Автокондиционер: устройство и принцип работы электронной (электрической) схемы

Автокондиционер: устройство и принцип работы электронной (электрической) схемы

Ранее (здесь и здесь) рассматривались темы по кондиционированию воздуха внутри салонов автомобилей, но в основном эти материалы затрагивали механическую сторону вопроса. Теперь – в рамках текущей публикации, рассматривается схема электроники (электрики) на автокондиционер транспортного средства. По сути, ниже сделана попытка разложить систему кондиционирования автомобиля по электронным компонентам, задействованным в технологической схеме. Возможно, потенциальному владельцу и пользователю откроется, таким образом, лучшее понимание относительно электронного (электрического) управления автокондиционером.

Электронная схема на автокондиционер – базовые компоненты

Схема электроники (электрики) автокондиционера включает достаточно большое число различных элементов, при помощи которых выполняется тот или иной функционал управления работой. Более того, помимо компонентов, отслеживающих корректную работу системы кондиционирования, используется ряд устройств, которыми обеспечивается защита автокондиционера. Рассмотрим классический вариант схемы с разбором всех возможных компонентов.

Система последовательно включенных реле

Основой схемы управления автокондиционера выступает система последовательно включенных реле (Р1-Р5) с разными функциями. Так, реле давления (Р4-Р5) соединяются последовательно с цепями управления муфтой компрессора. При условиях «недостаточного» или «избыточного» давления в системе, эти устройства «размыкают контакт», разрывая цепь питания муфты холодильного компрессора.

Автомобили с электронным впрыском топлива, как правило, оборудуются электронным модулем управления (ECM – Electronic Control Module) подключаемым к цепи проводки автокондиционера. Когда переключатель (1) включен, модулем ECM посылается сигнал запроса проверки повреждения цепи. То есть реле давления замыкает цепь, модуль ECM активирует реле, создавая потенциал земли питания на муфте компрессора.

ПОРТАТИВНЫЙ

Автокондиционер и схема питания в классическом исполнении
Схема электронного управления автокондиционером: Р1- коммутация вентилятора; Р2 – включение/выключение автокондиционера; Р3 – коммутация термостата; Р4 – реле низкого давления; Р5 – реле высокого давления; 1 – коммутация системы; 2 – термальная защита; 3 – катушка магнитного сцепления компрессора; 4 – защитный диод; 5 – контроль наличия «земли»

Следующей не менее значимой системой схемы управления значится регуляция скорости вращения крыльчаток вентиляторов автокондиционера. Обычно конструкция предусматривает наличие не менее двух рабочих вентиляторов – испарительного и конденсаторного. Первый является внутренним (салонным), второй – внешним (уличным).

Автокондиционер и регуляция скорости вентиляторов

Принцип действия регулятора обычно строится на эффекте сопротивления индуктивности. По сути, регулятор скорости вентилятора попросту состоит из проводов, скрученных спиралью, соединённых последовательно. Эти спиралевидные проводники имеют различный диаметр.

Электрический ток протекает через одну или несколько образованных таким способом катушек. За счёт сопротивления индуктивностей изменяется скорость вращения вала двигателя вентилятора. Однако помимо индуктивного регулятора, применяется также функция электронного контроллера.

ВЕНТИЛЯТОР

Автокондиционер и схемы регуляторов скорости вентиляторов
Регуляция скорости вращения вентиляторов: A – электронная схема; B – индуктивная схема; 1 – терминал управления; 2 – питание 12В; 3 – выход отрегулированного потенциала

Для варианта электронного контроллера преобразованием слаботочных сигналов ECM в более высокий потенциал тока изменяется напряжение на двигателе вентилятора. Следует отметить, скорость вентилятора, в данном случае, регулируется бесступенчатым принципом. Такой тип регулятора скорости используется системой электронного климат-контроля (ECC — Electronic Climate Control) автомобиля.

Автокондиционер: управление циклом работы компрессора

Для управления циклом работы холодильного компрессора автокондиционера применяется ряд электронных устройств, способных контролировать температурные изменения, а также изменения давления хладагента. Одним из важных компонентов схемы холодильного компрессора автокондиционера выступает термостат.

Термостатический выключатель (защита испарителя против обледенения)

Контактная группа термостата соединена последовательно с цепью управления муфты компрессора. Когда температура змеевика испарителя приближается к 0ºC, этот момент фиксируется капиллярной трубкой термостата, контактирующей с трубкой испарителя. Внутри капиллярной трубки содержится химическое вещество, способное расширяться или сжиматься в зависимости от изменений температуры.

Контактная группа термостатического переключателя связана с трубкой механически через мембрану и разрывается в условиях низкой температуры трубки испарителя (ниже нуля градусов). Соответственно, прерывается электрическая цепь питания компрессора автокондиционера.

ТЕРМОСТАТ

Автокондиционер - схема работы термостата
Схема, демонстрирующая работу термостата автокондиционера: 1 – коммутатор питания; 2 – компрессор с регулятором скорости привода; 3 – ограничительный резистор; 4 – мотор вентилятора; 5 – термостатическое реле (термостат); 6 – катушка муфты сцепления

Когда температура трубки испарителя поднимется до заданной точки (4-5°C), расширяющееся вещество внутри баллона термостата воздействует на мембрану, сила передачи которой замыкает контакт цепи. Электрическая цепь питания холодильного компрессора восстанавливается, магнитная муфта срабатывает, включается рабочий цикл.

Термистор и усилитель сигнала термистора

Фактически термистор исполняет функцию аналогичную той, что выполняет термостатический переключатель. Исключением здесь является отсутствие механического воздействия на точки контакта и капиллярную трубку. Термистор компрессора автокондиционера и усилитель активируются электронным способом.

Термистор как устройство представляет чувствительный датчик, но в отличие от капиллярной трубки термостата этот прибор измеряет температуру воздуха, исходящего от змеевика испарителя. С точки зрения электрической – термистор является резистором типа NTC (Negative Temperature Co-efficient), то есть датчиком с отрицательным температурным коэффициентом.

Как правило, термистор дополняется электронной печатной платой и электрическими компонентами, составляющими в сборе усилитель сигнала. Сопротивление термистора усиливается при помощи дополнительной электронной схемы, после чего применяется для управления (включения/выключения) реле муфты сцепления автокондиционера.

Датчики давления холодильной системы автокондиционера

Существуют конструкции автомобилей, где используется система кондиционирования с циклическим сцеплением (CCOT — Cycling Clutch Orifice Tube). Здесь для управления компрессором используется реле давления, расположенное между испарителем и компрессором. Этот датчик давления электрически соединён последовательно с муфтой привода компрессора.

ДАВЛЕНИЯ

Автокондиционер и цикличный датчик давления
Датчик давления под циклическое сцепление: 1 — датчик давления под муфту компрессора с моментом отключения — 200 кПа, включения — 350 кПа; 2 – датчик высокого давления; муфта сцепления с приводом

Как только давление на низкой стороне системы кондиционирования воздуха достигает приблизительно 200 кПа, муфта привода компрессора отключается реле давления. Параметр давления низкой стороны на уровне 200 кПа, примерно соответствует температуре змеевика испарителя  + 0,40°С – чуть выше точки замерзания воды.

Как только компрессор деактивирован, низкое давление постепенно повышается, что сопровождается повышением температуры змеевика испарителя. В заданной точке реле давления замыкает контакт питания привода муфты компрессора. Аппарат включается, начинает работать, вновь понижая температуру хладагента внутри испарителя.

Защитные устройства (датчики) автокондиционера

Традиционно каждый автокондиционер имеет защитный выключатель по температуре, расположенный непосредственно на корпусе холодильного компрессора. Защитным термальным выключателем предотвращаются возможные повреждения компрессора по причине излишнего внутреннего трения механических частей.

ЦИФРОВОЙ

Датчик термальной защиты автокондиционера
Датчик термальной защиты (корпусный): А – конструкция устройства (в разрезе); B – компрессор автокондиционера; 1 – биметаллическая пластина; 2 – фиксированный контакт; 3 – подвижный контакт; 4 – традиционная точка установки

Датчик-выключатель определяет температуру корпуса компрессора. Если фиксируется переход установленного граничного параметра температуры корпуса, термальным датчиком электрическая цепь привода муфты компрессора прерывается.

Между тем выключатель обладает функцией возврата в исходное состояние. Поэтому цепь питания  вновь замыкается, как только корпус компрессора остывает до рабочей температуры.

Датчик давления хладагента и скорость вентилятора

Схемой автокондиционера используется датчик, контролирующий давление фреона в системе. Датчик (по сути, реле) давления используется для управления подачей электропитания в цепь привода муфты сцепления компрессора.

Если параметр давления хладагента ниже установленного на реле (настройка датчика), мембранный элемент внутри прибора перемещает шток и размыкает контактную группу. Аналогичное действие происходит в случае чрезмерно высокого давления хладагента.

Применяются реле такого типа двух видов:

  1. Двойного переключения (Binary Switch).
  2. Тройного переключения (Trinary Switch).

Второй вариант датчика дополнительно управляет скоростью вращения вала вентилятора, охлаждающего конденсатор. Используется для включения вентилятора конденсатора при заданном давлении хладагента.

ФТОРМЕТР

Защитные датчики давления автокондиционера
Датчики защиты по давлению хладагента: A – реле низкого и высокого давления; B – реле-переключатель скорости вращения вала вентилятора охлаждения; 1 – мембранный элемент; 2 – шток; 3, 4 – линейные контакты; 5 – контактная группа; 6 – давление хладагента; 7 – крыльчатка вентилятора; 8 – датчик-переключатель скорости

Например, включает вентилятор конденсатора на максимальную скорость при давлении хладагента 1770 кПа. Такого типа датчики-реле выполняются индивидуальными приборами или комбинированными на два или три диапазона давления.

Измерительный преобразователь (трансдуктор) давления

Этот вид защитного реле давления представляет собой опорный датчик с герметичным манометром, — ёмкостный датчик давления с встроенным преобразователем сигнала. Прибор обеспечивает выход 0,5 вольта и требует 5 вольт регулируемого источника питания.

При работе трансдуктор подаёт давление посредством отклонения двухкомпонентной керамической диафрагмы, одна половина которой представляет собой конденсатор с параллельными пластинами.

Изменением ёмкости под влиянием давления хладагента в области керамической диафрагмы осуществляется преобразование. Как результат — получается аналоговый выход интегрального сигнала преобразователя.

ИНСТРУМЕНТ

Трансдуктор - датчик автомобильного кондиционера
Трансдуктор автокондиционера классическое исполнение и установка: 1 – трансдуктор установленный на порт заряда; 2 – порт заряда; 3 – электронный преобразователь; 4 – керамическая диафрагма; 5 – порт давления

Электроника датчика давления расположена на гибкой монтажной плате, монтируемой в верхней части устройства. Плата обеспечивает линейную калибровку ёмкостного сигнала от керамической чувствительной диафрагмы.

Преимущества использования трансдуктора по сравнению с реле давления обычного типа состоят в том, что здесь постоянно отслеживается давление и отправляются сигналы на электронный модуль управления (ECM — Electronic Control Module). Обычное реле давления, как правило, имеет верхнюю и нижнюю точки отсечки.

Контроллер ECM отключит компрессор автокондиционера при низком или высоком давлении хладагента, а электронное диагностическое оборудование можно использовать для извлечения информации о давлении в системе, что облегчает диагностику проблем.

Автокондиционер и микроконтроллерные системы управления

Микропроцессорные системы трёх конфигураций используются для включения и отключения электрических цепей автокондиционера, управления компрессором и вентилятором конденсатора:

  1. Микропроцессор управления двигателем (ECM).
  2. Микропроцессор управления кузовом (BCM).
  3. Микропроцессор силовой передачи (PCM).

Цифровые сигналы от различных датчиков, контролирующих:

  • скорость двигателя,
  • скорость движения,
  • температуру охлаждающей жидкости,
  • активацию переключателя автокондиционера,
  • реле давления,
  • термостатические переключатели автокондиционера,
  • положение дроссельной заслонки,

постоянно контролируются микропроцессорами ECM, BCM, PCM автокондиционера. Эти цифровые сигналы преобразуются в схеме микропроцессоров в те значения, которые необходимы для выполнения следующих действий:

  • отключения компрессора автокондиционера при высоком / низком давлении в системе;
  • деактивации компрессор автокондиционера при понижении температуры в салоне;
  • активации / деактивации вентилятора конденсатора;
  • увеличения оборотов холостого хода двигателя при включенной системе кондиционирования;
  • отключения компрессора автокондиционера при высоких оборотах двигателя;
  • задержки включения компрессора автокондиционера при запуске двигателя;
  • включения электрического вентилятора двигателя при заданной температуре охлаждающей жидкости;
  • отключения компрессора автокондиционера, если температура охлаждающей жидкости слишком высокая;
  • отключения компрессора автокондиционера при полностью открытом дросселе.

Датчик контроля солнечной нагрузки

Сенсорное устройство контроля солнечной нагрузки автокондиционера представляет собой фотохимический диод (PCD — Photochemical Diode), располагаемый, как правило, в области верхней части приборной панели. Предназначение этого датчика – формирование и передача сигнала модулю электрического климат-контроля (ECCM — Electrical Climate Control Module) для определения силы солнечного света.

 

Солнечная нагрузка оказывает существенное влияние на температуру салона автомобиля. Если солнечная нагрузка чрезмерно высока, как сигнализирует датчик солнечной нагрузки, контроллер ECCM активирует функционал. В частности, увеличивает до максимума скорость вентилятора испарителя и температуру охлаждения автокондиционера, компенсируя дополнительную тепловую нагрузку.

Аналогичное действие происходит, если солнечная нагрузка мала, что опять же определяется датчиком солнечной нагрузки. В таком случае контроллер ECCM автокондиционера снижает скорость вентилятора испарителя и настраивает систему на малое охлаждение.

Обычно совместно с датчиком солнечной нагрузки функционирует другой прибор – датчик температуры уличного воздуха. Прибор фактически представляет собой резистор с отрицательным коэффициентом (NTC) и низким входным напряжением. Датчик изменяет сопротивление в зависимости от температуры уличного воздуха.

Стандартное место размещения там, где обеспечивается максимальный поток окружающего воздуха — обычно позади бампера или зоны передней решетки кузова автомобиля. Этот сенсор автокондиционера выполняет контроль температуры наружного воздуха и связан с преобразователем вывода параметров на дисплей приборной панели.

Автокондиционер: электронно-механическое регулирование

Совместно с электронным контролем температуры автокондиционера обычно работает целый ряд механических устройств, ответственных, за обработку и  распределение воздуха внутри салона автомобиля. Среди таких механических систем следует выделить:

  • заслонку воздушного смесителя,
  • управление «печкой» автомобиля,
  • двигатель и механизм воздушного смесителя,
  • вакуумные электромагнитные клапаны.

Таким образом, автокондиционер следует рассматривать достаточно продвинутым с технологической точки зрения устройством, наделённым механизмами и узлами самой разной функциональности и сложности. Нужно помнить – такая техника стабильно совершенствуется по мере совершенства самих транспортных средств.


При помощи информации: AriaZone