Устройства обеспечения комфортного климата в автомобильном салоне развивались и внедрялись постепенно. Был пройден путь от самых примитивных автомобильных печек, в том числе и на дровах, до современных интегрированных систем, выполняющих все три функции в комплексе. С их помощью можно провентилировать салон, увеличить или уменьшить температуру в любой его точке. Они получили название по английской аббревиатуре HVAC — Heating Ventilation Air Conditioning.
Искусственное разделение салона на температурные зоны
Естественным путём тепловой комфорт в закрытом кузове создать не получится. Тёплый воздух всегда поднимается вверх и плохо перемешивается. Теплопроводность его вообще близка к нулевой. Пассажиры получат перегрев верхних частей тела, если создадут приемлемую температуру в ногах. Открытые окна не спасут, если за бортом жара или холод, а сквозняки приведут к простудным заболеваниям.
Устройства создания микроклимата обязаны следить за послойным назначением комфортной температуры без создания нежелательных воздушных потоков. Для этого выделяющие воздух заданной температуры дефлекторы должны присутствовать в большом количестве и на разной высоте.
Температура выходящего из них воздуха также должна подлежать индивидуальному регулированию. Изменение температуры требуется практически всегда. Подогрев воздуха производится салонным отопителем, а охлаждение – системой кондиционирования.
Отопитель (печка)
Автомобильное отопление использует энергию, поступающую из системы охлаждения двигателя. Иногда используются дополнительные электронагреватели или устройства, сжигающие топливо, но в большинстве случаев это означает лишь перерасход топлива. Не всегда автомобиль эксплуатируется в районах жестокого северного климата.
Печка устроена достаточно просто, в её состав входят:
- радиатор отопителя, через который прокачивается антифриз из системы охлаждения мотора;
- вентилятор, ускоряющий теплообмен через радиатор и подающий нагретый воздух в салон;
- воздуховоды и распределительные заслонки или дефлекторы.
Иногда на входе радиатора ставят дополнительные жидкостные краны и клапаны, но при наличии надёжных уплотняющих воздушных заслонок в этом нет особой необходимости.
Кондиционер
Работа автокондиционера основана на принципе сжатия хладоагента, отбора у него части тепловой энергии и последующего расширения с падением температуры до нуля градусов и ниже. Всё как в обычном холодильнике. Обеспечивается это набором оборудования:
- компрессор для хладоагента;
- радиатор кондиционера, он же конденсор, в передней части моторного отсека;
- дросселирующий клапан-испаритель;
- салонный радиатор с вентилятором, охлаждающий прогоняемый через него воздух.
Работа кондиционера максимально автоматизируется, используется электронный блок с датчиками и органами управления.
Вентилирование и организация воздушных потоков
В интегрированной системе HVAC используется единый комплекс воздушных каналов и фильтрации как для отопителя, так и для кондиционера. Автоматика считывает пожелания водителя с пульта управления и сама распределяет тепловые потоки. Для этого она снабжена системой датчиков и исполнительных механизмов. Возможна работа в различных режимах:
- Внешняя вентиляция. Открывается забор воздуха снаружи, после чего он пропускается через салонный фильтр. Его элемент, имеющий конструкцию с большой площадью фильтрующей шторы и отверстиями микронного размера, отделяет все загрязнения в виде частиц пыли, бактерий и органических включений, способных вызывать аллергические реакции. Дополнительные включения на основе активированного угля поглощают запахи. Воздух закачивается в салон естественным путём по вытяжному принципу с выходными отверстиями в задней части салона или нагнетается вентилятором по тому же пути.
- Рециркуляция, то есть пропускание воздуха через тот же фильтр и радиаторы подогрева или охлаждения, но уже без смешивания с забортным. Если устройство регулирования определяет, что необходим подогрев, то воздух пропускается через радиатор печки, имеющий температуру порядка 90 градусов. Горячий воздух в нужном количестве поступает в общий поток, изменяя температуру в салоне. То же происходит при охлаждении, только заслонки конфигурируются таким образом, что поток идёт через испаритель кондиционера, где температура поддерживается чуть ниже нуля градусов.
- Распределение потока по зонам и вертикальным уровням. Система по положению органов регулирования определяет желательную конфигурацию и соответствующим образом коммутирует свои заслонки, следя за температурой по показаниям датчиков. Их набор может включать отдельные сенсоры по высоте, дефлекторам и зонам сидений всех пассажиров. Вполне возможны ситуации, когда одни участки салона будут подогреваться, а другие охлаждаться. Система будет реагировать на изменение режимов, например, долго находиться в режиме рециркуляции вредно для здоровья пассажиров, они могут отключить этот режим или даже просто приоткрыть окна. В пределах запаса мощности температура при этом изменяться не должна.
Чаще всего используется именно режим рециркуляции. В него система переводится при прогреве двигателя и быстром доведении салонной температуры до заданного уровня. Потери тепла на внешний обмен воздуха в таких условиях недопустимы, поэтому соответствующие заслонки перекрываются. При ручном управлении этому режиму также отдаётся предпочтение, но периодически салон всё же проветривается.
Проблемой поддержания воздушных путей в порядке является накопление в них загрязнений, ароматических веществ и бактериальных колоний. В салоне может появиться неприятный затхлый запах, усиливающийся при включении вентилятора. Помогает очистка системы аэрозолями или специальными дезинфицирующими дымовыми шашками.
Режимы автоматики управления климатом
Распределение воздуха почти не зависит от сложности систем. Вполне возможна работа с ручным управлением кондиционером и отопителем с развитым механизмом заслонок, воздуховодов и дефлекторов. Однако полноценным климат-контролем считается только система с полной автоматизацией процесса.
Датчики устанавливаются как внутри автомобиля, так и снаружи. Важно знать температуру воздуха вокруг машины, а также интенсивность нагрева кузова солнечными лучами. Для этого имеется датчик солнечной радиации.
Водитель устанавливает желаемые температурные условия в регулируемых зонах. Значение высвечивается на электронном индикаторе. Далее указывается направление воздушных потоков в ноги, на голову, средний уровень, а также обдув стёкол. Интенсивность подачи воздуха можно задавать вручную включением вентилятора на нужную скорость. В полностью автоматическом режиме этим также управляет электронный блок. Его задача – быстро довести температуру в зонах датчиков до выбранных значений и максимально оперативно реагировать на изменения. Соответственно переключается производительность вентилятора.
В особый режим выделяется снижение влажности салонного пространства при помощи кондиционера. Воздух, охлаждаясь на поверхности испарителя, выделяет воду в виде конденсата, который стекает через дренаж наружу. После смешивания с более тёплым содержимым салона относительная влажность падает, что вызывает интенсивное испарение запотеваний на стёклах. Того же эффекта можно достигнуть и путём прогрева отопителем, но кондиционирование работает значительно быстрее за счёт удаления влаги, а не повышения температуры остекления.
При необходимости отдельные функции отключаются, например, когда от двигателя требуется максимальная отдача, а кондиционер отбирает значительную мощность. Приоритетом будут динамические потребности автомобиля. После уменьшения степени открытия дросселя система автоматически возвращается на управление климатом.
