27424-1 (Система кондиционирования автомобиля)

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Самарский государственный аэрокосмический университет

им. академика С.П.Королёва

Кафедра «Теплотехника и тепловые двигатели»

Пояснительная записка к курсовой работе по газогидродинамике на тему:

Студенты: А.А.Катин, Д.В.Афонасьев гр.233

Руководитель работы: В.В.Бирюк

1998

ВВЕДЕНИЕ

Под термином кондиционирование воздуха подразумевается создание и автоматическое поддерживание необходимых кондиций воздушной среды в помещении или сооружении. В общем случае понятие кондиция воздуха включает в себя следующие его параметры: температуру, влажность, скорость движения, чистоту, содержание запахов, давление, газовый состав и ионный состав. В зависимости от назначения обслуживаемого обьекта выбирают требуемые кондиции воздушной среды, наиболее важные для конкретных условий применения. Как правило, для обычных обьектов промышленного и гражданского строительства требуемые кондиции воздушной среды ограничиваются только частью перечисленных параметров.

Кондиционирование воздуха обеспечивается применением специальных систем. Под термином системы кондиционирования воздуха (СКВ) подразумевается комплекс устройств, предназначенных для создания и автоматического поддержания в обслуживаемых помещениях заданных величин параметров воздушной среды. Указанный комплекс может включать в себя следующие шесть составных частей: 1) установку кондиционирования воздуха (УКВ), обеспечивающую необходимые кондиции воздушной среды по тепловлажностным качествам, чистоте, газовому составу и наличию запахов; 2) средства автоматического регулирования и контроля за приготовлением воздуха нужных кондиций в УКВ, а также поддержания в обслуживаемом помещении или сооружении постоянства заданных величин параметров воздуха; 3) устройств для транспортирования и распределения кондиционированного воздуха; 4) устройств для транспортирования и удаления избытков внутреннего воздуха; 5) устройств для глушения шума, вызываемого работой элементов СКВ; 6) устройства для приготовления и транспортирования источников энергии (электрического тока, холодной и теплой сред), необходимых для работы аппаратов в СКВ. В зависимости от конкретных условий некоторые составные части СКВ могут отсутствовать.

Классификацию СКВ можно провести по следующим пяти признакам: назначению, характеру связи с обслуживаемым помещением, способу снабжения холодом, схеме обработки воздуха в УКВ и величине давления, развиваемого вентиляторами.

По назначению СКВ можно подразделить на три вида: технологические, технологически-комфортные и комфортные.

Автомобильные СКВ являются комфортными, они должны обеспечить наиболее благоприятные условия для водителя. Работоспособность и самочувствие человека в значительной мере определяются тепловым балансом его организма и наиболее оптимальны в условиях окружающей воздушной среды на уровне теплового комфорта.

РОЛЬ КЛИМАТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

А втомобиль — это дом на колесах. Многие из нас проводят здесь немалую часть жизни. Свежий чистый воздух, тепло или прохлада — необходимые элементы комфорта, без которых любая поездка превратится в мучение.

Когда у большинства автомобилей были открытые кузова, водитель просто «купался» в свежем воздухе. Тем более, что воздушная среда вдоль дорог оставалась сравнительно чистой.

Когда пришло время закрытых кузовов, то летом в жестяной коробке становилось невыносимо душно. Свежий воздух поступал через лючок перед ветровым стеклом, а выходил — через окна с опущенными стеклами. Сквозняки, неизбежные при такой системе вентиляции, удалось изжить с помощью поворотных форточек в передних дверях.

Отапливать салон долгое время считалось роскошью. На медицинских автомобилях ГАЗ-55 довоенных лет отсек для перевозки больных обогревался теплым воздухом, поступавшим из специальной рубашки вокруг выхлопной трубы. Примитивную конструкцию, не позволявшую регулировать поток тепла, быстро забыли. Лучшим решением оказался водяной отопитель (представлявший собой небольшой

Б олее развитая система потоков («Хонда -Аккорд»). Водитель и пассажиры обеспечены самостоятельными воздуховодами с независимой регулировкой температуры.

радиатор с вентилятором), подключенный параллельно системе жидкостного охлаждения двигателя. Интенсивность обогрева регулировалась краном подачи горячей воды и воздухозаборным лючком перед ветровым стеклом. Постепенно водяные отопители вошли в широкий обиход. Эти печки не только обогревали ноги водителя и сидевшего рядом пассажира, но и служили «дефростером» (размораживателем) ветрового стекла. (Но иногда отопители использовались с прямо противоположной целью. В свое время — в 50-60-е годы у нас в стране были очень популярны шоссейные гонки на легковых автомобилях. Трассой, как правило, служили прямые участки дорог длиной 100-200 километров. Повышенный тепловой режим форсированных моторов заставлял гонщиков искать дополнительные способы охлаждения. И когда в середине дистанции температура воды начинала «ползти за сотню», приходилось включать печку — работающий «на полную катушку» отопитель помогал спасти радиатор от закипания.)

Блок-связка водяной отопитель — вентилятор многие десятилетия выступала в роли основной климатической установки в автомобиле. Постепенно совершенствовались системы регулирования температуры, смешивания и распределения горячего и холодного воздуха. Появились автомобили, где тепло подавалось в зону под задними сидениями, приятно согревая ноги пассажиров. Дальнейшие технические усовершенствования позволили горячий воздух направлять понизу салона (к ногам), теплый — примерно посередине (на уровень пояса и груди ), а холодный — наверх (к лицу). Трехслойное — по высоте — распределение теплого воздуха привело к значительному усложнению приборов управления отопителя. Запросы потребителей с каждым годом становились все разнообразнее и изощреннее. Поэтому сейчас во многих новых моделях водитель и пассажиры могут независимо, каждый по своему вкусу, регулировать температуру потока воздуха и некоторые другие характеристики.

С приходом минивэнов, у которых, как известно, возможны и трехрядные сидения, пришлось создавать еще более сложные системы отопления и вентиляции. На некоторых моделях минивэнов теплый (или холодный) воздух поступает к заднему ряду кресел. На отдельных моделях среднего и высшего класса предусмотрена подача подогретого воздуха на стекла передних дверей через воздуховоды с резиновыми гармошками — такой обогрев стал необходимостью: в холодное время через запотевшие окна передних дверей не видны наружные зеркала заднего вида.

П одвод воздуха от климатической установки («Хонда - Одиссей») ко всем сиденьям в двух плоскостях через воздуховоды.

Да и сами отопители стали мощней — их вентиляторы уже стали оснащать трех-, пяти- и многоступенчатыми регуляторами скорости. А сам вентилятор год от года делался все более производительным. В жаркое время, особенно если в машине кроме водителя есть и пассажиры, необходим интенсивный обмен воздуха. Если в 50-е годы вентилятор в лучшем случае (и только на таких дорогих автомобилях, как «Роллс-Ройс» или «Ягуар») «прогонял» через салон 150-180 кубометров воздуха в час, то сейчас этот показатель вырос в 2,5-3 раза!

Но вот беда — в зоне магистралей, поскольку транспортный поток стал намного интенсивней, резко возросла загазованность вредными выбросами, копотью, резиновой пылью и, в результате, потребовалась фильтрация поступающего в салон воздуха. Такой фильтр, улавливающий почти 100 % взвешенных в воздухе частиц размером не менее пяти микрон и задерживающий даже некоторые газообразные примеси, размещается после воздухоприемной решетки у основания ветрового стекла. Фильтрующий вкладыш надо менять примерно раз в год или после пробега в 15 тыс. км.

Иногда есть смысл полностью изолировать салон автомобиля от наружной атмосферы (в дорожных пробках, туннелях, при движении за дизельным автопоездом и т.д.). Поскольку поворотных форточек в дверях уже давно никто не делает, дверные уплотнители очень надежны, а щелей и сквозных отверстий в кузове практически нет, то добиться герметичности салона вполне реально. Вентилятор будет «гонять» в закрытом внутреннем пространстве машины один и тот же объем воздуха — рециркулировать его. Конечно, долгое время сохранять такой режим не удастся — кислород из воздуха постепенно «выдышат». Но как временный выход из положения рециркуляция нужна и полезна.

Ф ильтр на входе в систему вентиляции и отопления («Фольксваген-Голф»). Очищает воздух от твердых частиц размером не менее 5 микрон и пыльцы.

Хорошую климатическую установку, то есть эффективный отопитель и вентилятор, все чаще оснащают управляющей автоматикой: компьютер, ориентируясь на заданную водителем температуру в салоне, будет считывать показания датчиков вне кузова и внутри и отдавать команды кранам, электромоторам, заслонкам и другим устройствам, и, тем самым, постоянно поддерживать необходимый температурный режим. На сегодняшний день автоматическим климат-контролем оборудованы многие модели, включая и малолитражные.

Но климат-контроль должен уметь не только повышать, но, если нужно, и понижать температуру в автомобиле. Установить же в салоне более прохладную и менее влажную «погоду», чем за окном, можно только с помощью кондиционера. Этим сложным агрегатом машины, как правило, комплектуются на заводе-изготовителе по заказу покупателя, причем за дополнительную плату. Монтаж непосредственно у дилера обойдется в 1,5 — 2 раза дороже, чем на конвейере.

1. У становленный перед радиатором конденсатор.
   2. Осушитель (разделяет жидкую и газообразную формы).
   3. Терморегулирующий (дроссельный) клапан

В кондиционере по замкнутому контуру трубопроводов компрессор «гоняет» хладоноситель — газообразное вещество («фреон» или R134-а), которое циклически переходит в жидкую фазу и наоборот — при этом оно периодически охлаждается и «отнимает» тепло у воздуха, поступающего в салон.

П ульт управления климатической установкой (БМВ 3-й серии). На дисплее — температура за бортом (19о) и в салоне (22о). Кнопки слева — три уровня подачи воздуха. Левая нижняя — автоматический режим климатизации. Вторая снизу кнопка в правом ряду включает рециркуляцию воздуха.

Компрессор, конденсатор с вентилятором, осушитель, климатический блок с теплообменником и управляющими приборами занимают довольно значительный объем. Узлы климатической установки уже не могут размещаться под панелью приборов, как бывало прежде. Элементы конденсатора стали располагать в моторном отсеке, как и блок отопитель—вентилятор с фильтром. Только функции управления сосредоточены по-прежнему на панели приборов.

В целом же вся климатическая установка, в которой системы вентиляции, отопления, фильтрации воздуха, кондиционер и управляющая автоматика являются составляющими элементами, может применяться на легковых автомобилях любого класса.

Итак, за последние два десятилетия мы пережили буквально революцию — теперь можно говорить о климате и погоде применительно к автомобилю.