Принцип работы автомобильного кондиционера
Первые аппараты для охлаждения воздуха, разработанные американской фирмой Сагriег Тгаnsiсоld специально для использования на автомобилях, в 1936 году стали устанавливать на пассажирские автопоезда (седельный тягач плюс прицепленный к нему «вагон»), курсировавшие между Багдадом и Дамаском. С 1941 года в США начали серийно оснащать автомобили кондиционерами. Правда, Вторая Мировая война почти заморозила все разработки в этой области, но сразу же по ее окончании дело резко пошло в гору. К началу 90-х годов в США кондиционерами было укомплектовано 85% легковых автомобилей и 55% грузовиков.
В Советском Союзе кондиционеры поначалу ставили только на правительственные автомобили «членовозы». Первый кондиционер, собранный в конце 50-х годов из отечественных комплектующих, был установлен на семиместный правительственный лимузин ЗИЛ-111Г.
Современные автомобильные кондиционеры - это устройства, регулирующие температуру, чистоту и циркуляцию воздуха в салоне автомобиля. Конструкций много. Во всем, что касается подачи воздуха (вентиляторы) и его очистки (фильтры), кондиционеры разных лет примерно схожи; принципиально же они различаются только типами холодильных установок. Методом проб и ошибок разработчики автомобильных кондиционеров постепенно пришли к выводу: на сегодняшний день оптимальной холодильной установкой является та, что применяется в обычных бытовых холодильниках - парокомпрессорная, где поглощение тепла осуществляется за счет испарения специального хладагента — фреона, под давлением прокачиваемого компрессором по замкнутой системе.
Тривиальная компрессорная холодильная машина пока остается непревзойденной по совокупности технических и потребительских параметров, особенно по соотношению «стоимость-эффективность». И усилия основных фирм-производителей кондиционеров направлены не столько на поиски новых принципов отбора тепла, сколько на оттачивание конструкций, работающих по упомянутому принципу: более тонкая механика, более умная автоматика, «экологические» фреоны, модный дизайн, эргономика, удобство обслуживания и т. д.
Система состоит из следующих компонентов:
• Компрессор - агрегат, заставляющий хладагент циркулировать в системе, привод осуществляется ремнем.
• Хладагент - газ фреон R12 или R134а (с 1993 используется только R-134а).
• Конденсатор (конденсор) - или по народному «радиатор кондиционера» - расположенный перед основным радиатором.
• Испаритель - теплосборник, в котором хладагент испаряется и поглощает тепло, находится у радиатора отопителя.
• Ресивер-осушитель - резервуар для выравнивания давления и осушения хладагента.
• Трубки, клапаны, датчики, блок управления, сервисные клапана и прочее.
Работает все следующим образом:
Привод компрессора осуществляется от двигателя ремнем. Компрессор гонит хладагент в системе. В конденсаторе хладагент конденсируется, при этом выделяется тепло. Причем дополнительно конденсатор обдувается своим электрическим вентилятором. Соответственно в испарителе хладагент испаряется и поглощает тепло - поступающий воздух охлаждается.
Хотя автомобильный кондиционер работает по тому же принципу, что и обычный бытовой холодильник, устроен он немного по-другому. Автомобильный кондиционер представляет собой герметичную систему, заполненную фреоном и специальным холодильным маслом, растворимым в жидком фреоне и не боящимся низких температур. Масло нужно для смазки компрессора и всей системы.
Теоретически, заполнить кондиционер можно было бы и обычным пропаном, если бы не его взрывоопасность. Для холодильных систем придумали специальные хлоросодержащие соединения, которые, кроме безопасности, обладают еще и набором нужных характеристик.
Несмотря на некоторые отличия между кондиционерами на автомобилях разных производителей, принципиальная их схема одинакова. Мы рассмотрим самый распространенный вариант.
Итак, вы нажали на кнопку включения кондиционера. Сработала электромагнитная муфта, стальной прижимной диск 3, издав характерный щелчок, примагнитился к шкиву 2. Шкив приводится в движение ремнем и, когда кондиционер выключен, крутится вхолостую. Теперь заработал компрессор 1. Компрессор сжимает газообразный фреон, отчего тот сильно нагревается, и гонит его по трубопроводу в конденсор 4. В конденсоре сильно нагретый и сжатый фреон охлаждается. Охладиться ему помогает вентилятор 5, который включился на первую скорость одновременно с компрессором. Если автомобиль едет - еще лучше, конденсор дополнительно обдувается набегающим потоком воздуха. Охладившись, сжатый фреон начинает конденсироваться, и выходит из конденсора уже жидким. После этого жидкий фреон проходит через ресивер-осушитель 6. Здесь от него отфильтровываются продукты износа компрессора и прочая грязь. Где-то в районе ресивера-осушителя, часто на нем самом, есть смотровой глазок.
Очистившись в ресивере-осушителе, фреон течет в сторону салона автомобиля, чтобы выполнить свое основное предназначение. Кульминация наступает, когда жидкий фреон проходит через терморегулирующий вентиль (ТРВ) 10.
ТРВ представляет собой специальное устройство, регулирующее перегрев пара, выходящего из испарителя (перегрев - разница температур на выходе из испарителя и кипения хладагента). ТРВ устанавливают на трубопроводе, по которому жидкий фреон поступает в испаритель. Если испаритель полностью заполнен жидким фреоном, то из него выходит насыщенный пар, температура которого равна температуре кипения. Регулирующий орган ТРВ закрывается. Если из испарителя выходит пар, перегрев которого превышает установку ТРВ, то регулирующий орган ТРВ открывается настолько, чтобы площадь его проходного сечения соответствовала допустимой величине. По сути, ТРВ является автоматически регулируемым дросселем. Не вдаваясь в термодинамику, можно сравнить его с соплом аэрозольного баллончика. Проходя через ТРВ и попадая в испаритель, фреон переходит в газообразное состояние (кипит) и при этом сильно охлаждается. Испаритель 12 - это тот же радиатор, только маленький. Ледяной фреон охлаждает испаритель, а вентилятор 13 сдувает с испарителя холод в салон автомобиля.
Пройдя через испаритель, все еще достаточно холодный фреон попадает снова в компрессор. Круг замыкается. Часть системы от компрессора до ТРВ называется напорной магистралью. Ее всегда можно определить по тонким трубкам, которые теплые или горячие. Часть же от испарителя до компрессора называется обратной магистралью, или магистралью низкого давления. Она делается из толстых трубок и на ощупь ледяная. Если в напорной магистрали во время работы компрессора давление колеблется от 7 до 15 атмосфер (в аварийных случаях и до 30), то в обратной магистрали давление не превышает одной-двух атмосфер. Когда кондиционер выключен, давление в обеих магистралях уравнивается и составляет около 5 атмосфер.
За правильной работой системы следят несколько датчиков. Количество их варьируется. В нашем случае на ресивере-осушителе 6 стоит датчик включения второй скорости вентилятора. Когда охлаждение конденсора 4 недостаточно (вы стоите в пробке, например), давление в напорной магистрали начинает стремительно расти, а фреон в конденсоре перестает конденсироваться. Датчик реагирует на скачок давления и включает вентилятор 5 на полную мощность. Датчик 8 выключает компрессор, если давление в напорной магистрали достигает запредельных величин. Датчик 11 выключает компрессор, если температура испарителя становится слишком низкой.