Diagnostyka "miękkiej hybrydy" na przykładzie Seata Leona 1,5 eTSI

Fot. Texa

Oferta pojazdów wyposażonych w układ „miękkiej hybrydy” stale rośnie. System ten, potocznie zwany „mikrohybrydą”, pozwala producentom pojazdów przy stosunkowo niskiej ingerencji w konstrukcję pojazdu spełnić bardzo wyśrubowane normy emisji spalin.

Aby lepiej zrozumieć różnice pomiędzy poszczególnymi układami, na początku należy powiedzieć, jaki pojazd może być nazywany „hybrydą”.
Pojazd hybrydowy charakteryzuje występowanie dwóch przemienników energii. Najczęściej są to: zbiornik paliwa + silnik spalinowy oraz akumulator + silnik elektryczny.

Układ mikrohybrydowy (rys. 1) to najtańszy spośród układów hybrydowych, ale też najmniej efektywny. System ten nie ma rozrusznika lub służy on wyłącznie do rozruchu zimnego silnika. Uruchomienie jednostki napędowej, wspomaganie jej podczas gwałtownego przyspieszania czy podczas ruszania, ale i odzysk energii podczas hamowania silnikiem są realizowane przez rozruszniko-alternator. System ten posiada również dodatkowy akumulator do magazynowania energii. W układach mikrohybrydowych nie ma możliwości napędu z wykorzystaniem tylko silnika elektrycznego, pełni on wyłącznie rolę wspomagającą silnik spalinowy, dzięki czemu zmniejsza się zużycie paliwa, a więc i emisja spalin.
Bardziej rozbudowana wersja wyposażona jest w silniko-generator zabudowany w skrzyni biegów (rys. 2). Pełni on funkcje wspomagania silnika spalinowego do napędzania pojazdu, ale ze względu na niewielką pojemność akumulatora trakcyjnego oraz moc silnika elektrycznego nie jest w stanie napędzać auta samodzielnie.
Układy, które można nazwać w pełni hybrydowymi, to takie, gdzie silnik elektryczny może samodzielnie realizować napęd. Akumulator ma znacznie większą pojemność w stosunku do układów mildhybrid, tak aby pojazd mógł się bezemisyjnie poruszać przez co najmniej kilka kilometrów (rys. 3).
Rozwinięciem systemu są pojazdy hybrydowe Plug-In. Mają one możliwość ładowania akumulatora trakcyjnego z sieci elektrycznej. Zastosowanie akumulatora trakcyjnego o dużej pojemności zwiększa zasięg pojazdu przy napędzie wyłącznie silnikiem elektrycznym. Wynosi on od kilkunastu do kilkudziesięciu kilometrów (rys. 4).

Rys 5. Rozmieszczenie komponentów układu mikrohybrydowego – rozrusznik/generator i akumulator

Na przykładzie samochodu Seat Leon KL8 z silnikiem 1.5 eTSI DFYA 110 kW, wyposażonego w układ mikrohybrydowy, pokażemy, gdzie zamontowane są jego główne komponenty, oraz przedstawimy możliwości diagnostyczne. Wykorzystamy w tym celu oprogramowanie IDC5 firmy Texa oraz interface diagnostyczny Navigator TXTs. Opracowane są trzy sterowniki związane z układem hybrydowym. Są nimi:

wtrysk 3/Moduł sterujący 2 energią akumulatora;
konwerter DC/DC;
moduł sterujący ładowania/uruchamiania.

Napędzany paskiem wieloklinowym roz-rusznik-generator 48 V jest usytuowany tak samo, jak w przypadku pojazdów bez układu mikrohybrydowego. W górnej części przy podszybiu od strony kierowcy znajduje się akumulator urządzeń pokładowych pojazdu o napięciu 12 V (rys. 5).
Sam napęd rozruszniko-generatora w porównaniu z konwencjonalnym układem ze zwykłym alternatorem różni się powierzchnią opasania koła pasowego. Wynika to z dużo wyższych wartości obciążenia układu pasowego, występujących w tych systemach (np. podczas hamowania, kiedy rozruszniko-generator wytwarza ujemny moment hamujący). Zwiększa się tym samym energia hamowania silnikiem i następuje ładowanie akumulatora trakcyjnego. Do diagnostyki należy wybrać sterownik: moduł sterujący ładowania/uruchamiania. Dostępne parametry pozwalają sprawdzić stan i warunki pracy rozruszniko-generatora (rys. 6).

Rys. 6. Dostępne w oprogramowaniu Texy parametry pracy rozruszniko-generatora

Rys 7. Rozmieszczenie komponentów układu mikrohybrydowego – przetwornik DC/DC

Pod fotelem kierowcy znajduje się przetwornik DC/DC 48 V-12 V, który ob-niża wartość napięcia do wartości zasilania urządzeń pokładowych sieci pojazdu (rys. 7). Przetwornik posiada swój własny układ sterowania diagnozowalny przez oprogramowanie IDC5. Do systemu sterującego przetwornika DC/DC możliwa jest komunikacja poprzez tester diagnostyczny, ilustracje 8 i 9 przedstawiają przykładowe parametry, jakie można sprawdzić za pomocą oprogramowania. Należy pamiętać, że przetwornik odpowiada za ładowanie akumulatora pokładowego 12 V. Jest to ładowanie inteligentne, więc nie zawsze wartość napięcia będzie wynosiła od 13,8 do 14,2 V. Wszystko zależy od zapotrzebowania na energię oraz stanu naładowania akumulatora. Jak widać na ilustracjach, w tym przypadku na obrotach biegu jałowego wartość napięcia ładowania wynosiła zaledwie 12,95 V.

Rys 8. Przykładowe parametry dostępne dla sterownika przetwornika DC/DC

Rys. 9. Inne parametry dostępne dla sterownika przetwornika DC/DC

Rys 10. Umiejscowienie akumulatora trakcyjnego układu mikrohybrydy

Rys. 11. Przykładowe parametry dostępne dla diagnostyki akumulatora trakcyjnego

Akumulator trakcyjny znajduje się pod fotelem pasażera. Magazynuje on energię do działania funkcji start&stop oraz wspomagania silnika spalinowego przez rozrusznik-generator. Rysunek 10 przedstawia jego umiejscowienie w samochodzie. Pracę akumulatora diagnozuje się przez sterownik: wtrysk3/moduł sterujący 2 energią akumulatora. Przykładowe parametry przedstawia rys. 11. W diagnostyce niezwykle przydatna jest wartość napięcia poszczególnych ogniw. Wszystkie powinny mieć takie samo napięcie. W przypadku rozpatrywanego samochodu ogniw jest dwanaście, a napięcie każdego z nich wynosi 3,68 V. Oprogramowanie IDC5 pozwala także na podgląd prądów przepływających przez akumulator, ocenę stanu pracy układu (generowany moment obrotowy hamujący lub napędzający) i temperatury.

Nowoczesne oprogramowanie diagnostyczne ma kluczowe znaczenie w serwisowaniu współczesnych pojazdów. Testowany Seat Leon zadebiutował w 2020 roku, a mimo to oprogramowanie IDC5 bardzo dobrze diagnozuje ten pojazd, zapewniając dostęp do dużej liczby parametrów bieżących, nawet w przypadku podzespołów składowych układu hybrydowego.