Як працює кондиціонер автомобіля

Найцікавіше те, як він охолоджує салон… гарячим повітрям з-під капота. У чому полягає друга цікава фішка, ви дізнаєтеся наприкінці статті.

Якщо порівнювати з двигуном або трансмісією, то автокондиціонер – доволі простий пристрій.

Його головні частини – це два радіатори, один з яких розміщений у системі вентиляції салону, а другий – під капотом автомобіля поряд із двигуном. Між двома радіаторами циркулює фреон, дуже летюча рідина, що кипить за температури приблизно -40°С.

Фреон по колу жене компресор – третя обов’язкова частина будь-якого кондея. А компресор, у свою чергу, приводиться в рух двигуном автомобіля через приводний ремінь. Ще в систему вбудована електромагнітна муфта, яка роз’єднує компресор і двигун, коли він не потрібен, і фільтр-осушувач. За великим рахунком, це все головні частини.

Парадокс кондиціонера

Ви напевно знаєте, що тепло завжди передається від теплішого тіла до холоднішого точка При цьому холодний предмет поступово нагрівається, а гарячий остигає, доки їхня температура не стануть однаковими.

Але ось що цікаво: кондиціонер подає в салон повітря з температурою близько 20-25°C, комфортною для людини. Охолоджуючи повітря, фреон сам нагрівається приблизно до такої ж температури. Після цього він надходить під капот двигуна, щоб охолодитися. Але температура під капотом набагато вища, ніж у салоні, тут може бути і 45°C, і 60°C, і навіть більше. Як же він може охолонути?

Ось тут і починається найвитонченіше фізичне рішення.

Стиснути-нагріти, розтиснути-охолодити

У фізиці є закон, який свідчить: якщо газоподібну речовину стиснути, то її температура підвищиться в тій самій пропорції – це явище називають законом Шарля. А якщо тиск знизити, то речовина охолоне. Ось як це використовується в кондиціонері або побутовому холодильнику – принцип їхньої роботи однаковий.

Фреон надходить у систему вентиляції салону у вигляді охолодженої суміші газу і рідини. Нагріваючись від повітря, він скипає і весь перетворюється на газ. Тому цей радіатор називають випарником.

Після цього фреон із випарника надходить у компресор. Цей прилад стискає фреон до дуже високого тиску, понад 1 МПа, перед тим, як направити його під капот. Коли наш газ стискається, його температура підвищується приблизно до 150°C, після чого він надходить у радіатор під капотом.

Раз фреон настільки гарячий, то навіть від теплого повітря моторного відсіку він може охолонути приблизно до 45-70°C. Під високим тиском газ перетворюється на рідину – тому цей радіатор називають конденсатором.

Тепер охолоджена рідина знову рухається в систему вентиляції. Дорогою вона проходить через фільтр-осушувач, що очищає її від вологи і забруднень, і потім через клапан, після якого її тиск знову різко падає – а отже, за тим же законом Шарля і її температура падає приблизно до 10°C. Справу зроблено – фреон знову може охолоджувати повітря, що надходить у салон.

Як компресор сам собою керує

Інша цікава технічна загадка полягає в такому. Коли автомобіль їде, двигун працює то на більш високих обертах, то на більш низьких. Коли ви стоїте в московському заторі, він майже весь час крутиться на холостих обертах. Але було б некомфортно, якби кондиціонер постійно змінював потужність на ходу, охолоджуючи то сильніше, то слабкіше. Отже, його потужність треба стабілізувати.

Треба сказати, що кондиціонери з’явилися задовго до того, як автомобілі стали комп’ютерами на колесах, нашпигованими датчиками та електроприводами. Тому інженери минулих часів придумали дотепну механічну систему регулювання його продуктивності.

Усередині компресор має вигляд 5, 7 або 10 циліндрів, розташованих по колу. У кожному рухається поршень, що стискає фреон і через систему клапанів проштовхує його від випарника до конденсатора. Усі поршні нанизані на похилий диск із рухомою точкою кріплення. Коли диск нахиляється в один бік, вперед рухаються поршні з одного боку, коли в інший – зі зворотного. Найпростіше зрозуміти, поглянувши на наступну анімацію.

Ви бачите, що якщо диск нахилятимете сильніше, то й хід поршнів буде довшим, а значить, вони працюватимуть потужніше. Компресор кондиціонера керує кутом нахилу диска залежно від тиску в системі – так його продуктивність динамічно регулюється.