Klimatyzacja w pojazdach elektrycznych i hybrydowych

Fot. Texa

Układy klimatyzacji w pojazdach samochodowych stosowane są od lat. Najpierw występowały w pojazdach luksusowych, obecnie stanowią podstawowe wyposażenie pojazdów klasy budżetowej. Klimatyzacja podnosi nie tylko komfort jazdy, ale również bezpieczeństwo.

Jednym z kluczowych podzespołów układu klimatyzacji jest kompresor służący do wytworzenia i utrzymania ciśnienia czynnika chłodniczego gazu (R134 lub R1234yf). W samochodach wyposażonych w silnik spalinowy kompresor napędzany jest paskiem wieloklinowym. W pojazdach hybrydowych silnik spalinowy nie służy już do jego napędzania. Pojazdy te, zwłaszcza podczas jazdy miejskiej, poruszają się za pomocą silnika elektrycznego i brak stałego napędu sprężarki powodowałby mało wydajne działanie układu. Dlatego zarówno w hybrydach, jak i samochodach elektrycznych stosuje się kompresory napędzane inaczej.

Montowane w tego typu pojazdach sprężarki najczęściej są typu ślimakowego. Składają się z dwóch spirali – nieruchomej i orbitalnej, elektrycznego silnika bezszczotkowego oraz separatora oleju. Rozwiązanie to zapewnia łatwe regulowanie wydatku oraz wykazuje niższe zapotrzebowanie na energię. Ma to szczególne znaczenie w pojazdach elektrycznych, gdzie każda oszczędność energii zwiększa jego zasięg. Układ klimatyzacji pełni też drugą funkcję – służy do tak istotnego w pojazdach elektrycznych chłodzenia zestawu akumulatorów. Ładowanie (poprzez rekuperację) oraz rozładowywanie akumulatorów powoduje wydzielanie się ciepła, a są to elementy bardzo wrażliwe na temperaturę, w jakiej pracują. W upalne dni układ chłodzi więc nie tylko wnętrze, ale dba również o odpowiednią temperaturę systemu magazynowania energii. Przykładowo w samochodzie Toyota Prius zamontowana jest sprężarka napędzana przez synchroniczny silnik elektryczny z magnesami trwałymi. Falownik zapewnia napięcie o wartości 201 V zasilające sprężarkę, a modulacja częstotliwościowa umożliwia płynną regulację jej obrotów.

Fot. 1. Stacja Texa Konfort 760R – hermetyczne, identyfikowalne zbiorniczki na olej oraz barwnik UV

Ponieważ kompresor w tego typu pojazdach zasilany jest elektrycznie, olej krążący w układzie klimatyzacji musi charakteryzować się bardzo dobrą dielektrycznością (około MΩ). Jest to szczególnie ważne dla pracowników wykonujących czynności serwisowe. Dlatego firma Texa wyposażyła swoje stacje do obsługi klimatyzacji serii Konfort w oprogramowanie przypominające o konieczności zastosowania odpowiedniego oleju. Zanieczyszczenia i wilgoć pogarszają właściwości dielektryczne oleju. Jeden procent zanieczyszczeń zmniejsza je aż dziesięciokrotnie.

W systemie klimatyzacji samochodowej, szczególnie w wersji z automatycznym sterowaniem, występuje również szereg czujników oraz siłowników operujących klapami mieszalników powietrza. Jeżeli występują problemy z utrzymaniem pożądanej temperatury wnętrza pojazdu lub zmianą kierunku nawiewu na panelu sterującym, stwierdzenie usterki bez testera diagnostycznego jest trudne lub niemożliwe. Nowoczesne zautomatyzowane układy wykorzystują informacje z czujników nasłonecznienia, wilgotności, temperatury zewnętrznej, temperatury silnika, prędkości jazdy i ciśnienia czynnika. Wszystkie te parametry mają wpływ na intensywność chłodzenia wnętrza. Co więcej, jeżeli występują w nim jakieś usterki, to najczęściej nie sygnalizuje tego żadna kontrolka. Dopiero podpięcie komputera diagnostycznego pozwala na ujawnienie błędów oraz przeprowadzenie diagnostyki systemu.

Przykładowe aktywacje i parametry przedstawiamy na przykładzie samochodu Toyota Prius – kod modelowy ZVW z 2016 roku, wykorzystując oprogramowanie diagnostyczne firmy Texa IDC5 oraz interface diagnostyczny TXT Multihub. Dla tego pojazdu dostępne są w diagnostyce 43 parametry, dzięki którym można sprawdzić, czy któryś czujnik pokazuje niewiarygodne wartości. Prawidłowa interpretacja danych wymaga doświadczenia, ponieważ czujnik pokazujący błędną wartość (mieszczącą się jednak w zakresie pomiarowym przewidzianym w oprogramowaniu) nie wygeneruje kodu usterki, lecz spowoduje nieprawidłowe działanie układu. Przykładowo, przy uszkodzonym czujniku temperatury zewnętrznej zaniżającym wartość pomiaru, klimatyzacja będzie działała mało wydajnie. Fot. 2 przedstawia przykładowe parametry dostępne w oprogramowaniu.

Fot. 2. Podgląd parametrów dla Toyota Prius – układ klimatyzacji

W przypadku sprężarek napędzanych silnikiem elektrycznym można regulować ich prędkość obrotową, a tym samym – wydajność. Podgląd parametrów pozwala ocenić, czy wymagana przez sterownik wartość pokrywa się z rzeczywistą (fot. 3).

Fot. 3. Parametry obrotów sprężarki IDC5 CAR

Na stronie parametrów można też sprawdzić położenie poszczególnych serwomotorów sterowania mieszalnikami klap powietrza. Bardzo wiele usterek związanych z nieprawidłowym ukierunkowaniem nadmuchu powietrza wynika właśnie z ich uszkodzenia. Uszkodzenie serwomotoru klapy zamykającej i otwierającej obieg powietrza zewnętrznego powoduje najczęściej bardzo intensywne parowanie szyb w samochodzie. Niestety, nie informuje o tym żadna kontrolka. Pomóc może diagnostyka komputerowa i regulacja „uruchomienie serwomotorów” (fot. 4). Funkcja ta sprawia, że każdy z serwomotorów jest aktywowany, a w przypadku usterek pojawią się błędy wskazujące egzemplarz uszkodzony. Podgląd parametrów pozwoli sprawdzić, czy położenie poszczególnego serwomotoru uległo zmianie. Regulacja wymagana jest również po wymienianie wzmacniacza A/C, jednego z serwomotorów oraz po odłączeniu akumulatora 12 V.

Fot. 4. Oprogramowanie IDC5 Texa wysterowanie serwomotorów mieszania powietrza układu klimatyzacji

Tester diagnostyczny umożliwia wysterowanie określonej prędkości obrotowej kompresora klimatyzacji (czyli regulację jego wydajności) oraz konkretnych serwomotorów (fot. 5).

Fot. 5. Wybrane dostępne aktywacje w oprogramowaniu IDC5 CAR dla Toyoty Prius

Podczas przeprowadzania rutynowej obsługi serwisowej układu trzeba pamiętać o zachowaniu szczególnej ostrożności ze względu na wysokie napięcie do zasilania sprężarki elektrycznej oraz stosowanie innego rodzaju oleju. Układ klimatyzacji chłodzi nie tylko wnętrze pojazdu, ale również pakiet akumulatorów. Pojazd spalinowy z niesprawną klimatyzacją będzie zdatny do jazdy, co najwyżej warunki będą mniej komfortowe. W przypadku pojazdów elektrycznych i hybrydowych jest to niedopuszczalne.