Układ klimatyzacji samochodowej.

Samochodowe urządzenia klimatyzacyjne są odmianą chłodziarki sprężarkowej z dodanym sterownikiem ręcznym lub automatycznym. Uproszczony schemat budowy aparatu chłodniczego przedstawia rys. 1.

Rys. 1.

Uproszczony schemat blokowy aparatu chłodniczego:
1 - sprężarka,
2 - skraplacz,
3 - parownik,
4 - zbiornik wyrównawczy gazu,
5 - zawór umożliwiający napełnienie układu,
6 - zbiornik skroplonego gazu,
7 - zawór rozprężny

Obieg termodynamiczny chłodziarki klimatyzacyjnej jest typowy. Jego realizacja przebiega w ten sposób, że czynnik chłodzący jest dostarczany przez sprężarkę (1) w stanie gazowym i wysokim ciśnieniu da zbiornika wyrównawczego (4) i stąd przez zawór (5) do skraplacza (2), w którym pod wpływem schładzania strumieniem powietrza następuje skroplenie gazu. Zbierająca się w skraplacz ciecz zachowuje wysokie ciśnienie i spływa przez zasobnik (6) i filtr z osuszaczem odwadniającym do zaworu rozprężnego (7). W zaworze następuje obniżenie ciśnienia cieczy. Ciekły czynnik chłodzący o obniżonym ciśnieniu dostaje się do parownika (3) dozowanymi porcjami. W parowniku ciągle jeszcze ciekły czynnik chłodzący odbierając ciepło z otoczenia odparowuje i następnie zostaje ponownie zasysany w stanie gazowym, przez rozprężarkę, rozpoczynając nowy cykl pracy urządzenia.

Na wylocie ze sprężarki ciśnienie wynosi od 10 do 27 barów w zależności od temperatury otoczenia. W części niskociśnieniowej obiegu ciśnienia wynoszą od 0,7 do 2,2 bara także zależnie od temperatury otoczenia. Obecnie stosowane sprężarki typu łopatkowego wyposażane są w systemy umożliwiające różnicowanie wydajności (przepływu gazu). Ponieważ sprężarki pobierają dość znaczną moc, w nowoczesnych urządzeniach klimatyzacyjnych mogą pracować okresowo. Włączanie napędu sprężarki odbywa się za pomocą sprzęgła elektromagnetycznego, umieszczonego w kole pasowym znajdującym się na wale sprężarki.

Skraplacz (12) jest chłodnicą umieszczoną z przodu samochodu (rys. 2.) przed chłodnicą silnika. Jest on chłodzony strumieniem powietrza opływającego przód samochodu i miewa pomocniczy wentylator. Skraplacze są wykonywane ze stopu aluminium, tak zresztą jak większość innych części urządzenia klimatyzacyjnego. Ujednolicenie materiału używanego do wykonania części sprzyja możliwością odzysku materiałowego.

Rys. 2.

Schemat rozmieszczenia w samochodzie urządzeń układu klimatyzacji:
1 - złączka przewodu (niskie ciśnienie),
2 - złączka przewodu (wysokie ciśnienie),
3,4 - złączka skraplacza,
5 - złączka do napełniania układu,
6,8 - regulator trzypoziomowy ciśnienia,
7 - filtr odwadniający,
9 - przewód wysokiego ciśnienia,
10 - przewód niskiego ciśnienia,
11 - parownik,
12 - skraplacz,
13 - sprężarka,
14 - zawór rozprężny,
15 - czujnik temperatury

Parownik (11) (rys. 2.), wykonany również ze stopu aluminium, funkcjonalnie jest głównym elementem klimatyzacji, gdyż chłodzi i odwadnia powietrze dostarczone do wnętrza nadwozia ze pomocą dmuchawy. Jest on umieszczony w nadwoziu pod tablicą rozdzielczą, zwykła częściowo przed przegrodą czołową. Tylna jego część wystaje do komory silnika. Obecnie ma on najczęściej wspólną z nagrzewnicą obudowę z tworzywa sztucznego. Pozwala to wykorzystać wspólny układ przewodów rozprowadzających ciepłe lub zimne powietrze do różnych miejsc nadwozia.

Na tablicy rozdzielczej, przeważnie w jej środkowej części, umieszczone są dźwignie sterowania ręcznego lub przyciski zautomatyzowanego sterowania urządzeniem klimatyzacyjnym rys. 3.

Rys. 3.

Układ klimatyzacji ze sterowaniem ręcznym:
A - środkowa część deski rozdzielczej,
B - pokrętło sterowania mieszaniem powietrza,
C - przycisk włączania obiegu,
D - pokrętło sterowania rozdziałem powietrza,
E - zawór rozprężny,
F - siłownik sterowania przysłoną obiegu,
G - parownik,
H - nagrzewnica,
I - złącza (konektory),
95 - centralka elektroniczna,
99 - przycisk włączania klimatyzacji,
100 - przekaźnik sterowania elektrowentylatorem,
101 - przekaźnik włączania pierwszego biegu elektrowentylatora,
102 - przełącznik sterowania prędkością obrotowa elektrowentylatora,
103 - opornik,
104 – elektrowentylator

Funkcje mieszania i rozdziału powietrza są realizowane poprzez klasyczne sterowanie pokrętłami:
B: pokrętło sterowania mieszaniem powietrza,
102: pokrętło sterowania przełącznikiem szybkości wentylatora,
D: pokrętło sterowania rozdziałem powietrza.

Pokrętła oddziaływają poprzez cięgna bezpośrednio na przesłonę mieszalnika i przysłonę rozdziału powietrza, podczas gdy przełącznik (102) reguluje prędkość obrotową elektrowentylatora, poprzez opornik dodatkowy (103) usytuowany na mieszalniku powietrza. Na desce rozdzielczej usytuowane są także dwa przyciski (99) i (C) służące odpowiednio do włączania klimatyzacji i funkcjonowania obiegu. Przesłona obiegu jest sterowana siłownikiem (F) z wbudowanym regulatorem czasowym sterującym czasem włączenia silnika siłownika. W mieszalniku powietrza, między elektrowentylatorem i nagrzewnicą, znajduje się wnęka, w której umiejscowiony jest parownik (G). Na przewodzie doprowadzającym do parownika zamontowany jest zawór rozprężny (E) typu samoregulującego.

Zintegrowane urządzenia klimatyzacyjne z nagrzewnicami, o programowanym, zautomatyzowanym sterowaniu, umożliwiają podgrzewanie ochłodzonego powietrza. bywa to pożyteczne, gdy wilgotność względna powietrza otaczającego jest znaczna i powoduje roszenie na szybach. Można wtedy włączając urządzenie klimatyzacyjne, nagrzewnicą i dmuchawą spowodować osuszenie szyb, gdyż powietrze przepływając przez parownik utraci znaczną część wilgoci, skutkiem ochłodzenia i skroplenia wody, a podgrzanie ponownie w nagrzewnicy będzie powodować odparowanie kondensatu zbierającego się na szybach.

Sterowanie klimatyzacją samochodu

Regulacja ręczna urządzenia klimatyzacyjnego jest niedokładna, gdyż odczucia subiektywne jej skutków różnią się znacznie. Każdy odczuwa bowiem inaczej warunki klimatyczne, a reakcja człowieka na temperaturę otoczenia zależy od wielu parametrów fizycznych, do których zalicza się: temperaturę powietrza, jego wilgotność i ruch oraz oddziaływanie ścian nadwozia, skutki nasłonecznienia itp.
Sterowanie elektroniczne stosowane obecnie jest zaprogramowane wg wartości brzegowych, wyliczonych za pomocą programu, w którym uwzględniono wydatki powietrza ciepłego i zimnego, dostarczonego przez dmuchawę, temperaturę powietrza oraz jej rozkład. Informacjami dla urządzenia sterującego są dane o: wielkości ciśnienia czynnika chłodzącego, jego ubytku w układzie chłodzącym (do kontroli wizualnej napełnienia układu służy wziernik, który znajduje się w zasobniku skroplonego czynnika chłodzącego), nagrzaniu i schłodzeniu skraplacza itp.

Często urządzenie steruje także ogrzewaniem szyb, podgrzewaniem fotela kierowcy i pasażerów, wykorzystaniem resztek ciepła wydzielonego miejscowo oraz filtracją pobieranego powierza do wnętrza nadwozia.
Automatyzacja regulacji urządzenia grzewczo - klimatyzacyjnego umożliwia jego optymalne wykorzystanie oraz minimalizację zużycia energii. Ręczne korekty programu regulacji są możliwe do wykonania i mogą dotyczyć wybranych parametrów. Można też wyłączyć automatykę i dobrać parametry regulacji wg własnych upodobań.

Automatyczny regulator urządzenia klimatyzacyjnego TC2 firmy WEBASTO składa się z dwóch modułów: sterownika oraz umieszczone w pobliżu elementów wykonawczych klimatyzatora kasety sterującej. Obie części są połączone wiązką elektryczną. Wyboru żądanych funkcji klimatyzatora dokonuje się poprzez umieszczony w zasięgu ręki sterownik. Wyboru żądanych funkcji klimatyzatora dokonuje się używając przycisków na sterowniku rys. 4.

Rys. 4.

Schematyczny rysunek sterownika WEBASTO:
TC2 1 - wyświetlacz ciekłokrystaliczny,
2,3 - przyciski służące do zmiany warunków pracy klimatyzatora np. zmiany temperatury,
4 - przycisk kontroli temperatury,
5 - przycisk załączenia wentylatora,
6 - przycisk załączenia klimatyzacji,
7 - lampka kontrola pracy klimatyzatora,
8 - lampka kontrolna pracy automatycznej.

Do najnowocześniejszych zintegrowanych systemów kompleksowej regulacji ogrzewania, klimatyzacji i przewietrzania należy luksusowy system MERCEDES BENZ 0404. Zaprogramowane przez kierowcę wartości parametrów klimatycznych są kodowane przez przełączniki i odczytywane przez zespół sterujący. Zespół zawiera tylko elementy bierny, nie jest więc czuły na zakłócenia i łatwy do diagnozowania. Modułowy zespół mikroprocesorów będący zespołem sterującym systemu, ma budowę dostosowaną do zintegrowanego systemu regulacji. Dla niezawodnej prawidłowości pracy systemu istnieje ochrona wszystkich elektrycznych wejść i wyjść przed zwarciem, przeciążeniem i zakłóceniami elektromagnetycznymi. System może być kodowany dla różnych wariantów klimatycznych przez programowanie "miękkich" elementów.