OPTATIVA AUTOMOTRIZ IIntroduccin al funcionamiento y diagnstico
de Vehculos Hbridos ILeccin 1Introduccin al estudio de los vehculos
hbridosDebido a la necesidad de reduccin de emisiones contaminantes
por parte de los vehculos y a los elevados costos que los
combustibles convencionales han logrado alcanzar en los ltimos
tiempos se han comenzado a implementar desde hace varios aos en los
diferentes pases tecnologa alternativas, que permitan mejorar las
condiciones de propulsin del vehculo reduciendo los
contaminantes.Dentro de las ms novedosas tecnologas se encuentra la
de los vehculos hbridos, las cuales logran establecer cifras muy
importantes de reduccin de emisiones colocando esta tecnologa en el
nivel PZEV (Emisin Cero de forma parcial). Esto quiere decir que el
vehculo por momentos genera emisiones cero, un logro muy importante
puesto que en el momento que esta tecnologa este de forma masiva
existirn momentos de operacin de los vehculos en los cuales no
generan emisiones y esto reduce de forma importante los niveles de
contaminacin.La base importante de un vehculo HIBRIDO est dada por
un motor de combustin interna que trabaja de forma alternada con un
motor elctrico, este motor puede ser tambin generador en algunas
condiciones y todo el sistema utiliza una batera de alto voltaje
para almacenar carga elctrica. Esta tecnologa es bastante avanzada
y permite utilizar por ejemplo la cintica del frenado para
convertir al Motor en Generador y reestablecer la carga de la
batera de alta tensin. Lgicamente todo este evento se logra por la
electrnica incorporada en cada unidad de control del sistema.Dentro
de las varias tecnologas HIBRIDAS que se van incorporando en el
mercado existe la opcin de que el motor de combustin interna
funcione con combustibles menos contaminantes como el Metano o
Alcohol Carburante por ejemplo.En el diseo de un automvil hbrido,
el motor trmico es la fuente de energa que se utiliza como ltima
opcin, y se dispone un sistema electrnico para determinar qu motor
usar y cundo hacerlo.En el caso de hbridos gasolina-elctricos,
cuando el motor de combustin interna funciona, lo hace con su mxima
eficiencia. Si se genera ms energa de la necesaria, el motor
elctrico se usa como generador y carga la batera del sistema. En
otras situaciones, funciona slo el motor elctrico, alimentndose de
la energa guardada en la batera.En algunos es posible recuperar la
energa cintica al frenar, que suele disiparse en forma de calor en
los frenos, convirtindola en energa elctrica. Este tipo de frenos
se suele llamar "regenerativos".
La combinacin de un motor de combustin operando siempre a su
mxima eficiencia, y la recuperacin de energa del frenado (til
especialmente en la ciudad), hace que estos vehculos alcancen
mejores rendimientos que los vehculos convencionales.Todos los
coches elctricos utilizan bateras cargadas por una fuente externa,
lo que les ocasiona problemas de autonoma de funcionamiento sin
recargarlas. Esta queja habitual se evita con los coches hbridos.Un
vehculo HIBRIDO puede tener diferentes configuraciones en este
manual se trabaja sobre la base del vehculo HIBRIDO ms comercial en
el mercado TOYOTA PRIUS 2004 y Posterior.Dentro de los elementos
importantes de un vehculo Hibrido se encuentra el motor de
combustin interna y los Motores Generadores. Para el sistema de los
MotoresGeneradores se implementa una batera de alta tensin que
permite proveer por momentos Potencia elctrica que permita el
movimiento del Motor Elctrico. En el esquema inferior se muestra
una grfica de este mecanismo.
Figura 1: componentes de un vehculo hibridoFuente: Cise.comMotor
de Combustin InternaEn este modelo est incorporado un motor 1NZ de
1.5 Litros, con sistema de encendido tipo COP, la distribucin del
vehculo es variable tipo VVT-i y el sistema de mariposa es
Motorizado, el rgimen mximo de operacin de este motor se encuentra
alrededor de los 4500 RPM y ofrece una eficiencia muy importante ya
que incorpora un ciclo tipo ATKINSON en el cual la duracin del
movimiento de compresin y del movimiento de expansin se puede fijar
independientemente.Los controles electrnicos del motor son
semejantes a cualquier sistema convencional, incorporan elementos
como catalizador, sistema de emisione evaporativas y la
recirculacin de gases de escape EGR es controlada mediante el
sistema de variacin de la distribucin VVT-i.Algo interesante en el
motor es que en este modelo el sistema puede controlar la posicin
de una vlvula que manipula el lquido del refrigerante lo cual crea
an ms eficiencia en el motor. En la imagen inferior se puede
apreciar la vista del motor 1NZ y la grfica termodinmica del ciclo
del motor, en esta grafica se evidencia la ganancia energtica
mencionada anteriormente.
Figura 2: Motor de MCI de un vehculo hibridoFuente: Cise.com
Figura 3: Ciclo del Motor de MCI de un vehculo hibridoFuente:
Cise.comMoto - GeneradoresEn este sistema se encuentran dos Motores
Generadores Trifsicos que trabajan en una tensin aproximada de 500
VCA, cada uno de estos motores cumple con una funcin especfica y
son denominados como MG1 y MG2.La corriente Alterna es lograda
gracias a la electrnica del INVERSOR, el caso de este modelo TOYOTA
PRIUS, el moto generador 1 (MG1) se encarga de generar carga que se
distribuye entre la batera y el moto generador 2 (MG2), y el moto
generador 2 (MG2) se encarga de alternar con el motor de combustin
interna el movimiento del vehculo, en marcha hacia adelante y
marcha hacia atrs (Reversa) , toda la gestin de funcionamiento es
controlada por la unidad de control del sistema Hibrido ECU HV.Como
estrategia importante por parte del motor MG2 est la de funcionar
como generador de corriente para reestablecer carga a la batera.En
el caso de MG2 solo lo realiza en el frenado lo que se le conoce
como sistema de freno REGENERATIVO, es decir cuando el vehculo
comienza a bajar velocidad el motor generador MG2 toma energa
cintica de la disminucin de velocidad y la trasforma en energa
elctrica que luego mediante el sistema inversor va a la batera de
alto voltaje HV.Esto crea gran eficiencia al sistema puesto que
esta energa que antes era perdida en friccin en las pastillas de
freno es aprovechada como carga a la batera, de todas formas el
vehculo cuenta con un sistema hidrulico de frenado que opera de
forma paralela similar a cualquier vehculo con sistema ABS, solo
que en este caso en particular tambin incorpora control electrnico
de la presin de frenado EBD.Para el arranque del motor de combustin
interna existen varias estrategias que incorporan los Moto
Generadores, puesto que no se cuenta con un motor de arranque
convencional , en estado detenido el arranque lo maneja el Moto
Generador 1, y en movimiento del vehculo se logra por una unin de
los dos MG1 y MG2 , todos los movimientos del vehculo son posibles
por la accin de un sistema de transmisin continua que incorpora un
eficiente sistema de Engranajes Planetarios que relaciona el
movimiento del vehculo con el Motor de combustin interna y los Moto
generadores MG1 y MG2. En la imagen inferior se puede observar un
esquema del conjunto. Figura 4: Moto generadores de un vehculo
hibridoFuente: Cise.com
Sistema InversorEste componente es parte fundamental del vehculo
Hbrido, incorpora gran cantidad de elementos electrnicos y
elctricos pero toda la gestin de funcionamiento es controlada por
la unidad de control del sistema Hibrido ECU HV, esta ltima se
encarga de controlar al inversor y generar cualquier tipo de
diagnstico del mismo incluidos los DTC.
Figura 5: Inversor de un vehculo hibridoFuente: Cise.comDentro
del conjunto que se conoce como INVERSOR podemos encontrar varias
etapas o sistemas independientes, dentro de las funciones de este
elemento se tienen por ejemplo. Permitir el control de los Moto
Generadores MG1 MG2 con un circuito constituido en su interior, que
toma la tensin de la Batera de alto Voltaje HV la cual se encuentra
en 220 VDC aproximadamente y mediante un circuito de potencia
generar una corriente alterna en tres fases que permita el
movimiento de los motores elctricos. Permitir mediante la tensin de
la Batera de alto Voltaje HV generar una corriente alterna en tres
fases que es utilizada para mover un motor elctrico de frecuencia
variable que acciona el mecanismo del Acondicionador de Aire puesto
que el motor de combustin interna se apaga por momentos aunque el
auto siga en movimiento. Permitir mediante la tensin de la batera
de alto voltaje HV, convertir la tensin a 12 V para mantener la
carga a una batera de 12V que funciona para accesorios y mecanismo
de tensin convencional. Permitir la carga de la batera de alta
Tensin mediante los Moto Generadores MG1 y MG2, esto con una
electrnica basada en transistores IGBT y controlada por la unidad
de control del sistema Hibrido ECU HV. Permitir el movimiento del
Moto Generador 1 MG1 en condicin de arranque para el motor de
combustin interna, esto especialmente en el momento que se genere
un consumo de la batera de alta tensin HV.
Figura 6: Inversor de un vehculo hibrido parte electrnicaFuente:
Cise.com
Dadas las condiciones normales de operacin en el vehculo este
elemento requiere evacuar calor, para esto cuenta con un sistema
independiente de refrigeracin por agua con una bomba elctrica
adicional, todo esto para permitir que la electrnica cuente con la
seguridad necesaria para su optimo desempeo, en la imagen inferior
se puede observar en desarme el interior de estos conductos en el
inversor.
Figura 7: Inversor de un vehculo hibrido evacuacin de
calorFuente: Cise.comLa conexin de alta tensin en el sistema se
efecta a travs de conectores (de color Naranja). Su dimetro y
conectores son especialmente diferentes a cualquier sistema
convencional. Siempre que se trabaje en un sistema de este tipo se
recomienda seguir detenidamente las especificaciones del
fabricante, en la imagen inferior se puede observar uno de estos
conectores, en este caso el que proviene de la batera de alta
tensin HV y entra al conjunto del INVERSOR.
Figura 8: Conexin de alta tensin en el sistemaFuente:
Cise.com