Автомобильные кондиционеры. Установка, обслуживание, ремонт
Шрифт:
На рис. 1.5 представлен аналогичный по функционалу пульт управления климат-контролем автомобиля Kia Sportage 4 WD.
Компрессор, конденсатор с вентилятором, осушитель, климатический блок с теплообменником и управляющими приборами занимают довольно значительный объем. Узлы климатической установки уже не могут размещаться под панелью приборов, как бывало прежде. Элементы конденсатора стали располагать в моторном отсеке, как и блок отопитель-вентилятор с фильтром. Только функции управления сосредоточены по-прежнему на панели приборов.
Рис. 1.5. Пульт управления климат-контролем автомобиля Kia Sportage 4 WD
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. Кондиционирование воздуха – это регулирование температуры, влажности, очищение и циркулирование воздуха. Аналогично кондиционирование автомобиля – это не просто искусственное охлаждение воздуха, но и создание комфортности для водителя и пассажиров путем поддержания микроклимата внутри салона, удаления влаги, пыли и загрязненного воздуха.
Это
При смазывании спиртом кожи можно почувствовать прохладу, это связано с тем, что спирт, испаряясь с поверхности кожи, отнимает тепло. Аналогичным образом прохлада, возникающая при разбрызгивании воды во дворе летом, объясняется испарением скрытого тепла, отнимаемого у воздуха над поверхностью земли.
Говорят, что в старину в Индии воду в глиняном чане для охлаждения на ночь ставили наружу. Это можно объяснить тем, что наружный воздух, соприкасаясь с поверхностью чана, отнимает скрытое тепло у воды, понемногу испаряющейся в результате прохождения через многочисленные отверстия поверхности чана, и делает воду чана холодной. Если привести в порядок изложенное, то действие системы кондиционирования опирается на три следующих физических закона:
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;
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;
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 впрыскивается 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).
Таким образом, жидкость, возвращаясь к начальной точке цикла, используется вновь.
1.2.1. Способы замораживания воздуха в системе кондиционирования
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.
Если представить, что сейчас двор поливается вместо воды веществом, обладающим большим «скрытым» теплом, то можно почувствовать не только прохладу, но и холод. Хотя подобным способом можно получить низкую температуру, однако с целью безопасности и экономичности эксплуатации создан специальный аппарат, называемый холодильной установкой.
К слову, с помощью автомобильного кондиционера удалось заморозить воду в банке до формы самой банки (см. рис. 1.6).
Рис. 1.6. Наглядная иллюстрация возможностей автомобильного кондиционера
1.2.2. Как работает кондиционер
Хладагент циркулирует 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, связано с изменением каждого значения давления и температуры при превращении хладагента в газ и конденсации вновь в жидкость.
Система охлаждения опирается на несколько неизменных физических законов. Подобные законы вытекают из обсуждения о том, какие явления вызывает хладагент при работе системы охлаждения.
Газ хладагент всасывается и сжимается компрессором до высоких температуры и давления (80 °C, 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 °C.
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 °C, 2,0 кг/см2), такой хладагент далее течет на испаритель (см. рис. 1.7).
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.1.2.3. Цикл охлаждения или особенности хладагентов
Хладагент является легко летучим веществом, играющим роль передатчика тепла при циркуляции внутри контура охлаждающей системы. Имеются несколько видов хладагента, а во фреоновом ряду имеются: R-ll, R-12, R-14, R-21, R-22. Из них в автомобилях применяется фреон R-12 и R134.
Внимание, важно!
Объяснимой причиной невозможности использования в автомобилях других хладагентов фреонового ряда являются следующие особенности:
• R-11: если превысить точку кипения 23,77 °C, то хорошо распространяется в смазочных маслах. Поэтому используют как очищающее средство системы А/С автомобиля;
• R-14: точка температуры превращения газа в жидкость -45,5 °C, которая очень низка;
• R-21: ядовита и высока точка кипения;
• R-22: имеет свойства растворения резины, нельзя использовать прокладки из резины.
Рис. 1.7. Иллюстрация схемы течения хладагента по коммуникациям
Особенности фреонового газа R-134A, используемого в автомобилях, следующие:
1) велика «скрытая» теплота испарения и легко превращается в жидкость;
2) не горит и не взрывается;
3) химически устойчив и не меняется;
4) не ядовит, нет свойства окисления;
5) не портит продукты питания и одежду;
6) легко приобрести.
Согласно Международному монреальскому протоколу, объектами по ограничению применения веществ, разрушающих озонные слои, было принято 5 веществ фреонового ряда: R-ll, R-12, R-113, R-114, R-115.
Хотя по срокам с января 1996 года действует полное запрещение производства и применения веществ, разрушающих озоновые слои. Именно поэтому все современные автомобили заправляют более безопасным фреоном R134A.
Исследования этого газа показали, что неразложившийся фреон при достижении слоев стратосферы в большом количестве выделяется в тропосферу Земного шара и разрушает озоновые слои, разлагаясь под влиянием сильных ультрафиолетовых лучей из космоса, применение хладагента автомобильного кондиционера стало ограниченным.
1.2.4. Компрессорное масло в системе смазки кондиционирования воздуха
Из масел применяется полиалкиленовое – гликолевое масло (PAG) с хладагентом (R-134a) и минеральное – ранее – с R-12.
В автомобилях с современным хладагентом R-134a в качестве смазки уплотнительного кольца при работе в соединительных частях применяется компрессорное масло со спецификацией, используемой в устаревших хладагентах (R-12).
При работе главной магистрали и магистралей требуется осторожность, так как во время смазывания компрессорным маслом основного хладагента (R-134a) на уплотнительном кольце возникает явление гидрогенизации.
При работе на главной магистрали и магистралях требуется осторожность, так как при сопоставлении поглощаемости компрессорного масла хладагента (R-134a) при прочих равных условиях ее значение примерно в 180 раз выше, чем у компрессорного масла ранее применяемого хладагента. При компрессорном масле у автомобилей с новым хладагентом (R-134a) объем заправки таков же, что у автомобилей со старым хладагентом (R-12).
Из-за быстрого развития компрессоров, разработок облегченных малых компрессоров и применения новых видов хладагента еще сильнее повышаются требования к роли охлаждающего масла. Роль охлаждающего масла важна как звено способа для обеспечения длительной безопасности системы кондиционирования и стойкости к более высокой и низкой температурам.
Если посмотреть роль охлаждающей жидкости в системе, то в компрессоре участок выходного клапана является наиболее высокотемпературным местом. На этом участке образуется углерод, и нельзя допустить его наслоения.
Наибольшее количество масла, входящее в систему хладагента, вместе с жидким хладагентом должно поддерживать жидкое состояние, чтобы не препятствовать теплообмену или течению от затвердения на стенах конденсатора. Трубопровод равного давления и расширительный клапан, масло не должны содержать твердых веществ, мешающих расширению, а также создавать подобных веществ.
Во время охлаждающего цикла масла в испарителе, являющемся наиболее низкотемпературной частью, не должен создавать кристаллических осадков. Кроме того, масло не должно содержать влагу и затвердевать. При возникновении подобных явлений они прерывают течение хладагента и уменьшают эффективность охлаждения.
Охлаждающее масло должно иметь специфические особенности, которых не имеют обычные смазывающие масла. Хотя обычное смазывающее масло в основном должно отвечать только требованиям по смазывающей характеристике, а охлаждающее масло должно быть таким, чтобы при смешивании с хладагентом и низкой температуре не затвердевать, при высокой не окисляться, не вступать в химическую реакцию с хладагентом, не вызывать аварии, вступая в реакцию с используемым в оборудовании материалом.
В качестве одного из способов оценки стабильности охлаждающего масла проводят испытание в герметизированной жаростойкой стеклянной испытательной трубке, поместив в нее реально применяемый в компрессоре хладагент (R-12), металл (Fe, Си, А1) и масло. При испытании на герметизированной трубке используют масло 0,5 мл, хладагент R-12 0,5 мл. Положив в качестве катализатора медь и железо, нагревают с температуры 175 °C в течение 14 дней, измеряют количество R-12, разложенного из R-12.
Охлаждающее масло соприкасается с хладагентом при низкой температуре. Мало того, что желательно совместное сосуществование с хладагентом при низкой температуре, необходимо еще, чтобы оно не разлагало воск на воскообразные отложения.
Охлаждающее масло даже при низкой температуре не затвердевает, то есть имеет низкую температуру текучести и одновременно трудно разлагает осадки, и чем меньше разложение, тем предпочтительнее.
При чрезмерном рафинировании охлаждающего масла резко уменьшаются ароматические компоненты. Хотя среди ароматических компонентов вещества с плохой химической стабильностью, но если ароматические компоненты чистые, то возникает активное влияние этих компонентов на стабильность к окислению и предельное давление. Поэтому есть необходимость применения ручного способа рафинирования для сохранения указанных эффективных элементов. Таким образом, нужно выбирать масло с хорошим смазывающим свойством, чтобы даже при применении в реальной машине не возникало плавления.
1.2.5. Особые явления и их проявления
В фреоновых охлаждающих установках при запуске компрессора давление в картере резко падает, и хладагент, растворяемый в масле, начинает резко испаряться, поверхность масла начинает бурлить, возникает пена. Если это явление будет продолжаться длительное время, то из-за нарушения смазки трущихся частей может заклинить компрессор и сгореть.
При проникновении с всасывающей стороны компрессора или различных других путей большого количества масла в цилиндр из-за сжатия несжимаемого масла возникает опасность повреждения тарелки седла клапана. Кроме того, образуется недостаточность масла в картере, так как большое количество масла перейдет в различные части установки. Недостаточность масла становится причиной заклинивания компрессора.
Явление медного покрытия – когда в охлаждающих установках, применяющих хладагент фреоновой системы, медь, растворившись в масле, вместе с хладагентом циркулирует в установке, затем вновь оседает на поверхности металла и покрывает его, при этом:
• уменьшается активная часть зазора, компрессор заклинивает и становится неработоспособным;
• в установке либо много влаги, либо чем выше температура, тем легче влага появляется в цилиндре и на тарелке клапана.
Чем больше содержится молекул водорода R-22, по сравнению с R-12 и R-30 по сравнению с R-22, и чем больше элементов МАХ, тем сильнее это явление.
1.2.6. Составные части системы кондиционирования воздуха в автомобиле
На рис. 1.8 представлена блок-схема системы кондиционирования воздуха в автомобиле Kia Sportage 4 WD.