Ви майже не помічаєте його, поки рівень вологості не різко зросте і вікна не запітніють. І тоді раптом єдиною вашою думкою стає прагнення прохолодного повітря. Однак машина, що відводить тепло з салону, є напрочуд складним танцем фізики та інженерії. То як працює кондиціонер в автомобілі?
Не магія. Це термодинаміка. Вона забезпечує водія прохолодою вже з кінця 1930-х років, задовго до того, як стала стандартною функцією кожного повсякденного автомобіля.
Цікава історія
Компанія Packard не лише винайшла автомобільний кондиціонер, а й сама концепцію кондиціювання повітря. Вона змусила галузь привернути до себе увагу. 1939 року вони представили цю систему. До 1940 року вони стали першим виробником, який запропонував її як заводську опцію. За сучасними мірками вона мала непривабливий вигляд. У ній був термостата регулювання температури. Ви могли або увімкнути її, або вимкнути. Але для водіїв, що задихалися у задушливих сталевих та скляних коробках, це стало одкровенням.
Ця технологія почала набирати популярності. Спершу повільно, а потім дуже швидко. До 1969 більше половини нових автомобілів сходили з конвеєра вже з вбудованим кондиціонером. Він перетворився з розкішної опції на базове очікування.
Приємна обстановка коштує грошей
Ця зручність має приховану ціну. Десятиліттями галузь покладалася на R-12, також відомий як CFC-12 або фреон. Це дуже ефективна речовина. Воно дуже стабільне. Однак це надає руйнівну дію на озоновий шар.
Хлорфторвуглеці (ХФУ) поглинають молекули озону із верхніх шарів атмосфери. Якщо шкода підтвердиться, буде застосовано відповідні нормативні акти. Виробництво R-12 було заборонено у Сполучених Штатах. Автомобілебудівникам довелося змінити напрямок.
Вони перейшли R-134a (HFC-134a). Він безпечніший для озонового шару та схвалений для використання у всіх автомобілях, випущених після 1996 року. Однак R-134a не є ідеальним рішенням. Це ще потужний парниковий газ.
Агентство з охорони навколишнього середовища (EPA) передбачало зміни. У 2012 році компанія розпочала поетапне впровадження нового холодоагенту R-1234yf (HFO-1234yf). Різниця очевидна. R-134a має потенціал глобального потепління (GWP) 1430. А R-1234yf? Його GWP складає лише 4.
До 2022 року 97% нових автомобілів США використовуватимуть R-1234yf. Перехід завершено. Галузь перейшла від хімікатів
Як відводиться тепло з боку високого тиску
Цикл не закінчується на компресорі. Це замкнутий контур, але з двома абсолютно різними характеристиками: високим та низьким тиском. Розуміння того, де проходить межа між ними, пояснює, чому кондиціонер дме холодним повітрям улітку, але при несправності може обмерзати взимку.
Почнемо з компресора. Він є серцем системи і приводиться в дію ременем, з’єднаним із колінчастим валом двигуна. Ви чуєте звук від двигуна? Це працює компресор. Він всмоктує холодоагент у вигляді газу низького тиску та нагнітає його. Проблема у тому, що компресор не переносить рідини. Він може стискати лише газ. Якщо рідина потрапить усередину, насос буде пошкоджено. Тому газ стискається, підвищує тиск і спрямовується в конденсатор.
Це призводить до конденсатора. Він розташований попереду, за ґратами радіатора. Він виглядає як радіатор, тому що насправді ним і є. Його завдання – відводити тепло. Холодоагент, що надходить від компресора, гарячий і знаходиться під високим тиском. Повітря, що проходить через ці вигнуті трубки, охолоджує його. Газ конденсується у рідину під високим тиском. Уявіть собі пару, що перетворюється назад у воду. Він гарячий, перебуває під тиском та готовий до подальшої роботи.
Перш ніж рідина перейде до наступної стадії, вона проходить через ресивер-осушувач. Цей накопичувач містить гранули осушувача. Чи знаєте ви ці маленькі пакетики “не їстівно”, які кладуть у коробки із взуттям? Та сама ідея. Вони поглинають вологу із системи. Волога – це ворог. Якщо вода залишиться в трубопроводах, під час падіння тиску вона замерзне у вигляді кристалів льоду. Ці кристали можуть засмічити клапани та пошкодити метал. Ресивер-осушувач підтримує сухість системи.
Падіння тиску: від високого до низького
Рідина досягає терморегулюючого вентиля (ТРВ). Це точка неповернення. Система переходить від високого тиску до сторони низького тиску. Якщо ви торкнетеся цього трубопроводу, то відчуєте різку зміну температури. Миттєвий перехід від гарячого до холодного.
Рідина під високим тиском проходить через ТРВ. Цей клапан обмежує потік і дозволяє розширюватися холодоагенту. Тиск падає. Рідина тепер перебуває в переохолодженому стані при низькому тиску. Цей клапан реагує на тиск і регулює потік підтримки стабільності. Рухливі частини зношуються. Якщо вони вийдуть із ладу, кондиціонер перестане працювати.
Не у всіх автомобілях використовується ТРВ. У деяких застосовуються капілярні трубки (рідинні трубки). Це простий отвір фіксованого розміру. У ньому немає рухливих елементів. Він забезпечує постійну швидкість потоку холодоагенту. Які недоліки? Згодом він засмічується сміттям. Системи, що оснащені капілярними трубками, не дозволяють плавно регулювати потік. Охолодження контролюється включенням та вимкненням компресора. Це менш ефективно, але дешевше у виробництві.
Випарник: місце, де відбувається магія
Компресор, конденсатор та клапани знаходяться в моторному відсіку, а випарник прихований у салоні. Зазвичай, він розташований над простором для ніг пасажира. Він виглядає як маленький радіатор. Але не відводить тепло, а поглинає його.
Рідкий холодоагент низького тиску надходить у трубки. В ідеалі температура становить близько 32°F (0°C). Ось чому так важливо виключати вологу із системи. Температура кипіння холодоагенту дуже низька. Тепла в салоні достатньо, щоб змусити його закипіти. Він переходить із рідкого стану в газоподібний. Для фазового переходу потрібна енергія. Він відбирає тепло з повітря, що проходить через ребра.
Вентилятор проштовхує повітря через холодні трубки. Повітря на виході стає холодним. Газ, що забирає тепло, залишає випарник. Він повертається до компресора, щоб знову почати цикл.
Якщо у вашому автомобілі використовується капілярна трубка, між випарником і компресором знаходиться акумулятор-накопичувач. Чому? Тому що капілярна трубка може подати дуже багато холодоагенту у випарник. Не все випаровується. Компресор не може працювати з рідиною. Акумулятор вловлює надлишки рідини. Він гарантує, що до компресора надходить лише газ.
Випарник також може осушувати повітря у салоні. Вологість повітря конденсується на холодних трубках. Пил та пилок також затримуються. Ви помічаєте краплі води під машиною після паркування? Це конденсат. Це нормально. Це означає, що кондиціонер виконує свою роботу.
Чому ламаються автомобільні кондиціонери і що змінилося
Можливо, ви ставите питання, чому ваш кондиціонер не дме холодним повітрям. Зазвичай це витік холодоагенту. За даними Repair Pal, це найпоширеніша причина. Витіки виникають у прокладках, шлангах та сполучних елементах. Охолодження припиняється, коли тиск падає.
Сама система також розвивається. У старих автомобілях використовується холодоагент R-12, також відомий як CFC-12 або фреон. Він працює дуже добре. Але він руйнує озоновий прошарок. У Сполучених Штатах його виробництво було заборонено. Це не лише американська, а й глобальна проблема.
Починаючи з 1996 року, все нові автомобілі США використовують R-134a (HFC-134a). Він не руйнує озонового шару. Хоча він і є парниковим газом, він не є агентом, що руйнує озоновий шар. Якщо ви ремонтуєте автомобіль до 1996 року, слід бути обережним під час утилізації R-12. Його просто не можна додавати. Устаткування відрізняється. Тиск інший.
Основні компоненти – компресор, конденсатор та випарник – залишилися незмінними. Змінилася рідина. Змінились правила. Але не у фізиці.
Чи варто ремонтувати? Це залежить від ситуації із витоком. Дрібні витоки коштують недорого. Великі компоненти, такі як конденсатори та випарники, можуть коштувати дорожче, ніж автомобіль. Але розуміння циклу допоможе вам діагностувати проблему перед тим, як ви заплатите механіку. Перевірте ремінь. Переконайтеся, що компресор працює. Відчуйте повітря, що виходить із дефлекторів. Якщо вона тепла, щось не так.
Ця система сильна, але не вічна. Компресор зазнає навантаження. Конденсатор ударяється об дорожнє сміття. Випарник засмічується пилком. Обслуговуйте систему. Замінюйте салонний фільтр. Він підтримує чистоту повітряного потоку, не впливаючи на холодоагент. Якщо повітря пахне вогкістю, вам потрібно очистити серцевину випарника.
Є причина, через яку у сучасних автомобілях є двозонний клімат-контроль. Випарник відповідає за охолодження
