Бензин с электричеством: разбираем все нюансы ремонта гибридных автомобилей
Изначально было понятно, что автомобили с гибридными двигателями, где обычному ДВС помогает электромотор с тяговой батареей, — это промежуточное звено: сегодня автоконцерны поголовно переходят на полноценные электромобили. Однако на вторичном рынке количество гибридных моделей достаточно велико. Причем даже в нашей стране их популяция такова, что в городах открываются профильные автосервисы, готовые выполнять ремонт почти любого уровня сложности. Корреспондент «Движка» провел день на СТО «Гибрид Сервис» в Санкт-Петербурге и поговорил с его руководителем Сергеем Щербаткиным.
Многие удивятся, но в нашей стране гибридные авто имеют неплохое распространение и спрос — как на вторичном, так и на первичном рынке. Другой вопрос, что большая часть новых автомобилей — это представители премиум-брендов, а если еще точнее — одной марки: Lexus. Рынок «бэушных» гибридов куда шире — тут огромное количество пригнанных как из Японии, так и из Европы и США всевозможных моделей разных классов, по разной цене и в разном состоянии. Лидером среди последних является хэтчбек Toyota Prius, который продолжительное время даже поставлялся к нам официально.
Очень интересна мотивация покупки гибридного автомобиля. Например, в компании Lexus открыто говорят о том, что хорошие продажи гибридных моделей — отнюдь не ответственность покупателей перед экологией или желание сэкономить на расходе топлива. Просто гибриды Lexus — это самые мощные и дорогие модификации, которые клиенты выбирают ради престижа и статуса, не всегда даже подозревая, что под капотом есть электродовесок.
Кстати, российские владельцы гибридных «Лексусов» с многолетним стажем также признаются, что за время владения подобной машиной никакой экономии топлива они не заметили: «жрет, как и все». Однако сами ощущения от динамики и комфорта бензоэлектрических машин им нравятся, так что менять их они не торопятся.
Toyota Prius в кузове XW20 — самая удачная и оттого популярная гибридная модель, сочетающая простоту, надежность и относительную доступность обслуживания. Машина еще два года оставалась на конвейере даже после выхода третьего поколения XW30
Причем тут все-таки есть некая доля самовнушения: дело в том, что, по официальным данным самой же компании Lexus, разница в динамике между одинаковыми моделями, но с разными силовыми агрегатами почти отсутствует. Например, тот же Lexus RX350 разгоняется до 100 км/ч за 8 секунд, а Lexus RX450h с электрическим довеском — за 7,7 секунды. А ситуация с кроссовером NX прямо противоположная: гибридная модификация уступает в динамике обычной бензиновой больше 2 секунд.
То же самое касается и вторичного рынка: большинство владельцев гибридных машин, как правило, принципиально поиском битопливной версии не занимались. Просто попалось хорошее предложение: свежая Toyota за недорого. Ну а дальше, если почитать отзывы, люди в большей степени открывают для себя не гибридные технологии, а просто новую модель, на которую они раньше не смотрели.
Очень часто можно встретить похвалу из разряда «пересел со старого 2,5-литрового „Форда“ на свежий 1,5-литровый „Приус“ и ощутил „гибридную“ экономичность!» — разница в объеме мотора почему-то опускается. Или еще один распространенный комплимент, когда люди открывают для себя кузов хэтчбек: «После своего старенького седана решился взять „Приус“ и удивился, что в багажник влезает стиральная машина, — отличный автомобиль, всем рекомендую».
Акцент именно на «гибридных» достоинствах делает лишь каждый третий-четвертый владелец: нет стартера — машина заводится в любой мороз, нет проблем с коробкой передач — ее роль выполняет редуктор. И так далее.
60% гибридных автомобилей в России — это машины с правым рулем, купленные на японских аукционах и обитающие главным образом в Зауралье. Косвенная причина того, что именно японские производители ударились в гибридные технологии, заключается в особенностях инженерной школы: японцам так и не удалось создать действительно удачную линейку экономичных дизельных двигателей, без которых невозможно было конкурировать в Европе. А одним из главных экспортных рынков для японцев всегда был американский, где дизели непопулярны, а экологические нормы строгие. Фактически у японских конструкторов не оставалось выбора, кроме как дорабатывать свои надежные, но старые бензиновые «атмосферники» до экостандартов с помощью электротехнологий, чтобы одновременно угодить всем.
Само собой, в большинстве случаев владельцы опускают неприятные моменты поломок или ремонтов, а также специфические нюансы обслуживания гибридных автомобилей. Ведь гибрид — это как бы два агрегата: к классическому бензиновому ДВС со всеми его проблемами добавляются «фишки» электромотора, батареи и управляющей электроники, которая занимается синхронизацией работы битопливной системы.
О сервисной стороне обслуживания гибридных автомобилей нам согласился рассказать руководитель петербургского СТО «Гибрид Сервис» Сергей Щербаткин.
Гибрид гибриду рознь
При общей концепции слияния бензинового и электрического моторов техническая реализация подобных авто отличается порой от модели к модели, не говоря уже о разных марках. И, увы, пресловутое «настоящее японское качество» дает сбой из-за излишней навороченности систем и массы нюансов, которые вносят коррективы и в работу ДВС.
Главное, что нужно помнить: гибрид — это не электромобиль, без бензинового мотора система работать не будет. А потому на первом месте, разумеется, ДВС. Тут, в общем-то, все как обычно: регулярная и частая замена качественного масла, фильтров, профилактика системы ГРМ и — внимание! — обязательная чистка топливной системы.
Гибрид очень критичен к точной работе бензинового мотора: любые сбои, которые, как правило, происходят из-за топливной аппаратуры, приводят к резкому увеличению нагрузки на электрическую составляющую, а она старается компенсировать провалы в работе. Из-за этого система может выйти из строя гораздо раньше положенного срока.
Беда гибридных модификаций Lexus — трещина боковой крышки трансмиссии, появляющаяся в одном и том же месте. Это конструктивный просчет японских инженеров, который не был исправлен и на современных моделях. Отдельно деталь не продается — по гарантии меняют коробку в сборе. «Гибрид Сервис» разбирает трансмиссию и заваривает трещину аргоном, после чего узел продолжает работать в обычном режиме без каких-либо проблем
Еще одна особенность — работоспособность системы кондиционирования и охлаждения батареи. Для тягового аккумулятора предусмотрена отдельная система охлаждения с вентилятором, за функционированием которой также нужно следить.
Особенность гибридов Toyota — отдельная помпа системы охлаждения инвертора, жидкость для которой одновременно служит и смазкой. Менять ее нужно строго каждые 40–50 тыс. км, иначе помпа начинает подклинивать, что ведет к перегреву и выходу из строя очень дорого инвертора.
Отдельная составляющая гибридных автомобилей — тормозная система. Дело в том, что она участвует в процессе рекуперации энергии. То есть гибридные автомобили тормозят в первую очередь мотор-генераторами, затем передними тормозами и в последнюю очередь задними. Таким образом, ресурс колодок и дисков по сравнению с обычным автомобилем возрастает порой в 3–4 раза. Но есть маленький нюанс: из-за куда меньшей востребованности на гибридных авто закисают суппорта, так что на каждом ТО необходимо выполнять профилактику
Что же касается коробки передач, то в «Тойотах», а позже и почти во всех остальных гибридных автомобилях начали использовать так называемый электровариатор, или e-CVT. Правда, чисто технически коробка к классическим вариаторам отношения не имеет: это некий симбиоз планетарной трансмиссии со специальными электромоторами, которые изменяют скорость вращения солнечной шестерни. В такой коробке нет ни передач, ни гидротрансформатора, да и в целом сломаться там могут только втулки, муфты, подшипники и в редких случаях дифференциал.
Рекомендации по таким коробкам стандартные: главное — это максимально частая замена масла (не позже 40 тыс. км пробега). Эксперты «Гибрид Сервис» рекомендуют использовать только оригинальные масла производителей, в частности по Toyota это трансмиссионное масло ATF WS.
Если же наблюдаются чисто механические повреждения, то обычно никто такую трансмиссию не перебирает — ее просто меняют на контрактную, благо стоит это не очень дорого: от 20 тыс. рублей.
Компания Toyota использует для своих гибридных моделей разные двигатели — от 1,5-литрового агрегата до V8 5.0. И, как показывает практика обслуживания, чем мощнее основной ДВС, тем больше проблем с гибридной системой, компоненты которой порой не справляются с огромным крутящим моментом. Специалисты СТО «Гибрид Сервис» фиксируют увеличение количества обращений владельцев Toyota Prius даже при переходе от мотора 1.5 к 1.8.
Батарея и срок ее службы
Главный источник беспокойства в случае с гибридным автомобилем — это, конечно, тяговая батарея, состоящая из нескольких десятков отдельных сегментов. Как ни крути, а даже при идеальном содержании с возрастом ее емкость падает, ячейки разрушаются, контакты окисляются и бортовой компьютер выдает ошибку что-то вроде Check hybrid system. С вероятностью 90% это проблема именно батареи.
Батарея Toyota Prius состоит из 28 элементов, каждый из которых можно заменить отдельно
Сразу стоит обратить внимание, что батареи на разных гибридных автомобилях могут быть разными: где-то стоят элементы в виде парных цилиндров, прозванные в народе «бамбуком», где-то — более привычные катриджи-аккумуляторы. Количество и размер тоже разнятся, но в основном это все никель-металлгидридные элементы.
После диагностики батарея снимается — приходится частично разбирать заднюю часть салона, что требует дополнительного времени и денег. После этого батарея подключается к специальному стенду, нагружается и проверяется монитором — необходимо замерить ток в каждой ячейке батареи, чтобы определить «битые» элементы.
Производители диагностического оборудования почему-то не позаботились о мониторе, который может проверять все ячейки батареи одновременно, а потому техники СТО «Гибрид Сервис» сделали его сами: прибор получился не очень эстетичным внешне, зато весьма эффективным
Итак, нормальное состояние вольтажа каждой ячейки — 7,5 В. Отклонение не должно превышать 0,3 В. Все, что не вписывается в эти значения, — ошибка и неисправность ячейки. Если количество «битых» элементов более 50% — батарея идет на выброс. В зависимости от емкости и размера машины она обычно состоит из 28–40 элементов.
Главный недостаток в том, что «битые» ячейки портят окружающие исправные. Так что если проблему запустить, не очень дорогое обновление трех-пяти элементов грозит обернуться дорогостоящей заменой всей батареи.
К сожалению, оригинальные ячейки отдельно не продаются. Можно поискать неоригинальные китайского производства, однако на профильных сервисах доверия им нет. Специалисты рекомендуют выбирать контрактные. Для Toyota Prius одна ячейка стоит 3–4 тыс. рублей, для Lexus RX — 6–8 тыс. рублей, для Lexus LS — 8–10 тыс. рублей.
Эксперты СТО «Гибрид Сервис» называют Honda Civic Hybrid одним из самых неудачных гибридных автомобилей и не рекомендуют его к покупке. В машине используются цилиндровые ячейки, которые очень быстро выходят из строя даже после замены. Причем измененная конструкция гибридного привода на моделях Honda Insight и CR-Z служит заметно дольше.
Каков итог?
Если подводить итог, то в целом особых технических проблем гибридные автомобили своим владельцам не доставляют, однако и расслабляться тоже не дают. Тут закономерность простая: чем больше узлов в автомобиле может выйти из строя, тем больше вероятность того, что рано или поздно они потребуют к себе внимания.
При выборе гибридного автомобиля крайне желательно знать все нюансы примененной бензоэлектрической системы и работоспособность тяговой батареи — это основные риски при покупке. В остальном проблемы будут касаться поиска грамотных профильных специалистов и контрактных запчастей. Нужно ли это для того, чтобы сэкономить три капли топлива и похвастаться перед друзьями чудом техники, каждый решает сам.
Редакция журнала «Движок» выражает благодарность СТО «Гибрид Сервис» и его руководителю Сергею Щербаткину за помощь в подготовке материала.
Технологии ремонта и обслуживания гибридных автомобилей. Школа Сергея Гордеева. Урок одиннадцатый
Сегодня мы разберем устройство нагрузочной вилки и научимся правильно пользоваться этим прибором для диагностики состояния вспомогательной аккумуляторной батареи и элементов высоковольтной батареи на гибридном автомобиле.
В настоящее время в продаже имеется огромное количество нагрузочных вилок. Цифровые и аналоговые, с различными режимами работы. Все они состоят из двух обязательных компонентов – это нагрузочное сопротивление и параллельно подключенный вольтметр. Этого вполне достаточно, чтобы оценить состояние аккумуляторной батареи. Дополнительные элементы нагрузочной вилки: удлинительные провода (мощные) с хорошими зажимами, кнопка включения нагрузочного резистора, амперметр, датчики температуры, микроконтроллеры и т. д. Все эти элементы установлены в дорогих нагрузочных вилках, но нужны ли такие приборы вам?
Вот фото нагрузочной вилки, которую мы используем в нашем «Гибрид-сервисе». Она самая простая (фото 1). Так она выглядит изнутри (фото 2).
Фото 1 
Фото 2
В зависимости от типа аккумуляторной батареи и ее напряжения применяются различные номиналы нагрузочного сопротивления. Существуют нагрузочные вилки со сменной либо регулируемой нагрузкой. Это делает их универсальными при работе с различными типами аккумуляторных батарей. Вольтметры используются как цифровые, так и аналоговые. Цифровые позволяют получать более точное значение напряжения в конце заряда, но, учитывая нашу конечную цель, сотые доли вольта не оказывают существенного влияния на результат.
Зачастую цифровые вольтметры применяются в паре с микроконтроллерами, которые позволяют после проведения измерения посмотреть начальное и конечное напряжение на батарее и время, в течение которого работала нагрузка. Такие приборы более точные, но и более дорогие. При работе с гибридными автомобилями более интересен аналоговый вольтметр. Почему? Во-первых, меньше шансов повредить его в условиях автосервиса или перегреть, не соблюдая временную паузу между проверками. Перегрев может вывести из строя нагрузочную вилку, когда измеряется большое количество элементов.
Во-вторых, он не требует дополнительного источника питания. В-третьих, для простоты и удобства пользования в аналоговых вольтметрах обычно применяют градуированную шкалу, раскрашенную в разные цвета. Это помогает визуально определить состояние аккумуляторных батарей по цвету сектора, на котором остановилась стрелка прибора. При этом отпадает необходимость запоминать границы напряжений и вглядываться в мелкую шкалу, если под необходимые типы проверяемых аккумуляторов нанести разноцветные сектора. Это значительно упрощает работу с прибором и позволяет наглядно показать клиенту состояние аккумуляторной батареи, даже если он не знаком с основами электроники и физики.
Фото 3
При ремонте гибридных автомобилей чаще всего требуется проверка двух типов аккумуляторных батарей: 12-вольтовых свинцово-кислотных (вспомогательный аккумулятор) и никель-металлогидридных (высоковольтная аккумуляторная батарея). Для этого подойдет вольтметр с максимальным значением шкалы 16 В. Каким образом происходит проверка? Соблюдая полярность, подключаются оба выхода нагрузочной вилки к клеммам аккумуляторной батареи. Тут надо обратить особое внимание, что чем лучше будет контакт при подключении, тем точнее будут показания.
Стоит заметить, что для проверки 12-вольтового свинцово-кислотного аккумулятора на гибридных автомобилях TOYOTA Prius, Alfard, Estima не обязательно разбирать багажник или салон для проверки аккумулятора. Под капотом в блоке предохранителей под крышкой, обозначенной красным плюсом, выведен провод, идущий напрямую с плюсовой клеммы аккумуляторной батареи. Таким образом, проверить вспомогательный аккумулятор можно прямо под капотом, несмотря на то что сам аккумулятор находится в салоне или багажном отделении автомобиля. То же самое касается «прикуривания» аккумуляторной батареи в случае ее неисправности или «просадки» по напряжению ниже допустимого уровня, после которого запуск автомобиля невозможен (фото 4).
Фото 4
Подключив оба выхода нагрузочной вилки к проверяемой батарее, мы можем оценить напряжение на выводах аккумулятора без нагрузки. Многие не считают этот замер важным, и часто бывает, что «в утиль» приговариваются исправные элементы. Если без нагрузки напряжение аккумуляторной батареи ниже номинального значения – это говорит о ее неисправности либо о разряженном состоянии. Чаще как раз бывает второй вариант. То есть перед проверкой аккумулятора он должен быть полностью заряженным. Это обязательное условие. Именно для этого и проводится процесс эквализации высоковольтной батареи перед ее проверкой поэлементно и ремонтом.
При этом определяем степень заряженности аккумулятора по следующей таблице:
Если мы получаем неудовлетворительные показания прибора во время процесса нагрузки аккумуляторной батареи, то это совсем не обозначает, что аккумулятор неисправен. Вполне возможно, что перед испытаниями он был просто недостаточно заряжен. В случае если вы не уверены в степени заряда аккумуляторной батареи, а под нагрузкой получили отрицательный результат, то необходимо зарядить аккумулятор и провести измерения повторно. Только такой метод не позволит вам забраковать исправную аккумуляторную батарею.
Следующим шагом является включение нагрузки. Нагрузка включается кратковременно (не более 10 секунд). В это время мы следим за положением стрелки вольтметра. Максимально корректные показания будут после 5–6-й секунды измерения. Если наша шкала раскрашена в цвета, то по цвету сектора, в котором остановилась стрелка, мы можем определить работоспособность элементов. Если шкала не размечена по цветам, то мы оцениваем конечное напряжение на выводах батареи или аккумулятора и по нему делаем вывод о его состоянии.
Какая должна быть нагрузка? Какой должен быть ток разряда? Для лучшей и максимально точной проверки аккумулятора ток должен иметь максимальный номинал, но он не должен превышать допустимую величину тока разряда данного аккумулятора. Для стартерных АКБ он рекомендуется от 1,0 до 1,4 С (где С – номинальная емкость аккумулятора в А·ч.)
Как рассчитать, каким должно быть напряжение, если мы проверяем не отдельный аккумулятор, а высоковольтную никель-металлогидридную батарею? Зная номинальное напряжение одного элемента (1,2 В), мы умножаем его на количество элементов в батарее. Таким образом, можно рассчитать номинальное напряжение любой высоковольтной батареи любого гибрида.
Как определить, исправна аккумуляторная батарея или нет? Рассмотрим на примере реального нагрузочного теста элемента высоковольтной аккумуляторной батареи с автомобиля TOYOTA Prius в 10-м кузове. Подключаем нагрузочную вилку к элементу. Нагрузка выключена. Видим показание вольтметра 7,4 В.
Это рабочее напряжение батареи. Каким должно быть номинальное напряжение без нагрузки? Данная батарея (элемент) состоит из шести аккумуляторов, последовательно соединенных друг с другом. Номинальное напряжение одного аккумулятора, заявленное производителем, равно 1,2 В. Перемножив на количество аккумуляторов в элементе (6 штук), получаем 7,2 В. Значит, можно сделать вывод, что наша батарея заряжена на 100% и ее можно проверить под нагрузкой.
Фото 5, 6. 7,4 вольта без нагрузки
До какого напряжения необходимо разряжать? Чтобы исключить переразряд батареи, производитель рекомендует не разряжать аккумуляторы ниже 1 В, если их количество в батарее до 6 штук включительно. Таким образом, минимально допустимое напряжение разряда равно 6 В. Ниже этого значения разрядная характеристика никель-металлогидридной батареи лавинообразно падает до 0.
Стоит отметить, что при анализе разрядной характеристики при различных нормированных токах разряда напряжение, при котором характеристика резко уходит вниз, достаточно сильно зависит от тока разряда. При токах 0,2 С напряжение порядка 1,2 В, а при токах 3 С напряжение составляет около 1 В. Это учитывается блоком управления высоковольтной батареи в TOYOTA и LEXUS.
Разрядные характеристики никель-металлогидридных аккумуляторов при температуре 20 °C и различных нормированных токах разряда.
Если завести гибридный автомобиль и переключить селектор коробки в положение «нейтраль», то высоковольтная батарея будет лишена возможности зарядки от мотор-генераторов и будет разряжаться за счет потребителей бортовой сети. Ток разряда при этом будет находится в диапазоне 2–4 А, в зависимости от количества включенных потребителей. При этом напряжение на связках высоковольтной батареи будет плавно снижаться как раз до тех самых 1,2 В. Учитывая, что сканер у нас видит элементы не поштучно, а попарно, на нем мы увидим 12×1,2 = 14,4 В.
Именно этот момент является переломным. Если проводить анализ неисправной ВВБ таким методом, то часто можно увидеть, что даже неисправные связки аккумуляторов держатся на одном уровне заряда относительно исправных. Но как только уровень заряда пересекает отметку 14,4 В, неисправные связки резко уходят в «отрыв» от исправных, и напряжение на них падает до 13,2–13,3 В и ниже (при условии одного неисправного аккумулятора из 12 в связке). Таким способом можно проверить состояние высоковольтной батареи, не снимая ее с автомобиля и даже не выезжая из гаражного бокса.
Нагрузочной вилкой при этом являются электрические потребители бортовой сети автомобиля (такие как ближний и дальний свет фар, обогрев сидений и заднего стекла и т. д.), так как источником питания для них является DC-DC конвертор, понижающий напряжение высоковольтной батареи до необходимых 13,6–14 В.
Давайте включим нагрузку и посмотрим.
На нем в самой правой графе видно, что разница напряжений между парами не очень большая: около 0,4–0,5 В. При этом «самая плохая» связка № 4. А теперь посмотрим на графу текущих показаний (с момента переключения в нейтраль прошло уже около 5–6 минут при всех включенных электрических потребителях этого автомобиля: дальний свет, обогрев заднего стекла, вентилятор печки, музыка и т. д.). И мы видим, что разница между связкой № 4 и связкой № 7 достигает уже почти 1 В!
Фото 7. Включили нагрузку
Но мы замечаем, что основное количество связок в высоковольтной батарее еще не разрядилось до номинального напряжения. Поэтому нагрузочный тест можно продолжать.
И вот что мы с вами видим еще через минуту:
Фото 8. Ждем еще минуту
7-я связка у нас так и остается самой сильной, а вот в аутсайдеры выходит связка № 3! Причем разница в напряжении между связками уже достигла 1,83 В! При таком способе нагрузки блок управления гибридной установки отключает главное реле высоковольтной батареи при напряжении чуть ниже номинального, либо в случае большой разницы между исправными и неисправными связками. Однако в движении уровень заряда элементов можно наблюдать значительно ниже, потому что разрядный ток в разы превышает номинальную емкость батареи.
Продолжим проверку отдельного элемента высоковольтной батареи от TOYOTA Prius в 10-м кузове. Включаем нагрузочное сопротивление на 5 секунд. Что произошло? В первые две секунды стрелка вольтметра опустилась до значения 6,2 В, а через мгновение резко упала до 3,5 В.
Фото 9. Вольтметр со значением 3,5 В через 3 секунды
Все ясно. Данный элемент высоковольтной батареи неисправен. Как поведет себя исправный элемент? Он продолжит держать уровень заряда в переделах 6–6,2 В в течение всего времени нагрузки. Напомню еще раз о том, что батарея перед проверкой должна быть полностью заряжена. На рисунке изображена приблизительная зависимость разрядной емкости никель-металлогидридного аккумулятора от времени хранения при различных температурах.
Обратите внимание на зависимость от температуры. Не стоит хранить элементы высоковольтной батареи вблизи нагревательных и отопительных приборов, так как через пару недель при проверке батареи вы можете обмануть сами себя, считая, что проверяете полностью заряженные аккумуляторы. Добавлю к этому, что есть такие владельцы гибридов, которые в сильные морозы снимают высоковольтную батарею с автомобиля и заносят домой в тепло, считая, что мороз может повредить ее. Запомним (!), что чем холоднее никель-металлогидридному аккумулятору, тем он дольше может пролежать без подзарядки, так как ток саморазряда при низких температурах снижается.
Ну а теперь перейдем вот к такому аппарату:
Фото 10. Самодельный нагрузочный агрегат для высоковольтной батареи
Для того чтобы нагрузить высоковольтную батарею гибридного автомобиля, мы должны применить очень мощную нагрузочную вилку, чтобы «просадить» все элементы в высоковольтной батарее одновременно и с одинаковым током. Для этого применяются промышленные нагрузочные агрегаты, стоимость которых превышает несколько десятков тысяч долларов. Мы же с вами на следующем уроке узнаем, как самостоятельно при помощи комплектующих, которые стоят всего около 1000 руб., собрать такой нагрузочный агрегат и как им правильно пользоваться.
На сегодня достаточно, до новых встреч и уроков!
