Как работает управляющий клапан

На стандартном компрессоре с фиксированным рабочим объемом приводной ремень вращает шкив электромагнитной муфты без нагрузки. Когда вы включаете кондиционер – муфта срабатывает и поршни внутри компрессора начинают накачивать давление, чтобы сжать хладагент.

В этом традиционном подходе к управлению системой есть 2 существенные проблемы.

Первая – компрессору требуются значительные затраты энергии двигателя автомобиля. На автомобилях с небольшими двигателями включение компрессора является серьезной нагрузкой, особенно на холостых оборотах.

Вторая – производительность компрессора низкая или недостаточная на холостых оборотах, а на высоких оборотах наоборот компрессор нагнетает избыточное давление.

Этих проблем можно избежать, если постоянно держать компрессор включенным и контролировать поток хладагента, изменяя объем компрессора.

Компрессор с переменным рабочим объемом представляет собой аксиально-поршневую конструкцию с поршнями, приводимыми в движение качающейся или наклонной пластиной. Угол отклонения этой пластины определяет длину хода поршня, изменяя количество хладагента, перекачиваемого при каждом ходе. Угол пластины регулируется с помощью рычажного механизма и пружин, и регулируется путем изменения давления хладагента в корпусе компрессора.

Когда давление в корпусе уменьшается, под действием силы давления всасывания на днища поршней сжимается пружина, которая удерживает наклонную пластину в положении минимального хода поршней. Соответственно увеличивается угол наклона пластины и увеличивается ход поршня. Давление в корпусе контролируется управляющим клапаном с отверстиями и проходами, которые соединяются с всасывающей (контур низкого давления) и нагнетательной (контур высокого давления) камерами головки компрессора.

Используются два типа управляющих клапанов: механический и электронный. Механический клапан имеет прецизионную диафрагму, которая реагирует на давление в контуре низкого давления. Когда в салоне тепло, температура испарителя увеличивается, что увеличивает давление в контуре низкого давления и сжимает диафрагму клапана. В этот момент открывается порт клапана в сторону всасывания. Это снижает давление в корпусе и увеличивает ход поршня, увеличивая перекачку хладагента через систему.

По мере того, как температура испарителя снижается, снижается и давление в контуре низкого давления. Диафрагма клапана расширяется, закрывая порт клапана в контур низкого давления и одновременно открывая порт, который пускает давление из контура высокого давления в корпус компрессора. Более высокое давление уменьшает ход поршня и объем потока хладагента. Не забывайте, что изменение объема потока не приводит к изменению давления, поэтому управляющий клапан диафрагменного типа остается стабильным.

Клапан Delphi Harrison с механическим управлением - это два клапана в одном корпусе. Когда давление в контуре низкого давления повышается, сильфон сжимается. Конусный клапан открывается, и давление переходит из корпуса компрессора (где находится наклонная пластина) через перепускное отверстие в сторону всасывания, снижая давление в корпусе, отклоняя пластину и увеличивая ход поршня.

При низком давлении сильфон расширяется, закрывая конусный клапан и открывая шаровой клапан. Давление переходит из нагнетательной полости (контур высокого давления) в корпус компрессора, увеличивая давление в нем, препятствуя наклону пластины и соответственно уменьшая ход поршня.

На рисунках ниже показан принцип работы клапана Delphi Harrison: 1 - шаровой клапан, 2 - конусный клапан, 3 - сильфон, F1 - сила давления на днище поршня, F2 - сила давления на поршень из картера компрессора.

Примерно в 2001 году DENSO представила электромагнитный клапан с широтно-импульсной модуляцией для управления давлением в корпусе компрессора на основе информации от датчиков температуры и давления в системе хладагента. Блок климат-контроля, управляющий рабочим циклом клапана, контролирует температуру испарителя, а не наоборот (как в случае с механическим клапаном).

Механический управляющий клапан все еще используется в некоторых системах, потому что он недорогой и надежный, но диапазон его управления ограничен. Электронные управляющие клапаны компрессора становятся все более распространенными, и во многих компрессорах уже нет электромагнитной муфты, а установлена муфта постоянного привода, поэтому компрессор работает непрерывно. Ход поршня может быть уменьшен примерно до 1 процента, когда охлаждение не требуется, сохраняя смазку сальников, сводя к минимуму износ масла и предотвращая другие виды повреждений, возникающих в результате длительных периодов бездействия. В итоге, при использовании кондиционера нагрузка на двигатель снижается, и снижаются выбросы в атмосферу. Поскольку нормы выбросов продолжают ужесточаться, мы будем видеть на новых моделях автомобилей всё больше компрессоров с переменным рабочим объемом и электронным управлением.

Плюсы использования электромагнитного клапана

Удобное и гибкое управление производительностью компрессора, меньшая нагрузка на двигатель, более точное управление температурой в салоне автомобиля, дольше сохраняются механические части компрессора и его уплотнения.