Р. Р. Басыров, А. Д. Галимянов, В. Н. Никишин комфортабельность автомобиля
 Скачать 1.25 Mb.
|
|
Система отопления Система отопления современного легкового автомобиля предназначена для искусственного поддержания комфортных температурных условий в салоне в холодное время года, для устранения обледенения и обеспечения распотевания стекол с целью повышения видимости и обеспечения безопасности управления автомобилем. По принципу действия систем отопления (отопителей) их можно разделить на использующие тепло основного двигателя машины, работа которых возможна только при работе этого двигателя, и автономные. Наибольшее распространение получили отопители первого типа, поскольку в данной конструкции используется тепло, выбрасываемое двигателем в окружающую среду. Лучшим решением является водяной отопитель, представляющий собой небольшой радиатор с вентилятором, подключенный параллельно системе жидкостного охлаждения двигателя (рисунок 1.4). Поток свежего или подогретого воздуха распределяется по пяти направлениям — на ветровое стекло, на боковые стекла дверей, на ноги водителя и пассажира, на центральную часть переднего сидения и, по специальному воздуховоду, к заднему сиденью. Интенсивность обогрева управляется электроклапаном подачи горячей воды и воздухозаборной заслонкой перед ветровым стеклом (рисунок 1.5). 61 Рисунок 1.4 - Общий вид системы вентиляции и отопления автомобиля «Mercedes-Benz-190E» Рисунок 1.5 - Схема распределения воздушных потоков по салону автомобиля «Honda Accord» 62 Кондиционер Системы для искусственного охлаждения воздуха в салоне получили общее название кондиционеров (систем кондиционирования воздуха). Здесь и далее в книге термины «кондиционер» и «система кондиционирования воздуха» употребляются как синонимы в том случае, если это не вводит в заблуждение читателя, однако между ними есть отличия. По принципу действия кондиционеры распределяются на паровые (аммиачные и хладоновые), с воздушной холодильной машиной, термоэлектрические, испарительные. Основной задачей кондиционера является охлаждение воздуха в салоне, но наряду с основной функцией кондиционер может обеспечивать также и осушение воздуха, т.е. он является устройством, позволяющим понижать влажность воздуха в салоне и косвенным образом очищать воздух от частиц пыли и грязи. Для получения низких температур используют физические процессы, которые сопровождаются поглощением теплоты. К числу основных процессов относятся фазовый переход вещества, сопровождающийся поглощением теплоты извне: плавление, кипение (испарение), сублимация; адиабатическое дросселирование газа с начальной температурой, меньшей температуры внешней точки инверсии (эффект Джоуля-Томсона); адиабатическое расширение газа с отдачей полезной внешней работы; вихревой эффект (эффект Ранка); термоэлектрический эффект (эффект Пельтье). Совокупность технических устройств, необходимых для осуществления холодильного цикла, называется в общем случае холодильной машиной. В основе принципа действия холодильных машин лежит обратный цикл Карно. 63 В зависимости от используемого хладагента кондиционеры делят на две группы: паровые и газовые. В испарителе парового кондиционера происходит испарение хладагента при подводе к нему теплоты от охлаждаемого объекта, а в конденсаторе при отводе теплоты от хладагента в окружающую среду (к воздуху или воде) - его конденсация. В паровых кондиционерах в качестве хладагента используются аммиак и хладон — фтористые или хлористые производные предельных углеводородов. В газовых кондиционерах в ка- честве хладагента используется воздух. В зависимости от способа подачи хладагента в конденсатор различают парокомпрессионные, абсорбционные и пароэжекторные паровые кондиционеры. В паровых и газовых (воздушных) кондиционерах рабочий цикл осуществляется за счет механической работы компрессора. В абсорбционных и пароэжекторных кондиционерах рабочий цикл осуществляется в результате подвода теплоты. По принципу действия кондиционеры можно разделить на следующие: с воздушной холодильной машиной, термоэлектрические, испарительные, абсорбционные, пароэжекторные и парокомпрессионные. На зарубежных автомобилях конструкции панели приборов предусматривают установку кондиционера. Его устанавливают дополнительно к существующей СОВ, в которой имеется фильтр очистки воздуха от пыли и выхлопных газов, а также воздухораспределители, дефлекторы для подвода воздуха к стеклам [9]. За счет этого повышаются параметры микроклимата в салоне и не запотевают стекла в любое время года. Одним из основных производителей систем климат- контроля для отечественных автомобилей является московская фирма «Алькор». Система разработана специально для российского климата. В неё входит принципиально новый блок кондиционера-отопителя, включающий в себя теплообменник, испаритель 64 кондиционера, вентилятор и систему управления раздачей воздуха, состоящей из двенадцати выходов. Информация о показаниях температуры снаружи и внутри автомобиля отображается на дисплее (рисунок 1.6). Рисунок 1.6 - Система автоматического климат-контроля, разработанная московской фирмой «Алькор», для установки в автомобиль «Волга» Также разработками систем микроклимата занимается калужская фирма «Автоэлектроника» и Чебоксарское научно- производственное приборостроительное предприятие «Элара». Они считаются одними из лучших в разработке современных средств электронизации автомобиля. В настоящее время ими готовится новая система управления отопителем для автомобилей семейства «Калина». Переходной моделью управления от ручного к климат- контролю служит специально разработанная панель электронной климатической системы, которая заменяет привычные рычаги управления заслонками. Новая панель проста, информативна, удобна в использовании и идеально вписывается в интерьер салона (рисунок 1.7). Система автоматического управления включает в себя температурные датчики, электронные блоки, и исполнительные механизмы с электроприводом (клапаны, заслонки, вентили). В блоке управления имеется также функция ручной установки оборотов вентилятора и режимов распределения потоков воздуха по салону. Компрессор, 65 конденсатор с вентилятором, осушитель, климатический блок с теплообменником и управляющими приборами занимают значительный объем в подкапотном пространстве автомобиля (рисунок 1.8). Рисунок 1.7 - Блок управления климатической установкой на панели приборов: на дисплее — температура за бортом (19˚С) и в салоне (22˚С). Кнопки слева — три уровня подачи воздуха. Левая нижняя — автоматический режим управления. Вторая снизу кнопка в правом ряду включает рециркуляцию воздуха 66 Рисунок 1.8 -Типичное расположение компонентов кондиционера в моторном отсеке автомобиля: 1 – ресивер осушитель; 2 – разъем выключателя давления конденсатора; 3 – реле вентилятора радиатора; 4 – реле вентилятора конденсатора; 5 – главное реле вентилятора радиатора; 6 – диагностический разъём «А»; 7 – реле муфты компрессора; 8 – коробка реле «С»; 9 – клапан отопителя; 10 – блок воздухораспределителя; 11 – трос клапана отопителя; 12 – панель контроля и управления системой; 13 – электродвигатель; 14 – испаритель; 15 – коробка реле и предохранителей; 16 – компрессор; 17 – конденсатор 67 Последние разработки отечественных моделей автомобилей оснащаются кондиционерами и автоматическим управлением параметрами микроклимата (рисунок 1.9). Рисунок 1.9 - Расположение системы вентиляции, отопления и кондиционирования с изображением, в виде стрелок, распределения потоков воздуха из панели приборов автомобиля ВАЗ-1119 «Калина» и ВАЗ-2123 «Шеви-Нива» 68 Система регулирования и поддержания уровня комфорта Задачей данной системы является способность приготовления воздуха нужных кондиций в установке кондиционирования воздуха и поддержание в обслуживаемом салоне постоянства заданных величин параметров воздуха с минимальным отвлечением водителя на поддержание параметров. Системы регулирования на современном автомобиле бывают с ручным приводом, но все чаще оснащаются управляющей автоматикой. В такой системе электронный блок управления, ориентируясь на заданную водителем или пассажиром температуру в салоне или даже в конкретном месте салона, будет считывать показания датчиков, как вне кузова, так и внутри, и отдавать команды кранам, электромоторам, заслонкам и другим устройствам системы и тем самым постоянно поддерживать необходимый температурный режим и расходы воздуха в кабине при ее охлаждении и отоплении. Система рециркуляции воздуха Система служит для полной временной изоляции герметичного салона автомобиля от наружных вредных условий (в дорожных пробках, туннелях, при движении за дизельным автопоездом и т. д.), а также для обеспечения экономичной работы кондиционера. Для выполнения большинства задач поддержания комфортных условий в салоне автомобиля необходима хорошая согласованность в работе нескольких подсистем климатической системы. 69 Решающую роль в эффективном распределении температур и скоростей воздуха в салоне играет воздухораспределитель. Для обеспечения подачи воздуха в салон, преодоления аэродинамического сопротивления радиатора и воздуховодов используется вентилятор (рисунок 1.2 ). а) б) Рисунок 1.2 - Вентилятор отопителя радиального типа, с кожухом в виде «улитки» (а) и классический осевой вентилятор, встроенный в корпус отопителя (б) Эффективность струйной защиты стекла от запотевания определяется температурой и скоростью воздуха на выходе из дефлектора, расположенного перед кромкой стекла (рисунок 1.3). Вопросы об отоплении и вентиляции салона автомобилей остаются актуальными независимо от времени года, комфорт и свободный обзор через стекла являются важными элементами для повышения активной безопасности при движении. Систематизация требований к системе отопления, вентиляции и кондиционирования салона легкового автомобиля приведена в таблице 1.2. 70 на лобовое стекло в салон к боковым к боковым стеклам в лицо к ногам Рисунок 1.3 - Классическая схема воздухораспределителя, расположенного в панели приборов, состоящего из воздуховодов, заслонок и насадок в виде дефлекторов, равномерно распределяющий воздушный поток по салону автомобиля Традиционно при проектировании новых автомобилей ставится и решается задача выпуска моделей, соответствующих международным стандартам. Несоответствие данным стандартам накладывает определенные трудности при экспортных поставках продукции автомобилестроения. Стремление преодолеть барьеры и выпускать конкурентоспособную технику приводит к необходимости заводам-изготовителям закладывать прогрессивные технические решения в проектируемые автомобили. Насущной проблемой является нахождение компромисса между значениями важных, часто взаимоисключающих параметров. Всё это приводит к 71 решению многофакторной оптимизационной задачи, которая требует ввода новых, трудно сопоставимых с общепринятыми показателей. Однако их существование обосновано требованиями развития автомобилестроения. Таблица 1.2 - Требования к системе отопления, вентиляции и кондиционирования салона легкового автомобиля в исполнении для умеренно-холодного климатического района (минус 40 С до плюс 45 С) Система вентиляции Система отопления Система кондиционирования 1 2 3 Назначение Обеспечение воздухообмена в салоне и удаление избыточной тепловой энергии. Поддержание номинальной температуры воздушного пространства в салоне автомобиля при температуре окружающей среды меньше допустимой. Поддержание номинальной температуры воздушного пространства в салоне автомобиля при температуре окружающей среды больше допустимой. Технические требования к системам Приток наружного воздуха в салон на одного человека не менее 30 м3/ч. Обеспечение номинальных тепловых условий в салоне не более, чем через 30 мин после запуска двигателя при температуре внешней среды до минус 40ºС. Исключение охлаждения воздушного пространства в верхней части салона не более чем на 8ºС относительно температуры внешней среды. 1 2 3 Скорость воздушных Рабочее место водителя и пассажиров 72 потоков на выходе из системы вентиляции не должна превышать 12 м/с. Подвижность воздуха в зоне головы и пояса водителя 0,5-1,5 м/с. Перепад между температурой наружного воздуха и температурами в салоне, в зоне головы водителя (пассажира) при температуре окружающего воздуха 25ºС не должен превышать 3ºС. Подвижность воздуха не более: в зоне головы 0,6 м/с; в зоне пояса 1,0 м/с. Температура воздуха, не менее: в зоне головы 15ºС; в зоне пояса 17ºС; в зоне ног 19ºС. Температура элементов салона не должна превышать 45ºС. Допускается температура воздуховода и воздуха до 70ºС. Температура воздуха должна быть не ниже 0ºС. Скорость воздуха в зоне головы водителя и пассажиров не должна превышать 0,5 м/с. Температура наружных поверхностей воздуховода для холодного воздуха должна быть не менее 15ºС. Их количество и диапазон охвата областей влияния на комфортность и психологическое состояние водителя постоянно расширяется. Как следствие, они оказывают все большее влияние на технический уровень автомобилей и, соответственно, на покупательский спрос. При проектировании салона автомобиля необходимо уделить особое внимание системам, отвечающим за состояние микроклимата в салоне автомобиля, что позволит улучшить комфортные условия при управлении автомобилем. При этом необходимо учитывать изменение каких характеристик и качеств наиболее предпочтительно для потребителя, какую добавочную стоимость готов он заплатить за улучшение свойств автомобиля. В конечном счёте, это приводит к новому подходу в разработке автоматизированной системы управления микроклиматом, ориентированной на реализацию алгоритма управления элементами регулирования параметров воздушной среды с помощью микропроцессорных систем. Применение комбинированного метода использования энергии позволяет значительно расширить функциональные возможности СОКУ в салоне автомобиля и достижение оптимальных значений показателей качества для повышения безопасности движения автомобиля. 73 Влияние конструктивных элементов салона автомобиля на параметры систем обеспечения комфортных условий В автомобилестроении, наряду с повышением надежности и снижением себестоимости, основное внимание уделяется повышению комфортабельных условий в салоне автомобиля. Основные параметры микроклимата, такие как влажность, температура, давление, химический состав воздушной среды салона, определяются эффективностью СОВ. Качество воздушной среды салона автомобиля зависит от вида системы вентиляции и отопления. Повышение эффективности СОКУ в период эксплуатации автомобиля сложная задача, поэтому велика значимость заложенного технического решения системы на этапе разработки. Разработка СОКУ проходит по двум направлениям. Первое направление – это повышение эффективности СОВ, энергозависимых от двигателя внутреннего сгорания. Второе – это применение дополнительного оборудования и автоматизация управления систем. Анализ современных СОВ показывает, что второе направление является наиболее прогрессивным, однако, оно влечет за собой повышение экономических и энергетических затрат при снижении надежности. При комплексном подходе в решении задач, стоящих перед разработчиками, автомобиль необходимо рассматривать как единую систему взаимодействующих, функционально зависимых звеньев, показатели качества которых, необходимо оптимизировать по единому критерию. Данный критерий должен обеспечивать максимизацию безопасности и комфортности при оптимальных материальных и временных затратах. Добиться эффективных результатов по созданию комфортной среды в салоне невозможно только за счет 74 конструктивных изменений СОВ автомобиля. Многообразие решений требует внедрения систем автоматизированного управления и регулирования параметров СОКУ на базе микропроцессорных систем, так как при ручной регулировке водителю постоянно приходится корректировать работу СОКУ, что доставляет неудобства и отвлекает от управления автомобилем. На работу системы кондиционирования оказывает влияние много факторов, таких, как скорость автомобиля, температура наружного воздуха, солнечная радиация, обороты двигателя и, соответственно, компрессора. Установка кондиционера в автомобиле, кроме удорожания, приведет к снижению мощности двигателя на 6 - 10 л.с. и увеличению расхода топлива на 5 - 10% [6]. Подбор вентилятора при проектировании системы вентиляции автомобиля производят, исходя из существующих санитарных норм: 40 - 60 м 3 /час воздуха на одного человека. Так, производительность вентилятора отопителя автомобиля ВАЗ на максимальной скорости равна 360 м 3 /ч в режиме вентиляции салона и 325 м 3 /ч - в режиме отопления. Этого обычно достаточно как для вентиляции летом, так и для отопления зимой. Теоретически увеличить производительность системы вентиляции возможно, установив более мощный вентилятор, но уже сейчас при включении максимальной скорости вентилятора отопителя зимой при температурах окружающего воздуха ниже минус 15°С двигатель ВАЗ не прогревается выше температуры 70 - 75°С. Повышение эффективности вентиляции салона в автомобиле возможно за счет применения вытяжных отверстий. Места расположения отверстий вытяжной вентиляции определяют методами аэродинамических испытаний по коэффициенту статического давления. В каналах вытяжной вентиляции в обязательном порядке |