Как устроен автомобильный кондиционер

[holodilshik.livejournal.com]

Оригинал взят у holodilshik в Как устроен автомобильный кондиционер

Сейчас мы все больше времени проводим в автомобиле. Оснащение транспортом в России составляет примерно 250 автомобилей на 1 тысячу человек и постоянно растет, несмотря даже на некоторое снижение продаж.
Практически в каждом вновь выпускаемом автомобиле в стандартной комплектации установлена система кондиционирования. Давайте посмотри из чего состоит система автомобильного кондиционирования и как она работает.

Система автомобильного кондиционирования работает по тому же принципу, что и всем известные бытовые кондиционеры, устанавливаемые в квартирах и офисах. Она позволяющая охлаждать воздух в салоне автомобиля, а также очищать его от влаги и посторонних запахов. В современных автомобилях является составной частью системы вентиляции и отопления салона.

Основная цель системы кондиционирования воздуха в автомобиле(системы климатконтроля) обеспечить комфорт пассажиров. В основном она должна должна выполнять четыре функции.

Основные:

1. контроль температуры;

2. контроль влажности;

Дополнительные :

1. очистка воздуха;

2. контроль циркуляции воздуха.

Немного истории: Первые автомобильные кондиционеры появились в США, который тогда являлся законодателем мод в автомобилестроении. В 40-х и 50-х годах они устанавливались, как дорогая опция на автомобили премиум и высокого ценового сегмента. Рост произошел в 60-х годах 20-го века и к началу 70-х годов уже около половины автомобилей в США имели кондиционеры, в Европу массово кондиционеры пришли несколько позже.

Автомобильный кондиционер - это герметичная систему, заполненная фреоном и компрессорным маслом, которое частично растворено в жидком фреоне. Масло применяют для смазки компрессора.
На сегодняшний день основным хладагентом автомобильных систем кондиционирования является фреон R134a, но до сих пор встречаются автомобили на ранее применявшемся R12. В будущем наметилась перспектива перехода на новый хладагент R1234yf.

Рисунок 1 - Примерный вид системы кондиционирования внедорожника. Виды все основные элементы системы кондиционирования.




На данный момент в современных автомобилях используется две основные схемы кондиционирования воздуха:
- с ресивером-осушителем и терморегулирующем вентилем;
- с аккумулятором и расширительной трубкой.


Рисунок 2 - Схема кондиционера с ресивером-осушителем и терморегулирующем вентилем



В системе с ресивером и терморегулирующем вентилем на стороне низкого давления (всасывании) находится испаритель и часть трубопровода от терморегулирующего вентиля до всасывающего порта компрессора, на котором располагается датчик низкого давления и сервисный штуцер низкого давления. На стороне высокого давления (нагнетании) расположены конденсатор, ресивер-осушитель, терморасширительный вентиль (далее трв), и трубопровод от нагнетательного порта компрессора до трв, на котором расположен датчик высокого давления и сервисный штуцер высокого давления.
Как уже понятно, система делится по давлению на высокую и низкую стороны.
При включении электромагнитной муфты - начинает работать компрессор - газообразный хладагент всасывается и сжимается до высокого давления, после чего нагнетается по трубопроводу в конденсатор, где газ с высоким давлением и температурой конденсируется: переходит из газообразного состояния в жидкость, отдавая тепло в окружающую среду. Температура хладагента на выходе из компрессора составляет около 60 град С. Воздух, проходящий через конденсатор, значительно холоднее, он соответствует температуре окружающего воздуха (как правило, не выше +35 ºС), Далее жидкий фреон поступает в ресивер-осушитель, где происходит его осушение - удаление влаги и фильтрация (удаление взвешенных частиц). Также ресивер обеспечивает компенсацию подачи хладагента в испаритель.  Далее жидкий хладагент высокого давления поступает в трв, где он дросселируется. Сопротивление потоку, создаваемое ТРВ вызывает быстрое падение давления хладагента. Затем этот хладагент попадает в испаритель, где происходит его кипение. Жидкий фреон при низком давлении кипит, поглощая теплоту от относительно горячего воздуха салона автомобиля (например, +30 ºС), приводя тем самым к изменению состояния хладагента с жидкого на газообразное и снова всасывается компрессором. Затем цикл повторяется.

Т.е. проще путь фреона выглядит так: сжатие газообразного фреона в компрессоре - конденсация в конденсаторе - осушение жидкого фреона в ресивере-осушителе - дросселирование в трв, где происходит потеря давления - кипение в испарителе, где фреон переходит из жидкости в газ - всасывание в компрессор. Повторение цикла.

Рисунок 3 - Схема кондиционера с аккумулятором и расширительной трубкой



Отличие систем с аккумулятором и расширительной трубкой, в том, что на выходе из испарителя установлен аккумулятор, а вместо трв установлена дросселирующая вставка. Дросселирующая вставка заменяет ТРВ, а аккумулятор заменяет ресивер- осушитель.
Аккумулятор содержит осушающее вещество, с помощью которого осуществляется удаление влаги из фреона. Также в аккумуляторе происходит доиспарение жидкого хладагента, который может попасть из испарителя. То есть Аккумулятор предохраняет компрессор от попадания в него жидкого хладагента, который может вывести его из строя вследствие гидроудара.
Дросселирующая вставка представляет собой калиброванную вставку, которая дозирует поступление потока жидкого хладагента в испаритель. Так как дросселирующая вставка имеет фиксированный диаметр проходного отверстия, то испаритель в этой схеме, будет испарителем затопленного типа.
Компрессор в этой схеме работает циклически, получая команды на пуск-остановку от блока управления по сигналам с датчиков давления и температуры.

Визуальный показ системы автомобильного кондиционирования с акцентом на компрессор (извиняюсь, если реклама этого производителя, отношения к нему не имею - ролик удачный).

На ролике показана схема кондиционера с ресивером-осушителем и терморегулирующем вентилем в динамике.
Основной особенностью работы автомобильных кондиционеров, например, от обычных бытовых сплит-систем заключается в том, что для его работы используется не электричество, а часть мощности двигателя внутреннего сгорания, отбираемая с его коленчатого вала при помощи муфты.

Основные элементы:

Автокондиционер состоит из следующих основных элементов: компрессор, испаритель, конденсатор, терморегулирующий вентиль (или расширительная трубка), ресивер-осушитель (или аккумулятор), соединительные трубопроводы и вспомогтательные элементы (датчики, реле и т.д.).

В общем виде, компрессором называют механизм, в котором для увеличения давления фреона используется механическая энергия. В данном случае, энергия двигателя внутреннего сгорания автомобиля. Компрессор обеспечивает циркуляцию фреона и масла через систему кондиционирования воздуха.
Приводной вал компрессора вращается от электромагнитной муфты. Если на муфту не подается напряжение, то вращается только ее шкид и крутящий момент не передается на вал компрессора. При включении кондиционера- напряжение подается на катушку муфты, она притягивается к валу компрессора и передает крутящий момент с двигателя автомобиля на вал компрессора. Начинает работать система кондиционирования.

Рисунок 4 - Фото типичного компрессора для системы автомобильного кондиционирования, а также его разрез

     

Испаритель представляет собой теплообменник, основной функцие которого является поглощение тепла содержащегося в салоне и охлаждение воздуха внутри автомобиля. Также в нем происходит осушение  проходящего воздуха. В испарителе происходит фазовый переход жидкого фреона в газообразное состояние (кипение).

Рисунок 5 - Внешний вид испарителя системы автомобильного кондиционированияя

Конденсатор представляет собой теплообменник, основной функцией которого является отвод в окружающую среду тепла, поглощенного из кабины. В конденсаторе происходит фазовый переход газообразного фреона в жидкое состояние (конденсация).

Рисунок 6 - Внешний вид конденсатора системы автомобильного кондиционированияя

Терморегулирующий вентиль и дросселирующая вставка являются устройствами предназначеными для регулирования подачи хладагента в испаритель системы кондиционирования воздуха. Их основной функцией является подача определенного количества хладагента в испаритель в зависимости от перегрева хладагента на выходе из испарителя.

Рисунок 7 - Внешний вид терморегулирующих вентилей и расширительной вставки (правый верхний угол) системы автомобильного кондиционированияя

Ресивер- осушитель выполняет следующие основные функции:

- Удаление влаги из хладагента и масла;

- Удаление из фреона посторонних примесей (твёрдых частиц);

- Выполнение разделения жидкость – пар, таким образом, обеспечивая подачу жидкости в ТРВ.

Аккумулятор, используется в системах с дросселирующей вставкой для предотвращения попадания жидкого хладагента на низкую сторону компрессора (гидроудара).

Рисунок 8 - Внешний вид ресивера-осушителя (справа) и аккумулятора (слева). На аккумуляторе виден порт для датчика давления.

   

Также в системах автомобильного кондиционирования применяются множество вспомогательных элементов: вентиляторы, датчики и реле давления (высокого и низкого), термостаты, фильтры, муфты и прочее.

Помимо алюминиевых магистралей, трубопроводы систем автокондиционирования часто изготавлювают из специальных армированных шлангах. Ремонт трубопроводов почти всегда выполняют из таких шлангов.
Я убрал название производителя, чтобы никого не смущать. Шланги обживаются специальными устройствами - кримперами под необходимый фитинг соединения. На верхней картинке изображен уже обжатый шланг. На нижней шланг в разрезе, как видно это многослойное изделие.

Рисунок 9 - Шланги системы автомобильного кондиционирования



Система кондиционирования в простом виде управляется с панели управления автомобиля: как правило управление режимами работы происходит через управление тросом распределительной заслонки и ручки регулятора вентилятора. Интенсивность подачи воздуха в салон автомобиля, определяется скоростью вращения вентилятора. На автомобилях, не оборудованных системой климат-контроля, электродвигатель вентилятора может вращаться с четырьмя различными скоростями.
Раздача воздуха по салону осуществляется через систему воздуховодов.

Рисунок 10 - Простая панель системы вентиляции, кондиционирования и отопления автомобиля Ford



1 – переключатель режимов работы вентилятора воздухонагнетателя; 2 – выключатель режима рециркуляции; 3 – регулятор температуры поступающего в салон воздуха;; 4 – выключатель кондиционера; 5 – регулятор распределения потоков воздуха.
Здесь разобрана довольно простая система, но принцип действия и схема везде абсолютно одиакова.
Системы климат-контроля устроены несколько сложнее.

Вообще, если говорить о ремонте - то ремонт автокондиционеров всегда сопряжен с трудностями, обусловленным огромной линейкой элементов входящих в него. Например, на автомобилях одного производителя одного и того же года выпуска системы кондиционирования могут отличаться. Например, могут стоять разные компрессоры и прочее.
к тому же, элементы автомобильного кондиционера подвергаются сильному коррозионному износу, особенно в условиях нашей зимы. Плюс механические и вибрационные нагрузки.  Поэтому за автомобильным кондиционером нужно следить.))) но это уже совсем другая тема.

Понятно, что показано несколько упрощено, зато на мой взгляд наглядно и доступно.

Все фото взяты из открытых источников в сети интернет.

Comments

[lyops.livejournal.com]

В салоне автомобиля температура 30 градусов, мы включаем климат-контроль.
Вопрос дилетанта:
При температуры 16 градусов и температуры 20 градусов одинаково ли быстро температура в салоне упадёт до 22 градусов?
Возможно, при разных конечных значениях температуры вентилятор будет по-разному крутить? А если задать одинаковую скорость в обоих случаях?

[femelianov.livejournal.com]

Если скорость вентилятора одинаковая, то температура упадет быстрее при уставке 16 град. Если климат будет регулировать вращение вентилятора, то не факт - зависит от мозгов климата.
Кондиционер работает на максимум, когда вентилятор на максимум и температура на минимум.

[siron-nsk.livejournal.com]

Вентилятор какой? Внутри, возле испарителя? Ты решаешь, как он будет крутить. Вентилятор конденсатора, снаружи? Да, на меньшее время будет включаться при 16 градусах.

> одинаково ли быстро температура в салоне упадёт до 22 градусов?
Нет. Не смогу объяснить с технической точки зрения, почему так, но на практике одинаково. Видимо, это как-то связано с клапаном перед испарителем. А значит, по логике, с температурой воздуха внутри машины. А так как кондиционер / климат мы включаем всегда примерно при одинаковой температуре некомфорта, то получается примерно одинаково.
Автор поправит, если я что-то напутал.

[Виталий (from livejournal.com)]

Если климат нормальный то одинакого на практике, теоретически если выставить 16, то 22 градуса проскочит раньше. Но это совершенно не заметно. Первично он температуру регулирует морозя на всю катушку, а как приближаеться к нужной темперетуре подмешивет воздух из печки(очень упрощеннно). Причем при тапке в пол еще и компрессор выключает, а то на чахломотрах еще и не разгонишся :))
В общем если вопрос в том, стоит ли ставить на 16, что бы быстрее стало прохладней - нет никакого смысла нет.

[garten-besitzer.livejournal.com]

В это время года более актуален вопрос про печки :) Кстати, обогрев автомобиля расход бензина увеличивает?

[rutinin.livejournal.com]

вентилятор печки не святым же духом питается

[femelianov.livejournal.com]

Если вы про печку, то не увеличивает, если про кондиционер, то да - увеличивает расход.

[victorborisov.livejournal.com]

Не раскрыта тема компрессоров переменной производительности, а в настоящий момент они массово устанавливаются на новые автомобили.

А одним из важнейших отличий автомобильного кондиционера от бытовой сплит-системы является то, что последняя работает исключительно в режиме рециркуляции и не обеспечивает приток свежего воздуха (отдельные модели не в счет). В то время, как автомобильный кондиционер без режима рециркуляции охлаждает свежий воздух с улицы.

[zootyboy.livejournal.com]

кто мегшает окошко открыть в комнате? :)

[holodilshik.livejournal.com]

Все таки важнейшее с инженерной точки зрение отличие - это привод компрессора от ДВС.
А так согласен - да. есть такая особенность у автокондиционеров - спорить не буду) Спасибо, за комментарий.

[22sobaki.livejournal.com]

Какова потребляемая мощность компрессора в среднестатистическом автомобиле?

[holodilshik.livejournal.com]

максимальная потребляемая в зависимости от марки в районе 4,-5 кВт примерно.

[femelianov.livejournal.com]

Где-то на старой работе валялся распиленый автомобильный компрессор.

[22sobaki.livejournal.com]

Федор, ты же не один автомобильный кондиционер в свое время разобрал-собрал. Что, правда у них совсем никакой холодильный коэффициент (1...2)?

[dionis-red.livejournal.com]

Скажите, если есть кнопка "2 – выключатель режима рециркуляции", то, следовательно, когда она выключена, то кондиционер использует приточный воздух извне? Что является принципиальным отличием от бытовых сплит-систем, где весь цикл замкнут (перданул в теплый воздух на диване и он к тебе вернулся прохладой).

[holodilshik.livejournal.com]

да. все верно.
если включить эту кнопку при выключенном кондиционере машина быстро запотеет - т.к. нет осушения воздуха кондиционером и рециркуляции с окружающей средой.

[tam-odin.livejournal.com]

Там на схеме после конденсатора высокое давление и высокая температура. Это верно?

[holodilshik.livejournal.com]

Да. от компрессора до трв высокое давление.

[formula1000.livejournal.com]

у меня проблема с рециркуляцией - разъясните, пожалуйста, кто в теме
рециркуляция, как правило, включена (оч чувствительно отношусь к выхлопам), вентилятор работает всегда, но время от времени рециркуляция самопроизвольно отключается. Часто это происходит в пробке или когда едешь за каким-нить вонючим гигантом - успеваешь хапнуть этой вони, потом голова болит. Ужасно неприятно. С этим можно что-то сделать?

[holodilshik.livejournal.com]

Я думаю, что можно. Возможно проблема в электрике или автоматике. Нужно смотреть - так не скажешь.

[femelianov.livejournal.com]

может датчик СО2 дает команду подать свежий воздух для дыхания?!

[sovsemveteran.livejournal.com]

Хорошо, что отключается! Постоянная рециркуляция в домашнем холодильнике - вы там долго не выдержите, даже без "вонючих гигантов"!

[kesmile.livejournal.com]

В систему с мокрым осушителем (вода просто вытекала из отверстий) зкачали фреон. Около месяца все работало. Потом весь фреон испарился.
Вопросы: есть ли смысл продувать трубки и устанавливать новый осушитель? компрессор мог остаться живым?

[sergvlal163.livejournal.com]

Любопытно было почитать, спасибо!)

[holodilshik.livejournal.com]

Спасибо. Заходите ко мне в гости.)

[k0sol0bik.livejournal.com]

Пидскажите, заклинило компрессор, он задымился и порвался ремень, может ли это быть из-за того, чЬто не заправили Фреономъ сразу после покупки????????????????????