Автомобильный кондиционер
Автомобильная система кондиционирования воздуха — разновидность системы кондиционирования воздуха, устанавливаемая в автомобиле и позволяющая охлаждать воздух в салоне, а также очищать его от влаги и посторонних запахов. В современных автомобилях является составной частью системы вентиляции и отопления салона.
Особенность такого кондиционера с технической точки зрения заключается в том, что для его работы используется не электричество, а часть мощности двигателя внутреннего сгорания, отбираемая с его коленчатого вала при помощи приводного ремня, иногда общего с ремнём генератора или отдельным. Конденсатор кондиционера обычно располагается под капотом, причём для того, чтобы избежать воздействия на него тепла двигателя, его располагают ближе к переднему бамперу машины, перед радиатором, но при этом таким образом, чтобы не страдал обдув самого радиатора. Отвод воды от испарителя кондиционера выполняется прямо под автомобиль, поэтому часто под автомобилем с работающим кондиционером можно увидеть лужу.
Современные установки кондиционирования воздуха как правило конструктивно объединены с системой отопления салона, используют общие воздуховоды и систему управления. Органы управления системами обогрева и кондиционирования воздуха на современных автомобилях обычно размещается на панели приборов, или на центральной консоли между водителем и передним пассажиром.
Компрессорные установки
История
Впервые установки кондиционирования на автомобилях были предложены в качестве устанавливаемого по заказу дополнительного оборудования в США в 1933 году одной из нью-йоркских компаний, — к тому времени кондиционеры уже стали привычным оборудованием в американских небоскрёбах. В основном ими оборудовались самые дорогие и роскошные лимузины.
Первым же автомобилем, который мог быть оснащён установкой кондиционирования воздуха в заводской комплектации, стал Packard модели 1939 года, — который, впрочем, оставался малосерийным автомобилем ручной сборки. Стоимость установки составляла 274 доллара — огромную сумму по тем временам (более трети цены нового полноразмерного легкового автомобиля, вроде «Форда», который стоил от $742). Кроме того, помимо агрегатов, расположенных под капотом и в салоне, установка кондиционирования занимала половину багажника, была малоэффективна и не имела даже зачатков автоматического управления, вроде термостата. Популярностью эта опция не пользовалась, так что после 1941 предлагать её перестали, однако в том же году похожую систему предложил уже Cadillac. В 1941-42 модельных годах установка кондиционирования воздуха значилась в списке опционального оборудования и самых дорогих автомобилей Chrysler, однако не известно, была ли на самом деле продана хоть одна машина с ней.
Между тем, бурное развитие технологий и существенный рост уровня оснащённости американских автомобилей в первой половине пятидесятых годов привели к тому, что уже к 1954 году кондиционер мог быть установлен в виде опции на автомобили большинства американских марок высшего и среднего-высшего ценового диапазона, — хотя и оставался опцией крайне дорогой и мало востребованной. Например, в 1952 году кондиционер был предложен в виде опции на модели Chrysler Imperial, а в следующем, 1953 — и на некоторых более доступных моделях «Крайслера». Как и более ранние установки, крайслеровский кондиционер AirTemp имел основной блок, расположенный в багажнике автомобиля, хотя теперь и занимающий существенно меньше места. Однако он отличался простотой в управлении — за работу установки отвечал всего один трёхпозиционный переключатель, а также высокой эффективностью: он был способен охладить салон самого крупного «Крайслера» с 50 до 30° С всего за пару минут. Кроме того, в отличие от более примитивных образцов, он был практически бесшумен, имел более совершенную систему управления потоком охлаждённого воздуха, которая способствовала его равномерному распределению по салону, и мог работать не только в режиме рециркуляции, но и за счёт приточного свежего воздуха, забираемого снаружи машины через большие решётки на задних крыльях, так что выдаваемый им воздух был лишён ощущения застойности. В 1955 году та же система уже была теоретически доступна на автомобилях всех марок, принадлежащих Chrysler Corporation. До эпохи массового распространения кондиционеров в южных штатах США на некоторых автозаправках предлагалась услуга по закачиванию охлажденного воздуха в салон автомобиля.
Стоимость установок кондиционирования воздуха оставалась крайне высокой, так что оснащалось ими крайне немного автомобилей. Кроме того, они всё ещё были малоэффективны и накладывали ряд ограничений в эксплуатации, с учётом примитивности самих установок и сравнительно невысокой мощности двигателей тех лет. Так, на большинстве автомобилей при включенном кондиционере двигатель неровно работал на холостых оборотах — водителю приходилось выключать кондиционирование на светофорах и при движении в транспортном заторе, когда оно было нужнее всего. Многие модели давали мощный поток холодного воздуха только при движении на трассе, а при городских скоростях он становился слабым, при этом температура охлаждающей жидкости в двигателе приближалась к критической, угрожая перегревом. Управление было как правило самым рудиментарным — в лучшем случае водитель мог выбрать несколько скоростей работы вентилятора, температура кондиционированного воздуха же обычно настройке не подлежала, не говоря уже о выборе точки, из которой он подавался в салон — все установки кондиционирования тех лет были отдельными от системы вентиляции и для подачи воздуха в салон использовали свои собственные дефлекторы. Даже обычный отопитель в те годы на большинстве автомобилей оставался дополнительным оборудованием, устанавливаемым за доплату, на кондиционер же и вовсе смотрели как на большую роскошь.
Революция произошла в 1954 году: на автомобилях корпорации Nash-Kelvinator была впервые предложена интегрированная система вентиляции и отопления All-Weather Eye, включавшая в себя и отопитель, и кондиционер, причём все компоненты располагались под капотом, не занимая место в багажнике и устраняя уязвимо расположенные под днищем автомобиля длинные трубопроводы и ресивер. Подогретый или охлаждённый воздух подавался в салон уже как на современных автомобилях — через расположенные на панели приборов дефлекторы. Наиболее же приятной для потенциальных покупателей оказалась цена установки, которая составляла всего $345 — дешевле, чем у любой другой автомобильной системы кондиционирования тех лет. И всё же, даже эта сумма составляла примерно четверть от цены самого дешёвого легкового «Форда» в том же году ($1 548).
С учётом цены, в конце 1950-х автомобильные кондиционеры всё ещё оставались очень редким оборудованием — так, из автомобилей Ford Motor Company они более-менее массово устанавливались только на дорогих Lincoln; на Mercury и Edsel среднего ценового диапазона кондиционер в 1958 году заказало всего около 1,5 % покупателей, а на бюджетных «Фордах» эта опция и вовсе была практически не востребована.
Тем не менее, с распространением подобных All-Weather Eye систем управления микроклиматом, более практичных и удобных в использовании, популярность автомобильных установок кондиционирования росла, и к началу 1960-х годов их имели уже примерно 20 % американских автомобилей. Впрочем, массовое их распространение пришлось всё же на начало 1970-х. В 1968 году кондиционер впервые стал стандартным оборудованием на автомобиле AMC Ambassador (среднего ценового диапазона), а уже в 1969 его имели 54 % новых американских автомобилей. В Европе же вплоть до 1980-х годов кондиционер оставался большой редкостью. Первым советским автомобилем получившим кондиционер стал ЗИЛ-111А.
С тех пор принципиальных изменений в конструкции и принципе действия автомобильных кондиционеров не произошло, за исключением введения систем автоматизированного, в том числе компьютерного, управления (климат-контроль), повышения эффективности, долговечности и удобства в эксплуатации, введения всевозможных дополнительных фильтров, и так далее.
Устройство
Автомобильный кондиционер работает по тому же принципу, что и обычный домашний кондиционер или холодильник, отличие составляет лишь большая компактность всех узлов и то, что источником энергии выступает двигатель внутреннего сгорания (на электромобилях — электродвигатель).
Компрессор кондиционера под капотом AMC Ambassador 1968 года.
Внутреннее устройство компрессора кондиционера, работающего по принципу Ванкеля.
Воздушный фильтр кондиционера.
Испарительные установки
Так как «настоящие» (компрессорные) автомобильные установки кондиционирования воздуха в течение долгого времени были весьма дороги, им была создана более дешёвая альтернатива в виде портативных испарительных кондиционеров (кулеров). В 1930-х — 1960-х годах они были весьма популярны в жарких штатах юго-запада США в качестве дополнительного оборудования. Как правило кулеры устанавливались на рамку пассажирской двери. По устройству они были до примитивности просты и с технической точки зрения представляли собой обычный испарительный кондиционер, в котором охлаждение воздуха достигается за счёт поглощения тепла водой при её испарении. В корпусе кулера располагался картридж из пористого или волокнистого материала, который постоянно смачивался водой. Когда машина находилась в движении, воздух поступал в устройство самотёком за счёт эффекта инерционного наддува, вызывая интенсивное испарение воды, а для работы на стоянке некоторые модели имели электровентилятор, обычно подключаемый к штатному разъёму для прикуривателя. Типовой вариант имел водяной резервуар объёмом около 4 литров, чего хватало на 100—150 миль пробега (150—250 км).
Эффективность такой установки в жаркую погоду была вполне достаточна, поэтому до массового распространения настоящих автомобильных кондиционеров её применение в жарком климате было оправдано, несмотря на явные недостатки, — необходимость постоянного добавления воды в корпус (вода постепенно расходовалась) и характерный «болотный» запах сырости, приобретаемый прошедшим через установку воздухом (из-за чего они и получили своё американское название — swamp cooler, от swamp — «болото»).
В настоящее время кулер является характерным атрибутом стиля Resto cal, но часто ставят их и просто на классические автомобили.
Принцип действия
Кондиционер охлаждает воздух за счет изменения агрегатных состояний рабочего вещества системы — хладагента. Хладагент при переходе из одного агрегатного состояния в другое принимает или отдает тепло. В контуре системы кондиционирования хладагент переходит из газообразного состояния в жидкое в конденсоре, затем проходит через фильтр-осушитель и в испарителе вновь переходит в газообразное состояние.
- Хладагент поступает в компрессор в газообразном состоянии, где сжимается до 1200 кПа, отчего температура хладагента повышается до 150С, и направляет его дальше по контуру к конденсору.
- В конденсоре сжатый хладагент переходит в жидкое состояние – конденсируется, и выделяет тепло, которое рассеивается в окружающей среде. Затем хладагент в виде жидкости высокого давления проходит через фильтр-осушитель и направляется в испаритель. Фильтр-осушитель — следующий блок — удаляет загрязнения и воздух из жидкого хладагента, а также уменьшает влажность.
- В испарителе давление хладагент движется по трубкам. Вентилятор продувает воздух из салона автомобиля через испаритель, воздух охлаждается, тепло от него передается хладагенту. Давление жидкости понижается, и хладагент становится газообразным.
- После чего хладагент снова подается в компрессор и цикл замыкается.