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.

Кондиционер автомобильный: описание главных деталей схемы холодильной установки

Главная страница » Кондиционер автомобильный: описание главных деталей схемы холодильной установки

Практикуемые схемные решения, а также используемые типы компрессоров – основных компонентов системы кондиционирования воздуха автомобиля, представлены ранее опубликованным материалом сайта Zetsila. Этой статьёй рассматривается ещё ряд технологических деталей на кондиционер автомобильный, входящих в состав классической схемы установки.

Конденсатор кондиционера автомобильного – функция и конструкции

Какие применяются конденсаторы для автомобильного кондиционера? Какие виды испарителей поддерживает кондиционер автомобильный с целью получения высокой производительности по холоду?

Что такое TVX или TEV (Thermal Expansion Valve) или TEBV кондиционера автомобиля? Рассмотрим эти и другие моменты.

Главная функция конденсатора кондиционера автомобильного заключается в обеспечении действия теплообменника, отбирающего тепло от горячего хладагента за счёт охлаждения наружным воздухом.

Например, фреон R134a, традиционно заправляемый в кондиционер автомобильный, нагнетаемый компрессором в конденсатор, имеет состояние высокотемпературного пара высокого давления.

Когда парообразный фреон (R134a) высокой температуры проходит через трубки конденсатора, стенки трубок нагреваются, но тепло передаётся от стенок трубок более холодному окружающему воздуху.

Благодаря такому теплообмену, пары хладагента конденсируются (переходят из газообразного состояния в жидкое состояние). Фактически образуется жидкий фреон R134a высокого давления и температуры.

Типичная конструкция конденсаторов кондиционера автомобиля

Одним из вариантов исполнения выступает конструкция конденсатора змеевикового типа. Конструкция фактически содержит одну длинную металлическую трубку (как правило, медную), из которой сформирован «змеевик», дополненный рёбрами охлаждения на каждом участке трубы между сгибами.

Исполнение конденсатора кондиционера автомобиля: А – змеевиковый тип; B – тип параллельного включения трубок; 1 – входной патрубок под парообразный хладагент; 2 – выходной патрубок для жидкого хладагента; 3 – область дефлектора

Другой, не менее распространённый вариант, — сборка параллельно размещёнными участками труб. Эта конструкция конденсатора кондиционера автомобильного представляет своего рода радиатор поперечного потока.

Вместо прохождения хладагентом однотрубной системы (змеевиковый тип), здесь прохождение хладагента осуществляется через несколько труб. Этот инженерный подход даёт увеличение площади поверхностного контакта с наружным воздухом.

Поскольку автомобильные установки кондиционирования, работающие на фреоне R134a, функционируют при более высоких давлениях хладагента, требуются конденсаторы с меньшим внутренним потоком.

Поэтому большинство производителей автомобильных кондиционеров выбирают конденсатор параллельного потока для версии под R134a. Такие конструкции примерно на 25% эффективнее змеевиковых конденсаторов.

Фактор уплотнения конденсаторов кондиционера автомобиля

Предусматривается организация надёжного уплотнения между конденсатором и радиатором автомобиля для предотвращения возврата нагретого воздуха через неизолированные пространства (обычно 25 мм).

Когда наружный воздух пропускается через конденсатор (продувается вентилятором радиатора), температура воздуха увеличивается. Если между конденсатором и радиатором имеются зазоры, нагретый воздух может циркулировать обратно через конденсатор.

Этот момент приводит к повышению температуры конденсатора, соответственно, вызывает снижение производительности автомобильной системы кондиционирования воздуха.

Вентилятор конденсатора на кондиционер автомобильный

Большинству автомобилей, оборудованных кондиционером, требуется электрический вентилятор — устройство содействия потоку воздуха. Благодаря вентилятору, воздух проталкивается (или протягивается, в зависимости от того, на какой стороне конденсатора установлен вентилятор), через межтрубное пространство.

Типичное исполнение вентиляторов конденсатора кондиционера автомобильного: 1 – стандартная конвенциональная конструкция; 2 – конструкция с ассиметричными лопастями крыльчатки. Второй вариант путём перестановки лопастей позволяет менять направление воздуха

Большинство кондиционеров автомобильных, где используется фреон R134a, требуют дополнительного охлаждения конденсатора по причине более высокого рабочего давления R134a.

Также львиная доля современных автомобилей, как правило, имеют уменьшенные решётки бамперов, чем ухудшаются условия прохождения воздушного потока. Вентиляторы конденсатора кондиционера автомобильного, включаются в работу различными способами:

• реле среднего давления,
• косвенным подключением к муфте компрессора,
• через электронный модуль управления (ECM),
• сигналом активации переключателя кондиционера.

Схема включения вентилятора кондиционера автомобильного: 1 – вентилятор; 2 – реле пусковое; 3 – компрессор холодильный; 4 – предохранитель в цепи питания; 5 – аккумуляторная батарея

Увеличенное использование (время работы) вентиляторов охлаждения характерно для систем кондиционирования на фреоне R134a по причине образования более высокой температуры сжатия хладагента в компрессоре.

Испаритель кондиционера автомобильного – функция и конструкции

Хладагент R134a поступает в змеевик испарителя в виде жидкости низкого давления и низкой температуры. Когда такая низкотемпературная жидкость проходит через змеевик испарителя, поверхность трубки змеевика охлаждается фактически до температуры проходящей жидкости.

В свою очередь тёплый салонный воздух, продуваемый вентилятором через трубную систему испарителя, охлаждается за счёт эффекта теплообмена. Этим эффектом отмечена главная функция испарителя кондиционера автомобильного.

На практике используются испарители кондиционеров автомобильных:

• пластинчатого типа,
• ребристого типа,
• змеевикового типа.

Работа испарителей первых двух типов аналогична работе конденсатора автомобильного кондиционера с параллельным потоком, когда имеет место многопоточный ход хладагента и создаётся увеличенное поверхностное охлаждение.

Распространённая конструкция испарителя пластинчатого типа, применяемого на кондиционерах автомобильных под фреон R134a: 1 – вход жидкого фреона низкого давления; 2 – выход парообразного фреона низкого давления; 3 – разделяющие дефлекторы (перегородки)

Соответственно, большинство производителей кондиционеров автомобильных предпочитают дизайн пластинчатых и ребристых испарителей для фреона R134a. Так достигается увеличение производительности на 20% по сравнению с конструкциями змеевикового типа.

Кондиционер автомобильный и клапан теплового расширения

Поток хладагента, поступающего в трубки испарителя, необходимо контролировать для достижения максимального эффекта охлаждения и обеспечения полного испарения жидкого хладагента.

Такой эффект достигается при помощи теплового расширительного клапана (TXV — Thermal Expansion Valve). Также встречается иностранная аббревиатура TEV, но общей сути устройства не меняет.

Устройство клапана теплового расширения, применяемого в схемах кондиционеров автомобильных: 1 – пружина; 2 – трубка-дозатор; 3 – диафрагма; 4 – хладагент; 5 – капиллярная трубка; 6 – шариковый клапан; 7 – трубка компенсирующего давления: А – нажимной шток

Клапаном теплового расширения контролируется поток хладагента посредством системы компенсации давлений, работу которой сопровождают:

• трубчатый капиллярный датчик температуры ( F1 ),
• трубка компенсации давления ( F2 ),
• пружина нажимная ( F3 ).

Когда температура фреона на выходе испарителя увеличивается, хладагент ( 4 ) внутри капиллярной трубки клапана расширяется. Сила расширения двигает диафрагму ( 3 ) по направлению вниз.

Под действием диафрагмы двигается также штифт ( A ), оказывая воздействие на шариковый клапан ( 6 ). В результате шарик открывает дозирующее отверстие ( 2 ), позволяя большему количеству R134a проходить в сторону впускного патрубка испарителя. Так работает функция «открывания».

Обратная функция – «закрывания», действует следующим образом: по мере охлаждения выпускной трубы испарителя, хладагент внутри капиллярной трубки ( 5 ) сжимается. Силы F2 и F3 приводят диафрагму ( 3 ) в движение.

При этом штифт ( A ) передвигается вверх, двигая шариковый клапан в направлении дозирующего отверстия ( 2 ), ограничивая поток фреона R134a. По мере повышения температуры на выходе испарителя (в результате открывания), процесс закрытия повторяется.

Кондиционер автомобильный — блок клапанов теплового расширения

Наряду с описанной выше конструкцией клапана теплового расширения, в схемах кондиционеров автомобильных применяется также блок клапанов теплового расширения (TEBV — Thermal Expansion Block Valve).

Этот вид запорной арматуры отличается наличием четырёх проходов, но функционально действует аналогично выше упомянутой арматуре.

Блочная версия клапана теплового расширения, также применяемого на авто-кондиционере: 1 – пружина; 2 – шариковый клапан; 3 – дозирующее отверстие; 4 – область компенсационного давления; 5 – металлическая диафрагма; 6 – хладагент; 7 – чувствительный элемент; 8 – активирующий шток

Работа блока клапанов теплового расширения по-прежнему основана на принципе расширения / сжатия хладагента внутри диафрагмы (5), но в этой конструкции исключена отдельная капиллярная трубка.

Вместо капиллярной трубки определение изменения температуры и давления хладагента осуществляется через выход испарителя и запорный клапан. Когда хладагент со стороны выхода испарителя проходит через чувствительный элемент (7), происходит расширение или сжатие хладагента.

Как результат — активирующий штифт (8) отодвигает шариковый клапан (2) или придвигает к дозирующему отверстию. Этой операцией регулируется количество хладагента на входе змеевика испарителя в зависимости от заданной температуры.

Термин «перегрев» кондиционер автомобильный

Определённой области испарителя кондиционера автомобиля присущ характерный эффект — полное испарение хладагента R134a. После такого эффекта любое дополнительное тепло, поглощаемое парами R134a, описывается как «перегрев».

Значение «перегрева» можно представить как разность температур выше точки, в которой жидкий фреон R134a превращается в пар. Как правило, значения для компенсации перегрева тепловым расширительным клапаном устанавливаются на заводе-изготовителе этой запорной арматуры.

Поэтому следует убедиться в случае замены, что клапан относится к типу, подходящему для системы кондиционирования. Температура насыщения равна температуре, при которой хладагент в жидкой форме превращается в пар при данном давлении.

Фактическая температура равна температуре хладагента на выходе испарителя. Отсюда температура «перегрева» вычисляется, как:

Тфакт. – Т насыщ. = Т перегр.

Уплотнения, гибкие шланги и сервисные порты

Резиновая смесь, применяемая для изготовления уплотнительных колец:

• соединений,
• фитингов,
• компонентов системы кондиционирования,

используемых с фреоном R134a, представляет собой гидрированный бутадиен-нитрильный каучук (HNBR — Hydrogenated Nitrile Butadiene Rubber).

Резина на основе этой смеси, имеет зелёный оттенок. Смазка уплотнительных колец выполняется посредством минерального масла.

Кондиционер автомобильный — шланги специальные резиновые

Все шланги и трубки, входящие в комплект кондиционера автомобильного, предварительно смазываются. Также подлежат смазыванию уплотнительные кольца, поставляемые в качестве запасных. Другие производители могут использовать уплотнительные кольца другого цвета и размера.

Следует убедиться, что для типа обслуживаемой или ремонтируемой системы используются подходящие уплотнительные кольца. Нельзя использовать уплотнительные кольца под фреон R12 в системе, где заправлен фреон R134a.

Подмена непременно приведёт к повреждению уплотнительных колец по причине отсутствия хлора в составе фреона R134a. Между тем допустимо применять уплотнительные кольца для фреона R134a в системе с фреоном R12.

Гибкие резиновые шланги автомобильного кондиционера: A – под хладагент R12; B – под хладагент R134a; 1(A) – каучуковый нитрил; 1(B) – нейлон; 2(A) – армирование; 2(B) – каучуковый нитрил; 3(A) – резина; 3(B) – армирование; 4 — резина

Гибкие резиновые шланги под фреон R134a и R12 также имеют некоторые отличия. Шланги для хладагента R134a отличаются наличием нейлоновой внутренней облицовкой.

Благодаря такой облицовке, практически полностью исключена утечка хладагента, которая естественным образом происходит по причине пористой структуры резиновых шлангов.

Шланги под фреон R134a имеют меньший наружный диаметр и более тонкие стенки, обеспечивая лучшую гибкость и снижение уровня шума в системе кондиционирования. Нельзя использовать шланги под хладагент R12 в системе кондиционирования на фреоне R134a.

Масло типа PAG и водород, присутствующие в составе хладагента R134a, приводят к быстрому износу обычных нитриловых шлангов для фреона R12. Плюс к этому шланги под хладагент R12 обычно имеют больший наружный диаметр, что способствует увеличению уровня шума.

Кондиционер автомобильный — сервисные порты системы

Сервисные порты для зарядки фреоном устанавливаются:

Эти порты зарядки позволяют обслуживать и тестировать систему кондиционирования непосредственно под давлением. Порты разных размеров определяют верхнюю и нижнюю стороны системы кондиционирования.

Пластиковая крышка с резиновым уплотнением используется для закрытия отверстия зарядного порта и предотвращения утечки. Специальная конструкция зарядного клапана разработана для соответствия зарядным портам R134a.

Клапаны Шредера допускают некоторую утечку, поэтому должны закрываться пластиковыми защитными колпачками. Клапаны Шредера, предназначенные для R134a, должны использоваться только в системах на R134a.