Orlando

Opis i działanie układu HVAC ze sterowaniem automatycznym

Opis i obsługa układu temperatury powietrza i doprowadzania powietrza podzielono na osiem części:

Elementy sterujące HVAC

Zespół sterowania HVAC zawiera wszystkie przełączniki, które są wymagane w celu sterowania funkcjami HVAC i pełnią rolę interfejsu pomiędzy operatorem i modułem sterującym HVAC. Wybrane wartości zostają przekazane do modułu sterującego HVAC poprzez szynę LIN.

Moduł sterujący HVAC

Moduł sterujący HVAC jest urządzeniem GMLAN, które zapewnia interfejs pomiędzy operatorem i układem HVAC w celu utrzymania i sterowania pożądanymi ustawieniami temperatury powietrza i dystrybucji powietrza. Obwód dodatniego napięcia akumulatora zapewnia zasilanie używane przez moduł sterujący HVAC w celu podtrzymania pamięci. Jeżeli obwód dodatniego napięcia akumulatora utraci moc, to wszystkie DTC i ustawienia HVAC zostaną wykasowane z pamięci podtrzymywanej. Moduł elektroniczny nadwozia (BCM), będący urządzeniem nadrzędnym trybów pojazdu, przekazuje sygnał włączający urządzenie. Moduł sterujący HVAC obsługuje ustawienia dmuchawy, trybu doprowadzania powietrza i temperatury powietrza.

Moduł sterujący HVAC obsługuje następujące funkcje:

Element nastawczy

Siłownikiem trybu jest 5-drutowy silnik skokowy. Moduł sterujący HVAC podaje napięcie odniesienia 12 V do silnika krokowego i ładuje 4 cewki silnika krokowego impulsem sygnału masy. Silnik krokowy ustawia klapkę trybu w obliczone położenie, aby uzyskać wybraną pozycję. Punkt zerowy silnika skokowego zostanie skalibrowany, jeżeli silnik skokowy jest nowy. Gdy silnik skokowy zostanie skalibrowany, moduł sterujący HVAC może napędzać odnośną cewkę w celu osiągnięcia dokładnego, pożądanego położenia klapki.

Siłownik temperatury powietrza

Siłownikiem temperatury powietrza jest 5-drutowy silnik skokowy. Moduł sterujący HVAC podaje napięcie odniesienia 12 V do silnika krokowego i ładuje 4 cewki silnika krokowego impulsem sygnału masy. Silnik krokowy ustawia klapkę mieszanki powietrza w obliczone położenie, aby uzyskać wybraną temperaturę. Punkt zerowy silnika skokowego zostanie skalibrowany, jeżeli silnik skokowy jest nowy. Gdy silnik skokowy zostanie skalibrowany, moduł sterujący HVAC może napędzać odnośną cewkę w celu osiągnięcia dokładnego, pożądanego położenia klapki.

Element nastawczy recyrkulacji

Siłownikiem recyrkulacji jest 5-drutowy silnik skokowy. Moduł sterujący HVAC podaje napięcie odniesienia 12 V do silnika krokowego i ładuje 4 cewki silnika krokowego impulsem sygnału masy. Silnik krokowy ustawia klapkę recyrkulacji w obliczone położenie, aby uzyskać wybraną żądaną pozycję. Punkt zerowy silnika skokowego zostanie skalibrowany, jeżeli silnik skokowy jest nowy. Gdy silnik skokowy zostanie skalibrowany, moduł sterujący HVAC może napędzać odnośną cewkę w celu osiągnięcia dokładnego, pożądanego położenia klapki.

Moduł sterujący silnika dmuchawy

Moduł sterujący silnika dmuchawy kontroluje prędkość silnika dmuchawy poprzez zwiększenie lub zmniejszenie spadku napięcia po stronie masowej silnika dmuchawy. Moduł sterujący HVAC doprowadza sygnał modulacji szerokości impulsu (PWM) strony niskiej do modułu sterującego silnika dmuchawy poprzez obwód sterujący prędkością silnika dmuchawy. Gdy zażądana prędkość dmuchawy wzrasta, moduł sterujący HVAC zwiększa czas, przez jaki sygnał prędkości jest modulowany do masy. Gdy zażądana prędkość dmuchawy maleje, moduł sterujący HVAC zmniejsza czas, przez jaki sygnał jest modulowany do masy.

Czujnik jakości powietrza

Moduł sterujący HVAC wykrywa spaliny za pomocą czujnika jakości powietrza. Czujnik jakości powietrza jest 3-przewodowym czujnikiem z obwodem napięcia zapłonu, obwodem masy i obwodem sygnału. Moduł sterujący HVAC ocenia informację z czujnika jakości powietrza i zamyka klapkę recyrkulacji po wciśnięciu wyłącznika czujnika jakości powietrza, jak tylko stężenie zanieczyszczeń przekroczy wstępnie zdefiniowaną wartość.

Czujniki temperatury w przewodach

Czujniki temperatury powietrza to 2-przewodowe termistory o ujemnym współczynniku temperaturowym. Czujniki działają w zakresie temperatur od -40 do +85°C (od -40 do +185°F). Czujniki są zainstalowane w przewodach dystrybucji powietrza i mierzą temperaturę powietrza wypływającego z przewodów. Moduł sterujący HVAC wykorzystuje te wartości do obliczenia położenia klapki powietrza mieszanego.

Czujnik temperatury parownika

Czujnik temperatury parownika to 2-przewodowy termistor o ujemnym współczynniku temperaturowym. Czujnik działa w zakresie temperatur od -40 do +85°C (od -40 do +185°F). Czujnik jest zainstalowany przy parowniku i mierzy jego temperaturę. Jeżeli temperatura spadnie poniżej 3°C (38°F), to sprężarka zostanie wyłączona, aby zapobiec zamarznięciu parownika.

Czujnik ciśnienia czynnika chłodniczego układu klimatyzacji

Czujnik ciśnienia czynnika chłodniczego układu klimatyzacji jest 3-drutowym piezoelektrycznym przetwornikiem ciśnienia. Pracę czujnika umożliwia napięcia odniesienia 5 V, niskie odniesienie, i obwody sygnałowe. Sygnał ciśnienia A/C może wynosić od 0,2 do 4,8 V. Gdy ciśnienie czynnika chłodniczego układu klimatyzacji jest niskie, wartość sygnału jest zbliżona do 0 V. Gdy ciśnienie czynnika chłodniczego układu klimatyzacji jest wysokie, wartość sygnału jest zbliżona do 5 V. Moduł sterujący silnika (ECM) przekształca sygnał napięcia na wartość ciśnienia. Gdy ciśnienie jest zbyt wysokie lub zbyt niskie, ECM uniemożliwia zasprzęglenie sprzęgła sprężarki układu klimatyzacji.

Sprężarka układu klimatyzacji

Sprężarka układu klimatyzacji jest napędzana pasem i rozpoczyna pracę po załączeniu sprzęgła magnetycznego. Po naciśnięciu przełącznika układu klimatyzacji, moduł sterujący HVAC przesyła komunikat żądania układu klimatyzacji do ECM poprzez szynę CAN. Tak więc ECM uziemia obwód sterujący przekaźnika sprzęgła sprężarki układu klimatyzacji, co załącza przekaźnik sprzęgła sprężarki układu klimatyzacji. Po zamknięciu styków przekaźnika, napięcie z akumulatora zostanie dostarczone do sprzęgła sprężarki układu klimatyzacji. Sprzęgło sprężarki układu klimatyzacji zostanie uruchomione.

Czujnik temperatury szyby przedniej i wilgotności wewnętrznej.

Czujnik temperatury szyby przedniej i wilgotności wewnętrznej zawiera czujnik wilgotności względnej, czujnik temperatury szyby przedniej i czujnik temperatury elementu wykrywającego wilgotność.

Ten zespół czujników dostarcza informacji na temat:

Czujnik wilgotności względnej mierzy wilgotność względną szyby przedniej po stronie przedziału. Wykrywa on również temperaturę powierzchni szyby przedniej po stronie przedziału pasażerskiego. Obie wartości są używane jako wejścia sterujące dla aplikacji modułu sterującego HVAC, która oblicza ryzyko zaparowania szyby przedniej po stronie przedziału i możliwość zredukowania zużycia paliwa poprzez zredukowanie mocy sprężarki układu klimatyzacji do minimum bez niebezpieczeństwa zaparowania. Czujnik aktywuje również tryb częściowej recyrkulacji w celu poprawienia wydajności nagrzewania przedziału pasażerskiego w warunkach niskiej temperatury otoczenia bez ryzyka zaparowania szyby przedniej. Czujnik temperatury elementu czujnika wilgotności przekazuje temperaturę elementu czujnika wilgotności. Jest on wymagany tylko wtedy, gdy styk termiczny pomiędzy elementem wykrywającym wilgotność i wewnętrzną powierzchnią szyby przedniej jest niewystarczający.

Czujnik światła otoczenia/nasłonecznienia

Czujnik światła otoczenia/obciążenia słonecznego zawiera czujnik obciążenia słonecznego i czujnik temperatury przedziału pasażerskiego.

Ten zespół czujników dostarcza informacji na temat:

Czujnik solarny jest podłączony do masy oraz do stabilizowanego układu napięcia 5 V poprzez moduł sterujący HVAC. Gdy obciążenie słoneczne wzrasta, napięcie sygnałowe czujnika również wzrasta, i na odwrót. Sygnał wynosi od 1,4 do 4,5 V i jest doprowadzany do modułu sterującego HVAC.

Czujnik temperatury przedziału pasażerskiego jest termistorem ujemnych współrzędnych temperatury. Obwód sygnału i odniesienia niskonapięciowego uruchamia czujnik. Gdy temperatura powietrza wzrasta, rezystancja czujnika maleje. Napięcie sygnału czujnika wynosi od 0 do 5 V.

Jasne lub bardzo intensywne światło powoduje wzrost temperatury wewnątrz pojazdu. Układ HVAC kompensuje zwiększoną temperaturę poprzez przekierowanie dodatkowego chłodnego powietrza do wnętrza pojazdu.

Przełącznik sterujący dmuchawy stanowi część zespołu sterowania HVAC. Wybrana wartość położenia przełącznika dmuchawy zostaje przesłana do modułu sterującego HVAC poprzez szynę LIN.

Moduł sterującego silnika dmuchawy jest interfejsem między modułem startującym HVAC i silnikiem dmuchawy. Moduł sterujący silnika dmuchawy reguluje napięcie zasilania i obwody uziomowe silnika dmuchawy. Moduł sterujący HVAC doprowadza sygnał PWM do modułu sterującego silnika dmuchawy, który zadaje pożądaną prędkość silnika dmuchawy. Moduł sterujący silnika dmuchawy doprowadza napięcie akumulatora do silnika dmuchawy i wykorzystuje masę silnika dmuchawy jako sterowanie strony niskiej w celu wyregulowania prędkości silnika dmuchawy. Napięcie osiąga wartości w przedziale 2-13 V i zmienia się liniowo według wysokości impulsu sygnału PWM.

Moduł sterujący HVAC steruje dystrybucją powietrza za pomocą siłownika recyrkulacji i trybu. Dostępne tryby to:

Pożądany tryb dystrybucji powietrza można wybrać za pomocą przełączników dystrybucji powietrza w zespole sterowania HVAC. Zespół sterowania HVAC doprowadza wartości do modułu sterującego HVAC poprzez szynę LIN. Moduł sterujący HVAC steruje siłownikiem dystrybucji powietrza w taki sposób, iż ustawia on klapki w obliczonym położeniu. W zależności od położenia klapki, powietrze jest rozprowadzane przez poszczególne przewody prowadzące do wylotów w tablicy rozdzielczej. W razie przestawienia klapki trybu do położenia odszraniania, moduł sterujący HVAC przestawi siłownik recyrkulacji na powietrze zewnętrzne, ograniczając zaparowywanie szyby. W razie wyboru odszraniania nastąpi aktywacja silnika dmuchawy, niezależnie od temperatury chłodziwa. Moduł sterujący HVAC umożliwia doprowadzenie dużej objętości powietrza do przednich szczelin odszraniających. We wszystkich trybach dostępna jest klimatyzacja.

Odmgławiacz szyby tylnej nie wpływa na pracę układu klimatyzacji.

Zadaniem układu ogrzewania i klimatyzacji jest doprowadzenie ogrzanego i schłodzonego powietrza do wnętrza pojazdu. Układ klimatyzacji usuwa również wilgoć z wnętrza i ogranicza zaparowywanie szyby przedniej. Niezależnie od ustawienia temperatury, poniższe czynniki mogą wpłynąć na szybkość, z jaką układ HVAC osiągnie pożądaną temperaturę:

Naciśnięcie przełącznika A/C lub przełącznika AUTO pozwala modułowi sterującemu HVAC zażądać załączenia sprężarki układu klimatyzacji i włączenia diody LED przełącznika układu klimatyzacji, bądź diody LED przełącznika AUTO, jeżeli naciśnięto przełącznik AUTO. Moduł sterujący HVAC wysyła do modułu sterującego silnika (ECM) komunikat żądający załączenia sprężarki układu klimatyzacji. ECM zapewni uziemienie przekaźnika sprężarki układu klimatyzacji, umożliwiając jej zamknięcie własnych styków wewnętrznych w celu przesłania napięcia akumulatora do cewki sprzęgła sprężarki układu klimatyzacji. Dioda sprężarki układu klimatyzacji zapobiegnie przedostaniu się napięcia szczytowego, wynikłego z opadnięcia pola magnetycznego cewki, do układu elektrycznego pojazdu, gdy sprężarka jest odłączona.

Poniższe warunki muszą być spełniona, aby możliwa była aktywacja sprężarki układu klimatyzacji:

Informacje czujnika są wykorzystywane przez ECM w celu ustalenia następujących parametrów:

Powietrze wpływa do przedziału pasażerskiego przez rdzeń nagrzewnicy i rdzeń parownika. Siłownik temperatury powietrza napędza klapkę mieszanego powietrza w celu wymuszenia przepływu. W razie zwiększenia temperatury wnętrza, klapka mieszanego powietrza zostanie wprowadzona do położenia, w którym większa ilość powietrza przepływa przez rdzeń nagrzewnicy. W razie zmniejszenia temperatury wnętrza, klapka mieszanego powietrza zostanie wprowadzona do położenia, w którym większa ilość powietrza przepływa przez rdzeń parownika.

Przełącznik recyrkulacji stanowi część zespołu sterowania HVAC. Wybrane położenie przełącznika recyrkulacji zostaje przesłane do modułu sterującego HVAC poprzez szynę LIN. Moduł sterujący HVAC kontroluje wlot powietrza poprzez siłownik recyrkulacji. Przełącznik recyrkulacji zamyka klapkę recyrkulacji w celu zapewnienia obiegu powietrza w pojeździe. Poprzez ponowny wybór przełącznika recyrkulacji, klapka recyrkulacji zostaje ponownie otwarta, aby umożliwić dopływ powietrza zewnętrznego do wnętrza pojazdu.

Recyrkulacja jest dostępna wyłącznie w razie dezaktywacji trybu odszraniania. Gdy tryb odszraniania jest aktywny, siłownik recyrkulacji otwiera klapkę recyrkulacji i powietrze zewnętrzne zostaje doprowadzone do szyby przedniej w celu zredukowania zaparowania.

Moduł sterujący HVAC ocenia informację z czujnika jakości powietrza i zamyka klapkę recyrkulacji po wciśnięciu wyłącznika czujnika jakości powietrza, jak tylko stężenie zanieczyszczeń przekroczy wstępnie zdefiniowaną wartość.

W trybie automatycznym, wartości czujnika temperatury szyby przedniej i wilgotności wnętrza są używane jako wejścia kontrolne przez aplikację modułu sterującego HVAC, która oblicza ryzyko zaparowania szyby przedniej po stronie przedziału pasażerskiego. Sprężarka układu klimatyzacji i tryb odszraniania zostają aktywowane w celu zapobieżenia parowaniu lub usunięcia pary z szyby przedniej po stronie przedziału pasażerskiego.

W trybie pracy automatyczne, moduł sterujący HVAC utrzymuje poziom komfortu wewnątrz pojazdu poprzez sterowanie sprzęgła sprężarki układu klimatyzacji, silnika dmuchawy, siłowników temperatury powietrza, siłownika trybu i siłownika recyrkulacji.

W celu wprowadzenia układu HVAC do trybu automatycznego, spełnione muszą być następujące warunki:

1. Przełącznik Auto musi być aktywny:
2. Przełącznik temperatury powietrza musi znajdować się w dowolnym innym położeniu niż maksymalnie gorące lub maksymalnie zimne.

Po osiągnięciu pożądanej temperatury, siłowniki silnika dmuchawy, trybu, recyrkulacji i temperatury automatycznie dostosowują się w celu utrzymania wybranej temperatury. Moduł sterujący HVAC wykonuje następujące funkcje w celu utrzymania pożądanej temperatury powietrza:

W razie wyboru najcieplejszego położenia w pracy automatycznej, prędkość dmuchawy będzie wzrastać stopniowo, dopóki pojazd nie osiągnie normalnej temperatury roboczej. Po osiągnięciu normalnej temperatury roboczej, dmuchawa pozostaje przy wysokiej prędkości i siłowniki temperatury powietrza pozostają w położeniu maksymalnego ogrzewania.

W razie wyboru położenia maksymalnie zimnego w pracy automatycznej, dmuchawa pracuje z pełną mocą i siłowniki temperatury powietrza pozostają w położeniu maksymalnie zimnym. Siłownik trybu pozostaje w położeniu panelu, zaś siłownik recyrkulacji pozostaje w położeniu recyrkulacji.

W przypadku niskiej temperatury powietrza otoczenia, automatyczny układ HVAC zapewnia ciepło w najbardziej wydajny sposób. Operator może wybrać ekstremalne ustawienie temperatury, ale system nie podgrzeje samochodu szybciej. Przy wyższej temperaturze powietrza otoczenia, automatyczny układ HVAC obsługuje także układ klimatyzacji w sposób najbardziej wydajny. Wybór ekstremalnie niskiej temperatury nie spowoduje szybszego ochłodzenia pojazdu.

Moduł sterujący HVAC ocenia informację z czujnika jakości powietrza i zamyka klapkę recyrkulacji po wciśnięciu wyłącznika czujnika jakości powietrza, jak tylko stężenie zanieczyszczeń przekroczy wstępnie zdefiniowaną wartość.

W trybie automatycznym, wartości czujnika temperatury szyby przedniej i wilgotności wnętrza są używane jako wejścia kontrolne dla aplikacji modułu sterującego HVAC, która oblicza ryzyko zaparowania szyby przedniej po stronie przedziału pasażerskiego i możliwość ograniczenia zużycia paliwa poprzez zmniejszenie mocy sprężarki układu klimatyzacji do minimum bez niebezpieczeństwa zaparowania. Sprężarka układu klimatyzacji i tryb odszraniania zostają aktywowane w celu zapobieżenia parowaniu lub usunięcia pary z szyby przedniej po stronie przedziału pasażerskiego. Czujnik aktywuje również tryb częściowej recyrkulacji w celu poprawienia wydajności nagrzewania przedziału pasażerskiego w warunkach niskiej temperatury otoczenia bez ryzyka zaparowania szyby przedniej.

Chłodziwo silnika jest kluczowym elementem układu ogrzewania. Termostat kontroluje temperaturę chłodziwa silnika w normalnych warunkach pracy. Termostat stwarza również ograniczenie układu chłodzenia, które promuje pozytywny przepływ chłodziwa i pomaga zapobiec kawitacji.

Chłodziwo dociera do rdzenia nagrzewnicy poprzez wąż wlotowy nagrzewnicy pod ciśnieniem. Rdzeń nagrzewnicy znajduje się wewnątrz modułu HVAC. Powietrze pobierane przez moduł HVAC pochłania ciepło cieczy chłodzącej przepływającego przez rdzeń nagrzewnicy. Ogrzane powietrze jest doprowadzane do kabiny pasażerskiej poprzez moduł HVAC w celu zapewnienia wymaganego komfortu pasażerów. Otwarcie lub zamknięcie klapki temperatury powietrza kontroluje ilość ciepła doprowadzanego do przedziału pasażerskiego. Chłodziwo opuszcza rdzeń nagrzewnicy poprzez wąż powrotny nagrzewnicy i jest recyrkulowane z powrotem do układu chłodzenia silnika.

Czynnik chłodniczy jest kluczowym elementem układu klimatyzacji. R-134a jest aktualnie jedynym czynnikiem chłodniczym zatwierdzonym przez Agencję Ochrony Środowiska do użytku w przemyśle samochodowym. R-134a jest gazem o bardzo niskiej temperaturze, który przenosi ciepło i wilgoć z przedziału pasażerskiego do powietrza na zewnątrz pojazdu.

Sprężarka generuje ciśnienie na oparach czynnika chłodniczego. Sprężanie czynnika chłodniczego dodaje również ciepło do czynnika chłodniczego. Czynnik chłodniczy jest odprowadzany ze sprężarki poprzez wąż odprowadzający, po czym następuje jego wymuszony przepływ do kondensatora, a następnie przez mechanizm wyrównujący układu klimatyzacji. Układ klimatyzacji jest zabezpieczony mechanicznie za pomocą wysokociśnieniowego zaworu nadmiarowego. Jeżeli czujnik ciśnienia czynnika chłodniczego układu klimatyzacji zawiedzie lub jeśli układ czynnika chłodniczego zostanie zablokowany i ciśnienie czynnika chłodniczego będzie dalej rosło, to wysokociśnieniowy zawór nadmiarowy otworzy się automatycznie i uwolni czynnik chłodniczy z układu.

Sprężony czynnik chłodniczy wpływa do kondensatora z wysoką temperaturą, jako para pod wysokim ciśnieniem. Gdy czynnik chłodniczy przepływa przez kondensator, ciepło czynnika chłodniczego zostaje przekazane do powietrza otoczenia przepływającego przez kondensator. Chłodzenie czynnika chłodniczego powoduje jego skroplenie i przekształcenie się z pary w ciecz.

Kondensator znajduje się z przodu chłodnicy w celu zapewnienia maksymalnego przenoszenia ciepła. Kondensator składa się z aluminiowych rurek i aluminiowych żeber chłodzących, co umożliwia szybkie przekazywanie ciepła dla czynnik chłodniczego. Pół-schłodzony płynny czynnik chłodniczy opuszcza skraplacz i przepływa do zespołu osuszacza/odwadniacza.

Zespół osuszacza/odwadniacza zawiera środek osuszający pochłaniający wilgoć, która może znajdować w układzie chłodniczym. Zespół osuszacza/odwadniacza działa również jako zbiornik magazujący, który zapewnia, że stały przepływ cieczy dociera do termicznego zaworu rozprężnego. Czynnik chłodniczy opuszcza zespół osuszacza/odwadniacza i przepływa przez przewód cieczy do termicznego zaworu rozprężnego.

Termiczny zawór rozprężny znajduje się z przodu tablicy i jest przymocowany do sztywnych przewodów dolotowych i wylotowych parownika. Termostatyczny zawór rozprężny jest miejscem podziału stron wysokiego i niskiego ciśnienia układu klimatyzacji. Gdy czynnik chłodniczy przepływa przez termiczny zawór rozprężny, ciśnienie czynnika chłodniczego zostaje obniżone. Termostatyczny zawór rozprężny odmierza również ilość ciekłego czynnika chłodniczego, jaka dopływa do parownika.

Czynnik chłodniczy opuszczający termostatyczny zawór rozprężny przepływa do rdzenia parownika jako ciecz, przy niskim ciśnieniu. Powietrze otoczenia jest pobierane przez moduł HVAC i przepływa przez rdzeń parownika. Powietrze ciepłe i wilgotne powoduje, że ciekły czynnik chłodniczy gotuje się w rdzeniu parownika. Gotujący się czynnik chłodniczy pochłania ciepło z powietrza otoczenia i pobiera wilgoć do parownika. Czynnik chłodniczy opuszcza parownik przez przewód ssawny i powraca do sprężarki układu klimatyzacji w formie pary, kończąc cykl usuwania ciepła z układu klimatyzacji. Przy sprężarce układu klimatyzacji, czynnik chłodniczy zostaje ponownie sprężony i cykl usuwania ciepła powtarza się.

Klimatyzowane powietrze jest rozprowadzane przez moduł HVAC w celu zapewnienia komfortu pasażerom. Ciepło i wilgoć usunięte z przedziału pasażerskiego również zmieniają postać, ulegając kondensacji, po czym zostają odprowadzone z modułu HVAC jako woda.