Przedmioty:
- Wprowadzenie
- Pompa skrzydełkowa/łopatkowa
- Sprężarka tłokowa (wzajemna, typu wał korbowy)
- Wprowadzenie do sprężarki z płytą przechylną
- Sprężarka z płytą przechylną o stałym skoku
- Sprężarka płytowa o zmiennym skoku (ze sterowaniem wewnętrznym i zewnętrznym)
- Smarowanie sprężarki
- Kopalnia magnetyczna
- Dźwięki
Przedmowa:
Sprężarka pompuje gazowy czynnik chłodniczy z klimatyzatora przez cały system. Ciśnienie i temperatura czynnika chłodniczego wzrastają, gdy opuszcza on sprężarkę. W klimatyzacji można zastosować różne typy sprężarek. Nowoczesne układy klimatyzacji samochodowej korzystają ze sprężarek wzajemnych. „Wzajemne” oznacza, że części sprężarki wykonują ruchy tam i z powrotem. Pracę tych sprężarek można porównać do silnika tłokowego. Sprężarki wzajemne są również dwojakiego rodzaju, a mianowicie typu z wałem korbowym i sprężarki z płytą przechylną. We współczesnych samochodach stosuje się sprężarki płytowe uchylne, które z kolei dzielą się na dwa typy: sprężarki uchylno-płytowe o stałym skoku oraz wariant o zmiennym skoku. Pompa klimatyzacji, podobnie jak alternator i pompa wspomagania, w silnikach spalinowych napędzana jest paskiem wielorowkowym (patrz zdjęcie poniżej). Elektryczne sprężarki klimatyzacji znajdziemy w pojazdach hybrydowych i w pełni elektrycznych. Silnik elektryczny zasilany jest z układu WN i napędza sprężarkę.
Sprężarka klimatyzacji zasysa gazowy czynnik chłodniczy z parownika, co utrzymuje niskie ciśnienie w parowniku i przyczynia się do odparowania czynnika chłodniczego, nawet w niskich temperaturach. Sprężarka spręża gazowy czynnik chłodniczy, co prowadzi do przejścia z niskiego do wysokiego ciśnienia. Wzrost ciśnienia i temperatury powoduje zmianę czynnika chłodniczego z gazowego w ciekły.
Na ciśnienie dostarczane przez sprężarkę klimatyzacji wpływa kilka czynników, w tym:
- Prędkość obrotowa silnika (dla silników spalinowych);
- Rodzaj i ilość czynnika chłodniczego;
- Temperatura czynnika chłodniczego;
- Rodzaj i konstrukcja sprężarki klimatyzacji, która decyduje o jej wydajności;
- Regulacja sprzęgła magnetycznego;
- Temperatura otoczenia.
Po sprężeniu czynnik chłodniczy opuszcza sprężarkę w temperaturze około 70 stopni Celsjusza. Następnie temperatura ta jest obniżana w skraplaczu.
W poniższych akapitach omówiono różne wersje sprężarek klimatyzacji, które mogą, ale nie muszą, być stosowane w przemyśle motoryzacyjnym.
Pompa skrzydełkowa/łopatkowa:
Pompa ta jest rzadko stosowana w układzie klimatyzacji samochodu. Można go jednak zastosować w specyficznych instalacjach chłodniczych dla różnych produktów.
Działanie: (szary) dysk obraca się w prawo, zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Żółte tłoczki dociskane są do ścianki pod wpływem siły odśrodkowej (siły odśrodkowej), powodując oddzielenie poszczególnych komór od siebie. Czynnik chłodniczy wpływa w prawym dolnym rogu i kieruje się do małej niebieskiej przestrzeni. Obrót zwiększa tę przestrzeń, co prowadzi do podciśnienia. Pompa nadal pracuje, powodując przedostanie się czynnika chłodniczego do czerwonego obszaru. W tym przypadku przestrzeń w pomieszczeniu staje się coraz mniejsza, co powoduje zwiększenie ciśnienia (sprężenie) czynnika chłodniczego. Na końcu czerwonej komory znajduje się zawór wydechowy, przez który wypychany jest czynnik chłodniczy.
Sprężarka tłokowa (zwrotna, typu wał korbowy):
Pompa ta, podobnie jak pompa skrzydełkowa/łopatkowa, jest rzadko stosowana w układzie klimatyzacji samochodu. Można go jednak również zastosować w określonych instalacjach chłodniczych dla różnych produktów. Poniższy rysunek przedstawia sprężarkę tłokową, gdzie 1 oznacza zawór wlotowy, a 2 oznacza zawór wylotowy. Ruch tłoka i wału korbowego jest porównywalny z ruchem zwykłego silnika Otto lub silnika wysokoprężnego.
Działanie: Tłok przesuwa się z TDC (Górny Martwy Punkt) do ODP (Dolny Martwy Punkt) (od góry do dołu), powodując otwarcie zaworu dolotowego 1. Czynnik chłodniczy jest zasysany do cylindra pod ciśnieniem. Tłok następnie przesuwa się z ODP do GMP i dociska zawór dolotowy z powrotem do gniazda. Ruch w górę podnosi również zawór wydechowy 2 z gniazda. Czynnik chłodniczy może teraz opuścić cylinder. Zawór wydechowy ponownie się zamyka. Następnie cykl rozpoczyna się od nowa.
Wprowadzenie do sprężarki z płytą przechylną:
Sprężarki przechylne, zwane również sprężarkami tarczowymi, są prawie zawsze stosowane w samochodowych układach klimatyzacji. Należą do kategorii „wzajemnych” ze względu na ich ruchome części, które poruszają się w górę i w dół.
Na ilustracji widzimy rysunek linii i przekrój sprężarki z przechylną płytą. Tłok wykonuje skok poziomy, który jest określony przez kąt nachylenia płyty. Na tym zdjęciu płyta jest maksymalnie pochylona, co oznacza, że tłok może wykonać maksymalny ruch poziomy (co wskazuje czerwona przestrzeń sprężania w cylindrze). Na trzech rysunkach (od góry do dołu) widzimy pełny skok tłoka w wyniku obrotu płyty uchylnej.
W tej sytuacji pompa zapewnia maksymalną wydajność, ponieważ płyta przechylna wykonała maksymalny skok. Jeżeli pożądana jest niższa wydajność, ponieważ ciśnienie staje się zbyt wysokie i – z powodu zbyt dużej ilości czynnika chłodniczego – może wystąpić zjawisko zamarzania parownika, sprzęgło magnetyczne sprężarki o „stałym skoku” zostaje odłączone, tak że sprężarka nie jest już dłużej napędzany. W przypadku sprężarki o „zmiennym skoku” płyta jest mniej „przechylona”. Kąt pochylenia płyty jest mniejszy, co również zmniejsza skok tłoka. Sprężarki o stałym i zmiennym skoku opisano w dalszej części strony.
Nad każdym tłokiem znajdują się 2 zawory przymocowane do sprężyny talerza miskowego: zawór ssący i zawór tłoczny. Kiedy tłok przemieszcza się z GMP do ODP, wypycha czynnik chłodniczy przez zawór wylotowy do przewodu wysokiego ciśnienia w kierunku skraplacza.
Sprężarki z płytą przechylną mogą mieć od 4 do 8 tłoków/tłoków i występują w dwóch wersjach: mianowicie sprężarka o stałym skoku i ta o zmiennym skoku. Zostały one opisane poniżej.
Sprężarka z płytą przechylną o stałym skoku:
Sprężarka ta napędzana jest paskiem wielopasowym silnika i pracuje synchronicznie z prędkością obrotową silnika (od 600 do 6000 obrotów na minutę). Sprzęgło magnetyczne steruje włączaniem i wyłączaniem sprężarki, co zostanie wyjaśnione później.
Gdy sprężarka jest włączona, obrotowa płyta odchylająca porusza tłoki w górę i w dół. Zawory ssące i tłoczne na każdym cylindrze umożliwiają tłokom zasysanie gazu i przemieszczanie go pod ciśnieniem do części układu, w której panuje wysokie ciśnienie.
Sprężarka o stałym skoku porusza stałą objętość na obrót. Wydajność zależy zatem od prędkości sprężarki lub prędkości obrotowej silnika. Aby regulować wydajność, sprężarka jest stale włączana i wyłączana: włącza się, gdy ciśnienie spada i wyłącza się, gdy ciśnienie jest zbyt wysokie. Szczególnie przy małych silnikach włączenie może być odczuwalne jako „szok” ze względu na wymaganą moc. Nagłe włączenie powoduje zwiększone naprężenia mechaniczne i zakłóca sterowanie, co skutkuje wahaniami temperatury schłodzonego powietrza dla pasażerów.
Jeżeli prędkość obrotowa silnika jest zbyt wysoka i w związku z tym wzrasta ciśnienie tłoczenia, przez parownik przepływa więcej czynnika chłodniczego. Spowalnia to chłodzenie i może zamarznąć parownik. W takich przypadkach sprzęgło magnetyczne wyłącza się dzięki termostatowi lub wyłącznikowi ciśnieniowemu.
Sprężarka płytowa o zmiennym skoku i pochyleniu:
W tego typu sprężarkach kąt nachylenia płyty można regulować za pomocą urządzenia regulacyjnego. Dzięki umieszczeniu płyty przechylnej tak prosto, jak to możliwe, skok tłoków jest ograniczony, a moc wyjściowa minimalna. Z drugiej strony, ustawiając płytę uchylną możliwie najbardziej ukośnie, tłoki wykonują znacznie większy skok, a moc wyjściowa znacznie wzrasta. Widzimy następujące wersje sprężarki uchylnej ze zmiennym skokiem:
- ze sterowaniem wewnętrznym i sprzęgłem magnetycznym;
- sterowanie zewnętrzne ze sprzęgłem magnetycznym i bez niego.
Sterowanie wewnętrzne i sprzęgło magnetyczne:
Rysunek pokazuje, jak położenie płytki przechylnej może wpłynąć na skok tłoka. Wyższa prędkość obrotowa silnika skutkuje wyższą mocą sprężarki. Powoduje to wzrost ciśnienia w całym układzie, co powoduje uruchomienie urządzenia regulacyjnego w celu zwiększenia ciśnienia w komorze płyty przechylnej.
Zwiększone ciśnienie powoduje, że płyta przechylna ustawia się bardziej pionowo, co zmniejsza jej wydajność. Jeżeli moc spada, urządzenie regulacyjne zamyka się i ciśnienie w komorze płyty przechylnej maleje. Powoduje to, że płyta jest ponownie bardziej nachylona, umożliwiając tłokom wykonanie większego skoku. Im większy kąt, tym większy skok i większa wydajność.
Wewnętrzny (mechaniczny) układ sterowania służący do regulacji położenia płyty przechylnej w sprężarce klimatyzacji o zmiennym skoku zwykle wykorzystuje ciśnienie ssania do automatycznego sterowania regulacją. System ten wykorzystuje mechanizm sterowany ciśnieniem, który reaguje na zmiany ciśnienia ssania sprężarki.
Mechanizm sterujący składa się zwykle z jednej lub więcej komór membranowych lub mieszkowych, które są połączone ze stroną ssącą sprężarki i wałem napędowym płyty przechylnej. Zmiana ciśnienia ssania powoduje ruch membrany lub mieszka. Ruch ten przekazywany jest następnie na mechanizm regulujący kąt pochylenia płyty.
- Przy wyższych ciśnieniach ssania, na przykład gdy wzrasta zapotrzebowanie na chłodzenie, mechanizm sterowany ciśnieniem reguluje kąt nachylenia płyty. Prowadzi to do większej długości skoku tłoków, a tym samym do większego sprężania czynnika chłodniczego. Powoduje to wyższe ciśnienie tłoczenia i większą wydajność chłodzenia.
- Przy niższych ciśnieniach ssania mechanizm zmniejszy kąt nachylenia płyty, co spowoduje krótszy skok tłoków i mniejsze sprężanie czynnika chłodniczego. Zmniejsza to ciśnienie tłoczenia i dostosowuje wydajność chłodzenia do zmniejszonego zapotrzebowania na chłodzenie.
W sprężarce klimatyzacji o zmiennym przepływie zawór steruje połączeniem ze skrzynią korbową (w komorze wychylanej tarczy) oraz po stronie wysokiego i niskiego ciśnienia sprężarki. Na ciśnienie po stronie niskiego ciśnienia wpływa zmierzone ciśnienie ssania. Poniżej wyjaśniono, jak działa zawór regulacyjny, gdy przepływ jest zwiększany i zmniejszany.
Zwiększ wydajność:
Wraz ze spadkiem wydajności chłodzenia wzrasta temperatura po stronie ssania i wzrasta ciśnienie ssania. To ciśnienie ssania powoduje ściśnięcie elastycznego mieszka, przez co staje się on mniejszy. Po ściśnięciu miecha zawór kulowy A zamyka się, a otwiera zawór B. Tworzy to połączenie ze skrzynią korbową. Dzięki temu ciśnienie w komorze przechylnej tarczy może uciec na stronę niskiego ciśnienia (po stronie ssawnej), powodując większe nachylenie przechylnej tarczy. Skutkuje to większą wydajnością sprężarki i wzrostem wydajności chłodniczej.
Zmniejsz wydajność:
Wraz ze wzrostem wydajności chłodzenia ciśnienie ssania maleje. Ciśnienie ssania maleje, a mieszek zwiększa swoją objętość, co powoduje zamknięcie kryzy B i otwarcie zaworu kulowego A. Powoduje to napływ gazu pod wysokim ciśnieniem, który przechodzi przez zawór kulowy A i otwór do obudowy przechylnej tarczy. Dzięki temu tarcza przechylna znajdzie się w pozycji pionowej. W efekcie spada wydajność pompy i spada wydajność chłodzenia.
Zawór regulacyjny reguluje ciśnienie w komorze tarczy uchylnej. Powstała różnica ciśnień w stosunku do ciśnienia w przestrzeniach sprężania prowadzi do przechylenia tarczy przechylnej, co wpływa na wydajność pompy. Wielkość skoku jest kontrolowana przez ciśnienie w sekcji niskociśnieniowej układu klimatyzacji. Sprężarki o zmiennym skoku (wydajności) zwykle nie mają wyłącznika termostatycznego na parowniku. Ciśnienie wlotowe tych sprężarek utrzymuje się na poziomie 2 barów.
Sterowanie zewnętrzne, bez sprzęgła magnetycznego:
W sprężarce ze sterowaniem zewnętrznym do regulacji ciśnienia w obudowie sprężarki służy zawór elektromagnetyczny. Zawór elektromagnetyczny sterowany jest przez ECU (ECU silnika lub ECU klimatyzacji) za pomocą sygnału PWM. Jednakże ciśnienie ssania nadal odgrywa rolę w procesie sterowania. Sterownik klimatyzacji odbiera sygnały takie jak żądany tryb klimatyzacji (osuszanie, chłodzenie), żądana i rzeczywista temperatura oraz temperatura zewnętrzna.
Na tej podstawie komputer oblicza optymalne ustawienie zaworu sterującego, a tym samym wydajność sprężarki. W razie potrzeby ciśnienie ssania może się również zmieniać. Praktycznie rzecz biorąc, ciśnienie ssania waha się od 1,0 do 3,5 bara. Niskie ciśnienie ssania poprawia wydajność chłodzenia przy niskiej prędkości sprężarki. Wyższe niż przeciętne ciśnienie ssania przy niskim obciążeniu cieplnym skutkuje bardziej wydajną pracą, a tym samym niższym zużyciem paliwa. Można teraz zrezygnować z ciężkiego sprzęgła magnetycznego, co pozwala zaoszczędzić około 1 kg. Zwykle sprzęgło wyposażone jest w tłumik drgań i mechanizm poślizgowy.
Większy przepływ sterujący do zaworu sterującego zamyka przejście z komory wysokociśnieniowej do skrzyni korbowej. Zmienny otwór zapewnia przestrzeń do odprowadzania zwiększającego ciśnienie gazu wyciekowego przez komorę ssącą. Wyrównuje to ciśnienie w skrzyni korbowej (Pc) i ciśnienie ssania Ps, ustawiając tarczę sterującą w pozycji zapewniającej maksymalną moc.
Zmniejszenie wydajności odbywa się poprzez zwiększenie ciśnienia w skrzyni korbowej. Zawór sterujący otwiera się, tworząc połączenie między skrzynią korbową a komorą wysokiego ciśnienia. Zawór regulacyjny posiada mieszek, na który wpływa ciśnienie ssania, które zmienia wartość zadaną. Prąd sterujący dopływający do zaworu sterującego współpracuje z ustawieniem mieszka. Mały zmienny otwór umożliwia ograniczony przepływ czynnika chłodniczego do komory ciśnienia ssania.
Smarowanie sprężarki:
Części ruchome zawsze wytwarzają ciepło, dlatego należy je smarować. Oprócz właściwości smarnych olej zapewnia również uszczelnienie i izolację akustyczną. Początkowo sprężarka jest napełniana olejem, a smarowanie odbywa się poprzez smarowanie mgłą. Ta mgła olejowa dociera również do tłoków i jest następnie przenoszona przez cały układ wraz z czynnikiem chłodniczym. Podczas kondensacji tworzy się mieszanina czynnika chłodniczego i ciekłej mgły olejowej. Mgła olejowa jest ponownie zasysana przez sprężarkę.
Olej syntetyczny PAG (glikol polialkilenowy) został specjalnie zaprojektowany do stosowania z czynnikiem chłodniczym R134a i nigdy nie należy go zastępować innym rodzajem oleju. Należy jednak wziąć pod uwagę różne lepkości zalecane przez producentów. Zapoznaj się ze specyfikacjami w tym zakresie.
Typowe oleje PAG to:
- PAG 46 (najniższa lepkość)
- PAGA 100
- PAG 150 (najwyższa lepkość)
- Olej PAG z dodatkiem YF do stosowania z czynnikiem chłodniczym R1234YF, ze względu na jego wrażliwość na wilgoć w układzie.
Oprócz olejów PAG dostępne są także oleje mineralne, PAO i POE.
- W starych układach R12 stosowano olej mineralny.
- Olej PAO (PolyAlphaOlefin) jest w pełni syntetyczny i niehigroskopijny. Inaczej jest w przypadku oleju PAG, który jest wysoce higroskopijny.
- Olej POE (poliester) stosowany jest w elektrycznych sprężarkach klimatyzacji pojazdów wysokiego napięcia. Użycie niewłaściwego oleju (PAG) spowoduje uszkodzenie izolowanej warstwy lakieru miedzianego przewodu silnika elektrycznego.
Podczas instalowania nowej sprężarki w sprężarce znajduje się już olej (około 200 do 300 ml). Producent podaje tę ilość oleju w dokumentacji.
Bez opróżnienia układu nie jest możliwe określenie ilości czynnika chłodniczego i oleju w układzie. W przypadku naprawy, np. po wymianie skraplacza, utracona zostanie niewielka ilość oleju. Producent zazwyczaj wskazuje rozmieszczenie w systemie. Ogólnie rzecz biorąc, możemy zachować tę dystrybucję:
• kompresor ok. 50%
• skraplacz ok. 10%
• elastyczny przewód ssący ok. 10%
• parownik ok. 20%
• filtr/osuszacz ok. 10%
Kiedy układ jest włączany po raz pierwszy, olej jest rozprowadzany po całym układzie. Jeśli później układ zostanie opróżniony, a następnie ponownie napełniony, na przykład podczas wymiany innej części lub podczas konserwacji, olej można dodać do czynnika chłodniczego za pośrednictwem stacji napełniania. Należy koniecznie uważać, aby do sprężarki nie dostała się zbyt duża ilość oleju. Konsekwencją zbyt dużej ilości oleju w układzie może być uderzenie w sprężarkę cieczy. W układach klimatyzacji z kapilarą tuż przed sprężarką montowany jest akumulator, który na bieżąco dostosowuje ilość oleju do ilości czynnika chłodniczego (patrz strona o akumulatorze).
Sprzęgło magnetyczne:
Koło pasowe pompy klimatyzacji napędzane jest w sposób ciągły przez pasek wielopasmowy. W przypadku sprężarek przechylnych o stałym skoku i niektórych o zmiennym skoku sprzęgło magnetyczne steruje włączaniem i wyłączaniem sprężarki klimatyzacji. Po włączeniu sprężarki zostaje uruchomiony elektromagnes (1) w sprzęgle. Powoduje to, że magnes przyciąga zamontowaną na sprężynie tarczę sprzęgła (4), tworząc mocne połączenie pomiędzy kołem pasowym a pompą. Po wyłączeniu klimatyzacji elektromagnes nie jest już aktywowany, a jego funkcja magnetyczna przestaje działać. Sprężyna tarczy sprzęgła wypycha ją z pompy. Koło pasowe nadal obraca się wraz z paskiem wielopasowym, podczas gdy pompa (wewnętrznie) stoi nieruchomo.
Włączenie klimatyzacji jest najbardziej korzystne, gdy prędkość obrotowa silnika jest niska, na przykład przy wciśniętym sprzęgle lub gdy silnik pracuje na biegu jałowym. Minimalizuje to zużycie sprzęgła magnetycznego. Na przykład, jeśli klimatyzacja zostanie włączona przy 4500 obr./min, elektromagnes uruchomi sprzęgło i wystąpi duża różnica prędkości pomiędzy stacjonarną pompą a obracającym się kołem pasowym. Może to powodować poślizg, co prowadzi do zwiększonego zużycia.
Dźwięki:
Może pojawić się kilka charakterystycznych dźwięków:
Klaskanie przy włączaniu: Głośne drganie podczas włączania sprężarki może wskazywać na możliwą regulację sprzęgła magnetycznego. W zależności od typu sprężarki, ta regulacja może zmniejszyć szczelinę powietrzną i zminimalizować hałas.
Buczenie wydobywające się z pompy klimatyzacji: Buczenie wskazuje na awarię pompy lub ewentualnie brak czynnika chłodniczego i oleju w układzie. Skonsultuj się ze specjalistą ds. klimatyzacji, aby sprawdzić, opróżnić i napełnić układ odpowiednią ilością czynnika chłodniczego i oleju.
Stukanie z pompy klimatyzacji: Drgający dźwięk może również wskazywać na awarię pompy. Sprawdź, czy sprzęgło magnetyczne jest bezpiecznie przymocowane do pompy, aby zapobiec poluzowaniu się środkowej śruby.
Brzęczenie powiązane z prędkością obrotową silnika: Brzęczący dźwięk słyszalny w kabinie pasażerskiej i zmieniający się w zależności od prędkości obrotowej silnika wskazuje na rezonans lub wibracje. Może to być spowodowane zbyt małą ilością czynnika chłodniczego lub rezonacją rur klimatyzacji. Jeśli poziom czynnika chłodniczego jest prawidłowy, rurkę powodującą wibracje można zidentyfikować, przytrzymując ją podczas przyspieszania. Specjalne tłumiki drgań, takie jak te dostępne dla konkretnych problemów, takich jak MINI, mogą korygować tego typu wibracje.
Powiązana strona:
