Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny

im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu

Wydział Mechaniczny

Instytut Eksploatacji Pojazdów i Maszyn

Budowa samochodów i teoria ruchu

Instrukcja do ćwiczenia

Układy klimatyzacji

– budowa i zasada działania

2

SPIS TREŚCI

1. WSTĘP ....................................................................................................................... 3 2. WYMAGANIA STAWIANE UKŁADOM KLIMATYZACJI ................................ 4 3. PODZIAŁ UKŁADÓW KLIMATYZACJI ............................................................... 6 4. PRZEZNACZENIE I BUDOWA ELEMENTÓW SKŁADOWYCH

UKŁADU KLIMATYZACJI ..................................................................................... 7 4.1. Sprężarka ............................................................................................................................... 9

4.2. Skraplacz i dodatkowy wentylator ........................................................................................ 14

4.3. Filtr osuszacz i zbiornik- odwadniacz .................................................................................. 19

4.4. Zawór rozprężny i dysza dławiąca ....................................................................................... 22

4.5. Parownik .............................................................................................................................. 25

4.6. Przewody, przyłącza, tuleje zaciskowe, tłumiki i zawory serwisowe ................................... 27

4.7. Czynniki chłodnicze i oleje ziębnicze ................................................................................... 31

5. ZASADA DZIAŁANIA UKŁADU KLIMATYZACJI .......................................... 32 5.1. Układ klimatyzacji z zaworem rozprężnym .......................................................................... 32

5.2. Układ klimatyzacji z dyszą dławiącą .................................................................................... 33

6. LITERATURA ......................................................................................................... 35

3

1. WSTĘP

Nowoczesny samochód powinien odznaczać się nie tylko racjonalnym

rozwiązaniem konstrukcyjnym, ale również możliwie najwyższym komfortem

użytkowania. Komfort w miejscu przebywania zależy od wielu czynników, działających na

człowieka. Wśród tych czynników można wymienić:

wygodną pozycję;

oświetlenie;

temperaturę;

hałas, drgania i wibracje;

wilgotność;

łatwy dostęp do otaczających urządzeń.

Kilka z tych czynników decyduje o dobrym samopoczuciu, zdrowiu i sprawności

naszego działania, w tym także podczas kierowania samochodem. W tym celu we wnętrzu

pojazdu powinny być utrzymane odpowiednie parametry otoczenia (temperatura,

wilgotność powietrza itp.), w granicach odpowiadających normalnym warunkom bytowym

człowieka. Stworzenie we wnętrzu pojazdu warunków komfortu dla człowieka służy nie

tylko wygodzie podróżnych, lecz także zwiększa bezpieczeństwo jazdy, gdyż sprawność

fizyczna i psychiczna kierowcy wpływa w sposób zasadniczy na szybkość jego reakcji

i zdolność koncentracji. Komfort w miejscu pracy zdecydowanie spowalnia procesy

zmęczenia, a tym samym poprawia sprawność kierowania samochodem i wydłuża czas

bezpiecznej jazdy.

Do lat trzydziestych w pojazdach samochodowych były stosowane wyłącznie

urządzenia przewietrzające. Następnie wprowadzono urządzenia grzewcze, ułatwiające

użytkowanie pojazdów w okresie zimowym. Wprowadzając te urządzenia zwrócono

szczególną uwagę na zagadnienia uszczelnienia nadwozia oraz izolacji cieplnej

i akustycznej. Urządzenia do obniżania temperatury wnętrza nadwozia i kabiny kierowcy,

często w połączeniu z urządzeniami nawilżającymi i osuszającymi, w szerszym zakresie

zaczęto stosować dopiero po II wojnie światowej. Lata sześćdziesiąte i siedemdziesiąte

ubiegłego stulecia to okres wprowadzenia prostych układów klimatyzacji, czyli

obejmujących jedynie przewietrzanie i ogrzewanie wnętrza [1].

Współczesne układy klimatyzacji wypełniają wiele złożonych funkcji, w tym:

regulację temperatury w nadwoziu (ogrzewanie i chłodzenie);

4

utrzymywanie odpowiedniej wilgotności powietrza;

zapewnienie wentylacji przestrzeni nadwozia i wymiany powietrza;

wywołanie ruchu powietrza, co daje odczucie świeżości i naturalnego otoczenia

klimatycznego.

Wiele samochodowych układów klimatyzacji i ogrzewania jest połączonych

w jeden układ „kontroli atmosfery”, który pozwala na regulację temperatury, wilgotności i

cyrkulacji powietrza przez ochładzanie powietrza w kabinie samochodu, gdy na zewnątrz

jest gorąco, lub ogrzewanie powietrza, gdy na zewnątrz jest zimno.

Zapewnienie komfortu we współczesnych pojazdach osiągane poprzez stosowanie

układów klimatyzacji, prowadzi do poprawy komfortu i bezpieczeństwa jazdy ma jednak

wadę w postaci wzrostu zużycia paliwa, a co za tym idzie wzrostu emisji składników

toksycznych.

2. WYMAGANIA STAWIANE UKŁADOM KLIMATYZACJI

W celu zapewnienia sprawności fizycznej i psychicznej kierowcy oraz stworzenia

komfortu, urządzenia i elementy układu klimatyzacji mają za zadanie wytwarzanie lub

utrzymywanie optymalnych parametrów fizycznych powietrza we wnętrzu nadwozia, czyli

temperatury powietrza, wilgotności powietrza i prędkości jego ruchu. Oprócz tego bardzo

istotny jest skład chemiczny powietrza wprowadzanego do przedziału pasażerskiego [1].

Przeprowadzone badania pokazują, że większość ludzi czuje się komfortowo

w wyjątkowo wąskim zakresie temperatur od 21°C do 27°C. Jeśli wziąć dodatkowo pod

uwagę wilgotność powietrza, ten zakres temperatur staje się jeszcze węższy. Wilgotność

jest miarą ilość wilgoci w powietrzu. Jeśli powietrze wchłonie tyle wilgoci, ile może, to

wilgotność względną ma wartość 100%. Wilgotność zmienia się ze zmianą temperatury,

ponieważ ciepłe powietrze może wchłonąć więcej wilgoci niż chłodne. W praktyce

oznacza to, że komfort jest odczuwany zarówno w temperaturze 27°C i wilgotności

względnej 30%, jak i w temperaturze 21°C i wilgotności względnej 90%.

Układ klimatyzacji ma za zadanie usunąć nadmiar ciepła z wnętrza samochodu

i uczynić warunki w nim panujące bardziej komfortowe. Klimatyzacja raczej usuwa ciepło

niż chłodzi. Układ typowej klimatyzacji powinien być w stanie utrzymać temperaturę

powietrza wewnątrz pojazdu na poziomie od kilku do kilkunastu stopni niższym od

temperatury na zewnątrz pojazdu.

5

Elementy i urządzenia klimatyzacji oraz ogrzewania spełniają następujące

zadania:

wentylację polegającą na odświeżaniu atmosfery wnętrza nadwozia przez

jednoczesne usuwanie zużytego i doprowadzanie czystego powietrza,

ogrzewanie polegające na doprowadzaniu do powietrza określonych, zwykle

regulowanych ilości ciepła, w celu utrzymania wewnątrz nadwozia wymaganej

temperatury, wyższej niż temperatura otoczenia,

chłodzenie polegające na odbieraniu od powietrza określonych zwykle

regulowanych ilości ciepła, w celu utrzymania wewnątrz nadwozia wymaganej

temperatury, niższej niż temperatura otoczenia,

klimatyzację polegającą na utrzymaniu we wnętrzu zamkniętego nadwozia,

odgrodzonego od otoczenia określonych parametrów powietrza (temperatury,

wilgotności, stopnia czystości), oraz prędkości jego krążenia, niezależnie od

szybkości jazdy i zewnętrznych warunków atmosferycznych.

6

3. PODZIAŁ UKŁADÓW KLIMATYZACJI

Układy klimatyzacji współczesnych samochodów osobowych można klasyfikować

ze względu na:

rodzaj zastosowanego urządzenia do obniżenia ciśnienia i temperatury

czynnika chłodniczego oraz regulacji dopływu tego czynnika do parownika,

rodzaj sprężarki stanowiącej źródło ciśnienia czynnika chłodniczego,

zastosowany czynnik chłodniczy,

liczbę stref odbioru ciepła,

sposób sterowania pracą układu klimatyzacji.

Odnosząc się do pierwszego z wymienionych kryteriów podziału układów

klimatyzacji (zastosowanego urządzenia do obniżenia ciśnienia i temperatury czynnika

chłodniczego), układy klimatyzacji dzielą się na:

układy z zaworem rozprężnym,

układy z dyszą dławiącą.

Kryterium drugie to rodzaj sprężarki zastosowanej w układzie klimatyzacji. Ze

względu na zasadę działania można podzielić je na:

tłokowe

z tłokami poruszającymi się prostopadle do osi obrotu wału

z tłokami poruszającymi się równolegle do osi obrotu wału, gdzie tłoki

mogą być pojedynczego lub podwójnego działania

rotacyjne

łopatkowe

spiralne

Kryterium trzecie to rodzaj czynnika, jakim wypełniony jest układ klimatyzacji.

Jeszcze kilka lat temu w samochodowych urządzeniach klimatyzacyjnych powszechnie

stosowano czynnik oznaczony symbolem R12. Został on wycofany z użycia ze względu na

jego wysoką szkodliwość dla warstwy ozonowej.

Obecnie alternatywnym czynnikiem stosowanym w układach klimatyzacji jest

czynnik oznaczany symbolem R134a.

Czwarte kryterium to liczba stref odbioru ciepła.

Pod względem obszaru utrzymania komfortu termicznego w pojeździe układy klimatyzacji

możemy podzielić na jednostrefowe, dwustrefowe i czterostrefowe.

7

Piąte ostatnie kryterium dotyczy sposobu sterowania pracą układu klimatyzacji, co

oznacza, że sterowanie może odbywać się w sposób manualny, bądź automatyczny.

4. PRZEZNACZENIE I BUDOWA ELEMENTÓW SKŁADOWYCH

UKŁADU KLIMATYZACJI

Układ klimatyzacji samochodu osobowego składa się z zespołów:

a) sprężarki,

b) skraplacza,

c) drugiego wentylatora chłodnicy,

d) filtra- osuszacza, (zbiornika- odwadniacza),

e) zaworu rozprężnego, (dyszy dławiącej),

f) parownika,

g) przewodów łączących,

h) zaworów serwisowych i tłumików drgań pulsacyjnych czynnika

chłodniczego, umieszczonych na przewodach,

i) złączy elektrycznych umieszczonych na przewodach:

złącza trzyzakresowego przełącznika (wysokiego ciśnienia, niskiego

ciśnienia, Motronic),

złącza trzystopniowego włącznika drugiego wentylatora chłodnicy,

j) panelu sterowania.

Odpowiednio do przedstawionej kolejności, dokonano prezentacji poszczególnych

zespołów układu klimatyzacji.

8

Rys. 1. Układ klimatyzacji z zaworem rozprężnym: 1 – sprężarka, 2 – skraplacz, 3 – filtr- osuszacz,

4 – zawór rozprężny, 5 – parownik, 6 – przewody, 7 – złącza serwisowe, 8 – tłumiki pulsacji czynnika,

9 – czujniki ciśnienia.

9

Rys. 2. Układ klimatyzacji z dyszą dławiącą: 1 – sprężarka, 2 – skraplacz, 3 – dysza dławiąca, 4 – parownik,

5 – odwadniacz, 7 – wentylator skraplacza, 8 – dmuchawa parownika [3]

4.1. Sprężarka

Sprężarka należy do grupy pomp wyporowych.

Zadaniem sprężarki jest:

a) zasysanie czynnika chłodniczego wraz z olejem ziębniczym od strony

niskiego ciśnienia- przepływ czynnika z zaworu rozprężnego,

b) sprężenie czynnika chłodniczego w celu zwiększenia jego temperatury

i ciśnienia,

c) tłoczenie czynnika chłodniczego.

Efektem zasysania i tłoczenia jest obieg czynnika chłodniczego zmieszanego

z olejem ziębniczym oraz smarowanie sprężarki i zaworu rozprężnego.

Napęd wszystkich sprężarek jest przenoszony z wału korbowego silnika

samochodu za pomocą paska wielorowkowego.

Na przykładzie sprężarki tłokowej osiowej w jej budowie można wyróżnić

10

następujące elementy składowe:

a) korpus (dzielony; trzyczęściowy), jako całość ustalająca wzajemne położenie

elementów składowych sprężarki,

b) zespół ssąco- tłoczący:

c) ułożyskowanie wału,

d) koło pasowe ze sprzęgłem elektromagnetycznym,

e) wychylna tarcza napędzająca tłoki,

f) popychacze tłoczków osadzone przegubowo w tarczy oporowej,

g) tłoczki z pierścieniami uszczelniającymi,

h) blok cylindrów, będący częścią korpusu,

i) tarcza rozrządcza z zaworami płytkowymi,

j) zawór bezpieczeństwa,

k) zawór regulacji wydajności tłoczenia,

l) przyłącza przewodów ssącego i tłoczącego, wykonane w pokrywie tylnej korpusu

i będącej jednocześnie oprawą dla zaworów: bezpieczeństwa i regulacji

wydajności.

Typowym przedstawicielem sprężarek układu klimatyzacji jest model firmy Delphi

Harrison (rys. 3). W sprężarkach tych w odróżnieniu od sprężarek o stałej wydajności, kąt

nachylenia tarczy napędzającej tłoki w stosunku do osi sprężarki, w pewnym zakresie,

może być płynnie zmieniany. W ten sposób skok tłoka i wydajność sprężarki też się

zmieniają (rys.4).

11

Rys. 3. Kompletna sprężarka układu klimatyzacji samochodu osobowego Opel Vectra B 1.8 16V:

a- widok od strony przyłączy przewodów, b)- widok od strony umieszczenia zaworu regulacji wydajności,

A- oznaczenie producenta, rodzaju stosowanego czynnika chłodniczego oraz zaleceń obsługowych:

1- korpus, 2- przyłącze przewodu ssącego, 3- przyłącze przewodu tłoczącego, 4- koło pasowe

z elektrosprzęgłem, 5- złącze elektryczne włączenia napędu sprężarki, 6- zawór napełniania/ spustowy oleju

ziębniczego, 7- uchwyt mocowania sprężarki do silnika samochodu, 8- mocowanie przewodów

ciśnieniowych, 9- zawór regulacji wydajności sprężarki

12

Rys. 4. Przekrój sprężarki o zmiennej wydajności tłoczenia: 1- korpus sprężarki część przednia, 2- wał,

3- wychylna tarcza oporowa, 4- popychacz tłoczka, 5- tłoczek z pierścieniami uszczelniającymi, 6- tarcza

rozrządcza z zaworami płytkowymi, 7- zawór napełniania/ spustowy oleju ziębniczego, 8- kolektor ssący,

9- kolektor tłoczenia,10- przyłącze przewodu ssącego, 11- przyłącze przewodu tłoczącego, 12-śruba

Do regulacji wydajności (zmiany kąta nachylenia tarczy napędzającej służy

sterowany ciśnieniem ssania zawór znajdujący się w głowicy sprężarki (rys. 5).

Zawór jest kalibrowany przez wytwórcę na średnie ciśnienie ssania, przy którym

sprawność urządzenia klimatyzacyjnego jest najwyższa. Nastawy fabrycznej nie wolno

zmieniać.

Skok tłoka jest określony przez kąt nachylenia płyty korbowodowej. Nachylenie

z kolei zależy od siły działającej na tłoki, czyli różnicy ciśnień: nad tłokiem i w skrzyni

korbowej.

13

Rys. 5. Pokrywa tylna sprężarki o zmiennej wydajności, stosowanej w układach klimatyzacji samochodów

Opel: a)- widok od strony tarczy rozrządczej, b)- widok strony zewnętrznej, c)- zawór regulacji wydajnością

sprężarki, d)- widok pokrywy od strony zewnętrznej z oznaczeniami przyłączy przewodów. 1- pokrywa

tylna, 2- przyłącze przewodu ssącego, 3- przyłącze przewodu tłoczącego,4- mocowanie zaworu

bezpieczeństwa, 5- oprawa zaworu sterowania wydajnością, 5a; 6a- otwór przepływu czynnika: zawór-

kolektor ssący, 5b; 6b- otwór przepływu czynnika: przestrzeń układu ssąco- tłoczącego przez zawory

tłoczące w tarczy rozrządczej- zawór, 5c; 6c- otwór przepływu czynnika: zawór- przestrzeń układu ssąco-

tłoczącego przez zawory tłoczące w tarczy rozrządczej, 6- zawór sterowania wydajnością, 6d- pierścienie

uszczelniające typu o’ ring, 6e- niewidoczny otwór przepływu czynnika: kolektor tłoczenia- zawór

Sprężarka jest smarowana olejem rozbryzgiwanym przez wirujące części oraz

olejem zmieszanym z czynnikiem chłodniczym, który krąży w układzie chłodniczym.

W porównaniu ze sprężarkami o stałej wydajności zalety sprężarek o zmiennej

wydajności to:

ciągła praca,

eliminacja cykliczności pracy sprzęgła elektromagnetycznego

i wynikających stąd oscylacji w pracy silnika,

lepsza praca urządzenia klimatyzacyjnego,

eliminacja wahań temperatury klimatyzowanego powietrza,

lepsze osuszanie powietrza; zwłaszcza w niskich temperaturach

zewnętrznych oszczędność paliwa

14

W celu identyfikacji przyłączy i kojarzonych z nimi przewodów mogą być

nanoszone oznaczenia: „S”- odnoszące się do przyłącza przewodu ssącego, i „D”-

odnoszące się do przyłącza przewodu tłocznego (rys. 5 d).

Na obudowie sprężarki układu klimatyzacji można znaleźć informacje na temat

rodzaju i ilości zastosowanego czynnika chłodniczego oraz oleju. Te same informacje

umieszczone są również na nadwoziu samochodu (najczęściej na wzmocnieniu czołowym

nadwozia). Przykład takiej tabliczki dla samochodu Opel Vectra B 1.8 16V przedstawiono

na rysunku 6.

Rys. 6. Oznaczenie producenta, rodzaju stosowanego czynnika chłodniczego oraz zaleceń obsługowych

w odniesieniu do zastosowanego układu klimatyzacji samochodu Opel Vectra B 1.8 16V

4.2. Skraplacz i dodatkowy wentylator

Skraplacz posiada dwa przewody:

a) doprowadzający sprężony czynnik chłodniczy ze sprężarki, umieszczony

w górnej części,

b) odprowadzający sprężony czynnik chłodniczy do filtra- osuszacza,

umieszczony w dolnej części skraplacza.

15

Rys. 7. Umieszczenie i budowa skraplacza rurowo- lamelowego spiralnego [4]

Odmianą konstrukcyjną skraplacza przedstawionego na rys. 7 jest skraplacz,

o bokach wykonanych w formie zbiorników rys. 8 i 9, których zadaniem jest umożliwienie

przepływu czynnika chłodniczego. W takich skraplaczach końce rur (przewodów) są

otwarte i łączą się bezpośrednio ze zbiornikami. W miejscu rur są przewody o przekroju

prostokątnym lub owalnym mające wewnątrz dodatkowe przegrody (równoległe do

kierunku przepływu czynnika-chłodniczego).

Prawidłowe funkcjonowanie klimatyzacji wymaga zastosowania wentylatora

skraplacza, który zapewnia intensywny przepływ powietrza przez skraplacz ułatwiając w

ten sposób odprowadzenie ciepła od czynnika do atmosfery. szczególnie jest to ważne

w trakcie postoju auta lub też przy niewielkich prędkościach, kiedy przepływ powietrza

jest wynikiem wyłącznie pracy wentylatora.

16

Rys. 8. Skraplacz, wentylator i filtr- osuszacz układu klimatyzacji samochodu osobowego Opel Vectra B 1.8

16V (1997 r.): 1- skraplacz, 2- filtr- osuszacz, 3- przewód zasilający skraplacz, 4- przewód odprowadzający

czynnik chłodniczy ze skraplacza do filtra- osuszacza, 5-wspornik dodatkowego wentylatora, 6- wentylator,

7- przewód elektryczny od silnika wentylatora, 8- złącze elektryczne instalacji

W przypadku pojazdów, w których urządzenie klimatyzacyjne nie było montowane

fabrycznie, wskazany jest montaż dodatkowego wentylatora z napędem elektrycznym.

Zapewni to odpowiednie chłodzenie skraplacza i chłodnicy silnika pojazdu.

Zanieczyszczenia nagromadzone pomiędzy lamelami powodują spadek wydajności

chłodzenia. Podczas obsługi należy regularnie przedmuchiwać użebrowanie skraplacza.

W niektórych rozwiązaniach jeden ze zbiorników skraplacza stanowi zasobnik

czynnika chłodniczego. Rozwiązanie tego typu pozwala na zmniejszenie wielkości filtra-

osuszacza, co przedstawiono na rys. 9.

17

Rys. 9. Skraplacz z dodatkowym zasobnikiem czynnika chłodniczego

w zestawieniu z przekrojem filtra- osuszacza: a)- widok od strony silnika samochodu,

b)- widok od strony przodu samochodu; c) widok z boku pojazdu; 1- powierzchnia czynna skraplacza, 2-

dodatkowy zasobnik czynnika chłodniczego, 3- przyłącze przewodu doprowadzającego czynnik chłodniczy

ze sprężarki, 4- przyłącze przewodu łączącego skraplacz z filtrem- osuszaczem, 5- oprawa zaworu

serwisowego (strona wysokiego ciśnienia stan gazowy czynnika), 6- wspornik mocowania filtra- osuszacza,

7- wsporniki mocowania skraplacza we wzmocnieniu czołowym samochodu,8- filtr osuszacz w przekroju

Widoczny na rysunku 8, wentylator pracuje w trybie nadmuchowym- umieszczony

jest przed skraplaczem. W rozwiązaniach z wentylatorem umieszczonym za chłodnicą-

tryb pracy wentylatora jest wyciągowy.

Wentylator napędzany jest silnikiem elektrycznym, rys. 10.

18

Rys. 10. Silnik elektryczny napędu dodatkowego wentylatora: 1- silnik,

1a- obudowa silnika z uchwytami mocowania do wspornika dodatkowego wentylatora,

2- czujnik temperatury, 2a- sprężyna mocowania czujnika temperatury do wspornika wentylatora, 3- złącze

elektryczne instalacji z przewodem od silnika wentylatora, 4- piasta wirnika wentylatora, 4a- spinka

mocowania wirnika do piasty

Zadaniem skraplacza jest odprowadzenie ciepła przejętego przez parownik

z przedziału pasażerskiego oraz powstałego w wyniku sprężenia czynnika przez sprężarkę.

W skraplaczu następuje zmiana stanu skupienia czynnika chłodzącego ze stan

gazowego w stan ciekły. Najbardziej skuteczną wymianę ciepła zapewnia możliwie jak

największa powierzchnia zewnętrzna skraplacza przy możliwie największej prędkości

przepływu powietrza chłodzącego, co zapewnia także umieszczenie skraplacza przed

chłodnicą układu chłodzenia silnika. Przekazującą ciepło powierzchnię zewnętrzną

skraplacza tworzą rurki o przekroju okrągłym lub przewody o przekroju prostokątnym

(owalnym), wyposażone w aluminiowe żebra promiennikowe (lamele), tworząc pakiet

19

o zwartej konstrukcji. Zadaniem lameli jest zwiększenie powierzchni czynnej skraplacza.

Budowa skraplacza jest, więc ogólnie określana jako typ rurowo- lamelowy z poziomym

ułożeniem rur i konstrukcyjnie zbliżona jest do budowy chłodnicy układu chłodzenia

silnika, rys. 7.

4.3. Filtr osuszacz i zbiornik- odwadniacz

W układach z zaworem rozprężnym czynnik chłodniczy ze skraplacza przepływa

do filtra- osuszacza.

Zadaniem filtra- osuszacza jest:

a) filtrowanie polegające na oczyszczaniu czynnika chłodniczego

z zanieczyszczeń poprzez umieszczony w nim wkład filtrujący,

b) osuszanie poprzez wychwytywanie wody z czynnika chłodniczego poprzez

jego przepływ przez materiał higroskopijny,

c) magazynowanie czynnika chłodniczego, dzięki ściśliwości par czynnika

w górnej części obudowy- funkcja zbiornika,

d) tłumienie pulsacji czynnika, powstałych na skutek pracy sprężarki.

Na rysunkach 11 i 12 przedstawiono budowę filtra- osuszacza.

Rys. 11. Przekrój filtra- osuszacza: a)- widok od strony przyłączy przewodów,

b)- widok od strony mocowania do wspornika: 1-obudowa- zbiornik czynnika chłodniczego, 1a- śruby

mocowania filtra- osuszacza, 1b- przyłącze przewodu wysokiego ciśnienia od skraplacza (stan ciekły

czynnika), 1c- przyłącze przewodu wysokiego ciśnienia do zaworu rozprężnego (stan ciekły czynnika),

2- wkład filtrująco- osuszający, 2a- pokrywa górna wkładu, 2b- pokrywa dolna wkładu, 2c- rurka,

3- sprężyna ustalająca położenie wkładu filtrującego

20

Rys. 12. Przekrój filtra- osuszacza: a), b)- widok elementów składowych,

c)- wkład filtrująco- osuszający, d)- obudowa w widoku z góry od strony przyłącza czujnika ciśnienia i

temperatury czynnika chłodniczego, e)- powiększenie dodatkowego materiału filtrującego, f)- materiał

filtrujący, g)- materiał higroskopijny: 1- obudowa, 1a- wspornik mocowania filtra- osuszacza, 1b- przyłącze

przewodu wysokiego ciśnienia od skraplacza (stan ciekły czynnika), 1c- przyłącze przewodu wysokiego

ciśnienia do zaworu rozprężnego (stan ciekły czynnika), 1d- przyłącze czujnika ciśnienia i temperatury

czynnika chłodniczego (opcjonalne), 2- puszka wkładu filtrująco- osuszającego, 2a- pokrywa dolna wkładu

filtrująco- osuszającego, 2b- materiał filtrujący, 2c- dodatkowy materiał filtrujący, 2d- materiał

higroskopijny, 3- sprężyna ustalająca położenie wkładu filtrująco- osuszającego

21

W układach klimatyzacji z dyszą dławiącą, czynnik chłodniczy z parownika

przepływa do zbiornika- odwadniacza.

Zbiornik-odwadniacz spełnia następujące funkcje:

a) oddziela czynnik w postaci cieczy od czynnika w postaci pary za pomocą rury

w kształcie litery „U”, której koniec wylotowy skierowany ku górze umożliwia

odprowadzenie czynnika tylko w stanie gazowym,

b) osusza czynnik za pomocą materiału higroskopijnego,

c) wraz z zassanym przez mały otwór w dolnej części rury czynnikiem chłodniczym

do sprężarki powraca rozpuszczony w nim olej,

d) jest zbiornikiem czynnika (ok. 0,25÷0,35 kg),

e) w okresach nierównowagi spowodowanej zmianami obciążenia cieplnego

parownika i zmianami prędkości sprężarki działa jak zbiornik wyrównawczy [3].

Budowę zbiornika odwadniacza przedstawiono na rysunku 13.

Rys. 13. Schemat i działanie zbiornika- odwadniacza [4]

otwór do

zasysania oleju

22

Porównując przedstawione elementy: filtr- osuszacz i zbiornik- odwadniacz poza

wykazanymi różnicami w budowie, podstawową jest umieszczenie tego elementu

w układzie a tym samym na drodze przepływu czynnika chłodniczego. Filtr- osuszacz

montowany jest po stronie wysokiego ciśnienia i przepływa przez niego czynnik w stanie

ciekłym, natomiast zbiornik- odwadniacz umieszczany jest po stronie niskiego ciśnienia

i przepływa przez niego czynnik chłodniczy w stanie gazowym.

4.4. Zawór rozprężny i dysza dławiąca

Zawór rozprężny w urządzeniu klimatyzacyjnym spełnia dwa zasadnicze zadania:

gwałtownie obniża ciśnienie (i tym samym temperaturę) ciekłego czynnika

chłodniczego napływającego do parownika ze skraplacza poprzez filtr-

osuszacz,

reguluje dopływ czynnika do parownika w taki sposób, by niezależnie od

obciążenia cieplnego czynnik odparował całkowicie w parowniku oraz by

jego pary osiągnęły stopień przegrzania gwarantujący dotarcie do sprężarki

w stanie gazowym.

Ze względu na budowę termostatyczne zawory rozprężne można podzielić na:

1. Standardowe typu „L”:

a) z wewnętrznym wyrównaniem ciśnienia,

b) z zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia.

2. Typu „H” lub zblokowane [3].

Na rysunku 14 przedstawiono zawór rozprężny typu „H”

w przekrojach.

23

Rys. 14. Zawór rozprężny typu „H” w przekrojach: a)- widok z połączeniami przewodów i otworem

mocowania mostka przewodów, b)-zbliżenie na połączenie puszki zaworu

z korpusem, c)- zbliżenie na przewężenie iglicy zaworu, d)- zbliżenie na podstawę sprężyny zaworu,

e)- widok od strony otworu ustalającego położenie zaworu, f)- zbliżenie na membrany zaworu: 1-korpus

zaworu, 2-puszka, 2a-stalowe membrany,2b-rurka, 3- kanał przepływu czynnika z parownika do zaworu

(niskie ciśnienie), 3a- kanał przepływu czynnika z zaworu do sprężarki (niskie ciśnienie), 4- otwór

mocowania mostka przewodów, 5- otwór ustalający położenie montażowe zaworu, 6- kanał dopływu

czynnika ze skraplacza (wysokie ciśnienie), 7- podstawa sprężyny zaworu kulowego, 7a- sprężyna zaworu,

7b- kulka zaworu, 7c- iglica, 8- kanał przepływu czynnika do parownika (niskie ciśnienie)

24

Dysza dławiąca umieszczona jest w oprawie między skraplaczem i parownikiem.

Jej zadaniem jest regulowanie dopływu czynnika chłodniczego do parownika. Dysza

dławiąca zmniejsza ciśnienie czynnika chłodniczego tak, by czynnik chłodniczy odparował

podczas przejścia przez parownik i wchłonął ciepło z wnętrza samochodu. Zespół dyszy

dławiącej składa się z rurki zawierającej filtr lub filtry i kalibrowaną dyszę.

Podczas pracy układu klimatyzacji czynnik chłodniczy o wysokim ciśnieniu

dopływa do dyszy dławiącej ze skraplacza. Po przejściu przez mały otwór dyszy czynnik

jest rozpylany po jego drugiej stronie. Efektem jest różnica ciśnień- ciekły czynnik

chłodniczy przed dyszą ma wysokie ciśnienie i temperaturę, rozpylony czynnik chłodniczy

za dyszą ma niższe ciśnienie i temperaturę. Stanowią one dogodne warunki do

odparowania czynnika chłodniczego podczas jego przepływu przez parownik.

Na rys. 15 przedstawiono dysze dławiące.

Rys. 15. Dysza dławiąca: a)- 0,67”, b)- 0,62”:1- dysza, 2 - filtr wlotowy, 3 - filtr wylotowy, 4 - pierścień

uszczelniający (o-ring)

25

4.5. Parownik

Parownik jest drugim wymiennikiem ciepła w układzie, którego zadaniem jest

odbiór ciepła z przedziału pasażerskiego oraz osuszenie powietrza.

Stosowane są parowniki rurowe i płytowe. W obu rozwiązaniach w celu

zwiększenia powierzchni czynnej stosuje się tarcze promiennikowe (lamele). Parowniki

w szczególności o konstrukcji rurowo- lamelowej podobne są do skraplaczy. Czynnik

chłodniczy jest wtłaczany przez element rozdzielający do wielu przewodów rurowych,

wyposażonych w żeberka aluminiowe. Płynny czynnik zwilża przy tym wewnętrzne

ścianki rurek, tak, że przez wnętrze rurek może przepływać para czynnika chłodniczego.

Z uwagi na dobre przewodzenie ciepła powszechnie stosowanym materiałem jest miedź,

a z uwagi na dodatkowo małą masę- aluminium. Odnosi się to zarówno do rur jak też

lameli. Przykład konstrukcji parownika rurowo- lamelowego przedstawiono na rys. 16.

Rys. 16. Parownik rurowo- lamelowy [4]

Powietrze przepływające przez parownik przekazuje czynnikowi chłodniczemu

część swojego ciepła (jego temperatura obniża się) i zostaje doprowadzone do wnętrza

pojazdu.

Odparowanie czynnika chłodzącego powoduje odebranie ciepła od

przepływającego powietrza. W tym celu dokonywane jest rozprężenie czynnika

chłodniczego do ciśnienia parowania za pomocą elementu dławiącego. W przypadku

26

zaworu rozprężnego pracuje on jako regulowany zawór przepływowy (dławik). Przekrój

dyszy jest tak dobrany, by zapewniał przepływ czynnika w ilości niezbędnej do

schłodzenia powietrza.

Przepływ powietrza jest wywołany dmuchawą napędzaną elektrycznie,

umieszczoną przed parownikiem. W procesie chłodzenia powietrza przekroczenie dolnej

temperatury punktu rosy towarzyszy osuszeniu powietrza. Skroplona z powietrza woda

ścieka do miski znajdującej się pod parownikiem skąd giętkim przewodem wydostaje się

na zewnątrz. Na stale wilgotnych powierzchniach zewnętrznych parownika łatwo osadzają

się zanieczyszczenia nanoszone przez powietrze. Po pewnym czasie mogą tam wytworzyć

się kultury bakteryjne lub grzyby. Nie pomaga nawet umieszczenie mikrofiltra na drodze

przepływu powietrza. Dlatego konieczne jest okresowe staranne czyszczenie parownika

specjalnym środkiem bakteriobójczym.

Na rysunkach 17 oraz 18 przedstawiono zestawienie parownika płytowego

z zaworem rozprężnym.

Rys. 17. Blok parownika z płyt w widoku odpowiadającemu rzeczywistemu ustawieniu

w zespole parownika: 1- blok, 2- przewód przepływu czynnika chłodniczego do parownika (niskie ciśnienie

stan ciekły), 3-przewód przepływu czynnika z parownika do sprężarki (niskie ciśnienie- stan gazowy),

4- zawór rozprężny typu „H”, 4a- puszka zaworu

27

Rys. 18. Blok parownika z płyt w zbliżeniu na zawór rozprężny typu „H” i płyty wraz

z lamelami: Zawór rozprężny typu „H”: 1- kanał dopływu czynnika ze skraplacza (wysokie ciśnienie),

2- kanał przepływu czynnika z parownika do sprężarki, 3- puszka, 4- podstawa sprężyny zaworu kulowego,

5- śruba montażowa (połączenie z przewodami)

4.6. Przewody, przyłącza, tuleje zaciskowe, tłumiki i zawory serwisowe

Elementy składowe układu klimatyzacji są połączone ze sobą za pomocą

przewodów w zamknięty obwód, w którym cyrkuluje czynnik chłodniczy. Przewody są

wykonane z różnych materiałów, mają różne kształty i rozmiary. Zakończone są

zaciśniętymi na nich przyłączami.

Stosowane są zwykle przewody elastyczne, co ułatwia łączenie z już

zamontowanymi częściami pojazdu.

Przewody takie wykonane są z elastomerów odpornych chemicznie, z jednej strony

na działanie czynnika chłodniczego i oleju sprężarkowego układu klimatyzacji (olej

ziębniczy), a z drugiej -na czynniki atmosferyczne, oleje, paliwo itp.

Cechami, którymi powinny odznaczać się przewody elastyczne, są

nieprzepuszczalność dla czynnika i oleju (od wewnątrz), oraz nieprzepuszczalność dla

wilgoci (z zewnątrz). Wymagania te spełniają przewody o strukturze wielowarstwowej,

wzmocnione mechanicznie oplotem z materiału tekstylnego. Przykłady przewodów

elastycznych z przyłączami przedstawiono na rysunku 19.

28

Rys. 19. Przewody stosowane do połączeń elementów składowych układów klimatyzacji: a)- przewody

z przyłączami, b)- przewody z tłumikiem drgań pulsacyjnych, c) oznaczenie przewodów, d)- przekrój

przewodu, tulei zaciskowej i przyłącza: 1- tuleje zaciskowe łączące przewód elastyczny z przyłączem,

2 - tłumik drgań pulsacyjnych, 3- oznaczenie przewodu (producent, nazwa elementu ang. Hose: przewód

gumowy, średnica, długość, 4-przyłącze, 5- osłona termiczna, 6- oprawy zaworów serwisowych)

Zastosowanie przewodów elastycznych ogranicza przenoszenie wibracji między

zespołami układu klimatyzacji. Ułatwia także montaż czy demontaż układu. Do łączenia

przewodów stosuje się przełącza z nakrętką, przedstawione na rys. 20 lub kołnierzowe.

29

Rys. 20. Przyłącza stosowane w przewodach- widoczne tuleje zaciskowe z otworem kontrolnym połączenia

z przewodem elastycznym oraz oprawa z zaworem serwisowym i korkiem (czarnym)

Jak wykazano na rys. 19 przewody mogą być wyposażone w zawory serwisowe

oraz tłumiki drgań pulsacyjnych.

Zawory służą do napełniania i opróżniania urządzenia klimatyzacyjnego lub

sprawdzania, za pomocą odpowiednich przyrządów, panujących w nim ciśnień. Są to

zawory iglicowe o działaniu samoczynnym, podobne do zaworów pneumatycznych opon

samochodowych. Rysunek 21 przedstawia zawory serwisowe.

Rys. 21. Zawory serwisowe z widocznymi położeniami otwarcia: a)- zawór stosowany

w układach klimatyzacji z czynnikami chłodniczymi R12 oraz R 134a, b)- zawór stosowany w układach

klimatyzacji z czynnikiem chłodniczym R 134a

30

Siła wstępnego napięcia sprężyny utrzymuje iglicę zaworu w położeniu

zamkniętym. Po podłączeniu przewodu urządzenia serwisowego, trzpień znajdujący się

w przyłączu przewodu przesuwa iglicę pokonując siłę sprężyny i otwiera zawór.

W starszych układach klimatyzacji stosowane są dwa zawory serwisowe

usytuowane możliwie najbliżej sprężarki, jeden po stronie wysokiego, a drugi niskiego

ciśnienia. By uniknąć ewentualnych pomyłek zawory różnią się wielkością, te po stronie

wysokiego ciśnienia są mniejsze ze względu na mniejsze średnice przewodów, co

przedstawiono na rysunku 22.

Rys. 22. Korki stosowane do ochrony zaworów serwisowych: a)- korek zaworu serwisowego układu

klimatyzacji z czynnikiem chłodniczym R12 w zestawieniu z zaworem uniwersalnym (do R12 i R 134a),

b)- korek zaworu serwisowego po stronie niskiego ciśnienia stosowany w układach klimatyzacji

z czynnikiem chłodniczym R134a, c)- korek zaworu serwisowego po stronie wysokiego ciśnienia stosowany

w układach klimatyzacji z czynnikiem chłodniczym R134a, 1 – o-ring, 2 – korek ochronny

Przewody urządzeń serwisowych podłącza się do zaworów serwisowych za

pomocą szybkozłączy. Złącza te eliminują do minimum możliwość wycieku czynnika do

atmosfery podczas podłączania i rozłączania urządzeń serwisowych.

Tłumiki drgań pulsacyjnych czynnika chłodniczego są cylindrycznymi metalowymi

zbiornikami z odpowiednimi przyłączami umożliwiającymi ich instalację

w przewodach ssawnych lub tłocznych. Zadaniem tłumików jest tłumienie pulsacji

ciśnienia (i tym samym drgań).

Na przewodach poza zaworami i tłumikami znajdują się także punkty mocowania

czujników ciśnień (presostatów), rys. 23.

31

Rys. 23. Elementy dodatkowe i łączące przewodów układów klimatyzacji;

a), b)- tłumik drgań pulsacyjnych z zaworem serwisowym (przekrój tłumika, c)- tłumik drgań pulsacyjnych,

d), e)- zawory serwisowe, f), g)- przyłącza, h)- czujniki ciśnień (presostat)

4.7. Czynniki chłodnicze i oleje ziębnicze

W urządzeniach klimatyzacyjnych czynnik chłodniczy spełnia rolę nośnika, który

odbiera ciepło z parownika (z powietrza kabiny) i przenosi je do skraplacza, gdzie jest

odbierane przez powietrze zewnętrzne. Wraz z czynnikiem chłodniczym w układzie

klimatyzacji znajduje się olej ziębniczy przeznaczony do smarowania sprężarki. Oleje

ziębnicze oznaczane są symbolami PAG 46, PAG 80 oraz PAG 100. Zarówno czynniki

chłodnicze jak też oleje ziębnicze zaliczane są do grupy płynów eksploatacyjnych i środki

do konserwacji i czyszczenia układów klimatyzacji. Czynniki R12 oraz R134a nie mogą

być wzajemnie mieszane. Ich zmieszanie nawet w niewielkim stopniu powoduje

32

powstawanie kwasów i może w konsekwencji doprowadzić do awarii całego układu. Nie

można uzupełniać starszej klimatyzacji nowym czynnikiem. Rodzaj zastosowanego

czynnika wpływa na budowę przewodów układu klimatyzacji. Przewody dla czynnika

R134a są wykonane z innych materiałów niż te dla czynnika R12. Przyczynia się to do

obniżenia przepuszczalności czynnika na zewnątrz i absorpcji wody z zewnątrz.

Budowę cząsteczek czynników chłodniczych przedstawiono na rysunku 24.

Rys. 24. Budowa cząsteczek czynników chłodniczych stosowanych w układach klimatyzacji [4]

5. ZASADA DZIAŁANIA UKŁADU KLIMATYZACJI

5.1. Układ klimatyzacji z zaworem rozprężnym

Czynnik chłodzący przepływa przez układ, zaczynając od sprężarki. Sprężarka

zwiększa ciśnienie pary czynnika chłodzącego z niskiego do wysokiego i tłoczy ją do

skraplacza W skraplaczu, na skutek działania strumienia zimnego powietrza, pary czynnika

skraplają się. Ciecz o wysokim ciśnieniu przepływa do filtra- osuszacza, gdzie zostaje

oczyszczony i pozbawiony wilgoci, a następnie do zaworu rozprężnego, w którym ulega

przemianie na mieszaninę cieczy i pary o niskim ciśnieniu. Mieszanina cieczy i pary

przepływa do parownika, w którym resztki cieczy zamieniają się w parę o niskim

ciśnieniu, ochładzając jednocześnie omywające parownik powietrze. Z parownika para

o niskim ciśnieniu zasysana jest przez sprężarkę i tłoczona ponownie do obiegu. Cykl jest

zamknięty. Zasadę działania przedstawiono na rys. 25.

33

Rys. 25. Zasada działania układu klimatyzacji z zaworem rozprężnym: a)- etap sprężania

i skraplania czynnika chłodniczego, b)- etap rozprężania i parowania czynnika chłodniczego: A- sprężarka ze

sprzęgłem elektromagnetycznym, B- skraplacz, C- filtr- osuszacz, D- przełącznik wysokociśnieniowy, E-

przyłącze serwisowe po stronie wysokiego ciśnienia, F- zawór rozprężny, G- skraplacz, H- przyłącze

serwisowe po stronie niskiego ciśnienia, I- przełącznik niskociśnieniowy [4]

5.2. Układ klimatyzacji z dyszą dławiącą

W układzie klimatyzacji z dysza dławiącą czynnik chłodniczy przepływa przez

układ, zaczynając od sprężarki. Sprężarka zwiększa ciśnienie pary czynnika chłodniczego

z niskiego do wysokiego. Para o wysokim ciśnieniu przepływa do skraplacza, gdzie

strumień chłodnego powietrza skrapla ją do cieczy o wysokim ciśnieniu. W wyniku

wymuszonego przez wentylator nadmuchu powietrza przez skraplacz, para czynnika

chłodniczego (R134a) zostaje schłodzona i zamieniona na ciecz o wysokim ciśnieniu.

Czynnik chłodniczy (R134a) tłoczony jest następnie przez dyszę dławiącą, gdzie następuje

zmniejszenie ciśnienia i temperatury. Dalej ciecz o niskim ciśnieniu przepływa do

parownika, w którym jej część zamienia się w parę, ochładzając jednocześnie omywające

parownik powietrze. Z parownika mieszanina cieczy i pary o niskim ciśnieniu przepływa

do zbiornika odwadniacza, gdzie resztki cieczy odparowują. Para o niskim ciśnieniu

ponownie zasysana jest przez sprężarkę i tłoczona do układu. Cykl powtarza się. Zasadę

działania przedstawia rysunek 26.

34

Rys. 26. Zasada działania układu klimatyzacji z dyszą dławiącą: a)- etap sprężania

i skraplania czynnika chłodniczego, b)- etap rozprężania i parowania czynnika chłodniczego: A- sprężarka

ze sprzęgłem elektromagnetycznym, B- przełącznik ciśnieniowy, C- skraplacz, D- przyłącze serwisowe po

stronie wysokiego ciśnienia, E- dysza rozprężna, F- parownik, G- przełącznik niskociśnieniowy, H-

przyłącze serwisowe po stronie niskiego ciśnienia, I- zbiornik –odwadniacz [4]

35

6. LITERATURA

[1] S. Rendle: Auto poradnik Klimatyzacja. Auto. Warszawa 2000

[2] U. Dech: Klimatyzacja w samochodzie. WKŁ. Warszawa 2008

[3] Poradnik serwisowy: Klimatyzacja nr 2/2004, Instalator Polski, Warszawa 2004

[4] Materiały serwisowe firmy Audi/VW

[5] http://www.alpo.ig.pl/klima.html

7. Wytyczne do sprawozdania

Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny

im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu

IEPiM INSTYTUT EKSPLOATACJI POJAZDÓW I MASZYN

LABORATORIUM (z przedmiotu) BUDOWA SAMOCHODÓW I TEORIA RUCHU

Ćwiczenie nr .............. (wg harmonogramu)

Temat ćwiczenia:

Data wykonania ćwiczenia ....-....-.... Prowadzący .............................

Wydział MECHANICZNY Kierunek MECHANIKA I BUDOWA MASZYN

Rok akademicki ........./........ Semestr ....... Grupa .....

Wykonawcy ćwiczenia OCENY (uwagi Prowadzącego)

sprawdziany sprawozdanie końcowa

1. Nazwisko Imię

2. .................................................

3. .................................................

.................

.................

.................

.................

.................

.................

................

................

.................

Sprawozdanie powinno zawierać:

1. Cel ćwiczenia

2. Przebieg ćwiczenia

Zadania do wykonania podczas ćwiczenia laboratoryjnego:

1. Opisać budowę układu klimatyzacji na podstawie stanowiska dydaktycznego oraz

wskazać wymienione elementy zabudowane na pojeździe.

36

1.1. Opisać budowę sprężarki tłokowej ze sprzęgłem elektromagnetycznym.

1.2. Opisać budowę sprężarki tłokowej ze stałym napędem.

1.3. Opisać budowę oraz funkcję skraplacz.

1.4. Opisać budowę oraz funkcję filtra osuszacza.

1.5. Opisać budowę oraz funkcję zbiornika odwadniającego.

1.6. Opisać budowę oraz funkcję zaworu rozprężnego.

1.7. Opisać budowę oraz funkcję dyszy dławiącej.

1.8. Opisać budowę oraz funkcję parownika.

1.9. Opisać budowę oraz funkcję przewodów układu klimatyzacji.

2. Opisać zasadę działania układu klimatyzacji z zaworem rozprężnym.

3. Opisać zasadę działania układu klimatyzacji z dyszą dławiącą.

4. Opisać zasadę działania sprężarki ze sprzęgłem elektromagnetycznym.

5. Opisać zasadę działania sprężarki ze stałym napędem.

3. Wnioski