System klimatyzacji w samochodzie

Spis treści

 

 

SYSTEM KLIMATYZACJI W SAMOCHODZIE

O ile dziś klimatyzacja samochodowa jest standardowym wyposażeniem auta, o tyle w przeszłości było to jedno z najpopularniejszych opcjonalnie wybieranych elementów wyposażenia. Ponieważ klimatyzacja była jednym z najdroższych elementów wyposażenia opcjonalnego to i tak większość właścicieli mogła powiedzieć, że był to relatywnie dobry interes biorąc pod uwagę długoterminowy komfort jaki auto klimatyzacja dostarcza.
Odkąd wprowadzono system klimatyzacji w samochodach, pojawiło się wiele zmian w jego funkcjonowaniu, składnikach i ich projektowaniu a także w jego jakości pracy i wydajności.
Ale może bardziej istotna jest zmiana podejścia do serwisowania klimatyzacji samochodowej jaka miała miejsce we wczesnych latach 90’, do tego co musi być jeszcze serwisowane w związku z tym systemem i kto jest do tego uprawniony.
Zacznijmy od krótkiego opisu komponentów systemu klimatyzacji, opiszemy jak one funkcjonują i pracują z czynnikiem chłodzącym przy usuwaniu ciepła i wilgoci z kabiny.

Do spisu treści

 

Elementy systemu klimatyzacji samochodowej i ich funkcjonowanie

O ile w przeszłości było sporo różnic o tyle dziś jest w systemach klimatyzacji pięć podstawowych komponentów. Są to parownik, kompresor, skraplacz, osuszacz – filtr oraz w zależności od opcji: zawór rozprężny (zwany też termicznym lub termostatycznym zaworem rozprężnym – Thermal or Thermostatic Expansion Valve – TXV) albo akumulator i rurka wylotowa (dysza). Zastosowanie tych czterech ostatnich elementów jest opcjonalne w zależności od zastosowanego systemu.
W systemach auto klimatyzacji występują też gumowe węże i metalowe rurki, kontrolki, przełączniki, elektroniczne sterowniki itd.
Ich zastosowanie zależy od tego jaki jest system i jakie rozwiązania stosuje producent pojazdu.
Samochody wyposażone w Automatyczny System Kontroli Temperatury (Automatic Temperature Control – ATC) mają komputer który odpowiedzialny jest za kierowanie tym systemem.
W większości samochodów wyposażonych w komputerowe sterowanie silnikiem, komputer ten może też sterować pewnymi funkcjami auto klimatyzacji.
Mogą być też oddzielne komputery zajmujące się tylko sterowaniem klimatyzacją, wszystko zależy od samochodu. Pomimo że komputer sterujący pracą silnika oraz pozostałe komputery nie są bezpośrednio związane z systemem klimatyzacji, to i tak muszą być brane pod uwagę gdy mówimy o tym układzie. Ich obecność i praca ma wpływ na poprawne działanie systemu klimatyzacji i jego diagnostykę.

Do spisu treści

 

Specyfika komponentów systemu autoklimatyzacji

Zanim zaczniemy omawianie poszczególnych komponentów musimy coś wyjaśnić:
1. Gdy ciśnienie gazu czy płynu w zamkniętym systemie klimatyzacji samochodowej podnosi się wzrasta też temperatura i odwrotnie. Gdy spada ciśnienie spada i temperatura. Działa to jednak w obie strony. Gdy temperatura rośnie rośnie i ciśnienie a jak temperatura spada spada i ciśnienie.
2. Jak i inne rodzaje systemów autoklimatyzacji i chłodzenia klimatyzacja samochodowa ma dwie odrębne „sekcje”: chłodną z niskim ciśnieniem i ciepłą z wysokim ciśnieniem.
Powód, dla którego zaczynamy opis systemu od powyższych uwag będzie jasny wraz z dalszą lekturą. By ułatwić zrozumienie tematu będziemy porównywać składniki systemu chłodzenia ze składnikami systemu autoklimatyzacji. Bardzo często pracują one w ten sam sposób i większość ludzi mających pewną wiedzę o systemie chłodzenia silnika samochodu ma automatycznie pewną wiedzę o jego klimatyzacji.

Do spisu treści

 

Parownik

Parownik zwany też wymiennikiem ciepła jest jednym z dwóch (może trzech) elementów oddających ciepło/zimno w systemie klimatyzacji. W typowym samochodzie osobowym parownik umiejscowiony jest w kabinie pasażerskiej.
Niektóre pojazdy takie jak SUV-y i vany mają po dwa parowniki. Jeden jest na przodzie a drugi z tyłu. Tylny z reguły jest za bocznym panelem lub pod sufitem nad tylnymi pasażerami. Parowniki z reguły zbudowane są z aluminium. Wyglądają jak chłodnice.
Są tylko węższe i mniejsze od chłodnic. Tak jak i chłodnica zawierają one wewnętrzne rurki tzw. „ścieżki przepływu” z przymocowanymi do nich żeberkami. Powietrze może swobodnie przepływać przez żeberka tak jak jest to w chłodnicy. Ale inaczej jak w chłodnicy, w której rurkach przemieszcza się płyn chłodzący w parowniku mamy czynnik chłodzący. Gdy mowa jest o czynniku chłodzącym to większość ludzi utożsamia go z najbardziej popularnymi jak Freon (R-12). Został on zastąpiony innym rodzajem czynnika chłodzącego – HCF-134a (R-134a).
Wracając do pojęcia – wymiana ciepła, co to oznacza?
W systemach klimatyzacji samochodowej zimny, niskociśnieniowy czynnik chłodzący w pływa do parownika. Ciepłe powietrze z kabiny przepływa wtłaczane przez wentylator przez parownik. Ponieważ w naturze ciepło zawsze przepływa z obszarów cieplejszych do chłodniejszych to jest tu ono absorbowane przez czynnik chłodzący przepływający w parowniku. W tym samym czasie wilgoć z powietrza zbiera się na powierzchni parownika i ewentualnie wypływa po skropleniu poza samochód (tak jak i spływająca skroplona rosa).
To dlatego widzisz spływającą (kapiącą) wodę pod samochodem gdy pracuje klimatyzacja. Gdy już czynnik chłodzący nagrzeje się w parowniku przemieszczany jest do kompresora nazywane też pompą lub sprężarką.
Tak wiec jak widzicie autoklimatyzacja nie chłodzi wnętrza tylko usuwa z niego gorąco i wilgoć.
Parownik można więc porównać do nagrzewnicy tylko pracującej odwrotnie.
Oba elementy są umieszczone w podobnym miejscu, w kabinie pasażerskiej, blisko siebie, czasem w tej samej obudowie pod konsolą.
Przez nagrzewnicę przepływa gorący płyn chłodzący przenosząc ciepło z silnika do wnętrza auta gdzie jest rozprowadzane przez wentylatory.
Przez parownik przepływa chłodny czynnik chłodzący, który absorbuje ciepło z kabiny pasażerskiej gdy wentylator tłoczy je przez niego.

Do spisu treści

 

Kompresor ( sprężarka , pompa )

Kompresor jest pompą która tłoczy czynnik chłodzący przez system. Czynnik ten jest przenoszony przez system rurek i węży między poszczególnymi komponentami.
Kompresory samochodowe mają różną budowę ale działają taks samo. Kompresor jest napędzany przez pasek i elektromagnetyczne sprzęgło (niektóre hybrydy używają silnika elektrycznego do napędzania kompresora). Sprzęgło pozwala wyłączać się kompresorowi gdy autoklimatyzacja jest wyłączona i nie pracuje lub gdy nie jest potrzebna jego praca. Sprzęgło dostaje swój sygnał od składnika układu zwanego przekaźnikiem, który jest włączany przez sygnał jaki otrzymuje w większości przypadków od komputera sterującego wtryskiem paliwa lub samym silnikiem.
Poza tłoczeniem czynnika chłodzącego sprężarka pełni też inną funkcję. W określonym momencie podnosi ona ciśnienie czynnika chłodzącego i gdy to ciśnienie rośnie to zostaje obniżona temperatura na parowniku. Podniesienie ciśnienia i obniżenie temperatury pozwala na usunięcie ciepła z kabiny pasażerskiej jakie odbierana jest przez parowniku.
Proces uwalniania ciepła zachodzi w kolejnym omawianym elemencie jakim jest skraplacz.
Kompresor można w pewien sposób porównać do pompy wodnej w systemie chłodzenia silnika.
Pompa wodna tłoczy chłodziwo w systemie. Chłodziwo absorbuje ciepło z silnika i pompa wodna przepompowuje je do chłodnicy gdzie ciepło jest oddawane do atmosfery.
Odpowiada ona też za cyrkulację gorącego chłodziwa przez nagrzewnicę by ogrzewać wnętrze pojazdu.
Kompresor tłoczy czynnik chłodzący przez system. Czynnik absorbuje ciepło z wnętrza samochodu i przechodzi przez parownik. Następnie czynnik jest tłoczony do skraplacza gdzie oddawane jest ciepło do atmosfery.

Do spisu treści

 

Skraplacz

Skraplacz to kolejny element odpowiadający za wymianę ciepła w układzie klimatyzacji. Obecnie wykonane są one z aluminium ale kiedyś były też produkowane z mosiądzu/miedzi. Skraplacz wygląda jak chłodnica ale jest cieńszy a ponieważ jego praca uzależniona jest od przepływu powietrza to umieszczany jest przed chłodnicą. Tak jak chłodnica i parownik też i skraplacz jest konstrukcją złożoną z serii rurek i żeberek wokół nich.
Ale w odróżnieniu od parownika, który ma absorbować ciepło skraplacz ma je wydalać. Dokładniej mówiąc ma on wydalać ciepło jakie zaabsorbował czynnik chłodzący przepływający przez parownik tak samo jak i chłodnica wydalająca ciepło z płynu chłodzącego przepływającego przez silnik. Czynnik chłodzący wpada do skraplacza jako para pod wysokim ciśnieniem. Przepływając przez skraplacz ochładza się i zmienia się zimną ciecz pod wysokim ciśnieniem.
Skraplacz może być porównywany do chłodnicy w systemie chłodzenia silnika.
Chłodnica uwalnia ciepło z przepływającego przez nią rozgrzanego chłodziwa do atmosfery.
Skraplacz uwalnia ciepło z przepływającego przez niego rozgrzanego czynnika chłodzącego do atmosfery.

Do spisu treści

 

Osuszacz

Osuszacz (zwany czasem też filtrem czy pochłaniaczem wilgoci) wygląda jak metalowa puszka z wejściem i wyjściem. Używane są tylko w systemach klimatyzacji samochodowej gdzie występują też zawory rozprężne. Osuszacz umiejscowiony jest w części systemu z wysokim ciśnieniem, z reguły w pionie między wyjściem parownika a wejściem zaworu rozprężnego. Niektóre mogą być bezpośrednio podłączone do skraplacza.
Osuszacz spełnia trzy bardzo ważne zadania:
1. Służy jako czasowy magazyn do przechowywania oleju i czynnika chłodzącego gdy nie są potrzebne do pracy systemu (gdy jest małe zapotrzebowanie na chłodzenie). To jest funkcja „odbiornika”.
2. Większość osuszaczy zawiera filtr który zbiera zanieczyszczenia jakie mogą pojawić się w układzie klimatyzacji samochodowej.
3. Osuszacz zawiera pewien specyficzny materiał. Ma on za zadanie absorbować wilgoć (wodę) jaka dostała się do systemu podczas produkcji, składania czy działań serwisowych. Wilgoć może też dostawać się do systemu autoklimatyzacji z powietrza. To jest funkcja „osuszania”.
Do uszkodzeń może dojść gdy w systemie klimatyzacji zbierze się zbyt wiele wilgoci.
Może ona wywołać korozję ale też spadek wydajności oleju kompresorowego.
Osuszacz powinien być wymieniony za każdym razem gdy system jest otwierany w celach serwisowych i większość warunków gwarancyjnych dla kompresorów tego wymaga. Osuszacz może zaabsorbować tylko określoną ilość wilgoci i gdy system jest otwarty i wystawiony na działanie atmosfery to osuszacz szybko może zostać przepełniony. W tej sytuacji nie może on zapewnić układowi dalszej ochrony. Dodatkowo filtr znajdujący się w osuszaczu może zostać zakryty/zasłonięty przez cząstki znajdujące się w systemie. To może ograniczyć przepływ oleju i czynnika chłodzącego w układzie klimatyzacji samochodowej.

Do spisu treści

 

Akumulator

Akumulator można porównać do osuszacza. Pracuje podobnie ale spełnia trochę inne funkcje. Jest on też metalowym cylindrem ale różni się od osuszacza na trzy sposoby:
1. Akumulator jest około dwa razy większy od osuszacza.
2. Akumulator jest podłączony do wyjścia parownika w sekcji systemu o niskim ciśnieniu.
3. Podstawowym zadaniem akumulatora jest magazynowanie czynnika chłodzącego jaki jest w parowniku by nie dostał się on do kompresora. Gdy dostanie się do kompresora może wywołać jego uszkodzenie. Kompresor w autoklimatyzacji nie jest przystosowany do tłoczenia płynu tylko pary.
Akumulator wykorzystywany jest tylko w systemach w których znajdują się też rurki wylotowe (dysze). Jest charakterystyczną cechą systemów z rurkami wylotowymi (dyszami) że mają one dużą ilość czynnika chłodzącego jaki opuszcza parownik. W odróżnieniu od systemu z zaworem rozprężnym gdzie większość czynnika zamienia się w parę przechodząc przez parownik w systemach z rurkami wylotowymi (dyszami) czynnik chłodzący opuszczający parownik nadal jest płynny. Akumulator jest tym elementem systemu autoklimatyzacji gdzie czynnik chłodzący może się ogrzać i zmienić z płynu w parę zanim zostanie ponownie zassany do kompresora. Tak jak i w przypadku osuszacza akumulator pełni też rolę pojemnika gdzie magazynowany jest olej gdy nie jest potrzebny w systemie. Akumulator pełni też funkcję absorbentu wilgoci i posiada filtr. Dlatego dotyczą go te same zasady wymiany co osuszacza.

Do spisu treści

 

Zawór rozprężny

Zawór rozprężny umiejscowiony jest w systemie klimatyzacji samochodowej na wejściu parownika. Jak przy innych zaworach jego praca polega na kontrolowaniu przepływów.
W tym przypadku chodzi o ilość czynnika chłodzącego jaki dostaje się do parownika. Ponieważ różne są warunki pracy systemu to potrzebna jest możliwość regulowania ilości czynnika chłodzącego dostającego się do parownika. Gdyby było go za dużo to byłby za zimny i zbierająca się wilgoć mogłaby zamarznąć. To mogłoby uniemożliwić ciepłemu powietrzu z wnętrza samochodu przejść przez żeberka i czynnik chłodzący nie mógłby zaabsorbować ciepła. To może zastopować proces chłodzenia.
Gdyby natomiast było za mało czynnika to doszłoby do tego że nie odprowadzana byłaby wystarczająca ilość ciepła. Doszłoby do zbyt małego chłodzenia lub wcale by go nie było.
Ten proces sterowania przepływem czynnika chłodzącego w zależności od potrzeb nazywa się „dozowaniem” czynnika w parowniku.
Tak więc skąd zawór rozprężny wie ile czynnika potrzeba parownikowi i jak go dozuje?
Najpierw jak to robi, to bardzo proste. Zawór rozprężny zawiera ruchomy pręcik który przemieszcza się w górę i w dół zaworu. Gdy się przemieszcza może otwierać lub zamykać drogę przepływu dla czynnika chłodzącego. Zawór ten nie musi być w pełni otwarty lub w pełni zamknięty. Może mieć różne poziomy zamknięcia/otwarcia. Dlatego też może dokładnie odmierzyć odpowiednią ilość czynnika na jaki jest zapotrzebowanie.
To wewnętrzne przejście jest o wiele mniejsze od rurki jaką dostarczany jest czynnik chłodzący. Dlatego przepływając przez nie czynnik traci swoje ciśnienie i staje się płynem pod niskim ciśnieniem. Także jak widać zawór rozprężny pełny też funkcję „linii podziału” między częścią systemu o wysokim ciśnieniu i niskim ciśnieniu.
Teraz odpowiedź na pytanie skąd on wie ile czynnika potrzeba?
Bazuje to na temperaturze wyjścia parownika. Im bardziej ciepły jest parownik tym więcej czynnika chłodzącego potrzebuje i na odwrót. Zawór rozprężny ma urządzenie pomiaru termicznego zwane gruszką pomiarową. Gruszka ta mierzy temperaturę na wyjściu parownika i przekazuje te dane do pręcika wewnątrz zaworu. Ten sygnał odnosi się do ilości wymaganego czynnika i pręcik przemieszcza się do właściwej pozycji a właściwa ilość czynnika dostarczana jest do parownika.
Zawór rozprężny można porównać do termostatu w systemie chłodzenia silnika.
Termostat kontroluje przepływ chłodziwa z silnika do chłodnicy w oparciu o temperaturę systemu chłodzenia.
Zawór rozprężny kontroluje przepływ czynnika chłodzącego przez parownik w oparciu o jego (parownika) temperaturę lub zapotrzebowanie (obciążenie) systemu klimatyzacji samochodowej.

Do spisu treści

 

Rurki wylotowe (dysze)

Rurki wylotowe stosowane są w systemach gdzie nie ma zaworów rozprężnych. Tak jak i te zawory rurki wylotowe mają za zadanie sterować przepływem czynnika chłodzącego do parownika. Przekrój rurki jest podobny do tego wewnątrz zaworu rozprężnego ale między tymi oboma elementami jest bardzo znacząca różnica. Rurka jest prostym urządzeniem nie posiadającym ruchomych części. Nie może tak jak zawór rozprężny dozować czynnika chłodzącego. W związku z tym musi być zastosowana w systemie inna metoda dozowania czynnika. Dwie najbardziej popularne metody to włączenie i wyłączenie kompresora w odpowiednim czasie, wprowadzanie cykli jego pracy lub zainstalowanie zaworu w kompresorze, który steruje siłą pompowania kompresora. To oczywiście reguluje ilość czynnika chłodzącego jaki opuszcza kompresor.
Rurki wylotowe służą też jako łącznik między częścią systemu pod wysokim i pod niskim ciśnieniem.

Do spisu treści

 

Komponenty rozprowadzające powietrze wewnątrz samochodu

Wewnątrz samochodu poniżej panelu z instrumentami pokładowymi znajduje się element, który różnie jest określany w zależności od producenta. Generalnie określa się go jako komora kanałów.
Ten element zawiera szereg różnych składników, których zadaniem jest kierowanie i dystrybuowanie powietrza wewnątrz kabiny w oparciu o wybrane opcje na panelu sterującym. Z reguły ma on też część, która kontroluje temperaturę wydalanego powietrza.
Nagrzewnica i parownik zwykle zawierają się w takim elemencie. Jeżeli samochód wyposażony jest w filtr kabinowy to on też z reguły umiejscowiony jest w tym elemencie.
Wewnątrz tego elementu znajdują się grodzie i łopatki które są ruchome i zmieniając pozycję mogą blokować lub umożliwiać przepływ powietrza do różnych kanałów wewnątrz samochodu. Te kanały przenoszą wdmuchiwane przez wentylatory powietrze do konkretnych ujść wentylacyjnych w kabinie lub do ich kombinacji w zależności od opcji jaka ustawiona jest na panelu. Przegrody mogą być poruszane przez zwykłe wężyki, urządzenie zwane silnikiem próżniowym (wykorzystuje podciśnienie generowane przez silnik by wywołać ruch) lub przez mały elektryczny silniczek.

Do spisu treści

 

Czynniki chłodzące i smary systemowe

Producenci samochodów używali dwóch rodzajów czynnika chłodzącego. Do 1994 roku w większości pojazdów był to CFC-12 (znany też jako R-12 lub FREON). Od 1995 roku stosuje się HFC-134a znany też pod nazwą R-134a. Większość (nie wszystkie) systemy stosujące R-12 mogą też być dostosowane do R-134a. Mimo że jest wiele innych czynników chłodzących to tylko te dwa wymienione są zaakceptowane przez producentów samochodów. Idąc dalej, jest tylko jeden zaakceptowany przez producentów samochodów do zastąpienia CFC-12, jest to HCF-134a. I ostatnia uwaga – systemy przygotowane pod HCF-134a nie są przystosowane do pracy z innym rodzajem czynnika chłodzącego.
Musisz mieć świadomość że są różnice w stanowiskach MOŚ (Ministerstwo Ochrony Środowiska) i producentów samochodów co do przystosowań systemów do konkretnych czynników chłodzących. MOŚ patrzy z punktu widzenia ochrony środowiska a producenci z punktu widzenia osiągów i trwałości systemów.
Ministerstwa często nie testują tych czynników. Opierają się na dokumentacji przesłanej przez producenta czynniku chłodzącego.
Oceniają wpływ na środowisko, zdrowie i bezpieczeństwo. Nie oceniają wpływu czynnika chłodzącego na system chłodzenia, jego osiągi i trwałość.

Do spisu treści

 

Rodzaje smarów

Smary stosowane w systemach klimatyzacji są specyficznymi preparatami przystosowanymi do pracy w tych systemach. Zadaniem tych specjalnych olejów jest zapewnienie właściwego smarowania kompresorowi.
Systemy z CFC-12 używają olei mineralnych. Samochody osobowe i małe ciężarówki używające systemów z HFC-134a stosują olej syntetyczny zwany polialkylen glikolu (inaczej PAG). Zmiana ta wymuszona została faktem że olej mineralny nie sprawdza się w systemach z HFC-134a. PAG jest także zaakceptowany jako specyfik do użytku przy zmianie z CFC-12 na HFC-134a.
Jest jeszcze jeden syntetyczny olej zaaprobowany dla systemów klimatyzacji samochodowej. Jest to polilol esterowy zwany też POE. Jest on stosowany przez kilku producentów w określonych modelach samochodów gdy przechodzi się z CFC-12 na HFC-134a.
Używanie właściwych (zaakceptowanych przez producentów samochodu) olei i czynników chłodzących jest sprawą istotną ze względu na osiąg systemu i jego właściwą pracę oraz trwałość. Sprawdź i zapytaj się swojego serwisanta czy stosuje się do zaleceń.

Do spisu treści

 

Szybkie podsumowanie

Potraktujmy ten przegląd jako zebranie wszystkiego jeszcze raz w całość i prześledzenie przepływu czynnika chłodzącego od otworu wylotowego parownika.
Jako przykład posłuży nam system z zaworem rozprężnym i osuszaczem (jest on podobny do tego z dyszami i akumulatorem).
Sprężarka wypycha nagrzany czynnik chłodzący wyparowujący z parownika. Jest on potem sprężany i wysłany pod wysokim ciśnieniem do skraplacza. Ponieważ na tym etapie czynnik chłodzący ma wyższą temperaturę niż otaczające powietrze to oddaje on ciepło do niego gdy opływa on żeberka skraplacza.
Gdy ciepło zostaje oddane czynnik skrapla się i wraca to płynnego stanu skupienia.
Dzieje się to w skraplaczu. Potem przemieszczany on jest do osuszacza gdzie absorbowana jest wilgoć. Trochę czynnika może być też czasowo zmagazynowana w osuszaczu do czasu aż nie będzie on potrzebny systemowi w parowniku ze względu na wymagania chłodzenia w systemie. Czynnik chłodzący dostarczany jest następnie w odpowiedniej ilości powtórnie do parownika w postaci płynu pod niskim ciśnieniem. Czynnik odbiera ciepło z opływającego parownik powietrza i ponownie zmienia stan skupienia na parę. Gorące powietrze przepuszczane jest przez parownik a chłodne powietrze wprowadzane jest do wnętrza samochodu przez wentylatory. Nagrzana para przemieszczana jest do wyjścia parownika, wraca do sprężarki i cały cykl zaczyna się od nowa.

Kilka słów o Systemie Automatycznej Kontroli Temperatury. Zawiera on wiele skomplikowanych komponentów z wieloma skomplikowanymi procedurami serwisowymi i diagnostycznymi. Informacje te wykraczają poza zasięg tej publikacji.

Do spisu treści