Автомобильный кондиционер

Сложно представить современный автомобиль без кондиционера. Основное предназначение автомобильного кондиционера — охладить воздух в салоне и, тем самым, сделать движение в жаркое время комфортным. Помимо охлаждения кондиционер осушает и очищает, поступающий в салон воздух, а также обеспечивает его циркуляцию.

Принцип действия кондиционера основан на свойстве особого вещества – хладагента поглощать тепло при переходе из жидкого состояния в газообразное и выделять тепло при обратном превращении. В качестве хладагента в автокондиционерах используется газ тетрафторэтан (обозначение R 134A) с низкой температурой кипения.

Для реализации перечисленных свойств хладагента конструкция автомобильного кондиционера включает ряд соединенных в замкнутый контур элементов: компрессора, конденсатора, дросселя и испарителя. Различают две основные конструктивные схемы автомобильного кондиционера. В первой схеме используется дроссель переменного сечения под названием терморегулирующий клапан. В другой схеме стоит дроссель постоянного сечения — расширительная трубка. Обе схемы имеют как преимущества, так и свойственные им недостатки.

shema-automobile-air-conditioning

Конструкция кондиционера с терморегулирующим клапаном включает компрессор, конденсатор, ресивер-осушитель, собственно терморегулирующий клапан, испаритель, а также систему управления.

Компрессор сжимает газообразный хладагент и тем самым обеспечивает его циркуляцию в контуре кондиционера. Компрессор устанавливается на двигателе внутреннего сгорания и имеет привод от коленчатого вала через ременную передачу. Наибольшее распространение в автомобильных кондиционерах получил аксиально-поршневой компрессор, в котором вращение приводного вала преобразуется в возвратно-поступательное движение поршней посредством наклонного диска.

Непосредственную работу компрессора обеспечиваетэлектромагнитная муфта, состоящая из ременного шкива, приводного диска и электромагнитной катушки. Ременный шкив свободно вращается на подшипниках. При включении кондиционера на катушку подается напряжение и возникает магнитное поле, которое воздействует на приводной диск. Под действием поля приводной диск прижимается к ременному шкиву и образует с ним жесткую связь. При этом компрессор начинает вращаться. При выключении компрессора приводной диск под действием возвратной пружины отходит от шкива.

Для смазки движущихся частей кондиционера используется специальное холодильное масло, растворенное в хладагенте и вместе с ним перемещающееся по контуру. Половина всего масла располагается в компрессоре.

Конденсатор (другое название — конденсор) используется для охлаждения хладагента и, как следствие, его конденсации. Конденсатор устанавливается в передней части автомобиля перед радиатором системы охлаждения. Он состоит из изогнутых трубок, соединенных перегородками, чем достигается наибольшая поверхность охлаждения и высокая теплоотдача. Охлаждение хладагента в конденсаторе осуществляется естественным путем — потоком воздуха от движения автомобиля и принудительно – от вращения вентилятора. Для наилучшего охлаждения вентилятор конденсатора может иметь несколько скоростей вращения.

Ресивер-осушитель (другое название — фильтр-осушитель) выполняет две функции. В ресивере происходит сглаживание колебаний потока хладагента. В осушителе из хладагента удаляется влага, а также задерживаются продукты износа и грязь. Ресивер-осушитель обычно оборудуется смотровым окном, через которое визуально можно оценить заполнение системы хладагентом. Если в смотровом окне виднеется пена, то система заполнена не полностью.

Терморегулирующий клапан (другое название — терморегулирующий вентиль, сокращенные названия – ТРК, ТРВ) представляет собой регулируемое отверстие, через которое хладагент попадает в испаритель. Подача хладагента в испаритель регулируется в зависимости от температуры на выходе испарителя. С помощью клапана в испарителе испаряется столько хладагента, сколько необходимо для поддержания заданной температуры.

Терморегулирующий клапан имеет различную конструкцию. В общем виде это термальная трубка, находящаяся в испарителе и связанная с диафрагмой, которая, в свою очередь, соединена с клапаном. При повышении температуры хладагента на выходе испарителя, клапан открывается больше и поток хладагента увеличивается. При уменьшении температуры хладагента на выходе испарителя клапан прикрывается, и поток хладагента уменьшается.

Испаритель обеспечивает непосредственное охлаждение воздуха. Конструктивно это медный или алюминиевый теплообменник. Прохождение хладагента через терморегулирующий клапан сопровождается его испарением с поглощением тепла. Тепло отбирается от испарителя и проходящего через него воздуха. Помимо охлаждения воздух осушается и очищается. Влага, содержащаяся в охлажденном воздухе, конденсируется на испарителе и отводится через специальную дренажную трубку наружу. Вместе с влагой осаждаются и выводятся различные примеси.

Автомобильный кондиционер с расширительной трубкой во многом похож на кондиционер с терморегулирующим клапаном. В отличие от ТРК расширительная трубка является дросселем постоянного сечения. Эта особенность приводит к тому, что при определенных условиях работы часть хладагента, проходящего через дроссель, не испаряется, а остается в жидком состоянии. Попадание жидкого хладагента в компрессор недопустимо, т.к. приведет к гидроудару и последующему разрушению. Для предотвращения этого в кондиционере с расширительной трубкой перед компрессором устанавливается аккумулятор-осушитель (другое название – фильтр-осушитель). Аккумулятор выступает также резервуаром для хладагента, а также удаляет из него влагу.

Работа автомобильного кондиционера носит цикличный характер и включает четыре последовательных этапа превращения хладагента:

  1. Сжатие газообразного хладагента в компрессоре, которое сопровождается повышением давления и температуры.
  2. Охлаждение хладагента в конденсаторе, которое сопровождается отводом тепла и его конденсацией.
  3. Расширение хладагента в ТРК (расширительной трубке), которое сопровождается резким снижением давления хладагента и его испарением.
  4. Испарение хладагента в испарителе, которое сопровождается поглощением тепла и переходом хладагента из парообразного состояния в газообразное.

Управление автомобильным кондиционером осуществляет электронная система, основное предназначение которой заключается в регулировании температуры воздуха в салоне. Различают кондиционеры с ручным и автоматическим регулированием салонного воздуха. При ручном регулировании водитель устанавливает температуру вручную путем перемещения воздушных заслонок. При автоматическом регулировании водитель задает только желаемое значение температуры воздуха, а система сама поддерживает его. Данная система носит название системы климат-контроля.

Система управления кондиционером состоит из входных устройств, электронного блока управления и исполнительных устройств. К входным устройствам относятся выключатель кондиционера и различные датчики. Перечень датчиков различается в зависимости от типа и модели кондиционера.

В автомобильном кондиционере обычно используют датчики температуры и давления. Один из температурных датчиков отслеживает температуру хладагента на выходе из конденсатора. Сигналы датчика используются для регулирования скорости вращения вентилятора конденсатора. Датчик давления контролирует давление хладагента в системе. При превышении заданной величины давления отключается компрессор ( регулируется его производительность). Другой температурный датчик следит за температурой испарителя. При слишком низкой температуре также выключается компрессор (регулируется его производительность).

Кроме перечисленных датчиков в системе климат-контроля используются датчики температуры наружного воздуха, уровня солнечного излучения, а также датчики температуры в различных частях кондиционера и салона автомобиля.

Обычно автомобильный кондиционер использует собственный электронный блок управления. В ранних конструкциях эти функции возлагались на блок управления двигателем. Блок управления обрабатывает сигналы датчиков и формирует управляющие воздействия на исполнительные устройства.

В кондиционере с ручным регулированием исполнительными устройствами являются электромагнитная муфта компрессора и электродвигатель вентилятора конденсатора. В системе климат—контроля исполнительными устройствами, помимо перечисленных, выступают электродвигатели воздушных заслонок, а также электродвигатель вентилятора подачи свежего воздуха.