Soggetti:
- Introduzione
- Pompa ad ala/paletta
- Compressore a pistoni (reciproco, tipo ad albero motore)
- Introduzione del compressore a piastra inclinabile
- Compressore a piastra inclinabile con corsa fissa
- Compressore con piastra di inclinazione e corsa variabile (con controllo interno ed esterno)
- Lubrificazione del compressore
- Magnetkoppeling
- Suoni
Introduzione:
Il compressore pompa il refrigerante gassoso dal condizionatore d'aria attraverso l'intero sistema. La pressione e la temperatura del refrigerante aumentano mentre lascia il compressore. Esistono diversi tipi di compressori che possono essere utilizzati per il condizionamento dell'aria. I moderni sistemi di climatizzazione delle automobili utilizzano compressori reciproci. “Reciproco” significa che le parti del compressore eseguono movimenti avanti e indietro. Il funzionamento di questi compressori può essere paragonato a quello di un motore a pistoni. Anche i compressori alternativi sono di due tipi, vale a dire il tipo ad albero motore e il compressore a piastra inclinabile. Nelle auto moderne vengono utilizzati compressori a piastre inclinabili che a loro volta si dividono in due tipologie: il compressore a piastre inclinabili con corsa fissa e la variante con corsa variabile. La pompa dell'aria condizionata, proprio come l'alternatore e la pompa del servosterzo, è azionata dalla cinghia multipla nei motori a combustione (vedi immagine sotto). Troviamo compressori elettrici per l'aria condizionata nei veicoli ibridi e completamente elettrici. Un motore elettrico è alimentato dal sistema HV e aziona il compressore.
Il compressore del climatizzatore aspira il refrigerante gassoso dall'evaporatore, mantenendo bassa la pressione nell'evaporatore e contribuendo all'evaporazione del refrigerante, anche a basse temperature. Il compressore comprime il refrigerante gassoso, provocando il passaggio dalla bassa all'alta pressione. Questo aumento di pressione e temperatura fa sì che il refrigerante cambi da gassoso a liquido.
La pressione fornita dal compressore del climatizzatore è influenzata da diversi fattori, tra cui:
- La velocità del motore (per motori a combustione);
- Il tipo e la quantità di refrigerante;
- La temperatura del refrigerante;
- Il tipo e il design del compressore del climatizzatore, che ne determina la capacità;
- La regolazione dell'accoppiamento magnetico;
- La temperatura ambiente.
Dopo la compressione, il refrigerante esce dal compressore ad una temperatura di circa 70 gradi Celsius. Questa temperatura viene poi abbassata nel condensatore.
I paragrafi seguenti trattano varie versioni di compressori per aria condizionata, che possono o meno essere utilizzati nell'industria automobilistica.
Pompa ad ala/paletta:
Questa pompa viene utilizzata raramente nel sistema di climatizzazione di un'auto. Tuttavia, può essere applicato in impianti di raffreddamento specifici per diversi prodotti.
Funzionamento: il disco (grigio) ruota verso destra, in senso orario. Gli stantuffi gialli vengono premuti contro la parete dalla forza centrifuga (forza centrifuga), provocando la separazione delle diverse camere l'una dall'altra. Il refrigerante scorre in basso a destra e segue il suo percorso verso il piccolo spazio blu. La rotazione aumenta questo spazio, il che porta alla pressione negativa. La pompa continua a funzionare, facendo fluire il refrigerante nella zona rossa. Qui lo spazio della stanza diventa sempre più piccolo, provocando la pressurizzazione (compressione) del refrigerante. Alla fine della camera rossa si trova la valvola di scarico, attraverso la quale viene espulso il refrigerante.
Compressore a pistoni (reciproco, tipo ad albero motore):
Questa pompa, come la pompa ad ala/paletta, viene utilizzata raramente nel sistema di climatizzazione di un'auto. Può tuttavia essere applicato anche in impianti di raffreddamento specifici per prodotti diversi. L'immagine seguente mostra un compressore alternativo, dove 1 rappresenta la valvola di ingresso e 2 rappresenta la valvola di scarico. Il movimento del pistone e dell'albero motore è paragonabile a quello di un normale motore Otto o diesel.
Funzionamento: il pistone si sposta dal PMS (punto morto superiore) all'ODP (punto morto inferiore) (dall'alto verso il basso), provocando l'apertura della valvola di aspirazione 1. Il refrigerante viene aspirato nel cilindro mediante depressione. Il pistone si sposta quindi dall'ODP al PMS e preme nuovamente la valvola di aspirazione contro la sua sede. Il movimento verso l'alto solleva anche la valvola di scarico 2 dalla sua sede. Il refrigerante può ora lasciare la bombola. La valvola di scarico si chiude di nuovo. Poi il ciclo ricomincia.
Introduzione al compressore a piastra inclinabile:
I compressori a disco inclinabile, noti anche come compressori a disco oscillante, sono quasi sempre utilizzati nei sistemi di condizionamento dell'aria delle automobili. Rientrano nella categoria “reciproci” a causa delle loro parti mobili che vanno su e giù.
Nell'illustrazione vediamo un disegno al tratto e una sezione di un compressore a piastra basculante. Il pistone esegue una corsa orizzontale, determinata dall'angolo della piastra inclinabile. In questa immagine la piastra è alla massima inclinazione, il che significa che il pistone può compiere il massimo movimento orizzontale (indicato dallo spazio di compressione rosso nel cilindro). Nei tre disegni (dall'alto al basso) vediamo una corsa completa di pressatura di un pistone conseguente alla rotazione del piatto basculante.
In questa situazione la pompa eroga la massima potenza perché il piatto basculante ha effettuato la corsa massima. Se si desidera una resa inferiore perché la pressione diventa troppo elevata e a causa della quantità eccessiva di refrigerante possono verificarsi fenomeni di congelamento dell'evaporatore, l'accoppiamento magnetico di un compressore a "corsa fissa" viene scollegato, in modo che il compressore non sia più guidato. Con un compressore a “corsa variabile” la piastra risulta meno “inclinata”. L'angolo di inclinazione della piastra è inferiore, il che riduce anche la corsa del pistone. I compressori a corsa fissa e variabile sono descritti più avanti nella pagina.
Sopra ogni pistone ci sono 2 valvole fissate ad una molla a tazza: la valvola di aspirazione e la valvola di scarico. Quando il pistone si sposta dal TDC all'ODP, forza il refrigerante fuori oltre la valvola di scarico e nella linea ad alta pressione verso il condensatore.
I compressori a piastra ribaltabile possono avere da 4 a 8 pistoni/stuntuffi e sono disponibili in due versioni: ovvero il compressore a corsa fissa e quello a corsa variabile. Questi sono descritti di seguito.
Compressore con piastra inclinabile a corsa fissa:
Questo compressore è azionato dalla cinghia multipla del motore e funziona in sincronia con il numero di giri del motore (tra 600 e 6000 giri al minuto). L'accoppiamento magnetico controlla l'accensione e lo spegnimento del compressore, come verrà spiegato più avanti.
Quando il compressore è acceso, la piastra inclinabile rotante muove i pistoni su e giù. Le valvole di aspirazione e scarico su ciascun cilindro consentono ai pistoni di aspirare il gas e spostarlo sotto pressione nella parte ad alta pressione del sistema.
Un compressore a corsa fissa sposta un volume fisso per giro. La resa dipende quindi dalla velocità del compressore, oppure dalla velocità del motore. Per regolare la potenza, il compressore viene continuamente acceso e spento: si accende quando la pressione diminuisce e si spegne quando la pressione è troppo alta. Soprattutto nei motori di piccole dimensioni l'accensione può essere avvertita come uno “shock” a causa della potenza richiesta. L'accensione improvvisa provoca un aumento dello stress meccanico e interrompe il controllo, con conseguenti variazioni della temperatura dell'aria raffreddata per gli occupanti.
Se il regime del motore è troppo elevato e quindi la pressione di scarico aumenta, attraverso l'evaporatore scorre più refrigerante. Ciò rallenta il raffreddamento e può congelare l'evaporatore. In questi casi l'accoppiamento magnetico si disinserisce grazie al termostato o al pressostato.
Compressore con piastra inclinabile a corsa variabile:
Con questo tipo di compressore l'angolo della piastra inclinabile è regolabile grazie ad un dispositivo di regolazione. Posizionando la piastra inclinabile il più diritta possibile, la corsa dei pistoni è limitata e la resa è minima. Posizionando invece il piatto inclinabile il più obliquamente possibile, i pistoni effettuano una corsa molto maggiore e la resa aumenta notevolmente. Vediamo le seguenti versioni di compressore a piastra ribaltabile con corsa variabile:
- con controllo interno e accoppiamento magnetico;
- comando esterno con e senza accoppiamento magnetico.
Controllo interno e accoppiamento magnetico:
La figura mostra come la posizione della piastra di inclinazione può influenzare la corsa del pistone. Una velocità del motore più elevata si traduce in una maggiore potenza del compressore. Ciò provoca un aumento della pressione in tutto il sistema, che fa scattare il dispositivo di regolazione per aumentare la pressione nella camera della piastra di inclinazione.
L'aumento della pressione costringe la piastra inclinabile a diventare più verticale, riducendo la capacità. Se la potenza diminuisce, il dispositivo di regolazione si chiude e la pressione nella camera della piastra inclinabile diminuisce. Ciò fa sì che la piastra sia nuovamente più inclinata, consentendo ai pistoni di compiere una corsa maggiore. Maggiore è l'angolo, maggiore è la corsa e maggiore è la resa.
Un sistema di controllo interno (meccanico) per regolare la posizione della piastra di inclinazione su un compressore dell'aria condizionata a corsa variabile utilizza solitamente la pressione di aspirazione per controllare automaticamente la regolazione. Questo sistema utilizza un meccanismo a pressione controllata che risponde ai cambiamenti nella pressione di aspirazione del compressore.
Il meccanismo di controllo è solitamente costituito da una o più camere a membrana o a soffietto collegate al lato di aspirazione del compressore e all'albero motore della piastra inclinabile. Se la pressione di aspirazione cambia, ciò provoca un movimento nella membrana o nel soffietto. Questo movimento viene poi trasferito al meccanismo che regola l'angolo della piastra di inclinazione.
- A pressioni di aspirazione più elevate, come quando aumenta la richiesta di raffreddamento, il meccanismo controllato dalla pressione regolerà l'angolo della piastra di inclinazione. Ciò porta ad una maggiore lunghezza della corsa dei pistoni e quindi ad una maggiore compressione del refrigerante. Ciò si traduce in una pressione di scarico più elevata e una maggiore capacità di raffreddamento.
- A pressioni di aspirazione inferiori, il meccanismo ridurrà l'angolo della piastra di inclinazione, determinando una minore lunghezza della corsa dei pistoni e una minore compressione del refrigerante. Ciò riduce la pressione di scarico e adatta la capacità di raffreddamento al ridotto fabbisogno di raffreddamento.
In un compressore per aria condizionata a flusso variabile, una valvola controlla il collegamento al basamento (nella camera del disco inclinabile) e ai lati di alta e bassa pressione del compressore. La pressione sul lato di bassa pressione è influenzata dalla pressione di aspirazione misurata. Di seguito viene spiegato come funziona la valvola di controllo quando il flusso viene aumentato e diminuito.
Aumentare la resa:
Con la diminuzione della capacità di raffreddamento aumenta la temperatura sul lato di aspirazione e la pressione di aspirazione. Questa pressione di aspirazione provoca la compressione del soffietto elastico, rendendolo più piccolo. Quando il soffietto viene compresso, la valvola a sfera A si chiude e la valvola B si apre, creando così un collegamento con il basamento. Ciò consente alla pressione nella camera del disco inclinabile di fuoriuscire verso il lato di bassa pressione (sul lato di aspirazione), facendo sì che il disco inclinabile diventi più inclinato. Ciò si traduce in una maggiore potenza del compressore e in un aumento della capacità di raffreddamento.
Ridurre la resa:
All'aumentare della capacità di raffreddamento, la pressione di aspirazione diminuisce. La pressione di aspirazione diminuisce e il soffietto aumenta di volume, provocando la chiusura dell'orifizio B e l'apertura della valvola a sfera A. Ciò fa sì che il gas ad alta pressione entri e passi attraverso la valvola a sfera A e l'apertura verso l'alloggiamento del disco inclinabile. Ciò garantisce che il disco di inclinazione raggiunga una posizione verticale. Di conseguenza, la potenza della pompa diminuisce e la capacità di raffreddamento diminuisce.
La valvola di controllo regola la pressione nella camera del disco inclinabile. La differenza di pressione risultante rispetto alla pressione negli spazi di compressione porta ad un'inclinazione del disco inclinabile, che influisce sulla potenza della pompa. La dimensione della corsa è controllata dalla pressione nella sezione di bassa pressione del sistema di climatizzazione. I compressori a corsa (potenza) variabile solitamente non dispongono di un termostato sull'evaporatore. La pressione in ingresso di questi compressori è mantenuta a 2 bar.
Controllo esterno, senza accoppiamento magnetico:
In un compressore con controllo esterno, viene utilizzata una valvola elettromagnetica per regolare la pressione nell'alloggiamento del compressore. La valvola elettromagnetica è controllata da una ECU (la ECU del motore o la ECU del climatizzatore) mediante un segnale PWM. Tuttavia, la pressione di aspirazione continua a svolgere un ruolo nel processo di controllo. La centralina del climatizzatore riceve segnali come la modalità di climatizzazione desiderata (deumidificazione, raffreddamento), la temperatura desiderata ed effettiva e la temperatura esterna.
Su questa base il computer calcola l'impostazione ottimale della valvola di controllo e quindi della potenza del compressore. Se necessario, anche la pressione di aspirazione può variare. In pratica la pressione di aspirazione varia tra 1,0 e 3,5 bar. La bassa pressione di aspirazione migliora la capacità di raffreddamento a bassa velocità del compressore. Una pressione di aspirazione superiore alla media a un basso carico termico si traduce in un lavoro più efficiente e quindi in un minore consumo di carburante. Ora è possibile rinunciare al pesante accoppiamento magnetico, risparmiando così circa 1 kg. Di solito la frizione è dotata di uno smorzatore di vibrazioni e di un meccanismo di slittamento.
Un flusso di controllo maggiore verso la valvola di controllo chiude il passaggio dalla camera ad alta pressione al basamento. L'apertura variabile offre spazio per scaricare il gas di perdita che aumenta la pressione attraverso la camera di pressione di aspirazione. Ciò equalizza la pressione del basamento (Pc) e la pressione di aspirazione Ps, mettendo il piatto oscillante nella posizione di massima potenza.
La riduzione della resa avviene aumentando la pressione nel basamento. La valvola di controllo si apre, creando il collegamento tra il basamento e la camera ad alta pressione. La valvola di controllo è dotata di un soffietto influenzato dalla pressione di aspirazione, che modifica il punto di regolazione. La corrente di controllo alla valvola di controllo funziona insieme all'impostazione del soffietto. Una piccola apertura variabile consente un flusso limitato di refrigerante alla camera di pressione di aspirazione.
Lubrificazione del compressore:
Le parti in movimento generano sempre calore, motivo per cui devono essere lubrificate. Oltre alle proprietà lubrificanti, l'olio fornisce anche tenuta e isolamento acustico. Inizialmente, il compressore è riempito con olio e la lubrificazione viene ottenuta tramite lubrificazione a nebbia. Questa nebbia d'olio raggiunge anche gli stantuffi e viene poi trasportata attraverso l'intero sistema insieme al refrigerante. Durante la condensazione si forma una miscela di refrigerante e nebbia d'olio liquido. Questa nebbia d'olio viene nuovamente aspirata dal compressore.
L'olio sintetico PAG (polialchilenglicole) è appositamente progettato per il refrigerante R134a e non deve mai essere sostituito con un altro tipo di olio. Tuttavia è necessario tenere conto delle diverse viscosità prescritte dai produttori. Consultare le specifiche a riguardo.
Gli oli PAG comuni sono:
- PAG 46 (viscosità più bassa)
- PAGINA 100
- PAG 150 (massima viscosità)
- Olio PAG con aggiunta YF da utilizzare con il refrigerante R1234YF, a causa della sua sensibilità all'umidità nel sistema.
Oltre agli oli PAG esistono anche oli minerali, PAO e POE.
- Nei vecchi sistemi R12 veniva utilizzato olio minerale.
- L'olio PAO (PoliAlfaOlefina) è completamente sintetico e non igroscopico. Ciò è in contrasto con l'olio PAG, che è altamente igroscopico.
- L'olio POE (poliestere) viene utilizzato nei compressori elettrici dell'aria condizionata dei veicoli HV. Se viene utilizzato l'olio sbagliato (PAG), lo strato di vernice isolante del filo di rame del motore elettrico verrà danneggiato.
Quando si installa un nuovo compressore, nel compressore è già presente olio (circa 200-300 ml). Il produttore specifica questa quantità di olio nella documentazione.
Senza svuotare il sistema non è possibile determinare la quantità di refrigerante e olio presenti nel sistema. In caso di riparazione, ad esempio dopo la sostituzione del condensatore, una piccola quantità di olio andrà persa. Il produttore solitamente indica la distribuzione nel sistema. In generale possiamo mantenere questa distribuzione:
• compressore circa 50%
• condensatore circa 10%
• linea di aspirazione flessibile circa 10%
• evaporatore circa 20%
• filtro/essiccatore circa 10%
Quando il sistema viene acceso per la prima volta, l'olio viene distribuito in tutto il sistema. Se il sistema viene successivamente scaricato e poi riempito nuovamente, ad esempio durante la sostituzione di un altro componente o durante la manutenzione, l'olio può essere aggiunto al refrigerante tramite la stazione di riempimento. È essenziale garantire che non entri troppo olio nel compressore. La conseguenza di una quantità eccessiva di olio nel sistema può essere che il compressore subisca un colpo d'ariete. Negli impianti di climatizzazione con tubo capillare, subito prima del compressore è montato un accumulatore che adatta costantemente la quantità di olio alla quantità di refrigerante (vedere la pagina sull'accumulatore).
Accoppiamento magnetico:
La puleggia della pompa del climatizzatore viene azionata continuamente dalla cinghia multipla. Nei compressori a piastra inclinabile con corsa fissa ed alcuni con corsa variabile, la frizione magnetica controlla l'accensione e lo spegnimento del compressore del climatizzatore. Quando il compressore è acceso, viene attivato un elettromagnete (1) nell'accoppiamento. Ciò fa sì che il magnete attiri il disco della frizione montato a molla (4), creando un collegamento stabile tra la puleggia e la pompa. Quando si spegne l'aria condizionata, l'elettromagnete non è più attivato e la sua funzione magnetica si interrompe. La molla del disco della frizione lo stacca dalla pompa. La puleggia continua ora a ruotare insieme alla cinghia multipla, mentre la pompa (internamente) resta ferma.
L'accensione dell'aria condizionata è particolarmente vantaggiosa quando il regime del motore è basso, ad esempio quando la frizione è premuta o quando il motore è al minimo. Ciò riduce al minimo l'usura dell'accoppiamento magnetico. Ad esempio, se si accende l'aria condizionata a 4500 giri/min, l'elettromagnete attiverà la frizione e ci sarà una grande differenza di velocità tra la pompa fissa e la puleggia rotante. Ciò può causare slittamenti, con conseguente maggiore usura.
Suoni:
Possono verificarsi alcuni suoni caratteristici:
Suono di applauso all'accensione: Un forte tintinnio all'accensione del compressore può indicare una possibile regolazione dell'accoppiamento magnetico. A seconda del tipo di compressore, questa regolazione può ridurre il traferro e minimizzare il rumore.
Suono ronzante dalla pompa dell'aria condizionata: Un ronzio indica un difetto nella pompa o eventualmente una carenza di refrigerante e olio nel sistema. Consultare uno specialista del condizionamento dell'aria per controllare, svuotare e riempire il sistema con la quantità corretta di refrigerante e olio.
Suono stridente dalla pompa dell'aria condizionata: Un suono vibrante può anche indicare un difetto della pompa. Controllare che l'accoppiamento magnetico sia fissato saldamente alla pompa per evitare l'allentamento del bullone centrale.
Rumore ronzante legato alla velocità del motore: Un ronzio udibile nell'abitacolo e che varia con la velocità del motore indica risonanza o vibrazione. Ciò può essere causato da una quantità insufficiente di refrigerante o dalla risonanza dei tubi dell'aria condizionata. Se il livello del refrigerante è OK, è possibile identificare un tubo che causa vibrazioni tenendolo premuto durante l'accelerazione. Speciali antivibranti, come quelli disponibili per problemi specifici come MINI, possono correggere questo tipo di vibrazioni.
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