Автомобильные кондиционеры. Установка, обслуживание, ремонт

...

Это интересно!

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.

Рис. 1.8. Блок-схема системы кондиционирования воздуха в автомобиле Kia Sportage 4 WD

На рис. 1.9 приведены основные функциональные части этой системы. Разберем их по порядку.

Компрессор вращается от передачи муфты компрессора вращающегося момента шкивом коленчатого вала через приводной ремень. Если на магнитную муфту 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.

Рис. 1.9. Основные функциональные части: 1 – испаритель; 2 – компрессор; 3 – ресивер; 4 – конденсатор

Компрессор в зависимости от вращающегося его вала превращает газообразное состояние хладагента низкого давления, идущего от испарителя, в газ высокой температуры и высокого давления.

Масло, перемещающееся вместе с хладагентом, играет роль смазки.

Поршень при вращении вала компрессора приводится в движение эксцентриком, в зависимости от давления выпускает соответствующее количество газа изменением хода поршня и угла поворота и перемещающегося диска.

Конденсатор устанавливается перед радиатором и выполняет функцию превращения газообразного высокотемпературного хладагента, идущего от компрессора, в жидкое состояние выделением тепла в атмосферу. Количество выделяемого хладагентом тепла в конденсаторе определяется количеством поглощенного испарителем тепла извне 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 и потоком воздуха, возникающим при движении автомобиля.

Хладагент, прошедший через расширительный клапан, став легкоиспаряющимся с низким давлением, при прохождении в туманообразном состоянии через патрубок испарителя, под действием потока воздуха от вентилятора, испаряясь, превращается в газ.

При этом ребра патрубка становятся холодными от теплоты парообразования, и воздух внутри автомобиля становится прохладным. Кроме того, влага, содержащаяся в воздухе, от охлаждения превращается в воду и вместе с пылью по спусковому трубопроводу выбрасывается из автомобиля.

Так как при таком теплообмене между хладагентом и воздухом используются трубопровод и ребра, нужно, чтобы на контактной поверхности с воздухом не оседали вода и пыль. Образование льда и инея на испарителе происходит также и на частях ребер. При достижении теплого воздуха до ребер, охлаждаясь ниже температуры росы, на ребрах появляются водяные капли.

При этом в случае охлаждения ребер до температуры ниже О °С возникшие водяные капли либо замерзают, либо водяные пары воздуха оседают в виде инея, заметно ухудшая характеристики системы охлаждения. Поэтому для предотвращения замерзания испарителя предусматривается управление терморегулятором или компрессором с переменным напором.

Ресивер установлен между линией выпуска испарителя и компрессора. Получая от испарителя смешанный хладагент низкого давления в жидком и газообразном состоянии и масло, газообразный хладагент отправляется непосредственно к компрессору, а жидкий хладагент попадает в компрессор после испарения от нагрева окружающим теплом. Масло возвращается к компрессору через спускное отверстие. В нижней части аккумулятора находится запечатанный осушитель, который выполняет работу по удалению влаги и примесей в системе.

Рис. 1.10. Основные части компрессора

На рис. 1.10 представлены основные части компрессора.

На рис. 1.11 приведены основные части вентилятора и конденсатора.

На рис. 1.12 даны основные части испарителя.

На рис. 1.13 и 1.14 представлен внешний вид фильтра и накопителя.

Рис. 1.11. Внешний вид вентилятора и конденсатора

Рис. 1.12. Основные части испарителя