Автомобильные климатические установки

Устройство и принцип действия

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

Долгое время “кондиционер”, или кондиционирование воздуха в салоне
автомобиля, считался предметом роскоши. Теперь же это воспринимается как один
из факторов, обеспечивающих уверенное управление автомобилем, и относится
к элементам конструкции автомобиля, определяющих степень его безопасности.
Еще 10 лет назад только 10 процентов новых автомобилей имели климатические
установки, а уже в 1996 году уже четверть новых автомобилей была оснащена этим
оборудованием серийно. Среди покупателей постоянно растет
стремление оборудовать свой автомобиль климатической установкой.

 

Принципиально устройство климатической установки во всех автомобилях практически
одинаково. Отличие состоит в основном только в их конструктивном исполнении.
В настоящей Программе самообучения мы стремились сообщить Вам основные
принципы действия и особенности конструкции климатической установки.
Приведено устройство основных конструктивных элементов климатических
установок, особенности различных хладагентов и основные требования к
обслуживанию и ремонту климатических установок.
Рассмотренные элементы конструкции имеются во всех климатических установках.

 

Назначение


При определенных значения температуры и влажности окружающего воздуха человек
чувствует себя комфортно. Самочувствие водителя является важным
фактором, определяющим его готовность к управлению автомобиля, что в конечном счете
влияет на безопасность движения. “Климат в автомобиле” напрямую влияет
на самочувствие водителя, на безопасное вождение отдельного автомобиля, на
безопасность движения в целом на дороге. Комфортная температура воздуха в салоне
автомобиля определяется температурой наружного воздуха и величиной
воздухообмена в салоне: 

- при низких температурах наружного воздуха,
например, –20 C
 высокая температура в салоне 28 C
большой воздухообмен 8 кг/мин


- при высоких температурах наружного воздуха,
например, 40 C
 умеренная температура в салоне 23 C
большой воздухообмен 10 кг/мин

- при умеренных температурах наружного
воздуха, например, 10 C
 умеренная температура в салоне 21,5 C
малый воздухообмен 4 кг/мин.

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

Назначением традиционных систем отопления и вентиляции в автомобиле при
высокой наружной температуре является создание комфортных условий для водителя и
пассажиров, но эти системы с такой задачей не справляются. Почему?

– При особенно интенсивном солнечном излучении нагретый воздух в салоне может
быть заменен только на наружный воздух.

– На пути наружного воздуха от воздухозаборника до выходных дефлекторов
этот воздух нагревается еще на несколько градусов.

– Если для создания приемлемых условий в салоне открыты окна или люк крыши, это
ведет к сквознякам в салоне и повышенному уровню шума, попаданию в салон
отработавших газов, пыли и пыльцы растений.

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

При высокой влажности воздуха степень некомфортности в салоне многократно
увеличивается.

 

Воздействие некомфортных температур в салоне на человека

Научные исследования, проведенные ВОЗ (Всемирной организации здравоохранения),
показали, что степень сконцентированности и быстрота реакций человека при
неблагоприятных нагрузках на его организм существенно снижаются.
Жара и является одной из таких неблагоприятных нагрузок.

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок
Наиболее благоприятная температура для водителя лежит в диапазоне от 20 до 22 C.
Это соответствует зоне климатической нагрузки на человека A.
Интенсивное солнечное облучение автомобиля может повысить температуру в
салоне на 15 C по сравнению с температурой наружного воздуха – особенно на уровне головы.
А здесь жара особенно опасна. При этом температура тела повышается, увеличивается пульс.
Растет потоотделение. Мозг получает слишком мало кислорода. Все это можно видеть в зоне B климатической
нагрузки на человека. В зоне C для человека уже лежат перегрузки.
Медики, работающие в области дорожной медицины, называют такое состояние
“климатическим стрессом”. Как показывают исследования, повышение
температуры с 25 до 35 C уменьшает способность адекватно оценивать ситуацию и
принимать правильные решения на 20%. Это эквивалентно содержанию алкоголя в
крови 0,5 промилле.

 

Чтобы уменьшить столь значительные нагрузки или же даже совсем исключить
их, посредством климатической установки создается такая система, которая создает в
салоне автомобиля комфортную температуру, а также может очистить и осушить воздух.

При помощи такой системы возможно, вопреки высокой температуре наружного
воздуха, получить в салоне воздух значительно более низкой температуры.
И это возможно как в неподвижном, так и в движущемся автомобиле.

При этом достигается дополнительный эффект, почти такой же важный как снижение
температуры. Это уменьшение влажности воздуха и повышение его чистоты.
Дополнительная очистка воздуха достигаются применением микрофильтра и фильтра с
активированным углем.
Очистка воздуха позволяет избавить водителя и пассажиров от аллергических реакций на
различные примеси в воздухе.

- важный компонент безопасности движения Климатическая установка в автомобиле

- важное функциональное качество автомобиля, а не только элемент престижа

 

Физические основы


Закономерности

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок


Многие вещества имеют три агрегатных состояния.
Например, вода: твердое - жидкое - газообразное.

Система охлаждения двигателя построена на этой закономерности.
Применение охлаждения известно давно. Самый первый опыт использования
охлаждения – это помещение продуктов питания в “ледяной холодильник”.
Льдом, т.е. водой в твердом состоянии, воспринимается тепло продуктов питания.
Продукты охлаждаются. При этом лед тает, переходит в жидкое состояние, в воду.
Если вода получает дополнительное тепло, она кипит и превращается в пар.
Достигается газообразное агрегатное состояние.
Газообразное вещество посредством охлаждения опять превратится в жидкость, при
дальнейшем охлаждении оно примет твердую форму.


Такая закономерность присуща почти всем веществам:
– вещество при переходе из жидкого состояния в газообразное поглощает тепло;
– вещество при переходе из газообразного в жидкое состояние отдает тепло;
– тепло всегда переходит от теплого вещества к холодному веществу.


Эффект теплообмена, при котором вещество при определенных обстоятельствах изменяет
свое состояние, используется в хладотехнике.

Давление и точка кипения


Если изменяется давление на жидкость, тогда изменяется точка кипения жидкости.
Все жидкости ведут себя одинаково.
Точка кипения: Н2О/вода = 100 C, машинное масло = 380–400 C
По поведению воды нам известно, что чем выше давление, тем выше точка кипения.

 Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

О чем свидетельствует кривая давления пара
На основе кривых давления пара для двух хладагентов R134a и R12 (R12 больше не применяется) и для воды
нам известно, что:
– при неизменном давлении при понижении температуры пар превращается в жидкость (в
контуре хладагента климатической установки это происходит в конденсаторе – дефлегматоре);

Процесс парообразования используется в автомобильных климатических установках.
Для этого применяют вещества с низкой температурой кипения.
Такие вещества называются хладагентами.
Точка кипения: хладагент R12 -29,8 C, хладагент R134a -26,5 C
(Указываемые в таблицах точки кипения для жидкостей относятся всегда к атмосферному
давлению 0,1 МПа = 1 бар.)

– при уменьшении давления переходит хладагент из жидкого в газообразное состояние (в контуре
хладагента климатической установки это происходит в испарителе).

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

Хладагент для автомобильных климатических установок с низкой температурой кипения
представляет собой газ.

Это газ невидим, поскольку в газообразном и жидком состоянии он бесцветен, как вода.

Хладагенты не должны быть смешаны; для каждого типа климатической установки
следует использовать соответствующий хладагент.

 


 

В Германии с 1995 года продажа хладагента R12 запрещена, а с июля 1998
года запрещена заправка систем этим хладагентом.

В современных автомобильных климатических установках используют исключительно
хладагент R134a.
– R134a - фторуглеводород не имеет атомов хлора, которые есть в хладагенте R12; при
расщеплении молекул этого хладагента хлор разрушающе воздействует на
озонный слой Земли.
– Кривая давления пара R134a мало отличается от кривой давления пара R12.
Хладопроизводительность такая же, как и у R12.

Климатические установки, которые сейчас нельзя заполнить хладагентом R12, могут
быть переоборудованы на хладагент на R134a с применением специального
комплекта деталей (процесс Retrofit). Однако на переоборудованных таким
образом установках больше не достигается прежняя хладопроизводительность.
В зависимости от величины давления и температуры в контуре хладагента сам
хладагент находится в газообразном или жидком состоянии.


Состояние хладагента R134a в цикле климатической установки


В цикле климатической установки кроме кривой давления пара представлено
изменение состояния хладагента в зависимости от давления и температуры,
а также от энергоемкости; в конечном счете происходит возвращение в исходное
положение.
На графике представлена часть диаграммы состояния хладагента R134a в автомобильной
климатической установке.
В зависимости от требуемой хладопроизводительности для конкретного
автомобиля абсолютные величины соответствующим образом меняются.

Энергоемкость имеет важное значение для конкретного исполнения климатической установки.

По данному графику определяется, сколько энергии необходимо для протекания такого
характера процесса (теплота испарения, теплота конденсации), чтобы обеспечить
требуемую хладопроизводительность. 

Физические показатели R134a:
Точка кипения –26,5 C
Точка замерзания –101,6 C
Критическая температура 100,6 C
Критическое давление 4,056 МПа (40,56 бар)

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

Хладагент и озоновый слой


Озон защищает поверхность Земли от ультрафиолетового излучения; в этом слое
задерживается значительная часть такого излучения.
Ультрафиолетовые лучи расщепляет озон (O3) в молекулу кислорода (O2) и атом кислорода (O).
В ходе другой реакции молекула и атом кислорода опять соединяются в озон.
Этот процесс происходит в стратосфере, ее озоновом слое, находящемся на высоте от 20 до 50 км.
Составной части такого хладагента FCKW, как R12, является хлор (Cl).
При попадании в атмосферу этого хладагента молекула R12, которая легче воздуха,
поднимается до озонного слоя.
Под воздействием ультрафиолетовых лучей хлор высвобождается из молекулы хладагента
и реагирует с озоном.
При этом озон разрушается, и в результате получаются молекула кислорода (O2) и
хлормоноксид (ClO), который впоследствии опять реагирует с кислородом, после чего
высвобождается хлор (Cl). Этот процесс может повторяться до 100000 раз.

Свободные молекулы кислорода (O2) не могут абсорбировать ультрафиолетовые лучи.

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

Хладагент и парниковый эффект


Солнечное излучение отражается от поверхности Земли в виде инфракрасного
излучения.
Определенные газы – и прежде всего CO2 – в тропосфере в свою очередь отражают эти
волны. Это приводит к потеплению климата – к парниковому эффекту. Вещества FCKW
играют значительную роль в повышении концентрации газов, отражающих
инфракрасное излучение. 1 кг R12 способствуют парниковому
эффекту в той же мере, как 4000 т CO2. R134a только в очень незначительной
степени способствуют парниковому эффекту. При этом отрицательного
воздействия на озонный слой нет.

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

Холодильное масло


Для смазки всех движущихся частей в климатической установке применяется
специальное масло – холодильное масло, которое свободно от загрязняющих частиц:
серы, воска и влаги.
Такое масло должно быть нейтральным по отношению к хладагенту, поскольку он в
какой-то степени подмешивается к хладагенту и вместе с последним перемещается по
контуру хладагента; при этом не должно быть агрессивного воздействия на уплотнения.
Нельзя использовать никакое другое масло, иначе это непременно приведет
к плакированию медью, закоксованию и образованию отложений. Следствием
этого являются преждевременный износ и разрушение движущихся частей.
Для контуров с хладагентом R134a используется специальное синтетическое
масло. Это масло предназначено для применения только с этим хладагентом.
Это холодильное масло также подходит только для определенной конструкции
компрессора.

Холодильное масло для R134a
Обозначение: PAG =Poly-Alkylen-Glykol Свойства:
- высокая степень растворимости в хладагенте;
- хорошие смазывающие качества;
- не содержит кислот;
- большая гигроскопичность (хорошо впитывает воду);
- не смешивается с другими маслами.

Следует принимать во внимание:
- не следует использовать это масло в старых климатических установках
с хладагентом R12, поскольку оно с последним несовместимо.

Распределение масла в контуре хладагента (приблизительное)
Количество масло в климатической установке зависит от конструктивного исполнения
климатической установки.

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

Важные указания
– Не оставляйте масло открытым, так как оно очень гигроскопично.
– Емкости с маслом должны быть всегда закрыты; после вскрытия емкости она
должна быть сразу же плотно закрыта для защиты от влаги, содержащейся в воздухе.
– Не используйте уже работавшее холодильное масло.
– Утилизируйте старое масло как особые отходы.
В связи с особыми химическими свойствами холодильного масла его не следует
смешивать при утилизации с моторными или трансмиссионными маслами.

 

Холодильный цикл


Протекание процесса охлаждения и его технические условия

Нам известно, что: если необходимо что-либо охладить,
следует отвести тепло. Для этого в конструкции автомобиля
предусмотрена компрессионная холодильная установка. Хладагент
циркулирует в закрытом контуре и постоянно переходит из жидкого
состояния в газообразное и наоборот. Хладагент:

– подвергается сжатию в газообразном состоянии,
– конденсируется путем отвода тепла,
– испаряется при уменьшении давления в условиях подвода тепла.
Здесь не производится никакого холода, но от поступающего в
автомобиль свежего воздуха отводится тепло.

Как это происходит

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

Компрессор всасывает холодный, газообразный хладагент при невысоком
давлении. Хладагент сжимается в компрессоре и при этом нагревается.
Он закачивается в контур (на сторону высокого давления).

36В этой фазе хладагент в газообразном состоянии под высоким давлением и при
высокой температуре.

Хладагент попадает по короткой ветви в конденсатор (дефлегматор).
Сжатый горячий газ в конденсаторе отдает тепло потоку воздуха, проходящему под
воздействием естественного подпора при движении автомобиля и вентилятора.
По достижению точки росы, зависящей от давления, хладагент в газообразном
состоянии конденсируется и переходит в жидкое состояние.

35В этой фазе хладагент также в жидком состоянии, находится под
высоким давлением и имеет среднюю по величине температуру.

Жидкий сжатый хладагент дальше подводится к узкому месту. Это может быть дроссель
или расширительный клапан. Там хладагент распыляется в испаритель, при этом происходит
падение давления (сторона низкого давления). В испарителе распыленный хладагент
возвращается в состояние термодинамического равновесия и испаряется. Необходимая для этого
теплота испарения отводится от свежего воздуха, проходящего через ламели испарителя, а воздух
при этом охлаждается. В салоне автомобиля становится прохладнее.

34В этой фазе хладагент в парообразном состоянии под
невысоким давлением и имеет небольшую температуру.

 

Далее опять газообразный хладагент выходит из испарителя.
Он снова засасывается компрессором для возобновления холодильного цикла.
Цикл завершен.

33В этой фазе хладагент снова в газообразном состоянии под
невысоким давлением и имеет невысокую температуру.

Компрессор

Компрессоры климатических установок представляют собой нагнетатели
вытеснительного типа. Они работают только тогда, когда включена
климатическая установка; включение компрессора происходит посредством
электромагнитной муфты. Компрессор повышает давление хладагента.
При этом также повышается и его температура.

Без этого повышения давления не стало бы возможным последующее расширение и
охлаждение хладагента в климатической установке.

Для смазки используется специальное холодильное масло, половина которого
остается в компрессоре, а остальная часть распределяется по всему контуру хладагента.
Предохранительный клапан, который в большинстве случаев размещен на
компрессоре, защищает климатическую установку от слишком высокого давления.

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

Процесс сжатия


Компрессор всасывает через испаритель холодный газообразный хладагент с низким
давлением.
Газообразное состояние хладагента “жизненно необходимо” для компрессора,
поскольку жидкий хладагент нельзя сжать, и это привело бы к разрушению компрессора.
Компрессор уплотняет хладагент и нагнетает его в виде горячего газа в конденсатор
(сторона высокого давления контура хладагента).
Таким образом, компрессор представляет собой место разделения сторон низкого и
высокого давления контура хладагента. 

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок


 

Действие компрессора


Компрессоры климатических установок бывают различного типа:
– поршневые нагнетатели;
– спиральные нагнетатели;
– лопастные нагнетатели;
– аксиально-поршневые нагнетатели с вращающимся наклонным диском.

Ниже более подробно рассмотрен аксиально- поршневой нагнетатель с вращающимся
наклонным диском.

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установоквы
Вращение приводного вала посредством наклонного диска преобразуется в возвратно-
поступательное движение поршней в цилиндрах.
В зависимости от конструктивного исполнения может быть от 3 до 10 поршней, которые
движутся параллельно приводному валу. Каждому поршню соответствует впускной
клапан.
Клапана открываются и закрываются автоматически в соответствии с тактом работы
компрессора.
Климатическая установка рассчитывается на максимальную частоту вращения компрессора.
Производительность компрессора определяется скоростью двигателя.
При этом диапазон частоты вращения компрессора составляет от 0 до 6000 об/мин.
От частоты вращения компрессора зависит наполнение испарителя и, тем самым,
хладопроизводительность климатической установки.
Чтобы было возможным согласовать работу компрессора со скоростью двигателя,
температурой наружного воздуха и задаваемой водителем температурой воздуха
в салоне – короче говоря, с потребностью в хладопроизводительности – были
разработаны компрессоры регулируемой производительности с изменяющимся рабочим
объемом.

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок
Это достигается изменением наклона вращающегося диска. В компрессорах с постоянным рабочим
объемом согласование с потребностью в хладопроизводительности происходит путем
периодического включения и выключения компрессора посредством электромагнитной
муфты.

Саморегулирующийся компрессор с наклонным вращающимся диском.
Угол наклона диска изменяется. Рабочий объем компрессора переменный


 

Саморегулирующийся компрессор при включенной климатической установке работает постоянно.

Диапазон регулирования компрессора

Все промежуточные положения регулирования между верхним упором (100 %) и нижним упором (около 5%) соответствуют через различные значения давления в камерах требуемой в данный
момент хладопроизводительности. Компрессор в процессе регулирования всегда работает!

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

Вращательное движение приводного вала передается на приводную ступицу и
посредством вращающегося наклонного диска преобразуется в возвратно-поступательное
движение поршней.
Наклонный диск в своем поступательном движении направляется направляющей
планкой.
Посредством изменения угла наклона диска задаются ходы поршней и, тем самым, подача
компрессора.
Угол наклона зависит от давления в камере и, тем самым, от соотношения давлений над и
под поршнями.
Угол наклона обеспечивается пружинами, расположенными перед наклонным диском и
за ним.

Давление в камере определяется величинами низкого и высокого давления,
которые в свою очередь зависят от положения регулировочного клапана, и диаметром
калиброванного дроссельного отверстия. Когда климатическая установка выключена,
величины низкого, высокого давления и давления в камере одинаковы.
Пружины перед наклонным диском и за ним устанавливают наклонный диск в
положение, соответствующее примерно 40% производительности.
Дополнительное достоинство такого способа регулирования:
в данном случае при движении автомобиля не ощущается заметного рывка при включении
компрессора.

 


 

Большая подача при высокой хладопроизводительности – низкое давление в камере

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

Величины высокого и низкого давления относительно большие.
– Сильфон 2 под воздействием высокого давления сжат.
– Сильфон 1 под воздействием относительно большого низкого давления также сжат.
– Регулировочный клапан открыт. Давление в камере снижается через сторону низкого давления.

– Суммарная сила давления со стороны низкого давления на переднюю часть
поршней и давления пружины 1 больше, чем суммарная сила давления в камере на
заднюю часть поршней и давления пружины 2.
Увеличение угла наклона наклонного диска ведет к большему ходу поршней и росту подачи.

 


 

 Малая подача при малой хладопроизводительности – высокое давление в камере

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

Величины высокого и низкого давления относительно небольшие.
– Сильфон 2 разжат.
– Сильфон 1 под воздействием относительно небольшого низкого давления также разжат.
– Регулировочный клапан закрыт. Сторона низкого давления отделена от давления в камере.
– Давление в камере снижается через калиброванное дроссельное отверстие.

– Суммарная сила давления со стороны низкого давления на переднюю часть поршней и
давления пружины 1 меньше, чем суммарная сила давления в камере на заднюю часть
поршней и давления пружины 2. 

Уменьшение угла наклона наклонного диска ведет к меньшему ходу поршней и снижению подачи.


Электромагнитная муфта


Посредством электромагнитной муфты осуществляется силовая связь между
компрессором и работающим двигателем.

Устройство

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

Муфта состоит из:
– ременного шкива с подшипником;
– подпружиненного диска со ступицей;
– электромагнитной катушки.

Ступица подпружиненного диска жестко монтируется на приводной вал
компрессора. Ременный шкив может вращаться на подшипнике, закрепленном
на корпусе компрессора у выхода вала. Электромагнитная катушка жестко
соединена с корпусом компрессора. Между подпружиненным диском и ременным
шкивом имеется зазор “A”.

Действие

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

Двигатель автомобиля через поликлиновой ремень приводит в движение ременный шкив
(см. стрелку).
Шкив при выключенной климатической установке свободно вращается.
Когда компрессор включается, к электромагнитной катушке подводится
напряжение. Возникает магнитное силовое поле. Под воздействием этого
поля подпружиненный диск сдвигается к вращающемуся ременному шкиву (зазор
“A” выбран) и образует силовую связь между ременным шкивом и приводным
валом компрессора. Компрессор начинает вращаться.
Компрессор работает до тех пор, пока не будет отключено питание электромагнитной
катушки. Под действием пружин подпружиненный диск отходит от ременного шкива.
Ременный шкив опять вращается свободно, без связи с приводным валом компрессора. 

 


 

Конденсатор

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок
Конденсатор является “холодильником” климатической установки.
Устройство конденсатора Конденсатор состоит из изогнутых трубок,
которые соединены перегородками. Он имеет большую поверхность охлаждения, чем
достигается высокая теплопередача. Конденсатор после включения климатической
установки охлаждается вентилятором системы охлаждения двигателя для обеспечения
холодильного цикла. Обычно конденсатор установлен перед вентилятором.
Тем самым повышается эффективность действия конденсатора.
Теплообмен в конденсаторе происходит вследствие воздушного охлаждения.
Охлаждение достигается посредством напора воздуха при движении автомобиля и действия
вентилятора – в некоторых исполнениях и посредством действия дополнительного
вентилятора. Вентилятор начинает работать главным образом при включении
климатической установки. Исключение из этого правила бывает при наличии датчика
давления G65, при котором обеспечивается запаздывание включения вентилятора по
достижению определенного давления. Загрязнение конденсатора уменьшает
количество проходимого через него воздуха, что может отрицательно повлиять
на хладопроизводительность климатической установки и охлаждение двигателя.

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

Действие

Сверху в конденсатор подается от компрессора горячий газообразный
хладагент с температурой около 50–70 C. Трубки и ламели конденсатора воспринимают
тепло хладагента. Холодный наружный воздух проходит через
конденсатор, забирает тепло, благодаря чему хладагент охлаждается.
При определенной температуре и определенном давлении охлажденный
хладагент конденсируется и переходит в жидкое состояние. Снизу хладагент выходит
из конденсатора.


Ресивер и осушитель

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок
Ресивер служит в контуре хладагента с расширительным клапаном в качестве
демпферного и буферного резервуара для хладагента.
В различных условиях работы, что сопровождается изменением тепловой
нагрузки на испаритель и конденсатор, изменением скорости компрессора, также
меняется поток хладагента в контуре. Для сглаживания колебаний потока
хладагента служит ресивер. Посредством осушителя влага, которая при
монтаже проникла в контур хладагента, химически связывается.
В зависимости от исполнения осушителя он может принять от 6 до 12 грамм воды.
Количество принятой воды зависит от температуры. При понижении температуры
количество принятой воды увеличивается. Также в осушителе осаждаются продукты
износа частей компрессора, грязь, попавшая в контур при монтаже, и прочие инородные
примеси.

Действие

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

Из конденсатора жидкий хладагент попадает сбоку в ресивер. Он там собирается,
проходит через осушитель и течет через подъемную трубу ровным непрерывным
потоком без наличия пузырьков газа к расширительному клапану.

 


 

 

Расширительный клапан

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок
Расширительный клапан представляет собой такое место в контуре, где в хладагенте
перед испарителем снимается внутреннее напряжение, что приводит к охлаждению
испарителя. Расширительный клапан находится на границе разделения сторон
низкого и высокого давления контура хладагента.
Посредством расширительного клапана происходит регулирование потока
хладагента к испарителю в зависимости от температуры паров хладагента на выходе из
испарителя.
В испарителе испаряется столько хладагента, сколько необходимо для поддержания
равномерного “холода” в испарителе. 

Регулирование

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

Поток хладагента подвергается регулированию посредством
расширительного клапана в зависимости от температуры.
– Если повышается температура хладагента, выходящего из испарителя, то тогда
хладагент расширяется в термостате. Поток хладагента через шаровой клапан к испарителю увеличивается.
– Если понижается температура хладагента, выходящего из испарителя, то тогда объем
хладагента в термостате уменьшается. Поток хладагента через шаровой клапан к испарителю уменьшается.

Термостатический расширительный клапан функционирует под действием трех сил:
1. Давление в сенсорной трубке зависит от температуры сильно нагретого
хладагента. Это давление действует в качестве силы отпирания (PFü) на
мембрану.
2. Давление в испарителе (PSa) действует на мембрану в противоположном
направлении.
3. Давление регулировочной пружины (PFe) действует в том же направлении, как и
давление в испарителе.

 


 

Испаритель

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок
Испаритель работает по принципу теплообменника. Он представляет собой составную часть
климатической установки, которая встроена в корпус обогревателя. При включенной
климатической установке воздух, который проходит через ламели холодного
испарителя, отдает тепло. При этом воздух охлаждается, осушается и очищается.

Действие

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

Поступающий из расширительного клапана хладагент в испарителе расширяется и при
этом сильно охлаждается. Он переходит в газообразное состояние, при этом он кипит.
При кипении температура в испарителе лежит существенно ниже точки замерзания воды.
Необходимую теплоту для испарения хладагент забирает из окружающей его
среды – в данном случае из проходящего через испаритель воздуха.
Этот охлажденный воздух поступает в салон автомобиля.

Влага в охлажденном воздухе осаждается на испарителе в тех местах, где температура
ниже точки росы, т.е. происходит конденсация. Так возникает конденсат.
Воздух таким образом “осушен”. Благодаря этому климат в салоне автомобиля
существенно улучшается; воздух здесь во всех отношениях приятен.
Различного вида взвеси, которые есть в воздухе, осаждаются с водой на испарителе.
Таким образом, испаритель также и “очищает” воздух.


 

Регулирование системы

Климатическая установка работает только тогда, когда безупречно функционируют
все элементы системы. При выходе из строя какого-либо элемента может измениться
рабочее давление, при этом не исключена возможность повреждения как самой
климатической установки, так и двигателя автомобиля. Во избежание этого в контуре
хладагента предусмотрены устройства непрерывного контроля.
Блок управления перерабатывает сигналы от этих устройств и периодически отключает
и подключает компрессор, меняет скорость вращения вентилятора. Благодаря этому
достигается постоянное нормальное давление в контуре хладагента.
В установках с нерегулируемым компрессором сигналы от устройств
контроля используются для согласования работы системы с потребностью в
хладопроизводительности. (Включение и выключение климатической
установки в соответствии с потребностью в хладопроизводительности.
Одновременно предотвращается обледенение испарителя.)
Устройство установки показано на рисунке.

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

1 Выключатель климатической установки
2 Предохранительный клапан на компрессоре
3 Вентилятор для охлаждающей жидкости
4 Манометрический выключатель
климатической установки
5 Датчик температуры охлаждающей жидкости
6 Термовыключатель вентилятора радиатора
охлаждающей жидкости
7 Датчик температуры испарителя
8 Вентилятор свежего воздуха
9 Блок управления двигателя
10 Электромагнитная муфта


 Элементы системы безопасности

При включении климатической установки электромагнитная муфта осуществляет силовую
связь с компрессором. В установках с автоматическим регулированием
одновременно начинает вращаться вентилятор для охлаждающей жидкости и вентилятор
подачи свежего воздуха. В установках с ручным регулированием должна быть включена 1-ая
ступень работы вентилятора подачи свежего воздуха. О включении поступает сообщение в
блок управления двигателя, частота вращения двигателя увеличивается (выравнивание нагрузки
на двигатель в связи с включением компрессора). Дополнительно к этому выключателю может
быть установлен выключатель по температуре наружного воздуха.
Этот выключатель предотвращает включение климатической установки при температуре
наружного воздуха менее 5 C.

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

На компрессоре или на ресивере установлен предохранительный клапан (ранее устанавливали
предохранительную пломбу продавливания). Он открывается при давлении примерно 3,8 МПа (38
бар) и закрывается, когда давление понизится (примерно 3,0–3,5 МПа/30–35 бар).
В зависимости от конструктивного исполнения может иметься предохранительная пластиковая
шайба, которая выламывается, когда срабатывает клапан.
В этом случае следует выяснить причину чрезмерного повышения давления в системе.
Замена предохранительной пломбы производится только при пустом контуре хладагента.

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок
Этот датчик замеряет температуру между ребрами испарителя. Сигнал от датчика поступает к
блоку управления климатической установки. При слишком низкой температуре испарителя
компрессор отключается. Отключение происходит при температуре
приблизительно от –1 C до 0 C, обратное включение – при приблизительно +3 C. Благодаря
этому удается избежать обледенения испарителя вследствие замерзания водяного конденсата.
В некоторых системах вместо этого датчика применен термовыключатель по температуре
испарителя E33. Посредством этого термовыключателя непосредственно прерывается
цепь питания электромагнитной муфты. В других системах это регулирование
осуществляется с использованием термовыключателя по наружной температуре.


 

Манометрический выключатель F129

Для того чтобы в закрытых контурах контролировать или ограничивать
соотношение давлений, на стороне высокого давления установлен комбинированный
манометрический выключатель высокого и низкого давления.
При недопустимой величине давления в системе происходит отключение компрессора
посредством электромагнитной муфты. Манометрический выключатель может быть
установлен непосредственно в трубопроводе или в ресивере.

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок
Выключатель F129 представляет собой комбинированный 3-секционный выключатель
для:
– контроля за прохождением охлаждающего воздуха (отключение вентилятора);


– контроля за соотношением давлений. Включение и выключение этого прибора
происходит при таких режимах:


– включение питания электромагнитной муфты через блок управления при избыточном
давлении приблизительно от 2,4 до 3,2 МПа (от 24 до 32 бар). Такое давление может,
например, возникнуть вследствие сильно загрязненного конденсатора;

 

– отключение при слишком малом давлении (0,2 МПа/2 бар) через блок управления
климатической установки. Это может случиться, например, при утечке хладагента;
– переключение вентилятора выше на одну ступень при избыточном давлении 1,6
МПа (16 бар). Этим достигается оптимальный режим работы конденсатора.


 

Датчик высокого давления G65

 

– Новое поколение датчиков для контроля за контуром хладагента.
– Электронный сенсор давления. Отключает манометрический выключатель климатической
установки F129. Программы в блоках управления климатической установки и
блоке управления двигателя соответственно согласованы.
– Датчик высокого давления также, как и манометрический выключатель F129, встроен
в ветвь высокого давления. Датчик отслеживает давления хладагента и
преобразует физическую величину (давление) в электрический сигнал.
В отличие от манометрического выключателя климатической установки под контролем
находится не только достижение предельно допустимых величин давления, но и давление
хладагента во всем рабочем цикле.

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

По сигналам от этого датчика опознаются нагрузка двигателя от климатической установки
и соотношения давлений в контуре хладагента. Посредством блока управления вентилятором
системы охлаждения происходит включение и выключение ближайшей верхней ступени
вентилятора и электромагнитной муфты компрессора.
Если блок управления вентилятора системы охлаждения не опознает никакого сигнала, то
по соображениям безопасности компрессор отключается.
– Частота вращения двигателя может быть точно согласована с мощностными потребностями компрессора.
– Процессы включения и выключения вентилятора системы охлаждения происходят с некоторым замедлением.
Изменение частоты вращения вентилятора системы охлаждения при холостом ходе
двигателя почти незаметно, а при наличии мощного двигателя оно совсем не ощущается.


 

Включение вентилятора для охлаждения двигателя/конденсатора

Нормальная работа вентилятора является непременным условием хорошей работы
климатической установки (контур хладагента) и двигателя (контур системы
охлаждения). Без охлаждения снижается производительность конденсатора. Нормальная
работа климатической установки больше не обеспечивается. При наличии климатической
установки зачастую дополнительно применяется второй или даже третий вентилятор.

Они обеспечивают достаточное количество свежего воздуха, проходящего через радиатор и
конденсатор. Управление вентиляторами осуществляется блоком
управления вентилятора системы охлаждения J293. Регулирование осуществляется в зависимости от
температуры охлаждающей жидкости и от давления в контуре хладагента. Абсолютные величины
температуры и давления различны для конкретных моделей автомобилей.

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

Пример: контрольные функции
Температура охлаждающей жидкости Сигнальный датчик является
термовыключателем вентилятора системы охлаждения F18.
Термовыключатель находится в радиаторе автомобиля.
1-ая ступень включение 92...97 C выключение 84...91 C
2-ая ступень включение 90...103 C выключение 91...98 C


Давление в контуре хладагента Датчик является манометрическим выключателем для климатической установки
F129 или датчик высокого давления G65.
F129 при превышении номинального давления на приблизительно 1,6 МПа (16 бар)
переключает вентилятор/вентиляторы на 2-ую ступень.


 

Ручное регулирование

Для чего необходимо регулирование температуры
– Охлажденный в испарителе поток свежего воздуха с помощью вентилятора направляется в салон.
– Температура потока свежего воздуха, поставляемого в салон, в большинстве
случае значительно ниже, чем необходимо (хладопроизводительность рассчитывается
на максимальное охлаждение, на практике, однако, в большинстве умеренная
температура наружного воздуха).
– Для достижения комфортной температуры в салоне часть потока холодного
свежего воздуха направляется через теплообменник обогревателя и там
нагревается.
– Кроме того, имеют место колебания температуры в салоне вследствие
изменений температуры наружного воздуха, скорости движения автомобиля,
температуры охлаждающей жидкости, подвода свежего воздуха.
– Регулирование температуры при наличии простой климатической установки с
ручным управлением должен осуществлять водитель.

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

Что подлежит регулированию
– Определение фактических величин, что означает субъективную оценку температур.
– Проведение сравнения фактических и номинальных величин, т.е. водителю
необходимо проводить субъективное сравнение температур. Он определяет,
холодно или тепло в салоне.
– В зависимости от результатов этой оценки водитель приходит к решению:
• следует ли провести подрегулирование;
• в каком направлении;
• насколько следует отрегулировать и в конечном счете осуществляет или не
осуществляет ручную регулировку.
В переносном смысле водитель здесь выступает как в качестве управляющего органа, так и в
качестве исполнительного механизма. Он передвигает температурную заслонку.


 

Автоматическое регулирование

Климатические установки с автоматическим регулированием освобождают водителя от
этих операций.
В систему регулирования может быть введено значительное количество параметров, и
может быть получена предварительная оценка результатов регулирования.
Применяется электронное регулирование климатических установок:
– цифровое регулирование температуры;
– Климатроник;
– климатическая установка с автоматическим регулированием.
Все системы имеют такие устройства:
– блок управления;
– датчик температуры наружного воздуха (один или два);
– датчик температуры воздуха в салоне;
– дополнительные датчики (не в каждой системе), например, в целях корректирования воздействия солнечного
излучения;
– исполнительные механизмы в системе отопления/климатической установке.

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

 

Местонахождение датчиков показано на рисунке.В центре системы находится цифровой блок
управления. Он проводит предварительную обработку всех входных сигналов от сенсоров
(датчиков информации), обеспечивает защиту их от помех и передает сигналы встроенному
микрокомпьютеру.
Микрокомпьютер рассчитывает выходные сигналы в соответствии с предварительно
заданными номинальными величинами. Через выходные ступени эти сигналы передаются
актуаторам (исполнительным механизмам). Исполнительными механизмами являются
серводвигатели отопителя/климатической установки. Эти серводвигатели предназначены для
перемещения соответствующих заслонок. Климатические установки нового поколения
связаны с другими блоками управления автомобиля непосредственно или через шину
данных CAN. Таким образом передаются данные о скорости движения автомобиля, частоте
вращения двигателя и времени нахождения автомобиля на стоянке для использования их в
блоке управления климатической установки.


 

Перечень устройств регулирования климатической установки с электронным регулированием
Датчики (для регулирования системы в целом и регулирования температуры)
Фотосенсор солнечного излучения G107
Термодатчик в передней панели G56 с вентилятором для термодатчика V42
Датчик температуры наружного воздуха G17
Термодатчик в канале всасывания свежего воздуха G89
Термодатчик в дефлекторе подачи воздуха в зону ног G192
Манометрический выключатель климатической установки F129
Дополнительные сигналы:
- о скорости движения;
- о частоте вращения двигателя;
- о времени нахождения автомобиля на стоянке.
Контрольный выключатель по температуре охлаждающей жидкости (при слишком высокой температуре) F14
Термовыключатель для вентилятора системы охлаждения F18

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

Исполнительные механизмы (для регулирования системы в целом и регулирования температуры)
Серводвигатель для заслонки “зона ног/обогрев лобового стекла” V85 с потенциометрическим датчиком G114
Серводвигатель для центральной заслонки V70 с потенциометрическим датчиком G112
Серводвигатель для температурной заслонки V68 с потенциометрическим датчиком G92
Серводвигатель для напорной заслонки V71 и рециркуляционной заслонки с потенциометрическим
датчиком G113
Блок управления вентилятором подачи свежего воздуха J126 и вентилятор подачи свежего воздуха V2
Дополнительные сигналы:
- блоку управления двигателя;
- блоку управления с модулем указателей в приборном щитке.
Электромагнитная муфта N25 Вентилятор системы охлаждения V7 и дополнительный вентилятор


 

 

Актуаторы/сенсоры в отопителе/кондиционере

Каждая заслонка для распределение потоков воздуха в отопителе/кондиционере
оборудована серводвигателем. Напорная и рециркуляционная заслонки
имеют привод от одного и того же серводвигателя. Раздельное регулирование
осуществляется посредством приводного диска с двумя направляющими дорожками.
Регулирование рециркуляционной заслонки в других системах может осуществляться
вакуумным или электромагнитным приводом.

Вентилятор подачи свежего воздуха и блок управления этим вентилятором в данной
системе являются отдельными устройствами. Они могут быть объединены в одно
устройство.

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок


Воздушный поток

Схема неразделенного потока воздуха в отопителе/кондиционере в режиме сильного охлаждения

Направление потоков воздуха и распределение их всегда определяются конкретным исполнением отопителя/
кондиционера и принятым уровнем комфортности.

Принципиальная разница при неразделенном и разделенном потоке воздуха:
– при неразделенном потоке воздуха он, естественно, не делится по сторонам салона автомобиля;
– при разделенном потоке воздуха он делится на потоки для левой и правой стороны салона.
Во втором случае, само собой разумеется, требуются повышенные затраты на дополнительные сенсоры, серводвигатели и воздушные заслонки.

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок

 

Устройство и принцип действия автомобильных климатических установок