Aiheet:
- esittely
- Siipi/siipipumppu
- Mäntäkompressori (käänteinen, kampiakselityyppi)
- Kääntölevykompressorin esittely
- Kääntölevykompressori kiinteällä iskulla
- Vaihtuvaiskuinen kallistuslevykompressori (sisäisellä ja ulkoisella ohjauksella)
- Kompressorin voitelu
- Magneettinen kytkentä
- Äänet
Esipuhe:
Kompressori pumppaa kaasumaisen kylmäaineen ilmastointilaitteesta koko järjestelmän läpi. Kylmäaineen paine ja lämpötila kohoavat, kun se poistuu kompressorista. Ilmastointiin voidaan käyttää erilaisia kompressoreita. Nykyaikaisissa autojen ilmastointijärjestelmissä käytetään käänteiskompressoreita. "Resiprook" tarkoittaa, että kompressorin osat liikkuvat edestakaisin. Näiden kompressorien toimintaa voidaan verrata mäntämoottorin toimintaan. Myös mäntäkompressoreita on kahta tyyppiä, nimittäin kampiakselityyppisiä ja kallistuslevykompressoreita. Nykyaikaisissa autoissa käytetään kallistuslevykompressoreita, jotka puolestaan jaetaan kahteen tyyppiin: kallistuslevykompressori kiinteäiskulla ja versio muuttuvaiskulla. Ilmastointipumppua, kuten laturia ja ohjaustehostimen pumppua, käyttää polttomoottorien monihihna (katso kuva alla). Löydämme sähköisiä ilmastointikompressoreita hybridi- ja täyssähköautoista. Sähkömoottori saa virtansa HV-järjestelmästä ja käyttää kompressoria.
Ilmastointikompressori imee kaasumaisen kylmäaineen höyrystimestä, mikä pitää paineen höyrystimessä alhaisena ja edistää kylmäaineen haihtumista myös alhaisissa lämpötiloissa. Kompressori puristaa kaasumaista kylmäainetta, mikä johtaa siirtymiseen matalapaineesta korkeaan paineeseen. Tämä paineen ja lämpötilan nousu saa kylmäaineen muuttumaan kaasumaisesta nestemäiseksi.
Ilmastointikompressorin paineeseen vaikuttavat useat tekijät, mukaan lukien:
- Moottorin nopeus (polttomoottoreille);
- Kylmäaineen tyyppi ja määrä;
- Kylmäaineen lämpötila;
- Ilmastointikompressorin tyyppi ja rakenne, joka määrittää sen kapasiteetin;
- Magneettisen kytkimen säätö;
- Ympäristön lämpötila.
Puristuksen jälkeen kylmäaine poistuu kompressorista noin 70 celsiusasteen lämpötilassa. Tätä lämpötilaa lasketaan sitten lauhduttimessa.
Seuraavissa kappaleissa käsitellään ilmastointikompressoreiden eri versioita, joita voidaan käyttää tai ei voida käyttää autoteollisuudessa.
Siipi/siipipumppu:
Tätä pumppua käytetään harvoin auton ilmastointijärjestelmässä. Sitä voidaan kuitenkin käyttää tietyissä jäähdytysjärjestelmissä eri tuotteille.
Käyttö: (harmaa) levy pyörii oikealle, myötäpäivään. Keltaiset männät puristetaan seinää vasten keskipakovoimalla (keskipakovoimalla), jolloin eri kammiot eroavat toisistaan. Kylmäaine virtaa sisään oikeasta alakulmasta ja seuraa tiensä pieneen siniseen tilaan. Pyöriminen lisää tätä tilaa, mikä johtaa alipaineeseen. Pumppu jatkaa toimintaansa, jolloin kylmäaine virtaa punaiselle alueelle. Tässä huonetila pienenee ja pienenee, jolloin kylmäaine paineistetaan (puristuu). Punaisen kammion päässä on pakoventtiili, jonka kautta kylmäaine pakotetaan ulos.
Mäntäkompressori (käänteinen, kampiakselityyppi):
Tätä pumppua, kuten siipi/siipipumppua, käytetään harvoin auton ilmastointijärjestelmässä. Sitä voidaan kuitenkin käyttää myös tietyissä jäähdytysjärjestelmissä eri tuotteille. Alla olevassa kuvassa on mäntäkompressori, jossa 1 edustaa tuloventtiiliä ja 2 edustaa pakoventtiiliä. Männän ja kampiakselin liike on verrattavissa tavalliseen Otto- tai dieselmoottoriin.
Toiminta: Mäntä liikkuu TDC:stä (yläkuolokohta) ODP:hen (alakuolokohta) (ylhäältä alas), jolloin imuventtiili 1 avautuu. Kylmäaine imetään sylinteriin alipaineella. Sitten mäntä siirtyy ODP:stä TDC:hen ja painaa imuventtiilin takaisin istukkaa vasten. Ylöspäin liike nostaa myös pakoventtiilin 2 istukasta. Kylmäaine voi nyt poistua sylinteristä. Poistoventtiili sulkeutuu jälleen. Sitten sykli alkaa uudestaan.
Kääntölevykompressorin esittely:
Kallistuslevykompressoreita, jotka tunnetaan myös nimellä swash plate kompressorit, käytetään lähes aina autojen ilmastointijärjestelmissä. Ne kuuluvat "vastavuoroisten" luokkaan, koska niiden liikkuvat osat menevät ylös ja alas.
Kuvassa on viivapiirros ja leikkaus kallistuslevykompressorista. Mäntä tekee vaakasuoran iskun, joka määräytyy kallistuslevyn kulman mukaan. Tässä kuvassa levy on maksimaalisessa kallistuksessa, mikä tarkoittaa, että mäntä voi tehdä maksimaalisen vaakasuoran liikkeen (tämän osoittaa sylinterissä oleva punainen puristustila). Kolmessa piirustuksessa (ylhäältä alas) näemme männän täydellisen puristusiskun kallistuslevyn pyörimisen seurauksena.
Tässä tilanteessa pumppu tuottaa suurimman tehon, koska kallistuslevy on tehnyt suurimman iskun. Jos halutaan pienempää tuottoa, koska paine nousee liian korkeaksi ja - liian suuren kylmäaineen vuoksi - höyrystimen jäätymisilmiötä voi esiintyä, "kiinteällä iskulla" olevan kompressorin magneettinen kytkentä katkeaa, jolloin kompressori ei enää ole ajettu. "Vaihtuvaiskulla" varustetussa kompressorissa levy on vähemmän "kallistumassa". Levyn kallistuskulma on pienempi, mikä myös vähentää männän iskua. Kiinteät ja säädettävät kompressorit kuvataan myöhemmin sivulla.
Jokaisen männän yläpuolella on 2 venttiiliä, jotka on kiinnitetty kuppilevyjouselle: imuventtiili ja poistoventtiili. Kun mäntä siirtyy TDC:stä ODP:hen, se pakottaa kylmäaineen ulos poistoventtiilin ohi korkeapainelinjaan lauhdutinta kohti.
Kääntölevykompressoreissa voi olla 4-8 mäntää/mäntä ja kaksi versiota: nimittäin kompressori kiinteällä iskulla ja kompressori, jossa on säädettävä isku. Nämä on kuvattu alla.
Kiinteä iskun kallistuslevykompressori:
Tätä kompressoria käyttää moottorin monihihna ja se käy synkronisesti moottorin nopeuden kanssa (600-6000 kierrosta minuutissa). Magneettinen kytkin ohjaa kompressorin päälle- ja poiskytkentää, josta kerrotaan tarkemmin myöhemmin.
Kun kompressori on päällä, pyörivä kallistuslevy liikuttaa mäntiä ylös ja alas. Jokaisessa sylinterissä olevien imu- ja poistoventtiilien avulla männät voivat imeä kaasua ja siirtää sen paineen alaisena järjestelmän korkeapaineiseen osaan.
Kiinteätahtinen kompressori siirtää kiinteää tilavuutta kierrosta kohti. Tuotto riippuu siis kompressorin nopeudesta tai moottorin kierrosluvusta. Tehon säätämiseksi kompressori kytkeytyy jatkuvasti päälle ja pois: kytkeytyy päälle, kun paine laskee ja sammuu, kun paine on liian korkea. Varsinkin pienillä moottoreilla käynnistyminen voi tuntua "shokkina" vaaditun tehon takia. Äkillinen päällekytkentä lisää mekaanista rasitusta ja häiritsee hallintaa, mikä johtaa vaihteluihin jäähdytetyn ilman lämpötilassa.
Jos moottorin nopeus on liian korkea ja sen vuoksi poistopaine kasvaa, enemmän kylmäainetta virtaa höyrystimen läpi. Tämä hidastaa jäähtymistä ja voi jäädyttää höyrystimen. Tällaisissa tapauksissa magneettikytkin kytkeytyy pois päältä termostaatin tai painekytkimen ansiosta.
Muuttuvan iskun kallistuslevykompressori:
Tämän tyyppisessä kompressorissa kallistuslevyn kulma on säädettävissä säätölaitteen ansiosta. Asettamalla kallistuslevy mahdollisimman suoraan mäntien iskua rajoitetaan ja teho on minimaalinen. Toisaalta, kun kallistuslevy asetetaan mahdollisimman vinosti, männät tekevät paljon suuremman iskun ja teho kasvaa huomattavasti. Näemme seuraavat versiot kallistuslevykompressorista säädettävällä iskulla:
- sisäisellä ohjauksella ja magneettikytkimellä;
- ulkoinen ohjaus magneettikytkimellä ja ilman.
Sisäinen ohjaus ja magneettikytkentä:
Kuvassa näkyy, kuinka kallistuslevyn asento voi vaikuttaa männän iskuihin. Suurempi moottorin nopeus johtaa korkeampaan kompressorin tehoon. Tämä aiheuttaa paineen nousun koko järjestelmässä, mikä laukaisee säätölaitteen lisäämään painetta kallistuslevyn kammiossa.
Lisääntynyt paine pakottaa kallistuslevyn nousemaan pystyasentoon, mikä vähentää kapasiteettia. Jos teho laskee, säätölaite sulkeutuu ja paine kallistuslevykammiossa laskee. Tämä saa levyn kallistumaan jälleen, jolloin männät voivat tehdä suuremman iskun. Mitä suurempi kulma, sitä suurempi isku ja suurempi tuotto.
Sisäinen (mekaaninen) ohjausjärjestelmä kallistuslevyn asennon säätämiseksi säädettävän iskunvaimentimen ilmastointikompressorissa käyttää yleensä imupainetta säädön automaattiseen ohjaukseen. Tämä järjestelmä käyttää paineohjattua mekanismia, joka reagoi kompressorin imupaineen muutoksiin.
Ohjausmekanismi koostuu yleensä yhdestä tai useammasta kalvo- tai palkekammiosta, jotka on liitetty kompressorin imupuolelle ja kallistuslevyn käyttöakseliin. Jos imupaine muuttuu, se aiheuttaa liikettä kalvossa tai palkeessa. Tämä liike siirretään sitten mekanismiin, joka säätää kallistuslevyn kulmaa.
- Korkeammilla imupaineilla, kuten jäähdytyksen tarpeen kasvaessa, paineohjattu mekanismi säätää kallistuslevyn kulmaa. Tämä johtaa mäntien pitempään iskunpituuteen ja siten kylmäaineen korkeampaan puristukseen. Tämä johtaa korkeampaan poistopaineeseen ja suurempaan jäähdytyskapasiteettiin.
- Pienemmillä imupaineilla mekanismi pienentää kallistuslevyn kulmaa, mikä johtaa lyhyempään mäntien iskunpituuteen ja pienempään kylmäaineen puristumiseen. Tämä alentaa poistopainetta ja mukauttaa jäähdytystehoa alentuneeseen jäähdytystarpeeseen.
Vaihtuvavirtausilmastointikompressorissa venttiili ohjaa liitäntää kampikammioon (kippilevykammioon) ja kompressorin sekä korkea- että matalapainepuolta. Matalapainepuolen paineeseen vaikuttaa mitattu imupaine. Seuraavassa selitetään, kuinka ohjausventtiili toimii, kun virtausta lisätään ja vähennetään.
Lisää tuottoa:
Jäähdytyskapasiteetin pienentyessä imupuolen lämpötila nousee ja imupaine kasvaa. Tämä imupaine saa elastisen palkeen puristumaan ja pienentämään sitä. Palkeen puristuessa palloventtiili A sulkeutuu ja venttiili B avautuu. Tämä muodostaa yhteyden kampikammioon. Tämä mahdollistaa kallistuslevyn kammiossa olevan paineen karkaamisen matalapainepuolelle (imupuolella), jolloin kallistuslevy kallistuu enemmän. Tämä johtaa suurempaan kompressorin tehoon ja lisää jäähdytystehoa.
Pienennä tuottoa:
Kun jäähdytysteho kasvaa, imupaine laskee. Imupaine laskee ja palkeen tilavuus kasvaa, jolloin aukko B sulkeutuu ja palloventtiili A avautuu. Tämä saa korkeapaineisen kaasun virtaamaan sisään ja kulkemaan palloventtiilin A ja aukon kautta kallistuslevyn koteloon. Tämä varmistaa, että kallistuslevy tulee pystyasentoon. Tämän seurauksena pumpun teho pienenee ja jäähdytysteho pienenee.
Säätöventtiili säätää painetta kallistuslevykammiossa. Tuloksena oleva paine-ero puristustilojen paineeseen verrattuna johtaa kallistuslevyn kallistumiseen, mikä vaikuttaa pumpun tehoon. Iskun kokoa säätelee ilmastointijärjestelmän matalapaineosan paine. Muuttuvan iskun (lähtö) kompressoreissa ei yleensä ole termostaattikytkintä höyrystimessä. Näiden kompressorien tulopaine pidetään 2 baarissa.
Ulkoinen ohjaus, ilman magneettikytkintä:
Ulkoisella ohjauksella varustetussa kompressorissa sähkömagneettista venttiiliä käytetään kompressorin kotelon paineen säätelyyn. Sähkömagneettista venttiiliä ohjaa ECU (moottorin ECU tai ilmastointilaitteen ECU) PWM-signaalin avulla. Imupaineella on kuitenkin edelleen rooli ohjausprosessissa. Ilmastoinnin ECU vastaanottaa signaaleja, kuten haluttu ilmastointitila (ilmankuivaus, jäähdytys), haluttu ja todellinen lämpötila sekä ulkolämpötila.
Tämän perusteella tietokone laskee säätöventtiilin optimaalisen asetuksen ja siten kompressorin tehon. Tarvittaessa imupaine voi myös vaihdella. Käytännössä imupaine vaihtelee 1,0 ja 3,5 baarin välillä. Matala imupaine parantaa jäähdytystehoa alhaisella kompressorin nopeudella. Keskimääräistä korkeampi imupaine pienellä lämpökuormalla johtaa tehokkaampaan työhön ja siten pienempään polttoaineenkulutukseen. Raskas magneettikytkin voidaan nyt jättää pois, mikä säästää noin 1 kg. Yleensä kytkin on varustettu tärinänvaimentimella ja liukumekanismilla.
Suurempi ohjausvirtaus säätöventtiiliin sulkee kulkutien korkeapainekammiosta kampikammioon. Säädettävä aukko tarjoaa tilaa painetta lisäävän vuotokaasun poistamiseksi imupainekammion kautta. Tämä tasoittaa kampikammion paineen (Pc) ja imupaineen Ps ja asettaa vaakalevyn asentoon maksimaalisen tehon saavuttamiseksi.
Tuoton pienentäminen tapahtuu lisäämällä kampikammion painetta. Ohjausventtiili avautuu ja muodostaa yhteyden kampikammion ja korkeapainekammion välille. Ohjausventtiilissä on palje, johon vaikuttaa imupaine, joka muuttaa asetusarvoa. Ohjausventtiiliin tuleva ohjausvirta toimii yhdessä paljeasetuksen kanssa. Pieni säädettävä aukko mahdollistaa rajoitetun kylmäaineen virtauksen imupainekammioon.
Kompressorin voitelu:
Liikkuvat osat tuottavat aina lämpöä, minkä vuoksi ne on voideltava. Voiteluominaisuuksien lisäksi öljy tarjoaa myös tiivistyksen ja äänieristyksen. Aluksi kompressori täytetään öljyllä ja voitelu tapahtuu sumuvoitelulla. Tämä öljysumu saavuttaa myös männät ja kulkeutuu sitten kylmäaineen mukana koko järjestelmän läpi. Kondensoitumisen aikana muodostuu kylmäaineen ja nestemäisen öljysumun seos. Kompressori imee uudelleen tämän öljysumun.
Synteettinen öljy PAG (polyalkyleeniglykoli) on suunniteltu erityisesti kylmäaineelle R134a, eikä sitä saa koskaan korvata toisen tyyppisellä öljyllä. Valmistajien määräämät erilaiset viskositeetit on kuitenkin otettava huomioon. Katso tätä varten tekniset tiedot.
Yleisiä PAG-öljyjä ovat:
- PAG 46 (matalin viskositeetti)
- SIVU 100
- PAG 150 (korkein viskositeetti)
- PAG-öljy lisäyksellä YF käytettäväksi kylmäaineen R1234YF kanssa, koska se on herkkä järjestelmän kosteudelle.
PAG-öljyjen lisäksi löytyy myös mineraali-, PAO- ja POE-öljyjä.
- Vanhoissa R12-järjestelmissä käytettiin mineraaliöljyä.
- PAO-öljy (PolyAlphaOlefin) on täyssynteettistä ja ei-hygroskooppista. Tämä on toisin kuin PAG-öljy, joka on erittäin hygroskooppinen.
- POE-öljyä (polyesteriä) käytetään HV-ajoneuvojen sähköisissä ilmastointikompressoreissa. Jos käytetään väärää öljyä (PAG), sähkömoottorin kuparilangan eristetty lakkakerros vaurioituu.
Uutta kompressoria asennettaessa kompressorissa on jo öljyä (noin 200-300 ml). Valmistaja ilmoittaa tämän öljymäärän asiakirjoissa.
Tyhjentämättä järjestelmää ei ole mahdollista määrittää, kuinka paljon kylmäainetta ja öljyä järjestelmässä on. Korjauksen yhteydessä, esimerkiksi lauhduttimen vaihdon jälkeen, pieni määrä öljyä häviää. Valmistaja ilmoittaa yleensä jakelun järjestelmässä. Yleensä voimme pitää tämän jakauman:
• kompressori noin 50 %
• lauhdutin n. 10 %
• joustava imuputki noin 10 %
• höyrystin n. 20 %
• suodatin/kuivain noin 10 %
Kun järjestelmä käynnistetään ensimmäisen kerran, öljy jakautuu koko järjestelmään. Jos järjestelmä myöhemmin tyhjennetään ja sen jälkeen täytetään, esimerkiksi toisen osan vaihdon tai huollon yhteydessä, öljyä voidaan lisätä kylmäaineeseen täyttöaseman kautta. On tärkeää varmistaa, ettei kompressoriin pääse liikaa öljyä. Jos järjestelmässä on liikaa öljyä, se voi johtua siitä, että kompressoriin osuu nestevasara. Ilmastointijärjestelmissä, joissa on kapillaariputki, asennetaan akku juuri ennen kompressoria, joka säätää jatkuvasti öljyn määrää kylmäaineen määrään (katso varaajaa käsittelevä sivu).
Magneettinen kytkentä:
Ilmastointipumpun hihnapyörää käyttää jatkuvasti monihihna. Kiinteällä iskulla ja joissakin säädettävällä iskulla varustetuissa kallistuslevykompressoreissa magneettikytkin ohjaa ilmastointikompressorin päälle- ja poiskytkentää. Kun kompressori on kytketty päälle, kytkeytyy sähkömagneetti (1) aktivoituna. Tämä saa magneetin vetämään puoleensa jousikiinnitettyä kytkinlevyä (4), mikä muodostaa lujan liitoksen hihnapyörän ja pumpun välille. Kun ilmastointi kytketään pois päältä, sähkömagneetti ei enää aktivoidu ja sen magneettinen toiminta pysähtyy. Kytkinlevyn jousi työntää sen irti pumpusta. Hihnapyörä jatkaa nyt pyörimistä monihihnan kanssa, kun pumppu (sisäisesti) pysähtyy.
Ilmastoinnin kytkeminen päälle on hyödyllisintä silloin, kun moottorin käyntinopeus on alhainen, esimerkiksi kun kytkintä painetaan tai moottori käy joutokäynnillä. Tämä minimoi magneettikytkimen kulumisen. Esimerkiksi jos ilmastointi kytketään päälle 4500 rpm:llä, sähkömagneetti aktivoi kytkimen ja paikallaan olevan pumpun ja pyörivän hihnapyörän välillä on suuri nopeusero. Tämä voi aiheuttaa liukumista, mikä lisää kulumista.
Äänet:
Muutamia tunnusomaisia ääniä saattaa esiintyä:
Taputusääni päälle kytkettäessä: Kompressoria käynnistettäessä kuuluva voimakas kolina ääni voi olla merkki magneettikytkimen mahdollisesta säädöstä. Kompressorin tyypistä riippuen tämä säätö voi pienentää ilmarakoa ja minimoida melun.
Hurinaa ilmastointipumpusta: Humiseva ääni osoittaa viasta pumpussa tai mahdollisesti kylmäaineen ja öljyn puutteesta järjestelmässä. Pyydä ilmastointiasiantuntijaa tarkistamaan, tyhjentämään ja täyttämään järjestelmä oikealla määrällä kylmäainetta ja öljyä.
Ilmastointipumpun tärisevä ääni: Myös tärisevä ääni voi olla merkki pumpun viasta. Tarkista, että magneettinen kytkin on kiinnitetty kunnolla pumppuun, jotta keskipultti ei löysty.
Moottorin nopeuteen liittyvä surina: Matkustamoon kuuluva surina ääni, joka vaihtelee moottorin nopeuden mukaan, osoittaa resonanssia tai tärinää. Tämä voi johtua liian pienestä kylmäaineen määrästä tai resonoivista ilmastointiputkista. Jos kylmäainetaso on OK, tärinää aiheuttava putki voidaan tunnistaa pitämällä kiinni kiihdytyksen aikana. Erityiset tärinänvaimentimet, kuten ne, jotka ovat saatavilla tiettyihin ongelmiin, kuten MINI, voivat korjata tämäntyyppisiä tärinöitä.
Aiheeseen liittyvä sivu:
