Klimatyzacja w hybrydzie

Niektóre systemy aut hybrydowych istotnie różnią się od tych samych systemów w samochodach o napędzie wyłącznie spalinowym, przez co trzeba je obsługiwać w odmienny sposób i przy użyciu innych urządzeń. Przykładem może być układ klimatyzacji.

Wśród samochodów jeżdżących po polskich drogach auta hybrydowe zapewne jeszcze długo będą stanowiły wyraźną mniejszość, niemniej ich liczba od kilkunastu lat systematycznie rośnie, w dodatku ostatnio coraz prędzej. Poza swym nietypowym napędem pojazdy te nie różnią się specjalnie od pozostałych aut, też wyposażane są w systemy podnoszące komfort i bezpieczeństwo użytkowania pojazdu. Znajdziemy więc w nich klimatyzację, ABS (z kontrolą trakcji), poduszki powietrzne, automatyczną skrzynię biegów, komputer pokładowy, wspomaganie kierownicy itd. Co przy jednak istotne, część tych układów różni się dość istotnie od spotykanych w autach o klasycznym napędzie. Dobrym przykładem jest tu układ klimatyzacji, albowiem wyraźnie odbiega od układów spotykanych w samochodach napędzanych wyłącznie silnikiem spalinowym.

Na przykładzie Toyoty

Na czym polegają te różnice pokazuje choćby przypadek Toyoty Prius NHW. Zanim jednak coś o nich powiemy, najpierw kilka zdań poświęćmy wybranym podzespołom tego auta. I tak źródłem energii jest w nim benzynowy silnik o pojemności 1,5 litra pracujący według cyklu Atkinsona, który zapewnia wyższą sprawność niż cykl Otto i tym samym pozwala zredukować zużycie paliwa. W praktyce rzecz cała polega na tym, że stosownie do chwilowych warunków pracy silnika jego zawory dolotowe są zamykane z odpowiednio dobranym opóźnieniem. Najkrócej mówiąc następuje to w czasie, gdy tłok porusza się w stronę zwrotu zewnętrznego, a więc podczas suwu sprężania, przez co część ładunku trafia z powrotem do kolektora dolotowego. Jest to realizowane dzięki systemowi zmiennych faz rozrządu VVT-i, którego pracą zarządzają sterowniki silnika i systemu hybrydowego.
Ciekawy jest również system trakcji elektrycznej. Składa się on z dwóch silników/generatorów: MG1, którego zadaniem jest ładowanie akumulatorów i dostarczanie prądu dla działania MG2 oraz MG2 przekazujący kołom moment obrotowy. Zarówno MG1 jak i MG2 są silnikami synchronicznymi prądu zmiennego, a MG2 osiaga moc 50 kW.

1. Silnik sprężarki układu klimatyzacji; 2. Silnik dmuchawy skraplacza układu klimatyzacji; 3. Potrójny wyłącznik ciśnieniowy środka chłodniczego układu klimatyzacji; 4. Skraplacz – zawiera zbiornik płynu/osuszacz; 5. Silnik wentylatora chłodnicy; 6. Wyłącznik temperaturowy silnika wentylatora chłodnicy; 7. Silnik pompy płynu chłodzącego silnika; 8. Parownik; 9. Zawór rozprężający; 10. Skrzynka bezpieczników/płytka przekaźników, przedział silnikowy 1; 11. Przyłącze serwisowe wysokiego ciśnienia; 12. Falownik 1; 13. Falownik 2 (zintegrowany w falowniku 1); 14. Przyłącze serwisowe niskiego ciśnienia; 15. Czujnik temperatury zewnętrznej – za przednim zderzakiem; 16. Zbiornik płynu/osuszacz (zintegrowany w skraplaczu); 17. Wziernik środka chłodniczego; 18. Przetwornica napięcia 1 (zintegrowana w falowniku 1).

1. Komputer sterujący układu klimatyzacji; 2. Czujnik temperatury parownika układu klimatyzacji; 3. Czujnik światła słonecznego układu klimatyzacji; 4. Silnik regulacji strumieni powietrza układu klimatyzacji/ogrzewania; 5. Silnik klapy mieszania powietrza układu klimatyzacji/ogrzewania; 6. Komputer sterujący dmuchawy układu klimatyzacji/ogrzewania; 7. Silnik dmuchawy układu klimatyzacji/ogrzewania; 8. Czujnik wilgotności w układzie klimatyzacji/ogrzewania – w czujniku temperatury wewnątrz samochodu; 9. Silnik klapy zamkniętego obiegu powietrza układu klimatyzacji/ogrzewania; 10. Element dodatkowego ogrzewania 1; 11. Element dodatkowego ogrzewania 2; 12. Złącze diagnostyczne; 13. Komputer sterujący magistrali danych (magistrala danych CAN); 14. Komputer sterujący silnika; 15. Parownik; 16. Skrzynka bezpieczników/płytka przekaźników, deska rozdzielcza; 17. Komputer sterujący napędu hybrydowego; 18. Komputer sterujący głównych obwodów zapłonowych; 19. Czujnik temperatury wewnętrznej; 20. Wielofunkcyjny komputer sterujący – przymocowany do skrzynki bezpieczników/płytki przekaźników.

17. Akumulator (bagażnik z prawej strony); 18. Komputer sterujący mocy akumulatora (w pobliżu zestawu akumulatorów napędu hybrydowego); 31. Zestaw akumulatorów napędu hybrydowego (w bagażniku, za tylnym siedzeniem);  32. Wentylator chłodnicy zestawu akumulatorów napędu hybrydowego (za osłoną w bagażniku); 33 Komputer sterujący zestawu akumulatorów napędu hybrydowego (za osłoną w bagażniku); 34. Przekaźnik wentylatora chłodnicy zestawu akumulatorów napędu hybrydowego (za osłoną w bagażniku); 35. Urządzenie odłączające zestaw akumulatorów napędu hybrydowego (w pobliżu zestawu akumulatorów napędu hybrydowego); 36.  Wyłącznik zabezpieczenia napięciowego napędu hybrydowego; 37. Moduł przekaźnika napędu hybrydowego (w pobliżu zestawu akumulatorów napędu hybrydowego); 38. Komputer sterujący napędu hybrydowego; 43. Falownik 1; 44.  Falownik 2 układ klimatyzacji (zintegrowany w falowniku 1; 61.  Przetwornica napięcia 1 (200 V-12 V, zintegrowana w falowniku 1); 62.  Przetwornica napięcia 2 (200 V-500 V, zintegrowana w falowniku 1).

Nie paskiem, lecz silnikiem

Wróćmy jednak do klimatyzacji. Ponieważ jej działanie nie może zależeć od tego czy silnik spalinowy akurat pracuje, więc kompresor klimatyzacji napędzany jest silnikiem elektrycznym. Jest to przy tym kompresor ślimakowy, albowiem wydatek sprężarki tego typu można łatwiej regulować, jednocześnie cechuje się ona dużo mniejszym niż tłokowa zapotrzebowaniem na energię. W samochodzie hybrydowym ma to oczywiście istotne znaczenie, ponieważ pozwala oszczędzać energię, dzięki czemu auto może pojechać dalej na samych tylko akumulatorach. Dodajmy jeszcze, że sprężarka zamknięta jest wraz z silnikiem w jednej, hermetycznej obudowie, więc uzwojenie silnika zanurzone są w oleju.
Silnik zasilany jest prądem przemiennym o wysokim napięciu, bo sięgającym 500 V (dlatego olej musi cechować się silnymi własnościami dielektrycznymi). Prąd ten pochodzi z zamontowanych w samochodzie przetwornic oraz falowników. Przetwornica 1 (200V-12V) oraz przetwornica 2 (200V-500V) zintegrowane są z falownikiem 1. Falownik 2 odpowiada za płynną regulację obrotów silnika sprężarki w przedziale 0-8600 obr/min. Falowniki również są zintegrowane i stanowią jeden podzespół.

Schemat elektryczny układu hybrydowego

Schemat elektryczny układu klimatyzacji

Niezbędny specjalny tester

Patrząc na schemat elektryczny układu hybrydowego, już na pierwszy rzut oka można stwierdzić, że jest on mocno skomplikowany. Zrozumiałe więc, że aby odczytać kody usterek, ale także parametry układu klimatyzacji nie wystarczy pierwszy lepszy tester diagnostyczny. Potrzebne jest urządzenie, które sprosta tym wyzwaniom, na przykład takie jak tester TEXA NanoDiag z oprogramowaniem IDC4 CAR obejmującym pełną diagnostykę układów sterowania, liczne schematy elektryczne, dane mechaniczne i regulacyjne oraz biuletyny techniczne opisujące budowę i specyfikę obsługi serwisowej poszczególnych systemów pojazdu, także samochodów hybrydowych.

Nie wolno mieszać

W biuletynach tych m.in. możemy znaleźć wiele informacji dotyczących bezpieczeństwa pracy i obsługi serwisowej układu wysokonapięciowego. I tak na przykład przeczytamy w nich, że Toyota zastosowała kompresor klimatyzacji marki DENSO, który wymaga stosowania oleju POE Dens Oil 11. Zanieczyszczenie układu klimatyzacji nawet 1% niewłaściwego oleju może 10-krotnie pogorszyć własności dielektryczne POE Dens Oil 11, co w konsekwencji prowadzi do uszkodzenia silnika elektrycznego. Grozi także porażeniem prądem osoby wykonującą czynności serwisowe.
Znajdziemy tu także informację,  że do obsługi układu klimatyzacji pojazdach hybrydowych niezbędna jest stacji o specjalnych własnościach. Musi ona m.in. wykluczać możliwość mieszania się oleju PAG z olejem POE. Warunek ten, a także pozostałe wymogi, spełniają m.in. stacje firmy TEXA serii Konfort K7xx. Przed obsługą samochodu hybrydowego stacje te wykonuje bowiem płukanie wewnętrzne swojego układu hydraulicznego usuwając ewentualne pozostałości oleju PAG (poniżej 1%). Należy tu zauważyć, iż auta hybrydowe wyposażone są w standardowe złącza LP i HP, więc tylko odpowiednia stacja klimatyzacji może zapewnić bezpieczeństwo obsługi układu klimat.

Podstawy BHP

Mechanik obsługujący samochód hybrydowy również musi przestrzegać odpowiedniej procedury. Jest ona opisana w biuletynach technicznych producenta pojazdu, znajdziemy ją także w oprogramowaniu TEXA IDC4 CAR. Wyczytać tam m.in. można, że mechanik koniecznie musi pamiętać o założeniu gumowych rękawic ochronnych, które zapobiegną możliwemu porażeniu prądem. Jeżeli samochód wyposażony jest w system bez kluczykowy, trzeba również odsunąć pilota na odległość co najmniej 15 m, aby zapobiec automatycznemu wzbudzeniu systemu. Następnie należy odłączyć wtyczkę serwisową i odczekać co najmniej 5 minut, aby doszło do rozładowania się kondensatorów znajdujących się w komorze przemiennika.

Na podstawie materiałów firmy TEXA