для чего служит ресивер в системе кондиционирования автомобиля
Важные теплообменники — за что отвечают конденсор и испаритель системы кондиционирования автомобиля?
Работа автомобильного кондиционера основана на переходе хладагента из одного агрегатного состояния в другое: при испарении хладагента поглощается тепло из салона машины, а при последующей конденсации хладагента это тепло рассеивается в атмосферу. Эти процессы происходят в двух теплообменниках, установленных в салоне (испаритель) и во фронтальной части автомобиля (конденсор).
Качество охлаждения салона, нагрузка на компрессор и многие другие параметры в значительной степени зависят от того, насколько эффективно эти два теплообменника выполняют свою функцию.
Основное назначение конденсора — обеспечивать конденсацию предварительно сжатого компрессором газообразного хладагента. Поскольку при сжатии температура хладагента значительно повышается, процесс конденсации невозможен без отвода тепла во внешнюю среду. Как раз этим и занимается конденсор.
Главной его особенностью по сравнению с другими теплообменниками (радиатором двигателя, испарителем, интеркулером и т. д.) является возможность работать под значительно более высоким внутренним давлением — до 34 бар. Этой особенностью, а также необходимостью преобразовывать хладагент из газообразного состояния в жидкое, обусловлен ряд нюансов конструкции конденсоров.
В конденсорах DENSO используется высококачественный алюминий, обладающий максимальной теплопроводностью, благодаря чему обеспечивается эффективный теплообмен с внешней средой. К тому же алюминий не подвержен коррозии и достаточно пластичен. Последние два качества обеспечивают надежную защиту алюминиевых конденсоров DENSO от протечек и других механических повреждений.
Для конденсоров DENSO была разработана конструкция с большим количеством каналов охлаждения сверхтонкого сечения. Такой дизайн обеспечивает значительно большую поверхность охлаждения, что позволяет хладагенту быстрее и эффективнее переходить в жидкое состояние. Сверхтонкие каналы не требуют значительного увеличения толщины стенок для подержания работы при высоком давлении, в силу чего конденсор, оставаясь эффективным и надежным, отличается компактностью и легкостью.
Значительная часть современных конденсоров DENSO оснащена встроенным ресивером осушителем. Раньше автовладельцу периодически приходилось менять осушитель в силу несовершенства используемых для абсорбирования влаги материалов. Встроенные осушители служат гораздо дольше и меняются только в случае разгерметизации системы кондиционирования, например, при проведении ремонта автомобиля или замене компонентов самой системы. Кроме того, такое решение повышает герметичность контура охлаждения
В зависимости от необходимой производительности конденсоры DENSO доступны в двух-, трех- или многоконтурном исполнениях, благодаря чему обеспечивается надлежащее соотношение теплообмена, площади рассеивания и производительности для каждого конкретного варианта применения. Такой подход возможен потому, что инженеры DENSO разрабатывают решения для кондиционирования индивидуально для каждой модели автомобиля в строгом соответствии с требованиями производителя, в силу чего конденсоры, равно как и другие компоненты систем кондиционирования DENSO, обладают оригинальным качеством и максимально легко интегрируются в конструкцию автомобиля.
По функционалу испаритель — полная противоположность конденсора: в нем происходит переход хладагента из жидкого состояния в газообразное за счет нагрева и испарения хладагента. Нагреваясь и испаряясь, хладагент собирает тепло из салонного воздуха, проходящего через ребра испарителя, и переносит это тепло дальше по системе для последующего выведения в атмосферу в конденсоре. При этом воздух, прошедший через испаритель, охлаждается и понижает температуру в салоне автомобиля
Функционал испарителя предопределил конструкцию агрегата — его каналы толще, чем в конденсоре, а работа при низком давлении не требует увеличения прочности стенок каналов. Важной особенностью работы испарителя является низкая температура его поверхности (по сравнению с температурой воздуха как снаружи, так и внутри автомобиля). Из-за этого испаритель может покрываться конденсатом, небольшие лужицы которого можно наблюдать под машиной при ее долгой стоянке с включенным кондиционером.
Наличие конденсата требует усиленной защиты испарителя от коррозии. Помимо этого, необходимо свести к минимуму риск возникновения и размножения бактерий, которые неизбежно появляются во влажной среде, окружающей испаритель. Для решения этой проблемы на поверхность испарителей DENSO наносится особое покрытие. Оно препятствует росту бактерий и появлению неприятного запаха в салоне. Высококачественный алюминий, применяемый в конструкции испарителя, надежно противостоит коррозии. Таким образом обеспечивается долгая и беспроблемная работа одного из самых труднодоступных элементов системы кондиционирования. В некоторых случаях для доступа к испарителю может понадобиться разборка половины салона автомобиля.
Слаженная и правильная работа всех элементов системы кондиционирования — залог ее долгой жизни. Эффективное отведение тепла в атмосферу конденсором снижает нагрузку на компрессор, от площади и производительности испарителя во многом зависти комфорт в салоне. Чем быстрее охлаждается салон, тем реже система будет включать компрессор на полную мощность, что также положительно влияет на долговечность всех узлов. Качественные теплообменники от DENSO — это гарантия того, что кондиционер будет исправно и быстро охлаждать салон автомобиля на протяжении долгих лет. Эти и другие компоненты системы кондиционирования DENSO для рынка послепродажного обслуживания автомобилей можно подобрать в нашем электронном каталоге.
Система кондиционирования воздуха в автомобиле
Система обогрева воздуха в салоне автомобиля не способна обеспечивать необходимый температурный режим. При температуре окружающего воздуха превышающей 20°С необходимо его охлаждения для создания комфортных условий водителю и пассажиров. Для решения этой задачи применяются системы кондиционирования. Схема системы кондиционирования показана на рисунке:
Рис. Система кондиционирования воздуха в автомобиле:
1 – компрессор; 2 – электрическая муфта; 3 – конденсатор; 4 – вспомогательный вентилятор; 5,7 – датчик давления; 6 – рессивер-осушитель; 8 – температурный выключатель; 9 – термодатчик; 10 – поддон для конденсата; 11 – испаритель; 12 – вентилятор испарителя; 13 – выключатель вентилятора; 14 – редукционный клапан
Хладагент
В современных системах кондиционирования используется фреон R134а (тетрафторэтан), который считается «экологически чистым». Этот хладагент относится к классу гидрофторуглеродов (HFC), не содержит хлора и не очень вреден, но эффективность его на 10-15% ниже, чем у R12, и он более текуч. Однако для эффективной работы автомобильных кондиционеров, использующих R134a, требуется более высокое рабочее давление. Применение хладагента R134а привело к усложнению систем кондиционирования. Необходимо отметить, что новый и старый хладагенты несовместимы, так как несовместимы компрессорные масла, заправляемые вместе с ними.
Ресивер
При определенной температуре и определенном давлении охлажденный хладагент конденсируется и переходит в жидкое состояние. Снизу хладагент выходит из конденсатора и в жидком состоянии поступает в ресивер-осушитель, состоящий из ресивера и осушителя, устанавливаемый на выходном трубопроводе конденсатора перед испарителем. Ресивер-осушитель не только обеспечивает хранение хладагента, но фильтрует его и удаляет влагу (иногда фильтр устанавливается отдельно от ресивера). Влага удаляется с помощью специального адсорбента, который имеет ограниченный срок службы.
Ресивер 5 служит для сглаживания колебаний потока хладагента.
Рис. Ресивер-осушитель:
1 — подача хладагента от конденсатора; 2 — подача хладагента к редукционному клапану; 3 – осушитель; 4 – фильтр-сетка; 5 — ресивер
В осушителе 3 происходит удаление влаги, которая проникла в контур хладагента при монтаже или из окружающей среды, а также осаждаются продукты износа частей компрессора, грязь, попавшая в контур при монтаже и прочие инородные примеси. Ресивер-осушитель может снабжаться смотровым окном для контроля за количеством хладагента. В случае выхода из строя ресивер-осушитель не ремонтируется и подлежит замене.
Редукционный клапан
После осушителя хладагент поступает к редукционному клапану. В редукционном клапане перед испарителем понижается давление жидкого хладагента, что приводит к охлаждению испарителя. Редукционный клапан находится на границе разделения сторон низкого и высокого давления контура хладагента. В клапане происходит регулирование потока хладагента к испарителю в зависимости от температуры паров хладагента на выходе из испарителя, поэтому в испарителе испаряется столько хладагента, сколько необходимо для поддержания равномерного «холода» в испарителе.
Если повышается температура хладагента, выходящего из испарителя, то хладагент расширяется в термостате 4, установленном на редукционном клапане. Мембрана 3 при этом прогибается и поток хладагента через шариковый клапан 2 к испарителю увеличивается.
Рис. Редукционный клапан:
1 – регулировочная пружина; 2 – шариковый клапан; 3 – мембрана; 4 – термостат с сенсорной трубкой и хладагентом
Если понижается температура хладагента, выходящего из испарителя, то тогда объем хладагента в термостате уменьшается и мембрана 3 возвращается в верхнее положение. Поток хладагента через шариковый клапан к испарителю уменьшается.
Термостатический расширительный клапан функционирует под действием трех сил:
Редукционный клапан разбрызгивает охлажденную жидкость, подавая ее в испаритель.
Испаритель
Компрессор
Газообразный хладагент по трубопроводу поступает в компрессор, который приводится в действие от вала двигателя. Компрессор сжимает газ до высокого давления. Компрессор работает от муфты, которая приводится в действие шкивом коленчатого вала через приводной ремень. Если на электромагнит муфты не подается напряжение, то вращается только сам шкив муфты компрессора и не вращается вал компрессора. При подаче напряжения на магнитную муфту диск и втулка муфты перемещаются назад и соединяются со шкивом. Шкив и диск под действием сил становятся едиными и приводят во вращение вал компрессора.
Компрессоры климатических установок бывают различного типа:
Наибольшее распространение для систем кондиционирования нашли компрессоры с переменной производительностью аксиально-поршневого типа.
Рис. Схема аксиально-поршневого компрессора переменной производительности с вращающимся наклонным диском:
1 – шкив; 2 – электромагнит; 3 – наклонная шайба; 4 – поршень; 5 – крышка блока цилиндров насоса; 6 – клапаны
С ведущим валом компрессора соединена наклонная шайба, которая при своем вращении перемещает несколько (5…7) поршней. Корпус с цилиндрами закрыт крышкой с системой клапанов. Производительность компрессора определяется заданной температурой охлаждения. У таких компрессоров может изменяться наклон шайбы, что приводит к изменению хода поршней и, следовательно, производительности. Компрессоры этих типов оказывают меньшее влияние на работу двигателя при включении муфты, что очень важно для маломощных двигателей. Кроме того, они обеспечивают большую стабильность заданной температуры.
Компрессор, в зависимости от частоты вращающегося его вала превращает газообразное состояние хладагента низкого давления, идущего от испарителя, в газ высокой температуры и высокого давления (80°С, 15 кг/см2). Газообразное состояние хладагента 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.
Смазка компрессора производится специальным компрессорным маслом, циркулирующим по всей системе вместе с хладагентом. В системах, работающих с фреоном R12, применяются минеральные масла, с R134а – полиалкиленово-гликолевое (PAG). При смешивании этих масел образуется мутная густая масса, приводящая к выходу из строя системы кондиционирования, и в первую очередь компрессора. При дозаправке кондиционера хладагентом и доливке масла используются только те компоненты, которые предназначены для данной системы. Как правило, в моторном отсеке автомобиля есть наклейки, указывающие тип хладагента, его количество и соответствующий ему тип и количество масла (наклейки для R134а – зеленого цвета, для R12 – желтого).
Конденсатор
От компрессора горячий газообразный хладагент с температурой около 50…70° C подается в конденсатор, который служит для превращения газообразного высокотемпературного хладагента, идущего от компрессора в жидкое состояние выделением тепла в атмосферу. Конденсатор состоит из изогнутых трубок, которые соединены перегородками и имеет большую поверхность охлаждения, чем достигается высокая теплопередача. Трубки и ламели конденсатора воспринимают тепло хладагента. Количество выделяемого хладагентом тепла в конденсаторе определяется количеством поглощенного испарителем тепла из окружающей среды и работой компрессора, необходимой для сжатия газа. Для конденсатора результат теплоотдачи прямо влияет на эффект охлаждения холодильной установки, поэтому, обычно он устанавливается на самой передней части автомобиля и принудительно охлаждается воздухом вентилятора системы охлаждения двигателя или дополнительным вентилятором и потоком воздуха, возникающим при движении автомобиля. Холодный наружный воздух проходит через конденсатор, забирает тепло, благодаря чему хладагент охлаждается.
Датчики давления
Система кондиционирования снабжается датчиками давления 5 и 7, которые не позволяют включать работу системе при давлении хладагента в системе ниже определенной величины. Для контроля температурного режима работы системы предусмотрены температурные датчики 8 и 13.
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:
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:
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:
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.