System klimatyzacji w samochodzie
data aktualizacji: 2013.07.05
O ile dziś klimatyzacja samochodowa jest standardowym wyposażeniem auta, o tyle w przeszłości było to jedno z najpopularniejszych opcjonalnie wybieranych elementów wyposażenia. Ponieważ klimatyzacja była jednym z najdroższych elementów wyposażenia opcjonalnego, to i tak większość właścicieli mogła powiedzieć, że był to relatywnie dobry interes, biorąc pod uwagę długoterminowy komfort, jaki auto klimatyzacja dostarcza.
Odkąd wprowadzono system klimatyzacji w samochodach, pojawiło się wiele zmian w jego funkcjonowaniu, składnikach i ich projektowaniu, a także w jego jakości pracy i wydajności.
Ale może bardziej istotna jest zmiana podejścia do serwisowania klimatyzacji samochodowej, jaka miała miejsce we wczesnych latach 90., do tego, co musi być jeszcze serwisowane w związku z tym systemem i kto jest do tego uprawniony.
Zacznijmy od krótkiego opisu komponentów systemu klimatyzacji, opiszemy jak one funkcjonują i pracują z czynnikiem chłodzącym przy usuwaniu ciepła i wilgoci z kabiny.
Elementy systemu klimatyzacji samochodowej i ich funkcjonowanie
O ile w przeszłości było sporo różnic, o tyle dziś jest w systemach klimatyzacji pięć podstawowych komponentów. Są to parownik, kompresor, skraplacz, osuszacz – filtr oraz w zależności od opcji:
zawór rozprężny (zwany też termicznym lub termostatycznym zaworem rozprężnym – Thermal or Thermostatic Expansion Valve, TXV) albo akumulator i rurka wylotowa (dysza). Zastosowanie tych
czterech ostatnich elementów jest opcjonalne w zależności od zastosowanego systemu.
W systemach auto klimatyzacji występują też gumowe węże i metalowe rurki, kontrolki, przełączniki, elektroniczne sterowniki itd. Ich zastosowanie zależy od tego, jaki jest system i jakie rozwiązania stosuje producent pojazdu.
Samochody wyposażone w Automatyczny System Kontroli Temperatury (Automatic Temperature Control – ATC) mają komputer, który odpowiedzialny jest za kierowanie tym systemem.
W większości samochodów wyposażonych w komputerowe sterowanie silnikiem komputer ten może też sterować pewnymi funkcjami auto klimatyzacji.
Mogą być też oddzielne komputery zajmujące się tylko sterowaniem klimatyzacją, wszystko zależy od samochodu. Pomimo że komputer sterujący pracą silnika oraz pozostałe komputery nie są
bezpośrednio związane z systemem klimatyzacji, to i tak muszą być brane pod uwagę, gdy mówimy o tym układzie. Ich obecność i praca ma wpływ na poprawne działanie systemu klimatyzacji i jego diagnostykę.
Specyfika komponentów systemu autoklimatyzacji
Zanim zaczniemy omawianie poszczególnych komponentów musimy coś wyjaśnić:
1. Gdy ciśnienie gazu czy płynu w zamkniętym systemie klimatyzacji samochodowej podnosi się, wzrasta też temperatura. I odwrotnie – gdy spada ciśnienie, spada i temperatura. Działa to jednak w obie strony. Gdy temperatura rośnie, rośnie i ciśnienie, a jak temperatura spada, spada i ciśnienie.
2. Podobnie jak inne rodzaje systemów autoklimatyzacji i chłodzenia, klimatyzacja samochodowa ma dwie odrębne „sekcje”: chłodną z niskim ciśnieniem i ciepłą z wysokim ciśnieniem.
Powód, dla którego zaczynamy opis systemu od powyższych uwag będzie jasny wraz z dalszą lekturą.
By ułatwić zrozumienie tematu, będziemy porównywać składniki systemu chłodzenia ze składnikami systemu autoklimatyzacji. Bardzo często pracują one w ten sam sposób i większość ludzi mających pewną wiedzę o systemie chłodzenia silnika samochodu ma automatycznie pewną wiedzę o jego klimatyzacji.
Parownik
Parownik, zwany też wymiennikiem ciepła, jest jednym z dwóch (może trzech) elementów oddających ciepło/zimno w systemie klimatyzacji. W typowym samochodzie osobowym parownik umiejscowiony jest w kabinie pasażerskiej.
Niektóre pojazdy, takie jak SUV-y i vany, mają po dwa parowniki. Jeden jest na przodzie, a drugi z tyłu. Tylny z reguły jest za bocznym panelem lub pod sufitem nad tylnymi pasażerami. Parowniki z reguły zbudowane są z aluminium. Wyglądają jak chłodnice. Są tylko węższe i mniejsze od chłodnic.
Tak jak i chłodnica, zawierają one wewnętrzne rurki, tzw. „ścieżki przepływu” z przymocowanymi do nich żeberkami. Powietrze może swobodnie przepływać przez żeberka, tak jak jest to w chłodnicy.
Ale inaczej jak w chłodnicy, w której rurkach przemieszcza się płyn chłodzący, w parowniku mamy czynnik chłodzący.
Wracając do pojęcia „wymiana ciepła”, co to oznacza?
W systemach klimatyzacji samochodowej zimny, niskociśnieniowy czynnik chłodzący wpływa do parownika. Ciepłe powietrze z kabiny przepływa wtłaczane przez wentylator przez parownik.
Ponieważ w naturze ciepło zawsze przepływa z obszarów cieplejszych do chłodniejszych, to jest tu ono absorbowane przez czynnik chłodzący przepływający w parowniku. W tym samym czasie wilgoć z powietrza zbiera się na powierzchni parownika i ewentualnie wypływa po skropleniu poza
samochód (tak jak i spływająca skroplona rosa).
To dlatego widzisz spływającą (kapiącą) wodę pod samochodem gdy pracuje klimatyzacja. Gdy już czynnik chłodzący nagrzeje się w parowniku, przemieszczany jest do kompresora, nazywanego też też pompą lub sprężarką.
Tak wiec jak widzicie, auto klimatyzacja nie chłodzi wnętrza tylko usuwa z niego gorąco i wilgoć.
Parownik można więc porównać do nagrzewnicy, tylko pracującej odwrotnie.
Oba elementy są umieszczone w podobnym miejscu, w kabinie pasażerskiej, blisko siebie, czasem w tej samej obudowie pod konsolą.
Przez nagrzewnicę przepływa gorący płyn chłodzący, przenosząc ciepło z silnika do wnętrza auta, gdzie jest rozprowadzane przez wentylatory. Przez parownik przepływa chłodny czynnik chłodzący, który absorbuje ciepło z kabiny pasażerskiej, gdy wentylator tłoczy je przez niego.
Kompresor (sprężarka, pompa)
Kompresor jest pompą, która tłoczy czynnik chłodzący przez system. Czynnik ten jest przenoszony przez system rurek i węży między poszczególnymi komponentami.
Kompresory samochodowe mają różną budowę, ale działają tak samo. Kompresor jest napędzany przez pasek i elektromagnetyczne sprzęgło (niektóre hybrydy używają silnika elektrycznego do napędzania kompresora). Sprzęgło pozwala wyłączać się kompresorowi, gdy auto klimatyzacja jest wyłączona i nie pracuje lub gdy nie jest potrzebna jego praca. Sprzęgło dostaje swój sygnał od składnika układu zwanego przekaźnikiem, który jest włączany przez sygnał, jaki otrzymuje w większości przypadków od komputera sterującego wtryskiem paliwa lub samym silnikiem.
Poza tłoczeniem czynnika chłodzącego sprężarka pełni też inną funkcję. W określonym momencie podnosi ona ciśnienie czynnika chłodzącego i gdy to ciśnienie rośnie, to zostaje obniżona
temperatura na parowniku. Podniesienie ciśnienia i obniżenie temperatury pozwala na usunięcie ciepła z kabiny pasażerskiej, jakie odbierane jest przez parownik.
Proces uwalniania ciepła zachodzi w kolejnym omawianym elemencie, jakim jest skraplacz.
Kompresor można w pewien sposób porównać do pompy wodnej w systemie chłodzenia silnika.
Pompa wodna tłoczy chłodziwo w systemie. Chłodziwo absorbuje ciepło z silnika i pompa wodna przepompowuje je do chłodnicy, gdzie ciepło jest oddawane do atmosfery. Odpowiada ona też za cyrkulację gorącego chłodziwa przez nagrzewnicę, by ogrzewać wnętrze pojazdu.
Kompresor tłoczy czynnik chłodzący przez system. Czynnik absorbuje ciepło z wnętrza samochodu i przechodzi przez parownik. Następnie czynnik jest tłoczony do skraplacza, gdzie oddawane jest ciepło do atmosfery.
Skraplacz
Skraplacz to kolejny element odpowiadający za wymianę ciepła w układzie klimatyzacji. Obecnie wykonane są one z aluminium, ale kiedyś były też produkowane z mosiądzu/miedzi. Skraplacz wygląda jak chłodnica, ale jest cieńszy, a ponieważ jego praca uzależniona jest od przepływu powietrza, to umieszczany jest przed chłodnicą. Tak jak chłodnica i parownik, też i skraplacz jest
konstrukcją złożoną z serii rurek i żeberek wokół nich.
Ale w odróżnieniu od parownika, który ma absorbować ciepło, skraplacz ma je wydalać. Dokładniej mówiąc, ma on wydalać ciepło jakie zaabsorbował czynnik chłodzący przepływający przez parownik, tak samo jak i chłodnica wydalająca ciepło z płynu chłodzącego przepływającego przez silnik.
Czynnik chłodzący wpada do skraplacza jako para pod wysokim ciśnieniem. Przepływając przez skraplacz ochładza się i zmienia się w zimną ciecz pod wysokim ciśnieniem.
Skraplacz może być porównywany do chłodnicy w systemie chłodzenia silnika. Chłodnica uwalnia ciepło z przepływającego przez nią rozgrzanego chłodziwa do atmosfery. Skraplacz uwalnia ciepło z przepływającego przez niego rozgrzanego czynnika chłodzącego do atmosfery.
Osuszacz
Osuszacz (zwany czasem też filtrem czy pochłaniaczem wilgoci) wygląda jak metalowa puszka z wejściem i wyjściem. Używane są tylko w systemach klimatyzacji samochodowej, gdzie występują też zawory rozprężne. Osuszacz umiejscowiony jest w części systemu z wysokim ciśnieniem, z reguły w pionie, między wyjściem parownika a wejściem zaworu rozprężnego. Niektóre mogą być
bezpośrednio podłączone do skraplacza.
Osuszacz spełnia trzy bardzo ważne zadania:
1. Służy jako czasowy magazyn do przechowywania oleju i czynnika chłodzącego gdy nie są potrzebne do pracy systemu (gdy jest małe zapotrzebowanie na chłodzenie). To jest funkcja
„odbiornika”.
2. Większość osuszaczy zawiera filtr, który zbiera zanieczyszczenia, jakie mogą pojawić się w układzie klimatyzacji samochodowej.
3. Osuszacz zawiera pewien specyficzny materiał. Ma on za zadanie absorbować wilgoć (wodę), jaka dostała się do systemu podczas produkcji, składania czy działań serwisowych. Wilgoć może też dostawać się do systemu auto klimatyzacji z powietrza. To jest funkcja „osuszania”.
Do uszkodzeń może dojść, gdy w systemie klimatyzacji zbierze się zbyt wiele wilgoci.
Może ona wywołać korozję, ale też spadek wydajności oleju kompresorowego.
Osuszacz powinien być wymieniony za każdym razem, gdy system jest otwierany w celach
serwisowych i większość warunków gwarancyjnych dla kompresorów tego wymaga. Osuszacz może zaabsorbować tylko określoną ilość wilgoci i gdy system jest otwarty i wystawiony na działanie atmosfery, to osuszacz szybko może zostać przepełniony. W tej sytuacji nie może on zapewnić
układowi dalszej ochrony. Dodatkowo filtr znajdujący się w osuszaczu może zostać zakryty/zasłonięty przez cząstki znajdujące się w systemie. To może ograniczyć przepływ oleju i czynnika chłodzącego w układzie klimatyzacji samochodowej.
Akumulator
Akumulator można porównać do osuszacza. Pracuje podobnie, ale spełnia trochę inne funkcje. Jest on też metalowym cylindrem, ale różni się od osuszacza na trzy sposoby:
1. Akumulator jest około dwa razy większy od osuszacza.
2. Akumulator jest podłączony do wyjścia parownika w sekcji systemu o niskim ciśnieniu.
3. Podstawowym zadaniem akumulatora jest magazynowanie czynnika chłodzącego, jaki jest w parowniku, by nie dostał się on do kompresora. Gdy dostanie się do kompresora, może wywołać jego uszkodzenie. Kompresor w auto klimatyzacji nie jest przystosowany do tłoczenia płynu, tylko pary.
Akumulator wykorzystywany jest tylko w systemach, w których znajdują się też rurki wylotowe (dysze). Jest charakterystyczną cechą systemów z rurkami wylotowymi (dyszami), że mają one dużą ilość czynnika chłodzącego, jaki opuszcza parownik. W odróżnieniu od systemu z zaworem
rozprężnym, gdzie większość czynnika zamienia się w parę przechodząc przez parownik, w systemach z rurkami wylotowymi (dyszami) czynnik chłodzący opuszczający parownik nadal jest płynny. Akumulator jest tym elementem systemu autoklimatyzacji, gdzie czynnik chłodzący może się ogrzać i zmienić z płynu w parę zanim zostanie ponownie zassany do kompresora. Tak jak i w
przypadku osuszacza, akumulator pełni też rolę pojemnika gdzie magazynowany jest olej, gdy nie jest potrzebny w systemie. Akumulator pełni też funkcję absorbentu wilgoci i posiada filtr. Dlatego dotyczą go te same zasady wymiany, co osuszacza.
Zawór rozprężny
Zawór rozprężny umiejscowiony jest w systemie klimatyzacji samochodowej na wejściu parownika.
Jak przy innych zaworach, jego praca polega na kontrolowaniu przepływów.
W tym przypadku chodzi o ilość czynnika chłodzącego, jaki dostaje się do parownika. Ponieważ różne są warunki pracy systemu, to potrzebna jest możliwość regulowania ilości czynnika chłodzącego dostającego się do parownika. Gdyby było go za dużo, to byłby za zimny i zbierająca się wilgoć mogłaby zamarznąć. To mogłoby uniemożliwić ciepłemu powietrzu z wnętrza samochodu przejść przez żeberka i czynnik chłodzący nie mógłby zaabsorbować ciepła. To może zastopować proces chłodzenia.
Gdyby natomiast było za mało czynnika, to doszłoby do tego, że nie odprowadzana byłaby wystarczająca ilość ciepła. Doszłoby do zbyt małego chłodzenia lub wcale by go nie było.
Ten proces sterowania przepływem czynnika chłodzącego w zależności od potrzeb nazywa się
„dozowaniem” czynnika w parowniku.
Tak więc skąd zawór rozprężny wie ile czynnika potrzeba parownikowi i jak go dozuje?
Najpierw o tym, jak to robi – to bardzo proste. Zawór rozprężny zawiera ruchomy pręcik, który przemieszcza się w górę i w dół zaworu. Gdy się przemieszcza może otwierać lub zamykać drogę przepływu dla czynnika chłodzącego. Zawór ten nie musi być w pełni otwarty lub w pełni zamknięty.
Może mieć różne poziomy zamknięcia/otwarcia. Dlatego też może dokładnie odmierzyć odpowiednią ilość czynnika, na jaki jest zapotrzebowanie.
To wewnętrzne przejście jest o wiele mniejsze od rurki, jaką dostarczany jest czynnik chłodzący.
Dlatego przepływając przez nie czynnik traci swoje ciśnienie i staje się płynem pod niskim ciśnieniem. Także jak widać zawór rozprężny pełni też funkcję „linii podziału” między częścią systemu o wysokim ciśnieniu i niskim ciśnieniu.
Teraz odpowiedź na pytanie: skąd on wie, ile czynnika potrzeba?
Bazuje to na temperaturze wyjścia parownika. Im bardziej ciepły jest parownik, tym więcej czynnika chłodzącego potrzebuje. I na odwrót. Zawór rozprężny ma urządzenie pomiaru termicznego zwane gruszką pomiarową. Gruszka ta mierzy temperaturę na wyjściu parownika i przekazuje te dane do pręcika wewnątrz zaworu. Ten sygnał odnosi się do ilości wymaganego czynnika i pręcik
przemieszcza się do właściwej pozycji, a właściwa ilość czynnika dostarczana jest do parownika.
Zawór rozprężny można porównać do termostatu w systemie chłodzenia silnika.
Termostat kontroluje przepływ chłodziwa z silnika do chłodnicy w oparciu o temperaturę systemu chłodzenia.
Zawór rozprężny kontroluje przepływ czynnika chłodzącego przez parownik w oparciu o jego (parownika) temperaturę lub zapotrzebowanie (obciążenie) systemu klimatyzacji samochodowej.
Rurki wylotowe (dysze)
Rurki wylotowe stosowane są w systemach, gdzie nie ma zaworów rozprężnych. Tak jak i te zawory, rurki wylotowe mają za zadanie sterować przepływem czynnika chłodzącego do parownika. Przekrój rurki jest podobny do tego wewnątrz zaworu rozprężnego, ale między tymi oboma elementami jest bardzo znacząca różnica. Rurka jest prostym urządzeniem, nie posiadającym ruchomych części. Nie może tak jak zawór rozprężny dozować czynnika chłodzącego. W związku z tym musi być
zastosowana w systemie inna metoda dozowania czynnika. Dwie najbardziej popularne metody to włączenie i wyłączenie kompresora w odpowiednim czasie, wprowadzanie cykli jego pracy lub zainstalowanie zaworu w kompresorze, który steruje siłą pompowania kompresora. To oczywiście reguluje ilość czynnika chłodzącego, jaki opuszcza kompresor.
Rurki wylotowe służą też jako łącznik między częścią systemu pod wysokim i pod niskim ciśnieniem.
Komponenty rozprowadzające powietrze wewnątrz samochodu
Wewnątrz samochodu, poniżej panelu z instrumentami pokładowymi, znajduje się element, który różnie jest określany, w zależności od producenta. Generalnie określa się go jako komora kanałów.
Ten element zawiera szereg różnych składników, których zadaniem jest kierowanie i dystrybuowanie powietrza wewnątrz kabiny w oparciu o wybrane opcje na panelu sterującym. Z reguły ma on też część, która kontroluje temperaturę wydalanego powietrza.
Nagrzewnica i parownik zwykle zawierają się w takim elemencie. Jeżeli samochód wyposażony jest w filtr kabinowy, to on też z reguły umiejscowiony jest w tym elemencie.
Wewnątrz tego elementu znajdują się grodzie i łopatki, które są ruchome i zmieniając pozycję mogą blokować lub umożliwiać przepływ powietrza do różnych kanałów wewnątrz samochodu. Te kanały przenoszą wdmuchiwane przez wentylatory powietrze do konkretnych ujść wentylacyjnych w kabinie lub do ich kombinacji, w zależności od opcji jaka ustawiona jest na panelu. Przegrody mogą być poruszane przez zwykłe wężyki, urządzenie zwane silnikiem próżniowym (wykorzystuje podciśnienie generowane przez silnik, by wywołać ruch) lub przez mały, elektryczny silniczek.
Szybkie podsumowanie
Potraktujmy ten przegląd jako zebranie wszystkiego jeszcze raz w całość i prześledzenie przepływu czynnika chłodzącego od otworu wylotowego parownika.
Jako przykład posłuży nam system z zaworem rozprężnym i osuszaczem (jest on podobny do tego z dyszami i akumulatorem). Sprężarka wypycha nagrzany czynnik chłodzący wyparowujący z
parownika. Jest on potem sprężany i wysłany pod wysokim ciśnieniem do skraplacza. Ponieważ na tym etapie czynnik chłodzący ma wyższą temperaturę niż otaczające powietrze, to oddaje on ciepło do niego, gdy opływa on żeberka skraplacza.
Gdy ciepło zostaje oddane, czynnik skrapla się i wraca to płynnego stanu skupienia.
Dzieje się to w skraplaczu. Potem przemieszczany on jest do osuszacza, gdzie absorbowana jest wilgoć. Trochę czynnika może być też czasowo zmagazynowana w osuszaczu, do czasu aż nie będzie on potrzebny systemowi w parowniku ze względu na wymagania chłodzenia w systemie. Czynnik chłodzący dostarczany jest następnie w odpowiedniej ilości powtórnie do parownika w postaci płynu pod niskim ciśnieniem. Czynnik odbiera ciepło z opływającego parownik powietrza i ponownie zmienia stan skupienia na parę. Gorące powietrze przepuszczane jest przez parownik, a chłodne powietrze wprowadzane jest do wnętrza samochodu przez wentylatory. Nagrzana para
przemieszczana jest do wyjścia parownika, wraca do sprężarki i cały cykl zaczyna się od nowa.
Źródło: www.laser-sinex.pl
Źródło: https://warsztat.pl/drukujpdf/artykul/46289
