Předměty:
- Úvod
- Křídlové / lamelové čerpadlo
- Pístový kompresor (reciproční, klikový typ)
- Představení kompresoru se sklopnou deskou
- Kompresor se sklopnou deskou s pevným zdvihem
- Kompresor s proměnným zdvihem naklápěcí desky (s interním a externím ovládáním)
- Mazání kompresoru
- Magnetická spojka
- Zvuky
Předmluva:
Kompresor čerpá plynné chladivo z klimatizace přes celý systém. Tlak a teplota chladiva se zvyšují, když opouští kompresor. Existují různé typy kompresorů, které lze použít pro klimatizaci. Moderní automobilové klimatizační systémy využívají reciproční kompresory. „Reciproční“ znamená, že části v kompresoru se pohybují tam a zpět. Provoz těchto kompresorů lze přirovnat k provozu pístového motoru. Reciproční kompresory jsou také dvou typů, a to typu klikové hřídele a kompresoru se sklopnou deskou. V moderních automobilech se používají kompresory se sklopnou deskou, které se zase dělí na dva typy: kompresor se sklopnou deskou s pevným zdvihem a variantu s proměnným zdvihem. Čerpadlo klimatizace, stejně jako alternátor a čerpadlo posilovače řízení, je u spalovacích motorů poháněno víceřemenem (viz obrázek níže). Elektrické kompresory klimatizace najdeme v hybridních a plně elektrických vozidlech. Elektromotor je poháněn HV systémem a pohání kompresor.
Kompresor klimatizace nasává plynné chladivo z výparníku, čímž se udržuje nízký tlak ve výparníku a přispívá k odpařování chladiva i při nízkých teplotách. Kompresor stlačuje plynné chladivo, což vede k přechodu z nízkého na vysoký tlak. Toto zvýšení tlaku a teploty způsobí, že se chladivo změní z plynného na kapalné.
Tlak dodávaný kompresorem klimatizace je ovlivněn několika faktory, včetně:
- otáčky motoru (u spalovacích motorů);
- Typ a množství chladiva;
- teplota chladiva;
- Typ a provedení kompresoru klimatizace, které určuje jeho kapacitu;
- Nastavení magnetické spojky;
- Okolní teplota.
Po stlačení opouští chladivo kompresor při teplotě přibližně 70 stupňů Celsia. Tato teplota se pak v kondenzátoru sníží.
Následující odstavce pojednávají o různých verzích kompresorů klimatizace, které mohou a nemusí být použity v automobilovém průmyslu.
Křídlové/lopatkové čerpadlo:
Toto čerpadlo se zřídka používá v klimatizačním systému automobilu. Lze jej však použít ve specifických chladicích zařízeních pro různé produkty.
Provoz: (šedý) disk se otáčí doprava ve směru hodinových ručiček. Žluté písty jsou přitlačeny ke stěně odstředivou silou (odstředivá síla), což způsobí, že se různé komory od sebe oddělí. Chladivo proudí dovnitř vpravo dole a sleduje svou cestu do malého modrého prostoru. Rotace zvětšuje tento prostor, což vede k podtlaku. Čerpadlo dále běží, což způsobí, že chladivo proudí do červené oblasti. Zde se prostor místnosti zmenšuje a zmenšuje, což způsobuje stlačování (stlačování) chladiva. Na konci červené komory je výfukový ventil, kterým je vytlačováno chladivo.
Pístový kompresor (reciproční, typ klikové hřídele):
Toto čerpadlo, stejně jako křídlové/lopatkové čerpadlo, se zřídka používá v klimatizačním systému automobilu. Lze jej však také použít ve specifických chladicích zařízeních pro různé produkty. Obrázek níže ukazuje pístový kompresor, kde 1 představuje sací ventil a 2 představuje výfukový ventil. Pohyb pístu a klikové hřídele je srovnatelný s běžným Ottovým nebo naftovým motorem.
Funkce: Píst se pohybuje z TDC (horní úvrať) do ODP (shora dolů), což způsobí otevření sacího ventilu 1. Chladivo je nasáváno do válce podtlakem. Píst se poté přesune z ODP do TDC a přitlačí sací ventil zpět k jeho sedlu. Pohyb nahoru také zvedá výfukový ventil 2 z jeho sedla. Chladivo nyní může opustit válec. Výfukový ventil se opět uzavře. Poté cyklus začíná znovu.
Představení kompresoru se sklopnou deskou:
Kompresory se sklopnou deskou, známé také jako kompresory s otočnou deskou, se téměř vždy používají v automobilových klimatizačních systémech. Spadají do kategorie „reciproční“ kvůli jejich pohyblivým částem, které se pohybují nahoru a dolů.
Na obrázku vidíme perokresbu a řez kompresorem se sklopnou deskou. Píst provádí vodorovný zdvih, který je určen úhlem sklopné desky. Na tomto obrázku je deska v maximálním sklonu, což znamená, že píst se může maximálně horizontálně pohybovat (označeno červeným kompresním prostorem ve válci). Na třech výkresech (shora dolů) vidíme úplný lisovací zdvih pístu v důsledku otáčení naklápěcí desky.
V této situaci čerpadlo dodává maximální výkon, protože naklápěcí deska má maximální zdvih. Je-li požadován nižší výtěžek, protože tlak je příliš vysoký a může - v důsledku příliš velkého množství chladiva - nastat jev zamrzání výparníku, je magnetická spojka kompresoru s "pevným zdvihem" odpojena, takže kompresor již není řízený. U kompresoru s „proměnným zdvihem“ je deska méně „nakloněná“. Úhel, pod kterým se deska naklání, je menší, což také snižuje zdvih pístu. Kompresory s pevným a proměnným zdvihem jsou popsány dále na stránce.
Nad každým pístem jsou 2 ventily připojené k talířové pružině: sací ventil a výtlačný ventil. Když se píst pohybuje z TDC do ODP, vytlačuje chladivo ven přes výtlačný ventil a do vysokotlakého potrubí směrem ke kondenzátoru.
Kompresory se sklopnou deskou mohou mít 4 až 8 pístů/plunžrů a mají dvě verze: jmenovitě kompresor s pevným zdvihem a kompresor s proměnným zdvihem. Ty jsou popsány níže.
Kompresor se sklopnou deskou s pevným zdvihem:
Tento kompresor je poháněn víceřemenovým řemenem motoru a běží synchronně s otáčkami motoru (mezi 600 a 6000 otáčkami za minutu). Magnetická spojka ovládá zapínání a vypínání kompresoru, což bude dále vysvětleno později.
Když je kompresor zapnutý, otočná sklopná deska pohybuje písty nahoru a dolů. Sací a výtlačné ventily na každém válci umožňují pístům nasávat plyn a pohybovat jej pod tlakem do vysokotlaké části systému.
Kompresor s pevným zdvihem pohybuje pevným objemem za otáčku. Výtěžnost tedy závisí na otáčkách kompresoru, respektive na otáčkách motoru. Pro regulaci výkonu se kompresor nepřetržitě zapíná a vypíná: zapínání při poklesu tlaku a vypínání při příliš vysokém tlaku. Zejména u malých motorů je zapnutí vzhledem k potřebnému výkonu cítit jako „šok“. Náhlé zapnutí způsobuje zvýšené mechanické namáhání a narušuje ovládání, což má za následek kolísání teploty chlazeného vzduchu pro cestující.
Pokud jsou otáčky motoru příliš vysoké, a proto se zvyšuje výtlačný tlak, protéká výparníkem více chladiva. Tím se zpomalí chlazení a může dojít k zamrznutí výparníku. V takových případech se magnetická spojka vypne díky termostatu nebo tlakovému spínači.
Kompresor s proměnným zdvihem naklápěcí desky:
U tohoto typu kompresoru je úhel sklopné desky nastavitelný díky nastavovacímu zařízení. Umístěním naklápěcí desky co nejrovněji je omezen zdvih pístů a výkon je minimální. Na druhou stranu umístěním naklápěcí desky co nejšikměji, písty dělají mnohem větší zdvih a výkon se značně zvyšuje. Vidíme následující verze kompresoru se sklopnou deskou s proměnným zdvihem:
- s vnitřním ovládáním a magnetickou spojkou;
- externí ovládání s magnetickou spojkou a bez ní.
Vnitřní ovládání a magnetická spojka:
Obrázek ukazuje, jak může poloha naklápěcí desky ovlivnit zdvih pístu. Vyšší otáčky motoru mají za následek vyšší výkon kompresoru. To způsobí nárůst tlaku v celém systému, který spustí nastavovací zařízení ke zvýšení tlaku v komoře naklápěcí desky.
Zvýšený tlak nutí naklápěcí desku stát se vzpřímenější, což snižuje kapacitu. Pokud výkon klesne, seřizovací zařízení se uzavře a tlak v komoře naklápěcí desky se sníží. To způsobí, že se deska opět více nakloní, což umožňuje pístům větší zdvih. Čím větší úhel, tím větší zdvih a větší výnos.
Vnitřní (mechanický) řídicí systém pro nastavení polohy naklápěcí desky na kompresoru klimatizace s proměnným zdvihem obvykle využívá sací tlak k automatickému ovládání seřízení. Tento systém využívá tlakově řízený mechanismus, který reaguje na změny sacího tlaku kompresoru.
Ovládací mechanismus se obvykle skládá z jedné nebo více membránových nebo vlnovcových komor, které jsou napojeny na sací stranu kompresoru a na hnací hřídel naklápěcí desky. Pokud se změní sací tlak, způsobí to pohyb membrány nebo měchu. Tento pohyb je následně přenesen na mechanismus, který nastavuje úhel naklápěcí desky.
- Při vyšších sacích tlacích, jako když se zvyšuje požadavek na chlazení, mechanismus řízený tlakem upraví úhel sklonu desky. To vede k větší délce zdvihu pístů a tím k vyšší kompresi chladiva. To má za následek vyšší výstupní tlak a větší chladicí kapacitu.
- Při nižších sacích tlacích mechanismus sníží úhel sklonu desky, což má za následek kratší délku zdvihu pístů a nižší kompresi chladiva. To snižuje výstupní tlak a přizpůsobuje chladicí výkon sníženým požadavkům na chlazení.
U kompresoru klimatizace s proměnným průtokem ovládá ventil připojení ke klikové skříni (v komoře naklápěcího kotouče) a vysokotlakou i nízkotlakou stranu kompresoru. Tlak na nízkotlaké straně je ovlivněn naměřeným sacím tlakem. Následující text vysvětluje, jak regulační ventil funguje, když se průtok zvyšuje a snižuje.
Zvyšte výnos:
S klesající chladicí kapacitou stoupá teplota na sací straně a zvyšuje se sací tlak. Tento sací tlak způsobuje stlačení pružného měchu a tím jeho zmenšení. Při stlačení měchu se uzavře kulový ventil A a otevře se ventil B. Tím se vytvoří spojení s klikovou skříní. To umožňuje, aby tlak v komoře naklápěcího kotouče unikal na nízkotlakou stranu (na sací straně), což způsobuje větší sklon naklápěcího kotouče. To má za následek větší výkon kompresoru a zvýšení chladicí kapacity.
Snížit výnos:
S rostoucí chladicí kapacitou klesá sací tlak. Sací tlak klesá a měch se zvětšuje, což způsobí uzavření otvoru B a otevření kulového ventilu A. To způsobí, že vysokotlaký plyn proudí dovnitř a prochází kulovým ventilem A a otvorem do krytu naklápěcího kotouče. Tím je zajištěno, že se naklápěcí kotouč dostane do vzpřímené polohy. V důsledku toho se výkon čerpadla snižuje a chladicí výkon se zmenšuje.
Ovládací ventil upravuje tlak v komoře naklápěcího kotouče. Výsledný tlakový rozdíl oproti tlaku v kompresních prostorech vede k naklápění naklápěcího kotouče, což ovlivňuje výkon čerpadla. Velikost zdvihu je řízena tlakem v nízkotlaké části klimatizačního systému. Kompresory s proměnným zdvihem (výkonem) většinou nemají spínač termostatu na výparníku. Vstupní tlak těchto kompresorů je udržován na 2 barech.
Externí ovládání, bez magnetické spojky:
U kompresoru s externím ovládáním se k regulaci tlaku ve skříni kompresoru používá elektromagnetický ventil. Elektromagnetický ventil je ovládán ECU (ECU motoru nebo ECU klimatizace) pomocí PWM signálu. Sací tlak však nadále hraje roli v regulačním procesu. ECU klimatizace přijímá signály, jako je požadovaný režim klimatizace (odvlhčování, chlazení), požadovaná a skutečná teplota a venkovní teplota.
Na základě toho počítač vypočítá optimální nastavení regulačního ventilu a tím i výkonu kompresoru. V případě potřeby se může měnit i sací tlak. Prakticky řečeno, sací tlak se pohybuje mezi 1,0 a 3,5 bar. Nízký sací tlak zlepšuje chladicí výkon při nízkých otáčkách kompresoru. Vyšší než průměrný sací tlak při nízké tepelné zátěži má za následek efektivnější práci, a tedy nižší spotřebu paliva. Těžkou magnetickou spojku lze nyní vynechat, což ušetří přibližně 1 kg. Obvykle je spojka vybavena tlumičem vibrací a prokluzovým mechanismem.
Větší regulační průtok k regulačnímu ventilu uzavírá průchod z vysokotlaké komory do klikové skříně. Variabilní otvor poskytuje prostor pro vypouštění unikajícího plynu zvyšujícího tlak přes sací tlakovou komoru. Tím se vyrovná tlak v klikové skříni (Pc) a sací tlak Ps, čímž se cyklika dostane do polohy pro maximální výkon.
Snížení výtěžnosti se provádí zvýšením tlaku v klikové skříni. Ovládací ventil se otevře a vytvoří spojení mezi klikovou skříní a vysokotlakou komorou. Regulační ventil má vlnovec, který je ovlivňován sacím tlakem, který mění nastavenou hodnotu. Řídicí proud do regulačního ventilu spolupracuje s nastavením měchu. Malý variabilní otvor umožňuje omezený průtok chladiva do sací tlakové komory.
Mazání kompresoru:
Pohyblivé části vždy produkují teplo, a proto je nutné je mazat. Kromě mazacích vlastností poskytuje olej také těsnění a zvukovou izolaci. Zpočátku je kompresor naplněn olejem a mazání je dosaženo mlhou. Tato olejová mlha se také dostane k plunžrům a je pak unášena celým systémem s chladivem. Během kondenzace se tvoří směs chladiva a kapalné olejové mlhy. Tato olejová mlha je opět nasávána kompresorem.
Syntetický olej PAG (polyalkylenglykol) je speciálně navržen pro chladivo R134a a nikdy by neměl být nahrazen jiným typem oleje. Je však třeba vzít v úvahu různé viskozity předepsané výrobci. Prostudujte si k tomu specifikace.
Běžné PAG oleje jsou:
- PAG 46 (nejnižší viskozita)
- STRANA 100
- PAG 150 (nejvyšší viskozita)
- Olej PAG s přídavkem YF pro použití s chladivem R1234YF kvůli jeho citlivosti na vlhkost v systému.
Kromě PAG olejů existují také minerální, PAO a POE oleje.
- Ve starých systémech R12 byl použit minerální olej.
- PAO olej (PolyAlphaOlefin) je plně syntetický a nehygroskopický. To je na rozdíl od PAG oleje, který je vysoce hygroskopický.
- POE olej (Polyester) se používá v kompresorech elektrických klimatizací HV vozidel. Při použití nesprávného oleje (PAG) dojde k poškození vrstvy izolovaného laku měděného drátu elektromotoru.
Při instalaci nového kompresoru je již v kompresoru olej (cca 200 až 300 ml). Výrobce uvádí toto množství oleje v dokumentaci.
Bez vyprázdnění systému není možné určit, kolik chladiva a oleje je v systému přítomno. V případě opravy, například po výměně kondenzátoru, dojde ke ztrátě malého množství oleje. Výrobce obvykle uvádí rozdělení v systému. Obecně můžeme zachovat tuto distribuci:
• kompresor cca 50%
• kondenzátor cca 10%
• flexibilní sací potrubí cca 10%
• výparník cca 20%
• filtr/sušička cca 10%
Při prvním zapnutí systému se olej rozdělí do celého systému. Pokud se systém později vypustí a poté znovu naplní, například při výměně jiného dílu nebo při údržbě, lze olej přidat do chladiva přes plnicí stanici. Je nezbytné zajistit, aby se do kompresoru nedostalo příliš mnoho oleje. Důsledkem příliš velkého množství oleje v systému může být to, že kompresor zaznamená ráz kapaliny. V klimatizačních systémech s kapilárou je těsně před kompresorem namontován akumulátor, který neustále přizpůsobuje množství oleje množství chladiva (viz stránka o akumulátoru).
Magnetická spojka:
Řemenice čerpadla klimatizace je nepřetržitě poháněna víceřemenem. U kompresorů se sklopnou deskou s pevným zdvihem a některých s proměnným zdvihem ovládá zapínání a vypínání kompresoru klimatizace magnetická spojka. Při zapnutí kompresoru se aktivuje elektromagnet (1) ve spojce. To způsobí, že magnet přitáhne pružinový kotouč spojky (4) a vytvoří pevné spojení mezi řemenicí a čerpadlem. Po vypnutí klimatizace se elektromagnet již neaktivuje a jeho magnetická funkce se zastaví. Pružina spojkového kotouče ji vytlačí z čerpadla. Řemenice nyní pokračuje v otáčení s víceřemenem, zatímco čerpadlo (vnitřně) stojí v klidu.
Zapnutí klimatizace je nejvýhodnější při nízkých otáčkách motoru, například při sešlápnutí spojky nebo při volnoběhu motoru. To minimalizuje opotřebení magnetické spojky. Pokud je například klimatizace zapnutá na 4500 ot./min., elektromagnet aktivuje spojku a mezi stacionárním čerpadlem a otočnou kladkou bude velký rozdíl v otáčkách. To může způsobit prokluzování, což vede ke zvýšenému opotřebení.
Zvuky:
Může se objevit několik charakteristických zvuků:
Zvuk tleskání při zapnutí: Hlasité drnčení při zapínání kompresoru může naznačovat možné seřízení magnetické spojky. Podle typu kompresoru lze touto úpravou snížit vzduchovou mezeru a minimalizovat hluk.
Bzučivý zvuk z čerpadla klimatizace: Bzučivý zvuk signalizuje závadu v čerpadle nebo případně nedostatek chladiva a oleje v systému. Poraďte se s odborníkem na klimatizaci, aby zkontroloval, vyprázdnil a doplnil systém správným množstvím chladiva a oleje.
Cvakavý zvuk z čerpadla klimatizace: Cvakavý zvuk může také signalizovat závadu čerpadla. Zkontrolujte, zda je magnetická spojka bezpečně připevněna k čerpadlu, aby nedošlo k uvolnění centrálního šroubu.
Bzučivý zvuk spojený s otáčkami motoru: Bzučivý zvuk, který je slyšet v prostoru pro cestující a mění se s otáčkami motoru, označuje rezonanci nebo vibrace. To může být způsobeno příliš malým množstvím chladiva nebo potrubím klimatizace, které rezonuje. Pokud je hladina chladiva v pořádku, lze potrubí způsobující vibrace identifikovat přidržením při zrychlování. Speciální tlumiče vibrací, jako jsou ty, které jsou k dispozici pro specifické problémy, jako je MINI, mohou tyto typy vibrací korigovat.
Související stránka:
