Zimą eksploatacja pojazdu w znaczny sposób obciąża instalację elektryczną i jest swoistym wyzwaniem dla akumulatora. Niska temperatura otoczenia powoduje spadek jego sprawności, opory silnika zwiększają zapotrzebowanie prądu pobieranego przez rozrusznik, a alternator musi sprawnie uzupełnić energię zużytą w trakcie rozruchu jednostki napędowej. W takich warunkach nawet niewielkie nieprawidłowości w układzie ładowania zaczynają być odczuwalne przez użytkownika pojazdu. Dla warsztatu kluczowe staje się więc szybkie i jednoznaczne ustalenie, czy źródłem problemu jest akumulator, rozrusznik, alternator czy może któryś ze sterowników zarządzających energią elektryczną.
W praktyce warsztatowej pierwszym krokiem przy zgłoszeniu problemów z rozruchem jest ocena napięcia akumulatora. Tradycyjny multimetr umożliwia sprawdzenie napięcia spoczynkowego oraz wstępne określenie poziomu napięcia ładowania podczas pracy silnika. Zauważmy że taki pomiar dostarcza tylko podstawowych informacji, które nie pozwalają na pełną analizę dynamicznych zjawisk zachodzących w trakcie rozruchu oraz w pierwszych sekundach po uruchomieniu jednostki napędowej. Spadek napięcia akumulatora spowodowany pracą rozrusznika, charakterystyczne wahania napięcia związane z „oporem” wywołanym ciśnieniem sprężania silnika, czy tempo wzrostu napięcia po rozpoczęciu ładowania wymagają rejestracji przebiegu tych parametrów w funkcji czasu.
Najlepszym sposobem na tego typu diagnostykę jest zastosowanie testera wyposażonego w oscyloskop, co umożliwi wizualizację pełnego przebiegu napięcia. Sam oscyloskop, pozwoli na odczyt tych ważnych parametrów w trakcie jednego pomiaru który trwać będzie zaledwie kilka minut. Tester mega macs X firmy Hella Gutmann współpracujący z dedykowanym dwukanałowym oscyloskopem MT 77 zrealizuje tego typu pomiar sprawianie, a jego wynik przedstawi w intuicyjny sposób na ekranie urządzenia (zdjęcie 1). Po podłączeniu sond oscyloskopu bezpośrednio do biegunów akumulatora rejestrowana jest faza napięcia spoczynkowego, następnie moment włączenia zapłonu (A) oraz maksymalny spadek napięcia podczas pracy rozrusznika (B).
Na zarejestrowanym przebiegu minimalna wartość napięcia w trakcie rozruchu osiąga ponad 9 V co świadczy o prawidłowym stanie rozrusznika jak i akumulatora. Spadki poniżej 8 V należy traktować jako sygnał do weryfikacji stanu naładowania akumulatora, instalacji rozrusznika oraz samego rozrusznika. Widoczne na przebiegu oscylacje związane z ciśnieniem sprężania (C) potwierdzają wstępnie prawidłową kondycję mechaniczną jednostki napędowej. Ich brak może wskazywać na poważne nieprawidłowości, takie jak utrata kompresji wynikająca z zużycia silnika czy też uszkodzenia elementów rozrządu lub nieprawidłowego ustawiania faz rozrządu.
Po uruchomieniu silnika rozpoczyna się proces ładowania akumulatora (D), w którym alternator podnosi napięcie do poziomu około 14,2 V. Jeżeli napięcie po rozruchu nie wzrasta powyżej wartości spoczynkowej, konieczna jest weryfikacja układu ładowania. Mega macs X pozwala wykonać tego typu pomiar w trybie pełni manualnym (zakresy napięcia i czasu rejestracji przebiegu ustawia diagnosta) jak i z pomocą dedykowanych funkcji wspieranych. Mechanik wykonuje wówczas pomiar punk po punkcie na podstawie poleceń wyświetlane na ekranie testera, bazują na przejrzystych wskazówkach. Tester sam ustawia zakres pomiaru i sugeruje kolejne czynności takie jak: włącznie zapłonu, uruchomienie silnika, utrzymanie prędkości obrotowej silnika na żądanym poziomie itp.
Po zakończonym pomiarze następuje podsumowanie wyników, i ocena prawidłowości przechwyconych parametrów. Dane dzięki funkcji Car History można zapisać w pamięci urządzenia mega macs X i zaprezentować klientowi jako dowód na zrealizowaną diagnostykę.
Wróćmy jednak do budowy układu ładowania w nowszych pojazdach i zwrócenia uwagi na fakt że problemy z ładowaniem akumulatora nie muszą dotyczyć wyłącznie samego alternatora, lecz całego systemu zarządzania energią elektryczną. Współczesne układy ładowania szczególnie pojazdów z funkcją Start-Stop działają w oparciu o komunikację pomiędzy sterownikami pojazdu za pośrednictwem magistrali danych. Informacje dotyczące wartości: napięcia, prądzie ładowania, temperaturze akumulatora czy stopniu rozładowania i prądzie spoczynkowym są przetwarzane i przekazywane za pośrednictwem magistrali LIN do sterownika nadrzędnego, a następnie magistralą CAN napędu do sterowników docelowych (zdjęcie 2). Na podstawie tych danych sterownik jednostki silnika steruje wartością prądu wzbudzeniem alternatora oraz realizuje strategię ładowania zależną od aktualnego trybu jazdy: przyspieszania, hamowania czy też jazdy bez obciążenia.
Oznacza to, że gwałtowne zmiany napięcia w instalacji nie zawsze będą objawem usterki, gdyż mogą wynikać z przyjętej strategii sterowania energią elektryczną. Dlatego odczyt napięcia ładowania bliski 15V nie musi świadczyć o uszkodzeniu regulatora napięcia, tylko wynikać z zapotrzebowania na zwiększone obciążenie akumulatora. Aby mechanik nie wyciągnął nieprawidłowych wniosków, ważny staje się dostęp do dokumentacji pojazdu i możliwość zapoznania się z parametrami pracy układu ładowania oraz zrozumienie zespołu zależności pomiędzy poszczególnymi sterownikami. Po wymianie akumulatora lub alternatora nie można pominąć funkcji adaptacji tych podzespołów do systemów pojazdu. Brak prawidłowego zakodowania np. akumulatora będzie powodował zakłócenia w funkcji ładowania i doprowadzi do jego przedwczesnego zużycia. Ta sama uwaga dotyczy wymagań co do aktualizacji sterowników, coraz częściej zdążają się bowiem dysfunkcje układu ładowania spowodowane brakiem zaktualizowanego oprogramowania.
Za pomocą oscyloskopu doświadczony mechanik jest w stanie zidentyfikować bardziej skomplikowane usterki. Awarie dotyczące nadmiernego tętnienie napięcia, będące skutkiem uszkodzenia mostka prostowniczego, diody (zdjęcie 4) lub uzwojenia stojana alternatora można rozpoznać po kształcie przebiegu oscylogramu. Tego typu defekty nie zawsze są jednoznacznie identyfikowane podczas podstawowych testów lub na podstawie zapisanych kodów usterek. Dodatkowo wahania napięcia zasilania mogą w skrajnych przypadkach powodować zakłócenia pracy sensorów oraz elementów wykonawczych, będąc widoczne są jako szumy lub nieregularności na przebiegach.
Diagnostyka tętnień napięcia wymaga ustawienia odpowiedniego zakresu pomiarowego: napięcie od 100 mV/div do 200 mV/div, podstawa czasu wynosząca od 1 ms/div do 2 ms/div. Badanie wykonuje się względem przewodu B+ alternatora, przy czym w przypadku utrudnionego dostępu możliwe jest podłączenie sond do biegunów akumulatora, z uwzględnieniem częściowego tłumienia tętnień. Przebieg prawidłowo pracującego alternatora powinien cechować się regularnością i powtarzalnością (zdjęcie 3), a średnia wartość napięcia zmiennego powinna oscylować wokół 0 V.
Amplituda tętnień zależy od prędkości obrotowej i obciążenia, jednak wartości przekraczające 500 mV mogą prowadzić do zakłóceń w funkcjonowaniu systemów elektronicznych pojazdu. Nieregularności, skoki napięcia czy asymetria przebiegu stanowią podstawę do podejrzenia uszkodzeń elementów prostowniczych lub uzwojeń (zdjęcie 4).
Przykłady technik pomiarowych zaprezentowane powyżej obrazują potrzebę wykorzystania oscyloskopu jako narzędzia pozwalającego sprawnie zlokalizować usterkę w nowoczesnych układach ładownia pojazdów. Sam multimetr w wielu wypadkach nie dostarcza danych które mogą zweryfikować uszkodzenie danego podzespołu.
