Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu Wydział Mechaniczny Instytut Eksploatacji Pojazdów i Maszyn

Transkrypt

1 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 WYMAGANIA STAWIANE UKŁADOM KLIMATYZACJI PODZIAŁ UKŁADÓW KLIMATYZACJI PRZEZNACZENIE I BUDOWA ELEMENTÓW SKŁADOWYCH UKŁADU KLIMATYZACJI Sprężarka Skraplacz i dodatkowy wentylator Filtr osuszacz i zbiornik- odwadniacz Zawór rozprężny i dysza dławiąca Parownik Przewody, przyłącza, tuleje zaciskowe, tłumiki i zawory serwisowe Czynniki chłodnicze i oleje ziębnicze ZASADA DZIAŁANIA UKŁADU KLIMATYZACJI Układ klimatyzacji z zaworem rozprężnym Układ klimatyzacji z dyszą dławiącą LITERATURA

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); 3

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. 4

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. 5

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. 6

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) filtraosuszacza, (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), j) panelu sterowania. złącza trzystopniowego włącznika drugiego wentylatora chłodnicy, Odpowiednio do przedstawionej kolejności, dokonano prezentacji poszczególnych zespołów układu klimatyzacji. 7

8 Rys. 1. Układ klimatyzacji z zaworem rozprężnym: 1 sprężarka, 2 skraplacz, 3 filtrosuszacz, 4 zawór rozprężny, 5 parownik, 6 przewody, 7 złącza serwisowe, 8 tłumiki pulsacji czynnika, 9 czujniki ciśnienia. 8

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 9

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). 10

11 Rys. 3. Kompletna sprężarka układu klimatyzacji samochodu osobowego Opel Vectra B V: 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 11

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. 12

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: zawórkolektor 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 ssącotłoczącego 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 13

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 V 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 V 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 filtraosuszacza, umieszczony w dolnej części skraplacza. 14

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. 15

16 Rys. 8. Skraplacz, wentylator i filtrosuszacz układu klimatyzacji samochodu osobowego Opel Vectra B V (1997 r.): 1- skraplacz, 2- filtrosuszacz, 3- przewód zasilający skraplacz, 4- przewód odprowadzający czynnik chłodniczy ze skraplacza do filtraosuszacza, 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 filtraosuszacza, co przedstawiono na rys

17 Rys. 9. Skraplacz z dodatkowym zasobnikiem czynnika chłodniczego w zestawieniu z przekrojem filtraosuszacza: 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 filtraosuszacza, 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 chłodnicątryb pracy wentylatora jest wyciągowy. Wentylator napędzany jest silnikiem elektrycznym, rys

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 18

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 Filtr osuszacz i zbiornik- odwadniacz W układach z zaworem rozprężnym czynnik chłodniczy ze skraplacza przepływa do filtraosuszacza. Zadaniem filtraosuszacza 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 filtraosuszacza. Rys. 11. Przekrój filtraosuszacza: a)- widok od strony przyłączy przewodów, b)- widok od strony mocowania do wspornika: 1-obudowa- zbiornik czynnika chłodniczego, 1a- śruby mocowania filtraosuszacza, 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 19

20 Rys. 12. Przekrój filtraosuszacza: 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 filtraosuszacza, 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 20

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. otwór do zasysania oleju Rys. 13. Schemat i działanie zbiornika- odwadniacza [4] 21

22 Porównując przedstawione elementy: filtrosuszacz 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 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 filtrosuszacz, 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. 22

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) 23

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) 24

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 25

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 26

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

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. 28

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 29

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

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 31

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 filtraosuszacza, 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

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- filtrosuszacz, 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

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] 34

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] 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 1. Nazwisko Imię Sprawozdanie powinno zawierać: 1. Cel ćwiczenia OCENY (uwagi Prowadzącego) sprawdziany sprawozdanie końcowa Przebieg ćwiczenia Zadania do wykonania podczas ćwiczenia laboratoryjnego: Opisać budowę układu klimatyzacji na podstawie stanowiska dydaktycznego oraz wskazać wymienione elementy zabudowane na pojeździe. 35

36 1.1. Opisać budowę sprężarki tłokowej ze sprzęgłem elektromagnetycznym Opisać budowę sprężarki tłokowej ze stałym napędem Opisać budowę oraz funkcję skraplacz Opisać budowę oraz funkcję filtra osuszacza Opisać budowę oraz funkcję zbiornika odwadniającego Opisać budowę oraz funkcję zaworu rozprężnego Opisać budowę oraz funkcję dyszy dławiącej Opisać budowę oraz funkcję parownika 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 36