Система кондиционирования воздуха в автомобиле

Система обогрева воздуха в салоне автомобиля не способна обеспечивать необходимый температурный режим. При температуре окружающего воздуха превышающей 20°С необходимо его охлаждения для создания комфортных условий водителю и пассажиров. Для решения этой задачи применяются системы кондиционирования. Схема системы кондиционирования показана на рисунке:

Рис. Система кондиционирования воздуха в автомобиле:
1 – компрессор; 2 – электрическая муфта; 3 – конденсатор; 4 – вспомогательный вентилятор; 5,7 – датчик давления; 6 – рессивер-осушитель; 8 – температурный выключатель; 9 – термодатчик; 10 – поддон для конденсата; 11 – испаритель; 12 – вентилятор испарителя; 13 – выключатель вентилятора; 14 – редукционный клапан

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.

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.

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.

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.

Компрессор

Газообразный хладагент по трубопро­воду поступает в компрессор, который приводится в действие от вала двигателя. Компрес­сор сжимает газ до высокого давления. Компрессор работает от муфты, которая приводится в действие шкивом коленчатого вала через приводной ремень. Если на электромагнит муфты не подается напряжение, то вращается только сам шкив муфты компрессора и не вращается вал компрессора. При подаче напряжения на магнитную муфту диск и втулка муфты перемещаются назад и соединяются со шкивом. Шкив и диск под действием сил становятся едиными и приводят во вращение вал компрессора.

Компрессоры климатических установок бывают различного типа:

• поршневые нагнетатели
• спиральные нагнетатели
• лопастные нагнетатели
• аксиально-поршневые нагнетатели с вращающимся наклонным диском
• с приводом от электродвигателя

Наибольшее распространение для систем кондиционирования нашли компрессоры с переменной производительностью аксиально-поршневого типа.

Рис. Схема аксиально-поршневого компрессора переменной производительности с вращающимся наклонным диском:
1 – шкив; 2 – электромагнит; 3 – наклонная шайба; 4 – поршень; 5 – крышка блока цилиндров насоса; 6 – клапаны

С ведущим валом компрессора соединена наклонная шайба, которая при своем вра­щении перемещает несколько (5…7) поршней. Корпус с цилиндрами закрыт крышкой с си­стемой клапанов. Производительность компрессора определяется заданной температурой охлаждения. У таких компрессоров может изменяться наклон шайбы, что приводит к изменению хода поршней и, следовательно, производительности. Компрессоры этих типов оказывают меньшее влияние на работу двигателя при включении муфты, что очень важно для маломощных двигателей. Кроме того, они обеспечивают большую стабильность заданной температуры.

Компрессор, в зависимости от частоты вращающегося его вала превращает газообразное состояние хладагента низкого давления, идущего от испарителя, в газ высокой температуры и высокого давления (80°С, 15 кг/см2). Газообразное состояние хладагента необходимо для компрессора, поскольку жидкий хладагент нельзя сжать, и это привело бы к разрушению компрессора. Компрессор уплотняет хладагент и нагнетает его в виде горячего газа в конденсатор (сторона высокого давления контура хладагента). Таким образом, компрессор представляет собой место разделения сторон низкого и высокого давления контура хладагента.

Смазка компрессора производится специальным компрессорным маслом, циркулирующим по всей системе вместе с хладагентом. В системах, работающих с фреоном R12, применяются минеральные масла, с R134а – полиалкиленово-гликолевое (PAG). При смешивании этих масел образуется мутная густая масса, приводящая к выходу из строя системы кондиционирования, и в первую очередь компрессора. При дозаправке кондиционера хладагентом и доливке масла используются только те компоненты, которые предназначены для данной системы. Как правило, в моторном отсеке автомобиля есть наклейки, указывающие тип хладагента, его количество и соответствующий ему тип и количество масла (наклейки для R134а – зеленого цвета, для R12 – желтого).

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.

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.

Принцип работы автомобильного кондиционера

Принцип работы автомобильного кондиционера

Его функция – прокачивать хладагент по всем магистралям и трубопроводам. Устройство вытягивает пары фреона из испарителя и отправляет хладагент в конденсатор. На многих современных системах компрессор является единственным подвижным механизмом.

Основа работы устройства — способность жидкостей поглощать тепло при испарении и выделять при конденсации. То есть автомобильный кондиционер поглощает тепло испарителем (охлаждает салон потоком охлажденного воздуха) и выделяет его в окружающую среду там, где находится конденсатор.

Автомобильный кондиционер представляет собой герметичную систему, заполненную фреоном и компрессорным маслом, осуществляющем смазку трущихся деталей компрессора с целью уменьшения трения, снижения износа сопрягаемых деталей и уплотнения зазоров. Кроме того масло отводит часть выделившейся в процессе трения теплоты и удаляет мелкие частицы, образовавшиеся в процессе трения сопрягаемых деталей . Циркулируя в системе кондиционирования масло смешивается с холодильным агентом.

Автомобильный кондиционер: принцип работы и устройство

В современных автомобилях микроклимат в салоне обеспечивается тремя системами – вентиляции, обогрева и кондиционирования. Самой сложной из них является кондиционер, в задачу которого входит охлаждение воздуха в салоне летом.

История

Самые первые климатические системы для автомобилей появились еще до Второй мировой войны. Стоила эта опция, как треть машины. В отечественном автопроме климатические системы стали устанавливать на «АвтоВАЗе» намного позже. В 1936 году инженеры занялись разработкой систем охлаждения воздуха для различных транспортных средств. Самый первый автомобиль, который комплектовался такой комфортной новинкой – Packard.

Связь самочувствия водителя и микроклимата в салоне

В результате 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.

Принцип работы автомобильного кондиционера

Основная функция автомобильной климатической системы – формирование и поддержание параметров влажности и температуры воздуха в салоне на уровне, комфортном для водителя и пассажиров. Кроме того, в задачи автокондиционера входят оптимизация и оптимальное распределение воздушных потоков, их фильтрация и по возможности – устранение неприятных запахов.

Климатическая система работает по следующей схеме:

• в начальном сегменте контура под воздействием компрессора хладагент уплотняется, что приводит к увеличению температуры газа (см. законы термодинамики из школьного курса физики);
• под давлением горячий фреон выталкивается по системе трубопроводов в конденсор, где, подчиняясь тем же законам термодинамики, конденсируется, переходя в жидкое состояние;
• дальнейший путь жидкого фреона протекает через ресивер-осушитель, являющийся одновременно фильтром. Здесь хладагент очищается от мусора и по трубопроводам следует в направлении салона;
• проходя через расширительный клапан, фреон охлаждается и опять переходит в газообразное состояние;
• после терморегулирующего вентиля хладагент попадает в испаритель, который и является тем местом, где осуществляется полезная работа кондиционера. Здесь тёплый воздух из салона контактирует с очень холодными трубками, охлаждается и подаётся обратно в салон;
• после испарителя фреон подается на компрессор, замыкая тем самым цикл.

Связка хладагент + масло

Самым распространённым хладагентом был фреон R12. Но было доказано, что он вносит весомый вклад в образование так называемого парникового эффекта, что способствует изменению климата в сторону потепления. Сейчас фреон используется в связке со специальным компрессорным маслом, обеспечивающим смазку всех трущихся частей автокондиционера. Для разных типов хладагентов используются разные масла. В частности, R12 смешивается с маслами на минеральной основе, в то время как смазку в системах, заправленных фреоном R134а, обеспечивают полиалкиленово-гликолевые масла. Добавление масла, предназначенного для одного типа хладагента, в неподходящий недопустимо – это неизбежно приведёт к поломке системы кондиционирования.

Компрессор

В настоящее время наибольшее распространение получили компрессоры аксиально-поршневого и роторно-лопастного типа. Источником энергии для компрессора является двигатель автомобиля. Связь между компрессором и силовым агрегатом осуществляется с помощью шика, приводных ремней, электромагнитной муфты и приводного диска компрессора.

При включении кондиционера питание подаётся на электромагнитную муфту, которая вступает в зацепление с валом компресса, приводя его в движение. Выключение системы кондиционирования выполняет обратную задачу – муфта выходит из зацепления, шкив продолжает вращаться, но компрессор при этом не работает.

Конденсор

Представляет собой змеевик, по которому протекает горячий и сжатый фреон. Большая протяжённость трубок, помощь одного или нескольких вентиляторов и встречный поток воздуха способствуют охлаждению хладагента на выходе конденсора, где он из газообразного состояния переходит в жидкое.

Ресивер-осушитель

десь происходит очистка фреона от амортизационных загрязнителей, появляющихся в любом механизме (грязь, песок, мелкая металлическая стружка и т.д.) Конструкция ресивера-осушителя предполагает наличие специального смотрового прозрачного лючка, через который можно визуально оценить как объём хладагента в системе, так и его состояние.

Терморегулирующий вентиль

Второе распространённое название узла – расширительный клапан. Представляет собой температурный регулятор, назначение которого – контролировать и изменять в случае необходимости скорость движения хладагента по магистрали, тем самым регулируя объём его подачи в испаритель.

Испаритель

Представляет собой змеевик из трубок, по которым протекает сильно охлаждённый (практически ледяной на ощупь) хладагент. Именно здесь происходит формирование потока охлаждённого воздуха, поступающего из салона, и под действием вентилятора подающегося обратно, но уже в осушенном виде, с заданной температурой и скоростью.

Редукционный клапан

Устройство для аварийного стравливания чрезмерного (критичного) давления в патрубках. Обычно срабатывает, если уровень давления в системе превышает 32 атмосферы.

Датчик высокого давления

Штатное устройство, контролирующее уровень давления в магистрали и срабатывающее, когда оно превышает заданный критический порог (30 атмосфер). В случае выхода из строя датчика его функции берёт на себя редукционный клапан.

Датчик низкого давления

Его задача – следить, чтобы уровень давления в системе не падал ниже 2 атмосфер, а если такое случается – отключает компрессор. В противном случае вероятность его заклинивания возрастает по мере нехватки смазки.

Дополнительные датчики

Позволяют собирать дополнительную информацию о работе кондиционера, улучшая эффективность его использования. Например, передавая данные о температуре нагрева корпуса компрессора, о попадании в салон прямых солнечных лучей и т. д.

Составные элементы

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.).

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.

Почему он может плохо работать?

Изношенность ременной передачи

Если заклинил поршень внутри самого агрегата, то тут вряд ли что можно сделать, так как наверняка сломанная деталь повредила клапаны и стенки. Если не лень, то замена подождет. Попытаться сделать ремонт компрессора автокондиционера не возбраняется.

Ремонт компрессора автокондиционера

Чаще других поломок случается нарушение герметичности. Происходит это либо из-за повреждения сальника, либо из-за разбалтывания мест крепления магистральных трубопроводов к самому устройству.

Положительные и отрицательные стороны

Достоинство одно – кондиционер обеспечивает прохладу в салоне летом.

А вот недостатков много:

• Кондиционер требует обслуживания. Автовладельцу необходимо следить за состоянием трубопроводов и мест их соединений, периодически заправлять его хладагентом;
• Автомобили, оснащенные этим оборудованием, стоят дороже, а наличие климат-контроля существенно повышает цену на модель.
• Включение кондиционера приводит к увеличению расхода топлива или заряда батарей электромобиля;
• Воздух, охлажденный кондиционером, подается вентилятором, поэтому в салоне создается сквозняк, который может стать причиной заболевания;
• Если влага, конденсирующаяся на испарителе, отводится, то бактерии, находящиеся в воздухе, остаются на этом радиаторе. Бактерии и грибки, накопившиеся на испарителе, не только создают неприятный запах в салоне, но и могут стать причиной появления аллергии;
• Ремонт кондиционера дорогостоящий, поэтому многие автовладельцы, не спешат восстанавливать систему, предпочитая эксплуатировать авто без ремонта системы кондиционирования (на работоспособность двигателя такая поломка никак не влияет);
• Фреон – химически агрессивное вещество, поэтому со временем он приведет к повреждениям составных компонентов системы, в первую очередь – магистралей и радиаторов.

Неисправности и обслуживание автомобильного кондиционера

Рассмотрим несколько распространенных поломок и их причины:

• запотевание окон указывает на необходимость замены воздушного фильтра в салоне или натяжения/замены приводного ремня компрессора;
• слишком медленное охлаждение чаще всего связано с загрязнением испарителя или конденсатора или разгерметизацию контура циркуляции хладагента;
• неприятный запах часто возникает во время продолжительных пауз в эксплуатации кондиционера и устраняется его промывкой при помощи специальных составов.

Поломки основных узлов кондиционера влекут за собой дорогостоящий ремонт. Особенно, если речь идет о замене компрессора. Теоретически замену можно выполнить и самостоятельно, но для этого необходима диагностика, которая подтвердит неисправность того или иного компонента.

Соблюдение правил эксплуатации и обслуживания продлит срок службы кондиционера. К примеру, следует включать его хотя бы раз в месяц даже в холодное время года. Аккуратная промывка двигательного отсека уменьшит коррозию, вызываемую дорожными реагентами. Кроме того, хладагент покидает систему в любом случае через резьбовые соединения. Раз в год-два необходимо пополнять запас хладагента, используя профессиональное измерительное оборудование и соответствующие инструменты.

Оптимальные сезоны для обслуживания – осень или весна.

Правила эксплуатация автокондиционера

Продлить жизнь устройству, которое незаменимо в жаркое время года, достаточно просто.

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.
3. Если 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 коррозировать, а эластичные прокладки – разрушаться.

В климат-контроле все параметры контролируются и управляются с помощью бортового компьютера, он автоматически закроет заслонку или подаст сигнал, что она не закрыта. Так же предложит закрыть все окна во избежание перегрузки компрессора.

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).

Возможные неприятные сюрпризы

Система кондиционирования спроектирована полностью герметичной, однако может иметь место диффузия газа, из-за чего потребуется дозаправка агрегата. Зачастую периодичность дозаправки системы составляет 1 раз в 5 лет. При заправке оборудования требуется добавлять рефрижераторное масло.

Если вы не наблюдаете необходимый уровень охлаждения, хотя все элементы системы функционируют надлежащим образом, то, скорее всего, требуется замена ресивера-осушителя.

Типичные неполадки

Если вы заметили, что ваш автомобильный кондиционер, принцип работы которого мы только что рассмотрели, стал хуже охлаждать салон, это может говорить о многом.

Частой поломкой считается вентилятор. Он может просто выйти из строя, а в результате салон будет недостаточно охлаждаться и обдуваться.

Во время эксплуатации уровень фреона уменьшается естественным путем. В современных марках автомобилей производители предусмотрели специальное смотровое окно. Через него можно наблюдать за состоянием и уровнем хладагента. Также вы всегда можете оценить эффективность работы вашего прибора, если потрогаете трубки, выходящие из конденсатора. Они должны быть буквально ледяными.

Еще одна распространенная проблема – это неприятный запах. Причина в том, что на испарителе скапливаются полчища самых разных вредных бактерий. Для избавления от этой напасти достаточно просто время от времени очищать деталь антибактериальным средством.