Vrij Technisch Instituut Boeschepestraat 44 8970 POPERINGE

_____________________________________________________________________

Gentegreerde Proef

Industrile wetenschappen2de leerjaar 3de graad TSO

KLIMAATBEHEERSING IN DE AUTO

Nic Corneillie Klaas PoelmansSchooljaar 2006 - 2007

I. VoorwoordOm onze opleiding Industrile Wetenschappen af te ronden, wordt verwacht dat we in de derde graad een eindwerk samenstellen. Wij hebben als onderwerp gekozen voor klimaatbeheersing in de wagen. Tijdens het vervaardigen van deze gentegreerde proef leerden we samenwerken, afspraken maken en problemen oplossen. Het was een onderwerp waarover we maar weinig wisten, maar door onze interesse en ons enthousiasme zijn we er toch in geslaagd om ons in dit onderwerp te verdiepen. In de loop van het schooljaar kregen we meer inzicht in deze materie, wat voor ons leidde tot een leerrijke en boeiende studie.

We zouden dit eindwerk niet hebben kunnen maken zonder de hulp en steun van een groot aantal mensen. Onze dank gaat in het bijzonder uit naar onze begeleidende leerkrachten ing. Erik Struye, ing. Koen Beirlaen en ing. Wesley Tytgat voor hun deskundige hulp. Ook onze ouders willen wij bedanken voor de steun, tips en correcties, alsook alle mensen die ons geholpen hebben om deze gentegreerde proef tot een goed einde te brengen.

Nic Corneillie & Klaas Poelmans

1

II. InhoudstafelI II III IV V 1 Voorwoord ......................................................................................................... 1 Inhoudstafel .2 Lijst met afbeeldingen .5 Symbolenlijst ...8 Inleiding ..9 Basiskringproces .................................................................................................... 10 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5 1.1.6 1.1.7 1.1.8 1.1.9 1.1.10 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5 1.2.6 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 Wetten, eenheden en Begrippen ..................................................................... 10 Druk .......................................................................................................... 10 Warmte-energie en temperatuur .................................................................. 11 Aggregatietoestanden ................................................................................. 12 Kookpunt en druk ....................................................................................... 13 De ideale gaswet ........................................................................................ 13 Enthalpie ................................................................................................... 16 Entropie..................................................................................................... 17 Verzadigde dampspanning .......................................................................... 17 Extensieve en intensieve grootheden............................................................ 18 Viscositeit ............................................................................................... 18

Het Log p - h diagram .................................................................................... 19 Isobaren .................................................................................................... 19 Isenthalpen................................................................................................ 20 Constant dampgehalte ................................................................................ 20 Isothermen ................................................................................................ 21 Isochoren .................................................................................................. 22 Isentropen ................................................................................................. 23 De 4 basisprincipes van een airco .................................................................... 24 Principe 1 .................................................................................................. 24 Principe 2 .................................................................................................. 24 Principe 3 .................................................................................................. 24 Principe 4 .................................................................................................. 25 Het basiskringproces ...................................................................................... 26 Comprimeren ............................................................................................. 26 Condenseren .............................................................................................. 27 Expanderen ............................................................................................... 27 2

1.4.4 1.4.5 1.4.6 1.5 1.5.1 1.5.2 2

Verdampen ................................................................................................ 28 oververhitting............................................................................................. 29 Nakoeling .................................................................................................. 30 Koudemiddel ................................................................................................. 32 Eisen voor koelmedium ............................................................................... 32 Benaming van het koudemiddel (Nomenclatuur) ........................................... 33

Componenten van de koudekring ............................................................................ 35 2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.7.1 2.8 2.9 De compressor............................................................................................... 35 Aansluiting koudemiddel ............................................................................. 35 Soorten compressoren ................................................................................ 36 Compressor met variabele opbrengst ........................................................... 42 Aandrijving ................................................................................................ 46 Smeerolie ...................................................................................................... 48 Condensor ..................................................................................................... 50 Verdamper .................................................................................................... 51 Ontspanner via een capillair ............................................................................ 52 Accumulator .................................................................................................. 54 Expansieventiel .............................................................................................. 55 Regelwerking ............................................................................................. 56 Filter-droger .................................................................................................. 58 Leidingen, slangen, verbindingen en demper .................................................... 60

3

Regeling van het systeem ....................................................................................... 63 3.1 3.2 3.2.1 De manuele bediening .................................................................................... 63 Automatische regeling .................................................................................... 64 Werking v/h geautomatiseerd proces ........................................................... 65 Het systeem ............................................................................................... 68 Sensoren en schakelaars ................................................................................ 69 Buitentemperatuursensor ............................................................................ 70 Temperatuursensor in het lucht - aanzuigkanaal ........................................... 71 Temperatuursensor in het dashboard ........................................................... 72 Uitstroomtemperatuursensor van de voetruimte. ........................................... 72 Fotocel voor de meting van zonnestraling ..................................................... 73 Extra signalen voor de temperatuurregeling .................................................. 74 Verdampertemperatuursensor ..................................................................... 76 Drukschakelaar .......................................................................................... 76

3.2.23.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.3.6 3.3.7 3.3.8

3

3.3.9 3.3.10 3.4 3.4.1 3.4.2

Controleschakelaar koelvloeistoftemperatuur ................................................ 78 Hogedruksensor...................................................................................... 79

Actuatoren .................................................................................................... 81 Elektromagnetische koppeling ..................................................................... 81 Luchtmengklep ........................................................................................... 81 Stappenmotor ............................................................................................ 82 Aanjager .................................................................................................... 83

3.4.33.4.4 4

De lucht en koelkring .......................................................................................... 86 4.1 4.2 4.2.1 4.3 4.3.1 4.3.2 De luchtkring ................................................................................................. 86 Luchtkwaliteit ................................................................................................ 88 Filters ........................................................................................................ 88 Koelkring ....................................................................................................... 92 Koelkring met capillair ................................................................................. 92 Koelkring met expansieventiel ..................................................................... 93

VI. VII. VIII.

Besluit ............................................................................................................ 984 Literatuurlijst ................................................................................................... 985 Bijlagen ............................................................................................................ 98 A. B. C. D. E. F. G. H. I. Componenten in de motorruimte.98 Componenten in de passagiersruimte 100 Bedieningspaneel voor manuele bediening .102 Het bedieningspaneel voor automatische bediening .103 Systeemoverzicht automatisch klimaatbeheersingsysteem 104 Temperatuursensoren ...105 Druksensoren ..107 Summary of our final project ....109 Notre projet intgr ...............................................................................110

4

III. Lijst met afbeeldingenFig. 1.1: Verandering van aggregatietoestand ................................................................. 12 Fig. 1.2: Kookpunt en druk ............................................................................................ 13 Fig. 1.3: Log p - h diagram met verzadigde vloeistof- en damplijn .................................... 19 Fig. 1.4: Lijnen met constant dampgehalte in het Log p - h diagram ................................. 20 Fig. 1.5: Isothermen in het Log p - h diagram................................................................. 21 Fig. 1.6: Isochoren in het Log p - h diagram ................................................................... 22 Fig. 1.7: Isentropen in log p - h diagram ........................................................................ 23 Fig. 1.8: aggregatietoestand verandering van water ........................................................ 25 Fig. 1.9: Principeschema met capillair ............................................................................ 26 Fig. 1.10: Comprimeren ................................................................................................ 26 Fig. 1.11: Condenseren ................................................................................................ 27 Fig. 1.12: Expanderen................................................................................................... 27 Fig. 1.13: verdampen ................................................................................................... 28 Fig. 1.14: Oververhitting ............................................................................................... 29 Fig. 1.15: Nakoeling ..................................................................................................... 30 Fig. 1.16: Dampdruk-curve voor R 134 ........................................................................... 34 Fig. 2.1: Aansluitingen koudemiddel ............................................................................... 35 Fig. 2.2: Principe zuigercompressor ................................................................................ 36 Fig. 2.3: V- opstelling ................................................................................................... 37 Fig. 2.4: Radiaal opstelling ............................................................................................ 37 Fig. 2.5: principe enkelwerkende axiale zuigercompressor................................................ 37 Fig. 2.6: enkelwerkende axiale zuigercompressor ............................................................ 38 Fig. 2.7: principe dubbelwerkende axiale zuigercompressor.............................................. 39 Fig. 2.8: dubbelwerkende axiale zuigercompressor .......................................................... 39 Fig. 2.9: principe schottencompressor ............................................................................ 40 Fig. 2.10: schottencompressor ....................................................................................... 40 Fig. 2.11: rolplatencompressor ...................................................................................... 41 Fig. 2.12: spiraalcompressor.......................................................................................... 41 Fig. 2.13: Regelaar bij te weinig koelcapaciteit ................................................................ 43 Fig. 2.14: Regelaar bij teveel koelcapaciteit .................................................................... 44 Fig. 2.16: een V riem ................................................................................................. 46 Fig. 2.17: magneetkoppeling ......................................................................................... 47

5

Fig. 2.18: Bij benadering de verdeling van hoeveelheid olie in het aircocircuit .................... 48 Fig. 2.19: Vochtopname ................................................................................................ 49 Fig. 2.20: condensor (tube/fin type)............................................................................... 50 Fig. 2.21: Verdamper .................................................................................................... 51 Fig. 2.22: Capillair ........................................................................................................ 52 Fig. 2.23: Accumulator .................................................................................................. 54 Fig. 2.24: Expansieventiel ............................................................................................. 55 Fig. 2.25: Toenemende druk in de thermokop................................................................. 56 Fig. 2.26: Stoterstang wordt omlaag gedrukt .................................................................. 56 Fig. 2.27: Dalende druk in de thermokop........................................................................ 57 Fig. 2.28: De stoterstang wordt omhoog gedrukt ............................................................ 57 Fig. 2.29: Filter-droger .................................................................................................. 58 Fig. 2.30: Polymeren .................................................................................................... 60 Fig. 2.31: Slang R134a.................................................................................................. 61 Fig. 2.32: Krimpverbinding voor een slang ...................................................................... 61 Fig. 2.33: Snelkoppeling................................................................................................ 62 Fig. 2.34: Serviceventielen R134a, hoge druk en lage druk .............................................. 62 Fig. 2.35: Demper ........................................................................................................ 62 Fig. 3.1: Overzicht van de componenten bij de manuele regeling...................................... 64 Fig. 3.2: Overzicht sensoren bij automatische regeling..................................................... 65 Fig. 3.3: Principeschema ............................................................................................... 67 Fig. 3.4: Regelapparaat................................................................................................. 68 Fig. 3.5: Buitentemperatuursensor ................................................................................. 70 Fig. 3.6: Temperatuursensor voor lucht - aanzuigkanaal .................................................. 71 Fig. 3.7: Aanzuigventilator ............................................................................................ 72 Fig. 3.8: Uitstroomtemperatuursensor ............................................................................ 73 Fig. 3.9: Fotocel voor meting zonnestraling .................................................................... 74 Fig. 3.10: Overzicht van extra signalen ........................................................................... 75 Fig. 3.11: Verdampertemperatuursensor ........................................................................ 76 Fig. 3.12: De sensor gemonteerd op de verdamper ......................................................... 76 Fig. 3.13: Drukschakelaar.............................................................................................. 77 Fig. 3.14: Thermosschakelaar voor koelluchtventilatoren ................................................. 78 Fig. 3.15: Controle schakelaar koelvloeistof .................................................................... 78 Fig. 3.16: Hogedruksensor ............................................................................................ 79 Fig. 3.17: PWM-signaal bij lage druk .............................................................................. 80

6

Fig. 3.18: PWM-signaal bij hoge druk ............................................................................. 80 Fig. 3.19: Luchtmengklep .............................................................................................. 81 Fig. 3.20: principe stappenmotor ................................................................................... 82 Fig. 3.21: stappenmotor................................................................................................ 82 Fig. 3.22: Schakelschema Aanjager ................................................................................ 83 Fig. 3.23: Schakelschema Aanjager Motor ...................................................................... 84 Fig. 3.24: Schakelschema ventilator Condensor ............................................................... 85 Fig. 4.1: Luchtstroom in het voertuig ............................................................................. 86 Fig. 4.2: Schema Luchtstroom in het voertuig ................................................................. 87 Fig. 4.3: Uitstroomopeningen ........................................................................................ 87 Fig. 4.4: Inbouwplaats van de filter in de autoairco ......................................................... 89 Fig. 4.5: Partikelfilter .................................................................................................... 89 Fig. 4.6: Partikelfilters ................................................................................................... 90 Fig. 4.7: Gecombineerde filter ....................................................................................... 91 Fig. 1: Componenten in de motorruimte ......................................................................... 98 Fig. 2: Componenten in het interieur ............................................................................ 100 Fig. 3: Manuele bediening ........................................................................................... 102 Fig. 4: Een bedieningspaneel van V.A.G ....................................................................... 102 Fig. 5: Systeemoverzicht ............................................................................................. 104 Fig. 6: koelwatertemperatuursensor ............................................................................. 105 Fig. 7: Aansluitschema NTC ......................................................................................... 105 Fig. 8: Gegevens NTC ................................................................................................. 106 Fig. 9: inwendig uitzicht van een druksensor................................................................. 107 Fig. 10: brugschakeling van pizo- weerstanden in een druksensor................................. 108

7

IV. Symbolenlijstsymbool A Cte c cp cv F Q g H h M m n p R S T t U V W k naam oppervlakte constante soortelijke warmtecapaciteit soortelijke warmtecapaciteit bij p = Cte soortelijke warmtecapaciteit bij V = Cte kracht Warmte-energie Gravitatieversnelling enthalpie soortelijke enthalpie moleculaire massa massa soortelijke massa hoeveelheid deeltjes druk gasconstante entropie absolute temperatuur temperatuur inwendige energie volume Aantal positiemogelijkheden Boltzmann constante eenheid m geen kJ/kg.K kJ/kg.K kJ/kg.K N J m/s J J/kg kg/kmol kg of g kg/m mol Bar, Pa J/(kg.K) J/K K C J m of l geen J/K

8

V. InleidingOf het nu gaat om een rit naar het werk, het gebruik voor bedrijfsdoeleinden of een actieve vrijetijdsbesteding, veiligheid en comfort zijn tegenwoordig vanzelfsprekend eisen die aan een moderne wagen worden gesteld. Een airconditioning in de wagen houdt rekening met beide aspecten en draagt daardoor bij aan de passieve veiligheid in het voertuig. Het reactievermogen en het algemene rijgedrag worden op doorslaggevende wijze benvloed door verschillende klimaatfactoren. Het welbevinden van de inzittenden wordt bepaald door de luchtvochtigheid, luchttemperatuur, luchtcirculatie en warmtestraling. Het aircosysteem in de wagen heeft de laatste jaren een enorme evolutie doorgemaakt. Wij vonden dit dan ook een zeer interessant onderwerk om een eindwerk over te maken.

Dit eindwerk werd gedeeltelijk in school en thuis uitgevoerd. Op school kregen we de kans om verder te werken met de begeleiding van leerkrachten en konden we ons eindwerk met hun antwoorden op onze vragen vervolledigen en bijschaven. Maar het grootste gedeelte is thuis uitgewerkt.

Het koelingprincipe van een airco zal worden uitgelegd. We zullen eerst de verschillende begrippen en het log p h diagram bespreken. Hieruit zullen we dan het principe uitleggen. Voorts zullen we de verschillende onderdelen bespreken die je vindt in een autoairco. Hoofdstuk 3 zal handelen over de verschillen van een manuele en automatisch bediende klimaatbeheersing. We zullen de werking van de verschillende sensoren en actuatoren uitleggen. Het laatste hoofdstuk zal de luchtkring en de verschillende koelkringen bespreken. We zullen ook een woordje uitleg geven bij de verschillende filters.

We hebben verschillende internetbronnen en cursussen die gebruikt worden in de richting autotechnologie geraadpleegd om dit onderwerp uit te werken.

We hopen dat jullie ons werk interessant en grondig vinden, en dat jullie de werking van de klimaatbeheersing in de wagen en het belang ervan beter begrijpen.

9

1 BasiskringprocesHier bespreken we het basisprincipe achter de airco en het log p h diagram.

1.1 Wetten, eenheden en BegrippenIn dit deeltje verduidelijken we de wetten, eenheden en begrippen die we gebruiken in ons eindwerk.

1.1.1 Druk

Druk is een kracht die op een bepaald oppervlak inwerkt.

p=Met

F Ap: F: A: Druk (Pa) Kracht (N) Oppervlakte (m)

(1.1)

1.1.1.1 Atmosferische druk

De atmosferische druk is onze buitenluchtdruk. Deze is afhankelijk van de hoogte tegenover de zeespiegel. De atmosferische druk is ongeveer 1 bar. Bar is een andere maat voor de druk. 1 bar = 105 Pa Bij ons bedraagt de atmosferische druk 1013 hPa. De atmosferische druk bij ons in bar is dus gelijk aan 1,013 bar 1 bar. Als wij het hebben over de atmosferische druk dan bedoelen hiermee een druk gelijk aan 1,013 bar.

10

1.1.1.2 Relatieve & absolute druk

Bij relatieve druk wordt de atmosferische druk genomen als nulpunt. Dus bij 0 bar is er eigenlijk een druk van 1,013 bar. Bij absolute druk is dit niet zo. Daar word de echte druk weergegeven. Dus bij 0 bar is er ook geen druk.

1.1.1.3 Onderdruk en bovendruk

Druk die kleiner is dan de atmosferische druk word onderdruk genoemd. Druk die groter is dan de atmosferische druk wordt bovendruk genoemd.

1.1.2 Warmte-energie en temperatuur

Warmte en temperatuur zijn 2 verschillende begrippen. Warmte-energie (Q) is een energievorm wanneer temperatuur (T) een grootheid is om een hoeveelheid kinetische energie aan te duiden. Bijvoorbeeld als je een lichaam aanraakt dat warmer is dan een ander lichaam, zeg je dat het eerste lichaam een hogere temperatuur heeft. De eenheid van warmte-energie is joule (J) maar de vroegere eenheid was calorie (cal). In sommige grafieken zal je deze eenheid nog terugvinden. 1 cal = 4,186 J De eenheid van temperatuur is Celsius (C) of Kelvin (K). 0 C = 273 K maar 1 C = 1 K Dit maakt het omzetten van temperatuur in Celsius naar Kelvin of omgekeerd zeer gemakkelijk. Om de warmte-energie te berekenen kunnen we gebruik maken van volgende formule.

Q = m c TMet Q: m: c: T: Warmte-energie (J) massa (kg) warmtecapaciteit (

(1.2)

J ) Kg K

Temperatuurverschil (K)

11

1.1.2.1 De warmtecapaciteit

De warmtecapaciteit (c) of de soortelijke warmte (s.w.) is de hoeveelheid warmte-energie die je nodig hebt om de temperatuur van een bepaalde stof met een standaardgewicht (1 kg) 1 C te doen stijgen.

1.1.3 Aggregatietoestanden

Een materie kan in 3 verschillende toestanden voorkomen. Namelijk: Als een vaste stof Als een vloeistof Als een gas

Tijdens de overgang van de ene toestand naar de ander kunnen 2 verschillende toestanden tegelijk voorkomen.

1.1.3.1 Verandering van aggregatietoestand

Fig. 1.1: Verandering van aggregatietoestand

Bovenstaande tekening heeft de benaming weer van de verschillende veranderingen van de aggregatietoestanden.

12

1.1.4 Kookpunt en druk

Het kookpunt is afhankelijk van de druk. Dit is te zien op onderstaande grafiek.

Fig. 1.2: Kookpunt en druk

Dit is logisch aangezien dat bij het koken de deeltjes van een vloeistof willen ontsnappen om zo een gas te vormen. Als de druk groter is krijgen de deeltjes meer weerstand van de luchtdeeltjes boven de vloeistof. Er is dus meer energie nodig om te ontsnappen en omdat de energie hier warmte-energie is, moet de temperatuur dus groter zijn.

1.1.5 De ideale gaswet

Met de ideale gaswet bedoelen we de gaswetten die gelden voor een ideaal gas. Een ideaal gas bestaat uit moleculen die een te verwaarlozen ruimte innemen en waartussen te verwaarlozen krachten bestaan, behalve bij botsingen. Alle botsingen tussen moleculen en de wanden zijn perfect elastisch.

Er bestaan 3 verschillende gaswetten, namelijk: De wet van Boyle-Mariotte:

T = cte p V = cte p V = p V 1 1 2 2(1.3)

13

De wet van Gay-Lussac

p = cte V = cte T

V T

1 1

V = T

2 2

(1.4)

De wet van Regnault

V = cte p p 1 2 p = cte = T T T 1 2Hieruit kan men die ideale gaswet vinden, namelijk: (1.5)

p V p V 1 1 2 2 pV = cte = T T T 1 2

(1.6)

1.1.5.1 De universele gasconstante.

Uit de chemie weten we dat bij standaardomstandigheden (p0 = 1,013 bar, T0 = 273 K) n mol van een gas een volume van 22,4 l inneemt. We noteren dit als Vm,0 = 22,4 spreken van het molair volume bij standaardomstandigheden.

l en mol

pV = T

p V 0 0 T 0

101300Pa 22,4 10 = cte = 273K

3 3 m = 8,314570

J K mol

De constante noemen we de molaire gasconstante of universele gasconstante en stellen we voor door R. Zo geldt voor 1 mol van een gas dat

p V = R T

(1.7)

Brengen we nu in hetzelfde vat, bij eenzelfde temperatuur T, n mol van een gas in plaats van n mol, dan wordt de druk p, n maal groter en moet het rechterlid met n vermenigvuldigd worden. We krijgen dan:

14

pV = n R Tmet p: V: n: R: T: Druk (Pa) Volume (m3) Aantal mol (onbenoemd getal) Universele gasconstante ( Temperatuur (K)

(1.8)

J ) K mol

1.1.5.2 De specifieke gasconstante.

Al naar gelang van de massa van 1 deeltje zal de massa van 1 mol van het ene gas meer bedragen dan de massa van 1 mol van een ander gas, hoewel ze beiden evenveel deeltjes bevatten. Dit gegeven wordt weergegeven in de molmassa M. Het aantal mol n van een gas kan ook geschreven worden als n = Met m: de massa van het gas (kg) M: de molaire massa van het gas ( Vullen we (1.9) in (1.8) dan kom je:

m M

(1.9)

kg ) mol

pV =

m R R T pV = m T M M R MDe specifieke gasconstante (

(1.10) (1.11)

Waarbij r = met r:

J ) K kg

R:

Universele gasconstante (

J ) K mol kg ) mol

M: de molaire massa van het gas (

r noemen we de specifieke gasconstante. Hieruit volgt:

p V = m r Tmet p: V: n: Druk (Pa) Volume (m3) Aantal mol (onbenoemd getal)

(1.12)

15

r: T:

De specifieke gasconstante ( Temperatuur (K)

J ) K kg

Samengevat: Is de hoeveelheid gas gegeven in mol (n), dan gebruiken we p V = n R T Is de hoeveelheid gas gegeven in kg (m), dan gebruiken we p V = m r T

1.1.6 Enthalpie

Elke stof bezit een bepaalde hoeveelheid energie. Deze energie bestaat uit de inwendige energie (U) en/of de arbeid ( W = P V ). De enthalpie heeft de hoeveelheid energie aan die je uit een systeem kan halen. De enthalpie met het symbool H.

H = U + p VMet H: U: p: V: enthalpie (J) inwendige energie (J) druk (Pa) Volume (m)

(1.13)

Uit deze formule kan men afleiden dat de enthalpie uit 3 toestandgrootheden bestaat, namelijk de inwendige energie, de druk en het volume. Omdat men de totale inwendige energie niet kan berekenen, kan men ook de enthalpie niet berekenen. Dit is de reden waarom men geen absolute waarden heeft aan de enthalpie. Maar men kan wel het verschil tussen 2 toestanden berekenen.

H = H H 2 1met H: H1: H2: Verschil tussen 2 toestanden (J) Enthalpie op tijdstip n (J) Enthalpie op tijdstip twee (J)

(1.14)

Samengevat: de enthalpie, ook wel de warmte inhoud van een stof, is de inwendige energie samen met de geleverde arbeid.

16

1.1.7 Entropie

Dit is een maat voor wanorde in een systeem. Deze toestandsgrootheid kan niet gemeten worden. Door middel van kansrekening wordt getracht toch wat te kunnen zeggen over een systeem bestaande uit veel deeltjes zoals een gas. Door te kijken naar het aantal toestanden dat een systeem kan aannemen. Hoe groter het aantal mogelijkheden qua schikking van de deeltjes in de desbetreffende ruimte, hoe groter de wanorde, hoe groter de entropie is.

Een gas opgesloten in een klein volume heeft dus een kleinere entropie dan een gas opgesloten in een groot volume.

S = k ln(W )Met S: k: W: entropie (J/K) Boltzmann constante; k = 1,380 6505 10-23 J/K Aantal positiemogelijkheden (onbenoemd getal)

(1.15)

De entropie van een systeem is dus evenredig met de logaritme van het aantal manieren waarop de deeltjes van een systeem zich kunnen ordenen.

1.1.8 Verzadigde dampspanning

Dit is de absolute druk waarbij de vloeistof bij een bepaalde temperatuur gaat verdampen en andersom gaat condenseren. De verzadigde dampdrukken zijn voor elke vloeistof verschillend. Als de absolute druk van de vloeistof lager wordt dan de dampspanning dan zal de vloeistof spontaan gaan verdampen. Voorbeelden van verzadigde dampspanning curven vind je in het log p h diagram.

17

1.1.9 Extensieve en intensieve grootheden

De extensieve grootheden zijn toestandsgrootheden waarvan de waarde afhangt van de massa van het systeem. Deze worden met een grote letter geschreven. Bijvoorbeeld enthalpie, volume en entropie. De intensieve grootheden hebben niets te maken met de massa van het systeem. Deze waarde geldt voor het hele systeem. Deze worden met kleine letter geschreven. Bijvoorbeeld temperatuur en druk. De extensieve grootheden uitgedrukt per eenheid van massa noemt men de specifieke of soortelijke waarden. Deze worden ook met kleine letter geschreven.

h is de soortelijke enthalpie en is een specifieke grootheid. In het log p h diagram wordt gebruik gemaakt van de soortelijke enthalpie. Dit omdat het log p h diagram voor elk systeem moet gelden. Want h =

H met h = J/kg. m

(1.16)

1.1.10

Viscositeit

Viscositeit is een eigenschap van een vloeistof of gas die aangeeft in welke mate deze vervorming weerstaat onder schuifspanning. Eenvoudiger gezegd de weerstand tegen vloeien, of stroperigheid van een vloeistof. Zo is water een voorbeeld van een vloeistof met een lage viscositeit. Honing een voorbeeld van een vloeistof met een hoge viscositeit. Hoe stroperiger hoe groter de viscositeit wordt. De viscositeit van een vloeistof is sterk afhankelijk van de temperatuur: bij hogere temperaturen zullen veel vloeistoffen minder weerstand bieden dan bij lage temperaturen.

18

1.2 Het Log p - h diagramIn de koeltechniek gebruikt men vaak het log p - h diagram dat afgeleid is van het Mollierdiagram. In het diagram zijn 3 gebieden zichtbaar: het vloeistofgebied, het coxistentiegebied , het gebied waar gas en vloeistof beiden voorkomen en het oververhittingsgebied waar de stof volledig verdampt is. Het vloeibare gebied bevindt zich links van de verzadigde vloeistoflijn. Het coxistentiegebied ofwel damp-vloeistof gebied wordt gevormd door de verzadigde vloeistoflijn en de verzadigde damplijn. Het oververhittingsgebied bevindt zich rechts van de verzadigde damplijn.

Fig. 1.3: Log p - h diagram met verzadigde vloeistof- en damplijn

De verzadigde vloeistoflijn is in het groen getekend en de verzadigde damplijn in het rood. Zij komen samen in het kritische punt. Boven de kritische temperatuur is het onmogelijk om damp nog vloeibaar te maken. Dit gebied wordt ook het superkritisch gebied genoemd.

1.2.1 Isobaren

De isobaren zijn lijnen van constante druk. Deze lopen horizontaal en de druk is af te lezen op de y-as.

19

De logaritmische schaal in de y-as wordt hier gebruikt om het geheel veel duidelijker te laten overkomen. Moest dit niet zo zijn zouden we een heel onduidelijk diagram krijgen.

1.2.2 Isenthalpen

De isenthalpen zijn lijnen van constante enthalpie en lopen verticaal. De bijhorende waarde van de enthalpie is af te lezen op de x-as. Voor deze as wordt geen logaritmische schaal gebruikt.

1.2.3 Constant dampgehalte

Deze lijnen, in het blauw getekend, stellen een constante vloeistof-damp verhouding voor. Je bekomt deze door alle isobaren in het coxistentiegebied te verdelen in 10 even grote stukken. Op de verzadigde vloeistoflijn is er geen damp dus gaat het hier over 100% verzadigde vloeistof zonder damp dus is de verhouding daar 0. Op de verzadigde damplijn bedraagt de verhouding n, want het gaat nu om 100% verzadigde damp zonder vloeistof.

Fig. 1.4: Lijnen met constant dampgehalte in het Log p - h diagram

20

1.2.4 Isothermen

De isothermen zijn lijnen van constante temperatuur. Deze worden in het vloeistofgebied op de verzadigde vloeistoflijn getekend. Dit komt omdat de waarde van s en h in dit gebied alleen van de temperatuur afhangt vermits de druktoestand verwaarloosbaar is, want ideale vloeistoffen worden als onsamendrukbaar beschouwd. Met andere woorden bij een bepaalde temperatuur heeft men een bepaalde soortelijke enthalpie en entropie. Elke isotherm wordt dus door een punt op de verzadigingslijn voorgesteld. Maar in het coxistentiegebied lopen de isothermen horizontaal en vallen samen met de isobaren. Dit komt omdat bij een bepaalde verdampingsdruk ook een overeenkomstige verdampingstemperatuur hoort. In het oververhittingsgebied lopen de isothermen bijna gelijk met de isenthalpen. Dit komt omdat hier de wetten van ideaal gas geldig zijn.

Indien R134a een ideaal gas is dan zouden de isothermen en de isenthalpen in het oververhittingsgebied gelijk lopen. Maar aangezien geen enkel gas ideaal is verschillen ze een beetje.

Fig. 1.5: Isothermen in het Log p - h diagram

21

1.2.5 Isochoren

De isochoren zijn lijnen van constant volume. In het vloeistofgebied lopen zij samen met de isobaren. In dit gebied geldt immers: cp = cv = c (bij ideaal gas) Met: cp: Soortelijke warmtecapaciteit bij p = constante (J/kg.K) cv: Soortelijke warmtecapaciteit bij V = constante (J/kg.K) c: Soortelijke warmtecapaciteit (J/kg.K) (1.17)

In het dampgebied lopen de isochoren zo, omdat cp(gas)>cv (gas). Uit de formule (1.5) volgt dat als p stijgt/daalt, dat de temperatuur dit ook. In het coxistentiegebied zijn de isochoren stijgende krommen. Dit komt doordat bij een verdamping bij constante temperatuur er een grote stijging van het volume plaatsvindt. De groene lijnen hieronder weergegeven, stellen de isochoren voor

Fig. 1.6: Isochoren in het Log p - h diagram

22

1.2.6 Isentropen

De isentropen zijn lijnen van constante entropie. Hieronder worden ze in het blauw weergegeven.

Fig. 1.7: Isentropen in log p - h diagram

Als de temperatuur constant wordt gehouden en de druk daalt dan zal de entropie stijgen voor een gas. Dit alles verklaart de vorm van de isentropen in het dampgebied. In het coxistentiegebied verlopen de lijnen zo, aangezien de entropie van een gas groter is dan de entropie van een vloeistof. De wetten van ideale gassen gelden hier niet. Bij een bepaalde verzadigingsdruk hoort een bepaalde verzadigingstemperatuur. Hoe dichter bij de verzadigde damplijn, bij een zelfde druk en dus ook dezelfde temperatuur, des te groter de entropie wordt. En als het volume van het vloeistof-gas mengsel toeneemt, nemen de mogelijke ordeningen van de deeltjes toe. Er is immers meer ruimte voor de deeltjes te plaatsen.

23

1.3 De 4 basisprincipes van een airco

1.3.1 Principe 1

Het eerste basisprincipe is dat warmte altijd van warm naar koud wil gaan. Dus de warme buitenlucht die wordt aangezogen en die passeert door de verdamper zal zijn warmte afgeven aan het koudemiddel. Zo wordt de lucht gekoeld. Deze koude lucht kan vervolgens in het interieur worden geblazen.

1.3.2 Principe 2

Een volgend belangrijk principe is de verandering van toestand van een stof. Bij een aircosysteem wil dit dus zeggen van vloeistof overgaand naar gas en omgekeerd. Dit gebeurt door verandering in temperatuur en druk. Water bijvoorbeeld verandert van een vaste stof (ijs) in een vloeistof bij 0C en van vloeistof in gas (stoom of damp) bij 100C als de druk gelijk is aan de atmosferische druk. Bij aircos zijn we in de eerste plaats genteresseerd in slechts twee veranderingen van toestand: verdamping (vloeistof condensatie (damp damp) vloeistof)

Deze twee veranderingen van toestand, verdamping en condensatie, komen voor in de kringloop van ieder aircosysteem. De geabsorbeerde warmte van de warme lucht verandert het vloeibare koelmiddel in damp, hierdoor wordt de lucht gekoeld. De warmte van het koelmiddel komt buiten de wagen vrij zo veranderd de damp weer in vloeistof.

1.3.3 Principe 3

Om van de ene aggregatietoestand naar de andere over te gaan is er energie nodig of moet energie worden onttrokken die voorkomt als warmte. Als we bijvoorbeeld een stuk ijs hebben. De warmte zal een temperatuur stijging veroorzaken totdat het ijs 0 C heeft. Het ijs zal beginnen smelten bij een buitenluchtdruk van 1 bar. Het stuk zal smelten omdat je continu energie toevoegt, maar de temperatuur zal niet meer stijgen. De hoeveelheid

24

warmte nodig voor het ijs helemaal te laten smelten noemt de latente smeltwarmte. Wanneer het ijs helemaal is gesmolten zal de temperatuur weer stijgen. Hetzelfde gebeurt als je een vloeistof laat koken en zo de vloeistof omzet naar een gas. De grafiek hieronder verduidelijk dit. Je ziet duidelijk dat tijdens het smelten en het verdampen de temperatuur gelijk blijft.

Fig. 1.8: aggregatietoestand verandering van water

1.3.4 Principe 4

Om het kookpunt van een vloeistof te verhogen, verhogen we de druk boven het vloeistofoppervlak. Een goed voorbeeld is een drukkookpan. Bij zon pan kan waterdamp niet ontsnappen waardoor de druk boven het water hoger wordt.. Hierdoor heb je meer energie nodig om het water te laten koken. Hierdoor zal de temperatuur van het water hoger zijn dan 100C. De druk zal maar afgebouwd worden als ze groot genoeg is om het ontspanningsventiel te openen. Bij sommige gerechten zoals stoofvlees wordt zon pan gebruikt. Een gesloten koelcircuit maakt ook gebruik van dit effect. Door een drukopbouw in het circuit komt het kookpunt hoger te liggen dan de oorspronkelijke 100C . Een plotselinge drukdaling kan de vloeistof laten koken. Van dit effect wordt opzettelijk gebruik gemaakt bij aircosystemen. Een afgepaste hoeveelheid koelmiddel uit het hoogdrukcircuit komt vrij in het lagedrukcircuit. De verdamper absorbeert de warmte uit de omringende lucht en koelt aldus de lucht die vervolgens het interieur zal koelen. Het koelmiddel in de verdamper verdampt als gevolg van de warmteabsorptie.

25

1.4 Het basiskringprocesIn wagens worden twee soorten systemen toegepast. Een eerste systeem is zoals hieronder afgebeeld met een vaste smoring (capillair). Een tweede systeem is met een variabele smoring (expansieventiel). De gebruikte onderdelen bij deze systemen zijn deels verschillend. Je vindt hier meer over in hoofdstuk 2 Componenten van de koudekring. De 2 verschillende systemen worden uitgebreider uitgelegd in hoofdstuk 4.

A. Gasvorm, hoge druk B. Vloeistof, hoge druk C. Vloeistof, lage druk D. Hoofdzakelijk gasvormig, lage drukFig. 1.9: Principeschema met capillair

Onderstaand grafieken zijn gebaseerd op het log p h diagram.

1.4.1 Comprimeren

Het verdampte koudemiddel onder lage druk en temperatuur wordt door de compressor aangezogen. Door de compressie stijgen de druk en de temperatuur van het nog altijd gasvormige koudemiddel. Het comprimeren komt overeen met het deel A-B op figuur 1.14

Fig. 1.10: Comprimeren

26

1.4.2 Condenseren

Het koudemiddel komt als heet gas onder hoge druk in de condensor terecht en wordt er afgekoeld door warmte naar de buitenlucht af te voeren. Daarbij gaat het koudemiddel van gas naar vloeistof over. De temperatuur zal een beetje dalen, maar de druk blijft hetzelfde. Het condenseren komt overeen met het deel B-E op figuur 1.14

Fig. 1.11: Condenseren

1.4.3 Expanderen

Het vloeibare koudemiddel onder hoge druk en met een nog relatief hoge temperatuur gaat daarna door een expansieorgaan (ontspanner). De ontspanner kan bestaan uit een expansieventiel of een capillair. Het expansieorgaan verlaagt de druk op het koudemiddel. Daarbij kan de druk van bijvoorbeeld 14 naar 2 bar gaan. Door de drukdaling zal ook de temperatuur fors dalen. Het expanderen komt overeen met het deel E-F op figuur 1.14

Fig. 1.12: Expanderen

27

1.4.4 Verdampen

Het koudemiddel komt als vloeistof onder lage druk en met lage temperatuur, in de verdamper. Om het koudemiddel te verdampen heb je warmte-energie nodig. Die ontrek je aan de lucht die via de aanjager het interieur instroomt. Ter hoogte van de verdamper doet zich een dubbel fenomeen voor: verdamping van het koudemiddel dat de warmte opneemt. condensatie van het vocht dat zich in de gestuwde lucht bevindt. Het vocht in de lucht condenseert, wanneer het in contact komt met de koude wanden van de verdamper. Dit condensatiewater wordt langs de onderkant van het voertuig afgevoerd. Dankzij deze fenomenen is de lucht die in het interieur wordt geblazen, koud en droog. Het verdampen komt overeen met het deel F-A op figuur 1.14

Fig. 1.13: verdampen

Daarna komt het koudemiddel terug in de compressor terecht en is de kring rond.

28

1.4.5 oververhitting

Fig. 1.14: Oververhitting

Tussen de punten F en G treedt verdamping van de vloeistof op, die in principe bij een constante temperatuur zal plaatsvinden. Het is zo dat door de omgevingslucht geleverde energie een verandering van toestand teweegbrengt bij constante temperatuur. Maar wanneer de vloeistof al helemaal verdampt is op punt G dan stijgt de temperatuur ervan tot punt A. Een goed werkende airco heeft normaal gezien een temperatuursverschil van 2 tot 12C tussen de in- en uitlaat van de verdamper. De oververhitting is best zo klein mogelijk, aangezien dit toch maar extra warmte-energie is waar we niets mee zijn. Toch is het best dat het punt rechts ligt van de verzadigde damplijn. Zo zal de compressor zeker geen vloeistof aanzuigen. Dit omdat de compressoren geen vloeistof mogen aanzuigen, het zijn gascompressoren.

Als de oververhitting te groot is, bijvoorbeeld 16C, wordt het koudemiddel te snel in gas omgevormd. Hierdoor zal er niet genoeg energie uit de buitenlucht worden geabsorbeerd waardoor de temperatuur niet genoeg daalt. Hierdoor wordt het interieur niet genoeg gekoeld. Daardoor kan het rendement van de installatie dalen. De oorzaak hiervan is dat er te weinig koudemiddel in de kring aanwezig is.

29

Als de oververhitting onvoldoende is bijvoorbeeld 1C, dan is er niet genoeg aangevoerde energie om alle aanwezige vloeistof om te zetten in gas. Een oorzaak hiervan kan zijn dat er te veel koudemiddel in de kring aanwezig is.

1.4.6 Nakoeling

Fig. 1.15: Nakoeling

Tussen de punten C en D van de grafiek condenseert het koudemiddel. Doordat de warmte-energie uit het koudemiddel wordt gehaald gaat het koudemiddel over van gas- naar vloeibare toestand. Wanneer al het gas gecondenseerd is daalt de temperatuur van het koudemiddel door nakoeling tussen D tot E. Deze afkoeling ligt normaal gezien tussen de 2 14C

Nakoeling dient om er zeker van te zijn dat al het koudemiddel volledig wordt omgezet van gas naar vloeistof in de condensor. Maar er is nog een reden. Er vindt zich een temperatuur daling plaats om zeker te zijn dat alleen in de verdamper het koudemiddel omgezet wordt van vloeistof naar gas. Het koudemiddel moet dus energie uit de buitenlucht opnemen. Het koudemiddel mag niet na de ontspanner verdampen als gevolg van de drukverlaging. 30

Als de nakoeling te groot is, bijvoorbeeld 15C. Dan bevindt zich mogelijk te weinig koudemiddel in de installatie. Dit verlaagt het rendement van de airco.

Als de nakoeling te klein is bijvoorbeeld 1 C. Dan bevindt zich mogelijk te veel koudemiddel in de installatie. Dit verlaagt het rendement van de airco.

31

1.5 KoudemiddelHet koudemiddel dient om warmte-energie te transporteren. Het is dus belangrijk dat het koudemiddel een zo groot mogelijk hoeveelheid warmte-energie kan verplaatsen.

1.5.1 Eisen voor koelmedium

Een koudemiddel moet aan bepaalde chemische, fysische en thermodynamische voorwaarden voldoen om veilig en economisch bruikbaar te zijn. Voorwaarden die men aan het koudemiddel stelt zijn: Niet giftig. Indien het wel giftig is moet het een karakteristieke geur hebben zodat eventuele lekkages snel kunnen worden opgemerkt en gedicht worden. Niet ontvlambaar of explosief. Moet een redelijk drukbereik hebben. In verdamper bij voorkeur p>patm. Een relatieve grote verdampingswarmte-energie is noodzakelijk zodat warmteoverdracht bij een zo klein mogelijke hoeveelheid circulerend koelmiddel plaatsvindt. Het koelmiddel mag in gasvorm een niet te groot soortelijk volume hebben, omdat hierdoor het slagvolume van de compressor bij een bepaalde capaciteit vastgelegd wordt. Het koelmiddel moet bij de normaal in een koelsystemen heersende temperaturen en drukken chemisch stabiel zijn. Het koelmedium mag niet corrosief zijn en mag in vloeistof-gas vorm de in een installatie aanwezige onderdelen niet aantasten. Het moet zo laag mogelijke compressietemperaturen hebben. Het moet gemakkelijk verkrijgbaar en hanteerbaar zijn. De prijs van het koelmiddel moet redelijk zijn. Koelmiddel en smeermiddelen moeten compatibel zijn. Het koelmiddel moet dus voldoende olie kunnen oplossen, want anders zal de olie zich in de verdamper verzamelen. Het koelmiddel moet waterafstotend zijn, want als je vochtige lucht binnenbrengt heb je kans op ijsvorming. Het mag geen water oplossen want dan kunnen de expansieventielen dichtvriezen en kan er corrosie ontstaan.

32

Milieu: het mag de ozonlaag niet aantasten of bijbrengen tot het broeikaseffect.

Bekende koudemiddelen zijn: cfks (chloorfluorkoolwaterstoffen, bv. R 12) Een groot nadeel van cfks is dat ze de ozonlaag aantasten. Daarom zijn deze sinds 1 januari 1995 verboden. hfks (halogeenfluorkoolwaterstoffen, bv. R 134a). Dit chloorvrije koolmiddel wordt sinds 1992 gebruikt en tast de ozonlaag niet aan.

In moderne klimaatbeheersinginstallaties wordt bijna uitsluitend R 134a gebruikt. De chemische naam van dit koudemiddel is tetrafluorethaan C2H2F4 . Ondanks het feit dat R 134a niet schadelijk is voor de ozonlaag tast ook dit koudemiddel het milieu aan, omdat het bijdraagt aan het broeikaseffect. Dus zal uiteindelijk ook R 134a verdwijnen en vervangen worden door milieu vriendelijker koudemiddelen.

1.5.2 Benaming van het koudemiddel (Nomenclatuur)

De koudemiddelen hebben een R-aanduiding die officieel wordt uitgegeven na een geslaagde test door de American Society of Heating, Refrigeration and Airconditioning Engineers of kortweg ASHRAE. Voor eenvoudige koudemiddelen heeft deze aanduiding de moleculestructuur weer. Regel: Als je een koudemiddel R ABC neemt dan is: A = het aantal koolstofatomen -1 B = het aantal waterstofatomen +1 C = het aantal fluoratomen

Zo bestaat bijvoorbeeld R134a uit: 1(+1) =2 koolstofatomen 3(-1)= 2 waterstofatomen 4 fluoratomen

Als er nog een a of b na R ABC staat, zoals bij R 134a dan heeft dit te maken met de structuur van het atoom. Geen letter na R ABC betekent een evenwichtig en redelijk symmetrische molecule. Een koudemiddel met een a is niet erg evenwichtig en niet echt symmetrisch. Als er een b langs achter staat betekent dit het gaat over een sterk onevenwichtige molecule.

33

F R 134 zou dus H C F

F C H F r 1.1

F R 134a is dus F C F

F C H H r 1.2

De graad van evenwicht wordt bepaald door het gewicht van de eindonderdelen.

Hieronder zien we de verzadigde - dampdrukcurve van R 134a. Boven de curve is het koudemiddel in gasvormige toestand, onder de curve is het in vloeibare toestand.

Fig. 1.16: Dampdruk-curve voor R 134

34

2 Componenten van de koudekringIn dit deel leggen we de werking van de verschillende componenten die gebruikt worden in het aircosysteem uit.

2.1 De compressorDoel Plaats in de installatie Plaats in het voertuig Welke kring Rondpompen van het koudemiddel Comprimeren van het gasvormige koudemiddel.

Tussen het hoge - en het lagedruk gedeelte Geplaatst tegen - en aangedreven door de motor Kring met capillair en kring met expansieventiel

De huidige compressoren die in klimaatsbeheersingsinstallaties in wagens gebruikt worden zijn compact en licht. Dit komt doordat de behuizing en de andere delen in aluminium vervaardigd zijn. Dit maakt het ook mogelijk ze in kleine ruimtes te monteren. De compressor is opgebouwd uit volgende onderdelen: Een compressorhuis dat uit verschillende delen is opgebouwd en dat van montagepunten voorzien is. Een compressorkamer. Zelfstandig werkende kleppen. Aansluitstukken om het koudemiddel aan te sluiten. Een magneetkoppeling die bestaat uit een koppeling en een riemschijf.

2.1.1 Aansluiting koudemiddel

Fig. 2.1: Aansluitingen koudemiddel

35

Om het verkeerd aansluiten van koudemiddelleidingen aan de compressor te vermijden zijn de twee aansluitingen met S (Suction, zuiging) en D (Discharge, uitgang) aangeduid. Soms is er ook een verschil in diameter maar dit is niet altijd zo. Dit hangt af van de producent.

2.1.2 Soorten compressoren

In de autotechniek worden voornamelijk twee typen compressoren gebruikt: zuigercompressoren en rolplatencompressoren. Er is ook nog een derde soort de schotten of vanencompressor, maar deze wordt niet vaak gebruikt. De rolplatencompressor komt steeds meer voor.

2.1.2.1 Zuigercompressor

De zuigercompressor werkt volgens hetzelfde principe als een zuigermotor. Men werkt met zuigers die een op en neergaande beweging maken in een cilinder en daardoor een volume vergroten en verkleinen. De in en uitlaatkleppen regelen de gasstroom. Als de zuiger naar beneden gaat ontstaat er een onderdruk waardoor de inlaatkleppen naar de zuiger worden gezogen. Hierdoor gaat de linkse inlaatklep open en de rechtse toe. Er kan koudemiddel die onder lage druk is in de cilinder komen en niet meer ontsnappen. Wanneer de zuiger terug naar boven gaat wordt de linkse inlaatklep gesloten en gaat de rechtse open. Dit gebeurt doordat het koudemiddel onder druk komt en genoeg kracht kan uitoefenen. Het koudemiddel wordt gecomprimeerd.

Fig. 2.2: Principe zuigercompressor

36

De zuigers van zuigercompressoren kunnen in lijn, axiaal, in V of radiaal opgesteld zijn.

Fig. 2.3: V- opstelling

Fig. 2.4: Radiaal opstelling

In voertuigen vindt je meestal axiale zuigercompressoren die enkelwerkend of dubbelwerkend zijn.

2.1.2.1.1 Axiale zuigercompressor

De axiale zuigercompressor wordt ook kantelschijfcompressor genoemd. Hij heeft meerdere zuigers om de vibraties op te vangen die door de drukimpulsen worden veroorzaakt. De drukimpulsen worden veroorzaakt door de cyclisch omkerende beweging van zuigers en zuigerstangen.

2.1.2.1.1.1 Enkelwerkende axiale zuigercompressor

De axiale beweging van de zuiger en de zuigerstang wordt gerealiseerd door een kantelschijf die met de aandrijfas van de compressor verbonden wordt.

Fig. 2.5: principe enkelwerkende axiale zuigercompressor

37

De heen en weer gaande beweging van de zuiger wordt verwezenlijkt door de compressoras. Deze wordt aan de hand van een riemoverbrenging aangedreven door de motor van de auto. Om de roterende beweging om te zetten wordt een tuimelschijf gebruikt. Hieronder vindt je een figuur van een enkelwerkend axiale zuigercompressor.

Fig. 2.6: enkelwerkende axiale zuigercompressor

De tandschijf houdt de tuimelschijf op zijn plaats. Een tuimelschijf is een constructie die een roterende beweging omzet in een heen en weer gaande beweging, of omgekeerd. In ons geval wordt het eerste gedaan. De tuimelschijf zorgt ervoor dat de zuigers een geen en weer gaande beweging maken. De glijschoen is het onderdeel waarmee de zuigers met de kantelschijf verbonden worden.

2.1.2.1.1.2 Dubbelwerkende axiale zuigercompressor

Een dubbelwerkende axiale zuigercompressor werkt volgens hetzelfde principe als de enkelwerkende. Aan weerzijde van de tuimelschijf bevindt zich nu een zuiger. Als de ene koudemiddel aanzuigt is de andere bezig koudemiddel aan het comprimeren. Ze is dus dubbelwerkend zoals de naam aangeeft. De kantelschijf drijft de heen - en weerbeweging van de zuigers aan. Daartussen bevinden zich alleen nog de glijschoenen.

38

Fig. 2.7: principe dubbelwerkende axiale zuigercompressor

Hieronder vindt je een figuur van een dubbelwerkende axiale zuigercompressor.

Fig. 2.8: dubbelwerkende axiale zuigercompressor

2.1.2.2 Schotten - of vanencompressor

De schotten of vanencompressor bestaat in verschillende uitvoeringen. Het verschil situeert zich in het aantal schotten dat gebruikt wordt. Een schottencompressor bestaat uit een rotor met verschillende schotten en een speciaal gevormde behuizing. Wanneer de compressoras draait dan vormen de schotten en de behuizing kamers. Het koudemiddel wordt aangezogen door de aanzuigpoort in deze kamer. De uitlaatpoort bevindt zich waar de kamer het kleinst is.

39

Fig. 2.9: principe schottencompressor

Hetzelfde gebeurt er aan de onderkant op deze figuur. Zo zijn er twee delen die comprimeren.

Fig. 2.10: schottencompressor

De vanen of schotten worden door de middelpuntvliegende kracht tegen de behuizing gedrukt. Deze kracht zorgt er samen met de smeerolie voor dat er een goede afdichting ontstaat. Aangezien de correcte werking van de compressor op een goede smering berust, is het van groot belang deze compressor tegen koudemiddelverliezen te beveiligen.

40

2.1.2.3 Rolplaten of spiraalcompressor

Nog een type compressor die in de autotechniek gebruikt wordt is de rolplaten of spiraalcompressor. Deze compressor heeft twee vlakke spiralen, waarvan er n vast is en er n excentrisch beweegt. Wanneer de aandrijfas draait wordt de bewegende spiraal tegen de vaste spiraal aangedrukt van de buitenkant naar het midden toe. Deze beweging veroorzaakt een drukverhoging naar het midden toe. Het koudemiddel onder hoge druk wordt door een hogedrukpoort in het middenpunt van de spiralen uit de compressor geperst. Aangezien de beweging altijd gelijkmatig is wordt pulsatie vermeden.

Fig. 2.11: rolplatencompressor

Kenmerken voor deze compressor is dat ze zacht opstarten en trilvrij draaien dankzij de kleinere wrijving.

Fig. 2.12: spiraalcompressor

41

Het contragewicht is nodig want er zal altijd een kracht zijn die, volgens figuur 2.11, de compressor naar rechts duwt. Dit is de kant waar het koudemiddel gecomprimeert wordt. Het contragewicht zorgt ervoor dat de compressor in balans blijft.

2.1.3 Compressor met variabele opbrengst

Een bijzondere uitvoering van de compressor is het type met variabele opbrengst. Alle hierboven genoemde compressoren kunnen zowel als vaste of variabele opbrengst leveren. In dit deel wordt besproken welke aanpassingen er moeten gebeuren om een compressor met variabele opbrengst te verkrijgen.

2.1.3.1 Voordelen

In vergelijking met de compressoren met een vaste cilinderinhoud bezitten de toestellen met een variabele cilinderinhoud de volgende voordelen.

Een ononderbroken werking: Het permanent in en uitschakelen van de compressorkoppeling valt weg en de hieruit voortkomende motorbelastingen verdwijnen. In kritische situaties, bijvoorbeeld een plotselinge vermogensopname van de compressor, ontstaat geen bruuske daling van het motorvermogen.

Betere prestaties van de klimaatbeheersing: Er zijn geen temperatuurschommelingen in de behandelde lucht en de lucht wordt beter gedroogd, vooral bij lage omgevingstemperaturen.

Brandstofbesparing: Het brandstofverbruik daalt door een meer stabielere werking. Met een verhoogt rendement tot gevolg. Hierdoor vermindert bijgevolg ook het opgenomen vermogen.

42

2.1.3.2 Zuigercompressor met variabele opbrengst

Bij een zuigercompressor met variabele opbrengst wordt de hoek van de tuimelschijf veranderd. Daardoor verandert ook de slag van de zuigers en bijgevolg de cilinderinhoud. De hoekverandering wordt geregeld door het verschil tussen de zuigdruk en de carterdruk. Als de hoek van de tuimelschijf groter wordt, stijgt het debiet. Als de hoek kleiner wordt, daalt het debiet. Als er minder koudemiddel door het systeem stroomt, zal de lucht minder gekoeld worden.

Wanneer de koelcapaciteit van de verdamper afneemt stijgt de zuigdruk. Dit komt omdat er dan weinig vloeibare koudemiddel zich in de verdamper bevindt. Het verdampt zeer snel waardoor de oververhitting groter wordt. Hierdoor stijgt de druk van het koudemiddel. Dit heeft als gevolg dat de zuigdruk stijgt.

Fig. 2.13: Regelaar bij te weinig koelcapaciteit

43

Expansiebalg 1 en 2 worden samengeperst door het koudemiddel. Expansiebalg 1 door koudemiddel onder lage druk en expansiebalg 2 door koudemiddel onder hoge druk. De druk aan de lage druk kant is nu relatief groot waardoor deze groot genoeg is om de regelklep te openen. Hierdoor daalt de druk in het carter. Het koudemiddel onder hoge druk gaat terug naar de lage drukkant om opnieuw gecomprimeerd te worden. De druk in het carter zakt dus waardoor de druk op de achterkant van de zuiger en de kantelschijf daalt. Hierdoor duwt het koudemiddel dat de zuiger binnen gaat en de veren van de tuimelschijf harder terug. Door dit zal de hoek van de kantelschijf groter worden waardoor de slag van de zuiger vergroot. Het gevolg hiervan is dat er meer koudemiddel gecomprimeerd wordt waardoor de koelcapaciteit verhoogd.

Wanneer de koelcapaciteit van de verdamper toeneemt, daalt de zuigerdruk. Dit komt omdat er veel vloeibare koudemiddel in de verdamper aanwezig is. Het duurt dan ook langer eer er genoeg lucht gepasseerd is om het vloeibare koudemiddel om te zetten in gas. Hierdoor daalt de oververhitting. Bijgevolg daalt dan ook de druk van het gasvormige koudemiddel. Dit geeft als gevolg dat de zuigdruk daalt.

Fig. 2.14: Regelaar bij teveel koelcapaciteit

44

De regelaar werkt op een identieke manier als er te weinig koelcapaciteit is. Het verschil zit hem dat de druk van het koudemiddel niet groot genoeg is om de regelklep te openen. Hierdoor stijgt de druk van het koudemiddel in het carter. De druk op de kantelschijf en de achterkant van de zuiger is groter. Hierdoor zal de hoek van de kantelschijf verkleinen omdat de veer en het lage druk koudemiddel niet genoeg kunnen terug duwen. De hoek van de kantelschijf is dus verkleind waardoor de slag van de zuigers kleiner wordt. Hierdoor wordt er minder koudemiddel gecomprimeerd en zal dus de koelcapaciteit verkleinen.

Fig. 2.15: axiale zuigercompressor met variabele opbrengst

Hierboven zie je een axiale zuigercompressor met variabele opbrengst. Hij wordt aangedreven met een riem. Deze riem ligt over de poelie om zo de compressor aan te drijven. De aandrijving wordt benvloed door de magneetkoppeling. De magneetkoppeling verbindt de poelie met de compressoras.

45

2.1.3.3 Schotten en rolplatencompressor met variabele opbrengst

Zowel bij de schottencompressor als de rolplatencompressor wordt de druk via de aanzuigzijde van de compressor geregeld. Bij deze compressoren wordt de hoeveelheid koudemiddel die door de compressor wordt aangezogen geregeld via een drukklep. Die drukklep laat een bepaalde hoeveelheid koudemiddel vloeien, zodat de druk in de aanzuigleiding op een bepaald niveau blijft.

2.1.4 Aandrijving

In dit deel wordt de aandrijving van de compressor besproken. Het vermogen van de compressor wordt geleverd door de motor van de wagen.

2.1.4.1 Elektromagnetisch bediende koppeling

De compressor wordt aangedreven door de motor van de wagen. Om het vermogen over te brengen wordt gebruik gemaakt van een V riem. Er wordt een V - riem gebruikt om de slip tot een minimum te beperken.

Fig. 2.16: een V riem

De verbinding tussen de compressorpoelie en - as wordt gemaakt door een elektromagnetische koppeling. Hierdoor kan men de compressor in- en uitschakelen naar gelang het gewenste koelvermogen.

46

Fig. 2.17: magneetkoppeling

De koppeling wordt tegen de veerkracht in aangetrokken door de elektromagneet. Bij ingeschakelde klimaatregeling wordt de cyclus van de compressor aangestuurd door: De ijsbeveiliger Beveiligingscontacten (lage en hoge druk) Of door andere in het concept voorziene controle en instelsystemen.

2.1.4.2 Thermostatische veiligheid schakelaar

Sommige compressoren hebben een thermostatische schakelaar. Deze wordt in het algemeen in de kring van de elektromagnetische koppeling geplaatst. Hij opent en sluit bij bepaalde temperaturen. Deze vermijdt dat de compressor blijft verderdraaien bij een te hoge werktemperatuur. Als de compressor vastloopt, stijgt de temperatuur in de compressor. Dit komt omdat het opgenomen vermogen wordt omgezet in warmte.

47

2.2 SmeerolieDoel Plaats in installatie Smeren van bewegende componenten van de compressor. Grotendeels in de compressor maar circuleert ook mee met het koudemiddel Plaats in het voertuig Welke kring In de klimaatbeheersinginstallatie Kring met capillair en kring met expansieventiel

Er worden hoge eisen gesteld aan de olie die zich bevindt in een autoairco. Zo moet de viscositeit in een temperatuurbereik van 100C tot ver beneden het vriespunt binnen bepaalde toleranties blijven. Tevens mag de olie niet met het koudemiddel reageren en mag ze de rubber afdichtingen niet aantasten.

Fig. 2.18: Bij benadering de verdeling van hoeveelheid olie in het aircocircuit

De smeerolie vermengt zich met het koudemiddel. Hierdoor verspreidt de olie zich door de volledige installatie. Maar de grootste hoeveelheid olie bevindt zich in de compressor. De olie smeert niet alleen de draaiende delen maar zorgt ook voor koeling en afdichting. Iedere type koelmiddel heeft een ander voorgeschreven oliesoort. Zo onderscheiden we:

Minerale olie: deze werd vroeger gebruikt in klimaatregelsystemen met R12 Synthetische PAG-Olie (poly-alkyleen-glycol): wordt gebruikt bij R134a

48

Als de olie teveel in contact komt met lucht zal deze vocht opnemen. Vooral de PAG-olie zal dit doen. De door olie opgenomen vochtigheid heeft een nefaste invloed op de werking van de klimaatbeheersing. Het grootste probleem is dat water niet samendrukbaar is, waardoor de compressor zal breken. Water veroorzaakt ook oxidatie. Dit kan leiden tot het vastlopen van de compressor en van het expansieventiel. Een ander probleem is dat het water kan bevriezen waardoor de leidingen kan breken.

Fig. 2.19: Vochtopname

Het is van groot belang dat er voldoende olie aanwezig is in de compressor. Een veiligheidsmechanisme zal de compressor doen stoppen met werken als de druk van het koudemiddel in het klimaatbeheersingsysteem te laag wordt.

49

2.3 CondensorDoel Plaats in installatie Plaats in het voertuig Welke kring omzetten van gasvormig koudemiddel in vloeibaar koudemiddel. In het hoogdrukgedeelte na de compressor Voor de radiator Kring met capillair en kring met expansieventiel

Het gasvormige koudemiddel van de compressor komt onder hoge druk de condensor binnen. Die druk varieert in normale omstandigheden tussen de 10 tot 20 bar. De temperatuur bedraagt dan 40 tot 70 C. In de condensor wordt het warme gasvormige koudemiddel door een luchtstroom afgekoeld. Zodat het koudemiddel van een gasvormige toestand over gaat in een vloeibare toestand. Het koudemiddel condenseert. De condensor bevindt zich voor de radiator van het motorkoelsysteem. Door de rijwind en de werking van de motorventilator staat de condensor aan een groot luchtvolume bloot. De warmte van het koudemiddel wordt afgegeven aan de lucht. Vaak is er zelfs nog een extra ventilator gemonteerd om ook bij lage snelheden een voldoende grote hoeveel lucht voorbij de condensor te laten vloeien. De warme lucht verlaat de wagen dan terug.

Er bestaan verschillende soorten condensortypen: tube/fine, serpentine, parallel-flow Maar meestal bestaat hij uit een lange gebogen buis van aluminium, waar het hete koudemiddel in gasvorm doorheen vloeit. Aan die buis zijn lamellen bevestigd om een zo groot mogelijk oppervlakte te verkrijgen waardoor een goede warmteoverdracht aan de voorbij stromende lucht wordt verkregen.

Fig. 2.20: condensor (tube/fin type)

50

2.4 VerdamperDoel Plaats in installatie Plaats in het voertuig Welke kring Omzetten van vloeibaar koudemiddel in gasvormig koudemiddel. In het lagedrukgedeelte voor de compressor Bij het interieur dicht bij de luchtverwarming Kring met capillair en kring met expansieventiel

Net als de condensor bestaat ook de verdamper uit een buizenstelsel en lamellen. De taak van de verdamper is om het koudemiddel te laten verdampen. Om te verdampen ontrekt het koudemiddel de nodige warmte aan de lucht die tussen de lamellen van de verdamper stroomt. Hierdoor wordt deze lucht afgekoeld. Deze gekoelde lucht wordt dan in het interieur geblazen. Via de ontspanner wordt vloeibaar koudemiddel in de verdamper gebracht. De verdamper bevindt zich in het verdamperhuis. Bij een werkende airco ligt de temperatuur van de verdamper net boven het vriespunt. Door de afkoeling van de lucht die tussen de verdamper stroomt condenseert de waterdamp. Dit heeft als nuttig bijeffect dat het condenswater stofdeeltjes en stuifmeelkorrels bindt. Dit condenswater wordt door een leiding die door het schutbord loopt afgevoerd. Wanneer de airco op vol bedrijf is kan er wel een tweetal liter water per uur uit de lucht worden gehaald. Met een juiste temperatuurregeling vermijd je dat het condenswater aan de verdamper bevriest, waardoor de luchtdoorlaat kan verminderen. Een plas water onder de wagen met een draaiende airconditioning wijst dus niet dat deze lekt. Maar in tegendeel dat deze goed werkt. Wanneer het water niet kan wegvloeien resulteert dit in: het beslaan van de ruiten een onaangename reuk in de auto waterinsijpeling in het voertuiginterieur

Als deze verschijnselen optreden controleer je best de afvoerslang.

Fig. 2.21: Verdamper

51

2.5 Ontspanner via een capillairDoel Plaats in installatie Plaats in het voertuig Welke kring Doseren en verlagen van de druk van het koudemiddel Voor de verdamper In de leiding (0,3 m voor de verdamper) Kring met capillair

Wanneer het koudemiddel gecondenseerd is moet men eerst de druk verlagen voor dat men het kan verdampen. Het capillair ook wel smoorpijpje genoemd zorgt voor die drukdaling.

Het capillair regelt de hoeveelheid koudemiddel die in de verdamper wordt binnengelaten. Omdat het capillair dikwijls in de leiding wordt geplaatst kun je dit component van buitenaf niet gemakkelijk zien of herkenen. Wel kun je gemakkelijk het temperatuursverschil voelen in de leiding waar het capillair zit. Voor het capillair is de leiding redelijk warm, achter het capillair ijskoud. Na het uitschakelen van de klimaatbeheersing is er bovendien vaak nog een stroming van koudemiddel langs het capillair tot de druk overal gelijk is. Dit kun je horen, het lijkt dan alsof de airco lekt.

Fig. 2.22: Capillair

1.Inlaat, hogedrukzijde; 2.Gaasfilter; 3. Gekalibreerde opening; 4. O-ring; 5. Uitlaat, lagedrukzijde;

Om de installatie goed te doen werken moet de diameter en de lengte van de gekalibreerde opening correct zijn. Dit is heel belangrijk. De verschillende diameters worden aangeduid via een ander kleur van het capillair.

52

Na de gekalibreerde opening die een vernauwing is ontstaat er een grote drukdaling waardoor het kookpunt van het koudemiddel heel sterk gaat dalen. Hierdoor kan het koudemiddel gemakkelijk verdampen in de verdamper. Als het koudemiddel een te hoge temperatuur heeft zal ze na de ontspanner spontaan beginnen koken. De vereiste warmte om het koudemiddel te laten koken wordt aan de vloeistof zelf onttrokken: Er ontstaat een flash-gas.

53

2.6 AccumulatorDoel - Zorgen dat de compressor alleen gasvormig koudemiddel aangevoerd krijgt (alleen capillaire systemen) - Verwijderen van vocht - Filteren van het koudemiddel Plaats in installatie Plaats in het voertuig Welke kring In het lagedrukgedeelte voor de compressor Op een warme plaats in de motorruimte Kring met capillair

Omdat er door het capillair meestal meer koudemiddel vloeit dan de verdamper kan verdampen bestaat de kans dat er vloeibaar koudemiddel in de compressor terecht komt. Omdat te voorkomen wordt er een accumulator tussen de verdamper en de compressor geplaatst. De accumulator of dampreservoir is een voorraadtank waar het koudemiddel in belandt. De druppels koudemiddel belanden er op de bodem terwijl de gasvormige deeltjes blijven zweven. Deze deeltjes worden door de compressor aangezogen. Door een volumevergroting en de zuigkracht van de compressor kan het laatste vloeibare koudemiddel verdampen. In de accumulator bevindt zich een absorptie-element en een filter. De bedoeling daarvan is allerlei vuil- en waterdeeltjes op te nemen en vast te houden. Het absorptie-element kan met vocht verzadigd geraken.

1 aansluiting lagedrukschakelaar 2 aansluiting naar compressor 3 inlaat vanaf verdamper 4 kunststofkap 5 U-buis 6 gaasfilter 7 compressorolie 8 droogelementFig. 2.23: Accumulator

54

2.7 ExpansieventielDoel Plaats in installatie Plaats in het voertuig Welke kring Verlagen van de druk en de debietregeling van het koudemiddel. Tussen het hogedruk- en het lagedrukgedeelte voor de verdamper Tegen de verdamper Kring met expansieventiel

Het expansieventiel regelt het debiet van het koudemiddel volgens de vraag van de installatie. Een expansieventiel verlaagt de druk op het koudemiddel in sterke mate en bijgevolg ook de temperatuur. Het zorgt voor een continue regeling van de koudemiddelstroom naar de verdamper, zodat de gewenste hoeveelheid koudemiddel in de verdamper aanwezig is.

Fig. 2.24: Expansieventiel

De expansieklep wordt thermisch gestuurd. Er bevindt zich een regeleenheid met thermokop en kogelklep op de expansieklep. In de thermokop zit aan n kant van het membraam een speciaal gas. De andere kant is via boringen voor drukcompensatie verbonden met de verdamperuitgang (lagedruk). De kogelkop wordt bediend door middel van een stoterstang. De temperatuur aan de lage drukzijde bepaalt de druk van het speciale gas en daarmee de hoeveelheid koelmedium die het ventiel doorlaat. 55

Opmerking: De expansieklep is altijd voorzien van een warmtewerende isolatie. Het ontbreken van warmtewerende isolatie bij de klep heeft een verandering van de ingestelde regelkarakteristiek tot gevolg.

2.7.1 Regelwerking

Door verhoging van de koelbelasting ontstaat er een hogere temperatuur bij de uitgang van de verdamper en daardoor een toename van de druk van de gasvulling in de thermokop

Fig. 2.25: Toenemende druk in de thermokop

Via het membraam en de stoterstang wordt de doorsnede van de kogelklep vergroot. Het koelmedium stroomt naar de verdamper en krijgt bij de overgang van hoge druk naar lage druk een lagere temperatuur.

Fig. 2.26: Stoterstang wordt omlaag gedrukt

56

Als de temperatuur van het koelmedium bij de uitgang van de verdamper daalt, neemt de druk in de thermokop af.

Fig. 2.27: Dalende druk in de thermokop

De doorsnede van de kogelklep wordt weer verkleind en daarmee de naar de verdamper stromende hoeveelheid koelmedium.

Fig. 2.28: De stoterstang wordt omhoog gedrukt

De verhouding van de klepopening is afhankelijk van de temperatuur aan de uitgang van de verdamper (lage druk). De drukcompensatie wordt geregeld.

57

2.8 Filter-drogerDoel - Filteren en drogen van het koudemiddel - Optreden als voorraadvat (alleen bij expansieventiel) - Toevoegen van olie Plaats in installatie Plaats in het voertuig Welke kring In het hogedruk gedeelte net na de condensor. Meestal bij de condensor. Kring met expansieventiel

Bij gebruik van een expansieventiel is een accumulator overbodig. Omdat het koudemiddel aan het einde van de verdamper toch verdampt is. In de plaats daarvan gebruikt men een filter-droger. De filter-droger bevindt zich in het vloeistof gedeelte van de kring en heeft verschillende taken: Optreden als voorraadvat voor het koudemiddel Ontrekken van eventueel aanwezig vocht aan het koudemiddel Filtreren van het koudemiddel Ervoor zorgen dat het expansieventiel enkel vloeibaar koudemiddel aanzuigt.

Fig. 2.29: Filter-droger

58

De filter-droger kan samen met de condensor tot een geheel samengevoegd zijn. Deze constructiewijze biedt enkele voordelen:

-

Minder dure constructie Minder aansluitingen Minder leidingen Minder plaatsinname En betere condensatie

De levensduur van een filter-droger bedraagt twee jaar. Het hygroscopische materiaal is na twee jaar verzadigd. Dit materiaal kan zon zes tot twaalf gram vocht opnemen. Wanneer het hygroscopische materiaal zijn maximale opslagcapaciteit bereikt komt het overige vocht in het systeem en leidt tot ijsvorming in het expansieventiel en de verdamper. Daarbij lost het hygroscopische materiaal op door het teveel aan vocht en wordt het dan door het koudemiddel meegevoerd. De vuildeeltjes verdelen zich in het systeem en veroorzaken net als ijsvorming een vermindering van de koelcapaciteit of schade aan de compressor en andere onderdelen.

59

2.9 Leidingen, slangen, verbindingen en demperDoel Plaats in de installatie Plaats in het voertuig Welke kring Transporteren van het koudemiddel. Volledige klimaatsbeheersingsinstallatie. Afhankelijk van het voertuigmerk en type. Kring met capillair en kring met expansieventiel

De leidingen worden gemaakt van staal, koper of aluminium. In tegenstelling tot slangen zijn leidingen niet flexibel. Maar ze zijn wel minder lekgevoelig dan slangen. Slangen zijn vervaardigd van stoffen zoals neopreen of nylon. Bij veroudering treedt meer lekkage op bij slangen.

Neopreen is een soort synthetische rubber. Het wordt verkregen door de polymerisatie van chloropreen. Polymerisatie is het samenvoegen van kleine moleculen, monomeren, tot n macromolecule.

Fig. 2.30: Polymeren

De leidingen, slangen en bindingen zijn special ontworpen om koelmiddel optimaal te transporteren. Bijgevolg bestaan er 2 grote soorten. Een soort die ontworpen is voor R12 en een soort voor R134a. Maar in punt 1.5 heb je gelezen dat het koelmiddel R12 niet meer gebruikt mag worden. Dit is de reden waarom we het vooral over de leidingen, slangen en bindingen voor R134a zullen hebben.

60

Het grootste probleem bij rubberen slangen is dat er altijd wat koudemiddel zal ontsnappen zoals ook uit autobanden altijd wat lucht zal ontsnappen. De slangen gebruikt voor R134a zullen een extra nylonlaag krijgen omdat de moleculen van het koudemiddel R134a kleiner zijn dan de moleculen van R12. Dit is nodig om er zeker van te zijn dat er geen koudemiddel zal ontsnappen.

Fig. 2.31: Slang R134a

Omdat het volume dat een bepaalde massa koudemiddel in gasvormige toestand inneemt groter is dan diezelfde massa in vloeibare toestand, hebben gasleidingen een grotere diameter dan vloeistofleidingen.

Verbindingen bestaan in allerlei uitvoeringen die je globaal kunt onderverdelen in krimpverbindingen en schroefverbindingen. Dankzij het kleinere risico op lekken worden de meeste leidingen tegenwoordig vastgeschroefd met een o-ringtje ertussen.

Wanneer de slang over de buis (6) is aangesloten, moet je aansluitingsdeel (1) met een speciale tang samendrukken zodat een goede verbinding ontstaat.

Fig. 2.32: Krimpverbinding voor een slang

61

Tegenwoordig worden ook zogenaamde snelkoppelingen toegepast. Daarbij moet je de beide delen alleen nog in elkaar schuiven. Maar om ze later terug te demonteren heb je speciaal gereedschap nodig.

Fig. 2.33: Snelkoppeling

De vulaansluitingen (serviceventielen) van een R12-installatie en een R134a-installatie verschillen van elkaar. De bedoeling daarvan is dat je de installatie niet met het verkeerde koudemiddel kunt vullen. Bij een R134a-installatie hebben ook de ventielen van de lage druk- en hoge drukzijde een verschillende diameter. Het lage drukventiel is kleiner dan het hoge drukventiel.

Fig. 2.34: Serviceventielen R134a, hoge druk en lage druk

Soms tref je bij een klimaatregeling een demper aan. Dit is een metalen reservoir dat bij de zuig- of de persaansluiting van de compressor is gemonteerd. De demper dempt de drukimpulsen van de compressor. Die worden veroorzaakt door de pompbeweging van de compressor (trillingen).

Fig. 2.35: Demper

62

3 Regeling van het systeemIn dit deel zullen we het hebben over de bediening van de klimaatbeheersing. We zullen dit bespreken voor manuele en automatische systemen. Ten slotte zullen we ook de actuatoren, de bedieningselementen bespreken.

3.1 De manuele bedieningDit koelsysteem laat de gebruiker toe om de inwerkstelling van de compressor te vragen zodat de airco begint te werken. Dit gebeurt door een eenvoudige druk op een daartoe bestemde knop. De regeling van de temperatuur, het luchtdebiet en van de luchtverdeling gebeurt manueel door de gebruiker. Een voorbeeld van een bedieningspaneel vind je in de bijlage bij punt C

Hoe wordt er geregeld?

Registreren van de momentele waarden, dit is het meten van temperaturen. Vergelijken van nominale met de momentele waarde. Dit betekent dat de bestuurder een persoonlijke keuze maakt. Hij beoordeelt welke temperatuur hij behaaglijk vindt en wanneer hij het te warm of te koud heeft.

Vanuit deze beoordeling neemt de bestuurder de beslissing:

Er moet bijgeregeld worden. Wat moet er worden bijgeregeld en voert deze regeling met de hand uit. Hoeveel moet er worden bijgeregeld en voert deze handeling uit.

63

Fig. 3.1: Overzicht van de componenten bij de manuele regeling

3.2 Automatische regelingAircos met automatische regeling verlossen de bestuurder van de taken bij de manuele regeling. Het voordeel is dat zij aanzienlijk meer parameters bij de regeling kunnen betrekken en dat zij de gevolgen van hun instelling voor het klimaat in de auto van tevoren kunnen berekenen.

De geautomatiseerde aircosystemen zijn voorzien met een Liquid Crystal Display (LCD, Engels voor vloeibaar-kristalscherm) waarop de data verschijnt die betrekking heeft op de bediening van de toetsen en op de werking of verstoorde werking van het systeem. Naast de bedienings - en informatie elementen zijn de bedieningspanelen uitgerust met een interieur - temperatuursensor en diverse elektronische kaarten.

Elektronische aircoregelsystemen staan bekend onder verschillende namen: digitale temperatuurregeling Climatronic Airco met automatische regeling,

64

Zij hebben alle volgende onderdelen gemeen:

-

een regelapparaat n of twee temperatuursvoeler(s) voor de buitentemperatuur een temperatuursvoeler voor de binnentemperatuur extra sensoren (niet bij elk systeem), bv voor correctie bij invallend zonlicht.

-

Stelmotoren in het verwarmings-/aircosysteem

Fig. 3.2: Overzicht sensoren bij automatische regeling

Een overzicht van al de onderdelen van het bedieningspaneel van een automatische klimaatbeheersing in de wagen kan je vinden in de bijlage bij punt D.

3.2.1 Werking v/h geautomatiseerd proces

Uitgaande van de informatie en de aanwijzingen die de gebruiker intoetst stuurt het geautomatiseerde proces de werking van het systeem om een stabiel comfort te realiseren. Ongeacht de klimatologische omstandigheden en de omstandigheden waarin de auto gebruikt wordt. Deze sturing volgt de regels van een programma dat in de elektronische regeleenheid van het systeem is gentegreerd. Het programma is door de fabrikant zodanig uitgevoerd dat het beantwoordt aan zijn eigen concept om het comfort te vrijwaren en aan de omstandigheden die gelden in de auto waarin het systeem wordt toegepast.

65

Bij het starten van de motor geeft de gebruiker aan welk comfort niveau hij wenst. Daarna start het geautomatiseerde proces. Vervolgens hoeft de gebruiker nog slechts in te grijpen om de luchtverdeling te wijzigen of om de luchtrecirculatie in of uit te schakelen, afhankelijk van het gewenste comfort.

De automatisch geregelde koeling werkt in op de volgende elementen:

Het luchtdebiet. De temperatuur van het interieur. De luchtverdeling in de passagiersruimte. De luchtrecyclage.

De gewenste temperatuur wordt verkregen door koude lucht te vermengen met warme lucht. Dit gebeurt door de passende positionering van de mengklep die gestuurd wordt door een stappenmotor.

De verwarming wordt verzorgd door de warmtewisselaar van het motorkoelingcircuit. De koude wordt geproduceerd door een klassiek koelsysteem via een verdamper. Het luchtdebiet komt tot stand door een gelijkstroommotor (luchtblazer). De verdeling en de aanvoer van lucht worden geregeld door kleppen die worden gestuurd door stappenmotoren.

66

Fig. 3.3: Principeschema

A: Koudeluchtkring B: Warmeluchtkring 20: Ontspanner 21: Verdamper van airconditioning 22: Condensor 23: Koelcompressor 24: Extra elektrische verwarming 25: Motor 26: Warmtewisselaar 27: Extra brander* 28: Verdeling van de lucht in de passagiersruimte 29: Luchtmengklep 8080: conditoningprocessor (*): Bij bepaalde types van wagens

67

3.2.2 Het systeem

De centrale wordt gevormd door een digitaal regelapparaat. Dit past alle ingangssignalen afkomstig van de sensoren (informatieverschaffers) aan, ontstoort ze en voert ze toe aan de microcomputer in het regelapparaat. De microcomputer berekent de uitgangsignalen in overeenstemming met met de voorgeprogrammeerde nominale waarden. Via het regelapparaat worden de uitgangssignalen toegevoerd aan de actuatoren. De actuatoren zijn stelmotoren in het klimaatbeheersingsysteem. Voor alle kleppen zijn stelmotoren aanwezig. Aircos van de nieuwste generatie zijn direct of via de CAN-databus verbonden met andere regelapparaten van de auto. Het regelapparaat is gecombineerd met het bedieningspaneel die meestal een display heeft. Dit bedieningspaneel is aangepast aan het design van de betreffende auto. Het regelapparaat is ook voorzien van een storingsgeheugen. Bij het uitvallen van een onderdeel of een defect kan via de zelfdiagnose dit snel worden vastgesteld. Bij alle storingen kan het regelapparaat de ingestelde werkwijze met behulp van een noodprogramma in stand houden.

Fig. 3.4: Regelapparaat

In de bijlage bij punt E vindt je een systeemoverzicht van alle sensoren, regeleenheid en actuatoren die gebruikt.

68

3.3 Sensoren en schakelaarsAlle elektronische systemen hebben gemeen dat ze volgens het IVO-principe voor gegevensverwerking werken.

Bij de input gaat het voornamelijk om sensoren die ook als signaalgever, voeler of opnemer aangeduid worden. De verwerking van de elektrische signalen gebeurt in een centrale microcomputer (regeleenheid) die door middel van geprogrammeerde mathematische formules en kenvelden de beslissingen neemt en de actuatoren aanstuurt.

Aan de output-zijde bevinden zich de actuatoren (bedienbare componenten) die de commandos van de regeleenheid omzetten.

Sensoren en actuatoren kunnen afhankelijk van hun functie analoog, binair of digitaal werken. Sensoren worden voornamelijk in de volgende bereiken ingezet: Veiligheid (b.v. ESP, ABS en airbag) Aandrijving (b.v. lambda-sonde, nokkenaspositiesensor en klopsensor) Comfort (b.v. regensensor, airconditioningsensoren)

Sensoren worden afhankelijk van hun functioneren bij het omvormen van niet-elektrische in elektrische signalen onderscheiden in actieve en passieve sensoren. Actieve sensoren zijn voelers die intern versterkende of signaalvormende bouwelementen bevatten en met een spanningsverzorging functioneren. Het sensorsignaal is rechthoekig en wordt gevormd door in de sensor gentegreerde elektronica. Passieve sensoren zijn sensoren die alleen passieve elementen (spoel, weerstand, condensator) bevatten. De signalen worden in de meeste gevallen als analoge spanning uitgegeven. Alle systemen en hun onderdelen bespreken is in dit eindwerk niet mogelijk. Wij hebben ons beperkt tot het bespreken van de sensoren in de volkswagen golf IV.

69

3.3.1 Buitentemperatuursensor

Deze sensor kan gebruikt worden om de DEFROST-functie (ontdooiing) te activeren in geval van een automatisch systeem. De buitentemperatuur moet uit de buurt van de luchtstroom of een warmtebron gemeten worden bijvoorbeeld op de buitenspiegel, spatbord, Het meten van de buitentemperatuur is belangrijk om: Thermische schokken te voorkomen. De ventilatiestrategie aan te passen met het oog op maximaal comfort.

Fig. 3.5: Buitentemperatuursensor

De buitentemperatuursensor bestaat hoofdzakelijk uit een elektrische weerstand. De weerstand heeft een negatieve temperatuurscofficint. De weerstand verlaagt wanneer