Система управления климатом в салоне автомобиля>

В настоящее время все автомобили оборудуются специальными устройствами, обеспечивающими в салоне благоприятный, для водителя и пассажиров, микроклимат. Современная система управления климатом в салоне автомобиля, создает «погоду» в салоне автомобиля и представляет собой электронный комплекс, управляющий работой обогревателя, вентилятора, кондиционера и системы подачи и распределения воздуха.

Требования к управлению климатом

Система управления климатом в салоне легковых и грузовых автомобилей должна выполнять множество функций. В первую очередь, она должна создавать приятный кли­мат для всех пассажиров. Для этого в салон подается охлажденный или подогретый воздух (в зависимости от температуры наружного воз­духа) для удовлетворения психологических по­требностей пассажиров. Еще одна функция си­стемы управления климатом — защита салона от неприятных запахов и вредных веществ.

Система управления климатом также вы­полняет функцию, имеющую отношение к без­опасности (должны соблюдаться требования законодательств разных стран) — предотвра­щение запотевания и обледенения ветрового и боковых стекол.

Требования к комфорту и, соответственно, функциям системы управления климатом обычно растут с повышением категории ав­томобиля. Необходимо также учитывать регио­нальные требования к системам управления климатом. Например, в Европе предпочитают автомобили с более комфортной работой климат-контроля, а в США предпочтителен ощутимый поток холодного воздуха.

Конструкция и принцип работы кондиционера

Забор воздуха

Кондиционер устанавливается так, чтобы быть невидимым для пассажиров, под панелью при­боров. Наружный воздух обычно всасывается в основании ветрового стекла (рис. «Управление климатом в салоне автомобиля» ). Дождевая вода и снег удаляются по пути в кондиционер. Наружный воздух всасывается радиальным вентилятором и подается по трубопроводу через отверстие в перегородке моторного отсека. Имеется также возможность рецир­куляции воздуха через второй тракт впуска. Соотношение свежего и рециркулируемого воздуха регулируется заслонками.

Свежий воздух необходим для обеспечения пассажиров кислородом. В режиме рецирку­ляции салон защищается от неприятных за­пахов и загрязнений. Кроме того, в режиме рециркуляции значительно сокращается энер­гопотребление, так как воздух не требуется подогревать или охлаждать, как в режимах обогрева и охлаждения салона. Однако иногда для предотвращения запотевания стекол из-за конденсации пара используется холодный и, следовательно, сухой свежий воздух.

Очистка воздуха

Для очистки воздуха используются высокоэф­фективные, предпочтительно прямоугольной формы, фильтрующие элементы, устанавли­ваемые перед и за вентилятором кондицио­нера. Фильтрующий элемент, в основном, рас­полагается таким образом, чтобы фильтровать не только наружный, но и рециркулируемый воздух. Фильтрующий элемент имеет огра­ниченную задерживающую способность и поэтому должен периодически заменяться. В волокна фильтра можно добавить слой акти­вированного угля (гибридный фильтр), чтобы отфильтровывать частицы пыли и другие за­грязняющие вещества.

Воздушное охлаждение

Затем очищенный воздух охлаждается на поверхности испарителя, который сегодня обычно полностью изготаливается из алюминия. Воздух рассеивает свою энергию про­порционально испаряющемуся хладагенту, проходящему через испаритель.

Поскольку холодный воздух может поглотить меньше влаги, чем теплый, по мере охлаждения воздуха из него выделяется вода и направляется вниз вдоль испарителя. Вода скапливается в под­доне под испарителем и сливается из кондицио­нера в атмосферу через конденсатную трубку.

Регулирование и распределение температуры воздуха

После испарителя нужная температура воз­духа устанавливается системой регулирующих заслонок. Для этого воздух полностью или частично направляется через радиатор (по которому протекает охлаждающая жидкость системы охлаждения двигателя при темпера­туре до 100°С) или, в режиме чистого охлаж­дения — мимо радиатора прямо в салонные воздуховоды. Воздух плавно распределяется по двум каналам с помощью одной или более регулирующих заслонок. Потоки холодного и теплого воздуха смешиваются таким образом, чтобы покрыть потребности в воздухе в нахо­дящейся далее смесительной камере и обеспе­чить комфортные ощущения «голова в холоде, а ноги в тепле». Для этого воздух выдувается через три основных уровня с разными темпе­ратурами — «зона ног», «вентиляция» (через воздуховоды в панели приборов) и «окна», при этом создается разброс температур до 15 К.

Объем воздуха, выдуваемого из отдельных воздуховодов, плавно регулируется вручную или заслонками с электроприводом.

На последующих этапах расширения системы кондиционирования могут быть предусмо­трены воздуховоды для задних пассажиров либо может быть организована раздельная регулировка температуры передней и задней частей салона. Первая ступень расширения — двухзонная независимая регулировка темпе­ратуры для водителя и переднего пассажира. При трехзонном управлении климатом до­полнительно выделяется зона заднего ряда сидений, а при четырехзонном — индивиду­альная регулировка для водителя, переднего пассажира и двух задних.

Новшеством является индивидуальная адаптация температуры в зоне ног, или «ре­гулируемая стратификация». В этом случае может быть повышена выходная температура в зоне ног при неизменной базовой регулировке (например, для людей, ноги которых слишком чувствительны к холоду).

Электронагреватель  в контуре системы отопления

В современных ДВС с оптимизированным расходом топлива отбираемого охлаждающей жидкостью у ДВС, тепла становится меньше, соответственно, становится меньше тепла и в контуре системы отопления. В этом случае в воздушном тракте после радиатора устанавли­вается электронагреватель с положительным температурным коэффициентом (ПТК). При использовании керамических нагревательных элементов с ПТК электронагреватель автома­тически уменьшает свою тепловую мощность при определенной пороговой температуре, поскольку резко возрастает сопротивление элементов в ПТК. Поэтому электронагреватель с ПТК внутренне безопасен.

В настоящее время рассматривается воз­можность использования других источников тепла, таких как, например, рекуперация тепла из отработавших газов.

Воздушные каналы

Воздух отрегулированной температуры на­правляется по пластмассовым воздуховодам к определенным выпускным соплам. Выпускные сопла в зоне ног и для обдува стекол не регу­лируются. Направление и объем воздушного потока можно индивидуально регулировать за­слонками на выпускных соплах воздуховодов.

Дополнительные кондиционирующие блоки

В автомобилях представительского класса для задних пассажиров иногда использу­ются отдельные кондиционирующие блоки.

Они выполняются либо как основные блоки, работающие на обогрев и охлаждение, либо как блоки, работающие чисто на охлаждение, и обычно на них подается рециркулируемый воздух. Дополнительные кондиционирующие блоки устанавливаются, к примеру, в централь­ной консоли, над арками задних колес, в нише для запасного колеса или за задним сиденьем.

Альтернативные концепции кондиционирующих блоков

Описанные выше кондиционирующие блоки устанавливают желаемую температуру путем смешивания холодного и теплого воздуха и являются на сегодня стандартным реше­нием. Могут использоваться альтернативные концепции кондиционирующих блоков, в которых воздух после испарителя проходит непосредственно через радиатор. Для непре­рывной регулировки потока охлаждающей жидкости, проходящей через радиатор, и, соответственно, нагрева воздушного потока можно использовать клапан. Необходимость в системе заслонок для смешивания холодной и теплой охлаждающей жидкости отпадает.

Из-за тепловой инерции, заполненного охлаждающей жидкостью алюминиевого радиатора необходимые изменения темпера­туры воздуха на выходе, могут производиться лишь медленно. Для обеспечения быстрого охлаждения салона максимальной воздушной массой, в этих концепциях обычно использу­ется дополнительный обходной тракт мимо радиатора.

Преимуществом этой концепции является чуть более компактная конструкция конди­ционирующего блока и возможность перекры­вания радиатора со стороны охлаждающей жидкости, предотвращающие нежелательный нагрев воздуха в режиме охлаждения горя­чими деталями кондиционера. Недостатком являются затраты на встраивание крана.

Регулирование системы управления климатом

Управление климатом в салоне осуществля­ется через регуляторы на рабочем блоке кон­диционера путем регулировки воздуховодов и (в более дорогих автомобилях) — с помощью различных датчиков. Управление может быть с прямой механической активацией с исполь­зованием боуденовских тросиков и гибких валов, а также полностью автоматическим, с процессорным управлением, где нужно лишь задать температуру.

Регулируемыми переменными являются температура на выходе, скорость воздушного потока, влажность воздуха и распределение воздуха по отдельным воздуховодам. Вторич­ными переменными являются температура в салоне, в т.ч. послойное распределение темпе­ратуры, расход воздуха, уровень шума на каж­дом сиденье, и степень запотевания стекол.

Большинство людей считают приятными следующие конфигурации: в летнем режиме — холодный воздух из воздуховодов в панели приборов; в зимнем режиме — теплый воз­дух из нижних и верхних воздуховодов (для предотвращения запотевания и обледенения стекол). А в переходном режиме воздух с отрегулированной температурой выходит в регулируемых пропорциях из верхних, ниж­них и фронтальных воздуховодов в салоне. В автоматическом кондиционировании воздуха могут играть роль и дополнительные факторы. Солнечные датчики могут определять состоя­ние и интенсивность солнечного излучения и эти переменные могут использоваться в управлении. Датчики качества воздуха опреде­ляют наличие загрязняющих веществ и не­приятных запахов, которые могут появиться в окружающей среде, и предотвращают их проникновение в салон посредством закры­вания впусков наружного воздуха. Датчики влажности для ветрового стекла позволяют предпринять меры по предотвращению запо­тевания стекол. Желаемая температура в са­лоне сравнивается с фактической с помощью датчиков температуры.