Auto moto serwis 7/2008

Systemy klimatyzacji samochodowej

Stosowane w pojazdach poprzedniej generacji wyposażenie, zawierające system nawiewu ciepłego i zimnego powietrza niestety nie było w stanie zapewnić najkorzystniejszych dla kierowcy warunków klimatycznych, czyli temperaturę w zakresie od 21 ⁰C do 27 ⁰C i wilgotność w zakresie od 35% do 60%. Zaczęto więc coraz częściej wyposażać samochody w układy zapewniające podczas upałów sztuczne korygowanie warunków klimatycznych we wnętrzu kabiny. Systemy te mają niebagatelne znaczenie dla kierującego pojazdem. Zapewniają właściwy komfort jazdy, a więc powodują również znaczne podwyższenie bezpieczeństwa.

Stosowane obecnie w większości przypadków jako standardowe wyposażenie systemy ogrzewania i klimatyzacji regulują temperaturę, wilgotność i cyrkulację powietrza przez ochładzanie powietrza w kabinie pojazdu, w sytuacji, gdy na zewnątrz jest gorąco lub ogrzewanie gdy na zewnątrz jest chłodno. Zadaniem takiego systemu jest utrzymywanie wewnątrz pojazdu żądanej temperatury wraz z właściwymi ustawionymi przez kierowcę wielkościami tych parametrów dla różnych miejsc wewnątrz kabiny.

Działanie systemu klimatyzacji samochodowej polega w większym stopniu na usuwaniu ciepłego powietrza z wnętrza pojazdu niż jego chłodzeniu. Proces ten jest możliwy dzięki wykorzystaniu zjawiska wchłaniania ciepła we wnętrzu kabiny i przenoszenia go na zewnątrz do atmosfery. Stosowane w pojazdach samochodowych układy klimatyzacji mogą utrzymać temperaturę wewnątrz pojazdu na poziomie od 10 ⁰C do 15 ⁰C niższym od temperatury powietrza na zewnątrz pojazdu.

Układ klimatyzacji samochodowej składa się z kilku zasadniczych elementów:

• sprężarki,

• skraplacza,

• filtra-odwadniacza lub zasobnika czynnika chłodniczego,

• zaworu rozprężnego lub dyszy dławiącej,

• parownika,

• układu rurek i przewodów.

Układ klimatyzacji składa się z dwóch obwodów: wysokiego i niskiego ciśnienia. Oddzielenie obwodu wysokiego i niskiego ciśnienia występuje między sprężarką i zaworem rozprężnym lub dyszą dławiącą. Strona wysokiego ciśnienia charakteryzuje się wysoką temperaturą i wysokim ciśnieniem czynnika chłodniczego, natomiast po stronie niskiego ciśnienia układu czynnik ma niskie ciśnienie i niską temperaturę.

Czynnik chłodniczy przepływa ze skraplacza, w którym panuje wysokie ciśnienie do parownika przez urządzenie, którego zadaniem jest obniżenie ciśnienia. Proces ten realizowany jest poprzez zawór rozprężny lub dyszę dławiącą.

Jednostką napędową zapewniającą przemieszczanie czynnika chłodniczego w układzie i zwiększanie jego ciśnienia i temperatury jest sprężarka. Sprężarki samochodowych układów klimatyzacji napędzane są od wału korbowego silnika za pomocą paska. Sprężarki zużywają około 8-10 kW mocy silnika. Ponieważ zadaniem sprężarki układu klimatyzacji jest sprężanie pary czynnika chłodzącego, w celu jej zabezpieczenia przed zatarciem do czynnika chłodniczego dodawany jest olej, który przemieszcza się wraz z czynnikiem po całym układzie.

Kolejnym elementem każdego układu samochodowej klimatyzacji jest skraplacz umieszczany zawsze bezpośrednio przed chłodnicą silnika, spełniający funkcję wymiennika ciepła. Czynnik chłodniczy docierając ze sprężarki do górnej części skraplacza w postaci gorącej sprężonej pary, przepływa przez jego kanaliki oddając przy tym duże ilości ciepła. Dzięki temu zjawisku skutek czynnik stopniowo przemienia się w ciecz w efekcie zjawiska skraplania. W celu zapewnienia odpowiedniej ilości przepływającego przez skraplacz powietrza koniecznego do odbierania ciepła zawartego w czynniku chłodniczym, jego przepływ musi być wspomagany pracą wentylatora.

Dalszymi elementami składowymi układu z zaworem rozprężnym są:

• filtr-odwadniacz,

• zawór rozprężny,

• parownik.

Po opuszczeniu skraplacza czynnik chłodniczy w postaci cieczy przepływa do filtra-odwadniacza, w którym następuje oczyszczenie cieczy i usunięcie z niej wilgoci. Dodatkowym zadaniem tego elementu jest spełnianie roli zapasowego zbiornika dla ciekłego czynnika chłodniczego opuszczającego skraplacz. Filtr-odwadniacz składa się ze zbiornika, filtra oraz środka osuszającego. Dalej czynnik w postaci cieczy o wysokim ciśnieniu przepływa do zaworu rozprężnego, którego zadaniem jest regulacja dopływu czynnika chłodniczego do parownika poprzez obniżenie jego ciśnienia, a zarazem również i temperatury do poziomu umożliwiającego jego całkowite odparowanie w parowniku. Zawór rozprężny składa się z kalibrowanej dyszy i sterowanego termostatem zaworu.

Ostatnim elementem tego typu układu klimatyzacji jest parownik pełniący funkcję typowego wymiennika ciepła, do którego dopływa rozpylona mieszanka cieczy i pary o niskim ciśnieniu i temperaturze. W trakcie przepływu chłodnego czynnika przez rurki parownika ciepło przechodzi z cieplejszego powietrza do chłodniejszego czynnika chłodniczego, w skutek czego ciekły czynnik chłodniczy odparowuje, zmieniając swoją postać z cieczy o niskim ciśnieniu na parę o niskim ciśnieniu. Zadaniem parownika jest więc odbieranie jak największej ilości ciepłego powietrza z kabiny. Parownik jest zwykle umieszczany za deską rozdzielczą, najczęściej w tej samej obudowie , co element grzejny układu ogrzewania razem z zestawem klap między nimi.

Po przejściu przez parownik para o niskim ciśnieniu powraca z powrotem do sprężarki, skąd zaczyna się ponowny obieg czynnika chłodniczego.

Rozwiązanie konstrukcyjne układu klimatyzacji z dyszą dławiącą posiada za skraplaczem nieco inną budowę i składa się dalej z:

• dyszy dławiącej,

• parownika,

• zasobnika czynnika chłodniczego.

Różnica w pracy tego układu zaczyna się od momentu, gdy ciecz o wysokim ciśnieniu wpływa do dyszy dławiącej, która ogranicza przepływ i zmniejsza ciśnienie czynnika chłodniczego. W tym przypadku przepływ czynnika chłodniczego przez dyszę jest stały i zależy tylko i wyłącznie od tego, czy sprężarka pracuje. Przerywana temperaturowym lub ciśnieniowym wyłącznikiem sprzęgła praca sprężarki reguluje przepływ i ciśnienie czynnika chłodniczego. Ciecz o niskim ciśnieniu przepływa dalej do parownika, w którym tylko jej część zamienia się w parę, schładzając tym samym przepływające przez parownik powietrze. Mieszanina cieczy i pary o niskim ciśnieniu przepływa do zasobnika czynnika chłodniczego, który zabezpiecza układ przed wilgocią, a także pełni rolę zapasowego zbiornika na ciekły czynnik chłodniczy wypływający z parownika. Ciekły czynnik chłodniczy zbiera się na dnie zasobnika, podczas gdy parę zasysa sprężarka przez kalibrowaną rurkę powrotną.

Systemy klimatyzacji samochodowej mogą być sterowane ręcznie lub posiadać sterowanie automatyczne. W ręcznie sterowanych układach temperatura wewnątrz pojazdu jest regulowana manualnie (ręcznie) przez użytkowników pojazdów przy użyciu nastaw układów klimatyzacji i ogrzewania. Układy klimatyzacji z automatycznym sterowaniem są sprzężone z układem ogrzewania i tworzą układ regulacji samoczynnej. Takie układy automatycznie utrzymują stałą temperaturę w kabinie zgodnie z wymaganiami użytkowników pojazdów.

W przypadku układów sterowanych ręcznie najczęściej stosowane są dwa rodzaje układów: z zaworem rozprężnym lub dyszą dławiącą.

Konstrukcja układów klimatyzacji z automatycznym sterowaniem oparta jest na elementach wykorzystywanych w układach konwencjonalnych, ze sterowaniem ręcznym. Stosuje się w nich jednak dodatkowo elementy sterowania pracą sprężarki i pracą całego układu. W trakcie pracy systemu czujniki mierzą temperaturę wewnątrz i na zewnątrz pojazdu. Układ odpowiednio dopasowuje poziom ogrzewania i chłodzenia do poziomu koniecznego dla zapewnienia temperatury żądanej przez użytkownika pojazdu. Temperatura wewnątrz pojazdu regulowana jest poprzez zamykanie i otwieranie odpowiednich przesłon w kanałach powietrza, a także przez zmianę prędkości wentylatora nagrzewnicy-parownika.

System klimatyzacji należy do tej grupy układów w pojeździe, w których

do poprawnej i bezawaryjnej pacy konieczne jest wykonywanie cyklicznych przeglądów technicznych, połączonych z konkretnymi czynnościami serwisowymi. W przypadku układu klimatyzacji wykonywanie sezonowych zabiegów konserwacyjnych powinno być dokonywane co najmniej raz na dwa lata i powinny obejmować sprawdzenie poprawności działania zespołów i elementów odpowiedzialnych za przepływ czynnika chłodniczego i doprowadzanego powietrza.

Na nieprawidłową pracę układu wpływ ma przepracowanie czynnika chłodniczego, spowodowane obecnością zanieczyszczeń mechanicznych i jego zawilgoceniem. Obecność wilgoci w układzie wynika z faktu, iż przedostaje się ona do czynnika w postaci pary (występującej w powietrzu). Niebezpieczeństwo dla pracy układu polega na tym, że po przekroczeniu zdolności wchłaniania wody przez wkład osuszający filtra nadmiar wody pozostaje w oleju i czynniku chłodniczym w którym krzepnąc, tworzy kryształki lodu, utrudniające, a niekiedy nawet uniemożliwiające przepływ czynnika roboczego w układzie.

Konieczność sezonowej obsługi układu klimatyzacji spowodowana jest również nieuniknionym ubytkiem czynnika chłodniczego (od 30 do 120 g rocznie) wynikającym z konstrukcji układu.

Okresowej obsługi technicznej (przeczyszczenia) wymagają również powierzchnie skraplacza, które zwłaszcza w okresie letnim pokryte zostają warstwą zanieczyszczeń (w tym również i owadów), która skutecznie mniejsza strumień powietrza przepływającego przez skraplacz, co powoduje przegrzewanie układu.

Do obsługi układu klimatyzacji niezbędne jest posiadanie specjalistycznych narzędzi i urządzeń:

• stacja serwisowa,

• wykrywacz nieszczelności,

• dokładny termometr,

• urządzenia do przeprowadzania prób ciśnieniowych czystym azotem,

• zestaw do płukania elementów układu klimatyzacji,

• elektroniczny analizator gazowego czynnika chłodniczego,

• zestaw narzędzi do zdejmowania sprężynowych łączników przewodów.

Najważniejszym urządzeniem jest zdecydowanie stacja serwisowa.

Dostępne opcje urządzeń tego typu różnią się przede wszystkim stopniem automatyzacji całego procesu obsługi.

Konstrukcją znacznie prostszą w budowie jest stacja serwisowa obsługowa, umożliwiająca jednak tylko odessanie zużytego czynnika chłodzącego oraz napełnienie układu świeżym czynnikiem, a także wymianę oleju sprężarkowego. Wyposażona jest w pompę podciśnieniową sprężarki i zestaw manometrów odczytujących ciśnienie ssania i tłoczenia. Przy korzystaniu z tego rozwiązania stacji serwisowej konieczne jest jeszcze posiadanie zewnętrznych zbiorników (na czynnik świeży i zużyty) oraz zbiornika oleju sprężarkowego z systemem dozującym.

Znacznie bardziej skomplikowanym urządzeniem jest stacja serwisowa regenerująca. Umożliwia odessanie czynnika z jednoczesnym automatycznym procesem separacji oleju. Po tym procesie czynnik chłodniczy zostaje poddany regeneracji polegającej na usunięciu z niego zanieczyszczeń oraz wilgoci, po czym trafia do zbiornika skąd następuje ponowne napełnienie czynnikiem układu klimatyzacji.