Автомобильные кондиционеры
Мощность автомобильного кондиционера по холоду — обычно 3–6 кВт у легковых машин; компрессор отбирает от двигателя 2–5 кВт механической мощности.
Содержание
Микроклимат в салоне автомобиля оказывает огромное влияние на состояние водителя и пассажиров. Наиболее благоприятная температура воздуха в салоне автомобиля составляет 18–25 °C, 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. Немаловажное значение 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. Пока ни один серийный отечественный автомобиль не оснащен системой кондиционирования воздуха, хотя последние модели автомобилей семейства ВАЗ и ГАЗ предполагают установку кондиционеров, для чего у них даже предусмотрены места для монтажа узлов кондиционеров.
Автомобильный кондиционер представляет собой замкнутую герметичную систему, в которой принудительная циркуляция хладагента обеспечивает отвод тепла из салона автомобиля. При этом работа кондиционера возможна только при работающем двигателе автомобиля, так как привод компрессора осуществляется клиновым приводным ремнем от коленчатого вала двигателя через электромагнитную муфту. При подаче напряжения на ее обмотку ведомый диск и шкив вращаются синхронно, приводя в движение вал компрессора.
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. 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. 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. Ресивер-осушитель может снабжаться смотровым окном для контроля за количеством хладагента в системе.
Распределительный клапан (терморегулирующий вентиль) регулирует количество хладагента, поступающего в испаритель. 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 расширительного 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.
Мощность и расход топлива
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Холодопроизводительность | 3–6 кВт (легковые), до 30 кВт (автобусы) |
| Отбор мощности двигателя | 2–5 кВт |
| Рост расхода топлива | 0,5–1,5 л/100 км в городе |
Как заправить систему нужной массой хладагента — в статье заправка кондиционера в автомобиле.
Из чего складывается тепловая нагрузка на автокондиционер
Тепловая нагрузка на автокондиционер складывается из четырёх частей: солнечной радиации через стёкла, теплопередачи через крышу и кузов, тепла от людей и тепла наружного воздуха, который подаёт вентилятор. В жаркий день у легкового автомобиля это 3–5 кВт, и именно на такую нагрузку рассчитана холодопроизводительность 3–6 кВт.
| Источник | Расчёт | Мощность, кВт |
|---|---|---|
| Солнце через стёкла | 2,5 м² × 700 Вт/м² × 0,6 (пропускание и угол) | 1,0–1,2 |
| Теплопередача через кузов и крышу | 10 м² × 3 Вт/(м²·К) × 10 K | 0,3 |
| Люди | 4 × 100 Вт (явное и скрытое тепло) | 0,4 |
| Наружный воздух от вентилятора | 250 м³/ч × 1,15 кг/м³ × 1,0 кДж/(кг·К) × 10 K / 3600, плюс осушение | 0,8–1,5 |
| Охлаждение нагретого на стоянке салона | пластик и обивка от +60 °C | 0,5–1,0 первые минуты |
| Итого | 3–5 |
Сильнее всего нагрузку меняет режим рециркуляции: с ним строка «наружный воздух» почти исчезает, и салон охлаждается в полтора-два раза быстрее — подробнее в статье рециркуляция воздуха в автомобиле. Как влажность воздуха увеличивает нагрузку на осушение — в статье влажность воздуха.
Сколько мощности отбирает компрессор кондиционера у двигателя?
Компрессор кондиционера отбирает у двигателя 2–5 кВт (3–7 л. с.) при полной нагрузке: холодильный коэффициент автокондиционера равен 2–3, то есть на 1 кВт механической мощности приходится 2–3 кВт холода, а остальное теряется в ремне, муфте и на трение. На холостых оборотах отбор меньше, около 1–1,5 кВт, поэтому двигатель заметно «проседает» при включении муфты и блок управления поднимает обороты холостого хода на 100–200 об/мин.
Nкомп = Qхол / COP = 4,5 кВт / 2,5 ≈ 1,8 кВт на валу + потери ≈ 2–2,5 кВт
Холодопроизводительность самого компрессора считают через его рабочий объём: Q = Vh · n · λ · ρ · Δh, где Vh — объём за оборот (120–170 см³ у легковых), n — обороты, λ — коэффициент подачи (0,6–0,8), ρ — плотность пара на всасывании (около 15 кг/м³ при 3 бар), Δh — холодильный эффект (около 150 кДж/кг для R134a).
Q = 150 см³ · 1500 об/мин · 0,7 · 15 кг/м³ · 150 кДж/кг ≈ 5,9 кВт при 1500 об/мин компрессора
| Обороты компрессора, об/мин | Холод, кВт | Мощность на валу, кВт |
|---|---|---|
| 800 (холостой ход) | 3,0 | 1,2 |
| 1500 | 5,9 | 2,2 |
| 2500 | 8,5 (ограничено конденсатором) | 3,5 |
| 4000 | регулируется до 5–6 | 2,5–3 |
Выше 2500 об/мин производительность упирается в конденсатор, а компрессоры с переменным рабочим объёмом сами уменьшают подачу — как это происходит, описано в статье саморегулирующийся компрессор. Типы компрессоров и их объёмы — в статье компрессор автомобильного кондиционера.
Сколько топлива расходует кондиционер в автомобиле
Кондиционер в автомобиле увеличивает расход топлива на 0,5–1,5 л на 100 км в городе и на 0,3–0,7 л на трассе: 2–3 кВт механической мощности при КПД двигателя 25–30 % требуют 0,8–1,2 л бензина в час. В городе при средней скорости 25 км/ч это и даёт около 1 л на 100 км; на трассе при 90 км/ч та же литр-в-час размазывается на большее расстояние. У электромобиля кондиционер отнимает 5–15 % запаса хода.
| Режим | Доля времени работы компрессора | Прибавка расхода |
|---|---|---|
| Город, +30 °C, рециркуляция | 50–70 % | 0,7–1,2 л/100 км |
| Город, +30 °C, наружный воздух | 80–100 % | 1,0–1,5 л/100 км |
| Трасса 90 км/ч, +30 °C | 40–60 % | 0,3–0,6 л/100 км |
| Весна-осень, осушение стёкол | 20–30 % | 0,2–0,4 л/100 км |
| Электромобиль, +30 °C | — | 5–15 % запаса хода |
Почему кондиционера не хватает в жару и на холостых?
Кондиционера не хватает в жару по двум причинам: нагрузка на салон растёт быстрее, чем производительность, а при +35…+40 °C давление конденсации поднимается до 18–22 бар, и компрессор уже не может сжать столько пара. На холостых добавляется третья: компрессор крутится в два-три раза медленнее, а вентилятор конденсатора не заменяет встречного потока воздуха. Поэтому в пробке температура из дефлекторов поднимается с 5–8 до 10–14 °C, а на ходу возвращается в норму.
| Причина | Потеря холода | Что делать |
|---|---|---|
| Грязный конденсатор (пух, насекомые) | 20–40 % | промыть снаружи водой под слабым напором |
| Недозаправка на 100–150 г | 15–30 % | найти утечку, заправить по массе |
| Забитый салонный фильтр | 10–20 % | заменить, обычно раз в год |
| Не работает вентилятор конденсатора | до 50 % на холостых | проверить реле, датчик давления |
| Нагретый на стоянке салон | первые 5 минут | рециркуляция, открыть окна на минуту |
Как по давлениям понять, какая из причин сработала, — в статье поиск неисправностей кондиционера по давлению; признаки нормальной работы — в статье как проверить кондиционер в машине.
Мощность кондиционера по типам автомобилей
Мощность автомобильного кондиционера растёт с объёмом салона и площадью остекления: у малолитражки 2,5–3,5 кВт, у седана 3,5–5, у минивэна с задним испарителем 6–8, у магистрального тягача 4–6 кВт на кабину, у автобуса 12–30 кВт с крышным блоком и отдельным компрессором от двигателя.
| Автомобиль | Холод, кВт | Компрессор, см³/об |
|---|---|---|
| Малолитражка | 2,5–3,5 | 100–130 |
| Седан, кроссовер | 3,5–5,5 | 130–170 |
| Минивэн, двухзонный климат | 6–8 | 160–200 или два испарителя |
| Кабина грузовика | 4–6 | 130–170 |
| Автобус | 12–30 | отдельный компрессор 400–600 |
Тот же холодильный цикл в промышленном масштабе работает в чиллерах для охлаждения воды — подбор чиллера онлайн.
Для сравнения масштабов: автокондиционер даёт 4–6 кВт холода, а промышленный чиллер 380 кВт — в 60–90 раз больше; мощность у обоих считается одинаково — по теплу, отводимому от охлаждаемой среды.
Частые вопросы
Какая мощность автомобильного кондиционера?
3–6 кВт холода у легковых машин: малолитражка 2,5–3,5 кВт, седан и кроссовер 3,5–5,5, минивэн с задним испарителем 6–8. У автобусов с крышным блоком — 12–30 кВт. Такая мощность покрывает нагрузку салона в жару: солнце через стёкла, кузов, люди и наружный воздух дают вместе 3–5 кВт.
Насколько кондиционер увеличивает расход топлива?
В городе обычно на 0,5–1,5 л на 100 км, на трассе — на 0,3–0,7 л. Компрессор отбирает 2–3 кВт, и при КПД двигателя 25–30 % это около 1 л бензина в час; в пробке при малой скорости литр в час и превращается в литр на 100 км. У электромобиля кондиционер отнимает 5–15 % запаса хода.
Сколько лошадиных сил отбирает кондиционер?
При полной нагрузке 3–7 л. с. (2–5 кВт), на холостых 1,5–2 л. с. Для двигателя 100–150 л. с. это 3–5 % мощности, которые заметны при разгоне, поэтому многие блоки управления на секунды отключают муфту компрессора при полном газе.
Можно ли увеличить мощность автокондиционера?
Штатную мощность увеличить нельзя — она задана объёмом компрессора и площадью конденсатора. Вернуть потерянную мощность можно: промыть конденсатор, заменить салонный фильтр, заправить точную массу хладагента и проверить вентилятор конденсатора; вместе это даёт до 30–40 % холода, которые система теряет с возрастом.
Почему на холостых оборотах кондиционер дует теплее?
На холостых компрессор вращается в 2–3 раза медленнее и даёт вдвое меньше холода, а конденсатор без встречного потока охлаждается только вентилятором. Температура из дефлекторов поднимается с 5–8 до 10–14 °C и возвращается в норму на ходу; если на ходу тоже тепло, причина в заправке или конденсаторе.
Читайте также