Kompendium wiedzy z klimatyzacji (1) budowa układu i jego funkcjonowanie

Transkrypt

1 Kompendium wiedzy z klimatyzacji (1) budowa układu i jego funkcjonowanie data aktualizacji: Konstrukcyjnie skraplacz i parownik to chłodnice, ale różnią się one kształtem i temperaturą pracy Od kilku lat układy klimatyzacji w samochodach to standardowy element wyposażenia. Większość serwisów wie, jak wymieniać poszczególne elementy układu, jednak znajomość zasad działania klimatyzacji samochodowej rozumianej jako zintegrowany system to podstawa diagnostyki układu. Poziom zintegrowania wszystkich układów montowanych w dzisiejszych samochodach jest na tyle zaawansowany, że potoczne określenie klimatyzacja oznacza de facto połączenie układu wymieniającego ciepło z systemem wentylacji kabiny. Choć to także nie wszystko coraz częściej klimatyzacja połączona jest również z silnikiem za sprawą szeregu elementów sterujących. Nie jest to rozwiązanie przypadkowe, bowiem pracujący układ klimatyzacji to dodatkowe 4-6 kw obciążające silnik. W tym artykule skupimy się na układzie termicznym klimatyzacji, którego zadaniem jest obniżanie temperatury w kabinie pojazdu. Klimatyzacja podstawowy podział systemów Zadaniem klimatyzacji jest obniżenie temperatury środowiska chłodzonego kosztem doprowadzonej energii to należy do sprężarki. Sam przebieg procesu nie jest skomplikowany: kompresja gazu w sprężarce kondensacja i skroplenie w chłodnicy klimatyzacji przepływ w stanie płynnym do zaworu rozprężnego/dyszy dławiącej (dławika) rozprężenie do stanu gazowego w zaworze rozprężnym rozprężenie niepełne gazu/płynu w dyszy dławiącej, rozprężenie w parowniku = obniżenie jego temperatury powrót czynnika chłodzącego w postaci gazu z parownika do sprężarki

2 w przypadku układów z dyszą to rozprężenie w osuszaczu/akumulatorze powrót czynnika chłodzącego w postaci gazowej do sprężarki. Podstawowego podziału systemów klimatyzacji można dokonać, biorąc pod uwagę element rozprężny, w którym skroplony czynnik chłodzący przechodzi w stan gazowy za zadanie to odpowiedzialny jest zawór rozprężny lub dysza dławiąca. Różnica między tymi elementami decyduje o sposobie pracy układu. Dysza dławiąca to element o stałym przepływie czynnika. W zaworze rozprężnym mamy przesuwającą się iglicę, która zmienia intensywność jego przepływu. Zastosowanie jednego z tych elementów rozprężnych powiązane jest także z konstrukcją układu i inną charakterystyką przebiegu pracy. Najważniejsze jest to, że przekłada się to także na zasadnicze różnice w diagnostyce. Układ klimatyzacji z zaworem rozprężnym (rys. 1) Sprężony, gorący czynnik chłodzący pod wysokim ciśnieniem (HP high pressure) przepływa przez chłodnicę klimatyzacji (skraplacz), filtr osuszacz, aż dociera do zaworu rozprężnego, który umieszczony jest bezpośrednio przy parowniku. W tej części układu wszystkie rurki powinny być zawsze gorące i z reguły mają znacznie mniejszą średnicę przekroju od rurek, którymi rozprężony czynnik wraca do sprężarki. Charakterystyczna dla tego układu jest diagnostyka termiczna. Opierając się na pomiarze temperatury, dość łatwo możemy stwierdzić nieprawidłowości w pracy układu. Częstym problemem jest praca filtra osuszacza (filtr osuszacz, budowa i różnice rys. 3). Jeśli jest on osadzony na rurkach, a nie zintegrowany ze skraplaczem, to temperatura na rurce wchodzącej i wychodzącej z osuszacza praktycznie powinna być taka sama. Dopuszczalne są niewielkie różnice na poziomie 2-4C. Jeśli są one większe, oznacza to, że czynnik rozpręża się w osuszaczu i częściowo rozprężony płynie do zaworu rozprężnego. Wskutek dopływu do zaworu rozprężnego czynnika nie całkowicie skroplonego zaburzana jest praca zaworu, a co za tym idzie temperatura parownika rośnie. Sam układ działa więc niewydajnie. Teoretycznie ciśnienia w układzie są poprawne, sprężarka pracuje bez zastrzeżeń, ale nie ma oczekiwanych efektów chłodzenia kabiny. Podobne objawy występują w przypadku niesprawnego zaworu rozprężnego. Układ klimatyzacji z dyszą dławiącą (rys. 2) Sprężony, gorący czynnik chłodzący pod wysokim ciśnieniem (HP high pressure) przepływa przez chłodnicę klimatyzacji (skraplacz), następnie trafia do dyszy dławiącej i z niej bezpośrednio do parownika, ale już o zdecydowanie niższej temperaturze i ciśnieniu. Zimny czynnik chłodzący wypływa z parownika pod niskim ciśnieniem (LP low pressure). Filtr osuszacz tu również określany jako akumulator umiejscowiony jest między parownikiem a sprężarką, na drodze powrotnej czynnika. Zasadniczym jego zadaniem jest odparowanie ewentualnych pozostałości czynnika płynnego (filtr osuszacz, budowa i różnice rys. 3). Zasadniczą różnicą między oboma układami oprócz elementu rozprężnego jest stan czynnika chłodzącego, który doprowadzany jest do parownika. W układach z dyszą dławiącą następuje częściowe rozprężenie czynnika chłodzącego, który w postaci cieczy i pary dociera do parownika, gdzie następuje całkowite rozprężenie. Drugą ważną różnicą jest umiejscowienie dyszy dławiącej w układzie. O ile zawór rozprężny znajduje się praktycznie przy samym parowniku, to dysza dławiąca jest najczęściej w połowie drogi między skraplaczem a parownikiem. W niektórych modelach aut dysza dławiąca umiejscowiona jest przy samym skraplaczu (Toyota Avensis). W układzie z dyszą dławiącą różnica temperatur (wysoka niska) pojawia się przed dyszą dławiącą i za nią. Biorąc pod uwagę diagnostykę termiczną, różnica w poziomie temperatury przed i za dyszą dławiącą może wynosić nawet C. W tych układach należy zwrócić uwagę na wskaźnik wysokiego ciśnienia jeśli dysza dławiąca będzie zabrudzona lub niedrożna, to widocznym wskazaniem będzie nadmiernie wysokie ciśnienie w układzie. Przy wymianie dyszy (często blokuje przepływ na skutek zabrudzenia) należy zwrócić uwagę na kolor. Dysze dławiące różnią się zamontowaną w nich rurką metalową rurki te mają różne średnice, a więc zapewniają inny przepływ czynnika. Każdy kolor to

3 inna średnica i przepustowość. Ważny jest również dobór odpowiedniej dyszy (koloru) według katalogów. Nie zawsze wymontowana z układu dysza jest właściwą, tą, która powinna być zainstalowana! Warto podkreślić, że w nowszych modelach aut serwisantom zdarza się problem z lokalizacją dyszy dławiącej. Z reguły gniazdo, w którym zamontowana jest dysza, to rodzaj połączenia skręcanego lub wykorzystującego złącze typu spring lock. Coraz częściej można spotkać się z brakiem złącza, gdyż dysza dławiąca zaciskana jest pośrodku przewodu wysokiego ciśnienia bez zastosowania żadnego z wymienionych połączeń, bezpośrednio w rurce aluminiowej. Rozwiązania niestandardowe W pojazdach z dużą kubaturą przestrzeni pasażerskiej stosuje się układy klimatyzacji z dwoma parownikami. Pozawalają one skutecznie schładzać duże przestrzenie i wpływają na podwyższenie komfortu podróżnych. Najczęściej są to układy z dwoma zaworami rozprężnymi, ale można również spotkać się z sytuacją, w której przy jednym parowniku zastosowano zawór rozprężny, a przy drugim dyszę dławiącą (rozwiązanie najczęściej spotykane w autach francuskich). Inną ciekawostką, na którą można się natknąć i to nierzadko w samochodach bardzo popularnych, jak chociażby w Toyota Avensis, jest sytuacja, w której układ nie został wyposażony w zawór rozprężny ani dyszę dławiącą mimo to pracuje w sposób prawidłowy. To już jednak temat do dalszych rozważań zarówno w zakresie napraw, jak i diagnostyki. Filtr osuszacz, akumulator (rys. 3) Do czego służy osuszacz klimatyzacji, to powszechne wiadomo: filtruje i osusza układ, trzeba go wymieniać. To najczęściej wszystko, co o nim wiadomo. Od strony technicznej ważniejszym od wskazanych zadaniem osuszacza jest podanie czynnika chłodzącego we właściwym stanie skupienia (gazowy lub płynny) do dalszej części układu. Oprócz elementów filtrujących (najczęściej dwie warstwy włókniny filtracyjnej) i osuszających (granulat absorbujący wilgoć) osuszacz ma także syfon. Pozwala on na wypływ czynnika chłodzącego w stanie płynnym w układach z zaworem rozprężnym i wypływ czynnika chłodzącego w stanie gazowym w układach z dyszą dławiącą. Oprócz zasadniczej różnicy w syfonie widocznej na rys. 3 osuszacz na wysokim ciśnieniu układu (HP) podaje czynnik płynny do zaworu rozprężnego na parowniku, natomiast osuszacz na niskim ciśnieniu układu (LP) podaje czynnik chłodzący, powracający w stanie gazowym do sprężarki. Nie bez przyczyny osuszacze na rysunku różnią się rozmiarem, w rzeczywistości również nim się różnią. Przyczyn tego stanu rzeczy jest kilka: - małe wymiary osuszacza na wysokim ciśnieniu zapobiegają utracie energii, ale są wystarczające, by syfon wykonał swoje zadanie, umożliwiając dopływ czynnika chłodzącego w stanie płynnym do zaworu rozprężnego, co gwarantuje poprawną pracę układu; - duże wymiary osuszacza na niskim ciśnieniu pozwalają na ogrzanie i odparowanie niezupełnie rozprężonego czynnika chłodzącego wracającego z parownika do sprężarki. Ten osuszacz zapobiega uszkodzeniu sprężarki, które następuje, jeśli wraca do niej czynnik w stanie płynnym. Biorąc pod uwagę diagnostykę układu klimatyzacji, można przyjąć, że w obu rozwiązaniach temperatura rurki wchodzącej i wychodzącej z osuszacza bądź akumulatora powinna być praktycznie taka sama lub bardzo zbliżona. Wyczuwalna różnica temperatur wskazuje na niesprawność osuszacza i konieczność jego wymiany. Wymiana filtra osuszacza to konieczność także w przypadku rozszczelnienia układu tak w wyniku kolizji, jak i wskutek pęknięcia bądź uszkodzenia któregokolwiek z elementów układu, skutkującego całkowitym wyciekiem czynnika chłodzącego. Filtr osuszacz powinno się wymienić także w przypadku znacznych ubytków czynnika chłodzącego. Nie można w tym miejscu nie wspomnieć o używanych osuszaczach w dobrym stanie, oferowanych na portalach aukcyjnych! Warstwy filtrujące i absorpcyjne w osuszaczach to elementy jednorazowe. Mają ograniczoną chłonność i możliwości filtracji. Analogicznie do filtrów oleju silnikowego tyle że używanych filtrów oleju nikt

4 nie sprzedaje i nie kupuje. Dlaczego więc kupowane są używane filtry osuszacze? Prawdopodobnie z powodu niewiedzy. Rozwiązaniem coraz częściej stosowanym przez producentów jest umieszczenie filtra osuszacza w skraplaczu, ale i w tym przypadku można i należy go wymieniać rys. 4. Skraplacz i parownik To dwa główne elementy układu wymieniające energię cieplną. Konstrukcyjnie skraplacz i parownik (rys. 5) to chłodnice, ale różnią się one kształtem i temperaturą pracy. Zadaniem skraplacza, chłodnicy klimatyzacji (ang. condenser) jest skondensowanie, skroplenie przegrzanego czynnika chłodzącego pod wysokim ciśnieniem do postaci płynnej. Skraplacz z reguły montowany jest równolegle do chłodnicy wody i znajduje się bezpośrednio przed lub za nią. Cechuje się niewielką grubością, pracuje w parze z wentylatorem, czasem dwoma. Dla prawidłowej pracy skraplacza bardzo istotny jest swobodny przepływ powietrza pomiędzy lamelami. Parownik, zwany także chłodnicą wewnętrzną, to drugi z elementów układu klimatyzacji, w którym zachodzi wymiana cieplna. Sama konstrukcja parownika jest w porównaniu ze skraplaczem kompaktowa. Raz z powodu ilości miejsca w kabinie, dwa wydłużenie toru przepływu powietrza przez szeroki parownik zwiększa efektywność wymiany ciepła na radiatorze parownika. Zabrudzony parownik skutkuje niską wydajnością układu. W odróżnieniu od skraplacza, wentylator parownika musi być zawsze włączony. Bez niego nie uruchomi się układ klimatyzacji, a przynajmniej nie powinien się uruchomić. Praca i diagnostyka W obu przypadkach skraplacza i parownika prawidłowa praca zależy w głównej mierze od stanu radiatora. Między listwami, którymi przepływa czynnik chłodzący, znajdują się lamele elementy zwiększające efektywność wymiany energii cieplnej. Zabrudzenie skraplacza czy wręcz ubytki skorodowanych lameli skutkują zmniejszeniem efektywności wymiany energii cieplnej, a to w konsekwencji prowadzi do wzrostu ciśnienia w układzie i zaburzeń w skraplaniu czynnika chłodzącego. Ten sam skutek przyniesie usterka wentylatora skraplacza. Niechłodzony skraplacz powoduje znaczny wzrost ciśnienia w układzie, a efektem tego jest rozłączanie klimatyzacji przez czujnik ciśnienia (presostat). W odróżnieniu od skraplacza, wentylator parownika musi być zawsze włączony bez niego nie uruchomi się układ klimatyzacji. Zabrudzony parownik skutkuje niską wydajnością układu klimatyzacji. Sam parownik zabezpieczany jest najczęściej czujnikiem przeciwoblodzeniowym jego zasadnicze zadanie to rozłączenie klimatyzacji w przypadku, gdy temperatura parownika spadnie poniżej zera. Skutkuje to zamarzaniem skroplin z przepływającego powietrza i zablokowaniem jego przepływu. O parowniku użytkownik auta dowiaduje się najczęściej wtedy, gdy po włączeniu wentylacji kabiny czuje przykry zapach lub niespodziewanie natknie się na wodę na podłodze kabiny. Nieodprowadzane skropliny to nie tylko woda w kabinie, ale i podłoże do rozwoju grzybów czy pleśni (namnażanie bakterii i grzybów na wilgotnym radiatorze parownika oraz w komorze, w której jest zainstalowany). W pierwszym przypadku problem może być poważny, bo czyszczenie parownika poprzez ozonowanie, ultradźwięki czy użycie pianki nie zawsze jest skuteczne i na stałe rozwiązuje problem. Zdarza się, że trzeba go wymienić, a to już dość skomplikowana operacja. W drugim przypadku najczęściej wystarczy udrożnić lub połączyć rurkę odprowadzającą skropliny. Zbierają się one na zimnym parowniku i powinny być odprowadzone poza kabinę. Diagnostyka na co dzień i od święta Pytając użytkowników o zasady funkcjonowania i obsługę układów klimatyzacji, można spotkać się z bardzo skrajnymi, a często i sprzecznymi opiniami. Duże grono kierowców traktuje klimatyzację jak układ całkowicie bezobsługowy, co nie jest prawdą. Układ klimatyzacji samochodowej, jak wszystkie pozostałe układy w samochodzie, wymaga przeglądów i konserwacji. Po drugiej stronie mamy serwisantów, zmuszonych tłumaczyć kierowcom, że oprócz typowej obsługi należy podjąć działania

5 naprawcze. Skończyły się czasy, gdy co roku dobijano gazem klimatyzację i było dobrze. Obecne przepisy zabraniają ponownego napełnienia klimatyzacji, jeśli ubytek w skali rocznej przekracza 40 g czynnika chłodzącego (w układach klimatyzacji z jednym parownikiem). Jak wyjaśnić użytkownikowi, że do tej pory dobijał i było dobrze, a teraz nie wolno? Raz, że przepisy nakładają surowe kary na serwisantów w przypadku napełnienia nieszczelnych układów (do 4000 PLN) bez uprzedniego znalezienia i usunięcia nieszczelności. Dwa, to skracanie żywotności układu pracującego z zaniżoną wskutek nieszczelności ilością czynnika chłodzącego. Wbrew pozorom nowe przepisy skutkować będą dla użytkowników aut niższymi kosztami naprawy autoklimatyzacji. Wielokrotne napełnianie układów klimatyzacji z powodu nieszczelności zazwyczaj kończy się uszkodzeniami sprężarki, a więc i jej wymianą. Dodatkowo także koniecznością płukania układu, wymianą osuszacza, a wielokrotnie również skraplacza. Koszty więc niemałe w porównaniu z kosztami usuwania nieszczelności. Z każdy rokiem i kolejnymi nowościami na rynku samochodowym rośnie stopień integracji i komplikacji systemów klimatyzacji. Zauważalny jest również wzrost poziomu wiedzy w zakresie naprawy i diagnostyki wśród serwisantów. Kończą się czasy napraw prowadzonych metodą prób i błędów, bo skutecznie weryfikują to klienci, omijając serwisy niepotrafiące przeprowadzić diagnostyki usterek. Uzupełnianie wiedzy staje się więc niezbędnym elementem pracy serwisów. Opracowanie: J.J. Sobierański, A. Mańkowski Laser Sp. z o.o. Sp. k Łódź, ul. Włodarska 5/7 Regeneracja kompresorów klimatyzacji samochodowej W artykule wykorzystano m.in. rysunki firmy Nissens Źródło: