Устройство кондиционера автомобиля

В современных автомобилях микроклимат в салоне обеспечивается тремя системами – вентиляции, обогрева и кондиционирования. И конструктивно самой сложной из них является кондиционер, в задачу которого входит охлаждение воздуха в салоне летом. Несмотря на это система кондиционирования достаточно распространена и устанавливается на многие авто даже бюджетного сегмента.

Принцип работы кондиционера автомобиля построен на свойстве определенных веществ поглощать и отдавать тепло при смене агрегатного состояния. Этот же принцип используется в бытовых холодильниках и стационарных кондиционерах. Поэтому все перечисленные устройства конструктивно очень схожи и состоят из одних и тех же составных элементов. Но автомобильный кондиционер отличается более компактными размерами и типом привода одного из основных узлов – компрессора.

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.).

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.

Компрессор и его привод

Компрессор – узел, осуществляющий нагнетание хладагента. Он создает давление и обеспечивает движение фреона далее по системе. На автотранспорте применяется несколько видов компрессоров, отличающихся по конструкции. Наибольшее распространение получили компрессоры роторно-лопастного и поршневого типов, хотя встречаются и более интересные конструкции, к примеру, узел, работающий по принципу Ванкеля.

Устройство поршневого компрессора

Компрессор является своеобразным разделителем, который всю систему делит на контуры высокого и низкого давлений. Контур высокого давления включает в себя все элементы до испарителя, а к контуру низкого давления относится лишь магистраль, соединяющая испаритель с компрессором.

Компрессоры, используемые на автомобилях, обычно механические и в действие они приводятся от коленчатого вала посредством ременной передачи. Но поскольку, кондиционер используется не постоянно, то конструкция привода оснащена механизмом отключения компрессора. Обычно в качестве такого механизма используется электромагнитная муфта. Реже, но тоже используется электропривод компрессора – узел работает за счет электродвигателя. Такой привод используется на электромобилях.

Еще один тип привода – комбинированный, используется на некоторых гибридных моделях. На таких авто компрессор может работать как от электродвигателя (во время движения на аккумуляторах), так и от коленчатого вала (при задействовании ДВС).

Магистрали

Магистрали высокого давления рассчитаны на значительные нагрузки и температурное воздействие. При нагнетании фреона компрессором, давление хладагента существенно возрастает – до 250-270 кПа. При этом сжатие сопровождается сильным нагревом вещества (до 150 град). Поэтому к магистралям высокого давления выдвигаются серьезные эксплуатационные требования.

Магистрали низкого давления – обычные трубки, поскольку после испарителя давление хладагента сильно падает и по трубке проходит фреон практически с атмосферным давлением.

Конденсатор

В конденсаторе происходит переход хладагента из газообразного в жидкое состояние, сопровождающееся активным выделением тепла. Этот составной элемент представляет собой обычный радиатор (обычно из алюминиевых сплавов), на который установлены вентиляторы.

Расположение конденсатора в автомобиле

Чтобы произошла смена агрегатного состояния хладагента, необходимо обеспечить отвод тепла. Поэтому конденсатор располагается в передней части авто под радиатором системы охлаждения. Это обеспечивает при движении авто поток воздуха, который и забирает тепло от конденсатора, тем самым обеспечивая конденсирование фреона. А если воздушного потока недостаточно, он создается принудительно – вентиляторами.

Осушитель

Постоянные перепады температуры приводят к тому, что влага, попавшая внутрь системы, кристаллизируется (становиться кусочками льда), которые могут повредить составные элементы кондиционера, в первую очередь – компрессора. Чтобы этого не произошло, в конструкцию добавлен осушитель. Представляет он собой емкость со специальным наполнителем, улавливающим влагу.

ТРВ, дроссель

Терморегулирующий вентиль (ТРВ) – клапан, обеспечивающий контроль давления в системе, также в этом узле начинается процесс испарения хладагента.

Виды и исполнение ТРВ

ТРВ используется не на всех автомобилях. Ряд автопроизводителей вместо него применяет дроссель и аккумулятор (в основном в системах с климат-контролем). Дроссель выступает в качестве клапана регулировки давления, а аккумулятор – компенсационный резервуар, в котором удерживается лишний фреон.

Испаритель

Испаритель – еще один радиатор, используемый в конструкции системы кондиционирования, но размещен он в салоне (под приборной панелью). В этом элементе происходит испарение хладагента, которое сопровождается сильным поглощением тепла из окружающей среды. При этом влага, находящаяся в воздухе, конденсируется на поверхности радиатора. Чтобы конденсат не попал в салон, испаритель оснащен системой дренажа, по которой вода выводится наружу (под авто).

Для активной отдачи тепла и распространения охлажденного воздуха по салону, на испаритель установлен электровентилятор, обеспечивающий принудительное создание воздушного потока.

Электрооборудование

Поддержание заданной температуры, управление кондиционером, принудительная подача воздуха обеспечивается электрооборудованием.

Поддержание нужной температуры происходит благодаря ряду температурных датчиков:

• температуры охлаждающей жидкости;
• термовыключатель вентилятора радиатора;
• температуры испарителя.

Вариант электрической схемы кондиционера

В зависимости от модели автомобиля могут использоваться другие датчики и иная схема управления.

Управление оборудованием происходит на блоке, установленном на передней панели. За счет органов управления кондиционер включается в работу, выполняется регулировка температурного режима.

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.

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.

Положительные и отрицательные стороны

Если говорить о достоинствах системы кондиционирования, то оно всего одно – кондиционер обеспечивает прохладу в салоне летом. При этом не нужно открывать окна в авто, поскольку воздух внутрь поступает через систему вентилирования, проходя через салонный фильтр. Поэтому водителю не приходится дышать пыльным воздухом с примесями выхлопных газов (при движении в условиях города и простаивании в пробках).

А вот недостатков кондиционера – достаточно много:

• Кондиционер – дополнительная система, причем сложная по конструкции и 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.
• Если привод компрессора осуществляется от коленчатого вала, то включение кондиционера сопровождается значительным падением мощности (до 15 л. с.), что особенно явно проявляется на авто с маломощными силовыми установками. Электропривод же создает значительную нагрузку на бортовую сеть. В любом случае 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 при его поломке 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. Поэтому поломка оборудования в любом случае произойдет.

Несмотря на большое количество недостатков, кондиционер – популярное оборудование и многие автовладельцы даже не рассматривают авто, не оснащенное таким устройством. А в некоторых европейских странах установка автокондиционера обязательное условие для автопроизводителей, эксплуатация авто без кондиционера в таких странах запрещена.

Мотор (электродвигатель) вентилятора кондиционера: разновидности и причины неполадок

Тип двигателя кондиционера влияет на мощность и громкость работы устройства, а также на расход энергии. Есть несколько типов моторов: коллекторный, асинхронный и инверторный. Зная их плюсы и минусы, потребителю будет легче определиться с выбором.

Коллекторный тип двигателя

Коллекторный электродвигатель кондиционера обладает большим пусковым крутящим элементом без специальных модификаций. Его просто настраивать, за что в прошлом он был популярен у производителей бытовой техники.

С развитием технологий коллекторный двигатель стал менее востребованным по нескольким причинам:

• Максимальная производительность составляет 40 тыс. оборотов в минуту. Для кондиционера этого мало. К примеру, такое количество оборотов сопоставимо с работой центробежной соковыжималки.
• Коллекторные двигатели не терпят агрессивную среду, что в городских условиях эксплуатации быстро приводит устройство к поломке.

Асинхронный тип двигателя

Сам по себе асинхронный двигатель обладает слабыми пусковыми характеристиками, из-за чего требуется большое количество электроэнергии для его полноценного запуска. Применение в кондиционерах нерационально.

Конструкторы пробовали решить проблему. Однако повышенная мощность асинхронного двигателя требовала усиленного охлаждения, что опять вело к большим затратам энергии. Регулировочную характеристику ухудшало повышение активного сопротивления ротора.

Инверторный тип двигателя

В зависимости от тепловой нагрузки в помещении автоматически регулируется скорость вращения мотора компрессора. Она переходит в форсированный режим до тех пор, пока не будет достигнута установленная пользователем температура.

Достигнув заданных значений, двигатель вентилятора кондиционера снижает скорость, при этом поддерживается нужная температура. Это позволяет экономить электроэнергию, так как не происходит постоянного включения и выключения компрессора.

Кондиционеры, работающие по типу включения компрессора для достижения нужной температуры, а затем его выключения, быстрее изнашиваются. Это связано с тем, что при запуске первые секунды устройство работает без смазки, так как масло из компрессора стекает в картер.

Принцип работы

Использование блока силовой электроники позволяет инверторному двигателю выполнять два последовательных действия.

Сначала образуется постоянный ток за счёт сетевого переменного напряжения. Затем переменный ток необходимой частоты формируется из получившегося постоянного напряжения.

Силовой инверторный блок, как и любой другой преобразователь, имеет менее 100% КПД. При долгой беспрерывной работе на максимальной скорости кондиционер с инверторным типом двигателя потеряет около 10-15% эффективности по сравнению с устройствами другого типа.

Инверторный кондиционер после достижения указанной температуры работает в режиме сниженной мощности компрессора, а другие типы двигателей используют цикличный режим.

Неинверторный кондиционер во время начала работы испытывает максимальную нагрузку во время переходных процессов: как электромеханических, так и термодинамических.

Ротор требует полной отдачи от всех механизмов, при этом им требуется перекачать до 50% фреона в зону высокого давления из зоны низкого давления. Во время всех этих процессов холод ещё не начинает вырабатываться.

Достигнув нужных показателей, система через дросселирующее устройство выравнивает давление в верхней и нижней зонах.

Кипение фреона может происходить в тех частях кондиционера, где он не требуется: ресивер, капиллярная трубка, магистраль. Это связано с тем, что давление во время запуска слишком высокое.

Холод некоторое время используется не по назначению: идёт охлаждение компрессионного отсека, внешнего блока и т.п. В результате производительность снижается.

Почему стоит выбрать инверторный кондиционер

Следует выделить положительные и отрицательные стороны инверторного кондиционера.

• более продолжительный срок службы по сравнению с моторами других типов: 8-12 лет против 6-9 лет;
• при правильной установке мощности кондиционера возможна значительная экономия электроэнергии без ущерба для комфорта;

Положительных сторон у инверторного двигателя внутреннего блока кондиционера много, однако есть и минусы, которые следует учитывать:

• длительный ремонт в случае поломки из-за частого отсутствия деталей на рынке; иногда ожидание нужной запчасти затягивается на несколько месяцев;
• при длительной эксплуатации без выключения начинается повышенное потребление электроэнергии;
• в связи со сложностью электронных устройств, используемых в начинке двигателя, он чувствителен к резким скачкам напряжения и может из-за них выйти из строя;
• кондиционеры с инверторным типом двигателя стоят дороже других систем для охлаждения и нагрева воздуха.

Причины неполадок

Мастера по ремонту кондиционеров выделяют несколько возможных вариантов, из-за которых случаются неполадки:

• При люфте вала двигателя или нехарактерных шумах следует поменять подшипники.
• Если двигатель перестал вращаться, потребуется сменить пусковые конденсаторы.
• В случае, когда мотор вентилятора кондиционера останавливается через несколько секунд после запуска – неисправен датчик Холла. Этот электронный модуль отвечает за экстренное отключение двигателя в случае неполадок, предотвращая его поломку.

Самостоятельно браться за работу, если нет специальных знаний, не стоит. Следует доверить дело мастеру.

Подбор двигателя вентилятора кондиционера

В сплит-системе двигатель находится как в наружном, так и во внутреннем блоке. Двигатель вентилятора наружного блока кондиционера делается из металла, а внутреннего – из прочного пластика.

• Много-обмоточный: разная скорость вращения вентилятора получается за счёт подачи энергии на различные обмотки.
• DC-inverter – чаще всего применяется в инверторных двигателях. За счёт изменения амплитуды постоянного напряжения регулируется скорость вращения.
• PG-motor – с помощью регулирующего элемента (симистор или тиристор) подаётся напряжение через обмотку, состоящую из двух частей. Разные скорости вращения вентилятора достигаются благодаря изменению амплитуды управляющего напряжения.

Вооружившись знаниями, пользователь сможет легко выбрать двигатель для кондиционера и вовремя обнаружить неполадки в системе.