Автомобильные кондиционеры.
Вникаем, диагностируем и ремонтируем.
Заметки профессионального механика, навеянные часто задаваемыми на форумах вопросами. Рекомендую начинающим как справочное пособие и приглашаю опытных специалистов к обмену опытом.
В основной массе изданий изложение принципов работы авто-кондиционеров занимает большую их часть. Это, бесспорно, полезно, но своей задачей я поставил краткое и доходчивое изложение 15-летнего опыта работы вперемешку с алгоритмами и принципами поиска неисправности, взятых непосредственно из американских изданий - первоисточников данного направления автосервиса.
* * *
Кондиционер в автомобиле работает по принципу обычного бытового холодильника. Компрессор - радиатор - испаритель объединены "в кольцо" алюминиевыми трубками, и по этому кольцу циркулирует фреон. Компрессор его качает по кругу, и, если бы толщина трубок была одинакова на всем протяжении кольца, то он работал бы вхолостую (все равно, что накачивал бы колесо с большой дыркой). Но задача компрессора создавать давление, поэтому, на входе испарителя установлен клапан, сужающий диаметр трубок. Через отверстие клапана, как через форсунку, фреон должен распыляться внутри испарителя. Свойство фреона - основа всего процесса охлаждения - в процессе распыления охлаждать стенки испарителя. Испаритель, находясь в салоне автомобиля и обдуваемый вентилятором салона, в свою очередь, охлаждает воздух в салоне. Радиатор и испаритель, в принципе, это тоже алюминиевая трубка, согнутая змеевиком с приваренными к нему пластинами для лучшей теплоотдачи...
Теперь по порядку...
Компрессоры.
Существуют компрессоры вращательного, возвратно-поступательного и комбинированного действия. Их типы - поршневые, роторные, спиральные.
1. Поршневые компрессоры, наиболее распространенные, имеют осевое, лучевое или V-образное расположение цилиндров. Количество цилиндров - от одного до десяти.
Рис.1
Рис.2
Их недостаток: эти компрессоры работают только на газообразном фреоне, и попадание в цилиндры жидкого фреона приведет к поломке поршней или выпускных клапанов.
2. Компрессоры роторного типа - это сам ротор, расположенный эксцентрично в цилиндре компрессора с лопастями специальной формы. Их длина при вращении уменьшается, скользя по поверхности цилиндра, создавая при наименьшем его радиусе максимальное давление. В этой же точке с наименьшим радиусом - выпуск и масляный картер, который гарантирует подачу масла по всему радиусу до зоны низкого давления.
Рис.3
Их недостаток: наиболее подвержены поломкам, особенно при длительном бездействии.
3.Спиральные компрессоры имеют два спиралевидных вала, закрученных один внутри другого, причем один из них неподвижный. При вращении подвижного вала давление фреона увеличивается к центру спиралей из-за уменьшения объема межспирального пространства. Данный процесс сопоставим с торнадо, где давление воздуха, движущегося по спирали к центру, возрастает в геометрической прогрессии.
Рис.4
Эти компрессоры имеют несколько важных достоинств: легкое и плавное включение, низкую вибрацию и трение как следствие высокой сбалансированности, отсутствие пульсаций газа на входе и выходе из-за постоянно и равномерно создаваемого давления. По мнению специалистов, будущее за спиральными компрессорами. По моему личному мнению, спиральные компрессоры требуют более точного соблюдения технологии производства. Были случаи их поломки по вине небольшого люфта подшипника вала и недостаточной прочности силуминовой спирали.
Компрессоры роторного и спирального типа имеют меньшее число деталей и компактны.
Компрессор приводится в действие электромагнитной муфтой или работает непрерывно. Муфта, как соединительное звено между двигателем автомобиля и компрессором, передает вращение через шкив с ременным приводом или через вал с приводом на ГУР, водяной насос и т.п.
Рис.5
Рис.6
На рисунке 5 показаны три кольца, регулирующих зазор прижимной части муфты таким образом, чтобы при выключенном состоянии исключить самопроизвольное вращение вала компрессора. Количество колец может быть разным, в зависимости от требований производителя к величине зазора между шкивом и прижимной пластиной.
На впускной или выпускной трубке компрессор может иметь демпфер цилиндрической формы для уменьшения пульсаций (шумов) фреона в системе.
При непрерывном принципе действия компрессора создаваемое им давление фреона регулируется работой специальных перепускных и аварийных клапанов.
Есть компрессоры, не нуждающиеся в подаче масла.
Для защиты от избыточного давления и температуры фреона, применяются контактные датчики давления и температуры, отключающие компрессор. Датчики давления рассчитаны на максимальное давление в системе 25...35 атмосфер. Температурные обычно имеют предел срабатывания 140...180 градусов. Для защиты же от аварийного давления (порядка 40 атмосфер) на компрессоре или на другом участке магистрали высокого давления устанавливается аварийный клапан сброса фреона.
Существует всего несколько ведущих фирм на рынке компрессоров. Это "HARRISON"( GMC), "YORK", TECUMSEH", "SANDEN"( SANKYO), "NIPPONDENSO", "CHRYSLER", "FORD", "PANASONIC", "MATSUSHITA", "HADSIS"(HONDA) и "CALSONIC"(NISSAN), "BOSCH".
Основные компоненты системы.
При определенных соотношениях объема, давления и температуры газ может превращаться в жидкость или затвердевать (из начальной физики). Поскольку объем замкнутой системы кондиционирования постоянный, получить жидкий фреон на входе испарителя можно снижением его температуры. Так, для фреона R-134a при стандартном объеме системы в газообразном состоянии 0,015 м³/кг и давлении, в 20...25 атмосфер, создаваемым компрессором, температура конденсации фреона, т.е. превращения его в жидкое состояние, должна быть равна 50...60°С. Но на выходе исправно работающего компрессора она равна 70...90°С. Отсюда, главное назначение конденсора (и само название говорит об этом) - снижать температуру и конденсировать газообразный фреон.
Конденсор на легковых автомобилях обычно установлен перед радиатором двигателя для наиболее эффективного охлаждения.
Рис.7
Горячий газообразный фреон под высоким давлением подается из компрессора в верхнюю часть радиатора, чтобы получать дополнительное движение самотёка фреона сверху вниз (тоже из начальной физики). Охлаждаясь потоком воздуха при движении автомобиля или вентилятором, фреон, проходя по змеевику к нижней части радиатора, достигает температуры конденсации. В точке конденсации происходит максимальная отдача тепла, поэтому границу жидкого фреона легко определить визуально. При работе системы ниже средних нагрузок (температура окружающего воздуха не более 30°, холостые обороты двигателя не более 1000...) она проходит обычно на 1/3 высоты от нижней части конденсора.
Ресивер-осушитель, как правило, установлен по соседству, на нижней (выходной) трубке конденсора. В корпусе ресивера может быть установлен датчик давления и вмонтировано стеклянное окошко для визуального контроля количества и качества фреона.
Ресивер-осушитель, как правило, установлен по соседству, на нижней (выходной) трубке конденсора. В корпусе ресивера может быть установлен датчик давления и вмонтировано стеклянное окошко для визуального контроля количества и качества фреона.
Рис.8
Аккумулятор же в системах с орифейсом устанавливается после испарителя перед всасывающим портом компрессора. И, поскольку, орифейс в отличие от расширительного клапана не регулирует подачу фреона, основное назначение аккумулятора - не пропускать жидкий фреон на вход компрессора, что приведет к его поломке.
Составной частью и ресивера, и аккумулятора является фильтр и десикант (осушитель, силикагель).
Рис.9
Работа сетчатого фильтра аналогична работе масляного фильтра двигателя автомобиля, а назначение десиканта - адсорбировать влагу (воду) из фреона.
К взаимозаменяемости ресиверов следует относиться с пониманием дела. Например, десикант ХН-5 для работы с фреоном-12 не подходит для фреона-134, т.к. может разрушиться и закупорить магистраль или привести к поломке компрессора, ведь компрессор как двигатель - с поршнями и клапанами "боится" абразива. Десиканты ХН-7 и ХН-9 менее эффективны, но совместимы с обоими видами фреона.
Установлено, что максимально допустимое присутствие примесей (в т.ч. воздуха и воды) в системе не должно превышать 2...3%. Если их более 5%, к.п.д. системы резко снижается.
Рис.10
Вода, смешиваясь с фреоном, существенно снижает его эффективность, а в случае взаимодействия с применявшимся до 1993г. фреоном R-12 возможно образование соляной кислоты, разрушающей компоненты системы изнутри.
Есть в моей практике необычный случай, связанный с реакцией накопившихся отложений в орифейсе, поскольку он также имеет сетчатый фильтр и накапливает внутри себя различные примеси из-за некачественного фреона. Требовалось извлечь орифейс из системы автомобиля Ауди, по причине его полного засорения. После расстыковки узла на входе испарителя, т.е. на открытом воздухе, орифейс, или точнее содержимое его сетчатого фильтра воспламенилось, как бенгальский огонь. Извлечь его из трубки было довольно сложно даже специальным съемником. Стоит ли говорить, что уготовано компрессору?
Хочу отметить, что появившиеся в последнее время системы без ресивера с вмонтированным в боковую часть конденсора осушителем - это всего лишь тубус с силикагелем. Из-за неплотного прилегания его к стенкам конденсора, возможно попадание в компрессор выработки или примесей некачественного фреона, поэтому к обслуживанию подобных систем требуется иной подход...
И еще. В обслуживании кондиционеров присутствует тенденция не менять ресиверы, аккумуляторы, фильтры, поскольку они в 10 раз дороже масляных и воздушных фильтров на двигатель автомобиля, хотя компрессор кондиционера всего в 3 раза дешевле ремонта двигателя. Поэтому выбор за клиентом. Данное наблюдение основано на многолетнем опыте общения с клиентами, а статистика выхода из строя двигателей автомобиля по вине нерабочего масляного фильтра аналогична статистике поломок компрессоров.
Рис.11
Рис.12
Расширительные клапаны старого типа с колбой и сменивший его "Н"-типа различаются методом измерения температуры испарителя. Оба клапана имеют мембранный механизм, регулирующий величину зазора входной трубки испарителя, только у первого положение мембраны зависит от температуры термочувствительной колбы, прикрепленной к сотам испарителя, а у второго - от температуры самого фреона, выходящего из испарителя. Следовательно, второй метод более точный. Есть случаи, когда при небольшом смещении колбы или неправильной ее установке после замены испарителя нарушалась вся работа системы (следует отметить, что крепление колбы к поверхности испарителя - дело ответственное, а ее теплоизоляция обеспечивается только специальным материалом).
Блочная Н-конструкция надежнее, хотя есть тоже слабое место - корпус мембраны из тонкого материала и в месте крепления к корпусу клапана может нарушиться его герметизация, если, например, при установке приложить механические усилия. При этом утечка фреона может быть незаметной после установки испарителя, и на поиск места утечки затем уйдет много времени.
Рис.13
В отличие от расширительного клапана орифейс - это жиклер с отверстием постоянного сечения, рассчитанным на прохождение через него такого количества фреона, которое необходимо для максимального охлаждения испарителя при условии постоянно работающего компрессора.
Рис.14
Назначение расширительного клапана и орифейса - пропускать жидкий фреон высокого давления в количестве, необходимом испарителю для создания заданной температуры. Только в системе с орифейсом температура задается временем работы компрессора, т.е. временем его включенного состояния. Проходя через расширительный клапан или орифейс, фреон изменяет свое состояние на газообразное. Давление падает, а температура резко снижается. Здесь есть одно существенное правило, по которому происходит процесс охлаждения испарителя. В испаритель фреон попадает в жидком распыленном состоянии, т.е. в виде мельчайших капель. Переходя после расширительного клапана в зону низкого давления, фреон закипает, т.к. его капельки мгновенно охлаждаются до температуры кипения жидкого фреона при давлении, которое имеется в испарителе. Эта температура очень низкая (-15...-20°C). Для фреона соприкосновение со стенками испарителя, которые намного теплее его самого, равнозначно соприкосновению воды с раскаленной плитой. При кипении фреон отбирает тепло от стенок испарителя. Задача расширительного клапана, чтобы все капельки жидкого фреона испарились, не доходя до выхода испарителя. Ведь попадание их на вход компрессора приведет к его поломке. В этом и есть различие систем с расширительным клапаном и с орифейсом: расширительный клапан сам регулирует количество проходящего через него фреона, а орифейс, как жиклер с постоянным сечением, усредняет необходимое для испарителя количество фреона. Отсюда и возможность появления жидкого фреона на выходе испарителя, а, следовательно, в системах с орифейсом применяется аккумулятор (жидкого фреона), который установлен именно на выходе испарителя. Здесь есть еще одно "но". Аккумуляторы "нетерпимы" к избытку фреона в системе, т.к. могут накапливать жидкий фреон в ограниченном количестве и сверх положенного начинают пропускать его на вход компрессора.
Рис.15
Материал взят с сайта http://www.auto504.ru/rus/conditioner/conditioner4/
