Автомобильный кондиционер — устройство и принцип работы

Автомобильная установка, охлаждающая воздух в салоне, давно перестала быть только элементом комфорта. В условиях плотного трафика мегаполисов и регионов с жарким климатом это скорее жизненно важная система обеспечения безопасности водителя и пассажиров. Некоторыми законодательствами она признана обязательной к применению на всех автомобилях.

Функции автомобильного кондиционера

Общеизвестной задачей системы кондиционирования является снижение температуры воздуха в салоне. Конечный результат регулируется для создания максимально комфортной температуры внутри автомобиля. Создаваемый холод может быть также использован для охлаждения вещевых ящиков, где в таком случае можно хранить продукты и напитки.

Дополнительной возможностью стало уменьшение влажности воздуха. В зоне снижения его температуры давление водяных паров становится предельным для данного охлаждения, в результате чего вода из воздуха начинает конденсироваться в виде капель жидкости. По специально организованным трубкам вода вытекает наружу, а воздух участвует далее в циркуляции. После неизбежного нагрева внутри салона относительная влажность понижается и становится значительно меньшей, чем была исходно. Этот эффект можно использовать в холодное время года для предотвращения запотевания и обмерзания стёкол автомобиля.

При работе кондиционера воздух пропускается через внутрисалонный фильтр. Благодаря этому он очищается от пыли и мельчайших частиц, вызывающих резкие запахи, раздражение дыхательных путей и аллергические реакции организма. Если использовать качественный фильтрующий элемент с активированным углём и антиаллергенным эффектом, то можно добиться очень высокой чистоты воздуха в салоне и даже удалить взвешенные в нём бактерии и прочие живые организмы.

Из чего состоит автомобильный кондиционер

Конструкция достаточно типична для всех видов компрессорной холодильной техники, в неё входят:

• электрически подключаемый компрессор с электромагнитной муфтой свободного хода;
• радиатор в подкапотном пространстве (конденсатор);
• радиатор в салоне (испаритель);
• фильтр-осушитель;
• регулирующий клапан-испаритель;
• система управления с датчиками и реле;
• распределяющая потоки воздуха салонная арматура;
• вентиляторы обдува конденсатора и испарителя;
• трубопроводы нагнетания и обратки низкого давления.

По всей системе циркулирует рабочее тело кондиционера, это специальный газ фреон с низкой температурой кипения. В него введено некоторое количество компрессорного масла для смазки элементов системы. Герметичность трубопроводов и фиттингов обеспечивается резиновыми уплотнителями, для обслуживания и заправки имеется вентиль с клапаном.

Компрессор кондиционера

Для привода используется ременный шкив, объединённый с электромагнитной муфтой включения. В исходном состоянии шкив вращается свободно, а по команде автоматики на обмотку муфты поступает управляющее напряжение, замыкаются фрикционные пластины, и ротор компрессора приходит в движение. Давление на выходном штуцере нарастает, сжатый фреон поступает в конденсатор.

Радиатор конденсатора

Представляет собой эффективный теплообменник пластинчатой конструкции. Многочисленные трубочки и ребристые перегородки имеют значительную поверхность теплообмена с набегающим воздухом. Обычно для улучшения условий сброса тепла автоматически подключается вентилятор обдува.

Радиатор устанавливается в блоке прочих теплообменников в передней части машины. На нём же закрепляется фильтр осушителя, одновременно выполняющий роль сглаживающего колебания давления ресивера. Здесь сжатый газ теряет часть энергии за счёт охлаждения, что необходимо для ещё большего понижения температуры при последующем расширении.

Снижение температуры может привести к образованию кристаллов льда из присутствующей в газе воды. В фильтре она отделяется и не мешает работе далее по ходу потока расположенных устройств.

Регулятор испарения

За температурой на входе и выходе испарителя следит регулирующий автоматический клапан. В нём производится дросселирование потока и изменение производительности кондиционера. Если температура на выходе из испарителя велика, то надо добавить расход рабочего тела, что и производит регулирующий клапан. Его термостат перемещает перекрывающий поток золотник, расход газа увеличивается, температура уменьшается. Соответственно у клапана имеются четыре штуцера, по паре для участия в напорной и обратной магистралях.

Радиатор испарителя

Располагается в салоне, по своему устройству и принципу действия аналогичен всем прочим радиаторам автомобиля. В нём происходит теплообмен между охлаждённым фреоном и воздухом внутрисалонного пространства. Для ускорения обмена используется вентилятор отопителя, в этом случае он становится вентилятором всей системы обеспечения микроклимата. Скорость вентилятора можно регулировать автоматически или с пульта водителя.

Обеспечение режимов работы кондиционера

Возможно ручное и автоматическое регулирование потока отбора тепла из салонного воздуха. Обеспечивается это набором датчиков и органов управления. Контролируется несколько параметров:

• температура воздуха в салоне;
• давление в разных точках внутренних магистралей кондиционера;
• температура газа в испарителе;
• режимы работы двигателя – нагрузка, положение педали акселератора, температура охлаждающей жидкости;
• положение органов управления системой кондиционирования.

Информация собирается в электронном модуле, управляющем работой кондиционера. Именно он включает муфту компрессора и вырабатывает прочие управляющие команды.

Порядок работы системы

Перенос тепла происходит циклически по мере прохождения рабочего тела через все участки системы кондиционирования.

Компрессор нагнетает давление в своей выходной магистрали, фреон сжимается до уровня в 10-15 атмосфер, его температура возрастает. Чем больше энергии приобретает газ в компрессоре, тем выше общая эффективность системы. Именно эта энергия будет затем отобрана, что вызовет понижение температуры в области салонного расширителя.

Для сброса энергии в виде тепла при сохранении давления газ сразу после компрессора поступает в радиатор-конденсатор. Здесь он интенсивно обдувается забортным воздухом, имеющим в любом случае более низкую температуру. По мере охлаждения газ проходит точку росы при данном давлении и переходит в жидкое фазовое состояние, одновременно очищаясь в фильтре.

После радиатора хладоагент попадает на вход дросселирующего управляемого клапана. На нём имеется значительный перепад давления, что вызывает интенсивное закипание жидкой фазы с образованием газа низкой температуры. Давление падает практически до атмосферного, а температура снижается до отрицательной величины. Рабочее тело готово к попаданию в испаритель кондиционера.

Салонный радиатор, через который проходит холодный фреон, обдувается вентилятором и принимает на себя тепло воздуха. Температура в салоне уменьшается, что и требуется от системы кондиционирования. В процессе охлаждения из воздуха конденсируется влага, удаляемая через дренажные трубки и отверстия. Автоматика не позволит работать при чрезмерно низкой температуре окружающего воздуха, что не даст обмерзать поверхности испарителя, препятствуя нормальному теплообмену.

Далее охлаждённый газ низкого давления проходит через регулирующий клапан, предоставляя ему информацию о производительности системы, после чего вновь попадает на вход компрессора, замыкая цикл.

Свойства и виды рабочего тела

В качестве теплоагента используется вещество под названием фреон, обладающее относительно низкой точкой кипения и значительной теплоёмкостью. Эти газы имеют различные условные наименования. Раньше применялся хладоагент типа R12, затем отвергнутый по экологическим соображениям. В настоящее время используется фреон типа R134A. Вещества невзаимозаменямые и смешиваться не должны.

В последнее время наметился переход на новое вещество марки R1234YF. У него ещё более высокая экологическая безопасность, однако он может воспламеняться, что в замкнутой системе не так важно. Однако утечки теперь ещё более недопустимы.

Утечки и заправка хладоагентом

Абсолютную герметичность в системах под давлением обеспечить невозможно, поэтому количество хладоагента со временем даже в исправных кондиционерах уменьшается. Снижается эффективность, поэтому все системы требуют периодического обслуживания, в зависимости от состояния от 3-4 лет до года.

Процессы заправки регламентированы и включают себя очистку (вакуумирование) системы с последующим введением в неё строго определённого количества хладоагента. Избыток опасен повышенным давлением и разрушением элементов, недостаток ведёт к плохой работе кондиционера. Особенно это касается вводимого при заправке масла для смазывания узлов системы.

Компрессорное масло

Для смазки используется специальный состав на минеральной или синтетической основе. В настоящее время от минеральных масел отказались, с фреоном R134A применяется жидкость типа PAG с различными цифровыми индексами. Количество его также нормировано, что учитывают программы работы заправочных агрегатов. В них имеются соответствующие таблицы на каждую модель автомобиля, где задана масса фреона и масла, указывается их конкретная маркировка.

Особенности эксплуатации кондиционеров

Наибольшее количество вопросов вызывает возможность и необходимость включения системы кондиционирования в холодное время года. Основная их функция в таких условиях не востребована, однако включать кондиционер зимой надо обязательно.

Связано это с необходимостью сохранения масляной плёнки на деталях. При долгом простое масло стекает в нижние участки системы, что может вызвать коррозию и задиры деталей. Поэтому с периодичностью около месяца кондиционер требует включения в любое время года. Однако автоматика не позволит это проделать при близких к нулю температурах, поэтом процедуру приходится выполнять в обогреваемых помещениях, например, гаражах или автомойках.