عملکرد کمپرسور کولر خودرو؛ نحوه فشرده‌سازی گاز و شناخت اجزا

عملکرد کمپرسور کولر چگونه است؟ نحوه فشرده‌سازی گاز کولر در کمپرسور چگونه است؟ در مقاله قبلی در مورد انواع کمپرسورهای کولر مورداستفاده در خودروها مطالبی بیان شد. باتوجه‌به فراوانی کمپرسور از نوع Wobble Plate در خودروها، نحوه عملکرد آن در این مقاله تشریح خواهد شد. سطح مقاله متوسط است؛ بنابراین برای علاقه‌مندان به تکنولوژی خودرو که اطلاعات اولیه در مورد مکانیزم‌های مختلف سیستم‌های خودرو دارند مناسب است.

تفاوت کمپرسورهای Wobble plate و Swash plate

قبل از اینکه به تشریح عملکرد کمپرسور کولر پرداخته شود باید به یک نکته کلیدی در مورد تفاوت دسته‌بندی کمپرسورها توجه کرد. باید به یک نکته کلیدی در مورد تفاوت دسته‌بندی کمپرسورها توجه کرد. همانطور که در مقاله قبلی نیز اشاره شد روش‌های مختلفی برای دسته‌بندی کمپرسورهای سیستم تهویه مطبوع خودرو وجود دارد. در برخی از کتب تخصصی خودرو نوع Wobble plate و نوع Swash plate را در یک دسته قرار داده‌اند و آن را دسته Swash plate نام‌گذاری کرده‌اند اگرچه تفاوت‌های خاصی بین این دو نوع وجود دارد. اما هر دو نوع زیر مجموعه کمپرسورهای از نوع Axial pistion به شمار می‌روند. شکل 1 نمونه برش خورده هر دو کمپرسور را نشان می‌دهد.

A: Wobble plate compressor
B: 2 side Swash plate compressor
شکل 1- مقایسه اجزا داخلی دو نوع کمپرسور

بررسی انواع کمپرسور با مکانیزم Wobble plate

بر اساس دسته‌بندی معرفی شده دو نوع کمپرسور در این طرح وجود دارد که با نام‌های حجم ثابت و حجم متغیر شناخته می‌شود. باتوجه‌به اینکه بیشتر اجزا این دو نوع مشابه هم هستند ابتدا نوع حجم ثابت بررسی می‌شود.

شناخت اجزای کمپرسور کولر خودرو (مدل‌های فشار ثابت)

شکل 2 اجزا این نوع کمپرسور را نشان می‌دهد.

1- صفحه مایل (Wobble plate) 2- شاتون 3-پیستون 4- مجرای تخلیه (خروجی)
5- محفظه بالای پیستون (در این حالت مکش) 6- مجرای شارژ (ورودی) 7- سوپاپ‌های ورودی و خروجی
8- سرسیلندر 9- محفظه بالای پیستون (در این حالت تراکم) 10- چرخدنده 11- کلاچ الکتریکی
شکل 2- اجزا کمپرسور Wobble plate از نوع حجم ثابت

 در ادامه مهمترین اجزا این مجموعه معرفی می‌شوند

مکانیزم پیستون و سیلندر در کمپرسور

معمولاً تعداد سیلندر، پیستون‌های این نوع کمپرسورها بین 3 الی 10 عدد متغیر است. واضح است هر چه تعداد سیلندر و پیستون‌ها بیشتر باشد، مقدار بیشتری گاز فشرده شده و سیستم در زمان کمتری به حداکثر کارایی خود خواهد رسید.

A: یک پیستون از نوع Swash plate دوطرفه
B: مجموعه صفحه مایل و پیستون‌ها از نوع wobble plate
شکل 3-دو نمونه پیستون و مجموعه‌های مربوط در کمپرسور کولر و محل نصب آن

در بسیاری از مدل‌ها کمپرسورها دارای رینگ روی پیستون‌های آن نیستند؛ بنابراین لقی بین سیلندر و پیستون بسیار ناچیز است (0.01 الی 0.02 میلیمتر) معمولااین فاصله با روغن کمپرسور پر می‌شود.

شکل 4- یک کمپرسور 7 سیلندری

بررسی سوپاپ‌های ورودی و خروجی مبرد

یکی دیگر از اجزا مهم در کمپرسور مجموعه سوپاپ‌های کنترلی ورودی و خروجی است. اگرچه عنوان سوپاپ شاید برای آنها مناسب نباشد. در واقع این سوپاپ‌ها صفحات فنری هستند که در طرفین یک صفحه اصلی قرار گرفته‌اند و هر کدام مسیر به سیلندر را کنترل می‌کنند. (شکل 5)

A: سوپاپ‌های ورودی و خروجی B: نحوه نصب سوپاپ‌ها روی صفحه اصلی
شکل 5- سوپاپ‌های کنترلی ورودی و خروجی و محل نصب ان

همانطور که در شکل نیز قابل‌مشاهده هست این سوپاپ‌ها از نوع صفحه فنری هستند و در طرفین صفحه اصلی نصب می‌شود مجرای ورود و خروج را به استفاده همین حالت فنری و افت یا افزایش فشار سمت سیلندر کنترل می‌کنند.

کلاچ مغناطیسی؛ رابط انتقال قدرت به کمپرسور

یکی دیگر از اجزا بسیار مهم در بیشتر کمپرسورها مخصوصاً کمپرسورهای فشار ثابت، کلاچ مغناطیسی است، این عضو با نام کلاچ برقی یا کلاچ کمپرسور نیز شناخته می‌شود. کلاچ کمپرسور بین پولی و شفت کمپرسور قرار می‌گیرد درصورتی‌که شرایط برای روشن‌شدن کمپرسور فراهم باشد کلاچ عمل کرده و پولی به شفت کمپرسور متصل می‌شود. (شکل 6)

شکل 6- نوعی کلاچ مغناطیسی کمپرسور کولر و اجزا آن

چندین نوع کلاچ کمپرسور وجود دارد البته تفاوت‌های آنها زیاد نیست در یک مقاله مجزا تمامی انواع کلاچ کمپرسور و نحوه عملکرد آن به‌صورت تخصصی تشریح خواهد شد

نحوه عملکرد و اجزای کمپرسور کولر خودرو (حجم ثابت)

بر اساس مطالب بیان شده هرگاه شرایط فعال‌شدن کلاج مغناطیسی فراهم باشد، این کلاچ فعال می‌شود و پولی به شفت کمپرسور متصل می‌شود، در نتیجه شفت کمپرسور دوران خواهد کرد، شفت کلاچ کمپرسور از طریق چرخ‌دنده به صفحه مایل (Wobble plate) متصل است. هنگامی که شفت خروجی کمپرسور می‌چرخد، صفحه مایل (wobble plate) نیز با کمک چرخ‌دنده ارتباطی می‌چرخد باتوجه‌به اینکه صفحه مایل قرار گرفته است. متناسب با وضعیت صفحه، پیستون‌ها داخل سیلندر به سمت عقب یا جلو حرکت می‌کنند. حرکت پیستون‌ها به سمت عقب یا جلو سبب ایجاد مکش (Suction) و یا فشار و تخلیه (discharge) خواهد شد.
برای سهولت بیان عملکرد، از روی از یک شماتیک برش خورده استفاده می‌شود. به‌صورت نمادین دو سیلندر (از 3 الی 10 سیلندر) انتخاب شده و حرکت آنها در چهار مرحله بررسی می‌شود.

مرحله اول :وضعیت پیستون و سوپاپ خروجی در شروع تراکم

1-فضای سیلندر بالایی 2- فضای سیلندر پایینی
شکل 7- مرحله اول عملکرد کمپرسور کولر

همانطور که مشاهده می‌شود پیستون بالایی در ابتدا کورس تراکم قرار دارد و سوپاپ خروجی سیلندر بالایی کم‌کم تحت‌فشار قرار می‌گیرد. هم زمان سوپاپ ورودی سیلندر بالایی به دلیل وجود فشار بسته خواهد بود. به همین صورت پیستون پایینی در انتهای کورس تراکم ابتدای کورس مکش قرار دارد سوپاپ خروجی و ورودی سیلندر پایینی بسته است.

مرحله دوم : ایجاد خلاء و آغاز عملیات مکش در سیلندر

شکل 8- مرحله دوم عملکرد کمپرسور کولر

بر اساس شکل 8، پیستون بالایی در کورس تراکم قرار دارد به همین دلیل گاز موجود در آن سیلندر کم کم تحت فشار قرار می‌گیرد. سوپاپ ورودی سیلندر بالایی به دلیل وجود فشار بسته خواهد بود. پیستون پایینی در کورس مکش است و سوپاپ خروجی آن بسته است. اما سوپاپ ورودی سیلندر پایینی به دلیل افت فشار (خلا) در سیلندر به سمت داخل باز می‌شود و عمل مکش اغاز می‌شود.

مرحله سوم : تخلیه گاز فشرده و باز شدن سوپاپ خروجی

شکل 9- مرحله سوم عملکرد کمپرسور کولر

در این مرحله پیستون بالایی در کورس تراکم قرار داد؛ بنابراین سوپاپ خروجی به سمت خروج باز می‌شود و گاز فشرده شده تخلیه می‌شود هم زمان سوپاپ ورودی سیلندر بالایی به دلیل وجود فشار بسته خواهد بود. به مین صورت پیستون پایینی در کورس مکش قرار دارد و سوپاپ خروجی سیلندر پایینی بسته است؛ اما سوپاپ ورودی به دلیل افت فشار در سیلندر باز است و مکش انجام می‌شود.

مرحله چهارم : تکمیل چرخه تراکم و مدیریت مسیر توسط سوپاپ‌ها

شکل 10- مرحله چهارم عملکرد کمپرسور کولر

بر اساس شکل 10 پیستون بالایی در کورس مکش قرار دارد؛ بنابراین سوپاپ خروجی بسته است و سوپاپ ورودی سیلندر بالایی باز می‌شود و عمل مکش انجام می‌شود. هم زمان پیستون پایینی ابتدا کورس تراکم قرار دارد و باتوجه‌به اینکه هنوز فشار بالا نرفته است سوپاپ خروجی بسته است و عمل فشرده شدن گاز در سیلندر انجام می‌شود. سوپاپ ورودی سیلندر پایینی بسته است
مدیریت این مسیر توسط سوپاپ‌های ورودی و خروجی انجام می‌شود. فیلم زیر عملکرد کمپرسور کولر را به‌صورت بسیار ساده نشان می‌دهد.

در این مقاله به بررسی اجزا مهم و عملکرد کمپرسور کولر از نوع فشار ثابت پرداخته شد.

نویسنده :مهندس بهروز خطیبی