Системы кондиционирования автомобиля

                                                       РЕФЕРАТ

На тему: «Системы кондиционирования автомобиля» 
 
 

                                                 СОДЕРЖАНИЕ 

Введение 

1.Роль  климатической установки.

2. Принцип действия системы кондиционирования.

3. Составные части системы кондиционирования.

4. Основные неисправности автомобильных кондиционеров. 

Заключение 

Список  используемой литературы 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                   Введение 
 

     Целью курсовой работы является изучение систем кондиционирования, устанавливаемых на современные автомобили. Необходимо изучить устройство, принцип работы, а также преимущества и недостатки фреоновых систем кондиционирования.

     Здоровье, работоспособность, и просто самочувствие человека в значительной степени определяются условиями микроклимата и воздушной среды того места, где он проводит значительную часть своего времени. Микроклимат в салоне автомобиля оказывает огромное влияние на состояние водителя и пассажиров. Наиболее благоприятная температура воздуха в салоне автомобиля составляет 18-25°С, при относительной влажности не более 70%. При более низких температурах воздуха наблюдается переохлаждение организма; при более высоких наступает физическое утомление, замедляется реакция водителя, появляются ошибки в управлении автомобилем. Существенное влияние для терморегуляции организма человека имеет фактор движения воздуха в салоне, однако, сквозняки в салоне способны вызвать простудные заболевания.

     Кондиционирование воздуха в автомобиле – это создание и поддержание микроклимата внутри его салона, то есть повышение или понижение температуры воздуха, обеспечение комфортной влажности, циркуляции и фильтрации воздушной среды, устранение неприятных запахов от работающего двигателя и окружающей среды.

     Кондиционирование воздуха обеспечивается применением  специальных систем. Под термином системы кондиционирования воздуха (СКВ) подразумевается комплекс устройств, предназначенных для создания и  автоматического поддержания в  обслуживаемых помещениях заданных величин параметров воздушной среды. Указанный комплекс может включать в себя следующие шесть составных частей:

     1) установку кондиционирования воздуха (УКВ), обеспечивающую необходимые кондиции воздушной среды по тепловлажностным качествам, чистоте, газовому составу и наличию запахов;

     2) средства автоматического регулирования и контроля за приготовлением воздуха нужных кондиций в УКВ, а также поддержания в обслуживаемом помещении или сооружении постоянства заданных величин параметров воздуха;

     3) устройств для транспортирования и распределения кондиционированного воздуха;

     4) устройств для транспортирования и удаления избытков внутреннего воздуха;

     5) устройств для глушения шума, вызываемого работой элементов СКВ;

     6) устройства для приготовления и транспортирования источников энергии (электрического тока, холодной и теплой сред), необходимых для работы аппаратов в СКВ.

     В зависимости от конкретных условий  некоторые составные части СКВ  могут отсутствовать. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Роль климатической установки

     Автомобиль - это дом на колесах. Многие из нас проводят здесь не малую часть жизни. Свежий чистый воздух, тепло или прохлада - необходимые элементы комфорта, без которых любая поездка превратится в мучение. Первые автомобильные кондиционеры появились благодаря компании Carrier Transicold, которая вышла на этот рынок в 1936 году. Уже к 1941 году автопроизводители в США стали более массово оснащать машины кондиционерами. Когда у большинства автомобилей были открытые кузова, водитель просто «купался» в свежем воздухе. Тем более что воздушная среда вдоль дорог оставалась сравнительно чистой. Когда пришло время закрытых кузовов, то летом в жестяной коробке становилось невыносимо душно. Свежий воздух поступал через лючок перед ветровым стеклом, а выходил - через окна с опущенными стеклами. Сквозняки, неизбежные при такой системе вентиляции, удалось изжить с помощью поворотных форточек в передних дверях.

     Отапливать  салон долгое время считалось роскошью. На медицинских автомобилях ГАЗ-55 (довоенных лет) отсек для перевозки больных обогревался теплым воздухом, поступавшим из специальной рубашки вокруг выхлопной трубы. Примитивную конструкцию, не позволявшую регулировать поток тепла, быстро забыли. Лучшим решением оказался водяной отопитель (представлявший собой небольшой радиатор с вентилятором), подключенный параллельно системе жидкостного охлаждения двигателя. Интенсивность обогрева регулировалась краном подачи горячей воды и воздухозаборным лючком перед ветровым стеклом. Постепенно водяные отопители вошли в широкий обиход. Эти печки не только обогревали ноги водителя и сидевшего рядом пассажира, но и служили «дефростером» (размораживателем) ветрового стекла.

     Но, иногда, отопители использовались с прямо противоположной целью. В 50-60-е годы были очень популярны шоссейные гонки на легковых автомобилях. Трассой, как правило, служили прямые участки дорог длиной 100-200 километров. Повышенный тепловой режим форсированных моторов заставлял гонщиков искать дополнительные способы охлаждения. И когда в середине дистанции температура воды начинала «ползти за сотню», приходилось включать печку - работающий «на полную катушку» отопитель помогал спасти радиатор от закипания.

     Блок-связка: водяной отопитель – вентилятор, многие десятилетия выступала в роли основной климатической установки в автомобиле. Постепенно совершенствовались системы регулирования температуры, смешивания и распределения горячего и холодного воздуха. Появились автомобили, где тепло подавалось в зону под задними сидениями, приятно согревая ноги пассажиров. Дальнейшие технические усовершенствования позволили горячий воздух направлять понизу салона (к ногам), теплый - примерно посередине (на уровень пояса и груди), а холодный - наверх (к лицу). Трехслойное (по высоте) распределение теплого воздуха привело к значительному усложнению приборов управления отопителя. Запросы потребителей с каждым годом становились все разнообразнее и изощреннее. Поэтому сейчас во многих новых моделях водитель и пассажиры могут независимо, каждый по своему вкусу, регулировать температуру потока воздуха и некоторые другие характеристики (рис.1). 

     С приходом минивэнов, у которых, устанавливаются трехрядные сидения, пришлось создавать еще более сложные системы отопления и вентиляции. На некоторых моделях минивэнов теплый (или холодный) воздух поступает к заднему ряду кресел. На отдельных моделях среднего и высшего класса предусмотрена подача подогретого воздуха на стекла передних дверей через воздуховоды с резиновыми гармошками - такой обогрев стал необходимостью: в холодное время через запотевшие окна передних дверей не видны наружные зеркала заднего вида. 

Рис.2 Подвод воздуха от климатической установки («Хонда - Одиссей») ко всем сиденьям в двух плоскостях через воздуховоды. 

       Да и сами отопители стали мощней - их вентиляторы уже стали оснащать трех-, пяти- и многоступенчатыми регуляторами скорости. А сам вентилятор год от года делался все более производительным. В жаркое время, особенно если в машине кроме водителя есть и пассажиры, необходим интенсивный обмен воздуха. Если в 50-е годы вентилятор в лучшем случае (и только на таких дорогих автомобилях, как «Роллс-ройс» или «Ягуар») «прогонял» через салон 150-180 кубометров воздуха в час, то сейчас этот показатель вырос в 2,5-3 раза.

     В зоне магистралей, поскольку транспортный поток стал намного интенсивней, резко возросла загазованность вредными выбросами, копотью, резиновой пылью и, в результате, потребовалась фильтрация поступающего в салон воздуха. Такой фильтр, улавливающий почти 100 % взвешенных в воздухе частиц размером не менее пяти микрон и задерживающий даже некоторые газообразные примеси, размещается после воздухоприемной решетки у основания ветрового стекла (рис.3). Фильтрующий вкладыш надо менять примерно раз в год или после пробега в 15 тыс. км.

     Рис.3 Фильтр на входе в систему вентиляции и отопления («Фольксваген-Голф»). Очищает воздух от твердых частиц размером не менее 5 микрон и пыльцы. 

     Иногда  есть смысл полностью изолировать  салон автомобиля от наружной атмосферы (в дорожных пробках, туннелях, при  движении за дизельным автопоездом  и т.д.). Поскольку поворотных форточек в дверях уже давно никто не делает, дверные уплотнители очень надежны, а щелей и сквозных отверстий в кузове практически нет, то добиться герметичности салона вполне реально. Вентилятор будет «гонять» в закрытом внутреннем пространстве машины один и тот же объем воздуха -рециркулировать его. Конечно, долгое время сохранять такой режим не удастся - кислород из воздуха постепенно «выдышат». Но как временный выход из положения рециркуляция нужна и полезна.

     Хорошую климатическую установку, то есть эффективный  отопитель и вентилятор, все чаще оснащают управляющей автоматикой: компьютер, ориентируясь на заданную водителем температуру в салоне, будет считывать показания датчиков вне кузова и внутри и отдавать команды кранам, электромоторам, заслонкам и другим устройствам, и, тем самым, постоянно поддерживать необходимый температурный режим. На сегодняшний день автоматическим климат-контролем оборудованы многие модели, включая и малолитражные.

     Но  климат-контроль должен уметь не только повышать, но, если нужно, и понижать температуру в автомобиле. Установить же в салоне более прохладную и менее влажную «погоду», чем за окном, можно только с помощью кондиционера.

     В целом же вся климатическая установка, в которой системы вентиляции, отопления, фильтрации воздуха, кондиционер  и управляющая автоматика являются составляющими элементами, может применяться на легковых автомобилях любого класса. 
 
 
 

2. . Принцип действия системы кондиционирования.

     Действие  системы кондиционирования опирается  на следующие физические законы:

     Закон 1:

     Тепло всегда перемещается из физического тела с высокой температурой в физическое тело с низкой температурой. Тепло является одним из видов энергии, а температура – одной из единиц измерения величины энергии.

     Закон 2:

     Для превращения жидкости в газообразное состояние необходимо тепло. Например, при испарении воды кипячением горелкой происходит большое поглощение количества тепла, и температура воды не изменяется, наоборот, если у газообразного вещества забирать тепло, то оно превращается в жидкость. Температура, при которой кипит вода и получается водяной пар, связана с давлением. Точка кипения повышается с повышением давления.

     Закон 3:

     Если  сжать газ, то температура и давление газа возрастают. Например, если в дизельном  двигателе поршень движется вверх-вниз, температура воздуха поднимается из-за сжатия. При этом если в цилиндр прыснется топливо, то немедленно произойдет взрыв смеси.

     Если  вышеуказанные законы применять  относительно к основному циклу  охлаждения, то это выглядит следующим  образом. Хладагент в жидком состоянии, превращаясь в газообразное, поглощает из атмосферы тепло (законы 1 и 2).

     Высокотемпературный газ, сжимаясь, достигает высокой  температуры, немного большей, чем  температура окружающего воздуха (закон 3). Окружающий воздух (температура  ниже, чем температура газа в системе), поглощая тепло, превращает газ в жидкость (законы 1 и 2). Жидкость, возвращаясь к начальной точке цикла, используется вновь.

     Для получения низкой температуры достаточно отнять «скрытое» тепло испаряющегося  вещества, которое осуществляется двумя  способами.

     Первый  способ - это использование спирта или воды и отнятие «скрытого» тепла испарения из окружающих веществ.

     Второй  способ - это замораживание с использованием хладагента, а также химических и  механических установок.

     Хладагент - это газ, которым заполняется система. До недавнего времени хладагентом автомобильных кондиционеров был фреон R12. После опубликования теории разрушения озонового слоя земной атмосферы хладфторуглеродами, содержащимися в хладагенте R12, его применение сократилось.

     В современных системах кондиционирования используется фреон R134а, который считается «экологически чистым», но эффективность его на 10-15% ниже, чем у R12, и он более текуч. 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.

     Если  представить, что сейчас двор поливается вместо воды веществом, обладающим большим  «скрытым» теплом, то можно почувствовать  не только прохладу, а холод. Хотя подобным способом можно получить низкую температуру, но с целью безопасности и экономичности эксплуатации создан специальный аппарат, называемый холодильной установкой.

     Хладагент циркулирует по линии закрытого  контура и его составляющих частей. Подобные циклы хладагент вынужден непрерывно повторять, и это называется циклом хладагента. Явление, возникающее в зависимости от циркулирования хладагента в пределах цикла, связаны с изменением каждого значения давления и температуры при превращении хладагента в газ и конденсации вновь в жидкость. Система охлаждения опирается на нескольких неизменных физических законах. Подобные законы вытекают из обсуждения о том, какие явления вызывает хладагент при работе системы охлаждения. Цикл охлаждения представлен на рис.5.

     Газ-хладагент всасывается и сжимается компрессором до высоких температуры и давления (80 °С, 15 кг/см²) и затем выпускается.

     Хладагент, выпущенный из компрессора, поступает на конденсатор и принудительно охлаждается вентилятором системы охлаждения, при этом отдавая «скрытое» тепло конденсации воздуху, проходящему через конденсатор, превращается в жидкость. Температура при этом составляет около 50 С. Превращенный в жидкость хладагент после удаления влаги и пыли в приемнике-осушителе поступает на расширительный клапан.

     Жидкий  хладагент высокого давления в расширительном клапане, резко расширяясь, превращается в хладагент туманообразного  состояния с низкими температурой и давлением (-2 °С, 2,0 кг/см²), такой хладагент далее течет на испаритель.

     Хладагент в туманообразном состоянии, войдя  в испаритель и проходя через  вентилятор. Отнимая «скрытое» тепло  испарения у сжатого воздуха, охлаждает воздух в окрестности. Одновременно с охлаждением из туманообразного превращается в газообразное состояние и всасывается компрессором для повторного цикла.

     Подобным  образом хладагент, повторяя кругооборот  по циклу, осуществляет охлаждение. В  общем, для превращения газа в  жидкость, достаточно нагнетать давление, но для облегчения превращения в жидкость одновременно с нагнетанием давления и охлаждают. Для этого в современных холодильных установках необходимы компрессор и конденсатор.

     Рис.5 Цикл охлаждения 
 

3. Составные части системы кондиционирования.

     Автомобильный кондиционер представляет собой  замкнутую герметичную систему, в которой принудительная циркуляция хладагента обеспечивает отвод тепла из салона автомобиля (рис.6).

     Рис.6 Основные элементы автомобильной климатической системы 

     Основным и самым сложным агрегатом системы является компрессор (рис.7). Его задача - сжать газообразный хладагент низкой температуры и низкого давления, преобразовав его в газ высоких температуры и давления.

     Рис.7 Компрессор 

     В настоящее время в автомобильных кондиционерах применяются следующие типы компрессоров:

     • аксиально-поршневые;

     • ротационно-лопастные;

     • поршневые (рядные и V-образные).

     Вал компрессора - единственное место в  системе, где имеет место подвижное  торцевое уплотнение, обеспечивающее требуемую герметичность системы.

     При включении кондиционера компрессор отбирает у двигателя мощность 6-10 л.с., при этом расход топлива увеличивается на 5-10%, вследствие чего возрастает нагрузка на систему охлаждения двигателя. Поэтому автомобиль, оборудованный кондиционером, должен иметь более эффективную систему охлаждения (увеличенный радиатор, дополнительные или умощненные электровентиляторы и т. д.). При этом на всех современных автомобилях при включении кондиционера автоматически повышаются обороты холостого хода двигателя.

     Конденсатор автомобильного кондиционера, как правило, выполнен из алюминиевого сплава. В нем происходит конденсация нагнетаемого компрессором хладагента с выделением тепла в окружающий его воздух (рис 8).  

     Рис.8 Конденсатор                                Рис.9 Испаритель 

     Для лучшего обдува встречным потоком воздуха конденсатор устанавливается перед радиатором системы охлаждения двигателя и оборудуется дополнительными электровентиляторами для эффективного охлаждения конденсатора при  неподвижном состоянии автомобиля. Это самая уязвимая часть автомобильного кондиционера, подверженная не только механическим повреждениям, но и чрезвычайно сильной электрохимической коррозии.

     Испаритель  автомобильного кондиционера располагается в салоне автомобиля вместе с радиатором отопителя на пути восходящего воздушного потока (рис.9). Переход хладагента из жидкого состояния в газообразное происходит в нем с интенсивным поглощением тепла из проходящего через него воздушного потока, что и обеспечивает охлаждение воздуха в салоне.

     Ресивер-осушитель  устанавливается на выходном трубопроводе конденсатора перед испарителем и служит резервуаром для жидкого хладагента, очищая его от посторонних примесей и влаги (рис.10). Ресивер-осушитель может снабжаться смотровым окном для контроля за количеством хладагента в системе. 
 

     Рис.10 Ресивер                                         Рис.11 Распределительный клапан, трубка 

     Распределительный клапан (терморегулирующий вентиль) регулирует количество хладагента, поступающего в испаритель (рис.11). Он является исполнительным устройством, обеспечивающим изменение производительности системы в зависимости от условий и режима работы. Устанавливается клапан на испарителе, реже - в моторном отсеке на входной трубке испарителя.

     Система кондиционирования автомобиля снабжена датчиками, клапанами и предохранителями.

     Датчик  низкого давления отключает компрессор при давлении в системе ниже 2 кг/см² и включает при давлении выше 2,3 кг/см². Это необходимо для предотвращения заклинивания компрессора, так как при снижении давления во время аварийного сброса хладагента или его несанкционированной утечке нарушается циркуляция масла.

     Датчик  высокого давления отключает компрессор при давлении хладагента в системе выше 30-34 кг/см² и включает при давлении ниже  
26 кг/см². Повышенное давление может возникнуть из-за неисправности распредилительного клапана, засорения расширительной трубки, нарушения теплообмена в конденсаторе при снижении интенсивности проходящего через него воздушного потока.

     Датчик  включения дополнительных электровентиляторов  обдува конденсатора включает их при повышении давления в системе до  
19-22 кг/см² и выключает при давлении 14-16 кг/см².

     Датчик  температуры компрессора устанавливается  на его корпусе, на стороне нагнетания и отключает электромагнитную муфту при температуре компрессора выше 90-100 °С.

     На  некоторых ресиверах-осушителях имеется предохранительный клапан с легкоплавкой вставкой. При повышении температуры свыше 100°С вставка плавится, и весь хладагент выпускается в атмосферу.

     Редукционный  клапан устанавливается на трубопроводе нагнетания компрессора. Он стравливает  хладагент из системы при повышении  давления свыше 34 кг/см². В отличие от предохранительного клапана с плавкой вставкой он выпускает в атмосферу лишь часть хладагента.

     Смазка  компрессора производится специальным компрессорным маслом, циркулирующим по всей системе вместе с хладагентом. В системах, работающих с фреоном R12, применяются минеральные масла, с фреоном R134a - полиалкиленово-гликолевое масло. При смешивании этих масел образуется мутная густая масса, приводящая к выходу из строя системы кондиционирования. Поэтому при дозаправке кондиционера хладагентом и доливке масла нужно использовать только те компоненты, которые предназначены для данной системы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Основные  неисправности автомобильных кондиционеров.

     Чаще  всего получает повреждение конденсатор климатической системы. Он расположен перед автомобильным радиатором и защищен только радиаторной решеткой. Второй проблемой является отказ игольчатого вентиля, который постоянно забивается грязью. Прочищая вентиль, необходимо удалять из него грязь, а не проталкивать ее внутрь.

     Низкой  надежностью обладают компрессоры автомобильных кондиционеров, работа которых осуществляется в жестких климатических условиях. Компрессор приводится во вращение длинным «многофункциональным» ремнем, который приводит в движение сразу несколько устройств (электрогенератор, помпу жидкостного охлаждения и т. д.). Поэтому весьма важно состояние приводного ремня и его натяжение.

     В случае утечки хладагента через сочленения трубопроводов возникает проблема надежной и герметичной фиксации резиновых шлангов на алюминиевых фитингах узлов кондиционера.

     К нарушениям в работе кондиционера приводят также избыток или недостаток масла и хладагента, попадание в систему воздуха или влаги, сильное загрязнение ребер конденсатора и испарителя, неисправность системы охлаждения двигателя автомобиля, вызывающий перегрев двигателя и всего моторного отсека, а также проскальзывание электромагнитной муфты и ремня привода компрессора.

     Если  автомобиль летом начал перегреваться  в «пробках», стал больше потреблять топлива, то следует обратить внимание на состояние кондиционера, а точнее, на состояние его конденсатора. Так как он стоит перед радиатором охлаждения двигателя, то интенсивно забивается грязью, пылью и пухом. Ухудшающийся обдув может привести к перегреву конденсатора и самого двигателя, срабатыванию датчиков, отключению муфты привода компрессора и аварийному сбросу хладагента.

     Во  время мойки автомобиля рекомендуется тщательно промывать и продувать конденсатор кондиционера, радиатор системы охлаждения двигателя и пространство между ними струей воды или воздуха.

     Автомобили, оборудованные кондиционером, имеют ограничения по температуре нагрева кузова. При ремонтной окраске с последующей сушкой в термокамере она не должна превышать 80 °С, более высокая температура вызывает повышение давления в системе на участках трубопроводов, не рассчитанных на это.