Кондиционирование воздуха в автомобиле: рассказываем подробно

Автоликбез

Современный автомобиль перестал быть просто средством передвижения, и причина этому явлению – высокие требования владельцев к личному автотранспорту. Производители стремятся сделать машины комфортнее, быстрее и лучше, однако некоторые составляющие остаются бессменными спутниками. Речь идёт о кондиционере – устройстве для регулирования уровня холода или тепла в салоне автомобиля. Чтобы понять преимущества оборудования, стоит понимать принцип работы кондиционера. Но перед этим важно разобраться в устройстве кондиционера.

Хладагент

Система заполняется хладагентом, который в зависимости от температуры и давления может переходить из газообразного в жидкое состояние и наоборот. Хладагент — это газ, которым заполняется система. До недавнего времени хладагентом автомобильных кондиционеров был фреон R12 . После опубликования теории разрушения озонового слоя земной атмосферы хладфторуглеродами, содержащимися в хладагенте R12, его применение сократилось.

В современных системах кондиционирования используется фреон R134а (тетрафторэтан), который считается «экологически чистым». Этот хладагент относится к классу гидрофторуглеродов (HFC), не содержит хлора и не очень вреден, но эффективность его на 10-15% ниже, чем у R12, и он более текуч. Однако для эффективной работы автомобильных кондиционеров, использующих R134a, требуется более высокое рабочее давление. Применение хладагента R134а привело к усложнению систем кондиционирования. Необходимо отметить, что новый и старый хладагенты несовместимы, так как несовместимы компрессорные масла, заправляемые вместе с ними.

Устройство автомобильного кондиционера

Охлаждающее устройство представляет большое значение для автовладельца и всех его пассажиров, поскольку способно не только радовать вас прохладой в жаркие дни лета, но также согревать зимой, отапливая салон автомобиля перед поездкой. Более того, дополнительная функция кондиционера в автомобиле – очистка воздуха. Оборудование чаще всего взаимодействует с системами отопления и вентиляцией. Основной задачей автокондиционера остаётся создание микроклимата, оптимального для комфортного пребывания в салоне водителя и пассажиров.

За функции очистки воздуха отвечают фильтры:

• электростатический;
• катехиновый;
• фотокаталитический;
• угольный.

Благодаря фильтрующим способностям оборудования воздух в салоне не имеет вредных для здоровья человека примесей, пыли. Антибактериальный эффект наряду с возможностью устранения неприятных запахов – дополнительные аргументы в пользу установки автомобильного кондиционера.

Основную функцию кондиционера выполняет компрессор, от которого зависит эффективность работы системы охлаждения или обогрева. В некоторых случаях агрегат дополняется ресивером-коллектором, призванным защищать компрессор за счёт выпаривания хладагента. Если вспомогательный компонент системы кондиционирования отсутствует, требуется горячее пространство под капотом авто. Так удаётся обеспечивать подходящий уровень испарения охлаждающего вещества в трубках обратного контура, а также в испарителе.

В зимнее время года температура подкапотного пространства существенно снижается, а потому требуется дополнительная установка температурного датчика. Благодаря небольшой детали система узнаёт температуру окружающей среды, вследствие чего кондиционер не включается (при температуре ниже -5 °С).

Автомобильный кондиционер представляет собой полностью герметичную систему, которая заполнена газом-хладагентом, компрессорным маслом. С помощью масла осуществляется эффективная смазка трущихся между собой деталей оборудования. Так удается снизить износ подвижных деталей компрессора, а также достигается уплотнение зазоров. Помимо всего, маслу отводится ещё одна полезная функция – отведение части тепла, выделяемого в процессе трения, а также удаление мелких частиц из оборудования. На протяжении циркуляции в системе кондиционирования происходит смешивание масла с холодильным газом. Оборудование представлено комплексом следующих составляющих:

• компрессором;
• конденсором;
• испарителем;
• вентилятором;
• предохранительный клапаном;
• ресивером-осушителем;
• расширительным клапаном;
• испаряющим вентилятором.

Благодаря техническому взаимодействию всех компонентов системы охлаждения достигается высокий уровень комфорта в салоне автомобиля.

Ресивер

При определенной температуре и определенном давлении охлажденный хладагент конденсируется и переходит в жидкое состояние. Снизу хладагент выходит из конденсатора и в жидком состоянии поступает в ресивер-осушитель, состоящий из ресивера и осушителя, устанавливаемый на выходном трубопроводе конденсатора перед испарителем. Ресивер-осушитель не только обеспечивает хранение хладагента, но фильтрует его и удаляет влагу (иногда фильтр устанавливается отдельно от ресивера). Влага удаляется с помощью специального адсорбента, который имеет ограниченный срок службы.

Ресивер 5 служит для сглаживания колебаний потока хладагента.

Рис. Ресивер-осушитель:

1 — подача хладагента от конденсатора; 2 — подача хладагента к редукционному клапану; 3 – осушитель; 4 – фильтр-сетка; 5 — ресивер

В осушителе 3 происходит удаление влаги, которая проникла в контур хладагента при монтаже или из окружающей среды, а также осаждаются продукты износа частей компрессора, грязь, попавшая в контур при монтаже и прочие инородные примеси. Ресивер-осушитель может снабжаться смотровым окном для контроля за количеством хладагента. В случае выхода из строя ресивер-осушитель не ремонтируется и подлежит замене.

Связь самочувствия водителя и микроклимата в салоне

Вопросам обеспечения комфортных условий пребывания в автомобиле уделяют внимание все производители. По результатам многочисленных исследований установлено, что наиболее комфортными климатическими показателями для водителя/пассажиров является температура в диапазоне 18 – 20° С при уровне влажности 40 – 70%. Понижение температуры до 10 – 15° С приводит к переохлаждению организма и замедлению мыслительных и физиологических процессов. Повышение температуры до 25° С и выше приводит к повышенной утомляемости, снижению концентрации, появлению признаков сонливости. Дальнейшее повышение температуры до 30° С становится опасным – у водителя нарушается координация движений, реакция становится замедленной, способности адекватно оценивать дорожную обстановку резко снижаются.

Система вентиляции в принципе не способна контролировать микроклимат – в жаркую погоду при движении на малых скоростях (например, в городском потоке) она становится вообще бесполезной. Спасти может только кондиционер, поэтому водители, машины которых не оснащены современной системой кондиционирования, задумываются об её установке. Поскольку их транспортное средство не рассчитано на это, потребуются как минимум базовые знания о том, как устроен и работает это устройство.

Кондиционер в составе климат-контроля

Кондиционер может быть, как отдельной системой, так и входить в состав климат-контроля. Во втором случае все системы салона – вентиляции, обогрева и кондиционирования взаимодействуют между собой и управляются электронным блоком (ЭБУ). К примеру, поддержание нужной температуры в салоне обеспечивается подогревом воздуха после охлаждения. То есть, часть воздушного потока, прошедшего испаритель, подается на радиатор печки, а после смешивается с основным, тем самым регулируя температуру. При этом устройство кондиционера автомобиля, используемого в климат-контроле, не отличается от оборудования, выполненного в виде отдельной системы.

Составные элементы

В целом, устройство автокондиционера включает в себя:

• Компрессор;
• Магистрали высокого и низкого давления;
• Конденсатор;
• Осушитель;
• Терморегулирующий вентиль или дроссель;
• Испаритель;
• Электрооборудование (датчики температуры, электровентиляторы, электромагнитная муфта и т.д.).

Система кондиционирования

Все перечисленные элементы соединены между собой магистралями, поэтому система закольцована и герметична. Основным рабочим элементом в системе кондиционирования является хладагент (фреон) – вещество, обеспечивающее поглощение и отдачу тепла.

Любой автомобильный кондиционер состоит из пяти основных узлов:

1. Компрессор. Может быть поршневым, лопастными или любым другим.
2. Конденсатор, чаще всего расположенный в передней части двигательного отсека за радиаторной решеткой.
3. Расширительный клапан, который регулирует подачу хладагента в испаритель.
4. Испаритель, расположенный в салоне.
5. Расширительная емкость с осушителем, через которую хладагент проходит на пути к испарителю.

Все элементы соединены между собой трубками и гибкими шлангами, по которым хладагент циркулирует в жидком и газообразном состоянии. Хладагент это особая смесь из веществ с подходящими физическими свойствами с добавлением устойчивого к холоду компрессорного масла.

Фактическая конструкция кондиционера может отличаться дополнительными узлами. Так, в некоторых авто конденсатор снабжается вентилятором для охлаждения, иные – снабжаются расширительным клапаном с цифровым управлением и тому подобное.

Компрессор вращается за счет двигателя, и соответствующее движение передается через ремень или электромагнитный контур (чаще всего в электромобилях и гибридных авто). Для успешного обслуживания кондиционера достаточно понимать конструктивные нюансы только своего авто.

Технически к системе автомобильного кондиционера также относятся крыльчатки в салоне, воздушные фильтры, вентиляторы, обдувающие конденсатор и множество других компонентов. Но их разнообразие очень велико, а принципиальная роль в работе кондиционера не так значительна, как основных узлов.

Редукционный клапан

После осушителя хладагент поступает к редукционному клапану. В редукционном клапане перед испарителем понижается давление жидкого хладагента, что приводит к охлаждению испарителя. Редукционный клапан находится на границе разделения сторон низкого и высокого давления контура хладагента. В клапане происходит регулирование потока хладагента к испарителю в зависимости от температуры паров хладагента на выходе из испарителя, поэтому в испарителе испаряется столько хладагента, сколько необходимо для поддержания равномерного «холода» в испарителе.

Если повышается температура хладагента, выходящего из испарителя, то хладагент расширяется в термостате 4, установленном на редукционном клапане. Мембрана 3 при этом прогибается и поток хладагента через шариковый клапан 2 к испарителю увеличивается.

Рис. Редукционный клапан:

1 – регулировочная пружина; 2 – шариковый клапан; 3 – мембрана; 4 – термостат с сенсорной трубкой и хладагентом

Если понижается температура хладагента, выходящего из испарителя, то тогда объем хладагента в термостате уменьшается и мембрана 3 возвращается в верхнее положение. Поток хладагента через шариковый клапан к испарителю уменьшается.

Термостатический расширительный клапан функционирует под действием трех сил:

• 1-я давление в сенсорной трубке зависит от температуры сильно нагретого хладагента. Это давление действует в качестве силы отпирания (PFu) на мембрану
• 2-я давление в испарителе (PSa) действует на мембрану в противоположном направлении
• 3-я давление регулировочной пружины (PFe) действует в том же направлении, как и давление в испарителе

Редукционный клапан разбрызгивает охлажденную жидкость, подавая ее в испаритель.

Правильная эксплуатация автомобильного кондиционера

Чтобы довольствоваться прохладой в салоне личного транспорта предельно долго, не помешает знать, как правильно пользоваться кондиционером. Все устройства подобного действия разделены на ручные и автоматические, а потому управление достигается мануальной настройкой или регулируется климат-контролем.

В случае с ручным управлением угол подачи воздуха, температурный режим в салоне, включение и выключение регулируются не автоматически, тогда как функция климат-контроль выполняет основные операции без ведома человека.

Увеличить срок службы автомобильного кондиционера удастся, если вы будете прислушиваться к предписаниям производителя. Не пренебрегайте пунктами инструкции, прилагающейся производителем!

Перед включением кондиционера рекомендуется проветривание салона машины. Эта мера желательна для уравновешивания температур в салоне автомобиля и на улице. Холодный поток, направленный в жарком салоне автомобиля на стёкла, может послужить причиной образования микротрещин. В дальнейшем характеристики стёкол только ухудшатся. Резкие перепады температур придутся вредными для организма и здоровья.

Также не стоит включать устройство на максимальные обороты, что послужит причиной резкого температурного перепада. Если в вашем автомобиле находится ребенок – воздержитесь от частого применения кондиционера, и решайте, нужен ли кондиционер в автомобиле вообще. Следует помнить о том, что оптимальная температура окружающей среды, безопасная и комфортная для жизнедеятельности человека, колеблется в пределах 20-23 градусов Цельсия.

В каждом автомобиле, оснащённом кондиционером, предусмотрены 2 режима функционирования – для притока воздуха снаружи автомобиля и отвода из салона на улицу. Первый вариант надо применять для отопления стёкол, тогда как второй режим подойдёт для прогревания воздуха в салоне машины.

Не забывайте о чистоте воздуха. С течением времени фильтрующие элементы системы охлаждения засоряются, загрязняются пылью, и чем больше грязи находится в фильтрах, тем хуже качество воздуха в салоне авто. Очищайте радиатор устройства, регулярно меняйте салонный фильтр, и тогда бактерии и пыль не будут вам страшны.

Принцип работы

Функционирование кондиционера осуществляется по замкнутому кругу. Компрессор выполняет нагнетание газообразного фреона, создавая давление, из-за чего хладагент разогревается. После этого по магистрали высокого давления вещество подается в конденсатор. В нем за счет отдачи тепла происходит конденсирование фреона, и он становиться жидкостью, все еще находящейся под давлением.

После конденсатора по магистралям хладагент движется дальше и проходит через осушитель, где из него удаляются частицы воды и других примесей, чтобы они не привели к поломке системы.

Из осушителя жидкий хладагент поступает в ТРВ, где происходит регулировка (снижение) давления. При этом падение давления приводит к началу процесса перехода в газообразное состояние. То же самое происходит и в системах, оснащенных дросселем с аккумулятором.

После ТРВ фреон попадает в испаритель, в котором происходит сильное падение давления из-за чего хладагент начинает испаряться, поглощая тепло из окружающей среды. Вода же, сконденсировавшаяся на поверхности радиатора, по дренажному каналу выходит из салона.

Пройдя испаритель хладагент, уже в газообразном состоянии, по магистрали низкого давления поступает к компрессору, и весь процесс повторяется вновь.

Испаритель

Испаритель ускоряет процесс испарения. Для этого он имеет большую поверхность и является теплообменником между хладагентом и окружающим воздухом. Хладагент, прошедший через редукционный клапан, став легкоиспаряющимся с низким давлением, при прохождении в туманообразном состоянии через трубопровод алюминиевого испарителя, под действием потока воздуха от вентилятора, испаряясь превращается в газ при температуре -2°С и давлении 2,0 кг/см2. При этом рёбра трубопровода испарителя становятся холодными от теплоты парообразования, и воздух внутри автомобиля становится прохладным. Кроме того, влага, содержащаяся в воздухе, от охлаждения превращается в воду и вместе с пылью по спусковому трубопроводу стекают в поддон для конденсата и затем на землю.

Конденсатор

От компрессора горячий газообразный хладагент с температурой около 50…70° C подается в конденсатор, который служит для превращения газообразного высокотемпературного хладагента, идущего от компрессора в жидкое состояние выделением тепла в атмосферу. Конденсатор состоит из изогнутых трубок, которые соединены перегородками и имеет большую поверхность охлаждения, чем достигается высокая теплопередача. Трубки и ламели конденсатора воспринимают тепло хладагента. Количество выделяемого хладагентом тепла в конденсаторе определяется количеством поглощенного испарителем тепла из окружающей среды и работой компрессора, необходимой для сжатия газа. Для конденсатора результат теплоотдачи прямо влияет на эффект охлаждения холодильной установки, поэтому, обычно он устанавливается на самой передней части автомобиля и принудительно охлаждается воздухом вентилятора системы охлаждения двигателя или дополнительным вентилятором и потоком воздуха, возникающим при движении автомобиля. Холодный наружный воздух проходит через конденсатор, забирает тепло, благодаря чему хладагент охлаждается.

Что такое хладагент?

Хладагент – это вещество, которое может легко переходить из одного агрегатного состояния в другое. Циркулируя по контуру системы, обеспечивает исправную работу кондиционера.

Некоторое время назад в кондиционерах применялся хлорсодержащий фреон R12. Однако данное вещество оказывало негативное влияние на озоновый атмосферный слой. Поэтому во всех автомобилях, выпущенных после 1993 года, стал применяться фторсодержащий R134a. Вещества этих двух типов являются несовместимыми.

Датчики давления

Система кондиционирования снабжается датчиками давления 5 и 7, которые не позволяют включать работу системе при давлении хладагента в системе ниже определенной величины. Для контроля температурного режима работы системы предусмотрены температурные датчики 8 и 13.

Правила эксплуатация автокондиционера

Продлить жизнь устройству, которое незаменимо в жаркое время года, достаточно просто. Приводим список рекомендаций, который позволит вам максимально отложить момент, когда вам придётся заниматься ремонтом этой сложной техники:

1. Если на улице – жара, перед включением системы кондиционирования желательно открыть все 4 двери автомобиля, создавая благоприятные условия для полного проветривания салона. 3 – 5 минут достаточно, чтобы продолжить движение с включённым кондиционером.
2. Никогда не опускайте стёкол при включенном автокондиционере (это касается и верхнего люка при его наличии, и дверей автомобиля). Дело в том, что поток встречного воздуха, попадая в салон, существенно снижает эффективность кондиционирования, заставляя кондиционер работать на полную мощность, увеличивая износ его деталей. Кроме уменьшения ресурса климатической системы, вы столкнётесь и с повышенным расходом топлива.
3. Если по уважительным причинам автомобиль длительное время простаивает, или внешние условия не предполагают использования системы кондиционирования, следует еженедельно включать кондиционер, давая ему возможность поработать на протяжении 8 – 10 минут. Это необходимо для заполнения маслом всех деталей устройства – в противном случае металлические детали автокондиционера начнут корродировать, а эластичные прокладки – разрушаться.

Иммобилайзер: что это такое,виды,устройство,принцип действия,фото

Дистанционный запуск двигателя: устройство,виды и принцип работы

Проекционный дисплей HUD: виды и принцип работы,фото

Омыватель фар: устройство и принцип работы

Система «Старт Стоп»: плюсы и минусы

Выводы

Исходя из вышесказанного, можно утверждать, что любое решение, основанное на использовании автономных автокондиционеров, на данный момент времени трудно назвать соответствующим возможностям штатных климатических систем. Сдерживающие факторы могут быть разными – недостаток мощности, проблема эффективного теплоотвода, конструктивные особенности и так далее. Но если другой возможности охладиться в кабине транспортного средства нет, портативный кондиционер для автомобиля позволит вам ездить с большими удобствами, чем без оного. В крайнем случае, те же картриджи с сухим льдом позволят вам в критической ситуации охладиться, просто приложив их к лицу, лбу или затылочной части головы. Нелишним в машине будет и запас прохладительных напитков, перевозимых в специальной сумке-холодильнике. Наконец, избежать перегрева можно, если распланировать свои поездки утром или вечером, когда на улице не так жарко.