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Loucozener
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MPa
Pression
208
Service.
Programme autodidactique 208
La climatisation automobile
Notions de base
1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0 -30 -20
Température
-10
o
0 C
10
20
30
40
50
60
70
air dition con
L'air conditionné a, sur les véhicules, cessé depuis longtemps d'être considéré comme une option de luxe. Le climatiseur est devenu un facteur de sécurité active et s'assimile pratiquement à un équipement technique de sécurité. Si, il y 10 ans de cela, seuls quelque 10 % des véhicules neufs immatriculés pouvaient s'enorgueillir de posséder un climatiseur, plus d'un quart des nouveaux véhicules immatriculés en 1996 en étaient équipés de série. Les clients souhaitent de plus en plus souvent des véhicules climatisés.
La constitution du circuit de réfrigérant d'un climatiseur est identique sur tous les véhicules. Des variations ne sont sensibles qu'au niveau de l'adaptation aux besoins frigorifiques. Nous aimerions, dans ce programme autodidactique, vous familiariser avec le principe fondamental et la constitution d'un climatiseur. Vous apprendrez à quoi servent les différents composants assurant la génération du froid, quelles sont les particularités du réfrigérant et pourquoi des directives SAV particulières s'appliquent aux climatiseurs. Les composants représentés ont, pour la plupart, valeur générale.
Pour les indications chiffrées, veuillez tenir compte du fait qu'il s'agit d'exemples. Les valeurs absolues varient pour chaque véhicule spécifique en fonction des besoins frigorifiques.
NOUVEAU Attention Nota
Le programme autodidactique n'est pas un Manuel de réparation !
Pour les instructions de contrôle, de réglage et de réparation, prière de consulter les ouvrages SAV correspondants.
2
Aperçu
La climatisation en automobile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Un climatiseur, pourquoi ?
Physique appliquée
o
MPa
Physique et technique de refroidissement . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
C
Réfrigérant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
134a
Technique de refroidissement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Circuit de réfrigérant Principe Circuit de réfrigérant avec clapet de détente Compresseur Fonctionnement du compresseur Coupleur électromagnétique Condenseur Réservoir de liquide et déshydrateur Clapet de détente Clapet de détente nouvelle génération Evaporateur Circuit de réfrigérant avec étrangleur Etrangleur Collecteur
R
Régulation du système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Composants du système de sécurité
t° p
Commutation des ventilateurs de radiateur . . . . . . . . . . . . . . 40
Commutation des ventilateurs pour refroidissement du moteur/condenseur Appareil de commande pour ventilateur de liquide de refroidissement J293
Régulation de la température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Régulation manuelle Régulation automatique Synoptique du système Appareil de commande avec unité de commande et d'affichage Principaux détecteurs de température Signaux supplémentaires pour régulation de la température Servomoteurs Guidage d'air Répartition d'air Mode air recyclé
Technique SAV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Mesures de sécurité Influences sur le fonctionnement - Généralités Diagnostic des défauts par contrôle de pression Diagnostic des défauts par autodiagnostic
Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Principales notions de technique de refroidissement
3
La climatisation en automobile
Un climatiseur, pourquoi ?
L'être humain se sent à l'aise à une température et une humidité de l'air ambiant données ; il éprouve alors une sensation de confort. Le confort, considéré comme composant de la sécurité active, joue un rôle important pour une aptitude à la conduite inaltérée. La "climatisation automobile" exerce une influence directe sur le conducteur, sur une conduite sans fatigue, sur la sécurité de conduite. Une température agréable dans l'habitacle dépend de la température régnant à l'extérieur et d'un débit d'air suffisant :
°C
En cas de rayonnement solaire important, notamment, l'échange de l'air réchauffé de l'habitacle ne peut avoir lieu qu'avec de l'air à température ambiante. Sur le chemin menant de la prise d'admission au diffuseur d'air, il se produit généralement un réchauffement supplémentaire de plusieurs degrés. L'ouverture d'une glace ou du toit ouvrant pour obtenir un climat agréable s'accompagne généralement de courants d'air ou d'autres désagréments tels que bruit, gaz d'échappement, pollen.
Courbes de confort
kg/min
Température habitacle
Température extérieure basse, p. ex. 20 oC température de l'habitacle assez élevée 28oC débit d'air élevé 8 kg/min Température extérieure élevée, p. ex. 40 oC basse température de l'habitacle 23 oC débit d'air élevé 10 kg/min Température extérieure moyenne, p. ex. 10 oC basse température de l'habitacle 21,5 °C faible débit d'air 4 kg/min Même un système de ventilation et de chauffage moderne ne parvient que de manière insatisfaisante à assurer ce confort à des températures extérieures élevées. Pourquoi ?
28
8
26
6
24
4
22
2
20 -20 -10 0 10 20 30 40 °C
0
Débit d'air
208_043
Température extérieure
Lorsque l'humidité de l'air est élevée, le stress imposé au corps humain augmente encore.
Températures régnant dans un véhicule de catégorie moyenne pour : Temps de conduite 1 h Température extérieure 30 oC Rayonnement solaire s'exerçant sur le véhicule avec climatiseur Zone Tête Thorax
sans climatiseur
23 °C 24 °C
42 °C 40 °C
Pieds
28 °C
35 °C
208_001
4
Effets d'une température défavorable dans l'habitacle sur l'être humain
Zone confort
Des études scientifiques de l'OMS (Organisation Mondiale de la Santé) ont prouvé que l'aptitude à la concentration et le pouvoir de la réaction diminuent fortement en cas de stress. La chaleur est une forme de stress. La meilleure température pour le conducteur se situe entre 20 et 22 oC. Cela correspond à la plage climatique A, la zone de confort. Un rayonnement solaire intense sur le véhicule peut faire monter la température à l'intérieur de la voiture de plus de 15 oC au-dessus de la température extérieure au niveau de la tête notamment. C'est là que l'effet de la chaleur est le plus dangereux. La température du corps augmente, la fréquence cardiaque s'accélère. Une transpiration plus forte en est également un signe. Le cerveau ne reçoit pas suffisamment d'oxygène. Nous sommes dans la zone B du stress climatique. La zone C représente déjà pour le corps humain un stress difficilement supportable. La branche de la médecine étudiant les conditions du trafic reconnaît le "stress climatique" comme étant indubitablement une affection. Des études prouvent qu'une augmentation de la température de 25 à 35 oC provoque une diminution de la perception sensorielle et de l'aptitude combinatoire de l'ordre de 20 %. On estime que cette valeur équivaut à un taux d'alcoolémie de 0,5 pour mille. La climatisation automobile
A
B
Transpiration
C
Stress
Fréquence cardiaque
Température du corps Stress climatique moyen
faible
élevé
208_042
En vue de réduire ces contraintes, voire de les exclure totalement, on a mis au point le climatiseur, un système créé en vue de garantir à l'homme une température agréable et qui de surcroît épure et déshydrate l'air. A l'aide du climatiseur, il est possible de générer au niveau des buses de sortie d'air des températures très fortement réduites par rapport à des températures extérieures élevées. Et cela vaut que le véhicule soit arrêté ou roule. Un effet technique secondaire, aussi important toutefois que l'abaissement de la température, est l'absorption de l'humidité de l'air et l'épuration de l'air qui l'accompagne. Les filtres à pollen et à charbon actif sont des facteurs complémentaires d'assainissement. Cet "air propre" est particulièrement bénéfique aux personnes souffrant d'allergies.
- un élément de sécurité véritable - un complément fonctionnel et non pas un simple luxe
5
Physique et technique de refroidissement
Physique appliquée
MPa
Lois fondamentales Un grand nombre de matières sont connues dans trois états. L'eau par exemple : sous forme solide liquide gazeuse. La réfrigération se base sur ces lois fondamentales. On sait depuis longtemps comment obtenir un refroidissement. Un des premiers procédés utilisés pour le refroidissement d'aliments était de les stocker dans une "glacière". La glace = eau à l'état solide, absorbe la chaleur des aliments. Ils refroidissent. Cela provoque la fonte de la glace, qui repasse à l'état liquide et redevient eau. Si l'on continue à apporter de la chaleur à l'eau, elle bout et s'évapore. L'état gazeux est atteint. Le corps gazeux peut, par refroidissement, redevenir liquide et, par un nouveau refroidissement, être retransformé en un corps solide. Ce principe s'applique à pratiquement toutes les matières : Une matière absorbe de la chaleur lors de sa transformation de l'état liquide à gazeux.
Eau devient gazeuse sous l'effet de la chaleur
AES
Glace solide
o
C
208_039
Glace devient liquide par absorption de chaleur
208_040
208_041
Loi physique
Une matière délivre de la chaleur lors de sa transformation de l'état gazeux à liquide.
Le transfert de chaleur s'effectue toujours de la matière la plus chaude vers la plus froide. Les effets de l'échange de chaleur, au cours duquel un corps change d'état en des points donnés, sont exploités en technique de climatisation et réalisés sur le plan technique.
Point de solidification p. ex. l'eau se transforme en glace Point d'ébullition p. ex. l'eau se transforme en vapeur
6
Pression et point d'ébullition Lorsque la pression s'exerçant sur un liquide varie, son point d'ébullition est décalé. Tous les liquides se comportent de la même façon. Point d'ébullition H2O/eau = 100 oC Huile machine = 380 - 400 oC Nous savons, dans le cas de l'eau, qu'elle bout à des températures d'autant plus basses (et se transforme en vapeur) que la pression est basse.
Courbe de pression de la vapeur
H2O 1,7 17 4,0
Le processus d'évaporation est également le procédé utilisé sur les climatiseurs automobiles. On utilise alors une matière arrivant facilement à ébullition. On l'a appelée agent frigorigène, ou réfrigérant. Point d'ébullition Réfrigérant R12 29,8 oC Réfrigérant R134a 26,5 oC (Le point d'ébullition des liquides indiqué dans les tableaux se réfère toujours à la pression atmosphérique de 0,1 MPa = 1 bar.)
Courbe de pression de la vapeur
R134a R12 40
MPa
o
C
1,5
15
3,5
35
1,3 MPa
13 MPa bar
3,0
30 bar
1,1
11
2,5
25
liquide Pression Pression
0,9 9 2,0
liquide
20
0,7
7
1,5
15
0,5
5
1,0
10
gazeux
0,3 3 0,5
gazeux
5
0,1 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
1
0 -40 -20 0 20 40 60 °C 80 100
0
Température
°C
Température
208_006
208_005
Que nous apprend la courbe de pression de la vapeur ?
Les courbes de pression de la vapeur des deux réfrigérants R134a et R12 (le R12 n'est plus utilisé) et de l'eau montrent que : A pression constante, la vapeur se transforme en liquide par abaissement de la température (dans le circuit du climatiseur, cela se produit dans le condenseur), ou que, par réduction de la pression, le réfrigérant passe de l'état liquide à l'état gazeux (dans le circuit du climatiseur, cela se produit dans l'évaporateur).
7
Réfrigérant
Le réfrigérant à bas niveau d'ébullition utilisé pour les climatiseurs automobiles est un gaz. A l'état gazeux, il est invisible, sous forme de vapeur et de liquide, il est incolore, comme l'eau. Réfrigérant R12 dichloro-difluorométhane formule chimique CCl2F2 un chlorofluorocarbone (CFC) polluant ! Réfrigérant R134a tétrafluoréthane formule chimique CH2F-CF3 un hydrofluorocarbone (HFC) peu polluant ! Pour les climatiseurs automobiles, la vente du réfrigérant R12 est, en Allemagne, interdite depuis 1995 et, à partir de juillet 1998, il ne sera plus autorisé non plus d'effectuer le remplissage d'un climatiseur avec du R12. Sur les climatiseurs de voiture actuels, le réfrigérant R134a est le seul utilisé. Le R134a un hydrofluorocarbone, ne possède pas, comme le réfrigérant R12, d'atomes de chlore responsables, lors de leur décomposition, de l'endommagement de la couche d'ozone de l'atmosphère terrestre. La courbe de pression de vapeur du R134a s'apparente fortement à celle du R12. La puissance frigorifique est obtenue comme dans le cas du R12. Pour les climatiseurs dont le remplissage avec du R12 n'est plus autorisé, le passage au R134a est possible avec un kit de reconversion (retrofit).
bar
134a
R
Les réfrigérants ne doivent pas être mélangés entre eux et seul celui prescrit pour le système de conditionnement d'air respectif doit être utilisé.
Loi interdisant les produits halogénés
R134a
16 14 12 10
Les systèmes reconvertis n'atteignent plus leur puissance frigorifique initiale.
liquide Expansion
Pression
8 6 4 2 0 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70
o
En fonction des conditions de pression et de température dans le circuit de réfrigérant, le réfrigérant est gazeux ou liquide.
Evaporation gazeux Température
C
Courbe de pression de la vapeur du R134a
208_050
8
Etat du réfrigérant R134a dans le cycle d'un climatiseur En complément de la courbe de pression de la vapeur, le cycle du réfrigérant renseigne, en plus du bilan énergétique, sur les changements d'état du réfrigérant sous l'effet de la pression et de la température et son retour à l'état initial. Le graphique est un extrait du diagramme d'état du réfrigérant R134a pour un climatiseur automobile. Les valeurs absolues diffèrent en fonction des besoins frigorifiques du type de véhicule.
Le contenu énergétique est important pour la conception d'un climatiseur. Il indique l'énergie nécessaire au fonctionnement du processus (chaleur de l'évaporateur, chaleur du condenseur) en vue d'atteindre la puissance frigorifique prévue. Caractéristiques physiques du R134a : Point d'ébullition : Point de congélation : Température critique : Pression critique : 26,5 101,6 100,6 4,056 (40,56
Courbe de température vapeur saturée
40 90 90 85 80 70 60 50 40 30 20
°C °C °C MPa bar)
134a
R
Courbe de température liquide saturé
4,0
Point critique (pression/température)
MPa
2,0 1,6
70
C
50
60
B
16
1,0
Pression
0,8
30 20 20
8
0,6
6
0,4
10
10
4
0,3
0 C
0 C
D
0,2 200 240 280 320 360 400
A
440
3
2
Contenu énergétique
kJ/kg
208_053
A
B
Compression dans le compresseur, augmentation de pression et température, gazeux, pression élevée, température élevée Processus de condensation dans le condenseur, pression élevée, baisse de température, léger refroidissement, quitte le condenseur à l'état liquide, Expansion = détente brusque, provoque l'évaporation Processus d'évaporation (absorption de chaleur) dans l'évaporateur. Passage de vapeur à gaz, pression faible Courbe de température pour point B
Explication des termes à la page 72.
B
C
C D
D A
Pression
40
10
bar
80
9
Réfrigérant
Réfrigérant et couche d'ozone L'ozone protège la surface terrestre du rayonnement ultraviolet par absorption de la majeure partie de ces rayons. Les rayons ultraviolets décomposent l'ozone (O3) en une molécule d'oxygène (O2) et un atome d'oxygène (O). Les atomes et molécules d'oxygène d'autres réactions se combinent à nouveau pour former de l'ozone. Ce processus se déroule dans l'ozonosphère, une couche de la stratosphère, à 20 à 50 km d'altitude. Un réfrigérant CFC tel que le R12 contient du chlore (Cl). En cas de manipulation incorrecte, la molécule de R12 plus légère que l'air monte jusqu'à la couche d'ozone. Sous l'action du rayonnement ultraviolet, un atome de chlore du CFC est libéré et réagit avec l'ozone. L'ozone est alors décomposé et on obtient une molécule d'oxygène (O2) et du monoxyde de chlore (ClO), qui réagit ultérieurement avec l'oxygène et libère du chlore (Cl). Ce cycle peut se répéter jusqu'à 100 000 fois. Les molécules d'oxygène libre (O2) ne peuvent cependant pas absorber le rayonnement ultraviolet. Réfrigérant et effet de serre
Décomposition de l'ozone
km
UV
UV
UV
UV
UV
200 100 80 60
134a
R
STRATOSPHÄRE
40
+
Cl
=
O3 20 O2 10
Cl ClO
O
TROPOSPHÄRE
5
FCKW
Effet de serre
FCKW
1
Réaction entre CFC et ozone dans l'atmosphère
208_051
Le rayonnement solaire est reflété à la surface de la terre sous forme de rayonnement infrarouge. Mais les gaz en trace dont le principal est le CO2 reflètent ces ondes dans la troposphère. Il s'ensuit un réchauffement climatique l'effet de serre. Les CFC sont les principaux responsables de l'augmentation croissante de la concentration de gaz en trace. 1 kg de R12 provoque le même effet de serre que 4000 t de CO2. Le R134a ne contribue que très peu à l'effet de serre. Son potentiel de décomposition de l'ozone est pratiquement nul. 10
FCKW R12 1
FKW R134a 0 0 1 2 3 4
Potentiel d'effet de serre
208_052
Huile frigorigène On a besoin pour la lubrification de l'ensemble des pièces mobiles du climatiseur d'une huile spéciale l'huile frigorigène , exempte d'impuretés telles que soufre, cire et humidité. Elle doit être compatible avec le réfrigérant étant donné qu'elle se mélange en partie avec lui et circule dans le circuit de réfrigérant et ne doit pas non plus être agressive pour les étanchements du système. L'utilisation d'autres huiles n'est pas autorisée car elle risqueraient de provoquer un plaquage de cuivre, une cokéfaction et la formation de résidus. Il s'ensuivrait une usure prématurée et une destruction des éléments mobiles. Une huile synthétique spéciale est utilisée pour le circuit de réfrigérant rempli de R134a. Elle ne doit être utilisée qu'avec ce réfrigérant étant donné qu'elle n'est pas miscible avec les autres. L'huile frigorigène ne peut également être adaptée qu'à un type de compresseur donné. Huile frigorigène pour R134a Désignation : PAG = polyalkylène-glycol Remarques importantes : Propriétés : solubilité élevée avec le réfrigérant bon pouvoir lubrifiant exempte d'acide fortement hygroscopique (absorbe l'eau) non miscible avec d'autres huiles Ne pas stocker ouvert (très hygroscopique). Toujours fermer le récipient d'huile, refermer immédiatement un bidon entamé en vue de le protéger de la pénétration d'humidité. Ne pas réutiliser d'huile frigorigène ayant déjà servi. La mettre au rebut avec les déchets spéciaux. En raison de ses propriétés chimiques, l'huile frigorigène ne doit pas être éliminée avec l'huile moteur ou l'huile de boîte.
Compresseur
50%
10% 10%
Condenseur Réservoir de liquide
10% 20%
134a
R
Flexible d'aspiration Evaporateur
Répartition de la quantité d'huile dans le circuit de réfrigérant (approximative) La capacité d'huile frigorigène varie en fonction de la conception des organes et du type de véhicule considéré.
Attention : - Cette huile ne doit pas être utilisée dans les anciens climatiseurs remplis de réfrigérant R12 étant donné qu'elle n'est pas compatible avec ce type de réfrigérant.
11
Technique de refroidissement
Circuit de réfrigérant Principe
Déroulement du processus de refroidissement et hypothèses techniques Nous savons que : Pour refroidir quelque chose, il faut céder de la chaleur. Sur les véhicules automobiles, on utilise dans ce but un système de réfrigération par compression. Un réfrigérant circule dans un circuit fermé et son état varie en permanence entre liquide et gazeux. Il est : comprimé sous forme gazeuse, condensé par cession de chaleur, évaporé par réduction de pression lors de l'absorption de chaleur. Il n'est pas produit de froid ; il y a prélèvement de la chaleur de l'air fourni au véhicule.
Côté basse pression
Côté haute pression
Déroulement technique
Compresseur
208_071
Le compresseur aspire le réfrigérant froid, gazeux, à basse pression. Le réfrigérant est comprimé dans le compresseur et se réchauffe. Il est pompé dans le circuit (côté haute pression). Durant cette phase, le réfrigérant est gazeux, à haute pression à température élevée.
Air de refroidissement
Condenseur
12
208_073
Clapet Air frais refroidi
Le réfrigérant liquide comprimé est alors refoulé en direction d'un étranglement. Il peut s'agir d'un étrangleur ou d'un clapet de détente. Il est à ce niveau pulvérisé dans l'évaporateur, ce qui s'accompagne d'une chute de pression (côté basse pression). Dans l'évaporateur, le réfrigérant liquide pulvérisé se détend et s'évapore. La chaleur d'évaporation requise est prélevée dans l'air frais chaud passant le long des ailettes de l'évaporateur, qui et refroidi. La température dans l'habitacle se rafraîchit. Durant cette phase, le réfrigérant est à l'état de vapeur à basse pression et basse température.
Evaporateur Air frais chaud
208_004
208_072
208_074
Le réfrigérant arrive rapidement au condenseur (où a lieu sa liquéfaction). La chaleur du gaz chaud comprimé est alors absorbée dans le condenseur par le flux d'air (vent dû au déplacement du véhicule et soufflante). Lorsqu'il atteint le point de rosée, qui dépend de la pression, le gaz réfrigérant se condense et passe à l'état liquide. Durant cette phase, donc, le réfrigérant est liquide, à pression élevée et à température moyenne.
Le réfrigérant, ayant repris une forme gazeuse, sort de l'évaporateur. Il est réaspiré par le compresseur et le cycle reprend. C'est donc la fin du cycle.
Durant cette phase, le réfrigérant est à nouveau gazeux à basse pression et à basse température.
13
Technique de refroidissement
Circuit de réfrigérant avec clapet de détente
I H G
Pression de service HP (HD)= haute pression BP (ND)= basse pression Dans les ouvrages techniques, Manuels de réparation par exemple, les composants sont représentés sous forme schématisée.
ND HD
ND HD
A
B
C
D E
F 208_032
I 1
H
E
D
A B
Le circuit de réfrigérant fonctionne avec le moteur du véhicule tournant. Il est doté pour cela d'un compresseur électromagnétique.
2
1 MPA = 10 bar Les valujours spécifiques au véhicule. Cf. Manuel
Pressions et températures dans le circuit (exemple)
C 2
Condensation Pression env. 1,4 MPa (14 bar) Refroidissement de 10 oC
1
Compression à env. 1,4 MPa (14 bar) Température env. 65 oC
14
Légende Haute pression Basse pression
Composants : A Compresseur avec coupleur électromagnétique B Condenseur C Réservoir de liquide avec déshydrateur D Contacteur haute pression E Raccord SAV haute pression F Clapet de détente G Evaporateur H Raccord SAV basse pression I Amortisseur (spécifique au véhicule)
F
G
3 4
Pour des raisons de sécurité, le circuit de réfrigérant ne doit pas être ouvert. Si toutefois des réparations sur le véhicule en requièrent l'ouverture, il faut au préalable vidanger le réfrigérant à l'aide d'un appareil de vidange approprié.
208_031
La puissance frigorifique d'un climatiseur automobile est déterminée par les conditions de montage sur le véhicule et la catégorie de véhicule (voiture particulière, utilitaire). Les composants de A à H existent sur tous les circuits. Suivant la conception et la nécessité, il est possible que l'équipement comporte d'autres raccords SAV, capteurs de température, contacteurs de pression dans les circuits haute et basse pression et vis-bouchons de vidange. La disposition au sein du circuit varie également d'un type de véhicule à l'autre. Certains systèmes sont dotés, en amont du compresseur, d'un amortisseur servant à réduire les vibrations du réfrigérant.
Les pressions et températures dépendent toujours de l'état de service momentané. Les valeurs données ici ne le sont qu'à titre indicatif. Elles sont établies au bout de 20 minutes pour une température ambiante de 20 oC et un régime-moteur de 1500 à 2000/min. A 20 oC et moteur arrêté, la pression dans le circuit de réfrigérant est de 0,47 MPa (4,7 bar). Nous allons ci-dessous étudier les composants du circuit de réfrigérant doté d'un clapet de détente (circuit avec étrangleur, cf. page 28).
3
Détente d'env. 1,4 MPa (14 bar) à env. 0,12 MPa (1,2 bar) Température d'environ 55 oC à 7 oC
4
Evaporation Pression env. 0,12 MPa (1,2 bar) Température env. 7 oC
1
208_033
15
Technique de refroidissement
Compresseur
Les compresseurs équipant les systèmes de conditionnement d'air automobiles sont des compresseurs volumétriques lubrifiés. Ils ne fonctionnent que lorsque le climatiseur est en circuit, cette opération étant commandée par un coupleur électromagnétique. Le compresseur élève la pression du réfrigérant, dont la température augmente. Sans cette élévation de pression, une détente ultérieure et donc le refroidissement du réfrigérant dans le climatiseur ne seraient pas possibles. Pour la lubrification, il est fait appel à une huile frigorigène spéciale dont environ 50 % restent dans le compresseur tandis que le reste circule avec le réfrigérant dans le circuit. Une soupape de sécurité de surpression, généralement montée sur le compresseur, protège le système en cas de pression excessive.
208_028
Processus de compression Le compresseur aspire via l'évaporateur du réfrigérant froid, gazeux et à basse pression. L'état gazeux est "vital" pour le compresseur, car le réfrigérant liquide ne peut pas être comprimé et détruirait le compresseur (à la façon d'un coup de bélier sur le moteur). Le compresseur comprime le réfrigérant et le refoule sous forme de gaz chaud en direction du condenseur (côté haute pression du circuit de réfrigérant). Le compresseur constitue ainsi l'interface entre les côtés basse et haute pression du circuit de réfrigérant.
208_045
Compresseur
Coupleur électromagnétique
16
Fonctionnement du compresseur
Les compresseurs des climatiseurs fonctionnent selon différents principes : compresseur à piston compresseur spiral compresseur à palettes compresseur à disque en nutation
Nous traiterons ici le compresseur à disque en nutation. Le mouvement rotatif de l'arbre d'entraînement est converti par le disque en nutation en un mouvement axial = course des pistons. Suivant le type, il peut s'agir de 3 à 10 pistons centrés autour de l'arbre d'entraînement. A chaque piston est assigné une soupape d'admission/de pression. Ces dernières s'ouvrent/se ferment automatiquement selon la cadence de fonctionnement. Le climatiseur est conçu pour le régime maximum du compresseur. La puissance du compresseur dépend à son tour du régime-moteur. Des différences de régime du compresseur de 0 à 6000/min peuvent alors se produire. Cela influe sur le remplissage de l'évaporateur et donc la puissance frigorifique du climatiseur. En vue d'une adaptation aux différents régimes du moteur, à la température ambiante ou aux températures à l'intérieur de l'habitacle sélectionnées par le conducteur - au besoin de réfrigération donc -, on a mis au point des compresseurs à régulation de puissance à volume variable. Cette variation du volume s'effectue par modification de l'angle du disque en nutation. Sur le compresseur à volume constant, l'adaptation au besoin frigorifique est réalisée par mise en et hors circuit périodique à l'aide du coupleur électromagnétique.
208_027
Arbre d'entraînement Disque en nutation Compresseur à disque en nutation - sans autorégulation Angle du disque en nutation constant Volume constant
Soupape d'admission/de pression Piston
208_046
Piston
Disque en nutation
Compresseur à disque en nutation - à autorégulation Angle du disque en nutation variable Volume variable
17
Technique de refroidissement
Le compresseur à autorégulation fonctionne en permanence lorsque le climatiseur est en service Plage de régulation du compresseur Toutes les positions de régulation entre la butée supérieure (100 %) et la butée inférieure (env. 5 %) sont adaptées par la variation de pression dans la chambre au débit requis. Le compresseur tourne toujours durant la régulation !
Clapet de régulation
Disque en nutation
Rail coulissant
Orifice d'étranglement calibré
Arbre d'entraînement Haute pression
Basse pression
Face supérieure Piston
Face inférieure Pression de la chambre
Ressorts Moyeu d'entraînement
208_047
Le mouvement rotatif de l'arbre d'entraînement est transmis au moyeu d'entraînement et converti par le disque en nutation en un mouvement axial des pistons. Le disque en nutation est guidé dans le sens longitudinal dans un rail coulissant. La course des pistons et donc le débit sont déterminés par la position oblique variable du disque en nutation. Position oblique dépend de la pression dans la chambre et donc des conditions de pression au niveau des faces supérieure et inférieure du piston. Elle est supportée par des ressorts devant et derrière le disque en nutation. 18
Pression dans la chambre est déterminée par la haute et basse pression appliquée au niveau du clapet de régulation ainsi que par l'orifice d'étranglement calibré. Lorsque le climatiseur est hors circuit, haute pression, basse pression et pression dans la chambre sont identiques. Les ressorts situés devant et derrière le disque en nutation règlent ce dernier à un débit d'environ 40%. Un effet secondaire agréable de la régulation de puissance : L'à-coup de mise en circuit du compresseur, que l'on ressent souvent comme une secousse durant la marche ne se produit pas ici.
Débit important pour une puissance frigorifique élevée - faible pression dans la chambre
Clapet régulation
Soufflet 2
Soufflet 1
Pression de chambre
Orifice d'étranglement
Pression de chambre
208_048
Ressort 1
Ressort 2
Haute pression
Basse pression
Haute et basse pression relativement élevées. Soufflet 2 comprimé par la haute pression. Soufflet 1 également comprimé par la basse pression relativement élevée. Le clapet de régulation s'ouvre. La pression de la chambre est éliminée par le côté basse pression.
La force combinée de la basse pression sur les faces supérieures des pistons et de la force du ressort 1 dépasse la force combinée de la pression de la chambre sur les faces inférieures des pistons et de la force du ressort 2. La position oblique du disque en nutation augmente = course importante et débit élevé
19
Technique de refroidissement
Faible débit et puissance frigorifique réduite - pression élevée dans la chambre
Clapet régulation
Soufflet 2
Soufflet 1
Pression chambre
Pression chambre
Orifice d'étranglement
Ressort 1
Ressort 2
208_049
Haute pression
Basse pression
Haute et basse pression relativement faibles. Le soufflet 2 se détend. Le soufflet 1 se détend également du fait de la basse pression relativement faible. Le clapet de régulation se ferme. Le côté basse pression est fermé par rapport à la pression de la chambre. La pression de la chambre augmente via l'orifice d'étranglement calibré.
La force combinée de la basse pression sur la face supérieure du piston et de la force du ressort 1 devient plus faible que la force combinée de la pression de la chambre sur les faces inférieures de piston et de la force du ressort 2. La position oblique du disque en nutation diminue = faible course et faible débit.
20
Coupleur électromagnétique
Le coupleur électromagnétique établit la liaison de l'entraînement entre le compresseur et le moteur du véhicule à moteur tournant. Constitution Le coupleur se compose de Poulie avec palier Plaque-ressort avec moyeu Bobine électromagnétique
Schéma - coupleur hors circuit
A
Poulie avec palier
Arbre d'entraînement du compresseur
Plaque-ressort avec moyeu
Le moyeu de la plaque-ressort est monté de manière fixe sur l'arbre d'entraînement du compresseur. La poulie est fixée sur le carter du compresseur, en sortie de l'arbre, et peut tourner. La bobine électromagnétique est solidaire du carter du compresseur. Il existe un interstice "A" entre plaque-ressort et poulie. Fonctionnement Le moteur du véhicule entraîne la poulie (flèche) via la courroie trapézoïdale à nervures. Elle est également entraînée avec le compresseur hors circuit. Lorsque le compresseur est mis à son tour en circuit, il y a application d'une tension au niveau de la bobine électromagnétique. Un champ de force est créé. Ce dernier attire la plaque-ressort sur la poulie en rotation (l'interstice "A" est comblé) et établit une liaison d'adhérence entre poulie et arbre d'entraînement du compresseur. Le compresseur est lui aussi entraîné. Il tourne jusqu'à ce que le circuit électrique allant à la bobine magnétique soit interrompu. La plaque-ressort est alors écartée de la poulie par des ressorts. La poulie tourne maintenant sans entraîner l'arbre du compresseur.
Bobine électromagnétique
Carter du compresseur
208_002
Schéma - coupleur en circuit
Flux de force
208_003
Pour les conditions de mise en et hors circuit du compresseur Cf. régulation du fonctionnement d'un climatiseur.
21
Technique de refroidissement
Condenseur
Le condenseur constitue le "radiateur" du climatiseur. Constitution du condenseur Il est constitué d'un tube en forme de serpentin et garni de lamelles. Cela permet d'obtenir une surface de refroidissement importante et une bonne transition de chaleur. Le condenseur est, après mise en circuit du climatiseur, refroidi par le ventilateur de radiateur en vue d'assurer la circulation dans le circuit de réfrigérant. Il est toujours monté en amont du radiateur. Cela permet d'augmenter le rendement du condenseur. L'échange de chaleur dans le condenseur s'effectue par refroidissement de l'air. Le refroidissement est obtenu par le vent dû à la marche du véhicule et le ventilateur du radiateur ainsi que, suivant la version, par un ventilateur supplémentaire. Le ventilateur se met généralement à tourner lorsque l'on met le climatiseur en circuit. L'action du contacteur de pression G65 constitue une exception ; dans ce cas, la mise en circuit est temporisée et a lieu selon une pression donnée. Des impuretés au niveau du condenseur réduisent le débit d'air, ce qui peut avoir des influences néfastes sur le pouvoir réfrigérant comme sur le refroidissement du moteur. Fonctionnement Du réfrigérant chaud sous forme gazeuse, à une température se situant entre 50 et 70 °C, rentre par le haut du condenseur. Les tubes et ailettes du condenseur absorbent la chaleur. De l'air extérieur frais est dirigé audessus du condenseur, il absorbe la chaleur et le réfrigérant gazeux est refroidi. Lors du refroidissement, le réfrigérant se condense à une température donnée et passe à l'état liquide. Il s'écoule sous forme liquide par le bas du condenseur. 22
Air extérieur frais
208_023
Condenseur Radiateur
Air extérieur, réchauffé
Réfrigérant chaud gazeux
Ventilateur de radiateur
Réfrigérant liquide
208_024
La fonction du condenseur est de "liquéfier" le réfrigérant.
Réservoir de liquide et déshydrateur
Le réservoir de liquide sert, dans le circuit de réfrigérant équipé d'un clapet de détente, de vase d'expansion et de réservoir de réfrigérant. En cas de conditions de services différentes telles que sollicitation due à la chaleur au niveau de l'évaporateur et du condenseur, régime du compresseur, la quantité de réfrigérant pompée dans le circuit varie. Le réservoir de liquide est incorporé dans le circuit en vue de compenser ces variations. Le déshydrateur se charge de la liaison chimique de l'humidité qui a pénétré dans le circuit de réfrigérant durant le montage. Suivant la version, il peut absorber de 6 à 12 g d'eau. La quantité absorbée dépend de la température. Elle augmente lorsque la température baisse. Les particules métalliques provenant du compresseur, des impuretés venant du montage et autres s'y déposent également. Fonctionnement Le réfrigérant liquide en provenance du condenseur pénètre latéralement dans le réservoir. Il y est collecté, traverse le déshydrateur et s'écoule en passant par le tube montant en un flux continu, sans interruption et exempt de bulles, en direction du clapet de détente.
Déshydrateur
208_026
Vers clapet de détente
Le réservoir de liquide doit être remplacé à chaque fois que l'on ouvre le circuit de réfrigérant. Il faut, avant repose, le maintenir fermé aussi longtemps que possible pour que l'absorption de l'humidité de l'air ambiant par le déshydrateur reste aussi faible que possible.
208_025
Venant du condenseur
Tamis de filtre
23
Technique de refroidissement
Clapet de détente
Le clapet de détente est l'endroit où le réfrigérant se détend dans l'évaporateur et refroidit ce dernier. Il constitue la séparation entre côté haute pression et côté basse pression dans le circuit de réfrigérant. Le clapet de détente permet de réguler le flux de réfrigérant dans l'évaporateur en fonction de la température de la vapeur de réfrigérant à la sortie de l'évaporateur. Dans l'évaporateur, la détente du réfrigérant n'a lieu que pour la quantité nécessaire au maintien d'un "climat froid" homogène dans l'évaporateur. Régulation Le flux de réfrigérant est commandé par le clapet de détente en fonction de la température. Si la température du réfrigérant quittant l'évaporateur augmente, le réfrigérant se dilate dans le thermostat. Le passage de réfrigérant au niveau du clapet sphérique, en direction de l'évaporateur, augmente. Si la température du réfrigérant quittant l'évaporateur baisse, le volume de réfrigérant dans le thermostat diminue. Le passage de réfrigérant en direction de l'évaporateur au niveau du clapet sphérique est réduit. Le clapet de détente thermostatique exploite l'interaction de 3 forces : 1. La pression dans le câble du capteur dépend de la température du réfrigérant fortement réchauffé. Elle joue le rôle de force d'ouverture (P Fü) agissant sur la membrane. 2. La pression de l'évaporateur (PSa) agit dans le sens contraire sur la membrane. 3. La pression du ressort de régulation (P Fe) agit dans le même sens que la pression de l'évaporateur. 24 Les clapets de détente sont réglés et ne doivent pas être modifiés. Ne pas plier la conduite de capteur, remplie d'un gaz spécial.
Venant du condenseur (haute pression) Clapet sphérique Ressort de régulation
208_015 208_022
Thermostat avec conduite de capteur et réfrigérant
P Fü
Membrane Vers compresseur (basse pression)
P Sa
Venant de l'évaporateur (basse pression)
Vers évaporateur (basse pression)
P Fe
Clapet de détente nouvelle génération
Il est également monté entre les côtés haute et basse pression du circuit de réfrigérant, directement en amont de l'évaporateur.
Vers compresseur (basse pression)
Sortie de l'évaporateur (basse pression) Membrane
Tête thermique remplie de gaz spécial Orifices de compensation de pression Venant du condenseur (haute pression)
Tige de pression
Vers l'évaporateur (basse pression)
208_017
Ressort de régulation
Clapet sphérique
La commande du clapet de détente est assurée thermiquement. Il dispose d'une unité de régulation avec tête thermique et clapet sphérique. Dans la tête thermique, un côté de la membrane est rempli d'un gaz spécial. L'autre côté est relié par des orifices de compensation de pression à la sortie de l'évaporateur (basse pression). Le clapet sphérique est actionné par une tige de pression. La température côté basse pression détermine la pression du gaz spécial et donc la quantité de réfrigérant vaporisée.
Le clapet de détente est toujours monté avec une isolation thermique.
L'absence d'isolation thermique au niveau du clapet provoque une variation de la caractéristique de réglage définie.
25
Technique de refroidissement
Par augmentation de la sollicitation de refroidissement - température plus élevée au niveau de la sortie de l'évaporateur d'où augmentation de pression (pa) du gaz contenu dans la tête thermique La section du clapet sphérique se trouve augmentée par la membrane et la tige de pression. Du réfrigérant s'écoule en direction de l'évaporateur et absorbe de la chaleur lors de la transition entre haute-basse pression Il y a absorption de la chaleur de l'air traversant l'évaporateur.
pa
208_018
208_019
Si la température du réfrigérant en sortie de l'évaporateur baisse, le débit en direction de l'évaporateur est à nouveau réduit.
pb
208_020
La section du clapet sphérique et donc le débit allant à l'évaporateur sont réduits à nouveau.
208_021
Le rapport entre les ouvertures du clapet est fonction de la température au niveau de la sortie de l'évaporateur (basse pression). La compensation de pression est régulée.
26
Evaporateur
L'évaporateur fonctionne selon le principe d'un échangeur de chaleur. Il fait partie du système de climatisation monté dans le caisson d'eau. Lorsque le climatiseur est en circuit, la chaleur de l'air circulant entre les ailettes de l'évaporateur froid est absorbée. Cet air est alors refroidi, séché et nettoyé.
Retour du réfrigérant (gaz) Arrivée du réfrigérant (vapeur)
208_029
Evaporateur à tube rond
208_030
Fonctionnement Le réfrigérant libéré par le clapet de détente est détendu dans l'évaporateur, qui se refroidit alors fortement. Il est transformé en gaz par ébullition. Lors de l'ébullition dans l'évaporateur, les températures sont nettement inférieures au point de congélation de l'eau. Le réfrigérant prélève dans son environnement la chaleur nécessaire à l'évaporation dans l'air traversant l'évaporateur. Cet air "refroidi" est acheminé dans l'habitacle. L'humidité de l'air refroidi se dépose dans l'évaporateur aux endroits où la température est inférieure au point de rosée, ce qui revient à dire qu'il se condense. De l'eau de condensation est produite. L'air est "séché". Le climat dans l'habitacle s'en trouve optimisé et l'on obtient rapidement un air sain. Les particules en suspension contenues dans l'air se déposent elles aussi avec l'humidité sur l'évaporateur. L'évaporateur "épure" aussi l'air.
Des flaques d'eau éventuelles sous un véhicule en stationnement (eau de condensation) ne sont donc pas l'indice d'une anomalie.
27
Technique de refroidissement
Circuit de réfrigérant avec étrangleur
I H G F
Pression de service
HP (HD) = haute pression BP (ND) = basse pression
Représentation schématique d'un circuit de réfrigérant avec étrangleur
ND HD E
H
208_034
I
A
B
C
D
1 D B
A
2
1 MPa = 10 bar
C
Pressions et températures dans le circuit
1
Compression Pression jusqu'à 2 MPa (20 bar) Température jusqu'à 70 oC
2
Condensation Pression jusqu'à 2 MPa (20 bar) Refroidissement d'env. 10 oC
28
Légende haute pression basse pression
Composants : A Compresseur avec coupleur électromagnétique B Contacteur de basse pression C Condenseur D Raccord SAV haute pression E Etrangleur F Evaporateur G Contacteur basse pression H Raccord SAV basse pression I Collecteur
G
3 4 E F
208_007
La vaporisation du réfrigérant liquide dans l'évaporateur est assurée, à la différence du circuit avec clapet de détente, par un étrangleur. Sur les climatiseurs à régulation par étrangleur, un collecteur est monté côté basse pression à la place du réservoir de liquide côté haute pression. Il sert de réservoir et de protection pour le compresseur (coup de bélier). Cf. page 31.
Tous les autres composants sont identiques à ceux du circuit avec clapet de détente. Suivant la conception et la nécessité, d'autres raccords SAV ou capteurs remplissant des fonctions de surveillance peuvent être incorporés dans le circuit. Les pressions et températures dépendent de l'état de marche momentané. Les valeurs indiquées s'établissent suivant la température extérieure après une période donnée (cf. Manuel de réparation).
3
Détente de 2 MPa (20 bar) à > 0,15 MPa (1,5 bar) Température de 60 oC à > 4 oC
4
Evaporation Pression jusqu'à > 0,15 MPa (1,5 bar) Température > 4 oC
1
208_033
29
Technique de refroidissement
Etrangleur
L'étrangleur est un rétrécissement dans le circuit de refroidissement, directement en amont de l'évaporateur. Ce rétrécissement "étrangle" le débit de réfrigérant. En amont de l'étrangleur, le réfrigérant à pression élevée est chaud. Lors du passage par l'étrangleur, il se produit une chute rapide de pression. Le réfrigérant devient froid à faible pression. L'étrangleur constitue ainsi la "séparation" entre côtés haute et basse pression dans le circuit de réfrigérant. Un étanchement garantit que le réfrigérant ne traverse l'étrangleur qu'au niveau du rétrécissement. Objectifs Détermination du débit de réfrigérant. Cela est assuré par l'alésage calibré. Une quantité de réfrigérant correspondant à la pression peut le traverser. Maintien de la pression avec le compresseur tournant côté haute pression du circuit de réfrigérant et donc de l'état liquide du réfrigérant. Une chute de pression se produit dans l'étrangleur. En raison d'une évaporation partielle du réfrigérant, un refroidissement a lieu avant l'entrée dans l'évaporateur. Vaporisation du réfrigérant. L'étrangleur est équipé, avant le rétrécissement, d'un tamis anti-encrassement. En aval du rétrécissement, il y a un tamis pour vaporisation du réfrigérant avant qu'il n'arrive dans l'évaporateur.
Tamis à crasse Le joint torique assure l'étanchement entre côtés haute pression et basse pression
208_016 208_035
Tamis pour vaporisation
Vers évaporateur
Orifice calibré
Tenir compte de la position de montage ! La flèche sur l'étrangleur est orientée vers l'évaporateur.
30
Collecteur
Sur les climatiseurs avec étrangleur, le collecteur est logé côté basse pression. Il est installé en un endroit chaud du moteur (post-évaporation). Il sert de vase d'expansion et de réservoir pour le réfrigérant et l'huile frigorigène ainsi que de protection pour le compresseur. Le réfrigérant gazeux venant de l'évaporateur pénètre dans le réservoir. Si des traces d'humidité se trouvent dans le réfrigérant, elles sont liées dans le déshydrateur intégré. Le gaz réfrigérant se rassemble en haut, dans la zone du capuchon plastique et est aspiré via le tube en U par le compresseur sous une forme gazeuse garantie. Ce système permet ainsi d'être sûr que seul du réfrigérant gazeux et pas de gouttelettes de liquide est aspiré par le compresseur ; la protection du compresseur est assurée. L'huile frigorigène s'accumule dans le fond du collecteur. Le gaz réfrigérant aspiré par le compresseur absorbe de l'huile frigorigène par un orifice pratiqué dans le tube en U. Un tamis de filtre évite que de l'huile frigorigène chargée d'impuretés ne puisse pénétrer par l'orifice.
208_036
Point d'aspiration du réfrigérant gazeux
Capuchon plastique
Vers compresseur Venant de l'évaporateur
Déshydrateur
Il faut, avant sa repose, maintenir le collecteur fermé aussi longtemps que possible (obturateurs sur les raccords) de façon à réduire l'absorption de l'humidité de l'air ambiant par le déshydrateur.
Tube en U Tamis de filtre Orifice pour huile frigorigène
208_037
31
Régulation du système
1
10
9
7 6
8 2 4
5 3 t° p
Un climatiseur ne fonctionne que si tous les composants du système fonctionnent correctement. En cas de défaillance d'un composant, les pressions de fonctionnement peuvent se trouver modifiées et un endommagement ultérieur du système et du moteur ne sont pas à exclure. Pour éviter ces problèmes, des dispositifs de surveillance ont été implantés dans le circuit de réfrigérant. Un appareil de commande en traite les signaux et pilote la mise en et hors circuit périodique du compresseur et la vitesse de soufflante. Cela permet d'obtenir l'établissement d'un niveau de pression dans le circuit de réfrigérant se situant toujours aux valeurs normales. Les signaux du système de surveillance sont également, sur les systèmes équipés d'un compresseur non régulé, utilisés pour l'adaptation aux besoins en puissance frigorifique. (Coupure et mise en circuit du climatiseur en fonction des besoins en froid. Cela permet simultanément d'éviter le givrage de l'évaporateur.) Le principe de base est donné sur la figure.
208_054
Tous les équipements représentés dans le graphique ne doivent pas forcément exister ou être reliés comme sur la figure. Le graphique présente la régulation du système pour un climatiseur manuel simple. 1 Commande de climatiseur 2 Clapet de décharge de surpression sur compresseur 3 Ventilateur de liquide de refroidissement 4 Contacteur de pression du climatiseur 5 Transm. de température du liq. de refroid. 6 Thermocontacteur p. ventil. de liq. refroid. 7 Transmetteur de temp. de l'évaporateur 8 Soufflante d'air frais 9 Appareil de commande du moteur 10 Coupleur électromagnétique Appareil de commande du climatiseur (et/ou appareil de commande pour ventilateur de liquide de refroidissement, selon type de climatisation)
32
30 15 X 31
30 15 X 31
S
J 257 E 35
J 257
J 301 J 32 A F 18
-t°
t1
t2
G 153
G 62 N 25
p2
p1
F 129
M
V7 J 101
31
31
208_055
t° p
Batterie Commande de climatiseur Thermocontacteur de ventilateur de liquide de refroidissement t1 = 95 oC t2 = 103 oC F129 Contacteur de pression pour climatiseur P1 = 0,2 MPa (2 bar)/3,2 MPa (32 bar) P2 = 1,6 MPa (16 bar) G62 Transmetteur de température de liquide de refroidissement G153 Transmetteur de température d'évaporateur J32 Relais de climatiseur J101 Relais de 2e vitesse de ventilateur de liquide de refroidissement J257 Appareil de commande Mono-Motronic J301 Appareil de commande de climatiseur N25 Coupleur électromagnétique V7 Ventilateur de liquide de refroidissement S Fusible A E35 F18
Exemple de fonctionnement simple pour mise en circuit et coupure du compresseur (via coupleur électromagnétique N25) et du ventilateur de liquide de refroidissement.
Codage couleur: Positif Négatif Signal d'entrée Signal de sortie Signal bidirectionnel
Sur les climatiseurs de la nouvelle génération, le contacteur de pression du climatiseur est remplacé par un transmetteur haute pression. (Cf. page 36) 33
Régulation du système
Composants du système de sécurité
Commande de climatiseur E35 Pour mise en circuit du climatiseur le coupleur électromagnétique établit la liaison avec le compresseur. Simultanément, sur les climatiseurs à régulation automatique, le ventilateur de liquide de refroidissement et la soufflante d'air frais sont mis en circuit. Sur les climatiseurs manuels, il faut que la soufflante soit en position 1. La mise en circuit est indiquée à l'appareil de commande, le régime de ralenti du moteur est élevé (compensation de la sollicitation due au fonctionnement du compresseur). Un contacteur de température extérieure peut être monté en aval de la commande. Il assure que le climatiseur ne puisse pas fonctionner à des températures inférieures à 5 °C. Le clapet (autrefois plomb éclateur) est monté directement sur le compresseur ou le réservoir de liquide. Il s'ouvre à env. 3,8 MPa (38 bar) et se ferme lorsque la pression a diminué (env. 3,0 - 3,5 MPa/30 - 35 bar). Suivant la version, il se peut qu'un disque plastique qui se rompt en cas de réponse du clapet équipe ce dernier. Dans ce cas, il faut rechercher l'origine de la surpression dans le système. Remplacement du plomb éclateur uniquement avec système vidangé ! Il détermine la température entre les ailettes de l'évaporateur. Le signal du transmetteur est communiqué à l'appareil de commande du climatiseur. En cas de températures trop basses de l'évaporateur, le compresseur est coupé. Coupure à env. 1 °C à 0 °C, mise en circuit à env. +3 °C On évite le givrage de l'évaporateur par gel de l'eau de condensation. Sur certains systèmes, le transmetteur de température de l'évaporateur E33 remplace ce transmetteur. Il permet de couper directement l'alimentation électrique en direction du coupleur électromagnétique. Sur d'autres systèmes, la régulation du fonctionnement est assurée par un contacteur de température extérieure.
208_068
Clapet de décharge de surpression
t° p
208_056
Transmetteur de température de l'évaporateur G153
208_061
34
Contacteur de pression F129
Un contacteur haute pression et un contacteur basse pression sont montés côté haute pression en vue de surveiller et de limiter les pressions régnant dans le circuit de réfrigérant fermé. En cas de pressions illicites dans le système, il y a coupure du compresseur par le coupleur électromagnétique. Les contacteurs de pression peuvent être montés directement dans la conduite ou sur le réservoir de liquide. Le contacteur de pression F129 est un contacteur combiné triple pour :
208_057
garantie du débit d'air de refroidissement (commutation des ventilateurs) garantie des conditions de pression. Il fonctionne dans les conditions suivantes : Il coupe en cas de surpression d'env. 2,4 à 3,2 MPa (24 à 32 bar) le coupleur électromagnétique via l'appareil de commande du climatiseur. Cette surpression peut se produire en cas par exemple de fort encrassement du condenseur.
p > 3,2 MPa =
208_058
t° p
p < 0,2 MPa =
208_059
Il coupe pour une pression trop faible (0,2 MPa/2 bar) le coupleur électromagnétique via l'appareil de commande du climatiseur. Cela peut se produire en cas de perte de réfrigérant par exemple.
p > 1,6 MPa =
208_060
Il commute le ventilateur sur la vitesse suivante en cas de surpression de 1,6 MPa (16 bar). Il s'ensuit une performance optimale du condenseur.
35
Régulation du système
Transmetteur de haute pression G65 Une nouvelle génération pour surveillance du circuit de réfrigérant. Un capteur de pression électronique. Remplace le contacteur de pression du climatiseur F129. L'électronique d'évaluation des appareils de commande du climatiseur et du moteur sont adaptés en conséquence. Le transmetteur de haute pression est, comme le contacteur de pression F129, monté dans la conduite haute pression. Il enregistre la pression du réfrigérant et convertit la grandeur physique qu'est la pression en un signal électrique. A la différence du contacteur de pression du climatiseur, l'enregistrement ne se limite pas aux seuils de pression définis, mais la surveillance du réfrigérant couvre tout le cycle de fonctionnement. Les signaux permettent de détecter la sollicitation du moteur due au climatiseur et les conditions de pression dans le circuit de réfrigérant. L'appareil de commande du ventilateur de liquide de refroidissement assure la mise en et hors circuit de la vitesse suivante du ventilateur du radiateur et du coupleur électromagnétique du compresseur. Si l'appareil de commande du ventilateur de liquide de refroidissement ne détecte aucun signal, il coupe le compresseur pour des raisons de sécurité. Le ralenti du moteur peut être adapté exactement à la consommation de puissance du compresseur. La mise en et hors circuit des vitesses du ventilateur de radiateur sont décalées avec une légère temporisation. La variation de vitesse du ventilateur de radiateur n'est alors pratiquement pas sensible au régime de ralenti, ce qui augmente le confort sur les moteurs moins puissants notamment. Le défaut "transmetteur de haute pression" est enregistré dans la mémoire de défauts de l'électronique moteur. p. ex. : 00819 Transmetteur haute pression G65 "Signal trop faible" 36
208_062
Utilisation du signal dans l'appareil de commande du moteur dans l'appareil de commande du ventilateur de liquide de refroidissement
t° p
Fonction de remplacement
Avantages
Autodiagnostic "signalisation de défaut"
Fonctionnement du transmetteur de haute pression
2V/Div 5ms/D
A
La pression du réfrigérant est transmise à un cristal de silicium. Suivant l'importance de la pression, le cristal est alors plus ou moins "déformé". Le cristal de silicium est intégré, avec un microprocesseur, dans le transmetteur et est alimenté en tension.
0 B
208_109
Le cristal de silicium a la propriété de faire varier sa résistance électrique lors de sa déformation. Une tension de mesure, prélevée sur le cristal de silicium, varie alors en conséquence. La tension de mesure est transmise au microprocesseur et convertie en un signal de modulation d'impulsions en largeur (A = largueur d'impulsion, B = écart du signal). En cas de faible pression, la "déformation" du cristal est minime. Une faible résistance est alors opposée à la tension appliquée. La variation de tension est faible.
En cas de faible pression
Signal de modulation d'impulsions Microprocesseur Tension
Tension de mesure Cristal de silicium (résistance)
t° p
208_063
Signal de largeur d'impulsions
A faible pression, le microprocesseur du transmetteur de haute pression délivre une largeur d'impulsions faible. Les signaux de largeur d'impulsions sont générés selon une fréquence de 50 Hz par seconde. Cela correspond à une période de 20 ms = 100 % Pour une faible pression de 0,14 MPa (1,4 bar), la largeur d'impulsions est de 2,6 ms. Cela correspond à 13 % de la période.
Durée de la période 20 ms
Largeur d'impulsions 2,6 ms
208_064
37
Régulation du système
En cas de pression élevée (augmentation de pression) En cas de pression élevée (augmentation de pression), la "déformation" du cristal est plus importante, et la variation de la résistance augmente. La tension de mesure est réduite selon le même rapport.
Signal de modulation d'impulsions Microprocesseur Tension Tension de mesure Cristal de silicium (résistance)
208_065
t° p
Signal de largeur d'impulsions
La largueur d'impulsions augmente proportionnellement avec la pression croissante. A une pression élevée de 3,7 MPa (37 bar), la largeur d'impulsions est de 18 ms. Cela correspond à 90 % de la période.
Durée de la période 20 ms
Largeur d'impulsions 18 ms
208_066
L'oscilloscope numérique à mémoire du nouveau système de diagnostic du véhicule VAS 5051 permet la visualisation du signal de largeur d'impulsions.
38
Contacteurs de sécurité distincts dans le circuit de réfrigérant avec étrangleur
Dans le circuit de réfrigérant avec étrangleur, basse pression et haute pression sont fréquemment surveillés par deux contacteurs de sécurité distincts. Basse pression Le contacteur basse pression du climatiseur F73 coupe p. ex. le compresseur si une pression d'env. 0,17 MPa (1,7 bar) n'est pas atteinte dans le circuit de réfrigérant. (Cette chute de pression peut se produire en cas de remplissage insuffisant du circuit de réfrigérant. Le compresseur est protégé.) Haute pression Le contacteur haute pression pour coupleur électromagnétique F118 coupe le compresseur en cas p. ex. de dépassement d'une pression d'env. 3,0 MPa (30 bar).
F73
F118
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Contacteur de témoin de température du liquide de refroidissement
Les valeurs absolues sont toujours liées à un système. Le compresseur représente une sollicitation supplémentaire pour le moteur. Afin de ne pas surchauffer le liquide de refroidissement en cas de charge très élevée du moteur (en montée par exemple), le compresseur est coupé pour en éviter la sollicitation supplémentaire. Le contacteur de témoin de température du liquide de refroidissement permet également de surveiller la température du liquide de refroidissement. (Le premier équipement de surveillance est le transmetteur de température de liquide de refroidissement avec témoin dans le porteinstruments.) La coupure du compresseur a lieu à env. 119 °C, sa remise en circuit à env. 112 °C. Différents contacteurs de contrôle sont utilisés suivant le type de véhicule, tels que F18 - Thermocontacteur de ventilateur de liquide de refroidissement F163 - Thermocontacteur pour débranchement du climatiseur.
t°
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Sur les véhicules dotés d'une extension de l'évaluation électronique des capteurs via la combinaison des appareils de commande du véhicule, ce contrôle supplémentaire est supprimé. Le signal utilisé est celui du premier équipement de surveillance.
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Commutation des ventilateurs de radiateur
Commutation des ventilateurs pour refroidissement du moteur/condenseur
en prenant pour exemple la VW Golf/Audi A3 Le fonctionnement du ventilateur est la condition de base du fonctionnement correct du climatiseur (circuit de réfrigérant) ainsi que du moteur (circuit de liquide de refroidissement). Sans refroidissement, la puissance du condenseur diminue. La climatisation n'est plus assurée. En mode climatisation, il existe souvent un deuxième ou un troisième ventilateur.
Ventilateur de radiateur
Ils fournissent le débit d'air nécessaire au radiateur et au condenseur. La commande du ventilateur assure la régulation de l'appareil de commande du ventilateur de liquide de refroidissement J293. Elle a lieu en fonction de la température du liquide de refroidissement et de la pression dans le circuit de réfrigérant. Les valeurs absolues sont toujours spécifiques au véhicule !
2e ventilateur supplémentaire
1e ventilateur supplémentaire
Appareil de commande pour ventilateur de liquide de refroidissement J293
Thermocontacteur F18
Contacteur de pression pour climatiseur F129
Exemple : fonctions de contrôle
Exemple : combinaison de 2 ventilateurs
Température du liquide de refroidissement Le transmetteur de signaux est le thermocontacteur pour ventilateur de liquide de refroidissement F18. Le thermocontacteur est logé dans le radiateur du véhicule. 1e vitesse MARCHE 92 ... 97 oC ARRET 84 ... 91 oC 2e vitesse MARCHE 99 ... 105 oC ARRET 91 ... 98 oC
Pression dans le circuit de réfrigérant Le transmetteur de signaux est le contacteur de pression pour climatiseur F129 ou le transmetteur haute pression G65. F129 commute le/les ventilateurs sur la 2e vitesse à env. 1,6 MPa (16 bar) - cf. page 35.
Climatiseur en circuit, donc compresseur en circuit et pression dans le circuit de réfrigérant supérieure à 0,2 MPa (2 bar). = les deux ventilateurs tournent à la vitesse 1 Haute pression dans le circuit de réfrigérant supérieure à 1,6 MPa (16 bar) et/ou température du liquide de refroidissement supérieure à 99 oC = les deux ventilateurs tournent à la vitesse 2 Si la pression dans le circuit de réfrigérant chute en dessous de 1,6 MPa (16 bar) et la température du liquide de refroidissement en dessous de 99 oC = les deux ventilateurs repassent en vitesse 1 Lorsque le moteur tourne sans climatiseur, seul tourne le ventilateur du radiateur, à la vitesse 1 ou 2 en fonction de la température du liquide de refroidissement.
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Appareil de commande pour ventilateur de liquide de refroidissement J293
Il est intégré dans l'ensemble de composants des appareils de commande du véhicule. Signaux d'entrée sur la variante de base : du thermocontacteur F18 du thermocontacteur F129 de l'unité de commande et d'affichage E87 (avec climatiseur automatique) Objectifs Conversion des signaux d'entrée pour mise en circuit et coupure des ventilateurs de radiateur pour mise en et hors circuit du coupleur électromagnétique du compresseur. Fonctions étendues d'une nouvelle génération: L'appareil de commande pour ventilateur de liquide de refroidissement a fait l'objet d'un perfectionnement technique et a été adapté au nouveau contacteur haute pression G65. Il est monté avec le contacteur haute pression et se reconnaît aux connexions modifiées pour des raisons de conception. L'appareil de commande exploite le signal de modulation d'impulsions en largeur du transmetteur de haute pression. Il est ainsi possible de surveiller en permanence la totalité de la plage de pression du réfrigérant. Fonctions
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nouvelle génération
Il existe également des variantes de circuit pour lesquelles les fonctions de cet appareil de commande sont reprises par un appareil de commande du climatiseur. L'intégration dans un groupe de commande est toujours spécifique au véhicule. Le schéma de parcours du courant est ici en mesure de vous renseigner.
Mise en circuit et coupure des vitesses du ventilateur du radiateur et du coupleur électromagnétique du compresseur du climatiseur Echange de signaux bidirectionnel avec appareil de commande du moteur/de boîte Surveillance de la température du liquide de refroidissement avec module temporel pour pilotage de la pompe de recirculation de liquide de refroidissement V51 (avec moteur 1,8 l 5 soupapes de 165 kW p. ex.)
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Régulation de la température
Régulation manuelle
Evaporateur Flux d'air frais Soufflante Circuit de réfrigérant Air intérieur tempéré
Condenseur
Echangeur de chaleur
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Une régulation de la température, pourquoi ? Le flux d'air frais refroidi au niveau de l'évaporateur est envoyé dans l'habitacle à l'aide de la soufflante. Il est généralement plus frais que nécessaire (puissance axée sur un refroidissement maximum pour des températures extérieures qui ne sont la plupart du temps que moyennes). En vue d'obtenir des températures intérieures agréables, une partie de l'air frais est par conséquent dérivé et passe par l'échangeur de chaleur du chauffage pour y être réchauffé. Par ailleurs, des variations de température dues à des différences de température extérieure, de vitesse du véhicule, de température du liquide de refroidissement et d'arrivée d'air frais exercent leur influence. Cette régulation de la température doit, sur les climatiseurs manuels simples, être assurée par le conducteur.
Sur quoi porte la régulation ? Saisie des valeurs réelles, telles que températures. Comparaison valeurs assignées/réelles ; soit appréciation individuelle du condu