разряжение во впускном коллекторе. Об этом чуть ниже.

Если исключить особенности топливной системы современного автомобиля, которая при этом станет компенсировать недополученную порцию топлива принудительным ее впрыском, то можно ли сказать, что задача эффективности будет решена? Поскольку воздух, попадающий в цилиндр в течение такта, получает меньший воздушно-топливный «заряд», двигатель заработает с пониженной мощностью – что вроде бы и требуется.

Согласимся, что не все так просто. Создав эффект частичного вакуума во входном коллекторе, мы совершаем работу, т. е. расходуем дополнительную энергию. Какую? Когда поршень идет вниз при такте всасывания, давление в подпоршневом пространстве и частичный вакуум в верхней части цилиндра – над поршнем, через шатунно-поршневой узел создают сопротивление вращению коленчатого вала. Это уменьшает выходную мощность двигателя, и, кажется, именно к этому мы и стремились? Но такой эффект произошел за счет потраченного впустую топлива – а мы как раз этого и хотим избежать.

А вот и герой сегодняшнего повествования целиком. Конструкция от Аткинсона нашла в гибридном автостроении достойное место

Заметьте, что автомобили страдают от насосных потерь даже на высоких скоростях. Дроссель открывается полностью только при ускорении или при подъеме в гору. Известно, что дизельные двигатели лишены этой проблемы, потому что у них нет дросселя. Низкая мощность достигается простым уменьшением количества впрыскиваемого топлива. Это – одна из причин, почему дизельные двигатели обладают более высокой эффективностью. Данный способ не может быть применен впрямую на бензиновых двигателях, потому что температура горения их рабочей смеси при избытке кислорода («обеднении» смеси – об этом ниже) становится слишком высокой, что может привести к прогару поршней и клапанов.

Преобразование химической энергии в работу (механическую энергию) в поршневом двигателе сосредоточивается вокруг рабочего хода. Топливовоздушная смесь сгорает быстро и создает давление из-за взрывообразного разогрева смеси, главным образом углекислого газа и водяного пара. Это давление действует на днище поршня и с помощью кривошипно-шатунного механизма проворачивает коленчатый вал. Пропорция химической энергии, выделившейся в виде тепла, преобразованного в механическую энергию, зависит от «степени расширения» смеси газов. Этот параметр соответствует отношению между свободным объемом в цилиндре в момент поджига смеси и свободным объемом цилиндра до открытия выпускного клапана. Чем выше значение отношения, тем больше энергии тепла и давления может использоваться на вращение коленчатого вала.

К сожалению, есть предел степени сжатия, выше которого смесь не горит равномерно и вызывает детонацию. Некоторые источники приписывают это «предвоспламенению», т.е. явлению, когда смесь загорается спонтанно, до подачи искры. Здесь есть смысл отметить лишь то, что двигатель с циклом Отто конструируется таким образом, чтобы не допустить возникновения детонационных эффектов при заданных значениях октанового числа топлива. И такой агрегат не способен обеспечить больших степеней в расширении работающих газов.

В переводе с латинского рrius – «передовой» или «идущий впереди»

Среди причин снижения эффективности двигателя специалисты не последнее место отдают «потерям трения». Не станем останавливаться на том, что и как трется в механизмах ДВС, об этом знает любой наш современник, а не только автомеханик. Здесь важнее другое. Чем больше выходная мощность и обороты двигателя, тем выше потери трения. В режимах высоких скоростей потери трения могут составить большую часть «брутто-выхода» двигателя. Вот почему эффективность двигателя падает в режимах эксплуатации, превышающих «зеленую зону».

До недавнего времени конструкторы не стремились увеличить размеры двигателей, чтобы уменьшить трение для повышения эффективности. Наоборот, трение становится большой проблемой, поскольку двигатели становятся все миниатюрнее. А это – прямой путь к увеличению потерь мощности в таких двигателях на трение.

Идем дальше. Рассмотрим сам процесс сгорания топлива. Инженеры конструируют двигатели таким образом, чтобы обеспечить мотор, работающий в оптимальном режиме, пропорцией «топливо – кислород воздуха», позволяющей сжечь все топливо, используя весь кислород. Такое идеальное соотношение называют «стехиометрической смесью». Примерно это соответствует 14,7 кг воздуха на каждый килограмм бензина.

Современные автомобили поддерживают правильную смесь, используя ДМРВ (датчик массового расхода воздуха) на входе и датчик остаточного кислорода в выхлопе. Если отношение воздух/топливо увеличивается так, что воздуха становится больше нормы, смесь, как говорят, является «бедной». Кислород в выхлопе не причиняет вреда, но скудная смесь сгорает с более высокой температурой и может повредить двигатель, не разработанный для этого.

Высокая температура может также заставить азот воздуха соединяться с избыточным кислородом и производить оксиды азота, которые вносят свой вклад в загрязнение атмосферы. Если отношение воздух/топливо уменьшается так, что в двигатель поступил избыток топлива, смесь называется «богатой». Несгоревшее топливо в выхлопе вносит вклад в загрязнение окружающей среды. А то, что оно не окислилось для получения дополнительной мощности ТС, говорит об уменьшении эффективности двигателя.

Обычные двигатели просто обогащают смесь, когда требуется развить большую мощность. Это делает возможным использование каждой порции воздуха, поступившего в двигатель, для получения максимально возможного крутящего момента. Несгоревшее топливо может быть окислено до конца каталитическим нейтрализатором – и этим понизится вред природе, но и тогда энергия топлива будет потрачена впустую и в результате эффективность снизится.

Мы рассмотрели, как впустую, т.е. неэффективно расходуется мощность ДВС. Далее рассмот­рим пути ее эффективного использования – таковых можно выделить пять. На этом сегодня остановимся. В следующий раз продолжим разговор именно с этого момента. Затем перейдем к устройству гибридных автомобилей, познакомимся с их основными компонентами. До встречи.

Редакция благодарит работников Toyota Центр Ясенево за помощь в организации фото­съемки сюжетов, использованных в статье.

Ремонтируем гибридные автомобили вместе с Bosch: есть ли смысл покупать б/у

  • бизнес
  • автомобили
  • компоненты
  • аксессуары
  • гаджеты
  • комтранс
еще

Удивительно, но в России становится актуальной проблема ремонта автомобилей, оснащенных гибридной силовой установкой. За полтора-два десятка лет всевозможных гибридных «Тойот», «Лексусов» и «Хонд» разных лет выпуска в нашей стране набралось достаточное количество, для того чтобы отдельные сервисные центры озадачились соответствующими специалистами. А где гарантия того, что эти специалисты имеют нужную квалификацию? Оказалось, что российское подразделение Bosch давно позаботилось о данном вопросе. Об особенностях ремонта гибридов нам рассказал тренер учебного центра Bosch Игорь Воробьев.

Хотя мало кто поставляет гибридные автомобили в Россию официально, машины с такими силовыми установками выпускают сегодня почти все мировые автоконцерны. Часть из них также попадает в нашу страну, так что суммарно подобных авто достаточно даже для того, чтобы организовать специализированный автосервис. Тем более стоит учесть, что далеко не все и не всегда готовы обслуживаться в дилерском центре, а значит, поиск соответствующих специалистов становится еще актуальнее. Правда, пока эта тенденция касается в основном крупных городов России, а если еще точнее — Москвы и Санкт-Петербурга, где концентрация автомобилей с альтернативными силовыми установками максимальная.

Собственно, компания Bosch, имеющая колоссальный опыт в разработке всевозможных автомобильных электрических систем, а также ресурсную базу, решила заранее застолбить за собой в России место главной кузницы сервисных кадров этого направления.

«Текущий курс обучения, рассказывает Игорь, — это работа на будущее. Учитывая, какими темпами развивается транспорт с гибридными и электрическими установками, профессия имеет шансы стать в перспективе очень востребованной».

Пока в среднем учебный центр Bosch проводит один курс в год, на котором обучается 10–15 специалистов, львиная доля которых — из московских автосервисов. Курс состоит из трех этапов:

1 этап. Ремонт гибридных автомобилей, которые имеют допуск для эксплуатации на российском рынке.

2 этап. Ремонт гибридных автомобилей, которые не имеют допуска для эксплуатации на российском рынке.

3 этап. Ремонт гибридных автомобилей из первого и второго этапа под действующим напряжением, то есть в рабочем режиме.

Если с первым этапом все понятно, то на втором этапе рассматриваются автомобили, которые не часто, но все же встречаются на рынке. К ним относятся автомобили, которые гибридами или электромобилями стали уже после выпуска, то есть заводские, полузаводские, тюнинговые или даже кустарные переделки и самоделки. Да-да, такие авто тоже встречаются в России.

Мало кто догадается, но самая главная задача при ремонте гибридных автомобилей — сохранение жизни и здоровья персонала. Львиная доля всевозможных технических курсов по ремонту гибридов посвящена именно системе безопасности, которая подразумевает, в том числе, изучение физики электрических процессов.

Ремонт гибридной или чисто электрической установки — это по факту работа с маленькой передвижной электрической подстанцией, рабочее напряжение в которой — от 400 до 600 В. Так что ремонтами подобных авто занимаются не слесари, а электрики со всеми вытекающими требованиями: допуск по работе с электрооборудованием до 1000 В, справка о состоянии здоровья, подразумевающая отсутствие сердечных болезней и стимуляторов. Такие требования у всех, включая дилерские центры.

Еще один интересный факт: большинство технических проблем появляется вследствие неправильной эксплуатации, то есть нежелания клиентов выполнять, а то и просто хотя бы прочитать инструкцию по эксплуатации. Дело в том, что гибридный автомобиль накладывает на владельца дополнительную ответственность, поскольку содержит в себе не только привычный двигатель внутреннего сгорания, но еще и систему электрического питания, имеющую свои особенности. Вот о последнем как раз большинство и забывает, что и приводит к разнообразным проблемам.

Несмотря на общее название — гибридные автомобили или, правильнее, автомобили с гибридной силовой установкой, конструктивно существует множество их модификаций, разбираться в каждой из которых также необходимо сервисному специалисту. Гибридные автомобили могут быть оснащены бензиновым или дизельным ДВС, иметь один или два электромотора, различные варианты трансмиссий и батарей, а также функцию автономной подзарядки. Все это подразумевает свои особенности эксплуатации и ремонта

Внутри гибридного автомобиля значительно больше систем контроля за его состоянием. На дисплей выводится масса информации, так что автомобиль зачастую сам сообщает те или иные данные. Одна беда: автовладелец не всегда способен правильно интерпретировать эту информацию и своевременно обратиться к специалисту.

Например, нельзя надолго оставлять гибридный автомобиль с разряженной или слабо заряженной батареей. Из-за внешних (температурных) факторов саморазряд батареи может превысить допустимые величины, причем не основного аккумулятора, а вспомогательного. Так что есть шанс вообще не запустить гибридный автомобиль, если подобный алгоритм прописан системой.

Еще одна проблема — работа электромоторов, в том случае если их два: электродвигатель и мотор-генератор. Если их взаимодействие нарушено и не происходит потребления необходимого количества энергии, то мотор-генератор начинает перегреваться, что приводит к его поломке, а иногда и к выходу из строя батареи. Причем перегрев запросто может привести к возгоранию.

Переохлаждение также является проблемой. При переохлаждении аккумулятор очень серьезно теряет свои характеристики, а при совсем низких температурах вообще не способен выдавать нужную мощность. Именно поэтому производители все-таки закладывают в конструкцию систему температурных режимов, которые поддерживают необходимые условия. Температурные системы бывают воздушные и жидкостные. Это еще один механизм гибридного автомобиля, который требует обслуживания. Причем у воздушной системы есть особенность: воздух для нее берется не с улицы, а из салона авто (там он чистый и оптимальной температуры). Случайно не заткнуть специальные воздуховоды — требование, которое необходимо знать автовладельцу такой машины, иначе снова можно довести дело до перегрева.

В связи с этим есть еще одно предписанное требование: крайне желательное, а иногда и обязательное хранение гибридного автомобиля в гараже или любом помещении, где нет больших перепадов температур в течение года.

Еще один специальный механизм гибридных установок — система переключения потока тяги между ДВС и электромотором. Физически она представляет собой обычное сцепление («сухое» или «мокрое»), функционирующее только в автоматическом режиме. Устройство долговечное, но рано или поздно требующее грамотной замены.

Выбор между обычным и подзаряжаемым гибридом (Plug-In Hybrid или PHEV) с точки зрения эксплуатации решается в пользу последнего. Возможность заряжать батарею независимо от включения ДВС увеличивает ресурс и того и другого агрегата. А в случае регулярно заряженной батареи продлевает жизнь и ей

 

Toyota Prius всех поколений является самым распространенным «гибридом» в России, в том числе, первым, который стал продаваться в нашей стране официально. На втором месте родственные гибриды Lexus, которые россияне выбирают в основном как самые мощные и дорогие модификации, а отнюдь не по причине экологичности и экономии топлива

Все вышесказанное вызывает резонный вопрос: а зачем покупать подобный автомобиль, который требует к себе столько дополнительного внимания?

Тут, собственно, необходимо вернуться к изначальной идее создания подобного типа машин. А оно подразумевало появление гибридного автомобиля исключительно как переходного звена к полной электромобилизации. Топливная экономия и экологический фактор, без сомнения, были в числе важнейших причин, однако и психологический фактор, подталкивающий автовладельцев привыкать к электромобилю, при этом не отказываясь от привычного ДВС, ставили во главу угла. Отсюда же и всевозможные льготы при покупке подобного вида транспорта, которые действуют во многих западных странах.

С точки зрения эксплуатации сложные гибридные системы компенсируются, во-первых, сокращенным расходом топлива, во-вторых, уменьшенной нагрузкой на силовую установку в целом. В гибридном состоянии заметно повышается ресурс ДВС, ведь двигатель работает время от времени, да и подключается автоматически в определенных режимах, наиболее комфортных для его работы. Кроме того, электрическая часть достаточно проста и надежна, да и выход из строя тяговой батареи приводит исключительно к ее замене: ремонтировать в ней нечего.

Так что гибридные автомобили из-за наличия дополнительных систем, скорее, значительно повышают риск появления дополнительных неисправностей, чем реально их создают. Тут уже как и с обычной машиной: все зависит от конкретного владельца и степени его заботы о своем авто.

На сегодняшний день переходный период к полным электромобилям затягивается. Главная причина — малая емкость тяговых аккумуляторов, которые не позволяют выдать приемлемый запас автономного хода, сопоставимый с автономностью ДВС, а также немалая изначальная стоимость гибридных и электрических авто.

Не везде стабильная экономическая обстановка порой вынуждает руководство отдельных стран отказываться от льгот при купле-продаже подобного экотранспорта. Да и экологическое оправдание при более глубоком изучении вопроса становится не столь очевидным: производство электроэнергии для транспорта, добыча ресурсов для производства аккумуляторов (того же лития) и утилизация батарей при их отработке крайне далеки от понятий заботы об экологии.

Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен

Instagram Twitter facebook VK Подключить ленту новостей RSS

16+

Технологии ремонта и обслуживания гибридных автомобилей. Школа Сергея Гордеева. Урок второй

Продолжаем разговор о технологиях ремонта и обслуживания гибридных автомобилей. Предлагаем освежить в памяти, о чем шла речь в прошлый раз. Тогда мы рассматривали основные виды гибридных схем, использующихся в мировом автостроении – как в экспериментальных разработках, так и в серийных моделях. Основное внимание уделили двигателю внутреннего сгорания. Анализировали конструкции ДВС, применяемые в традиционных автомобилях. Отметили точки неэффективных потерь мощности таких двигателей. Работу закончили обещанием продолжить анализ конструкций ДВС, применяемых в самых успешных образцах гибридного автостроения. Затем планировали познакомить читателя с устройством гибридных автомобилей на примере TOYOTA Prius. Показать основные агрегаты и компоненты, работающие в нем.

Помимо выполнения обещаний, сегодня мы немного поговорим об обслуживании и ремонте гибридного ТС. Уточняем: по мере развития сюжетной линии профессионального цикла статей тема обслуживания и ремонта гибридов будет все более превалировать над теоретическими знаниями. В дальнейшем она станет основной темой лекций. Для тех читателей, кто не знаком с прошлой лекцией, будет полезно познакомиться с аббревиатурой, которой будем придерживаться в рамках данного цикла. Так, разнообразные модификации гибридных автомобилей на рынке специалистами идентифицируются по номеру кузова. Например: TOYOTA Prius NHW10 называют «Prius в десятом кузове», что для чтения не совсем удобно. Поэтому мы во всех лекциях модификацию гибрида будем упрощенно обозначать заглавной буквой «К» с цифрой, соответствующей номеру кузова. Так, TOYOTA Prius NHW10 будет «К10», и т. д. Теперь продолжим.

Итак, следуя задуманному плану, приступим к поискам путей повышения эффективной мощности в ДВС гибридных автомобилей. Таких мы нашли пять. Вот они.

1. Уменьшение массы двигателя

Самым простым способом на таком пути может быть попытка подобрать для ТС двигатель наименьшего объема. Но такой мотор будет лишен возможности обеспечить нужную мощность для ускорения обычного автомобиля на трассе, или эксплуатации его в режиме крутого подъема в гору. Гибридный же автомобиль, для того чтобы помочь ДВС в таких случаях, обращается за помощью к электрическому мотору, который, используя сохраненную в батарее энергию, обеспечивает ТС необходимой мощностью. После резкого разгона или поднятия в гору потребность в дополнительной мощности отпадает и частично разряженная батарея подзаряжается мотор/генератором от вращения двигателя внутреннего сгорания.

Схема силовой установки последовательно-параллельного гибрида

Традиционный автомобиль массой, сравнимой с Prius, оснащается ДВС мощностью примерно в 110 л. с. Вместо такого в названном гибриде установлен движок мощностью всего в 78 «лошадей»! Это приближает эффективность работы двигателя существенно ближе к «зеленой зоне», которая соответствует режимам движения по шоссе или в городе. То есть в тех маршрутах, которые по дальности и продолжительности съедают основной объем топлива. А батарея и электромотор поставляют дополнительную мощность по необходимости. Конечно, на это можно возразить, что понижение веса ДВС компенсируется утяжелением автомобиля за счет дополнительных силовых компонентов в виде электромотора и тяговой высоковольтной батареи (ВВБ). Но производители, выполнив на К20 несколько кузовных деталей из алюминия, облегчив блок цилиндров путем применения алюминиевого сплава и на основе других конструктивных и технологических решений, привели массу ТС к уровню соответствия с аналогичными традиционными автомобилями.

Немалая заслуга в эффективности гибридного автомобиля связана с электрически управляемой переменной трансмиссией. Она поддерживает работу ДВС около пиковых значений мощности без потерь эффективности намного лучше, чем обычная ступенчатая коробка передач.

2. Цикл Аткинсона/Миллера. Снижение насосных потерь

Но существуют пределы минимизации размеров ДВС. При их понижении вес тандема «ВВБ – электромотор», который должен компенсировать потерянную мощность, оказывается больше выигрыша от сокращения веса двигателя внутреннего сгорания.

К чему может привести бездумное следование такому пути? А вот к чему. Оперативный ресурс ВВБ ограничен. Затяжной подъем в гору может его исчерпать до того момента, когда автомобиль еще не достиг намеченной высоты. Поэтому, TOYOTA решила оставить на Prius двигатель 78 л. с. и не идти на его дальнейшее уменьшение. Такое решение обеспечивает эффективную пиковую мощность ТС выше любых требований к мощности силового агрегата для неагрессивного движения. Главная засада на этом пути была связана с насосными потерями. Они, как мы уже говорили, серьезно ограничивают мощность ДВС, работающего по циклу Отто. Двигатель же Prius не использует цикл Отто, а работает, скорее, по Аткинсону.

В двигателе Отто топливовоздушная смесь, поступившая в цилиндр в процессе всасывания, запирается впускным клапаном, закрывающимся около нижней мертвой точки. Таким образом, весь объем смеси, поступивший в цилиндр, сжимается и поджигается в момент подачи искры.

Коробка (тяговый мотор/генератор + вариатор) Toyota Estima Hybrid К10. Самая неудачная конструкция коробки из всех гибридов

В отличие от Отто, режим Аткинсона обеспечивает закрытие впускного клапана не в нижней мертвой точке, а остается на некоторое время открытым даже в момент, когда поршень начинает движение вверх. В результате часть смеси, попавшей в цилиндр для сгорания, вытесняется назад во впускной коллектор и засасывается другим цилиндром для дальнейшего использования. Точка, в которой закрывается впускной клапан в режиме Аткинсона, является величиной переменной. Объем смеси, которая сжата и сожжена, таким образом может быть уменьшен без строгого влияния положения дроссельной заслонки. Этот способ понижения выходной мощности без больших насосных потерь делает двигатель Prius намного более эффективным, чем традиционный двигатель. Он позволяет существенно понизить влияние насосных потерь на мощность силового агрегата.

Мы ранее говорили, что двигатель Prius реализован в очень близкой конфигурации и в размерных параметрах к двигателю Echo. После подробного обсуждения цикла Аткинсона читателю должно быть абсолютно понятно, что это два принципиально разных агрегата. В большинстве случаев Prius даст лучшую топливную экономичность, чем Echo, даже при том что двигатель Prius приводит в движение более тяжелый автомобиль, имеющий большие внешние размеры. Хорошая экономичность достигается в Prius не только из-за использования в нем гибридной системы, но во многом из-за конструкции двигателя.

3. Незначительные, но весьма эффективные конструктивные решения. Смещение оси коленчатого вала. Борьба с потерями трения

Незначительные изменения конструкции двигателя позволяют заметно снизить потери трения. Этот специфический источник потерь мощности является самым серьезным. Шатун, связанный с поршнем и коленчатым валом, во время работы воздействует на поршень под разными углами. Чем больше угол между осью шатуна и осью поршня – тем выше силы, которые действуют в направлении перпендикулярном оси цилиндра. Эта сила прижимает поршень к поверхности цилиндра, создавая значительные силы трения. Конструкторы ДВС сместили на небольшое расстояние ось коленчатого вала. Таким способом был уменьшен максимальный угол воздействия шатуна на поршень. Это существенно понизило величину потерь трения. На двигателях Prius используют «сдвинутые» коленчатые валы. Такая конструкция нашла применение в ДВС не только гибридных автомобилей.

Отметим еще одну особенность ДВС гибрида. Максимальные обороты двигателя Prius существенно ниже, чем на других автомобилях. Так, максимальные обороты ДВС таких ТС соответствуют: К10 – 4000, К11 – 4500 (об/мин). Такое решение снижает нагрузки на все элементы двигателя, что позволяет изготавливать их меньшими размерами. Это положительно сказывается на весе агрегата и работает против потерь трения.

4. Устранение обогащения

Так как высокая потребность в мощности достигается в Prius добавлением электромотора и ВВБ к мощности самого ДВС, нет никакой необходимости в использовании обогащенной топливовоздушной смеси. Понижение же мощности силового агрегата происходит путем снижения использования этих дополнительных электрических силовых компонентов. Таким образом, двигатель гораздо чаще, чем традиционное ТС, работает в штатном режиме наивысшей эффективности. Что обеспечивает значительную экономию потребляемого топлива.

5. Отключение цилиндров

В двигателях с большим количеством цилиндров возможно отключение нескольких из них для работы на малой мощности. Это обычно используется на больших и мощных двигателях, чтобы обеспечить хоть какой-то более-менее приемлемый расход топлива. Речь тут идет даже не об усилиях по поиску компромисса между большим и умеренным расходом топлива, а о попытках найти его между большим расходом и ужасным. Prius, имея маленький 4-цилиндровый двигатель, не использует способ отключения нескольких цилиндров. Можно сказать, что он отключает разом все четыре цилиндра, когда движется с помощью мотора, работающего на электрической энергии.

Чтобы подытожить разговор о двигателях, работающих в цикле Аткинсона, следует сообщить следующее. Почему такие моторы нашли столь мизерное применение в автомобилестроении? Отвечаем: они имеют существенный недостаток, который удалось преодолеть только в гибридных схемах. Двигатели Аткинсона не способны работать на малых оборотах. Понять причины такой особенности мотора читателю, знакомому с общим устройством ДВС, весьма несложно. Если кто-то из них об этом не знал – после короткого анализа предоставленной журналом информации сам сможет ответить на эту загадку. Дадим читателю поразмышлять. Мы же сообщим, что с этой существенной конструктивной проб­лемой ДВС, работающего в цикле Аткинсона, в гибридном автомобиле «борется» электродвигатель. Таким образом, такое ТС впитало в своем конструктиве все достоинства каждого компонента силового агрегата, минимизировав влияние их недостатков.

Инвертор Prius К30

На этом разговор о ДВС гибрида не заканчивается. Мы еще не раз будем обращаться к силовому агрегату автомобиля Prius, когда этого потребует тема занятия. Теперь обратимся к устройству гибридных автомобилей и повнимательнее рассмотрим компоненты, из которых они состоят. Обратимся к схеме, которую читатель видел в первой статье. Но тогда она была дана для предварительного знакомства в ряду с другими гибридными решениями. Теперь мы начнем рассматривать каждый компонент в отдельности. Покажем их назначение и способ реализации в конструкции.

На рисунке схематично показан привод Prius. Термин «схематично» здесь означает, что показаны основные компоненты без серьезной детализации. С ними автор картинки обошелся достаточно вольно. В частности, чрезвычайно упрощена часть агрегата, в которой двигатель внутреннего сгорания приводит во вращение планетарный механизм в устройстве распределения мощности (PSD). Весьма условно показано, как коронная шестерня связана с бесшумной цепной передачей и мотором/генератором MG2. А вот как вал ДВС (синий цвет) проходит сквозь вал MG1 и солнечную шестерню (желтый цвет), чтобы соединиться с водилом сателлитов с другой стороны PSD – показано замечательно. В дальнейшем своей текстовой информацией мы постараемся облегчить читателю понимание режимов работы этой трансмиссии.

Двигатель внутреннего сгорания Prius

Для автомобиля весом 1300 кг Prius имеет весьма скромный двигатель внутреннего сгорания. Такое стало возможным из-за наличия электрических моторов и высоковольтной батареи, которые помогают ДВС, когда необходима большая мощность. На обычном автомобиле двигатель рассчитан на высокое ускорение и движение в режиме крутого подъема, поэтому он чаще всегда работает с низкой эффективностью (КПД). Двигатель Prius мы подробно рассматривали выше, поэтому пойдем дальше.

Электрическая помпа Prius К20

Моторы/генераторы

Prius имеет два электрических мотора/генератора. Они схожи по конструкции, но отличаются по размерам. Оба – трехфазные синхронные двигатели на постоянных магнитах. Их название кажется сложнее, чем сама конструкция. Ротор (часть, которая вращается) представляет собой большой мощный магнит и не имеет никаких электрических соединений. Статор (неподвижная часть, прикрепленная к корпусу автомобиля) содержит три набора обмоток. В зависимости от сигнала программы процессора мотор/генератор может стать как производителем электроэнергии, так и ее потребителем. Эти свойства, собственно говоря, и отразились в названии агрегата.

MG1 связан с солнечной шестерней устройства распределения мощности PSD. Он – меньший из двух и имеет максимальную мощность около 33 кВт. Обычно он производит запуск ДВС и регулирует его обороты изменением величины генерируемой электроэнергии. MG2 связан с коронной шестерней планетарного механизма (устройства распределения мощности) и далее через редуктор соединен с колесами. Для упрощения понимания запомним, что MG2 всегда (постоянно) связан с колесами автомобиля. MG2 имеет максимальную мощность 50 кВт. Его иногда называют «тяговым электромотором». Обычная роль MG2 в силовом агрегате – приводить автомобиль в движение как двигатель или вырабатывать электроэнергию как генератор при торможении. Оба мотора/генератора имеют жидкостное охлаждение.

Электрическая помпа гибридной системы Prius К10. Она – самая надежная

Инвертор

Моторы/генераторы, работающие в гибриде, потребляют переменный трехфазный ток. Но ВВБ, как и все аккумуляторные батареи, запасает и отдает постоянный ток. Функцию преобразователя токов в схеме выполняют «инверторы» (силовые модули). Каждый М/Г имеет свой инвертор. Он «узнает» положение ротора от датчика на валу М/Г и управляет током в обмотках мотора так, чтобы поддерживать вращение мотора на требуемой скорости с необходимым вращательным моментом. Используя «самоиндуктивность» моторных обмоток (свойство электрических катушек, которые сопротивляются изменению тока), инвертор может пропускать через обмотку токи бóльшие, чем поступает от батареи. Он работает только тогда, когда напряжение на обмотках меньше напряжения батареи. В таком режиме происходит зарядка ВВБ.

Как известно, величина тока, текущего через обмотки электромотора, определяет его крутящий момент. Особенности такого двигателя становятся чрезвычайно выигрышными по отношению к двигателю внутреннего сгорания. На малых скоростях вращения электромотор способен достигать очень большого крутящего момента. До скорости 18 км/ч MG2 способен создать крутящий момент в 400 Н/м на редукторе. Именно поэтому гибридное ТС может начать движение с хорошим ускорением без использования коробки передач. В одном блоке с инвертором расположен и конвертер, который предназначен для обратного преобразования тока переменного напряжения в постоянный, с величиной напряжения, равной 13,8 В. От конвертера питается вся бортовая сеть автомобиля.

Чтобы немного отдохнуть от теории, пока обратимся к делам практическим.

Инверторы, как и моторы/генераторы, охлаждаются с помощью автономной системы. То есть для охлаждения моторов/генераторов и инвертора в автомобиле выполнен отдельный независимый охлаждающий контур. Он приводится в действие электрической помпой.

Электрическая помпа Prius К11

Если на К10 эта помпа включается при достижении температуры в контуре охлаждения около 48 °С, то на К11 и К20 применен другой алгоритм ее работы. В этих гибридах помпа начинает работать с момента включения зажигания, даже если «за бортом» температура воздуха соответствует –40 °С. Такая схема существенно снижает ресурс этих устройств. Что происходит при заклинивании или сгорании помпы? По законам физики, охлаждающая жидкость, прогретая от MG1 и (особенно) MG2, поднимается вверх, где находится силовой модуль инвертора. В нем (инверторе) жидкость должна понижать температуру силовых транзисторов, которые под нагрузкой выделяют значительное количество тепла. Если охлаждение транзисторов прекращается, как в случае с вышедшей из строя помпой, они очень резво сгорают. На К11 это самая распространенная поломка. Она на сканере высвечивается ошибкой Р3125 – неисправность инвертора из-за сгоревшей помпы.

Силовые транзисторы инвертора Prius К30, взорвавшиеся из-за перегрева, связанного с выходом из строя электрической помпы гибридной системы

На К20 японские инженеры помпу усовершенствовали. К сожалению, надежности от этого добавилось мало. Ресурс помпы вырос всего на 40–50 тыс. км. Тогда TOYOTA провела сервисную кампанию по замене помпы гибридной системы на Prius К20 по всему миру. Поэтому мы рекомендуем механикам, берущимся за ремонт гибридных автомобилей, давать своим клиентам – автовладельцам К11 и К20, такой практический совет: следует взять за правило летом, хотя бы раз в 2–3 дня, приоткрывать капот на 15–20 секунд при включенном зажигании или при заведенном двигателе. Если заметно движение антифриза в расширительном бачке системы охлаждения – все нормально. Если движение отсутствует – эксплуатировать автомобиль нельзя!

Подробно об инвертор/конверторе, его особенностях, способах ремонта и обслуживания мы будем говорить позже.

Теперь от теории отдохнули и можно продолжать. Хотя у нас будут еще не раз обращения к практической информации. На данном этапе развития темы теоретическим знаниям отдается существенно больше времени. Пока без них – никуда.

Высоковольтная батарея

Высоковольтная батарея Prius К10 состоит из 240 элементов номинальным напряжением 1,2 В каждый. Они очень похожи на батарейки для фонарика размера Д. Эти элементы собираются по 6 штук в так называемые «бамбуки» (внешне есть небольшое сходство). Батарея состоит из двух корпусов, в которых находятся 20 «бамбуков».

Высоковольтная батарея (ВВБ) Honda Insight Hybrid

Общее номинальное напряжение ВВБ составляет 288 В. Рабочее ее напряжение колеблется в режиме холостого хода от 320 до 340 В. При падении напряжения в батарее до 288 В запуск ДВС становится невозможен. При этом на экране дисплея загорится символ батареи со значком «288». Чтобы запустить ДВС в этом случае, японцы в К10 применили штатное зарядное устройство, доступ к которому осуществляется из багажника.

Нам часто задают вопросы, как им пользоваться. Отвечаю: пользоваться им можно только тогда, когда на дисплее горит значок «288». В противном случае при нажатии на кнопку «старт» вы просто услышите противный писк и загорится красная лампочка: «ошибка». Во-вторых, к клеммам маленького аккумулятора нужно подцепить «донора», т. е. либо зарядное устройство, либо хорошо заряженный мощный аккумулятор (но ни в коем случае не пусковое устройство!). После этого при ВЫКЛЮЧЕННОМ зажигании следует нажать кнопку «старт» не менее чем на 3 секунды. Когда загорится зеленая лампочка – пойдет зарядка ВВБ. Закончится она автоматически через 1–5 минут. Этой зарядки вполне хватит для 1–2 запусков ДВС.

ВВБ Prius К30

Когда мотор запустится, ВВБ будет заряжаться уже от конвертора. Если 2–3 попытки не привели к запуску ДВС и при этом значок «READY» («Готов») на табло не говорит о том, что автомобиль готов к движению, следует прекратить бесполезные запуски и искать причину неисправности.

В К11 высоковольтная батарея состоит из 228 элементов напряжением 1,2 В каждый, объединенных в 38 сборок по 6 элементов, с полным номинальным напряжением 273,6 В. Рабочее напряжение при этом составляет 280–330 В. Сама высоковольтная батарея находится за задним сиденьем.

При этом элементы выглядят не как оранжевые «бамбуки», а представляют собой плоские модули в пластмассовых корпусах серого цвета.

Максимальный ток батареи соответствует 80 А в заряженном состоянии и 50 А при разрядке. Номинальная емкость батареи – 6,5 Ач (ампер/часов), однако электроника автомобиля позволяет использовать только 40% этой емкости, чтобы продлить срок службы аккумулятора. Перемножив напряжение батареи на ее емкость, получим номинальный запас энергии. Он соответствует 6,4 МДж (мегаджоулей), а используемый запас – 2,56 МДж. Этой энергии достаточно, чтобы разогнать автомобиль с водителем и пассажиром до 108 км/ч (без помощи ДВС) четыре раза. Чтобы произвести такое количество энергии, ДВС потребовалось бы приблизительно 230 мл бензина. (Эти цифры приводятся только для того, чтобы представить количество накопленной энергии в батарее.)

ВВБ Prius К10 со снятой передней крышкой

Автомобилем нельзя управлять без топлива (органического), даже если стартовать с полного номинального заряда ВВБ на протяженном спуске. Большую часть времени у водителя имеется в распоряжении приблизительно 1 МДж пригодной к употреблению энергии батареи. Очень часто ВВБ попадают в ремонт именно после того, как в бензобаке заканчивается бензин, но владелец пытается «дотянуть» до заправки. В таком случае на табло загорается пиктограмма «Check Engine» и треугольник с восклицательным знаком. Если в этом случае продолжить движение, то элементы разрядятся до напряжения менее 3 В и придут в негодность.

Тот же монитор со включенным зажиганием. Но в правом верхнем углу горит значок АКБ с надписью «288V». Только в этом случае компьютер активирует возможность включения штатного зарядного устройства для ВВБ

На К20 японские инженеры для увеличения мощности пошли другим путем: они снизили количество элементов до 168, оставив в ВВБ лишь 28 модулей. Но с помощью специального устройства «booster» в инверторе напряжение батареи может повышаться до 500 В. Увеличение номинального напряжения MG2 в кузове К20 позволило повысить его мощность до 50 КВт без изменения габаритов.

Штатное зарядное устройство на ВВБ Prius К10

Prius также имеет вспомогательную аккумуляторную батарею. Это: 12- вольтная кислотно-свинцовая батарея, емкостью 28 Ач, которая живет в левой части багажника (в К20 и К30 – в правой). Ее функция заключается в том, чтобы запитать электронику и дополнительные устройства, когда гибридная система выключена, и главное реле батареи высокого напряжения отключено. Когда гибридная система работает, 12-вольтным источником служит конвертер. Он также постоянно подзаряжает вспомогательную батарею во время работы. Основные блоки управления обмениваются данными по внутренней CAN-шине. Оставшиеся системы общаются по внутренней сети «Body Eleсtronics Area Network». В ВВБ имеется и свой блок управления, который следит за температурой элементов, напряжением на них, внутренним сопротивлением, а также управляет встроенным в батарею вентилятором. На К10 на самих «бамбуках» установлены восемь температурных датчиков. Они являются терморезисторами. Дополнительный датчик контролирует температуру воздуха вокруг ВВБ. На 11К количество температурных датчиков элементов сократили до четырех, а на 20К – до трех штук.

Сервисный размыкатель на Prius К10

Устройство распределения мощности

Крутящий момент и энергия ДВС и обоих мотор/генераторов объединены и распределяются планетарным набором шестерен, названным TOYOTA «устройством распределения мощности» (PSD, Power Split Device). И хотя оно достаточно просто в производстве, понять сходу, как работает, не так-то просто. Поэтому уделим ему достаточно времени. PSD позволяет Prius работать одновременно в трех режимах – как последовательный гибрид, как параллельный гибрид и как последовательно-паралельный гибрид. При этом получать преимущества каждого из них.

ВВБ со снятой верхней крышкой на Prius К11 Элемент ВВБ Prius К20 Элемент ВВБ Prius К11

Так, ДВС может крутить колеса непосредственно (механически) через PSD. В то же время переменное количество мощности можно снять с ДВС, превратив эту энергию вращения в электрическую. Она может заряжать батарею или передаваться к одному из мотор/генераторов, чтобы помогать вращению колес. Гибкость этого механического/электрического распределителя энергии позволяет Prius улучшать показатели топливной экономичности и уменьшать выбросы вредных газов во время движения. Такое невозможно при жесткой механической связи между ДВС и колесами, реализованной в параллельном гибриде. И недостижимо для последовательного гибрида без потерь электрической энергии.

Prius имеет трансмиссию, которую называют CVT (Continue Variable Transmission). На русском языке этот термин звучит как «бесступенчато- регулируемая», или «постоянно-переменная» трансмиссия. Основой ее является устройство распределения мощности PSD. Такая бесступенчато-регулируемая передача работает точно так же, как обычная коробка автомат, за исключением того, что передаточное отношение в ней может меняться непрерывно и плавно, а не в коротких диапазонах шагов: первая передача, вторая, третья и т. д. Позже мы рассмотрим, чем работа PSD отличается от особенностей обычной бесступенчато-регулируемой передачи, т. е. вариатора.

Устали? Отдыхаем опять в практических разделах

Самым задаваемым вопросом по «коробке» автомобиля Prius является следующий: какое масло в нее заливается, сколько его требуется и как часто следует производить замену жидкости? Очень часто среди работников автосервиса бытует такое заблуждение: раз в коробке нет щупа – значит, масло там менять вообще не нужно. Это заблуждение привело к гибели уже не одну коробку.

Поэтому сообщаем, что замену рабочей жидкости в трансмиссии Prius производить нужно! Для модификаций этого ТС марки жидкости и их объемы должны соответствовать: К10 – масло Т-4 / (3,8 л); К11 – Т-4 / (4,6 л); К20, К30 – WS / (3,8 л).

Менять смазку следует через каждые 40 тыс. км. По японским срокам масло меняется раз на 60–80 тыс. км, но для особо тяжелых условий эксплуатации (а японцы относят эксплуатацию автомобилей в России как раз к таким – и мы с ними солидарны), масло положено менять в 2 раза чаще.

Штатный монитор Prius К10 со включенным зажиганием. В этом случае штатное зарядное устройство не может быть активировано никаким способом. Монитор установлен по центру передней консоли автомобиля

Поговорим об основных различиях в обслуживании коробок, т. е. о работах по замене масла. Если в К20, чтобы поменять масло, надо просто открутить сливную пробку и, слив старое, залить новое, то на кузовах К10 и К11 все не так просто. Конструкция масляного поддона на этих машинах выполнена таким образом, что если просто открутить сливную пробку, сольется только часть масла, причем не самого грязного. А 300–400 г самого загрязненного масла с различным мусором (кусочки герметика, продукты износа) останется в поддоне.

Поэтому, чтобы заменить жидкость, нужно снять поддон, слить грязь, почистить его и только тогда установить на место. При снятии поддона мы получаем еще один дополнительный бонус – это возможность продиагностировать состояние коробки по продуктам износа, находящимся в поддоне. Самое страшное для автовладельца – это когда он на дне поддона можно обнаружить желтую (бронзовую) стружку. Это будет означать, что такой коробке жить осталось совсем недолго.

Оригинальная прокладка поддона изготовлена из коры пробкового дуба. Если отверстия на ней не приобрели овальную форму – ее можно использовать повторно безо всяких герметиков. Главное при установке поддона – не перетянуть болты. Иначе можно разрезать прокладку гранями поддона.

Отдохнули? Замечательно! Тогда снова к теории

Что еще интересного применено в трансмиссии? Использование цепной передачи довольно необычно, но все обычные автомобили имеют шестеренчатые редукторы между двигателем и осями. Их цель состоит в том, чтобы позволить двигателю вращаться быстрее, чем колеса, и также увеличивать произведенный двигателем крутящий момент к большему крутящему моменту на колесах. Отношение, с которым скорость вращения уменьшена и крутящий момент увеличен – обязательно то же самое (пренебрежем трением) из-за закона сохранения энергии. Отношение называют «полным передаточным числом». Полное передаточное число Prius в К11–3.905. Оно получается так:

PSD Prius К30 в разрезе коробки

• цепное колесо с 39 зубами на выходном валу PSD приводит в движение цепное колесо с 36 зубами на первом промежуточном валу через бесшумную цепь (так называемую цепь Морзе);

• шестерня с 30 зубами на первом промежуточном валу связана и приводит в движение шестерню с 44 зубами на втором промежуточном валу;

• шестерня с 26 зубами на втором промежуточном валу связана и приводит в движение шестерню с 75 зубами на входе дифференциала;

• значение выхода дифференциала к двум колесам – такое же, как вход дифференциала (они фактически идентичны, кроме тех случаев, когда происходит движение в повороте).

Если мы выполним простую арифметику 36/39 × 44/30 × 75/26, то получим (с точностью до четырех значащих цифр) полное передаточное число – 3,905.

Почему используется цепной привод? Потому что это позволяет избежать осевого усилия (сила, направленная вдоль оси вала), которая возникала бы при применении обычных косозубых шестерен, используемых в автомобильных трансмиссиях. Этого можно было бы также избежать при использовании прямозубых шестерен, но они весьма шумны в работе. Осевое усилие не проблема на промежуточных валах и может быть уравновешено коническими роликовыми подшипниками. Однако это не так просто реализовать на выходном валу PSD.

Нет ничего необычного в дифференциале, осях и колесах Prius. Как в обычном автомобиле, дифференциал позволяет внутренним и внешним (по отношению к направлению поворота) колесам вращаться с разными скоростями при повороте. Оси передают крутящий момент от дифференциала к ступицам колес и включают сочленение, позволяющее колесам перемещаться вверх и вниз вслед за подвеской. Колеса изготовлены из легкого алюминиевого сплава и оснащены шинами высокого давления с низким сопротивлением качению. Шины имеют радиус качения приблизительно 11,1 дюймов, при котором на каждый оборот колеса автомобиль перемещается на 1,77 м. Необычен только размер штатных покрышек на К10 и К11. На таких ТС он соответствует: 165/65–15. Это довольно редкий размер резины в России. Многие продавцы даже в специа­лизированных магазинах на полном серьезе убеждают, что такой резины не существует в природе. На К20 применяется уже более популярная размерность резины: 185/60–15.

Перед тем как расстаться сегодня, зададим читателю интересный вопрос: что отсутствует в конструкции Prius, что обязательно есть в любом обычном автомобиле? С удовольствием ответим. В нем нет:

• никакой ступенчатой коробки передач, ни ручной, ни автоматической – Prius не использует ступенчатые передачи;

• никакого сцепления или трансформатора – колеса всегда жестко связаны с ДВС и моторами/генераторами;

• стартера – запуск ДВС производится с помощью MG1 через шестерни в устройстве распределения мощности;

• генератора переменного тока – электроэнергия производится моторами/генераторами по мере необходимости.

Поэтому устройство гибридного привода Prius фактически не намного больше, чем у обычного автомобиля. Кроме того, новые и незнакомые части, такие, как мотор/генераторы и PSD, имеют более высокую надежность и более длительный срок службы, чем те, которые были устранены инженерами гибрида из конструкции традиционных ТС в пользу названных агрегатов.

Сегодняшней работой мы закончили общее описание устройства Prius. Можно сказать, что говорили об особенностях автомобиля, неподвижно стоящего на парковке. В следующий раз мы его заведем и будем эксплуатировать в разных режимах. С точки зрения конструкции ТС мы перейдем от статического анализа узлов и агрегатов этого удивительного автомобиля к изучению его особенностей в динамике. Будем изучать, как взаимодействуют разные узлы и агрегаты в различных режимах эксплуатации автомобиля Prius. Коснемся и других вопросов, если, конечно, успеем.

Три главных момента при обслуживании гибридных автомобилей. — Laikar на DRIVE2

Зачастую люди говорят про гибридные авто так: «Ой! Да там столько электроники, что-нибудь сломается, потом чтобы починить нужно целое состояние».

Да, конечно, восстановление электрики и электроники гибридного автомобиля дело дорогое. Только вот само по себе оно не ломается. Как правило требуется ремонт в тех случаях когда что-то предшествовало этой поломке. Например ДТП, или не производилась замена, обслуживание узлов и агрегатов, или нарушались элементарные правила эксплуатации.

Электрика и электроника гибридной установки действительно сложный продукт, но надежность ничуть не хуже чем электрика и электроника в обычном автомобиле, где ее не многим меньше. И сломаться электроника гибридного авто без «посторонней помощи» не может.

Однако, как и в обычном автомобиле «гибриды» тоже нуждаются в уходе. Есть элементы гибридной установки, которым нужно проводить плановое ТО (техническое обслуживание). Их всего три и они являются частью жидкостной системы охлаждения инвертора.

Инвертор это устройство, которое получая команды от компьютеров управления занимается вращением и изменением режимов электродвигателя. Инвертор это то что находится радом с ДВС, когда открываешь капот гибридного автомобиля.

Инвертор привлекает внимание своей надписью на защитной верхней крышке HYBRID SYNERGY DRIVE, ну или что-то в этом роде в зависимости от производителя. Электронное устройство инвертора, которое занимается вращением электродвигателя, греется в процессе эксплуатации пропорционально выдаваемой мощности. Чтобы температура не стала критичной есть система охлаждения. К инвертору подходят шланги с антифризом, которые с обратной стороны подсоеденены к радиатору охлаждения. Циркуляцию жидкости обеспечивает электронасос, он же – помпа инвертора. Но правильное название – циркуляционный насос системы охлаждения инвертора. Те три элемента гибридной системы, которые требуют планового обслуживания, либо замены это – циркуляционный насос, радиатор охлаждения и антифриз.

Что будет, если не заниматься обслуживанием этих элементов? Ответ прост. Может произойти внезапный перегрев силовых ключей инвертора и он выйдет из строя. Его ремонт как говорилось выше может потребовать значительной суммы денег. Поэтому гораздо дешевле периодически производить обслуживание системы охлаждения инвертора.

Радиатор охлаждения нужно визуально осматривать на предмет засорения уличной грязью и мусором, а также на предмет течи. При необходимости его нужно почистить чтобы он лучше охлаждал инвертор. Если же он дал течь, то его необходимо заменить. При этом важно не спутать радиатор охлаждения инвертора с радиатором охлаждения ДВС, потому как это разные не имеющие общего контура системы.Циркуляционный насос нужно менять каждые 100-120 тыс. км пробега.

Так придумали не мы, , а завод изготовитель, о чем написано в рекомендациях обслуживания автомобиля. Другими словами циркуляционный насос это расходный материал, который должен быть заменен по истечении ресурса. Точно также как свечи зажигания или воздушный фильтр.

Антифриз как и любая другая жидкость автомобиля требует замены каждые два года. Эти рекомендации связаны с тем что по истечении этого срока химический состав меняется и антифриз теряет свою эффективность. Он может стать более вязким, в нем может образоваться осадок и тд. И как следствие ухудшение эффективность охлаждения. Обслуживание других систем автомобиля производится также как и на обычном автомобилей.--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Обслужить свой гибридный автомобиль можно в автоцентре ЛАЙКАР по адресу Софийская, 8 к1, (812) 915-25-05

Технологии ремонта и обслуживания гибридных автомобилей. Школа Сергея Гордеева. Урок пятый

В прошлом номере мы с вами рассмотрели, как подключать сканер и в каких режимах диагностировать различные системы гибридных автомобилей.

Теперь давайте рассмотрим, какие приборы нам понадобятся для ремонта и обслуживания гибридных автомобилей.

Самый главный и самый важный прибор для диагностики гибридного автомобиля – это, конечно, сканер.

Сразу возникает вопрос (который мне почти ежедневно задают владельцы различных СТО, которые хотят ремонтировать и обслуживать гибридные автомобили) – КАКОЙ СКАНЕР САМЫЙ ЛУЧШИЙ ДЛЯ РЕМОНТА ГИБРИДОВ?

Сразу отвечу, что такого УНИВЕРСАЛЬНОГО сканера в природе просто не существует!

Сейчас автосканеры выпускает огромное количество производителей. И каждый расхваливает именно свой продукт. Уверяют, что именно этот сканер работает со всеми моделями гибридов, и именно у него наибольшее количество активных тестов, он самый быстрый, самый надежный и т. д.

Давайте попробуем это все немного систематизировать и разобраться с тем, какой же сканер (или сканеры) надо иметь ремонтной автомастерской, чтобы заниматься ремонтом и обслуживанием гибридов.

Начнем, пожалуй, с небольшого экскурса в историю гибридов, если конкретнее, Prius.

Первый Prius сошел с конвейера Toyota в ноябре 1997 года. Им был Prius в 10-м кузове.

Это был «первый блин» от Toyota, но он получился далеко не комом.

За пределы Японии этот автомобиль не поставлялся. Соответственно он выпускался только с правым расположением руля.

Для диагностики и ремонта электронных блоков управления этого автомобиля предназначался сканер Toyota S2000 Tecno. Вернее будет сказать, что Toyota S2000 Tecno – это дилерский сканер для праворульных Toyota 1997–2004 годов выпуска. А для диагностики Prius японцы выпустили к нему специальную карту, вставив которую в прибор, можно было войти в гибридную систему Prius и в блок управления высоковольтной батареей.

Как вы думаете, какой самый главный недостаток этого сканера?

Правильно! Основной недостаток заключается в том, что этот прибор работает только на японском языке, т. е. на иероглифах.

Конечно, для тех диагностов, кто «дружит» с японским языком, работать на таком приборе – одно удовольствие. Для остальных – полная засада… Попробуйте догадаться, какой шнурок в какой разъем вставить и для чего он нужен.

Но, как говорится, на безрыбье и рак – рыба.

Мы начинали диагностику Prius именно с такого прибора. В иероглифах путем проб и ошибок разобрались, но все равно работать с этим сканером было очень неудобно.

И тут очень вовремя эту пустующую нишу заняли корейцы.

В 2006 году фирма Nextech выпустила новое программное обеспечение для линейки своих сканеров CarmanScan.

В нее входят следующие приборы.

CarmanScan Lite CarmanScan VG

Мультимарочные сканеры стали поддерживать гибриды. При этом меню было даже на русском языке! (Чем не могут похвастаться владельцы этих же сканеров, но с новыми программами.)

Что «могли» данные экземпляры на тот момент? Это: диагностика Prius в 10-м и 11-м кузовах и Estima и Alphard в 10-м кузове. Они полноценно считывали дату по гибридной установке и высоковольтной батарее. В списке меню выбора автомобиля был только Prius. Estima и Alphard не было, но они также легко диагностировались через меню Prius. Не со всеми 11-ми кузовами сканеры связывались без проблем. Иногда они просто отказывались устанавливать связь с ЭБУ гибридной установки либо ВВБ. Однако проблема разрешалась достаточно просто – не выбирая конкретную марку автомобиля, можно было зайти в блок через общий режим, и все работало.

Что касается 10-х кузовов. Так называемые нестираемые ошибки по блоку управления ВВБ (C2679, C2579) удалить упомянутыми сканерами на тот момент было невозможно. Соответствующее меню просто отсутствовало, так же как и «обучение» КПП на Estima и Alphard. Это можно было сделать или сканером Toyota S2000 Tecno, или вручную, разобрав блок управления ВВБ.

Зато можно было запустить эквализацию ВВБ на 11-м кузове. Правда, опять же, все зависело от модификации ЭБУ, установленного на автомобиле.

Главный недостаток этого сканера состоит в том, что мы не можем прочитать подкоды к ошибкам, т. е. более точно локализовать причину неисправности автомобиля. Производитель не торопится устранять этот недостаток – подкоды ошибок с их помощью не увидеть и по сей день. 20-е кузова вообще им никогда не поддерживались.

Что может линейка сканеров CarmanScan на сегодняшний момент? Это полноценная диагностика гибридов Prius с 10-го по 20-й кузов, Estima и Alphard с 10-го по 20-й кузов, Camry, Lexus RX400h и GS450h, Honda Civic, Insight, Fit.

Нестираемые ошибки по 10-му кузову теперь легко удаляются с помощью перепрограммирования блока со сканера, КПП обучаются, но некоторые замечания все же присутствуют.

Расскажу на примере флагмана сканеров среди CarmanScan – Carman AUTO-I 700.

Это самая последняя разработка корейских специалистов, которая вышла в продажу в 2015 году. Сканер достаточно современный. Мощный, быстрый, красивая графика, отсутствие кнопок, Wi-Fi. Поддерживает диагностику транспорта с разных концов света, осуществляя диагностику от мотоциклов до грузовиков. Найти нужный автомобиль достаточно просто. Список марок автомобилей настраивается.

Что касается диагностики гибридов. Сканер по-прежнему некорректно работает с Prius 30 и более новыми моделями. Большая часть даты в 30-х кузовах по гибридной части и ВВБ – неадекватная. В некоторых моделях не все параметры считываются с ЭБУ двигателем. Например, в 20-м кузове не посмотреть ISC Learning, а в Rx400h не видит топливную коррекцию по рядам. Lite, кстати, в некоторых программах «забывает» что такое Misfire, но при этом раньше мог считывать ISC Learning.

Еще один существенный недостаток: не считывает замороженную дату. Соответственно и подкодов с помощью данного сканера мы не увидим. Напряжение на связках элементов ВВБ в 10-м кузове раскидано по дате в разные концы меню: 14 связок в начале и 6 в конце. Мелочь, но вызывает чувство неудовлетворенности и досады. Ошибки C2579 и C2679 стирает без проблем. Эквализацию ВВБ запускает. Коробки обучает. Активные тесты работают, в том числе легко можно активировать сервисный режим.

По Honda: систему IMA видит неплохо, но в Civik показания напряжения на связках почему-то стали без десятых долей V. А для полноценной диагностики ВВБ эти десятые доли очень важны. Ведь разница по напряжению неисправного в большинстве случаев составляет всего 0,1–0,2 V. Причем Lite со старой прошивкой их показывает с легкостью в полном объеме. Сервисные функции в Honda для CARMANов закрыты. Соответственно при замене блока управления ДВС, которые не отличаются надежностью, мы уже не можем привязать к иммо новый блок.

Остальные гибриды от Ford, GM и т. д. видит либо очень ограниченно (в основном хорошо только системы SRS, ABS). А гибридную систему и ВВБ совсем не видит.

В целом линейка сканеров CarmanScan достаточно корректно и эффективно позволяет работать с большей частью гибридных автомобилей марок Toyota, Lexus и Honda.

Для полноценной диагностики гибридов от Toyota и Lexus, в то время как CarmanScan еще не поддерживали 20-е кузова, пришлось обзавестись дилерским Toyota Intelligent Tester II.

Несмотря на приличный возраст, прибор смотрится все еще отлично. И не только смотрится. Соединившись с автомобилем, работает быстро и четко. В отличие от мультимарочных сканеров, данный аппарат поддерживает все сервисные функции для европейского и американского рынков. Но не все доступно для машин японского рынка. Работает со всеми современными авто, хотя последнее обновление программы датируется 2012 годом. Самый главный недостаток для автосервиса, работающего с гибридными автомобилями – совсем не работает с Prius в 10-м кузове (не может войти ни в гибридную систему, ни в ВВБ). Зато отлично считывает замороженную дату и подкоды.

Это позволяет намного точнее и быстрее установить причину неисправности автомобиля. Также поддерживает программирование ЭБУ. При помощи меню Customize можно активировать и деактивировать нужные для клиента функции некоторых систем в автомобиле (отключать пищалки ремней, алгоритм открывания центрального замка и т. д.). С Estima и Alphard в 10-м кузове работает через меню Prius. Откалибровать коробку (обучить) данным сканером не получится.

Во всем остальном – отличный вариант для диагностики гибридных Toyota и Lexus даже самых последних моделей.

Самым распространенным сканером, которым можно провести диагностику гибридов практически любого производителя, является Launch X‑431 Master. Я бы назвал его самым универсальным, но и самым неудобным.

Это недорогой мультимарочник, который поддерживает диагностику огромного количества автомобилей, в том числе и гибридных. Удобство пользования по отношению к другим сканерам я считаю минимальным. Но не забываем, что сейчас производители Launch выпустили новые гораздо более удобные версии сканеров. В большинстве случаев есть поддержка сервисных функций, но работают они далеко не всегда. Однако производители не стоят на месте, и в отличие от CarmanScan быстро устраняют недоработки и ошибки. Так по мере обновления программ некоторые сервисные функции начинают работать не хуже, чем на дилерском оборудовании.

Единственный недостаток этого сканера, замеченный нами в работе (и не только нами), это то, что иногда при подключении его к Prius в 20-м кузове слетает калибровка линейного клапана.

Наиболее перспективным разработками являются диагностические интерфейсы, при помощи которых можно связать диагностическую шину автомобиля с ПК или ноутбуком с установленным программным обеспечением.

В частности, для Toyota существует программное обеспечение под названием Techsteram. Фактически это аналог Intelligent Tester II, только программа установлена на компьютер, а не на сканер. Techstream поддерживает все гибриды от Toyota и Lexus, со всеми сервисными функциями, вне зависимости от рынка. И если на первых версиях программы были проблемы с поддержкой японских иероглифов с японским рынком, то в новых версиях программы есть поддержка английского, что значительно упрощает использование программы. Скорость работы зависит от примененного диагностического интерфейса.

Саму программу можно недорого официально приобрести у производителя. Обновление ее идет постоянно.

На сегодняшнем уроке мы с вами рассмотрели лишь несколько основных сканеров, которые желательно иметь в автосервисе, занимающемся ремонтом и обслуживанием гибридных автомобилей. Мы намеренно не стали говорить о таких дорогих сканерах, как Autologic, Bosch KTS, G-Scan и другие, цена на которые выше всех мыслимых пределов, а рабочие функции с гибридами очень и очень ограничены.

Проанализировав эту статью, вы сможете решить для себя, какой из перечисленных вариантов подойдет именно для вашего автосервиса. Ведь не все автосервисы сейчас берут в ремонт, например Prius в 10-м кузове, выпускавшиеся с 1997 по 2000 год. Соответственно для работы с остальными Toyota и Lexus им хватит и прибора Toyota Intelligent Tester II. Но тогда они потеряют множество клиентов, которые поедут ремонтировать свои 15–17-летние автомобили к конкурентам…

На следующем уроке мы с вами рассмотрим, какое еще оборудование потребуется для автосервиса, занимающегося ремонтом и обслуживанием гибридов. Так же начнем рассматривать особенности ремонта ДВС на самых распространенных гибридах от Toyota – Prius.

Технологии ремонта и обслуживания гибридных автомобилей. Школа Сергея Гордеева. Урок 16

Прошлый урок мы заканчивали тестированием отремонтированной батареи и «виватом!» – успешным мастерам. Говорили: «Если все четыре условия при выполнении теста соблюдены, то поздравляю вас – вы действительно отремонтировали ВВБ! Если нет, и вы где-то в процессе ремонта допустили ошибку, то придется все начинать с самого начала. Почему мы с вами использовали для обучения в качестве примера ВВБ Prius в 10-м кузове? Потому что это самая сложная из всех типов и видов высоковольтная батарея! Если вы сможете правильно отремонтировать такую, то ремонт, например, ВВБ на Lexus CT200H покажется вам простым до безобразия. На этом сегодня остановимся. В следующий раз будем говорить об особенностях ремонта ВВБ на автомобилях Prius в 11-м, 20-м и 30-м кузовах, а также на гибридных Camry, Estima и Lexus».

Этот момент настал, и мы идем дальше по пути познания устройства гибридных автомобилей и их ремонта.

Сегодня будем ремонтировать ВВБ Prius 11 и Estima 10. Высоковольтные батареи этих модели гибридов и их модификаций являются весьма оригинальными не в лучшем понимании этого определения. Именно в этих двух образцах встречается огромное количество схожих «засад», которые будут поджидать вас при ремонте и хранении таких батарей. А вот ВВБ их более современных собратьев достаточно надежны в устройстве и, соответственно, в ремонте.

Фото 1. Prius 11 Фото 2. Estima 10

Как вы помните из предыдущих уроков, элементы ВВБ этих автомобилей изготавливаются в виде призм, соединенных по 6 штук в пластиковом корпусе. Сначала рассмотрим принцип действия размыкателя. Он отличается от размыкателя Prius 10. Оснащаются таким устройством целая линейка гибридов: Estima 10, Alphard 10, Lexus rx400h, Highlander и Kluger.

Фото 3. Размыкатель Prius 11

Сам размыкатель, несмотря на простоту конструкции, имеет свои хитрости. Как и у Prius 10, в корпусе ВВБ Prius 11, в который защелкивается размыкатель, имеется встроенный предохранитель и «защита от дурака», для обеспечения правильной установки размыкателя.

Только в Prius 11 контроль за размыкателем осуществляется за счет микровыключателя, расположенного в посадочном месте «чеки» размыкателя. Поэтому, если мы просто вставим размыкатель, но не повернем чеку до упора вверх – на экране сканера загорится код неисправности, хотя неисправности на самом деле и нет.

Интересна структурная электрическая схема, отвечающая за контроль наличия размыкателя, но не только. Именно она помогает спасти нерадивых ремонтников от поражения электрическим током при ремонте высоковольтной части гибридного автомобиля. Как она работает?

Свое начало она берет с корпуса инвертора. В Prius 11 провод вместе с платой управления силовыми модулями прикручен внутри инвертора. В Estima 10, Alphard 10 и Lexus rx400h массовый провод крепится снаружи на корпус инвертора. Но если на Lexus rx400h он обозначается наклейкой с предупреждением, то на Estima 10 этот малозаметный проводок без каких-либо специальных маркировок никак не ассоциируется у малоопытного механика с проводником тока высокого напряжения. Соответственно, 90% начинающих ремонтников ВВБ сталкиваются с этой «засадой» при первом же ремонте инвертора.

Фото 4. Расположение предохранителя Фото 5. Микровыключатель размыкателя Фото 6. Структурная электрическая схема «защита от дурака» Фото 7. Провод на инверторе Estima 10

Идем дальше. Названный провод не соединяется напрямую к микровыключателю размыкателя. Прежде он дотягивается до крышек высоковольтных разъемов мотор-генераторов. Их две – как на Prius 10–11, так и на Estima 10 и Alphard 10. В каждой крышке есть свой размыкатель. Соответственно, не установив крышку на место, мы не замыкаем цепь до размыкателя, а значит, увидим ошибку P3140. Автомобиль, конечно же, при этом не заведется. Плюс ко всему, внутри инвертора провода от крышек-размыкателей соединяются маленькими «однопиновыми» разъемами, которые ремонтники часто забывают соединить.

Все как будто элементарно и просто, но, не зная об этих нюансах или не умея «читать» электрические схемы, люди днями и ночами мучают размыкатель с микровыключателем, а потом звонят к нам и спрашивают: «Я ремонтировал инвертор, а теперь у меня высвечивается ошибка по размыкателю, почему?».

Как действовать дальше в данной ситуации, можно будет узнать из большой книги, которую мы готовим к изданию. В ней же можно найти ответы на множество других сложных вопросов, возникающих при ремонте ВВБ различных гибридных автомобилей.

Фото 8. Размыкатель в крышке инвертора

Не менее интересные истории бывают и с остальными размыкателями, но о них позднее.

Идем дальше. Как и у Prius 10, на Prius 11 для снятия ВВБ с автомобиля необходимо воспользоваться размыкателем. Снова «защита от дурака». Здесь они реализуется следующим образом. Для того чтобы мастер не забыл вытащить размыкатель, перед тем как станет подбираться к высоковольтной части ВВБ, конструкторы гибрида установили на корпусе либо на защитных крышках специальные оранжевые клипсы. Чтобы их снять, необходимо взять размыкатель и обратной его стороной повернуть внутреннюю часть клипсы. На фото это легко заметить. При этом она (внутренняя часть клипсы) отщелкнется и вылезет наружу.

К сожалению, мастера обычно клипсу ломают и только потом задумываются над тем, как она устроена и как нужно было ее снимать. На этом все функции размыкателя не заканчиваются – он нам еще понадобится, когда будем подключать нагрузку к ВВБ. Рассмотрим расположение и устройство ВВБ в Prius 11 и Estima 10.

Начнем с Prius 11. Месторасположение ВВБ в автомобиле одинаково, независимо от рынка, для которого выпущен автомобиль, – она находится в багажнике, сразу за задним сиденьем. В европейских и японских версиях ее можно увидеть, откинув спинку заднего сиденья. В версии для рынка США – только открыв багажник (спинка заднего сиденья аналогична Prius 10 – цельная и вперед не откидывается).

Фото 9. Снимаем оранжевую клипсу Фото 10. Расположение ВВБ Фото 11. Расположение размыкателя

Размыкатель находится в левой части ВВБ, под обшивкой. Получить доступ к нему возможно только из багажника.

Для снятия ВВБ с автомобиля необходимо:

  • снять минусовую клемму со вспомогательного 12В аккумулятора;
  • снять обшивку ВВБ (она держится только на клипсах);
  • вытащить размыкатель;
  • отключить пять разъемов возле размыкателя;
  • снять заднее сиденье.

Демонтаж заднего сиденья различается в зависимости от рынка, для которого произведен автомобиль. Если для американского, то сиденье снимается аналогично Prius 10. Если европейского или японского, то сначала удобнее откинуть спинки сиденья на подушку, открутить четыре болта крепления спинок и снять их. Затем демонтировать подушку заднего сиденья. После этого открутить болты крепления боковых подушек.

Фото 12. Черный воздуховод Фото 13. Газоотводная трубка Фото 14. Снятие ВВБ в сборе с Prius 11 Фото 15. ВВБ Prius 11 демонтирована в сборе

Сняв заднее сиденье, продолжаем:

  • откручиваем черный воздуховод, идущий от ВВБ к вентилятору ее охлаждения;
  • берем размыкатель и снимаем оранжевую клипсу, мешающую снять крышку на трех гайках;
  • сняв защитную крышку, откручиваем высоковольтные провода, соединяющие систему главных реле и инвертор;
  • откручиваем кронштейны крепления ВВБ к кузову автомобиля;
  • отворачиваем кронштейн крепления спинок заднего сиденья;
  • откручиваем кронштейн крепления подводящего воздуховода к корпусу ВВБ;
  • снимаем газоотводную трубку с правой стороны ВВБ;
  • отворачиваем болты крепления ВВБ к полу автомобиля.

Все, высоковольтная батарея готова к снятию. Вытаскивать ее удобнее всего, как и на Prius 10 – через заднюю левую дверь.

При этом сначала поднимаем левую часть ВВБ и тянем ее к левой части автомобиля. Затем помощник берется за второй край, и батарея вынимается из автомобиля.

На сегодня достаточно. Продолжим на следующем уроке.


Смотрите также