6 Практичне заняття №5 Система обігріву, вентиляції та кондиціонування повітря в салоні автомобіля

6.1 Мета і завдання роботи

Мета - засвоєння та поглиблення теоретичного матеріалу з розділу „Система обігріву, вентиляції та кондиціонування повітря в салоні автомобіля”.

Завдання:

– ознайомлення з конструкцією систем обігріву, вентиляції та кондиціонування повітря в салоні автомобіля;

– вивчення призначення та принципу роботи їх основних вузлів та механізмів;

– виконання індивідуального завдання.

6.2 Теоретичні положення

Система обігріву, вентиляція і кондиціонування повітря (HVAC). Система HVAC призначена для забезпечення: сприятливого клімату для всіх пасажирів; сприятливої обстановки, що забезпечує мінімальне напруження та втому водія; видалення твердих домішок з повітря в салоні (пилок, пил) та запахів шляхом використання спеціальних фільтрів; достатньої видимості через усі вікна.

У багатьох країнах робота пристроїв обігріву салону регулюється законодавчими нормами, особлива увага приділяється до здатності обігрівача підтримувати чистими вікна і вітрове скло (наприклад, Директива ЕЕС 78/317, що розповсюджується на Європейське співтовариство, стандарт FMVSS 103 в США).

Система відведення тепла від двигуна. На транспортних засобах в яких двигуни з рідинним охолодженням, тепло яке передається від двигуна до охолоджуючої рідини, використовується для обігріву пасажирського салону.

У двигунах повітряного охолодження передача тепла від двигуна до салону відбувається від системи випуску відпрацьованих газів або від системи мащення двигуна.

У конструкції обігрівача використовується той же принцип, що і в радіаторі двигуна. Охолоджуюча рідина поступає в трубки радіатора, тоді як повітря проходить через пластини.

Існують дві концепції керування обігрівачем.

1- об’ємна витрата повітря в салоні; 2- температура повітря в салоні.

Рисунок 6.1 - Комфортний рівень температури в сало­ні в залежності від температури навколишнього середовища

Керування обігрівачем зміною подачі охолоджуючої рідини. Повний повітряний потік зазвичай прямує в радіатор обігрівача, в той час як клапан регулює подачу охолоджуючої рідини. Особлива точність вимагається від клапанів, які повинні сприяти постійним і стабільним регулюванням з метою забезпечення правильного керування при мінімальних рівнях потоку, що важливо під час сезонних перехідних періодів.

Одним з недоліків у даній конструкції є те, що робота обігрівача впливає на навантажувальний та швидкісний режими роботи двигуна.

Керування обігрівачем зміною подачі повітря через радіатор. Потік охолоджуючої рідини, що проходить через радіатор обігрівача, не обмежений. Тепловіддача регулюється за допомогою розділення повітряного потоку: частина потоку пропускається через радіатор, інша прямує навкруги нього, після чого обидва потоки об'єднуються в загальній камері. Повітряна заслінка може використовуватися для керування розподілом двох потоків; таким чином, з її допомогою визначається кількість тепла, яке береться від підігрітої охолоджуючої рідини. Цей тип управління є менш чутливим до змін режиму навантаження двигуна і регулювання температури повітря здійснюється швидше.

Мінімальна годинна витрата повітря - 30 м³ на людину (значення тільки для орієнтування). Такі чинники, як температура пасажирського салону, температура навколишнього середовища, повітряний потік і теплове випромінювання (до деякої міри), впливають на процес досягнення сприятливого клімату. Для того, щоб підвищити комфорт, температура біля ніг пасажирів повинна бути на 4-8°С вище за температуру повітря у верхній частині кузова.

Електронне керування роботою обігрівача. У стандартних системах для підтримки температури в пасажирському салоні необхідне постійне ручне регулювання роботи обігрівача, при електронному керуванні це досягається автоматично.

На пристроях обігріву з регулюванням циркуляції охолоджуючої рідини датчики служать для контролю температури в салоні автомобіля і повітря, що подається; блок керування обробляє цю інформацію і порівнює її з наперед вибраною температурою. Соленоїдний клапан, встановлений в системі охолодження, працює в режимі відкриття і закриття із заданою частотою відповідно до сигналів, які він приймає від блоку керування. Регулювання режимів відкриття закриття в циклічних періодах дозволяють керувати швидкістю потоку від нуля (закрите положення) до максимуму. В системах з регулюванням потоку повітря через радіатор використовується сервопривідна регулювальна заслінка.

Кондиціонери повітря. Один пристрій обігріву не здатний справлятися із забезпечення сприятливого клімату в салоні. Коли зовнішня температура перевищує 20°С, повітря повинне охолоджуватися, щоб досягти прийнятної температури в салоні. Для цього використовуються охолоджуючі системи - кондиціонери, в яких циркулює робоче тіло (фреон). В сучасних системах кондиціонування повітря в салоні автомобілів застосовується фреон R 134 (до 1992 р. використовувався менш безпечний з погляду охорони навколишнього середовища фреон R12). За допомогою компресора відбувається стиск газоподібного фреон, що випаровувався у випарнику під впливом повітря з навколишнього середовища і його подальшою подачею в конденсатор. У конденсаторі робоче тіло охолоджується і перетворюється на рідину; при цьому одержана в компресорі енергія і поглинуте у випарнику тепло, вивільняється в навколишнє середовище (салон автомобіля).

Далі, редукційний клапан розбризкує охолоджений рідкий фреон, подаючи його у випарник, де він знову випаровується поглинаючи тепло з оточуючого середовища.

Схема кондиціонера повітря в салоні автомобіля з електронним керування показана на рис. 6.2.

1- вмикач (вимикач); 2- запобіжний клапан компресора; 3 - вентилятор для охолоджуючої рідини; 4- манометричний вимикач кондиціонера; 5- датчик температури охолоджуючої рідини; 6- термовимикач вентилятора; 7- датчик температури випарника; 8- вентилятор потоку свіжого повітря; 9- блок керування двигуном; 10- електромагнітна муфта; 11- блок керування системою кондиціонування повітря.

Рисунок 6.2 – Система кондиціонування повітря

в салоні автомобіля з електронним керуванням

Призначення основних елементів системи. Вимикач системи кондиціонування повітря E35.При включенні системи кондиціонування повітря електромагнітна муфта здійснює силовий зв'язок двигуна з компресором. У установках з автоматичним регулюванням одночасно починає обертатися вентилятор для охолоджуючої рідини і вентилятор подачі свіжого повітря.

В установках з ручним регулюванням повинна бути включена 1-ша ступінь роботи вентилятора подачі свіжого повітря. Про включення поступає повідомлення в блок керування двигуна, частота обертання двигуна збільшується (здійснюється вирівнювання навантаження на двигун у зв'язку з включенням компресора). Додатково до цього вимикача може бути встановлений вимикач по температурі зовнішнього повітря. Цей вимикач запобігає включенню кондиціонера при температурі зовнішнього повітря менше 5⁰C.

З апобіжний клапан. На компресорі або на ресивері встановлений запобіжний клапан. Він відкривається при тиску приблизно 3,8 МПа (38 бар) і закривається, коли тиск знизиться (приблизно 3,0-3,5 МПа/30-35 бар). Залежно від конструктивного виконання може бути запобіжна пластикова шайба, яка виламується, коли спрацьовує клапан. У цьому випадку слід з'ясувати причину надмірного підвищення тиску в системі. Заміна запобіжної пломби проводиться тільки при порожньому контурі робочого тіла.

Д атчик температури випарника G153. Датчик температури випарника - заміряє температуру між ребрами випарника. Сигнал від датчика поступає до блоку керування кондиціонером. При дуже низькій температурі випарника компресор відключається.

Відключення відбувається при температурі приблизно від -1⁰C до 0⁰C, включення - при приблизно +3⁰C. Завдяки цьому вдається уникнути обмерзання випарника в наслідок замерзання водяного конденсату.

У деяких системах замість цього датчика застосовується термовимикач по температурі випарника E33. За допомогою цього термовимикача безпосередньо розривається ланцюг живлення електромагнітної муфти. У інших системах це регулювання здійснюється з використовуванням термовимикача по зовнішній температурі.

М анометричний вимикач F129. Вимикач F129 є комбінованим 3-секційним вимикачем призначеним для: - контролю за проходженням охолоджуючого повітря (відключення вентилятора); - контролю за співвідношенням тиску.

В микання і вимикання цього приладу відбувається при таких режимах: - увімкнення живлення електромагнітної муфти через блок керування при надмірному тиску приблизно від 2,4 до 3,2 МПа (від 24 до 32 бар). Такий тиск може наприклад, виникнути унаслідок сильно забрудненого конденсатора; - відключення при дуже малому тиску (0,2 МПа/2 бар) через блок керування системою кондиціонування. Це може трапитися, наприклад, при витоку робочого тіла; - перемикання вентилятора вище на один ступінь при надмірному тиску 1,6 МПа (16 бар). Цим досягається оптимальний режим роботи конденсатора.

Датчик високого тиску G65. Датчик G65 - нове покоління датчиків для контролю за контуром робочого тіла. Електронний сенсор тиску відключає манометричний вимикач системи кондиціонування повітря F129. Програми в блоках керування системи кондиціонування повітря і блоці керування двигуна відповідно узгоджені.

Датчик високого тиску також, як і манометричний вимикач F129, вбудований у вітку високого тиску. Датчик відстежує тиск робочого тіла і перетворює фізичну величину (тиск) в електричний сигнал. На відміну від манометричного вимикача системи кондиціонування повітря під контролем знаходиться не тільки досягнення гранично допустимих величин тиску, але і тиск робочого тіла у всьому робочому циклі.

По сигналах від цього датчика розпізнаються навантаження двигуна від системи кондиціонування повітря і співвідношення тиску в контурі робочого тіла.

За допомогою блоку керування вентилятором системи охолодження відбувається вмикання і вимикання найближчого верхнього ступеня вентилятора і електромагнітної муфти компресора.

Якщо блок керування вентилятора системи охолодження не розпізнає ніякого сигналу, то з точки зору безпеки компресор відключається.

Несправність датчика високого тиску заноситься в реєстратор несправностей блоку керування двигуна.

Б лок керування вентилятором системи охолодження J293. Цей блок керування включений в систему блоків керування автомобіля. Перетворює вхідні сигнали для: - увімкнення і вимкнення вентилятора системи охолодження; - увімкнення і вимкнення електромагнітної муфти компресора.

Розширені функції блоку керування нового покоління. Блок керування вентилятором системи охолодження J293 був вдосконалений і функціонально злагоджений з новим датчиком високого тиску G65. Блок управління оцінює модульований по ширині імпульсу сигнал від датчика високого тиску. Завдяки цьому забезпечується постійний контроль по всьому діапазону тиску в контурі робочого тіла.

Основні функції:

- увімкнення і вимкнення ступенів вентилятора і електромагнітної муфти компресора;

- обмін сигналами в обох напрямах з блоками керування двигуна і коробкою передач;

- контроль за температурою охолоджуючої рідини;

- керування насосом охолоджуючої рідини V51 (наприклад, на 5-клапанному двигуні робочим об'ємом 1,8 л потужністю 165 кВт).

Ручне керування кліматом в салоні автомобіля. Регулювання температури повітря в салоні автомобіля необхідне для досягнення комфортної температури у салоні за рахунок подачі частини холодного свіжого повітря через теплообмінник обігрівача де воно нагрівається (охолоджується). При цьому водію необхідно проводити суб'єктивне порівняння температур. Він визначає холодно або тепло в салоні. Залежно від результатів цієї оцінки водій приходить до рішення чи слід провести корегування температури; у якому напрямі; наскільки слід відрегулювати і кінець кінцем здійснює або не здійснює ручне регулювання (рис. 6.3).

У переносному розумінні водій тут виступає як керуючий орган, так і в якості виконавчого механізму, він пересуває температурну заслінку.

Автоматичне керування кліматом в салоні автомобіля. Автоматичне керування особливо необхідне для автомобілів, оснащених одночасно кондиціонером повітря і обігрівачем, оскільки постійний контроль і регулювання, що вимагається для підтримки температури створюваного клімату, ускладнюють задачу водію автомобіля. В центрі системи знаходиться ланцюг контролю температури в салоні. Блок керування безперервно контролює як заздалегідь задану температуру, так і всі зміни, які впливають на систему.

1- контур робочого тіла; 2- вентилятор; 3- потік свіжого повітря; 4- випаровував; 5- кондиціоноване повітря в салоні; 6- теплообмінник; 7- конденсатор.

Рисунок 6.3 – Схема ручного керування кліматом

в салоні автомобіля

Іншою функцією автоматичного керування є регулювання положення заслінок розподілу повітряного потоку відповідно до програми, яка вибрана водієм автомобіля.

Величина температури повітря, що подається, визначається за допомогою блоку управління і досягається за рахунок регулювань подачі охолоджуючої рідини або повітря через радіатор опалювача (рис. 6.4).

Для регулювання величини повітряного потоку використовується плавний або східчастий спосіб керування вентилятором. Умови роботи вентилятора пов'язані із збільшенням повітряного потоку, що викликається аеродинамічним тиском при високих швидкостях автомобіля. За допомогою спеціальної функції керування це можна компенсувати, реагуючи на підвищення швидкості руху автомобіля шляхом зменшення швидкості обертання вентилятора до нуля, а якщо потік буде і далі зростати, то за допомогою використовування обмежувальної заслінки для того, що дроселює потоку вхідного повітря.

1- датчик температури свіжого повітря; 2- датчик сонячного випромінювання; 3- датчик температури в передній панелі; 4- блок керування; 5- датчик температури в дефлекторі подачі повітря в зону ніг; 6- датчик повітря навколишнього середовища.

Рисунок 6.4 - Схема автоматичного керування

кліматом в салоні автомобіля

Керування розподілом повітря відповідно до трьох рівнів - дефлектор скла, верхня частина салону і зона ніг - можна здійснювати в ручну з попереднім вибором або за програмою. Особливо популярними стають кнопкові системи керування, за допомогою яких кожна кнопка забезпечує конкретну схему розподілу повітря для трьох рівнів.

Для того, щоб очистити вікна найшвидше, необхідно забезпечувати максимальні температурний режим і подачу повітря через дефлектори обдуву скла. Після холодного пуску двигуна взимку повітря з обігрівача подається тільки до дефлекторів скла.

Пристрої, опис яких приведений вище, використовуються як для легкових, так і для вантажних автомобілів. Для автобусів потрібні складніші схеми. Пасажирський салон підрозділяється на декілька контрольованих зон, в яких температура регулюється за допомогою електронно-керованих режимів роботи індивідуальних насосів подачі води.

Додаткові обігрівачі повітря в салоні автомобіля. На деяких автомобілях, як правило з великими об’ємами салону (автобуси) поряд з системами кондиціонування використовують додаткові пристрої, що виробляють тепло незалежно від роботи двигуна внутрішнього згорання. Паливо для таких пристроїв, які виробляють тепло без допомоги роботи двигуна, поступає або із стандартного паливного бака автомобіля, або із спеціального бака для транспортних засобів великих розмірів. Електричний насос подає паливо до форсунки, яка уприскує розпиляне паливо в камеру згоряє; розпиляне паливо змішується з повітрям і згоряє. Гарячі відпрацьовані гази потім прямують до теплообмінника.

Теплообмінник може функціонувати одним з двох способів: або за допомогою безпосереднього підігріву повітря салону, або за допомогою передачі тепла в систему охолоджування двигуна. В останньому випадку циркуляція підтримується окремим електричним насосом, що надає можливість використовування стандартного пристрою обігріву, що дозволяє підігрівати повітря в пасажирському салоні. Цей тип допоміжного підігріву охолоджуючої рідини двигуна також покращує характеристику холодного запуску в зимовий період.