Kompresory sterowane zaworem elektromagnetycznym


W serwisach obsługujących klimatyzację samochodową z roku na rok pojawia się coraz więcej klientów uskarżających się na niewydajną pracę układu bądź całkowity brak chłodzenia. Pierwsze co nasuwa się w takiej sytuacji to sprawdzenie sprzęgła sprężarki. Zazwyczaj dokonuje się tej czynności zanim jeszcze weźmiemy do ręki miernik czy też przystąpimy do kolejnych czynności.

sprężarki z zaworem sterującym, kompresory klimatyzacji samochodowejCoraz częściej spotykamy jednak sprężarki nie posiadające tradycyjnego sprzęgła elektromagnetycznego, a to nie tylko eliminuje pierwszy krok w postępowaniu mechaników. Powstaje pytanie co robić, podłączyć miernik? Może tak, a może i nie. Gdzie szukać problemu i jak prawidłowo zweryfikować ogólny stan techniczny kompresora? Teoretycznie powinno być łatwiej bo przecież to właśnie źle wyregulowana szczelina na sprzęgle jest często głównym problemem diagnostycznym, a teraz nie będziemy musieli o tym myśleć? Owszem ten problem odpada, pozostaje jednak kilka innych, zupełnie nowych…

Dotychczas sprawdzenie niepracującego układu klimatyzacji rozpoczynaliśmy od kontroli oporności elektromagnesu sprzęgła. W nowych sprężarkach sterowanych elektrozaworem należy zacząć od sprawdzenia oporności cewki elektrozaworu (oporność cewki zaworu w zależności od typu mieści się w granicach od 10,5 do 13,6 Ohm). Właściwa oporność cewki na zaworze nie gwarantuje jego poprawnego działania, a przyczyną tego może być  niesprawna iglica zaworu. W praktyce serwisanci rozwiązują ten problem montując nowy zawór i z nim ponownie sprawdzają układ. Niestety wymiana zaworu zawsze wiąże się z opróżnieniem układu. 

W których samochodach montowane są właśnie kompresory ze sprzęgłami sztywnymi? Na chwilę obecną trudno sporządzić wyczerpującą listę marek i typów pojazdów, gdyż zmienia się to dynamicznie, a tendencja jest zdecydowanie wzrostowa. Z każdym rokiem produkowanych jest coraz mniej tradycyjnych kompresorów wyposażonych w sprzęgło elektromagnetyczne na rzecz właśnie sprężarek sterowanych zaworem elektromagnetycznym. Najczęściej kompresory DENSO można spotkać w  autach marek:

•    Audi
•    BMW
•    Lexus
•    Mercedes-Benz
•    Seat
•    Toyota
•    Volkswagen

Produkowane są trzy typy kompresorów bez sprzęgłowych DENSO – 5, 6 lub 7 tłokowe (pierwsza cyfra w oznaczeniu typu sprężarki to liczba tłoków, np. 5SL12C, 6SEU14C, 7SEU17C). Kompresory te nie są takie same jak niektóre starsze kompresory DENSO ze zmienną pojemnością skokową, które także posiadały zewnętrzne sterowanie elektroniczne, jednak w ograniczonym zakresie od 50% do 100%. Nowe sprężarki posiadają niczym nieograniczoną zmienną pojemność skokową w przedziale od 1% do 100%. Za pracę kompresora odpowiada zawór elektromagnetyczny najczęściej umiejscowiony w tylnej pokrywie sprężarki.

Należy pamiętać, że kompresory wyposażone w sprzęgło zrywalne pracują cały czas i nie ma możliwości ich wyłączenia. Bez względu na pogodę i poziom temperatury na zewnątrz pojazdu sprężarka powinna pracować, jeśli tak nie jest oznacza to awarię, ale o tym w dalszej części artykułu. Z panelu sterującego uruchamiamy jedynie klimatyzację a nie sam kompresor, gdy klima jest wyłączona to nie ma chłodzenia, gdy jest włączona to zimne powietrze wydostaje się z nawiewów. Zmiany temperatury wtłaczanego powietrza wywołane są zmianą położenia tarczy krzywki kompresora, którą steruje zawór elektromagnetyczny.

budowa i zasada działania sprężarki ze sprzęgłem sztywnymW kompresorach o zmiennej pojemności skokowej – w sytuacji kiedy wyłączymy chłodzenie – zamiast całkowitego wyłączenia, kompresor przestawia się na minimalny opór ciśnienia. Dzięki udoskonaleniom mechanicznym tłoczenie zostaje zredukowane do poziomu 2-5%. W nowinkach podawanych przez producentów pojawiają się informację, że w sprężarkach najnowszych, wartość ta osiąga nawet 1%. Zastrzeżeniem jednak jest, że wynik taki można osiągnąć tylko w określonych warunkach zewnętrznych i uwzględniając wszystkie fabryczne poziomy tolerancji.  O ile to możliwe poziom tłoczenia powinien osiągnąć wartość jak najbliższą zeru, tak by uzyskać maksymalną efektywność, ale też nie do samego zera (kompresor musi wykazywać minimalną pracę – tłoczenie bez oporu i płynny ruch tłoków jest możliwy dzięki odpowiedniemu wychyleniu krzywki).

Tłoczenie, choć znikome jest w przypadku sprężarek DENSO procesem ciągłym i wydaje się  mniej efektywne energetycznie niż użycie sprzęgła tradycyjnego. Można jednak wskazać kilka korzyści, które przemawiają za sprężarkami nowego typu:

  • Uproszczenie konstrukcji załączającej sprężarkę, dzięki wyeliminowaniu cewki elektromagnetycznej i przyciąganej do koła pasowego – tarczy sprzęgłowej
  • Stała, minimalna praca tłoków powoduje ciągłe smarowanie co uważa się  ze efektywne ze względu na ograniczenie kosztów ewentualnych napraw
  • Ciągła praca, nawet przy zmianie poziomu tłoczenia ułatwia kalibrację pracy silnika, w tym także na biegu jałowym (brak nagłych zmian obciążenia przy uruchamianiu i zatrzymywaniu sprzęgła)
  • Mniejsze obciążenie pracy silnika przekłada się także na znaczne oszczędności w zużyciu paliwa podczas ciągłej pracy układu klimatyzacji, niż było to w przypadku tradycyjnych sprężarek z napędem elektromagnetycznym
  • Sterowanie pracą kompresora za pomocą zaworu kontrolnego, zawsze zapewnia odpowiedni i właściwy poziom tłoczenia dostosowany do naszych potrzeb, przez co chłodzenie jest procesem bardzo efektywnym
  • Znaczne spłaszczenie sinusoidy temperatur pracy parownika, a co za tym idzie zoptymalizowana efektywność chłodzenia wnętrza kabiny

Należy także wskazać wady sprężarek sterowanych elektrozaworem, które stwierdzono w trakcie eksploatacji i napraw układów ze sprężarkami typu DENSO. Najważniejsze z nich to:

  • napędy zrywalne do sprężarek klimatyzacji sterowanych elektrozaworemKrótsza żywotność sprężarki z uwagi na ciągłą pracę układu tłokowo-korbowego
  • Wrażliwość na wycieki czynnika, a co z tym związane ubytki oleju skutkujące uszkodzeniami sprężarek
  • W przypadku konieczności wymiany sprężarki sterowanej elektrozaworem, należy pamiętać o wydłużeniu czasu obsługi i zwiększeniu kosztów. Spowodowane jest to wielokrotnie koniecznością płukania (nawet czystego) układu, ze względu na specyficzne wymagania tych sprężarek związane z ilością oleju w układzie. Wrażliwe są one na nawet niewielki nadmiar oleju w układzie, skutkujący blokowaniem zaworu sterującego a co za tym idzie pracy całego układu
  • Kompresory sterowane zaworem elektromagnetycznym uniemożliwiają także jazdę samochodem w przypadku niesprawnego układu. Sprężarka nie podłączona do układu, nie może być eksploatowana dłużej niż 5-10 minut nawet jeśli została zalana olejem. Wynika to z ciągłej pracy układu tłokowo-korbowego, a prowadzi do jej uszkodzenia
  • W większości przypadków napędy tych sprężarek wykonane są z twardego plastiku, który nawet w przypadku drobnych stłuczek pęka, co wiąże się z koniecznością wymiany całego zespołu napędowego

Zasada działania kompresora z napędem bez sprzęgłowym (napęd sztywny)

Przyjrzyjmy się bliżej zasadzie działania sprężarki klimatyzacji typu DENSO. Jak w każdym kompresorze tłokowym, zmiana intensywności tłoczenia jest wywoływana przez określoną konfigurację położenia tłoków względem cylindrów. Kluczem do maksymalnej efektywności jest kontrola ruchu tłoków za pomocą wychylnej tarczy krzywki. Zmiana kąta nachylenia krzywki względem wału kompresora zwiększa suw tłoków, a tym samym i poziom tłoczenia.

Zawory sterujące montowane w kompresorach DENSO, pracują w napięciu 12 volt i zbudowane są w ten sposób, aby umożliwiały zachowanie pozycji otwartej, bądź otwartej częściowo przez dowolny okres czasu – zapewniając chłodzenie na stałym poziomie. Zawór elektromagnetyczny umieszczony w kompresorze kontroluje miejsce styku obszarów wysokiego i niskiego ciśnienia.
Gdy zawór jest zamknięty (Rys. 1) – ciśnienia pomiędzy komorą korbową a cylindrami są zbalansowane, a tarcza krzywki dzięki sprężynie dociskowej utrzymywana jest w pozycji pionowej, co zapewnia minimalną pojemność skokową a tym samym niewielką ilość tłoczonego czynnika.

Gdy zawór się otwiera (Rys. 2 i 3) – ciśnienia pomiędzy wspomnianymi obszarami przestają już być zbalansowane. Teraz ciśnienie w cylindrach jest wyższe niż w komorze wału korbowego. Wychylenie krzywki powoduje zwiększenie ruchu posuwisto-zwrotnego tłoków co wiąże się z większą wydajnością sprężarki. Im bardziej zawór sterujący się otwiera, tym bardziej wychylona jest tarcza. Tym samym zwiększa się pojemność skokowa aż do maksimum, zwiększając ilość tłoczonego czynnika.

Gdy zawór się zamyka – zachodzi proces dokładnie odwrotny, spada wartość ciśnienia w cylindrach, a kombinacja wyższego ciśnienia w komorze korbowej i nacisku sprężyny odchyla tarczę z powrotem do pozycji pionowej.
Reasumując, zawór sterujący kieruje wychyleniem krzywki, której ruch zwiększa lub zmniejsza pojemność skokową sprężarki, zależnie od potrzeb.

O procesie otwierania, bądź zamykania zaworu decyduje komputer w kokpicie pojazdu. W momencie kiedy potrzeba chłodzenia jest mniejsza, mniejszy też jest cykl pracy sprężarki a zawór otwiera się z mniejszą częstotliwością. Przeciwnie natomiast gdy temperatura w kabinie jest zbyt wysoka, cykl pracy zwiększa się a zawór otwiera się znacznie częściej.
W dużym uproszczeniu, powiedzieć można że elektrozawór sterujący podaje niskie bądź wysokie ciśnienie do komory korbowej, które pozwala wysuwać się tłokom bardziej lub mniej, zmieniając tym samym pojemność sokową   w cylindrach sprężarki.

Biorąc pod uwagę praktyczny przebieg procesu sterowania ciśnieniem wychylającym krzywkę wału, to przebieg tego cyklu wygląda jak seria impulsów pełnego otwarcia i zamknięcia elektrozaworu. A zmienna ilość cykli pełnego otwarcia i zamknięcia  elektrozaworu w stałym przedziale czasu zmienia ilość czynnika – co z tym idzie ciśnienia- podawanego do komory korbowej. Przy stałej sile napięcia sprężyny krzywki wału korbowego, taka regulacja ciśnienia pozwala płynnie regulować zmianę pojemności skokowej.

Pojawia się pytanie w jaki sposób komputer podejmuje właściwą decyzję o regulacji pracy zaworu? Jest ona podejmowana na podstawie odczytu z kilku czujników rozmieszczonych w samochodzie:

  • Czujnik temperatury na parowniku
  • Czujnik temperatury zewnętrznej (z reguły zlokalizowany przed skraplaczem, często zaraz za zderzakiem)
  • Czujnik temperatury wewnątrz kabiny
  • Czujnik nasłonecznienia (najczęściej ulokowany w podszybiu)
  • Przełącznik szybkości pracy wentylatora (niski – wysoki). Bez względu na to, czy system jest, czy też nie jest ustawiony w pozycji na recyrkulację powietrza z zewnątrz. Oba tryby pracy mają wpływają na odczyty czujników temperatury.

Pozostałe czujniki określające poziom chłodzenia:

  • czujnik ciśnienia czynnika chłodzącego
  • czujnik temperatury płynu chłodzącego

Oba wymienione czujniki dostarczają do komputera sygnały pozwalające zmniejszyć poziom chłodzenia, a także utrzymać ciśnienie po wysokiej stronie układu na poziomie najbardziej optymalnym, co pozwala także ustrzec się przed przegrzaniem silnika.

Pełna oferta zaworów sterujących do sprężarek dostępna jest na naszym sklepie

Klimatyzacja samochodowa Laser Sinex

Opracowanie Laser-Sinex Sp. z o.o. na podstawie informacji i publikacji; 
Advanstar Automotive, Delphi Corporation, Denso
Ten wpis został opublikowany w kategorii Auto klimatyzacja samochodowa, Kompresory sterowane zaworem elektromagnetycznym i oznaczony tagami , , , , , , , , , . Dodaj zakładkę do bezpośredniego odnośnika.