KLIMAATBEHEERSING IN DE AUTO

Transcriptie

1

2 Vrij Technisch Instituut Boeschepestraat POPERINGE Geïntegreerde Proef Industriële wetenschappen 2 de leerjaar 3 de graad TSO KLIMAATBEHEERSING IN DE AUTO Nic Corneillie Klaas Poelmans Schooljaar

3 I. Voorwoord Om onze opleiding Industriële 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 geïntegreerde 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 geïntegreerde proef tot een goed einde te brengen. Nic Corneillie & Klaas Poelmans 1

4 II. Inhoudstafel I Voorwoord... 1 II Inhoudstafel.2 III Lijst met afbeeldingen.5 IV Symbolenlijst...8 V Inleiding..9 1 Basiskringproces Wetten, eenheden en Begrippen Druk Warmte-energie en temperatuur Aggregatietoestanden Kookpunt en druk De ideale gaswet Enthalpie Entropie Verzadigde dampspanning Extensieve en intensieve grootheden Viscositeit Het Log p - h diagram Isobaren Isenthalpen Constant dampgehalte Isothermen Isochoren Isentropen De 4 basisprincipes van een airco Principe Principe Principe Principe Het basiskringproces Comprimeren Condenseren Expanderen

5 1.4.4 Verdampen oververhitting Nakoeling Koudemiddel Eisen voor koelmedium Benaming van het koudemiddel (Nomenclatuur) Componenten van de koudekring De compressor Aansluiting koudemiddel Soorten compressoren Compressor met variabele opbrengst Aandrijving Smeerolie Condensor Verdamper Ontspanner via een capillair Accumulator Expansieventiel Regelwerking Filter-droger Leidingen, slangen, verbindingen en demper Regeling van het systeem De manuele bediening Automatische regeling Werking v/h geautomatiseerd proces Het systeem Sensoren en schakelaars Buitentemperatuursensor Temperatuursensor in het lucht - aanzuigkanaal Temperatuursensor in het dashboard Uitstroomtemperatuursensor van de voetruimte Fotocel voor de meting van zonnestraling Extra signalen voor de temperatuurregeling Verdampertemperatuursensor Drukschakelaar

6 3.3.9 Controleschakelaar koelvloeistoftemperatuur Hogedruksensor Actuatoren Elektromagnetische koppeling Luchtmengklep Stappenmotor Aanjager De lucht en koelkring De luchtkring Luchtkwaliteit Filters Koelkring Koelkring met capillair Koelkring met expansieventiel VI. Besluit VII. Literatuurlijst VIII. Bijlagen A. Componenten in de motorruimte.98 B. Componenten in de passagiersruimte 100 C. Bedieningspaneel voor manuele bediening.102 D. Het bedieningspaneel voor automatische bediening.103 E. Systeemoverzicht automatisch klimaatbeheersingsysteem 104 F. Temperatuursensoren G. Druksensoren..107 H. Summary of our final project I. Notre projet intégré

7 III. Lijst met afbeeldingen Fig. 1.1: Verandering van aggregatietoestand Fig. 1.2: Kookpunt en druk Fig. 1.3: Log p - h diagram met verzadigde vloeistof- en damplijn Fig. 1.4: Lijnen met constant dampgehalte in het Log p - h diagram Fig. 1.5: Isothermen in het Log p - h diagram Fig. 1.6: Isochoren in het Log p - h diagram Fig. 1.7: Isentropen in log p - h diagram Fig. 1.8: aggregatietoestand verandering van water Fig. 1.9: Principeschema met capillair Fig. 1.10: Comprimeren Fig. 1.11: Condenseren Fig. 1.12: Expanderen Fig. 1.13: verdampen Fig. 1.14: Oververhitting Fig. 1.15: Nakoeling Fig. 1.16: Dampdruk-curve voor R Fig. 2.1: Aansluitingen koudemiddel Fig. 2.2: Principe zuigercompressor Fig. 2.3: V- opstelling Fig. 2.4: Radiaal opstelling Fig. 2.5: principe enkelwerkende axiale zuigercompressor Fig. 2.6: enkelwerkende axiale zuigercompressor Fig. 2.7: principe dubbelwerkende axiale zuigercompressor Fig. 2.8: dubbelwerkende axiale zuigercompressor Fig. 2.9: principe schottencompressor Fig. 2.10: schottencompressor Fig. 2.11: rolplatencompressor Fig. 2.12: spiraalcompressor Fig. 2.13: Regelaar bij te weinig koelcapaciteit Fig. 2.14: Regelaar bij teveel koelcapaciteit Fig. 2.16: een V riem Fig. 2.17: magneetkoppeling

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

9 Fig. 3.18: PWM-signaal bij hoge druk Fig. 3.19: Luchtmengklep Fig. 3.20: principe stappenmotor Fig. 3.21: stappenmotor Fig. 3.22: Schakelschema Aanjager Fig. 3.23: Schakelschema Aanjager Motor Fig. 3.24: Schakelschema ventilator Condensor Fig. 4.1: Luchtstroom in het voertuig Fig. 4.2: Schema Luchtstroom in het voertuig Fig. 4.3: Uitstroomopeningen Fig. 4.4: Inbouwplaats van de filter in de autoairco Fig. 4.5: Partikelfilter Fig. 4.6: Partikelfilters Fig. 4.7: Gecombineerde filter Fig. 1: Componenten in de motorruimte Fig. 2: Componenten in het interieur Fig. 3: Manuele bediening Fig. 4: Een bedieningspaneel van V.A.G Fig. 5: Systeemoverzicht Fig. 6: koelwatertemperatuursensor Fig. 7: Aansluitschema NTC Fig. 8: Gegevens NTC Fig. 9: inwendig uitzicht van een druksensor Fig. 10: brugschakeling van piëzo- weerstanden in een druksensor

10 IV. Symbolenlijst symbool naam eenheid A oppervlakte m³ Cte constante geen c soortelijke warmtecapaciteit kj/kg.k c p soortelijke warmtecapaciteit bij p = Cte kj/kg.k c v soortelijke warmtecapaciteit bij V = Cte kj/kg.k F kracht N Q Warmte-energie J g Gravitatieversnelling m/s² H enthalpie J h soortelijke enthalpie J/kg M moleculaire massa kg/kmol m massa kg of g ρ soortelijke massa kg/m³ n hoeveelheid deeltjes mol p druk Bar, Pa R gasconstante J/(kg.K) S entropie J/K T absolute temperatuur K t temperatuur C U inwendige energie J V volume m³ of l W Aantal positiemogelijkheden geen k Boltzmann constante J/K 8

11 V. Inleiding Of 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 beïnvloed 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

12 1 Basiskringproces Hier bespreken we het basisprincipe achter de airco en het log p h diagram. 1.1 Wetten, eenheden en Begrippen In dit deeltje verduidelijken we de wetten, eenheden en begrippen die we gebruiken in ons eindwerk Druk Druk is een kracht die op een bepaald oppervlak inwerkt. F p = (1.1) A Met p: Druk (Pa) F: Kracht (N) A: Oppervlakte (m²) 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 = 10 5 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

13 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 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 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 T (1.2) Met Q: Warmte-energie (J) m: massa (kg) J c: warmtecapaciteit ( ) Kg K T: Temperatuurverschil (K) 11

14 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 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 Verandering van aggregatietoestand Fig. 1.1: Verandering van aggregatietoestand Bovenstaande tekening heeft de benaming weer van de verschillende veranderingen van de aggregatietoestanden. 12

15 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 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 (1.3) 13

16 De wet van Gay-Lussac p = cte V T = cte V 1 T 1 = V 2 T 2 (1.4) De wet van Regnault V = cte p T = cte p 1 T 1 = p 2 T 2 (1.5) Hieruit kan men die ideale gaswet vinden, namelijk: p V T = cte p 1 V 1 = T 1 p V 2 2 T 2 (1.6) De universele gasconstante. Uit de chemie weten we dat bij standaardomstandigheden (p 0 = 1,013 bar, T 0 = 273 K) één l mol van een gas een volume van 22,4 l inneemt. We noteren dit als V m,0 = 22,4 mol en spreken van het molair volume bij standaardomstandigheden. p V T = p 0 3 V Pa 22, = cte = 273K T 0 3 m J = 8, 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 één mol, dan wordt de druk p, n maal groter en moet het rechterlid met n vermenigvuldigd worden. We krijgen dan: 14

17 p V = n R T (1.8) met p: Druk (Pa) V: Volume (m 3 ) n: Aantal mol (onbenoemd getal) R: J Universele gasconstante ( ) K mol T: Temperatuur (K) 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 Met m: de massa van het gas (kg) kg M: de molaire massa van het gas ( ) mol Vullen we (1.9) in (1.8) dan kom je: m n = (1.9) M m R p V = R T p V = m T (1.10) M M Waarbij R r = (1.11) M J met r: De specifieke gasconstante ( ) K kg J R: Universele gasconstante ( ) K mol kg M: de molaire massa van het gas ( ) mol r noemen we de specifieke gasconstante. Hieruit volgt: p V = m r T met p: Druk (Pa) V: Volume (m 3 ) n: Aantal mol (onbenoemd getal) (1.12) 15

18 r: J De specifieke gasconstante ( ) K kg T: Temperatuur (K) 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 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 V (1.13) Met H: enthalpie (J) U: inwendige energie (J) p: druk (Pa) V: Volume (m³) 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 2 H 1 (1.14) met H: Verschil tussen 2 toestanden (J) H1: Enthalpie op tijdstip één (J) H2: Enthalpie op tijdstip twee (J) Samengevat: de enthalpie, ook wel de warmte inhoud van een stof, is de inwendige energie samen met de geleverde arbeid. 16

19 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 ) (1.15) Met S: entropie (J/K) k: Boltzmann constante; k = 1, J/K W: Aantal positiemogelijkheden (onbenoemd getal) De entropie van een systeem is dus evenredig met de logaritme van het aantal manieren waarop de deeltjes van een systeem zich kunnen ordenen 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

20 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. (1.16) m 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

21 1.2 Het Log p - h diagram In 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 coëxistentiegebied, 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 coëxistentiegebied 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 Isobaren De isobaren zijn lijnen van constante druk. Deze lopen horizontaal en de druk is af te lezen op de y-as. 19

22 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 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 Constant dampgehalte Deze lijnen, in het blauw getekend, stellen een constante vloeistof-damp verhouding voor. Je bekomt deze door alle isobaren in het coëxistentiegebied 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 één, want het gaat nu om 100% verzadigde damp zonder vloeistof. Fig. 1.4: Lijnen met constant dampgehalte in het Log p - h diagram 20

23 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 coëxistentiegebied 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

24 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: c p = c v = c (bij ideaal gas) (1.17) Met: c p : Soortelijke warmtecapaciteit bij p = constante (J/kg.K) c v : Soortelijke warmtecapaciteit bij V = constante (J/kg.K) c: Soortelijke warmtecapaciteit (J/kg.K) 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 coëxistentiegebied 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

25 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 coëxistentiegebied 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

26 1.3 De 4 basisprincipes van een airco 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 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 0 C en van vloeistof in gas (stoom of damp) bij 100 C als de druk gelijk is aan de atmosferische druk. Bij airco s zijn we in de eerste plaats geïnteresseerd in slechts twee veranderingen van toestand: verdamping (vloeistof damp) condensatie (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 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

27 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 Principe 4 Om het kookpunt van een vloeistof te verhogen, verhogen we de druk boven het vloeistofoppervlak. Een goed voorbeeld is een drukkookpan. Bij zo n 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 100 C. De druk zal maar afgebouwd worden als ze groot genoeg is om het ontspanningsventiel te openen. Bij sommige gerechten zoals stoofvlees wordt zo n 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 100 C. 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

28 1.4 Het basiskringproces In 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 druk Fig. 1.9: Principeschema met capillair Onderstaand grafieken zijn gebaseerd op het log p h diagram 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

29 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 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

30 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

31 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 12 C 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 16 C, 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

32 Als de oververhitting onvoldoende is bijvoorbeeld 1 C, 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 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 14 C 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

33 Als de nakoeling te groot is, bijvoorbeeld 15 C. Dan bevindt zich mogelijk te weinig koude- middel 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 koude- middel in de installatie. Dit verlaagt het rendement van de airco. 31

34 1.5 Koudemiddel Het koudemiddel dient om warmte-energie te transporteren. Het is dus belangrijk dat het koudemiddel een zo groot mogelijk hoeveelheid warmte-energie kan verplaatsen 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>p atm. 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

35 Milieu: het mag de ozonlaag niet aantasten of bijbrengen tot het broeikaseffect. Bekende koudemiddelen zijn: - cfk s (chloorfluorkoolwaterstoffen, bv. R 12) Een groot nadeel van cfk s is dat ze de ozonlaag aantasten. Daarom zijn deze sinds 1 januari 1995 verboden. - hfk s (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 C 2 H 2 F 4. 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 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

36 F F R 134 zou dus H C C H r 1.1 F F F F R 134a is dus F C C H r 1.2 F H 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

37 2 Componenten van de koudekring In dit deel leggen we de werking van de verschillende componenten die gebruikt worden in het aircosysteem uit. 2.1 De compressor Doel Rondpompen van het koudemiddel Comprimeren van het gasvormige koudemiddel. Plaats in de installatie Tussen het hoge - en het lagedruk gedeelte Plaats in het voertuig Geplaatst tegen - en aangedreven door de motor Welke kring 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 Aansluiting koudemiddel Fig. 2.1: Aansluitingen koudemiddel 35

38 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 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 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

39 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 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 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

40 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 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

41 Fig. 2.7: principe dubbelwerkende axiale zuigercompressor Hieronder vindt je een figuur van een dubbelwerkende axiale zuigercompressor. Fig. 2.8: dubbelwerkende axiale zuigercompressor 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

42 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

43 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 één vast is en er één 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

44 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 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 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

45 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

46 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

47 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 beïnvloed door de magneetkoppeling. De magneetkoppeling verbindt de poelie met de compressoras. 45

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

49 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 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

50 2.2 Smeerolie Doel Plaats in installatie Plaats in het voertuig Welke kring Smeren van bewegende componenten van de compressor. Grotendeels in de compressor maar circuleert ook mee met het koudemiddel 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 100 C 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

51 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

52 2.3 Condensor Doel 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

53 2.4 Verdamper Doel 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

54 2.5 Ontspanner via een capillair Doel 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

55 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

56 2.6 Accumulator Doel Plaats in installatie Plaats in het voertuig Welke kring - Zorgen dat de compressor alleen gasvormig koudemiddel aangevoerd krijgt (alleen capillaire systemen) - Verwijderen van vocht - Filteren van het koudemiddel 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 droogelement Fig. 2.23: Accumulator 54

57 2.7 Expansieventiel Doel 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 één 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

58 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 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

59 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

60 2.8 Filter-droger Doel Plaats in installatie Plaats in het voertuig Welke kring - Filteren en drogen van het koudemiddel - Optreden als voorraadvat (alleen bij expansieventiel) - Toevoegen van olie 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

61 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 zo n 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

62 2.9 Leidingen, slangen, verbindingen en demper Doel 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 één 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

63 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

64 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

65 3 Regeling van het systeem In 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 bediening Dit 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

66 Fig. 3.1: Overzicht van de componenten bij de manuele regeling 3.2 Automatische regeling Airco s 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

67 Zij hebben alle volgende onderdelen gemeen: - een regelapparaat - één 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 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 geïntegreerd. 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

68 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

69 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

70 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. Airco s 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

71 3.3 Sensoren en schakelaars Alle 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 commando s 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 geïntegreerde 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

72 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 temperatuurscoëfficiënt. De weerstand verlaagt wanneer de luchttemperatuur toeneemt. Deze NTC (negatieve temperatuurcoëfficiënt) is gevoelig aan vochtigheid en aan zoute lucht, daarom is hij beschermd door een omhulsel. Meer uitleg over de werking kan je vinden in de bijlage bij punt F. Signaalfunctie: Afhankelijk van de gemeten temperatuur stuurt het regelapparaat de temperatuurklep en de aanjager van de ventilatie aan. 70

73 Gevolgen bij een ontbrekend signaal: Als het signaal uitvalt wordt de gemeten waarde van de tweede temperatuursensor gebruikt. Mocht deze ook uitvallen dan werkt het systeem verder met een aangenomen vervangwaarde van 10 C. Er is dan geen luchtcirculatie meer mogelijk. De temperatuursensor is opgenomen in het zelfdiagnose - programma Temperatuursensor in het lucht - aanzuigkanaal Deze temperatuursensor zit direct in het lucht - aanzuigkanaal. Dit is een tweede meetplaats voor de werkelijke buitentemperatuur. De temperatuursensor bevindt zich rechts onderaan Fig. 3.6: Temperatuursensor voor lucht - aanzuigkanaal Deze temperatuursensor is ook uigevoerd met een NTC-weerstand Signaalfunctie: Afhankelijk van de gemeten temperatuur stuurt het regelapparaat de temperatuurklep en de aanjager van de ventilatie aan. Gevolgen bij een ontbrekend signaal: Als het signaal uitvalt wordt de gemeten waarde van de eerste temperatuursensor zie Ook deze temperatuursensor is opgenomen in het zelfdiagnosediagram. Het regelapparaat gebruikt altijd de kleinste waarde van beide temperatuursensoren bij de verwerking van de gegevens. 71

74 3.3.3 Temperatuursensor in het dashboard Deze temperatuursensor geeft de werkelijke binnentemperatuur door aan het regelapparaat. Zoals de buitentemperatuursensor is ook de binnentemperatuursensor uitgevoerd met een negatieve temperatuurcoëfficiënt of anders gezegd met een NTC-weerstand. Hij zit in de luchtstroom van de aanjager voor het afzuigen van de binnenlucht. De elektrische ventilator, gemonteerd achter de sensor, zorgt voor een constante, geforceerde luchtstroom. Zo is de reële waarde van de lucht in het interieur gekend en wordt de lucht in het interieur afgevoerd. Fig. 3.7: Aanzuigventilator Signaalfunctie: De meetwaarde dient ter vergelijking met de nominale waarde. De temperatuurklep en de aanjager van de ventilatie worden beiden aangestuurd Gevolgen bij een ontbrekend signaal: Bij een ontbrekend signaal wordt een vervangingswaarde van +24 C aangenomen. De installatie werkt gewoon verder bij het uitvallen van dit signaal. De temperatuursensor is opgenomen in het zelfdiagnoseprogramma Uitstroomtemperatuursensor van de voetruimte. Deze sensor meet de temperatuur van de lucht die uit het klimaatbeheersingssysteem stroomt en die het interieur binnenstroomt. De temperatuur wordt geregistreerd met behulp van een temperatuursafhankelijke weerstand (NTC). Bij afnemende temperatuur wordt de weerstand hoger. 72

75 Fig. 3.8: Uitstroomtemperatuursensor Signaalfunctie: Het signaal wordt in het regelapparaat verwerkt. Dit signaal dient voor de besturing van de luchtverdeling in de voetruimte en voor het transportvermogen van de aanjager. Gevolgen bij een ontbrekend signaal: De installatie werkt gewoon verder bij het uitvallen van dit signaal. De temperatuursensor is opgenomen in het zelfdiagnoseprogramma Fotocel voor de meting van zonnestraling Deze sensor wordt in het directe zonlicht geplaatst, doorgaans op het dashboard. Het signaal van de sensor kan gebruikt worden om de wagen sneller te koelen ingeval het voertuig aan de zon is blootgesteld. Het warmtegevoel neemt immers toe als de zon rechtstreeks op het menselijk lichaam valt, zelfs als de temperatuur ongewijzigd blijft. Werking: Het zonlicht valt door een filter en een optisch element op de fotodiode. De filter werkt als een zonnebril en beschermt het optisch element tegen UV-straling. Fotodiodes zijn lichtgevoelige halfgeleiders. Als er geen licht op valt vloeit er een kleine stroom door de diode. Hoe sterker de lichtinval hoe hoger de stroom. 73

76 . Fig. 3.9: Fotocel voor meting zonnestraling Door het schommelen van de stroom kan het regelapparaat vaststellen dat er meer of minder zonnestralen binnen vallen en de temperatuur beïnvloeden. De temperatuurklep en de aanjager worden hierdoor gestuurd Extra signalen voor de temperatuurregeling Extra informatie zorgt voor extra comfort bij de temperatuurregeling en zorgen dus voor een nog betere regeling van het systeem. Deze extra signalen zijn afkomstig van andere regelapparaten in de auto en worden in het regelapparaat voor de airco verwerkt. De belangrijkste signalen zijn: Snelheid Motortoerental Rijsnelheid: Dit signaal is nodig voor de besturing van de stuwdrukklep. Het signaal van de snelheidssensor wordt in het regelapparaat omgezet in een stuursignaal. De Climatronic gebruikt dit signaal voor het aanpassen van het toerental van de aanjager. Het signaal wordt ook gebruikt voor het instellen van de juiste stand van de regelklep voor de toevoer van omgevingslucht. Op basis van de snelheid van de wagen wordt dan de juiste stand bepaald om een geblokkeerde luchttoevoer te voorkomen bij hogere snelheden. 74

77 Motortoerental: Bij de nieuwe typen van motorsturingssystemen wordt de compressor stilgelegd als het toerental te laag wordt. Hierdoor wordt motorvermogen gerecupereerd en wordt vermeden dat de motor stilvalt. Ook mag de compressor niet sneller dan ongeveer 6000 tr/min draaien. Om veiligheidsredenen wordt de compressor dan stilgelegd als dit toerental overschreden wordt. Dit alles wordt onrechtstreeks gedaan door de motortoerentalsensor. Fig. 3.10: Overzicht van extra signalen Bij de nieuwere regelapparaten maakt men ook gebruik van de achteruitrijdschakelaar. De boordcomputer ontvangt rechtstreeks het signaal van de achteruitrijdschakelaar. De sensor is geïntegreerd in de versnellingsbak. De Climatronic is zo in staat te herkennen wanneer de auto achteruit rijdt. Toepassing van het signaal: Dit signaal wordt gebruikt om de recirculatieklep te activeren en de externe luchtinlaat te sluiten telkens wanneer de achteruit wordt geselecteerd. Op deze wijze wordt voorkomen dat uitlaatgassen in het interieur van de wagen terechtkomen. Gevolgen bij een ontbrekend signaal: Wanneer dit signaal niet correct is of ontbreekt blijft de externe luchtinlaat geopend wanneer men in achteruit schakelt. 75

78 3.3.7 Verdampertemperatuursensor Deze sensor registreert de temperatuur tussen de koelribben van de verdamper. Het signaal van de voeler wordt toegevoerd aan het regelapparaat. Bij te lage verdampertemperaturen wordt de compressor uitgeschakeld om de verdamper te beschermen tegen ijsvorming. De compressor wordt uitgeschakeld bij temperaturen van ongeveer 0 C tot 1 C, en terug ingeschakeld bij een temperatuur van circa 3 C. Fig. 3.11: Verdampertemperatuursensor Fig. 3.12: De sensor gemonteerd op de verdamper Deze sensor bevat een NTC-weerstand waarvan de weerstand ervan lager wordt naarmate de verdampertemperatuur stijgt. Gevolgen bij een ontbrekend signaal: Als de sensor niet werkt wordt de compressor uitsluitend op basis van het signaal afkomstig van de druksensor geregeld. Hierbij wordt er wel op gelet dat de compressor onder geen enkele omstandigheid maximaal vermogen levert om bevriezing van de verdamper te voorkomen Drukschakelaar Om de druk in het circuit te controleren en te begrenzen is er een hoge- en een lagedrukschakelaar geïnstalleerd. Bij een ontoelaatbare druk in het systeem wordt de compressor via de magneetkoppeling uitgeschakeld. Deze sensor kan direct in de leiding of op het vloeistofreservoir zijn aangebracht. 76

79 Fig. 3.13: Drukschakelaar In de praktijk wordt meestal gebruik gemaakt van gecombineerde schakelaars. Een veel gebruikte drukschakelaar is de trinaryschakelaars. Dit is een combinatie van een hogedruk, een lagedruk en een middendrukschakelaar. P> 32 bar De schakelaar legt de compressor stil bij een overdruk van circa 24 tot 32 bar. Bij een druk van ongeveer 5 bar wordt de compressor terug ingeschakeld. Deze overdruk wijst erop dat het koudemiddel in de condensor onvoldoende kan worden afgekoeld of er is ergens een verstopping. Deze sensor bevindt zich uiteraard aan de hogedrukkant. P< 2 bar Bij een te lage druk in het systeem, lager dan 2 bar, wordt de compressor uitgeschakeld. Een mogelijke oorzaak van een te lage druk in het systeem is onvoldoende Koudemiddel. P> 16 bar Bij een overdruk van 16 bar schakelt de schakelaar de ventilator een stand hoger of wordt er een extra ventilator ingeschakeld. Hierdoor wordt het koudemiddel in de condensor sneller gekoeld zodat er optimale prestaties in de condensor worden verkregen. Bij een overdruk van 14 bar wordt de ventilator terug een stand lager geschakeld. 77

80 3.3.9 Controleschakelaar koelvloeistoftemperatuur De compressor betekent een extra belasting voor de motor. Om bij zeer zware belasting van de motor, bijvoorbeeld bij het bergop rijden, de koelvloeistof niet te oververhitten wordt er voor gezorgd dat de compressor wordt stilgelegd. Hiervoor wordt de controle schakelaar van de koelvloeistof gebruikt. Bij een te hoge temperatuur van de koelvloeistof wordt in eerste instantie de koelluchtventilator ingeschakeld. Dit gebeurt door een thermosschakelaar. Deze schakelaar bevindt zich in de radiator van de motor en is dus aangesloten op de regelmodule van de koelluchtventilatoren. Deze schakelaar heeft een negatieve temperatuurscoëfficiënt die de weerstand verlaagt wanneer de temperatuur verhoogt Fig. 3.14: Thermosschakelaar voor koelluchtventilatoren Wanneer dit niet helpt wordt de compressor uitgeschakeld. Dit gebeurt door de controle schakelaar van de koelvloeistof. Deze wordt uitgeschakeld als de temperatuur van de koelvloeistof ongeveer 119 C bedraagt en hij wordt terug ingeschakeld bij een temperatuur van circa 112 C. Wanneer de koelvloeistof te warm wordt zal er een verklikker lampje gaan branden in het instrumentenpaneel. Fig. 3.15: Controle schakelaar koelvloeistof 78

81 Hogedruksensor Bij de nieuwste generaties Climatronics wordt gebruik gemaakt van een elektronische hogedruksensor. Deze sensor is de opvolger van de drukschakelaar voor airco s. De hogedruksensor is evenals de drukschakelaar opgenomen in de hogedrukleiding. Op dit ogenblik worden twee typen druksensoren gebruikt in de autotechniek. Het ene type geeft een spanningsvariërend signaal door aan de regeleenheid, het andere type een blokspanning waarvan de dutycycle wijzigt bij veranderende druk. Fig. 3.16: Hogedruksensor Principe: De hogedruksensor registreert de druk van het koelmedium en zet de fysische grootheid druk om in een elektrisch signaal. Anders dan bij de drukschakelaar voor airco s worden niet alleen de vastgelegde drempelwaarden van de druk opgemeten maar wordt de druk van het koelmedium tijdens de hele werkcyclus gecontroleerd. Na verwerking van het signaal in het regelapparaat weet het regelapparaat de drukverdeling in het circuit. Wanneer de druk te groot wordt schakelt het regelrelais van de koelluchtventilator de ventilator een stand hoger of schakelt hij een extra ventilator in. De compressor wordt in - en uitgeschakeld door de magneetkoppeling als de drukken een onaanvaardbaar niveau bereiken. Een voordeel van deze sensor tegenover de drukschakelaar: Als de wagen stilstaat dan kan het stationair toerental van de motor exact aan het momenteel opgenomen vermogen van de compressor worden aangepast. Werking: De werking is uitgelegd in de bijlage bij punt G. 79

82 Werking spanningvariërende druksensor: Deze sensor heeft drie aansluitingen: plus en min (5 volt, gevoed vanuit de regeleenheid), de derde is de signaaldraad. Deze geeft een spanning af: lage spanning wil zeggen lage druk, hoge spanning hoge druk. De dutycycle-variërende druksensor: Bij lage druk De microprocessor van de hogedruksensor geeft bij lage druk een signaal af met een geringe impulsbreedte. De opgewekte PWM-signalen hebben een frequentie van 50 Hz per seconde. Dit komt overeen met een periode duur van 20ms dit is de maximale impulsbreedte. Bij een lage druk van 1,4 bar bedraagt de impulsbreedte 2,6 ms, dit komt overeen met 13 % van de periodeduur. Fig. 3.17: PWM-signaal bij lage druk Bij hoge druk De impulsbreedte wordt bij toenemende druk evenredig groter. Bij een hoge druk van bijvoorbeeld 37 bar is de impulsbreedte 18 ms. Dit komt overeen met 90% van de periode duur. Fig. 3.18: PWM-signaal bij hoge druk 80

83 3.4 Actuatoren In dit deel bespreken we de actuatoren. Actuatoren sturen, schakelen en regelen technische processen. De elektrische, digitale of analoge stuursignalen worden door de regeleenheid omgezet in mechanische arbeid. In ons geval verwerkt de actuator de informatie dat het krijgt van de regeleenheid om de airco te regelen. We zullen de verschillende actuatoren die gebruikt worden bespreken Elektromagnetische koppeling De elektromagnetische koppeling werkt als koppelelement tussen compressor en motor. De koppeling wordt tot stand gebracht wanneer de spoel van de elektromagneet onder stroom wordt gezet. Zie ook Luchtmengklep Met de luchtmengklep wordt de richting van de luchtstroom geregeld. Naar de voorruit, de voeten of naar de persoon zelf. Fig. 3.19: Luchtmengklep Dit kan door verschillende manieren verwezenlijkt worden. Het kan verwezenlijkt worden door een gelijkstroommotor, stappenmotor of een elektronpneumatisch systeem. In dit eindwerk zal alleen de methode met de stappenmotor uitgelegd worden. 81

84 3.4.3 Stappenmotor De stappenmotor wordt aangestuurd aan de hand van een digitaal signaal. Er worden IC s gebruikt om dit te verwezenlijken. Fig. 3.20: principe stappenmotor Wanneer de eerste wikkeling wordt aangestuurd gaat de rotor, een permanente magneet, met zijn zuidelijke kant naar de noordelijke pool staan. Deze is opgewekt door het magnetisch veld. De rotor zal met zijn noordelijke kant naar de zuidelijke pool van de wikkeling staan. Wanneer vervolgens alleen de tweede wikkeling aangestuurd wordt draait de magneet een kwartslag. Door de polariteit van de eerste wikkeling om te keren zal de rotor nog een kwartslag draaien. Wanneer de aansturing van de tweede wikkeling wordt omgekeerd wordt de cyclus voltooid. Met de stappenmotor uit dit voorbeeld kunnen vier volledige stappen worden uitgevoerd. Fig. 3.21: stappenmotor 82

85 De motor drijft een vertragingsysteem van tandwielen aan. Dit gebeurt zo zodat de kleppen langzaam draaien. Zo verslijten ze niet zo snel Aanjager Het is van groot belang een luchtstroom te hebben die door de condensor en door de verdamper stroomt. De aanjager is een elektromotor met schroef. De ventilator begint te draaien zodra het systeem in werking wordt gesteld. Deze ventilator zorgt voor een luchtstroom zodat de warmte-energie van de condensor wordt afgevoerd. Bij de verdamper zorgt de ventilator dat er genoeg lucht voorbij stroomt die gekoeld wordt. Deze lucht wordt dan in het interieur geblazen. Afhankelijk van het type klimaatbeheersing moet de bestuurder zelf de aanjager in werkstand 1 zetten of wordt de ventilatie automatisch gestuurd. Fig. 3.22: Schakelschema Aanjager 83

86 Hierboven staat het elektrische schakelschema voor de aanjager. De werking hiervan zal verduidelijkt worden aan de hand van de uitvergrotingen. Fig. 3.23: Schakelschema Aanjager Motor S1 is de knop die zich in het interieur bevindt om de autoairco aan te steken en zijn luchttoevoer te regelen. In ons schakelschema heb je 3 standen. Bij stand 1 heb je 2 weerstanden die de grote van de stroom beïnvloeden. In stand 1 is de stroom het kleinst als de airco ingeschakeld is en zal er dus het minst van al gekoelde lucht in het interieur van de wagen geblazen worden. Dit komt omdat M1 traag draait, er zal niet veel lucht voor handen zijn om in het interieur geblazen te worden. M2 dient om lucht naar de condensor te zuigen. Bij stand 2 draait M1, de ventilator die buitenlucht aanzuigt, als iets sneller en zal er dus meer lucht via M2 in het interieur van de wagen worden geblazen. In stand 3 draait M1 op zijn nominaal toerental en zal het aangezogen luchtdebiet het grootst zijn. 84

87 Fig. 3.24: Schakelschema ventilator Condensor M3 is een extra ventilator op de condensor die maar ingeschakeld wordt als de druk door de leiding van de condensor een bepaalde waarde aanneemt. Meestal is dit 18 bar. De extra ventilator zorgt ervoor dat er meer lucht door de condensor gaat en er dus meer koudemiddel verdampt wordt. Hierdoor zal de druk zakken. Als de druk terug zakt onder de 16 bar zal de trinary drukschakelaar weer opengaan en zal de relais K1 niet meer bekrachtigd zijn waardoor M3 niet langer draait. E1 stelt het koppel van de compressor voor. De trinary drukschakelaar zal de compressor laten stoppen met werken als de druk in de airco kleiner wordt dan 2 bar of hoger is dan 25 bar. U1 is de sturing van de airco. Deze zal de compressor maar laten draaien wanneer het nodig is. Hier is ook de ijsbeveiliger op aangesloten. Deze zal de compressor laten stoppen met werken als de temperatuur van de verdamper kleiner wordt dan 1 C. 85

88 4 De lucht en koelkring In dit hoofdstuk zullen we de weg die de toegevoerde lucht, bij het blazen van koude of warme lucht, aflegt van dichterbij bekijken. We zullen het ook hebben over de filters die de lucht zuiveren. De 2 verschillende koelkringen van een autoairco zullen ook worden besproken. 4.1 De luchtkring De weg die de lucht tot in het interieur van de wagen aflegt, begint aan het ventilatierooster dat zich meestal op de motorkap ter hoogte van de voorruit bevindt. De lucht wordt tijdens het rijden door het rooster geblazen. Er is ook een ventilator om bij lage snelheden voor een voldoende groot luchtdebiet te zorgen. Fig. 4.1: Luchtstroom in het voertuig De aangezogen lucht wordt op een ingestelde temperatuur gebracht via een warmtewisselaar die de gekoelde lucht van de autoairco en de verwarmde lucht van kachelradiator samenvoegt. Uiteindelijk komt de lucht via de gekozen uitstroomroosters in het voertuiginterieur terecht. 86

89 Fig. 4.2: Schema Luchtstroom in het voertuig De lucht stroomt het interieur weer uit langs de uitstroomopeningen achteraan. Die bevinden zich in een dynamische onderdrukzone zodat de lucht naar buiten wordt gezogen. De exacte plaats en het aantal van deze zone s is afhankelijk van de wagenarchitectuur. Fig. 4.3: Uitstroomopeningen 87

90 4.2 Luchtkwaliteit Als men in de wagen zit en je laat de blazers koude lucht blazen dan wilt men niet de smog van andere auto s in je auto krijgen. Daarom moet de lucht eerst door filters gaan. We zullen dit nu bespreken Filters Een filter heeft 2 taken. Enerzijds het reinigen van de lucht voor de verdamper, zodat deze minder vervuild wordt en bacteriën er zich minder snel kunnen nestellen. Waardoor de kans op vervelende geurtjes daalt. Anderzijds het filteren van de lucht die het interieur binnen stroomt. Als verontreinigde lucht ongefilterd in het voertuiginterieur terechtkomt, kunnen de inzittenden ademhalingsproblemen ondervinden en op termijn het slachteroffer worden van allergieën en andere gezondheidsproblemen. Luchtverontreiniging bestaat uit allerlei partikels van verschillende grootte en afkomst. Zowel in vaste of vloeibare toestand zoals pollen, micro-organismen, dampen, slijtageresten, afslijpsel van banden en remmen en straatstof. De lucht draagt bovendien ook nog verontreinigende gasvormige substanties uit industrie en verkeer in zich zoals koolwaterstoffen, stikstofoxide en zwaveldioxide. De filter bevindt zich ofwel op het ventilatierooster op de motorkap ofwel in de autoairco zelf. Het luchtdebiet van zo n filter ligt tussen de 200 en 600 m 3 /u. Doordat de filter continu stof opslaat neemt het luchtdebiet gestadig af, waardoor je de filter regelmatig moet vervangen. Er worden 2 soorten filters gebruikt: een pollen of partikelfilter en een gecombineerde filter. 88

91 Fig. 4.4: Inbouwplaats van de filter in de autoairco Pollenfilter Een pollenfilter ook partikelfilter of deeltjesfilter genoemd haalt alleen de vaste deeltjes uit de aanzuiglucht. Hij is opgebouwd uit 3 lagen: De eerste laag, een voorfilter, dient om grotere stofdeeltjes af te scheiden en het opslagvermogen van de filter groter te maken. Hij geeft ook een zekere stevigheid aan de filter en beschermt hem tegen de kracht van de voorbij stromende lucht. De tweede laag bestaat uit een microvezellaag waarin de kleine deeltjes worden tegengehouden door elektrostatische krachten. De derde laag, een beschermlaag, bestaat uit hetzelfde materiaal als de eerste laag en beschermt de tweede laag tegen beschadiging. Fig. 4.5: Partikelfilter 89

92 De levensduur van een filter hangt voornamelijk af van waar je met de wagen rijdt. Hoe vaker een filter stofdeeltjes uit verstedelijkt en industriegebied te verwerken krijgt, hoe sneller de maximale opslagcapaciteit bereikt zal worden en hij vervangen moet worden. De levensduur is het langst als je hoofdzakelijk op snelwegen rijdt. De levensduur van een partikelfilter mag je op tot km schatten. Fig. 4.6: Partikelfilters Gecombineerde filter Een gecombineerde filter bestaat uit een partikelfilter en een filter voor schadelijke gassen. Metingen hebben uitgewezen dat de concentratie uitlaatgassen in het passagierscompartiment veel hoger is dan erbuiten. Dit wordt veroorzaakt door de voorliggers die een uitlaatgastunnel creëren waardoor de uitlaatgassen in geconcentreerde vorm in het interieur binnenkomen. Daardoor bereiken de hoeveelheden ongefilterde schadelijke gassen in de wagen een waarde die 6 keer groter is dan aan de straatrand. In filters die schadelijke gasvormige substanties uit de lucht moeten filteren past met het principe van absorptie toe. Als absorptiemiddel gebruikt men actieve kool, omdat het tegen veel stoffen zeer efficiënt is. De werking van actieve kool berust op de grote hoeveelheid fijn verdeelde poriën en het zeer grote inwendig porieoppervlak. Commercieel verkrijgbare actieve kool soorten hebben een inwendig oppervlak van 500 tot 1500 m²/gr. Actieve kool wordt gemaakt van ondermeer bruinkool, steenkool, turf en kokosnoot. Een filter bevat 100 tot 300 gr actieve kool. Om de actieve koollaag tegen vervuiling door partikels te beschermen wordt hij door een partikelfilter voorafgegaan. Een gecombineerde filter bestaat uit 5 lagen. 90

93 De eerste laag is een voorfilter (zie Pollenfilter) De tweede laag is een microvezellaag (zie Pollenfilter) De derde laag is een scheidingslaag tussen de partikelfilter en het actieve koolmedium De vierde laag is de actieve koollaag die schadelijke gassen en geurtjes absorbeert De vijfde laag is een beschermlaag om de actieve koollaag te beschermen. Fig. 4.7: Gecombineerde filter Door de extra lagen tegenover de partikelfilter heeft de gecombineerde filter een kleiner luchtdebiet. De levensduur van een gecombineerde filter bedraagt tussen de en 20000km. Uit hygiënische overwegingen zou je de filter toch minstens jaarlijks moeten vervangen als er minder kilometers worden afgelegd. 91

94 4.3 Koelkring Er zijn 2 soorten koelkringen. De werking is grotendeels gelijk maar er zijn kleine verschillen. Deze verschillen worden nu uitgelegd Koelkring met capillair Als ontspanner gebruikt men een capillair. De werking hiervan is te vinden in punt 2.5. Een capillair zal de druk van het koudemiddel verlagen. De plaats in de kring kan je moeilijk zien aangezien een capillair in de leiding zit. Je kan wel een verschil in temperatuur waarnemen. Voor de ontspanner warm, achter het capillair koud. In een kring waar een capillair wordt gebruikt moet ook een accumulator geplaatst worden. Dit is nodig om zeker te zijn dat de compressor alleen maar gasvormig koudemiddel aanzuigt. De accumulator filtert ook het koudemiddel op vuiligheden en wordt ook gebruikt als voorraadvat. Meer uitleg vindt je in het punt 2.6. Hoge druk Lage druk Fig. 4.8: Koelkring met capillair 92

95 4.3.2 Koelkring met expansieventiel Bij deze kring wordt een expansieventiel gebruikt als ontspanner. Het expansieventiel werd besproken in punt 2.7. Een expansieventiel zorgt ervoor dat de compressor geen gasvormig koudemiddel kan aanzuigen. Een accumulator is dan ook niet nodig. In de plaats wordt een filter droger in de kring geplaatst. De filter droger wordt gebruikt als voorraadvat en filter. Je vindt meer uitleg in punt 2.8. Hoge druk Lage druk Fig. 4.9: Koelkring met expansieventiel 93

96 VI. Besluit Na het maken van dit eindwerk besluiten we dat we heel wat bijgeleerd hebben. Door tal van problemen die opdoken was het niet altijd gemakkelijk. We leerden samenwerken en taken plannen. Tijdens het verwerken van de stof kregen we meer en meer inzicht de werking van de klimaatbeheersing in wagens. We kregen ook meer inzicht in bepaalde vakken zoals elektronica en fysica die rechtstreeks of onrechtstreeks in ons eindwerk aan bod gekomen zijn. We hebben geprobeerd de belangrijkste basisprincipes, De componenten van de koudekring alsook het verschil tussen een manueel bedient aircosysteem en een automatisch systeem te bespreken. Hierbij hebben we kunnen inzien dat een automatisch systeem heel wat meer componenten (sensoren, regelapparaat ) bevat. Maar hierdoor stijgt ook het comfort in de wagen aanzienlijk maar spijtig genoeg ook de kostprijs. We ondervonden dat de techniek niet stilstaat en dat er veel komt bij kijken bij het produceren en onderhouden van een aircosysteem. Door ons enthousiasme, onze kennis en gedetailleerde informatie was het mogelijk om dit eindresultaat te realiseren. Het was niet altijd even gemakkelijk, maar we zijn trots dat we dit eindwerk hebben kunnen waarmaken. We vonden dit een boeiend en leerrijk onderwerp omdat veel mensen er niet meer bij stilstaan wat voor een vooruitgang een aircosysteem is op het gebied van comfort in de wagen. Het eindwerk vergde veel inzet, maar we houden er toch goede herinneringen aan over en hopen dat we nog vaak terug kunnen denken aan de periode die we samen aan onze G.I.P. hebben gewerkt. 94

97 VII. Literatuurlijst Niet- gepubliceerde werken DEMOL K., DECLERQ J., NEIRYNCK A., Aircosystemen V.A.G., niet- gepubliceerd eindwerk, Katholieke hogeschool Zuid-West Vlaanderen Departement VHTI, 2002 CREYNS L., Foutensimulatie airconditioning Mazda 323, niet- gepubliceerd eindwerk, Katholieke hogeschool Zuid-West Vlaanderen Departement VHTI, 1993 DE DEYGERE F., Aircosystemen, niet- gepubliceerde Cursus voor 3 jaar van de opleiding Automechanica, Katholieke hogeschool Zuid-West Vlaanderen Departement VHTI, 2002 Klimaatbeheersing, niet- gepubliceerde Cursus Elektrotechniek voor de autosector en aanverwante sectoren, Educam, Brussel, 2002 Automatische klimaatbeheersing, niet- gepubliceerde Cursus Elektrotechniek voor de autosector en aanverwante sectoren, Educam, Brussel, 2002 Module Airconditioning TI s, niet- gepubliceerde Cursus Technische informatie, Hella KGaA Hueck & Co., Lippstadt, 2004 DEVOLDER F., Sensoren en Actuatoren, niet- gepubliceerde Cursus Elektronica voor de autosector en aanverwante sectoren, Katholieke hogeschool Zuid-West Vlaanderen Departement VHTI, 2000 Internetadressen Koudemiddelen voor Industriële Koeling, (2001). Gevonden op 20 oktober 2006 op het internet: 95

98 Dupont, (2005), HFC-134a Pressure-Enthalpy Diagram. Gevonden op 21 oktober 2006 op het internet: INFICON, (2001), Refrigerant Identification Guide. Gevonden op 26 maart 2007 op het internet: Decoster, (2000), Diagnosetechniek in de automobielbranche. Gevonden op 13 januari 2007 op het internet: Van Poucke, M., (2005), Airco op druk. Gevonden op 10 januari 2007 op het internet: Inovam groep (2004), Diagnose airconditioning. Gevonden op 25 oktober 2006 op het internet: Inovam groep (2005), Airconditioning en standkachels Gevonden op 30 December 2006 op het internet: Op het Veld, A, (2006), Climatronic inbouwen in een golf 3 Gevonden op 31 Oktober 2006 op het internet: Dils, T, (2006), Koelinstallatie op basis van ammoniak: Werking en storingsanalyse Gevonden op 21 Oktober 2006 op het internet: pdf;jsessionid=641DE2A8E162C0C2DD57593E672E4D09?recordId=SKHK413ebf17093f9 ba c7c01a06b7 96

99 Technische informatica motorvoertuigen leerweg open technisch onderwijs, (2005), Filmpjes Gevonden op 21 januari 2007 op het internet: 97

100 VIII. Bijlagen A. Componenten in de motorruimte Fig. 1: Componenten in de motorruimte Onderdelen: 1 = Demper met vulklep, lagedrukzijde * in de koelmiddelslang van expansieklep naar compressor * bij wagen met motorcode BDE dichtbij de expansieklep 2 = Koelmiddelslang 98

101 3 = Koelmiddelleiding * van vloeistofreservoir met droger naar expansieklep 4 = Afzuig en vulklep, hogedrukzijde 5 = Drukschakelaar airconditioning of hogedruksensor 6 = Expansieklep 7 = Interieurluchtfilter * met absorptie koolfilter 8 = Schakelaar buitentemperatuur * schakelt de magneetkoppeling bij te lage buitentemperatuur uit (uit bij -1 C, aan bij 7 C) 9 = Thermoschakelaar voor airco uitschakeling F163 * -F163 schakelt de magneetkoppeling bij een te hoge koelmiddeltemperatuur uit (uit bij 119 C, aan bij 112 C) 10 = Regelrelais voor koelluchtventilatoren 11 = Voeler buitentemperatuur 12 = Koelmiddelslang * van expansieklep naar compressor * met demper 13 = Koelmiddelslang * van compressor naar condensor 14 = Condensor 15 = Overdrukklep 16 = Compressor 17 = Magneetkoppeling 18 = Vloeistofreservoir met droger 99

102 B. Componenten in de passagiersruimte Fig. 2: Componenten in het interieur Onderdelen; 1 = Zijruitluchtrooster 2 = Luchtrooster 3 = Ontwasemingsrooster 4 = Fotocel voor meting zonnestraling 5 = Thermovoeler in dashboard 6 = Bedieningspaneel met display 7 = Tussenstuk 8 = Dashboarddwarsdrager 100

103 9 = Interieurluchtfilter * met absorptie - koolfilter 10 = Thermovoeler in luchtaanzuigkanaal 11 = Voeler uitstroomtemperatuur verdamper * alleen bij wagens met extern geregelde compressor 12 = Stelmotor luchtinlaatklep 13 = Aanjager ventilatie 14 = Regelapparaat aanjager ventilatie 15 = Verdeelkast en verdamperhuis * met verdamper * met warmtewisselaar 16 = Stelmotor met centrale klep 17 = Stelmotor temperatuurregelklep 18 = Masker middendeel 19 = Climatronic regelapparaat 20 = Luchtrooster voetruimte 21 = Luchtkanaal voor voetruimte achterin 22 = Afdichting 23 = Verbindingsstuk 24 = Voeler uitstroomtemperatuur voetruimte 25 = Stelmotor van verdeelklep voetruimte/ Ontwaseming 26 = Warmtewisselaar 27 = Afdichting warmtewisselaar / schutbord 28 = Tussenstuk ontwaseming 101

104 C. Bedieningspaneel voor manuele bediening Fig. 3: Manuele bediening 1 = temperatuurregelaar 2 = ventilatorschakelaar 3 = luchtverdelerschakelaar 4 = knop om de achterruit te ontdooien 5 = airconditioningschakelaar 102

105 D. Het bedieningspaneel voor automatische bediening Fig. 4: Een Bedieningspaneel van V.A.G. 1 = Drukknop voor het ontdooien van de voorruit 2 = Aanduiding voor de aanjagerstand 3 = Aanduiding voor de buitentemperatuur 4 = Aanduiding voor ontdooien voorruit 5 = Aanduiding voor circulatiestand 6 = Aanduiding voor luchtstroomrichting 7 = Aanduiding voor gekozen binnentemperatuur 8 = Aanduiding AUTO (automatische regeling) of ECON (koelsysteem uit) of 0FF (gehele systeem uit) 9 = Drukknop voor automatische regeling 10 = Drukknop voor circulatie 11 = Drukschakelaar voor aanjager langzamer en drukschakelaar voor airconditioning uit 0FF 12 = Drukknop voor aanjager sneller 13 = Drukknop voor luchtrooster dashboard 14 = Drukknop voor luchtstroom voetruimte 15 = Drukknop voor kouder 16 = Drukknop voor warmer 17 = Drukknop voor ECON (koelsysteem uit) 18 = Interieur-temperatuurvoeler a- bij wagens met links stuur b- bij wagens met rechts stuur 103

106 E. Systeemoverzicht automatisch klimaatbeheersingsysteem Fig. 5: Systeemoverzicht 104

107 F. Temperatuursensoren Werkingsprincipe Er wordt meestal gebruik gemaakt van NTC- weerstanden Fig. 6: koelwatertemperatuursensor Temperatuursensoren worden vanuit de Electronic Control Unit (ECU) gevoed met een spanning van 5 volt via een vaste voorschakelweerstand in de ECU (R1). De ECU meet de temperatuur door de spanningsval over de NTC te meten (tussen THW-E2). Fig. 7: Aansluitschema NTC 105

108 Fig. 8: Gegevens NTC Merk op de gegevens links en rechts komen niet overeen, het gaat om twee verschillende sensoren. 106

109 G. Druksensoren Afhankelijk van de nauwkeurigheid van of de snelheid waarmee men een druk wil meten pas men verschillende types toe. Werkingsprincipe De sensor werkt op het piëzo-resistieve effect. De weerstand van een metaal of halfgeleider hangt af van de spanning in het materiaal (de verlenging of verkorting). Als halfgeleider wordt silicium gebruikt omdat dit metaal een redelijk grote gevoeligheid heeft. De piëzo-weerstanden worden in een brugschakeling op een membraam gekleefd. Aan de ene zijde is het membraan in contact met een luchtledige kamer, aan de andere zijde met de te meten druk. Het membraam vervormt door het drukverschil, de weerstanden vervormen mee waardoor hun weerstandswaarde verandert. De verschilspanning wordt door een inwendige elektrische schakeling versterkt. De kunststof behuizing (1) omvat een printplaat (2), sensorhuis (3) en de stekker (7). Het drukgevoelige element (8) van de sensor (5) is met een slang verbonden met de vacuümaansluiting op het inlaatspruitstuk (6). Het element is verbonden met een printplaat (2) die op zijn beurt is verbonden met de 3 pennen van de stekkeraansluiting. Het element is een piëzo-membraan waarvan de weerstand veranderd door vormverandering ten gevolge van het drukverschil van boven en onderzijde van het membraan. De onderzijde van het element staat onder een constante druk (atmosferische druk of in andere gevallen referentievacuüm) terwijl de bovenzijde is verbonden met de variabele druk in het inlaatspruitstuk Fig. 9: inwendig uitzicht van een druksensor 107

110 De vier weerstanden zijn geschakeld in een brugschakeling die wordt gevoed met een constante voedingspanning Uv van 5 volt. Het membraan vervormt door het drukverschil dat op het membraan werkzaam is de weerstanden R4 en R2 verkorten ( weerstand verkleint), de weerstanden R1 en R3 verlengen (weerstand vergroot). De mate van weerstandtoename en afname is afhankelijk van het heersende drukverschil. Fig. 10: brugschakeling van piëzo- weerstanden in een druksensor 108

111 H. Summary of our final project Our subject of our final project is air conditioning in the car. We have chosen this subject because we were / are interested in air conditioning in the car. We thought also that we would find a lot of information about this subject. Another reason is that the parents of Nic Corneillie work in the motor industry. When also our teachers supported us in our chose we were completly motivated to start with our final project Our final project is divided up in four chapters: Basic principle, components of the air conditioning and the air circuit. Basic principle is about the principles behind the air conditioning. Components of the air conditioning circuit is about all the used parts in the system like the compressor, the expansion valve, the evaporator, Chapter three is about the controls of the system. How everything is adjusted. The last chapter is about the conduction of the cold air. All went well during the making of our final project. We haven t had big problems. This was because we had a lot of valuable information. The only problem we had is that our information disagreed on some points. But after some searching and some logical thinking we always solved the problem. We are very satisfied with our final project. We shall adjust and correct our text a bit more. But our basic text is very good. We are proud of our final project. 109

112 I. Notre projet intégré A la fin de cette sixième année de secondaire, nous avons dû élaborer un projet intégré qui montre en quelque sorte tout ce que nous avons appris au cours des six années précédentes. Pour les cours de français, nous avons dû expliquer notre sujet en néerlandais et essayer ensuite de traduire ce texte de base en français. Pour ce faire, nous avons d abord noté tous les mots les plus importants de notre version en néerlandais, et nous avons essayé de trouver la traduction de ces mots dans un dictionnaire bilingue. Nous avons noté toutes les traductions possibles et, dans un deuxième temps, nous avons indiqué laquelle des traductions nous semblait la bonne dans le contexte. Parfois, nous ne trouvions pas de traduction dans un dictionnaire de poche, ce qui nous a appris que trouver une bonne traduction n est pas toujours chose facile, surtout s il s agit de termes plutôt techniques. De toute façon, avec l aide du professeur, nous avons quand même réussi, et nous vous présentons donc le texte suivant, dont nous espérons que vous le lirez avec plaisir. Notre projet intégré traite de la climatisation automatique. Nous avons choisi ce sujet parce que cela nous intéresse et que nous pensions que nous trouverions beaucoup d information sur ce sujet. Une autre raison est que les parents de Nic travaillent dans l industrie automobile. Comme nous professeurs nous soutiennent dans notre choix, nous sommes complètement motivés pour commencer notre projet intégré. Après quelques recherches nous avions trouvé déjà beaucoup d informations utiles sur le système de climatisation automatique. Nous avons commencé ensuite à traiter ces informations. Après que nous avions tout étudié, nous avons fait une table des matières ; ainsi, nous avons pu ranger toutes les informations. Alors, nous avons commencé à écrire notre texte. Grâce à la grande quantité d informations, tout marche bien. Nous n avons pas eu de grands problèmes. Comme nous sommes maintenant bien avancés, nous n aurons pas de retard. Nous aurons assez de temps pour préparer notre présentation et défendre notre projet. Le père de Nic essaiera de trouver toutes les pièces de la climatisation automatique pour nous. Nous espérons que notre projet sera d un haut niveau. 110

113 111