Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny
im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu
Wydział Mechaniczny
Instytut Eksploatacji Pojazdów i Maszyn
Budowa samochodów i teoria ruchu
Instrukcja do ćwiczenia
Układy klimatyzacji
– budowa i zasada działania
2
SPIS TREŚCI
1. WSTĘP ....................................................................................................................... 3 2. WYMAGANIA STAWIANE UKŁADOM KLIMATYZACJI ................................ 4 3. PODZIAŁ UKŁADÓW KLIMATYZACJI ............................................................... 6 4. PRZEZNACZENIE I BUDOWA ELEMENTÓW SKŁADOWYCH
UKŁADU KLIMATYZACJI ..................................................................................... 7 4.1. Sprężarka ............................................................................................................................... 9
4.2. Skraplacz i dodatkowy wentylator ........................................................................................ 14
4.3. Filtr osuszacz i zbiornik- odwadniacz .................................................................................. 19
4.4. Zawór rozprężny i dysza dławiąca ....................................................................................... 22
4.5. Parownik .............................................................................................................................. 25
4.6. Przewody, przyłącza, tuleje zaciskowe, tłumiki i zawory serwisowe ................................... 27
4.7. Czynniki chłodnicze i oleje ziębnicze ................................................................................... 31
5. ZASADA DZIAŁANIA UKŁADU KLIMATYZACJI .......................................... 32 5.1. Układ klimatyzacji z zaworem rozprężnym .......................................................................... 32
5.2. Układ klimatyzacji z dyszą dławiącą .................................................................................... 33
6. LITERATURA ......................................................................................................... 35
3
1. WSTĘP
Nowoczesny samochód powinien odznaczać się nie tylko racjonalnym
rozwiązaniem konstrukcyjnym, ale również możliwie najwyższym komfortem
użytkowania. Komfort w miejscu przebywania zależy od wielu czynników, działających na
człowieka. Wśród tych czynników można wymienić:
wygodną pozycję;
oświetlenie;
temperaturę;
hałas, drgania i wibracje;
wilgotność;
łatwy dostęp do otaczających urządzeń.
Kilka z tych czynników decyduje o dobrym samopoczuciu, zdrowiu i sprawności
naszego działania, w tym także podczas kierowania samochodem. W tym celu we wnętrzu
pojazdu powinny być utrzymane odpowiednie parametry otoczenia (temperatura,
wilgotność powietrza itp.), w granicach odpowiadających normalnym warunkom bytowym
człowieka. Stworzenie we wnętrzu pojazdu warunków komfortu dla człowieka służy nie
tylko wygodzie podróżnych, lecz także zwiększa bezpieczeństwo jazdy, gdyż sprawność
fizyczna i psychiczna kierowcy wpływa w sposób zasadniczy na szybkość jego reakcji
i zdolność koncentracji. Komfort w miejscu pracy zdecydowanie spowalnia procesy
zmęczenia, a tym samym poprawia sprawność kierowania samochodem i wydłuża czas
bezpiecznej jazdy.
Do lat trzydziestych w pojazdach samochodowych były stosowane wyłącznie
urządzenia przewietrzające. Następnie wprowadzono urządzenia grzewcze, ułatwiające
użytkowanie pojazdów w okresie zimowym. Wprowadzając te urządzenia zwrócono
szczególną uwagę na zagadnienia uszczelnienia nadwozia oraz izolacji cieplnej
i akustycznej. Urządzenia do obniżania temperatury wnętrza nadwozia i kabiny kierowcy,
często w połączeniu z urządzeniami nawilżającymi i osuszającymi, w szerszym zakresie
zaczęto stosować dopiero po II wojnie światowej. Lata sześćdziesiąte i siedemdziesiąte
ubiegłego stulecia to okres wprowadzenia prostych układów klimatyzacji, czyli
obejmujących jedynie przewietrzanie i ogrzewanie wnętrza [1].
Współczesne układy klimatyzacji wypełniają wiele złożonych funkcji, w tym:
regulację temperatury w nadwoziu (ogrzewanie i chłodzenie);
4
utrzymywanie odpowiedniej wilgotności powietrza;
zapewnienie wentylacji przestrzeni nadwozia i wymiany powietrza;
wywołanie ruchu powietrza, co daje odczucie świeżości i naturalnego otoczenia
klimatycznego.
Wiele samochodowych układów klimatyzacji i ogrzewania jest połączonych
w jeden układ „kontroli atmosfery”, który pozwala na regulację temperatury, wilgotności i
cyrkulacji powietrza przez ochładzanie powietrza w kabinie samochodu, gdy na zewnątrz
jest gorąco, lub ogrzewanie powietrza, gdy na zewnątrz jest zimno.
Zapewnienie komfortu we współczesnych pojazdach osiągane poprzez stosowanie
układów klimatyzacji, prowadzi do poprawy komfortu i bezpieczeństwa jazdy ma jednak
wadę w postaci wzrostu zużycia paliwa, a co za tym idzie wzrostu emisji składników
toksycznych.
2. WYMAGANIA STAWIANE UKŁADOM KLIMATYZACJI
W celu zapewnienia sprawności fizycznej i psychicznej kierowcy oraz stworzenia
komfortu, urządzenia i elementy układu klimatyzacji mają za zadanie wytwarzanie lub
utrzymywanie optymalnych parametrów fizycznych powietrza we wnętrzu nadwozia, czyli
temperatury powietrza, wilgotności powietrza i prędkości jego ruchu. Oprócz tego bardzo
istotny jest skład chemiczny powietrza wprowadzanego do przedziału pasażerskiego [1].
Przeprowadzone badania pokazują, że większość ludzi czuje się komfortowo
w wyjątkowo wąskim zakresie temperatur od 21°C do 27°C. Jeśli wziąć dodatkowo pod
uwagę wilgotność powietrza, ten zakres temperatur staje się jeszcze węższy. Wilgotność
jest miarą ilość wilgoci w powietrzu. Jeśli powietrze wchłonie tyle wilgoci, ile może, to
wilgotność względną ma wartość 100%. Wilgotność zmienia się ze zmianą temperatury,
ponieważ ciepłe powietrze może wchłonąć więcej wilgoci niż chłodne. W praktyce
oznacza to, że komfort jest odczuwany zarówno w temperaturze 27°C i wilgotności
względnej 30%, jak i w temperaturze 21°C i wilgotności względnej 90%.
Układ klimatyzacji ma za zadanie usunąć nadmiar ciepła z wnętrza samochodu
i uczynić warunki w nim panujące bardziej komfortowe. Klimatyzacja raczej usuwa ciepło
niż chłodzi. Układ typowej klimatyzacji powinien być w stanie utrzymać temperaturę
powietrza wewnątrz pojazdu na poziomie od kilku do kilkunastu stopni niższym od
temperatury na zewnątrz pojazdu.
5
Elementy i urządzenia klimatyzacji oraz ogrzewania spełniają następujące
zadania:
wentylację polegającą na odświeżaniu atmosfery wnętrza nadwozia przez
jednoczesne usuwanie zużytego i doprowadzanie czystego powietrza,
ogrzewanie polegające na doprowadzaniu do powietrza określonych, zwykle
regulowanych ilości ciepła, w celu utrzymania wewnątrz nadwozia wymaganej
temperatury, wyższej niż temperatura otoczenia,
chłodzenie polegające na odbieraniu od powietrza określonych zwykle
regulowanych ilości ciepła, w celu utrzymania wewnątrz nadwozia wymaganej
temperatury, niższej niż temperatura otoczenia,
klimatyzację polegającą na utrzymaniu we wnętrzu zamkniętego nadwozia,
odgrodzonego od otoczenia określonych parametrów powietrza (temperatury,
wilgotności, stopnia czystości), oraz prędkości jego krążenia, niezależnie od
szybkości jazdy i zewnętrznych warunków atmosferycznych.
6
3. PODZIAŁ UKŁADÓW KLIMATYZACJI
Układy klimatyzacji współczesnych samochodów osobowych można klasyfikować
ze względu na:
rodzaj zastosowanego urządzenia do obniżenia ciśnienia i temperatury
czynnika chłodniczego oraz regulacji dopływu tego czynnika do parownika,
rodzaj sprężarki stanowiącej źródło ciśnienia czynnika chłodniczego,
zastosowany czynnik chłodniczy,
liczbę stref odbioru ciepła,
sposób sterowania pracą układu klimatyzacji.
Odnosząc się do pierwszego z wymienionych kryteriów podziału układów
klimatyzacji (zastosowanego urządzenia do obniżenia ciśnienia i temperatury czynnika
chłodniczego), układy klimatyzacji dzielą się na:
układy z zaworem rozprężnym,
układy z dyszą dławiącą.
Kryterium drugie to rodzaj sprężarki zastosowanej w układzie klimatyzacji. Ze
względu na zasadę działania można podzielić je na:
tłokowe
z tłokami poruszającymi się prostopadle do osi obrotu wału
z tłokami poruszającymi się równolegle do osi obrotu wału, gdzie tłoki
mogą być pojedynczego lub podwójnego działania
rotacyjne
łopatkowe
spiralne
Kryterium trzecie to rodzaj czynnika, jakim wypełniony jest układ klimatyzacji.
Jeszcze kilka lat temu w samochodowych urządzeniach klimatyzacyjnych powszechnie
stosowano czynnik oznaczony symbolem R12. Został on wycofany z użycia ze względu na
jego wysoką szkodliwość dla warstwy ozonowej.
Obecnie alternatywnym czynnikiem stosowanym w układach klimatyzacji jest
czynnik oznaczany symbolem R134a.
Czwarte kryterium to liczba stref odbioru ciepła.
Pod względem obszaru utrzymania komfortu termicznego w pojeździe układy klimatyzacji
możemy podzielić na jednostrefowe, dwustrefowe i czterostrefowe.
7
Piąte ostatnie kryterium dotyczy sposobu sterowania pracą układu klimatyzacji, co
oznacza, że sterowanie może odbywać się w sposób manualny, bądź automatyczny.
4. PRZEZNACZENIE I BUDOWA ELEMENTÓW SKŁADOWYCH
UKŁADU KLIMATYZACJI
Układ klimatyzacji samochodu osobowego składa się z zespołów:
a) sprężarki,
b) skraplacza,
c) drugiego wentylatora chłodnicy,
d) filtra- osuszacza, (zbiornika- odwadniacza),
e) zaworu rozprężnego, (dyszy dławiącej),
f) parownika,
g) przewodów łączących,
h) zaworów serwisowych i tłumików drgań pulsacyjnych czynnika
chłodniczego, umieszczonych na przewodach,
i) złączy elektrycznych umieszczonych na przewodach:
złącza trzyzakresowego przełącznika (wysokiego ciśnienia, niskiego
ciśnienia, Motronic),
złącza trzystopniowego włącznika drugiego wentylatora chłodnicy,
j) panelu sterowania.
Odpowiednio do przedstawionej kolejności, dokonano prezentacji poszczególnych
zespołów układu klimatyzacji.
8
Rys. 1. Układ klimatyzacji z zaworem rozprężnym: 1 – sprężarka, 2 – skraplacz, 3 – filtr- osuszacz,
4 – zawór rozprężny, 5 – parownik, 6 – przewody, 7 – złącza serwisowe, 8 – tłumiki pulsacji czynnika,
9 – czujniki ciśnienia.
9
Rys. 2. Układ klimatyzacji z dyszą dławiącą: 1 – sprężarka, 2 – skraplacz, 3 – dysza dławiąca, 4 – parownik,
5 – odwadniacz, 7 – wentylator skraplacza, 8 – dmuchawa parownika [3]
4.1. Sprężarka
Sprężarka należy do grupy pomp wyporowych.
Zadaniem sprężarki jest:
a) zasysanie czynnika chłodniczego wraz z olejem ziębniczym od strony
niskiego ciśnienia- przepływ czynnika z zaworu rozprężnego,
b) sprężenie czynnika chłodniczego w celu zwiększenia jego temperatury
i ciśnienia,
c) tłoczenie czynnika chłodniczego.
Efektem zasysania i tłoczenia jest obieg czynnika chłodniczego zmieszanego
z olejem ziębniczym oraz smarowanie sprężarki i zaworu rozprężnego.
Napęd wszystkich sprężarek jest przenoszony z wału korbowego silnika
samochodu za pomocą paska wielorowkowego.
Na przykładzie sprężarki tłokowej osiowej w jej budowie można wyróżnić
10
następujące elementy składowe:
a) korpus (dzielony; trzyczęściowy), jako całość ustalająca wzajemne położenie
elementów składowych sprężarki,
b) zespół ssąco- tłoczący:
c) ułożyskowanie wału,
d) koło pasowe ze sprzęgłem elektromagnetycznym,
e) wychylna tarcza napędzająca tłoki,
f) popychacze tłoczków osadzone przegubowo w tarczy oporowej,
g) tłoczki z pierścieniami uszczelniającymi,
h) blok cylindrów, będący częścią korpusu,
i) tarcza rozrządcza z zaworami płytkowymi,
j) zawór bezpieczeństwa,
k) zawór regulacji wydajności tłoczenia,
l) przyłącza przewodów ssącego i tłoczącego, wykonane w pokrywie tylnej korpusu
i będącej jednocześnie oprawą dla zaworów: bezpieczeństwa i regulacji
wydajności.
Typowym przedstawicielem sprężarek układu klimatyzacji jest model firmy Delphi
Harrison (rys. 3). W sprężarkach tych w odróżnieniu od sprężarek o stałej wydajności, kąt
nachylenia tarczy napędzającej tłoki w stosunku do osi sprężarki, w pewnym zakresie,
może być płynnie zmieniany. W ten sposób skok tłoka i wydajność sprężarki też się
zmieniają (rys.4).
11
Rys. 3. Kompletna sprężarka układu klimatyzacji samochodu osobowego Opel Vectra B 1.8 16V:
a- widok od strony przyłączy przewodów, b)- widok od strony umieszczenia zaworu regulacji wydajności,
A- oznaczenie producenta, rodzaju stosowanego czynnika chłodniczego oraz zaleceń obsługowych:
1- korpus, 2- przyłącze przewodu ssącego, 3- przyłącze przewodu tłoczącego, 4- koło pasowe
z elektrosprzęgłem, 5- złącze elektryczne włączenia napędu sprężarki, 6- zawór napełniania/ spustowy oleju
ziębniczego, 7- uchwyt mocowania sprężarki do silnika samochodu, 8- mocowanie przewodów
ciśnieniowych, 9- zawór regulacji wydajności sprężarki
12
Rys. 4. Przekrój sprężarki o zmiennej wydajności tłoczenia: 1- korpus sprężarki część przednia, 2- wał,
3- wychylna tarcza oporowa, 4- popychacz tłoczka, 5- tłoczek z pierścieniami uszczelniającymi, 6- tarcza
rozrządcza z zaworami płytkowymi, 7- zawór napełniania/ spustowy oleju ziębniczego, 8- kolektor ssący,
9- kolektor tłoczenia,10- przyłącze przewodu ssącego, 11- przyłącze przewodu tłoczącego, 12-śruba
Do regulacji wydajności (zmiany kąta nachylenia tarczy napędzającej służy
sterowany ciśnieniem ssania zawór znajdujący się w głowicy sprężarki (rys. 5).
Zawór jest kalibrowany przez wytwórcę na średnie ciśnienie ssania, przy którym
sprawność urządzenia klimatyzacyjnego jest najwyższa. Nastawy fabrycznej nie wolno
zmieniać.
Skok tłoka jest określony przez kąt nachylenia płyty korbowodowej. Nachylenie
z kolei zależy od siły działającej na tłoki, czyli różnicy ciśnień: nad tłokiem i w skrzyni
korbowej.
13
Rys. 5. Pokrywa tylna sprężarki o zmiennej wydajności, stosowanej w układach klimatyzacji samochodów
Opel: a)- widok od strony tarczy rozrządczej, b)- widok strony zewnętrznej, c)- zawór regulacji wydajnością
sprężarki, d)- widok pokrywy od strony zewnętrznej z oznaczeniami przyłączy przewodów. 1- pokrywa
tylna, 2- przyłącze przewodu ssącego, 3- przyłącze przewodu tłoczącego,4- mocowanie zaworu
bezpieczeństwa, 5- oprawa zaworu sterowania wydajnością, 5a; 6a- otwór przepływu czynnika: zawór-
kolektor ssący, 5b; 6b- otwór przepływu czynnika: przestrzeń układu ssąco- tłoczącego przez zawory
tłoczące w tarczy rozrządczej- zawór, 5c; 6c- otwór przepływu czynnika: zawór- przestrzeń układu ssąco-
tłoczącego przez zawory tłoczące w tarczy rozrządczej, 6- zawór sterowania wydajnością, 6d- pierścienie
uszczelniające typu o’ ring, 6e- niewidoczny otwór przepływu czynnika: kolektor tłoczenia- zawór
Sprężarka jest smarowana olejem rozbryzgiwanym przez wirujące części oraz
olejem zmieszanym z czynnikiem chłodniczym, który krąży w układzie chłodniczym.
W porównaniu ze sprężarkami o stałej wydajności zalety sprężarek o zmiennej
wydajności to:
ciągła praca,
eliminacja cykliczności pracy sprzęgła elektromagnetycznego
i wynikających stąd oscylacji w pracy silnika,
lepsza praca urządzenia klimatyzacyjnego,
eliminacja wahań temperatury klimatyzowanego powietrza,
lepsze osuszanie powietrza; zwłaszcza w niskich temperaturach
zewnętrznych oszczędność paliwa
14
W celu identyfikacji przyłączy i kojarzonych z nimi przewodów mogą być
nanoszone oznaczenia: „S”- odnoszące się do przyłącza przewodu ssącego, i „D”-
odnoszące się do przyłącza przewodu tłocznego (rys. 5 d).
Na obudowie sprężarki układu klimatyzacji można znaleźć informacje na temat
rodzaju i ilości zastosowanego czynnika chłodniczego oraz oleju. Te same informacje
umieszczone są również na nadwoziu samochodu (najczęściej na wzmocnieniu czołowym
nadwozia). Przykład takiej tabliczki dla samochodu Opel Vectra B 1.8 16V przedstawiono
na rysunku 6.
Rys. 6. Oznaczenie producenta, rodzaju stosowanego czynnika chłodniczego oraz zaleceń obsługowych
w odniesieniu do zastosowanego układu klimatyzacji samochodu Opel Vectra B 1.8 16V
4.2. Skraplacz i dodatkowy wentylator
Skraplacz posiada dwa przewody:
a) doprowadzający sprężony czynnik chłodniczy ze sprężarki, umieszczony
w górnej części,
b) odprowadzający sprężony czynnik chłodniczy do filtra- osuszacza,
umieszczony w dolnej części skraplacza.
15
Rys. 7. Umieszczenie i budowa skraplacza rurowo- lamelowego spiralnego [4]
Odmianą konstrukcyjną skraplacza przedstawionego na rys. 7 jest skraplacz,
o bokach wykonanych w formie zbiorników rys. 8 i 9, których zadaniem jest umożliwienie
przepływu czynnika chłodniczego. W takich skraplaczach końce rur (przewodów) są
otwarte i łączą się bezpośrednio ze zbiornikami. W miejscu rur są przewody o przekroju
prostokątnym lub owalnym mające wewnątrz dodatkowe przegrody (równoległe do
kierunku przepływu czynnika-chłodniczego).
Prawidłowe funkcjonowanie klimatyzacji wymaga zastosowania wentylatora
skraplacza, który zapewnia intensywny przepływ powietrza przez skraplacz ułatwiając w
ten sposób odprowadzenie ciepła od czynnika do atmosfery. szczególnie jest to ważne
w trakcie postoju auta lub też przy niewielkich prędkościach, kiedy przepływ powietrza
jest wynikiem wyłącznie pracy wentylatora.
16
Rys. 8. Skraplacz, wentylator i filtr- osuszacz układu klimatyzacji samochodu osobowego Opel Vectra B 1.8
16V (1997 r.): 1- skraplacz, 2- filtr- osuszacz, 3- przewód zasilający skraplacz, 4- przewód odprowadzający
czynnik chłodniczy ze skraplacza do filtra- osuszacza, 5-wspornik dodatkowego wentylatora, 6- wentylator,
7- przewód elektryczny od silnika wentylatora, 8- złącze elektryczne instalacji
W przypadku pojazdów, w których urządzenie klimatyzacyjne nie było montowane
fabrycznie, wskazany jest montaż dodatkowego wentylatora z napędem elektrycznym.
Zapewni to odpowiednie chłodzenie skraplacza i chłodnicy silnika pojazdu.
Zanieczyszczenia nagromadzone pomiędzy lamelami powodują spadek wydajności
chłodzenia. Podczas obsługi należy regularnie przedmuchiwać użebrowanie skraplacza.
W niektórych rozwiązaniach jeden ze zbiorników skraplacza stanowi zasobnik
czynnika chłodniczego. Rozwiązanie tego typu pozwala na zmniejszenie wielkości filtra-
osuszacza, co przedstawiono na rys. 9.
17
Rys. 9. Skraplacz z dodatkowym zasobnikiem czynnika chłodniczego
w zestawieniu z przekrojem filtra- osuszacza: a)- widok od strony silnika samochodu,
b)- widok od strony przodu samochodu; c) widok z boku pojazdu; 1- powierzchnia czynna skraplacza, 2-
dodatkowy zasobnik czynnika chłodniczego, 3- przyłącze przewodu doprowadzającego czynnik chłodniczy
ze sprężarki, 4- przyłącze przewodu łączącego skraplacz z filtrem- osuszaczem, 5- oprawa zaworu
serwisowego (strona wysokiego ciśnienia stan gazowy czynnika), 6- wspornik mocowania filtra- osuszacza,
7- wsporniki mocowania skraplacza we wzmocnieniu czołowym samochodu,8- filtr osuszacz w przekroju
Widoczny na rysunku 8, wentylator pracuje w trybie nadmuchowym- umieszczony
jest przed skraplaczem. W rozwiązaniach z wentylatorem umieszczonym za chłodnicą-
tryb pracy wentylatora jest wyciągowy.
Wentylator napędzany jest silnikiem elektrycznym, rys. 10.
18
Rys. 10. Silnik elektryczny napędu dodatkowego wentylatora: 1- silnik,
1a- obudowa silnika z uchwytami mocowania do wspornika dodatkowego wentylatora,
2- czujnik temperatury, 2a- sprężyna mocowania czujnika temperatury do wspornika wentylatora, 3- złącze
elektryczne instalacji z przewodem od silnika wentylatora, 4- piasta wirnika wentylatora, 4a- spinka
mocowania wirnika do piasty
Zadaniem skraplacza jest odprowadzenie ciepła przejętego przez parownik
z przedziału pasażerskiego oraz powstałego w wyniku sprężenia czynnika przez sprężarkę.
W skraplaczu następuje zmiana stanu skupienia czynnika chłodzącego ze stan
gazowego w stan ciekły. Najbardziej skuteczną wymianę ciepła zapewnia możliwie jak
największa powierzchnia zewnętrzna skraplacza przy możliwie największej prędkości
przepływu powietrza chłodzącego, co zapewnia także umieszczenie skraplacza przed
chłodnicą układu chłodzenia silnika. Przekazującą ciepło powierzchnię zewnętrzną
skraplacza tworzą rurki o przekroju okrągłym lub przewody o przekroju prostokątnym
(owalnym), wyposażone w aluminiowe żebra promiennikowe (lamele), tworząc pakiet
19
o zwartej konstrukcji. Zadaniem lameli jest zwiększenie powierzchni czynnej skraplacza.
Budowa skraplacza jest, więc ogólnie określana jako typ rurowo- lamelowy z poziomym
ułożeniem rur i konstrukcyjnie zbliżona jest do budowy chłodnicy układu chłodzenia
silnika, rys. 7.
4.3. Filtr osuszacz i zbiornik- odwadniacz
W układach z zaworem rozprężnym czynnik chłodniczy ze skraplacza przepływa
do filtra- osuszacza.
Zadaniem filtra- osuszacza jest:
a) filtrowanie polegające na oczyszczaniu czynnika chłodniczego
z zanieczyszczeń poprzez umieszczony w nim wkład filtrujący,
b) osuszanie poprzez wychwytywanie wody z czynnika chłodniczego poprzez
jego przepływ przez materiał higroskopijny,
c) magazynowanie czynnika chłodniczego, dzięki ściśliwości par czynnika
w górnej części obudowy- funkcja zbiornika,
d) tłumienie pulsacji czynnika, powstałych na skutek pracy sprężarki.
Na rysunkach 11 i 12 przedstawiono budowę filtra- osuszacza.
Rys. 11. Przekrój filtra- osuszacza: a)- widok od strony przyłączy przewodów,
b)- widok od strony mocowania do wspornika: 1-obudowa- zbiornik czynnika chłodniczego, 1a- śruby
mocowania filtra- osuszacza, 1b- przyłącze przewodu wysokiego ciśnienia od skraplacza (stan ciekły
czynnika), 1c- przyłącze przewodu wysokiego ciśnienia do zaworu rozprężnego (stan ciekły czynnika),
2- wkład filtrująco- osuszający, 2a- pokrywa górna wkładu, 2b- pokrywa dolna wkładu, 2c- rurka,
3- sprężyna ustalająca położenie wkładu filtrującego
20
Rys. 12. Przekrój filtra- osuszacza: a), b)- widok elementów składowych,
c)- wkład filtrująco- osuszający, d)- obudowa w widoku z góry od strony przyłącza czujnika ciśnienia i
temperatury czynnika chłodniczego, e)- powiększenie dodatkowego materiału filtrującego, f)- materiał
filtrujący, g)- materiał higroskopijny: 1- obudowa, 1a- wspornik mocowania filtra- osuszacza, 1b- przyłącze
przewodu wysokiego ciśnienia od skraplacza (stan ciekły czynnika), 1c- przyłącze przewodu wysokiego
ciśnienia do zaworu rozprężnego (stan ciekły czynnika), 1d- przyłącze czujnika ciśnienia i temperatury
czynnika chłodniczego (opcjonalne), 2- puszka wkładu filtrująco- osuszającego, 2a- pokrywa dolna wkładu
filtrująco- osuszającego, 2b- materiał filtrujący, 2c- dodatkowy materiał filtrujący, 2d- materiał
higroskopijny, 3- sprężyna ustalająca położenie wkładu filtrująco- osuszającego
21
W układach klimatyzacji z dyszą dławiącą, czynnik chłodniczy z parownika
przepływa do zbiornika- odwadniacza.
Zbiornik-odwadniacz spełnia następujące funkcje:
a) oddziela czynnik w postaci cieczy od czynnika w postaci pary za pomocą rury
w kształcie litery „U”, której koniec wylotowy skierowany ku górze umożliwia
odprowadzenie czynnika tylko w stanie gazowym,
b) osusza czynnik za pomocą materiału higroskopijnego,
c) wraz z zassanym przez mały otwór w dolnej części rury czynnikiem chłodniczym
do sprężarki powraca rozpuszczony w nim olej,
d) jest zbiornikiem czynnika (ok. 0,25÷0,35 kg),
e) w okresach nierównowagi spowodowanej zmianami obciążenia cieplnego
parownika i zmianami prędkości sprężarki działa jak zbiornik wyrównawczy [3].
Budowę zbiornika odwadniacza przedstawiono na rysunku 13.
Rys. 13. Schemat i działanie zbiornika- odwadniacza [4]
otwór do
zasysania oleju
22
Porównując przedstawione elementy: filtr- osuszacz i zbiornik- odwadniacz poza
wykazanymi różnicami w budowie, podstawową jest umieszczenie tego elementu
w układzie a tym samym na drodze przepływu czynnika chłodniczego. Filtr- osuszacz
montowany jest po stronie wysokiego ciśnienia i przepływa przez niego czynnik w stanie
ciekłym, natomiast zbiornik- odwadniacz umieszczany jest po stronie niskiego ciśnienia
i przepływa przez niego czynnik chłodniczy w stanie gazowym.
4.4. Zawór rozprężny i dysza dławiąca
Zawór rozprężny w urządzeniu klimatyzacyjnym spełnia dwa zasadnicze zadania:
gwałtownie obniża ciśnienie (i tym samym temperaturę) ciekłego czynnika
chłodniczego napływającego do parownika ze skraplacza poprzez filtr-
osuszacz,
reguluje dopływ czynnika do parownika w taki sposób, by niezależnie od
obciążenia cieplnego czynnik odparował całkowicie w parowniku oraz by
jego pary osiągnęły stopień przegrzania gwarantujący dotarcie do sprężarki
w stanie gazowym.
Ze względu na budowę termostatyczne zawory rozprężne można podzielić na:
1. Standardowe typu „L”:
a) z wewnętrznym wyrównaniem ciśnienia,
b) z zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia.
2. Typu „H” lub zblokowane [3].
Na rysunku 14 przedstawiono zawór rozprężny typu „H”
w przekrojach.
23
Rys. 14. Zawór rozprężny typu „H” w przekrojach: a)- widok z połączeniami przewodów i otworem
mocowania mostka przewodów, b)-zbliżenie na połączenie puszki zaworu
z korpusem, c)- zbliżenie na przewężenie iglicy zaworu, d)- zbliżenie na podstawę sprężyny zaworu,
e)- widok od strony otworu ustalającego położenie zaworu, f)- zbliżenie na membrany zaworu: 1-korpus
zaworu, 2-puszka, 2a-stalowe membrany,2b-rurka, 3- kanał przepływu czynnika z parownika do zaworu
(niskie ciśnienie), 3a- kanał przepływu czynnika z zaworu do sprężarki (niskie ciśnienie), 4- otwór
mocowania mostka przewodów, 5- otwór ustalający położenie montażowe zaworu, 6- kanał dopływu
czynnika ze skraplacza (wysokie ciśnienie), 7- podstawa sprężyny zaworu kulowego, 7a- sprężyna zaworu,
7b- kulka zaworu, 7c- iglica, 8- kanał przepływu czynnika do parownika (niskie ciśnienie)
24
Dysza dławiąca umieszczona jest w oprawie między skraplaczem i parownikiem.
Jej zadaniem jest regulowanie dopływu czynnika chłodniczego do parownika. Dysza
dławiąca zmniejsza ciśnienie czynnika chłodniczego tak, by czynnik chłodniczy odparował
podczas przejścia przez parownik i wchłonął ciepło z wnętrza samochodu. Zespół dyszy
dławiącej składa się z rurki zawierającej filtr lub filtry i kalibrowaną dyszę.
Podczas pracy układu klimatyzacji czynnik chłodniczy o wysokim ciśnieniu
dopływa do dyszy dławiącej ze skraplacza. Po przejściu przez mały otwór dyszy czynnik
jest rozpylany po jego drugiej stronie. Efektem jest różnica ciśnień- ciekły czynnik
chłodniczy przed dyszą ma wysokie ciśnienie i temperaturę, rozpylony czynnik chłodniczy
za dyszą ma niższe ciśnienie i temperaturę. Stanowią one dogodne warunki do
odparowania czynnika chłodniczego podczas jego przepływu przez parownik.
Na rys. 15 przedstawiono dysze dławiące.
Rys. 15. Dysza dławiąca: a)- 0,67”, b)- 0,62”:1- dysza, 2 - filtr wlotowy, 3 - filtr wylotowy, 4 - pierścień
uszczelniający (o-ring)
25
4.5. Parownik
Parownik jest drugim wymiennikiem ciepła w układzie, którego zadaniem jest
odbiór ciepła z przedziału pasażerskiego oraz osuszenie powietrza.
Stosowane są parowniki rurowe i płytowe. W obu rozwiązaniach w celu
zwiększenia powierzchni czynnej stosuje się tarcze promiennikowe (lamele). Parowniki
w szczególności o konstrukcji rurowo- lamelowej podobne są do skraplaczy. Czynnik
chłodniczy jest wtłaczany przez element rozdzielający do wielu przewodów rurowych,
wyposażonych w żeberka aluminiowe. Płynny czynnik zwilża przy tym wewnętrzne
ścianki rurek, tak, że przez wnętrze rurek może przepływać para czynnika chłodniczego.
Z uwagi na dobre przewodzenie ciepła powszechnie stosowanym materiałem jest miedź,
a z uwagi na dodatkowo małą masę- aluminium. Odnosi się to zarówno do rur jak też
lameli. Przykład konstrukcji parownika rurowo- lamelowego przedstawiono na rys. 16.
Rys. 16. Parownik rurowo- lamelowy [4]
Powietrze przepływające przez parownik przekazuje czynnikowi chłodniczemu
część swojego ciepła (jego temperatura obniża się) i zostaje doprowadzone do wnętrza
pojazdu.
Odparowanie czynnika chłodzącego powoduje odebranie ciepła od
przepływającego powietrza. W tym celu dokonywane jest rozprężenie czynnika
chłodniczego do ciśnienia parowania za pomocą elementu dławiącego. W przypadku
26
zaworu rozprężnego pracuje on jako regulowany zawór przepływowy (dławik). Przekrój
dyszy jest tak dobrany, by zapewniał przepływ czynnika w ilości niezbędnej do
schłodzenia powietrza.
Przepływ powietrza jest wywołany dmuchawą napędzaną elektrycznie,
umieszczoną przed parownikiem. W procesie chłodzenia powietrza przekroczenie dolnej
temperatury punktu rosy towarzyszy osuszeniu powietrza. Skroplona z powietrza woda
ścieka do miski znajdującej się pod parownikiem skąd giętkim przewodem wydostaje się
na zewnątrz. Na stale wilgotnych powierzchniach zewnętrznych parownika łatwo osadzają
się zanieczyszczenia nanoszone przez powietrze. Po pewnym czasie mogą tam wytworzyć
się kultury bakteryjne lub grzyby. Nie pomaga nawet umieszczenie mikrofiltra na drodze
przepływu powietrza. Dlatego konieczne jest okresowe staranne czyszczenie parownika
specjalnym środkiem bakteriobójczym.
Na rysunkach 17 oraz 18 przedstawiono zestawienie parownika płytowego
z zaworem rozprężnym.
Rys. 17. Blok parownika z płyt w widoku odpowiadającemu rzeczywistemu ustawieniu
w zespole parownika: 1- blok, 2- przewód przepływu czynnika chłodniczego do parownika (niskie ciśnienie
stan ciekły), 3-przewód przepływu czynnika z parownika do sprężarki (niskie ciśnienie- stan gazowy),
4- zawór rozprężny typu „H”, 4a- puszka zaworu
27
Rys. 18. Blok parownika z płyt w zbliżeniu na zawór rozprężny typu „H” i płyty wraz
z lamelami: Zawór rozprężny typu „H”: 1- kanał dopływu czynnika ze skraplacza (wysokie ciśnienie),
2- kanał przepływu czynnika z parownika do sprężarki, 3- puszka, 4- podstawa sprężyny zaworu kulowego,
5- śruba montażowa (połączenie z przewodami)
4.6. Przewody, przyłącza, tuleje zaciskowe, tłumiki i zawory serwisowe
Elementy składowe układu klimatyzacji są połączone ze sobą za pomocą
przewodów w zamknięty obwód, w którym cyrkuluje czynnik chłodniczy. Przewody są
wykonane z różnych materiałów, mają różne kształty i rozmiary. Zakończone są
zaciśniętymi na nich przyłączami.
Stosowane są zwykle przewody elastyczne, co ułatwia łączenie z już
zamontowanymi częściami pojazdu.
Przewody takie wykonane są z elastomerów odpornych chemicznie, z jednej strony
na działanie czynnika chłodniczego i oleju sprężarkowego układu klimatyzacji (olej
ziębniczy), a z drugiej -na czynniki atmosferyczne, oleje, paliwo itp.
Cechami, którymi powinny odznaczać się przewody elastyczne, są
nieprzepuszczalność dla czynnika i oleju (od wewnątrz), oraz nieprzepuszczalność dla
wilgoci (z zewnątrz). Wymagania te spełniają przewody o strukturze wielowarstwowej,
wzmocnione mechanicznie oplotem z materiału tekstylnego. Przykłady przewodów
elastycznych z przyłączami przedstawiono na rysunku 19.
28
Rys. 19. Przewody stosowane do połączeń elementów składowych układów klimatyzacji: a)- przewody
z przyłączami, b)- przewody z tłumikiem drgań pulsacyjnych, c) oznaczenie przewodów, d)- przekrój
przewodu, tulei zaciskowej i przyłącza: 1- tuleje zaciskowe łączące przewód elastyczny z przyłączem,
2 - tłumik drgań pulsacyjnych, 3- oznaczenie przewodu (producent, nazwa elementu ang. Hose: przewód
gumowy, średnica, długość, 4-przyłącze, 5- osłona termiczna, 6- oprawy zaworów serwisowych)
Zastosowanie przewodów elastycznych ogranicza przenoszenie wibracji między
zespołami układu klimatyzacji. Ułatwia także montaż czy demontaż układu. Do łączenia
przewodów stosuje się przełącza z nakrętką, przedstawione na rys. 20 lub kołnierzowe.
29
Rys. 20. Przyłącza stosowane w przewodach- widoczne tuleje zaciskowe z otworem kontrolnym połączenia
z przewodem elastycznym oraz oprawa z zaworem serwisowym i korkiem (czarnym)
Jak wykazano na rys. 19 przewody mogą być wyposażone w zawory serwisowe
oraz tłumiki drgań pulsacyjnych.
Zawory służą do napełniania i opróżniania urządzenia klimatyzacyjnego lub
sprawdzania, za pomocą odpowiednich przyrządów, panujących w nim ciśnień. Są to
zawory iglicowe o działaniu samoczynnym, podobne do zaworów pneumatycznych opon
samochodowych. Rysunek 21 przedstawia zawory serwisowe.
Rys. 21. Zawory serwisowe z widocznymi położeniami otwarcia: a)- zawór stosowany
w układach klimatyzacji z czynnikami chłodniczymi R12 oraz R 134a, b)- zawór stosowany w układach
klimatyzacji z czynnikiem chłodniczym R 134a
30
Siła wstępnego napięcia sprężyny utrzymuje iglicę zaworu w położeniu
zamkniętym. Po podłączeniu przewodu urządzenia serwisowego, trzpień znajdujący się
w przyłączu przewodu przesuwa iglicę pokonując siłę sprężyny i otwiera zawór.
W starszych układach klimatyzacji stosowane są dwa zawory serwisowe
usytuowane możliwie najbliżej sprężarki, jeden po stronie wysokiego, a drugi niskiego
ciśnienia. By uniknąć ewentualnych pomyłek zawory różnią się wielkością, te po stronie
wysokiego ciśnienia są mniejsze ze względu na mniejsze średnice przewodów, co
przedstawiono na rysunku 22.
Rys. 22. Korki stosowane do ochrony zaworów serwisowych: a)- korek zaworu serwisowego układu
klimatyzacji z czynnikiem chłodniczym R12 w zestawieniu z zaworem uniwersalnym (do R12 i R 134a),
b)- korek zaworu serwisowego po stronie niskiego ciśnienia stosowany w układach klimatyzacji
z czynnikiem chłodniczym R134a, c)- korek zaworu serwisowego po stronie wysokiego ciśnienia stosowany
w układach klimatyzacji z czynnikiem chłodniczym R134a, 1 – o-ring, 2 – korek ochronny
Przewody urządzeń serwisowych podłącza się do zaworów serwisowych za
pomocą szybkozłączy. Złącza te eliminują do minimum możliwość wycieku czynnika do
atmosfery podczas podłączania i rozłączania urządzeń serwisowych.
Tłumiki drgań pulsacyjnych czynnika chłodniczego są cylindrycznymi metalowymi
zbiornikami z odpowiednimi przyłączami umożliwiającymi ich instalację
w przewodach ssawnych lub tłocznych. Zadaniem tłumików jest tłumienie pulsacji
ciśnienia (i tym samym drgań).
Na przewodach poza zaworami i tłumikami znajdują się także punkty mocowania
czujników ciśnień (presostatów), rys. 23.
31
Rys. 23. Elementy dodatkowe i łączące przewodów układów klimatyzacji;
a), b)- tłumik drgań pulsacyjnych z zaworem serwisowym (przekrój tłumika, c)- tłumik drgań pulsacyjnych,
d), e)- zawory serwisowe, f), g)- przyłącza, h)- czujniki ciśnień (presostat)
4.7. Czynniki chłodnicze i oleje ziębnicze
W urządzeniach klimatyzacyjnych czynnik chłodniczy spełnia rolę nośnika, który
odbiera ciepło z parownika (z powietrza kabiny) i przenosi je do skraplacza, gdzie jest
odbierane przez powietrze zewnętrzne. Wraz z czynnikiem chłodniczym w układzie
klimatyzacji znajduje się olej ziębniczy przeznaczony do smarowania sprężarki. Oleje
ziębnicze oznaczane są symbolami PAG 46, PAG 80 oraz PAG 100. Zarówno czynniki
chłodnicze jak też oleje ziębnicze zaliczane są do grupy płynów eksploatacyjnych i środki
do konserwacji i czyszczenia układów klimatyzacji. Czynniki R12 oraz R134a nie mogą
być wzajemnie mieszane. Ich zmieszanie nawet w niewielkim stopniu powoduje
32
powstawanie kwasów i może w konsekwencji doprowadzić do awarii całego układu. Nie
można uzupełniać starszej klimatyzacji nowym czynnikiem. Rodzaj zastosowanego
czynnika wpływa na budowę przewodów układu klimatyzacji. Przewody dla czynnika
R134a są wykonane z innych materiałów niż te dla czynnika R12. Przyczynia się to do
obniżenia przepuszczalności czynnika na zewnątrz i absorpcji wody z zewnątrz.
Budowę cząsteczek czynników chłodniczych przedstawiono na rysunku 24.
Rys. 24. Budowa cząsteczek czynników chłodniczych stosowanych w układach klimatyzacji [4]
5. ZASADA DZIAŁANIA UKŁADU KLIMATYZACJI
5.1. Układ klimatyzacji z zaworem rozprężnym
Czynnik chłodzący przepływa przez układ, zaczynając od sprężarki. Sprężarka
zwiększa ciśnienie pary czynnika chłodzącego z niskiego do wysokiego i tłoczy ją do
skraplacza W skraplaczu, na skutek działania strumienia zimnego powietrza, pary czynnika
skraplają się. Ciecz o wysokim ciśnieniu przepływa do filtra- osuszacza, gdzie zostaje
oczyszczony i pozbawiony wilgoci, a następnie do zaworu rozprężnego, w którym ulega
przemianie na mieszaninę cieczy i pary o niskim ciśnieniu. Mieszanina cieczy i pary
przepływa do parownika, w którym resztki cieczy zamieniają się w parę o niskim
ciśnieniu, ochładzając jednocześnie omywające parownik powietrze. Z parownika para
o niskim ciśnieniu zasysana jest przez sprężarkę i tłoczona ponownie do obiegu. Cykl jest
zamknięty. Zasadę działania przedstawiono na rys. 25.
33
Rys. 25. Zasada działania układu klimatyzacji z zaworem rozprężnym: a)- etap sprężania
i skraplania czynnika chłodniczego, b)- etap rozprężania i parowania czynnika chłodniczego: A- sprężarka ze
sprzęgłem elektromagnetycznym, B- skraplacz, C- filtr- osuszacz, D- przełącznik wysokociśnieniowy, E-
przyłącze serwisowe po stronie wysokiego ciśnienia, F- zawór rozprężny, G- skraplacz, H- przyłącze
serwisowe po stronie niskiego ciśnienia, I- przełącznik niskociśnieniowy [4]
5.2. Układ klimatyzacji z dyszą dławiącą
W układzie klimatyzacji z dysza dławiącą czynnik chłodniczy przepływa przez
układ, zaczynając od sprężarki. Sprężarka zwiększa ciśnienie pary czynnika chłodniczego
z niskiego do wysokiego. Para o wysokim ciśnieniu przepływa do skraplacza, gdzie
strumień chłodnego powietrza skrapla ją do cieczy o wysokim ciśnieniu. W wyniku
wymuszonego przez wentylator nadmuchu powietrza przez skraplacz, para czynnika
chłodniczego (R134a) zostaje schłodzona i zamieniona na ciecz o wysokim ciśnieniu.
Czynnik chłodniczy (R134a) tłoczony jest następnie przez dyszę dławiącą, gdzie następuje
zmniejszenie ciśnienia i temperatury. Dalej ciecz o niskim ciśnieniu przepływa do
parownika, w którym jej część zamienia się w parę, ochładzając jednocześnie omywające
parownik powietrze. Z parownika mieszanina cieczy i pary o niskim ciśnieniu przepływa
do zbiornika odwadniacza, gdzie resztki cieczy odparowują. Para o niskim ciśnieniu
ponownie zasysana jest przez sprężarkę i tłoczona do układu. Cykl powtarza się. Zasadę
działania przedstawia rysunek 26.
34
Rys. 26. Zasada działania układu klimatyzacji z dyszą dławiącą: a)- etap sprężania
i skraplania czynnika chłodniczego, b)- etap rozprężania i parowania czynnika chłodniczego: A- sprężarka
ze sprzęgłem elektromagnetycznym, B- przełącznik ciśnieniowy, C- skraplacz, D- przyłącze serwisowe po
stronie wysokiego ciśnienia, E- dysza rozprężna, F- parownik, G- przełącznik niskociśnieniowy, H-
przyłącze serwisowe po stronie niskiego ciśnienia, I- zbiornik –odwadniacz [4]
35
6. LITERATURA
[1] S. Rendle: Auto poradnik Klimatyzacja. Auto. Warszawa 2000
[2] U. Dech: Klimatyzacja w samochodzie. WKŁ. Warszawa 2008
[3] Poradnik serwisowy: Klimatyzacja nr 2/2004, Instalator Polski, Warszawa 2004
[4] Materiały serwisowe firmy Audi/VW
[5] http://www.alpo.ig.pl/klima.html
7. Wytyczne do sprawozdania
Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny
im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu
IEPiM INSTYTUT EKSPLOATACJI POJAZDÓW I MASZYN
LABORATORIUM (z przedmiotu) BUDOWA SAMOCHODÓW I TEORIA RUCHU
Ćwiczenie nr .............. (wg harmonogramu)
Temat ćwiczenia:
Data wykonania ćwiczenia ....-....-.... Prowadzący .............................
Wydział MECHANICZNY Kierunek MECHANIKA I BUDOWA MASZYN
Rok akademicki ........./........ Semestr ....... Grupa .....
Wykonawcy ćwiczenia OCENY (uwagi Prowadzącego)
sprawdziany sprawozdanie końcowa
1. Nazwisko Imię
2. .................................................
3. .................................................
.................
.................
.................
.................
.................
.................
................
................
.................
Sprawozdanie powinno zawierać:
1. Cel ćwiczenia
2. Przebieg ćwiczenia
Zadania do wykonania podczas ćwiczenia laboratoryjnego:
1. Opisać budowę układu klimatyzacji na podstawie stanowiska dydaktycznego oraz
wskazać wymienione elementy zabudowane na pojeździe.
36
1.1. Opisać budowę sprężarki tłokowej ze sprzęgłem elektromagnetycznym.
1.2. Opisać budowę sprężarki tłokowej ze stałym napędem.
1.3. Opisać budowę oraz funkcję skraplacz.
1.4. Opisać budowę oraz funkcję filtra osuszacza.
1.5. Opisać budowę oraz funkcję zbiornika odwadniającego.
1.6. Opisać budowę oraz funkcję zaworu rozprężnego.
1.7. Opisać budowę oraz funkcję dyszy dławiącej.
1.8. Opisać budowę oraz funkcję parownika.
1.9. Opisać budowę oraz funkcję przewodów układu klimatyzacji.
2. Opisać zasadę działania układu klimatyzacji z zaworem rozprężnym.
3. Opisać zasadę działania układu klimatyzacji z dyszą dławiącą.
4. Opisać zasadę działania sprężarki ze sprzęgłem elektromagnetycznym.
5. Opisać zasadę działania sprężarki ze stałym napędem.
3. Wnioski
Top Related