Как работает клапан кондиционера автомобиля

Как работает автомобильный кондиционер?

Благоприятный климат в автомобиле влияет на самочувствие водителя, его концентрацию на управлении ТС. Зимой и в условиях повышенной влажности кондиционер сушит воздух в салоне, препятствуя запотеванию стекол. Давайте изучим принцип работы и устройство автомобильного кондиционера. Рассмотрим частые неисправности и их признаки.

Как генерируется прохлада в салоне?

Принцип действия кондиционера использует свойство газов поглощать тепло при изменении агрегатного состояния. Проще всего действие физических законов будет объяснить на примере воды. При температуре 100°С вода начинает кипеть и с увеличением теплового воздействия температура воды не возрастет, так как избыток тепла отводится в виде пара. В автомобильных системах кондиционирования используется газ с низкой точкой кипения (-26,5°С для R134а). При такой температуре газ закипает, поглощая тепло расположенных вблизи элементов. В автомобиле этим элементом является испаритель, который при закипании в нем газа охлаждается, поглощая тепло проходящего через него воздушного потока.

В автомобильных установках до середины 1990-х в качестве хладагента использовался газ R132. Из-за сильного негативного влияния на озоновый слой планеты, на законодательном уровне R132 был заменен на R134а. Такой тип хладагента используется на большинстве современных авто, но и он постепенно вытесняется еще более безопасным для экологии R1234yf.

Схематическое устройство

На схеме изображено устройство простейшего автомобильного кондиционера, который включает в себя:

• компрессор. Необходим для создания давления фреона в системе, благодаря которому газ нагревается, преодолевая точку кипения;
• конденсатор. Охлаждает сжатый фреон для поддержания его температурного баланса;
• осушитель. Размещенный внутри осушителя силикагель поглощает влагу, препятствуя корродированию металлических элементов системы;
• расширительный клапан либо терморегулирующий вентиль (ТРВ). Дозирует количество газа, проходящее из контура высокого давления к испарителю;
• испаритель. Расположен непосредственно после вентилятора отопителя салона. В нем газ выкипает, поглощая тепло стенок испарителя.

Во всех современных системах присутствует датчик высокого и низкого давления (очень часто совмещен в одном корпусе).

Принцип действия автокондиционера

Чтобы понять принцип работы автомобильного кондиционера, рассмотрим очередность изменения агрегатного состояния хладагента.

1. Фреон из контура низкого давления в газообразном состоянии засасывается компрессором.
2. Внутри компрессора хладагент сжимается, вследствие чего повышается его температура – газ переходит в жидкую фазу.
3. Разогретый от сжатия фреон через контур высокого давления направляется к конденсатору. Конденсер предназначен для рассеивания избыточного тепла от хладагента. Охлаждение сжимаемого фреона препятствует образованию избыточного давления.
4. Охлажденный фреон в жидкой фазе направляется к осушителю. После прохождения через резервуар с влагопоглощающим наполнителем (силикагель) из фреона удаляется влага. Также в осушителе расположен фильтрующий элемент, улавливающий продукты износа компрессора (стружку, тефлон) и прочий сор, циркулирующий в магистрали.
5. Очищенный фреон под высоким давлением и с высокой температурой подводится к дросселю или расширительному клапану (зависит от типа конструкции).
6. Проходя через дроссель/расширительный клапан, газ попадает в испаритель. Из-за резкого снижения давления в системе газ возвращается в состояние термодинамического равновесия и испаряется. Иными словами, после принудительного сжатия и повышения вследствие этого температуры, мы позволили ему испариться. Поскольку точка кипения фреона R134a -26,5°С, при испарении газ активно поглощает тепло при контакте со стенками испарителя.
7. Нагнетаемый вентилятором отопителя воздух проходит через охлажденный испаритель.

Из описания принципа работы видно: все виды кондиционеров автомобилей не генерирует холод, а лишь поглощает тепло воздушного потока от вентилятора печки.

Устройство компрессора кондиционера

По внутреннему устройству различают несколько типов компрессоров:

• поршневые. Чаще всего встречаются аксиально-поршневые нагнетатели с вращающимся наклонным диском. Качающаяся шайба на оси компрессора двигает поршни, нагнетающие газообразный хладагент из зоны низкого давления в магистраль высокого давления;

• вихревые (спиральные) нагнетатели. Используются преимущество в системах, где нужно охлаждать салон большого объема (к примеру, автобусные);
• роторно-лопастные.

Немаловажно и различие компрессоров по способу регулировки нагрузки. До сих пор на большинстве автомобилей установлены компрессоры с электромагнитной муфтой, которая при срабатывании замыкает шкив и ось компрессора. В такой системе сервисный ремень двигателя постоянно вращает шкив, посаженный на вал компрессора через подшипник. Муфта при этом жестко соединена с валом и при подаче напряжения на обмотку муфты возникает явление электромагнитной индукции, заставляющее подпружиненный диск со ступицей прижаться к шкиву. Сила трения заставляет их вращаться вместе.

На более современных системах применяется комбинированный способ регулировки нагрузки. Помимо электромагнитной муфты, в конструкцию компрессора включен клапан, регулирующий количество хладагента, засасываемого нагнетателем.

Чем отличается кондиционер от климат-контроля в автомобиле?

Главное отличие климат-контроля в автоматическом управлении температурой поступающего в салон воздуха. Если в автомобиле отсутствует климат-контроль, водитель вручную выбирает температуру приточного воздуха, скорость вращения вентилятора и направление обдува.

В системе с климат-контролем в салоне установлены ряд дополнительных датчиков, которые измеряют фактическую температуру в салоне. Сигналы с датчиков посылаются в блок управления климат-контролем. ЭБУ постоянно сравнивает фактическую и желаемую водителем температуру в салоне и для выравнивания параметров блок управляет скоростью вращения вентилятора отопителя, компрессором кондиционера, сервоприводами заслонок воздушных потоков.

Видео:Устройство, принцип работы и ремонт автокондиционера по технологии производителя.

Основные неисправности кондиционера и их признаки

1. Утечка хладагента. Фреон характеризуется высокой летучестью, а поэтому постепенно выветривается из системы при малейшей утечке. Даже на герметичной системе кондиционер нуждается в перезаправке каждые 3-5 лет. Чаще всего утечка возникает при повреждении сот конденсатора, от естественной потери эластичности резиновых уплотнений (колечки на трубках, обжимка шлангов, сальник вала компрессора).
2. Обрыв муфты включения конденсатора. Нормальное сопротивление исправной обмотки – 4-6 Ом.
3. Неисправность проводки, реле кондиционера. Чаще всего встречается банальное перегорание предохранителя и образование окислов на контактах.
4. Засорение конденсатора. Главный признак неисправности – низкая производительность компрессора, повышенное давление в контуре высокого давления.
5. Неисправность выключателя по высокому/низкому давлению в системе. Во всех современных системах применяется комбинированный датчик давления. Благодаря ШИМ-сигналу блок управления постоянно отслеживает фактическое давление в системе.
6. Засорение испарителя. Через забитый испаритель в салон попадает меньший объем воздуха. Естественно, холодом из дефлекторов дуть кондиционер не будет.
7. Залипание терморегулирующего вентиля.
8. Выход из строя комперссора. Случается по причине естественного износа либо работы без масла.

Часто компрессор не включается после долгого простоя. Поэтом, если вы задаетесь вопросом, можно ли включать кондиционер в машине зимой, ответ однозначно утвердительный. Периодическое включение позволяет разогнать масло по системе, смазать элементы компрессора. Общеизвестен факт, что кондиционер сушит воздух, а поэтому зимой помогает избежать запотевания стекол.

Не холодит: типичные поломки кондиционера, и что с ними делать

Не так давно я рассказал, как появились кондиционеры в автомобиле. Далеко не сразу инженеры смогли скомпоновать все компоненты системы таким образом, чтобы система была компактной, производительной и удобной в работе. Но схема, придуманная добрых 70 лет назад, пока держится. И неплохо справляется работой – если, конечно, она работает. В стационарных устройствах, вроде бытовых холодильников, и тем более промышленных, особенных проблем с ресурсом нет, система работает десятки лет без перерыва в импульсном режиме. Но в машине почему-то уже после трех-четырех лет службы начинаются сложности, падает производительность, и, как показывает практика, ремонт оказывается дорогим. Почему так происходит, и как снизить издержки?

Как это работает?

Схема работы любого кондиционера очень проста, посмотрите на картинку:

C хема может немного различаться в зависимости от того, применяется ли терморегулирующий вентиль (ТРВ) или же просто дросселирующая вставка, но отличия минимальны.

Компрессор с электромагнитной муфтой на большинстве автомобилей приводится от двигателя ремнем. На гибридах и электромобилях он может иметь привод от электродвигателя. Конструкция этого узла может быть достаточно разнообразной. Задача компрессора – сжимать газ, при этом он разогревается.

– это наш «радиатор кондиционера», который расположен перед основным радиатором двигателя. Это просто большой радиатор, но работающий под большим давлением. Разогретый и сжатый газ поступает в конденсатор, охлаждается и выходит уже в виде жидкости.

Ещё в схеме встречается фильтр-осушитель, в нем находится некоторое количество влагопоглощающего состава – например, цеолит ХН-9. Эта деталь является расходным материалом, ее требуется менять по регламенту раз в 5-6 лет. В фильтре задерживается влага, которая способствует коррозии, а заодно и механические загрязнения.

– это небольшой радиатор, в котором фреон испаряется и отбирает тепло у воздуха. Располагается он непосредственно в корпусе системы климат-контроля автомобиля.

В системах с терморегулирующим клапаном (ТРВ) последний часто выполнен отдельным элементом, но может быть конструктивно неотделим от испарителя. В корпусе ТРВ жидкий фреон проходит через миниатюрное отверстие. Проходное сечение и давление в контуре регулируются иглой. В действие она приводится от небольшого термостата, в котором в качестве рабочего тела обычно используется газ R 12, хотя привод может быть и электрическим, и механическим. Клапан регулирует поток жидкости и, следовательно, хладопроизводительность системы.

Можно поступить проще – поставить дросселирующую вставку. Это просто клапан с отверстием постоянного диаметра. Но тогда для нормальной работы системы придется циклически включать и выключать компрессор и использовать аккумулятор жидкости после испарителя. Но КПД такой системы будет немного выше, примерно на 10%. И потому именно ее используют в бытовой технике и в гибридах. В автомобилях она тоже встречается все чаще.

– это узел, который доиспаряет хладагент и препятствует попаданию в компрессор фреона в жидкой фазе. А датчик в нем регулирует хладопроизводительность системы. В него также встроены осушитель и фильтр, так что в системе с аккумулятором отдельный фильтр-осушитель обычно не используется.

Остальные компоненты системы – это трубки. Их количество обычно колеблется между шестью и дюжиной. Также в систему входят один-два датчика для определения давления у систем с ТРВ и как минимум два для систем с аккумулятором и дросселирующей вставкой.

Управляющая электроника обязательно нужна в системах с дросселирующей вставкой для эффективной работы, но фактически применяется даже на системах с ТРВ для предохранительных функций и более удобного управления системой.

Поломка первая: утечка

В большинстве случаев поломка кондиционера ассоциируется с утечкой фреона. На практике потеря рабочей жидкости – действительно самая частая неисправность системы. Причин может быть много: механические повреждения трубок, конденсатора, корпуса фильтра-осушителя или просто нарушение соединений. Даже совершенно исправная система не рассчитана на эксплуатацию без дозаправки газом более 5-7 лет. При таком количестве быстроразъемных соединений это попросту неизбежное зло.

Запаять все трубки наглухо мешают особенности конструкций автомобилей. Так, на многих моделях снятие пакета радиаторов – обязательная процедура при регламентных работах по замене ремня или цепей ГРМ, доступе к турбинам, помпам и другому навесному оборудованию спереди.

Механические повреждения от вибраций, ударов камней или попросту перетираний тоже встречаются регулярно. Объясняется это легко: большая часть системы расположена открыто в моторном отсеке и ничем не защищена от пыли и грязи, рядом работает вибрирующий мотор, машина ездит по ямам, испытывая знакопеременные ускорения. Да еще и камни летят в радиаторы с хорошей скоростью. Неудивительно, что «чистая» утечка встречается не так уж редко, и это действительно одна из основных причин отказа системы.

Диагностируются утечки достаточно хорошо. Если проблема не выявлена при визуальном осмотре, то вакуум-тест покажет наличие течи, и зачастую место утечки можно будет определить на слух. Если же нет, то заправка системы хладагентом с краской или УФ-компонентом поможет выявить проблему.

К сожалению, иногда встречаются случаи действительно медленной утечки, возникающей только при рабочей разнице температур и длящейся неделями. С такой течью уже ездить не будешь, заправлять придется слишком часто, и найти простыми способами ее может быть очень сложно. В этом случае в ход идут варианты, как при диагностике «наобум». Мастера начинают менять компоненты последовательно. Чаще всего виновниками утечек являются или конструктивно слабые места системы, что не редкость у автомобиля, либо просто утечки трубок в передней части или с конденсатора, как наиболее крупной и уязвимой детали.

Перегрев и аварийный сброс

В системе есть множество предохранительных систем. Например, датчики давления отключат компрессор при превышении рабочей температуры, а если давление все равно растет, аварийный клапан сброса в компрессоре или фильтре выбросит фреон при аварийном превышении. И это правильно: соединения всех трубопроводов рассчитаны на работу до определенного давления и дальше просто начинают пропускать газ наружу.

Причина повышения давления в контуре до аварийного обычно проста: это перегрев. Реже давление набирается компрессором до аварийного предела. Виноваты в этом могут быть как остановки вентилятора радиаторов, так и повышенная теплопередача от вентилятора системы охлаждения, неправильно выбранный газ или его объем, поломка ТРВ или дросселирующей вставки или забитый осушитель или аккумулятор. Ну и наконец, возможен перегрев самого компрессора.

Таким образом, отсутствие газа в системе может говорить не только о механическом повреждении контура, но и о проблемах в его работе, в результате которых произошел перегрев и аварийный сброс давления. И потому при каждой заправке кондиционера обязательно контролируйте чистоту всего пакета радиаторов, работоспособность всех вентиляторов во всех режимах, особенно на максимальной производительности, а также работу датчиков давления системы.

Неисправность компрессора

Даже при наличии газа в системе кондиционер может не охлаждать воздух и не развивать нужного давления. Причин не так уж много. Наиболее частая проблема – это разрушение самого компрессора.

На большинстве машин он поршневой аксиальный, но встречаются и рядные, и роторно-поршневые конструкции. В любом случае, в механической его части встречаются такие проблемы как задиры, прихваты, разрушения шатунов и других механических узлов. Бывает, что заклинивают или текут клапаны, штуцеры и даже соединения корпуса.

Если компрессор разрушен, он поставляет в систему много мусора, часто это повреждает еще один узел.

К счастью, самой распространенной проблемой всех компрессоров является банальный отказ электромагнитной муфты, в которой порой подгорает и изнашивается простенькое «сцепление», а электромагнит сгорает. Также муфта часто выходит из строя по вине подшипника.

Наиболее простые внешние конструкции легко меняются на месте, даже без снятия компрессора с машины. Более сложные конструкции со встроенной герметичной муфтой надежнее, но для замены неисправных элементов потребуют серьезной переборки самого компрессора.

Замена опорного подшипника муфты также зачастую потребует применения пресса, и ее не получится выполнить, не снимая сам компрессор с машины. Впрочем, иногда достаточно подрегулировать зазор или удалить грязь из муфты, и узел восстанавливает работоспособность.

К поломкам чаще всего приводит или длительный перегрев и перегрузка системы при отключенных предохранительных датчиках, или недостаток или неправильно выбранный тип смазки и попадание продуктов разрушения фильтра-осушителя в поршневую группу компрессора.

Неисправности терморегулирующего вентиля и дросселирующей вставки

Об этих деталях слишком часто забывают, но, тем не менее, это одни из самых тонких узлов всей конструкции. Их задача – создать перепад давления в системе и спровоцировать испарение хладагента.

Основная проблема в том, что это очень тонкие устройства. Отверстия очень маленькие, а у ТРВ его пропускная способность еще и регулируется иглой. Мусор забивает эти отверстия и нарушает работу системы. При вакуумировании перед заправкой система может очиститься, но вероятность этого невелика. Повышенное сопротивление ТРВ и дросселирующей вставки приводит либо к полной неработоспособности системы, либо к очень низкой ее производительности. Часто компрессор просто не может прокачать фреон, и происходит скачок давления с последующей его утечкой.

Системы с ТРВ устроены несколько проще, поскольку работают в постоянном режиме и с полным испарением хладагента перед испарителем, а системы с аккумулятором и дросселирующей вставкой имеют более простую механическую часть. Но при этом требуют контроля работы компрессора с помощью электроники, благодаря чему их испаритель «затопленного типа» примерно на 10% более эффективен, чем обычный. Но есть и еще один нюанс. Аккумулятор должен препятствовать попаданию хладагента в жидкой фазе снова в насос, иначе он выйдет из строя в результате гидроудара. И при непрогретом моторе или при включении зимой появляется шанс загубить компрессор еще и таким способом.

Приводить к неработоспособности системы могут и сбои в работе электронной системы регулирования.

Неисправности системы управления

Собственно, электроника и электрика машины не так уж редко являются причиной неработоспособности системы. Список возможных неисправностей довольно большой, но все сводится к нескольким критичным: неисправность системы подачи питания на муфту кондиционера, неисправность системы регулирования работы электровентиляторов радиаторов и, наконец, некорректная работа системы датчиков-предохранителей.

Как определить самостоятельно, что не работает

Если при включении вы не слышите характерного звука и нет изменения оборотов двигателя, то проверьте наличие фреона. Можно «неправильным» способом, просто нажав на клапан заправочной горловины, хотя этот метод не даёт возможность оценить количество фреона. Зато он работает и при отключенном компрессоре. Если «пшик» есть, то вы потратили немного фреона, но убедились, что контур под давлением. Количество фреона можно оценить либо по рабочему давлению, либо при работающем компрессоре через «глазок». Если давления нет совсем, то вам придётся ехать к мастеру, проверять трубки и радиатор.

Второй на очереди стоит электрика. Проверьте провода на датчики давления, они расположены на радиаторе кондиционера, а в случае системы с аккумулятором – еще и на нем. Они должны быть целы. Проверьте предохранители муфты кондиционера и системы климат-контроля и вентиляторов радиатора. Визуально попробуйте оценить работоспособность муфты, если есть возможность. Проверьте наличие ремня на шкиве кондиционера.

Если компрессор включается, но холода нет, то полезно определить количество фреона. Обычно на трубках есть глазок для визуальной оценки состояния контура. Если при включении сначала проходят пузырьки, а потом их почти не остается, значит, компрессор качает, и фреона достаточно. Проблема кроется либо в клапане ТРВ, либо в работе конденсатора и вентиляторов. Если пузырьки идут постоянно, то есть беда с количеством фреона, нужно просто дозаправить систему. Если в глазке просто белая взвесь, то фреона почти нет, нужно срочно выключить систему и дозаправить ее.

Можно для гарантии потрогать трубки рукой. Магистраль низкого давления к компрессору должна быть холодной. Если она ледяная, а в салоне жарко, то что-то не так с системой смешения потоков воздуха, или испаритель просто забит грязью снаружи. Трубка высокого давления на радиатор кондиционера должна быть горячей. Это означает, что компрессор работает, хотя бы частично.

Собственно, дальше без манометра и специальной заправочной станции сделать что-то не получится. Если компрессор слабо качает, фреона немного, но есть, или если система регулирования работает некорректно, то придется диагностировать систему у специалиста. И помните: не бывает неремонтируемых узлов, трубки сваривают даже алюминиевые, радиаторы чинят и меняют, компрессоры стоят не миллионы.