Sterowanie układami klimatyzacji (2)
data aktualizacji: 2013.05.28
W poprzedniej części został zaprezentowany temat zabezpieczenia układu klimatyzacji przed uszkodzeniem oraz sterowanie pracą sprężarki. Poniżej omówię systemy sterowania wentylatorem skraplacza, pracą parownika, powietrzem wentylacyjnym oraz obciążeniem silnika.
Sterowanie wentylatorem skraplacza
UWAGA: należy pamiętać, że wentylator elektryczny może zostać uruchomiony samoczynnie jeszcze kilka minut po zatrzymaniu pojazdu. Wentylator skraplacza w dużym stopniu decyduje o sprawnym działaniu układu klimatyzacji. Nasycony ciepłem pobranym w parowniku czynnik chłodniczy po przepompowaniu przez sprężarkę jest kierowany do skraplacza. Skraplacz jest wymiennikiem ciepła służącym do oddania nagromadzonego w czynniku ciepła do atmosfery. O ilości oddanego ciepła decyduje powierzchnia czynna skraplacza, różnica temperatur wewnątrz i na zewnątrz skraplacza oraz ilość powietrza przepływającego przez skraplacz. Powierzchnia skraplacza jest ustalona przez producenta pojazdu. Temperatura zewnętrzna skraplacza jest temperaturą otoczenia pojazdu. Te czynniki nie są sterowane. Sterować można ilością powietrza przepływającego przez skraplacz. W tym celu stosuje się wentylatory. Zadaniem sterowania wentylatorów jest oszczędzanie ich silników oraz środowiska. Pracujące na stałe wentylatory dużej mocy szybko uległyby zużyciu. Dlatego pracują tylko wtedy, gdy są niezbędne. Wentylatory mogą pobierać bardzo dużą ilość energii, do wytworzenia której trzeba w silniku spalić paliwo. Spaliny silnika niszczą środowisko. Żeby zminimalizować zanieczyszczenie środowiska wyłącza się zbędne obciążenie. W omawianym przypadku wyłącza się zbędne wentylatory.
W samochodach z klimatyzacją można spotkać różne konfiguracje wentylatorów skraplacza:
- na stałe pracujący wentylator zamontowany na silniku i napędzany przez silnik oraz drugi elektryczny,
- jeden wentylator elektryczny o dwóch prędkościach, - dwa wentylatory elektryczne.
Niestety, przed podniesieniem klapy i obejrzeniem przestrzeni przed i za zespołem chłodnic nie możemy być pewni jaką konfigurację wentylatorów będziemy obsługiwali.
Na stałe napędzany od silnika wentylator można spotkać najczęściej w BMW, Mercedesie, Volvo, Saabie, ale także w wielu samochodach terenowych i dostawczych. Wentylator ten nie ma
sterowania. Kręci się wraz z silnikiem. Taki wentylator wystarczał do utrzymania prawidłowej temperatury chłodnicy silnika. Zamontowanie klimatyzacji spowodowało dołożenie do tych samochodów dodatkowego wentylatora elektrycznego. Może on być włączany na stałe wraz z włączeniem klimatyzacji albo sterowany ciśnieniem za skraplaczem.
Zamontowany na zasobniku czujnik regulujący pracę parownika wyłącza sprężarkę, gdy ciśnienie osiąga minimalną wartość. Włącza ponownie, gdy ciśnienie wzrasta.
Wentylator elektryczny o dwóch prędkościach może mieć różny sposób wysterowania: niska prędkość wentylatora może być włączona zawsze przy uruchomieniu klimatyzacji, a wysoka prędkość, gdy jest za wysokie ciśnienie za skraplaczem lub niska i wysoka prędkość sterowana ciśnieniem za skraplaczem. Dwa wentylatory elektryczne mogą być sterowane w następujący sposób:
dwa wentylatory o jednakowej prędkości włączane zawsze przy uruchomieniu klimatyzacji;
wentylator niskiej prędkości włączany zawsze przy uruchomieniu klimatyzacji lub sterowany ciśnieniem za skraplaczem oraz wentylator wysokiej prędkości sterowany ciśnieniem za skraplaczem. W ciśnieniowym sterowaniu wentylatorów wykorzystano styczniki lub czujniki
ciśnienia. Ich zasadę działania i sposób kontroli przedstawiłem w poprzedniej części przy omawianiu zabezpieczenia układu klimatyzacji.
Z czujnika ciśnienia montowanego za skraplaczem można odczytać wartości ciśnienia pracy: 2 bary to minimalne ciśnienie włączenia klimatyzacji, 19 barów to włączenie wentylatora skraplacza, 30 barów wyłączenie klimatyzacji.
Do sterowania wentylatorami wykorzystany jest inny zakres ciśnienia. Na przykład, gdy wentylator niskiej prędkości jest napędzany mechanicznie lub jest uruchomiony zawsze przy włączeniu
klimatyzacji trzeba jeszcze wysterować wentylator wysokiej prędkości. Wtedy czujnik włącza wentylator przy ciśnieniu np. 19 barów. To ciśnienie odpowiada temperaturze około 67oC. Wyłącza wentylator po obniżeniu ciśnienia do 15 barów, czyli 58oC. Wartości ciśnień mogą być różne w różnych samochodach. Sterowanie obydwu prędkości wentylatora za pomocą stycznika może
wyglądać następująco: włączenie klimatyzacji nie powoduje włączenia wentylatora, włączenie niskiej prędkości wentylatora następuje przy 15 barach, a wyłączenie przy 11 barach. Gdy niska prędkość nie wystarcza do oddania ciepła do atmosfery i ciśnienie nadal rośnie, to przy 20 barach włączana jest wysoka prędkość wentylatora. Wysoka prędkość jest wyłączana, gdy ciśnienie obniży swą wartość do 15 barów. Do sterowania za pomocą stycznika może być opracowany bardzo prosty obwód elektryczny. Będzie on się składał z wentylatora, przekaźnika, bezpiecznika i stycznika jako elementu sterującego zamykającego obwód. Kontrola i naprawa takiego układu elektrycznego jest stosunkowo prosta nawet dla średnio zaawansowanych elektryków. Dla celów kontrolnych można chwilowo zastąpić stycznik ?zworką? i skontrolować poprawność działania pozostałych elementów
elektrycznych. W nowszych rozwiązaniach do tego układu został dołączony element kontrolujący. W tym celu wykorzystano sterownik silnika. Sygnał ze stycznika nie włącza wentylatorów. Jest tylko informacją dla sterownika, że wentylatory należy włączyć. Sterowanie czujnikiem ciśnienia to również sterowanie przez sterownik silnika. Na bazie informacji o ciśnieniu za wentylatorem włącza on niską lub wysoką prędkość wentylatora. Zawsze, gdy sterownik silnika kontroluje warunki
włączenia wentylatorów, również w nim należy poszukiwać informacji o pracy wentylatorów. W sterowniku silnika można znaleźć żądanie włączenia wentylatora. Jest to informacja wejściowa do sterownika. Tak jest interpretowane zamknięcie obwodu stycznika ciśnienia lub odpowiednio wysoka wartość ciśnienia. Informacją wyjściową będzie włączenie wentylatora. W blokach wykonawczych można skontrolować sygnały i obwody wykonawcze sterownika. Można z tej pozycji włączyć wentylator i kontrolować jego pracę.
Sterowanie pracą parownika
Temperatura parownika powinna być możliwie niska, ale wyższa od 0oC. Ze względu na duży wydatek sprężarek i zmienne warunki otoczenia trzeba było zastosować zabezpieczenie pracy parownika. Bez tego zabezpieczenia parownik mógłby osiągać zbyt niskie temperatury, w konsekwencji czego woda na parowniku zamarzłaby i przepływ powietrza przez parownik byłby niemożliwy. W układach z zaworem rozprężnym temperatura parownika jest sterowana
automatycznie przez zawór rozprężny. Reguluje on przepływ czynnika chłodniczego przez parownik, tak aby na wyjściu z parownika była możliwie stała temperatura. Taki sposób regulacji jest
realizowany dzięki pobieraniu informacji o temperaturze na wyjściu parownika. W układach z dyszą dławiącą element rozprężny ma stały przepływ. Nie ma na nim regulacji przepływu. W związku z tym należało zastosować w tych układach inny sposób regulacji pracy parownika.
Za parownikiem zamontowano czujnik ciśnienia. Czujnik ten zastępuje element czuły zaworu
rozprężnego. Regulacja następuje przez włączenie i wyłączenie sprężarki. Gdy uruchomiona zostaje klimatyzacja, sprężarka zasysa czynnik chłodniczy z parownika. Dysza dławiąca pozwala przepłynąć niewielkiej ilości czynnika, w konsekwencji czego ciśnienie za dyszą obniża się. Im niższe jest ciśnienie, tym jest niższa temperatura odparowania czynnika chłodniczego. Czujnik sterujący pracą parownika, znajdujący się za parownikiem, odczytuje zbyt niskie ciśnienie i wyłącza sprężarkę.
Pracująca dmuchawa dostarcza ciepłe powietrze na parownik. Znajdujący się w parowniku czynnik odparowuje. Dalsze pobieranie ciepła prowadzi do wzrostu temperatury a wraz z nią ciśnienia.
Przekroczenie granicy zadziałania czujnika uruchomi sprężarkę. Pracująca sprężarka wymieni nasycony ciepłem czynnik na nowy. Napływ do parownika świeżego czynnika powoduje spadek ciśnienia, a więc wyłączenie sprężarki. Zasobnik znajdujący się przed sprężarką równoważy stan czynnika i ciśnienia. W taki sposób sterowana jest praca parownika w układach z dyszą dławiącą.
Uszkodzony czujnik nie pozwoli włączyć sprężarki. Czujnik za parownikiem jest stycznikiem ciśnienia. Kontrolujemy go jak poprzednio omawiane przy zabezpieczeniu układu i pracy
wentylatorów styczniki ciśnienia. Do sterowania pracą parownika dodano jeszcze zabezpieczenie przed zamarzaniem. Zamontowano czujniki termostatyczne lub elektryczne zabezpieczenia. Ich zadaniem jest wyłączenie sprężarki, gdy temperatura parownika zbliża się do 00C. Gdy układ klimatyzacji posiada sterownik, informacja o temperaturze parownika trafia do sterownika. To on w razie potrzeby wyłącza sprężarkę. Trzeba testerem elektroniki kontrolować czy sterownik
klimatyzacji nie zanotował błędu czujnika temperatury parownika nazywanego czasem ?czujnikiem szronienia?. W blokach parametrów skontrolować należy wskazania tego czujnika i porównać z rzeczywistością.
Sterowanie powietrzem wentylacyjnym
Możemy wyróżnić dwa sposoby sterowania powietrzem wentylacyjnym:
- manualny, - automatyczny.
Sterowanie manualne to takie, w którym parametry wentylacji ustawia kierujący pojazdem. Ma on do dyspozycji pokrętła lub suwaki do ustawiania temperatury, prędkości wentylatora i kierunku
nawiewu (szyba, nogi lub na wprost) oraz włącznikami klimatyzacji i obiegu wewnętrznego powietrza, czyli recyrkulacji. W tym sposobie sterowania kierujący wciska włącznik klimatyzacji i sprężarka powinna zostać uruchomiona. Jednocześnie zostanie uruchomiona dmuchawa powietrza.
Gdy pokrętło temperatury jest ustawione na minimum z dysz nawiewowych, powinno po chwili zacząć lecieć chłodne powietrze. Blokadę we włączeniu sprężarki może powodować jedynie uszkodzony włącznik lub jego okablowanie.
Ze względu na komfort oraz bezpieczeństwo wprowadzono układy automatyczne. Te układy wyposażono w elektroniczne jednostki sterujące. Jednostki te tak dobierają parametry pracy wentylacji, by w pojeździe zapanowały określone warunki.
Panel sterowniczy automatycznego układu klimatyzacji samochodu Fiat Marea: 1- pokrętło do sterowania żądaną temperaturą, 2- pokrętło wybierania prędkości wentylatora, 3-
pokrętło wyboru kierunków rozprowadzania powietrza, 4- włącznik klimatyzacji, 5- włącznik obiegu wewnętrznego.
Kierujący określa temperaturę, ustawia wentylatory w pozycji ?Auto? i na tym jego udział w sterowaniu klimatyzacją może zostać zakończony. Resztę sterowania przejmuje elektronika. To sterownik klimatyzacji decyduje jaka ma być temperatura powietrza na dyszach nawiewowych oraz jaki ma być wydatek dmuchawy powietrza i ustawia je w taki sposób, żeby wewnątrz pojazdu zapanowała temperatura żądana przez kierującego. Obecnie standardowo steruje również rozdziałem nadmuchu powietrza i obiegiem zamkniętym. Dodatkowo elektronika może być
wyposażona w funkcję odparowania szyb ?max deff? czy pozwalać na osobny dobór temperatury dla kierującego i pasażera, tzw. klimatyzacja dwustrefowa.
W klimatyzacji automatycznej wciśnięcie przycisku jest jedynie informacją, że kierujący żąda włączenia klimatyzacji.
Sterownik, odbierając żądanie włączenia klimatyzacji, ocenia czy układ jest sprawny i czy istnieją warunki do uruchomienia klimatyzacji. W klimatyzacji automatycznej zastosowano szereg czujników i elektronicznych elementów wykonawczych. Usterki tych elementów mogą powodować
nieprawidłowe sterowanie klimatyzacji. Sterownik nie pozwoli uruchomić sprężarki, gdy wykryje uszkodzenie czujnika szronienia parownika. Podobnie się zachowa, gdy odczytana z czujnika
temperatura zewnętrza będzie bliska 0oC. Spalony opornik dmuchawy to dla sterownika informacja, że nie wolno włączyć sprężarki, ponieważ praca klimatyzacji grozi zalodzeniem parownika.
Konstruktorzy układu stosują wiele procedur zabezpieczających. Jeżeli sterownik wykryje nieprawidłowe działanie któregoś z elementów, może blokować uruchomienie sprężarki.
Schemat funkcjonalny sterowania elektronicznego: ECU - elektroniczna centralka sterująca, S (Te) - czujnik temperatury zewnętrznej, Te - temperatura na zewnątrz, Ta - sterowniki temperatury wnętrza pojazdu, S (Tt) - czujnik temperatury powietrza
uzdatnionego (na wylotach), TR - panel sterowania, RIC - funkcja obiegu wewnętrznego, T - temperatura powietrza przesyłanego do wnętrza pojazdu, Q - natężenie przepływu
powietrza przesyłanego do wnętrza pojazdu, Sa - czujnik szronienia, A/C - włączanie/wyłączanie klimatyzacji.
Testerem elektroniki należy odczytać ewentualne błędy zapisane w sterowniku, a gdy są, należy usunąć usterki, a następnie błędy ze sterownika. Daje to pewność, że układ będzie prawidłowo działał i wyśle żądanie włączenia sprężarki do czujnika ciśnienia lub bezpośrednio do sterownika silnika.
Sterowanie pracą silnika
Sprężarka klimatyzacji może odbierać od silnika nawet 4 kW mocy. Dla silnika jest to bardzo istotne obciążenie. Dlatego sterownik silnika (ECU) musi sterować włączaniem i wyłączaniem sprężarki.
Przed włączeniem sprężarki można zaobserwować podniesienie obrotów silnika. Na przyrządach można dostrzec większe uchylenie zaworu biegu jałowego, wydłużenie czasu wtrysku oraz korekcję konta wyprzedzenia zapłonu. Zmiana tych parametrów przygotowuje silnik do dodatkowego
obciążenia sprężarką.
Parametry sterownika automatycznego układu klimatyzacji samochodu Fiat Stilo.
Wiele sterowników wyposażono w procedury wyłączające sprężarkę podczas normalnej pracy oraz na wypadek awarii. Gdy obroty silnika spadają zbyt nisko, wystarczy odłączyć od silnika sprężarkę, aby obroty podniosły się. Silnik ustabilizuje swoją pracę i zezwoli na ponowne załączenie sprężarki.
Mniejsze jednostki napędowe mogą mieć problem ze zbyt małą mocą silnika. Przy ruszaniu może brakować mocy na dynamiczne przyspieszenie. Dlatego przy ruszaniu sprężarka może być odłączana na kilka sekund. Ten czas wystarczy na rozpędzenie samochodu. Po kilku sekundach ponownie sprężarka zostaje włączona. Gdy pedał gazu jest maksymalnie wciśnięty, ECU odłączy sprężarkę
?domyślając się?, że kierujący potrzebuje całą moc silnika wykorzystać na przyspieszenie
samochodu. Istnieją procedury kontrolne pracy silnika wyłączające sprężarkę klimatyzacji nawet na 30 sekund.
W sterowniku ME7.3H4 samochodu Fiat Punto 1242 16V na włączenie klimatyzacji mają wpływ: temperatura silnika, włącznik klimatyzacji, obroty silnika, prędkość pojazdu,
informacja o stanie pracy silnika (bieg jałowy, średnie obciążenie, maksymalne obciążenie).
Zbyt wysoka temperatura lub uszkodzony czujnik temperatury silnika może blokować uruchomienie sprężarki. Dla przykładu, w samochodzie Fiat Stilo do sterowania wentylatorami sterownik
wykorzystuje informację z czujnika temperatury. Niska prędkość wentylatora zostaje włączona, jeżeli temperatura płynu chłodzącego przekroczy 97oC, a wyłączona przy 94oC lub po 1 sekundzie od otrzymania żądania włączenia z czujnika ciśnienia w klimatyzacji po przekroczeniu 15 barów.
Wysoka prędkość wentylatora zostanie uruchomiona, gdy temperatura płynu chłodzącego przekroczy 102oC lub gdy czujnik ciśnienia klimatyzacji wskaże ciśnienie 20 barów. Przy przekroczeniu
temperatury 112oC klimatyzacja zostanie wyłączona. Uszkodzenie czujnika temperatury spowoduje
uruchomienie wentylatorów na stałe i może powodować odłączenie sprężarki. Niektóre usterki zanotowane przez sterownik mogą blokować uruchomienie sprężarki. Inżynierowie tworzący system zabezpieczenia jednostki napędowej zadbali, aby występująca mniej istotna usterka silnika pozwalała poruszać się pojazdem w celu dojechania do serwisu. Jednak część usterek wpływających
bezpośrednio na trwałość silnika będzie powodowała odłączenie sprężarki klimatyzacji. Dlatego, gdy nie jest uruchamiana sprężarka klimatyzacji, również w sterowniku silnika należy poszukiwać
błędów. Niedomaganie silnika pozornie niezwiązane z klimatyzacją może nie pozwalać na uruchamianie sprężarki. Tylko sprawny silnik gwarantuje pracę klimatyzacji.
Przykładowy schemat zatwierdzenia sygnału przez kolejne elementy: 1- wyłącznik klimatyzacji, 2- centralka klimatyzacji, 3- czujnik ciśnienia, 4- centralka silnika, 5- przekaźnik sprężarki, 6- cewka elektromagnetyczna sprzęgła sprężarki.
Jeżeli po napełnieniu układu prawidłową ilością czynnika klimatyzacja nie daje się uruchomić, należy poszukiwać usterek w elektrycznym sterowaniu układu. Niestety, ze względu na różnorodność systemów nie ma prostej odpowiedzi, w którym miejscu następuje blokada pracy. Można się liczyć z wieloma systemami sterowań zastosowanych w jednym samochodzie. Wykluczanie i omijanie
kolejnych elementów, począwszy od bezpieczników i okablowania przez przekaźniki i czujniki a na jednostkach sterujących klimatyzacją i silnikiem kończąc, pozwoli na odnalezienie usterki.
Jarosław Pieniek
Jarosław.Pieniek@wega.net.pl
Źródło: https://warsztat.pl/drukujpdf/artykul/60583
