Автомобильный кондиционер

Автомобильный кондиционер — часть системы кондиционирования воздуха в автомобиле, предназначенной для охлаждения и/или осушения воздуха в салоне транспортного средства.

Система кондиционирования является частью системы вентиляции и отопления салона, которая использует общие воздуховоды, вентиляторы и одну систему управления. Органы управления системами обогрева и кондиционирования воздуха автомобиля размещаются на панели приборов или центральной консоли между водителем и передним пассажиром.

Впервые установки кондиционирования на автомобилях были предложены в качестве устанавливаемого по заказу дополнительного оборудования в США в 1933 году одной из нью-йоркских компаний, — к тому времени кондиционеры уже стали привычным оборудованием в американских небоскрёбах. В основном ими оборудовались самые дорогие и роскошные лимузины.

Первым автомобилем, который был оснащён установкой кондиционирования воздуха в заводской комплектации, стал Packard модели 1939 года. Стоимость установки кондиционера тогда составляла 274 доллара — на тот момент эту сумма была эквивалентна трети цены нового полноразмерного легкового автомобиля, вроде автомобиля «Ford», который стоил в 1939 году от $742. Помимо агрегатов кондиционера, расположенных под капотом и в салоне, установка занимала половину багажника, была малоэффективна и не имела даже зачатков автоматического управления, вроде термостата. К тому же, она была крайне неудобна в использовании - чтобы запустить систему кондиционирования, нужно было открыть капот и вручную надеть ремень на шкив компрессора. Популярностью эта опция не пользовалась, поэтому после 1941 года предлагать её перестали, однако в том же году похожую систему предложил уже Cadillac. В 1941—42 модельных годах кондиционер значился в списке дополнительного оборудования самых дорогих моделей Chrysler, однако точно не известно, была ли тогда продана хотя бы одна машина с кондиционером.

Между тем, бурное развитие технологий и существенный рост уровня оснащённости американских автомобилей в первой половине пятидесятых годов привели к тому, что уже к 1954 году кондиционер мог быть установлен в виде опции на автомобили большинства американских марок высшего и среднего-высшего ценового диапазона, хотя и оставался опцией крайне дорогой и мало востребованной. Например, в 1952 году кондиционер был предложен в виде опции на модели Chrysler Imperial, а в следующем, 1953 году, — и на некоторых более доступных моделях «Крайслера». Как и более ранние установки, кондиционер AirTemp имел основной блок, расположенный в багажнике автомобиля, хотя теперь и занимающий существенно меньше места. Однако он отличался простотой в управлении — за работу установки отвечал всего один трёхпозиционный переключатель, а также высокой эффективностью: он был способен охладить салон самого крупного «Крайслера» с 50 до 30 °С всего за пару минут. Кроме того, в отличие от более примитивных образцов, он был практически бесшумен, имел более совершенную систему управления потоком охлаждённого воздуха, которая способствовала его равномерному распределению по салону, и мог работать не только в режиме рециркуляции, но и за счёт приточного свежего воздуха, забираемого снаружи машины через большие решётки на задних крыльях, так что выдаваемый им воздух был лишён ощущения застойности. В 1955 году та же система уже была теоретически доступна на автомобилях всех марок, принадлежащих Chrysler Corporation. До эпохи массового распространения кондиционеров в южных штатах США на некоторых автозаправках предлагалась услуга по закачиванию охлаждённого воздуха в салон автомобиля.

Стоимость установок кондиционирования воздуха оставалась крайне высокой, так что оснащалось ими крайне немного автомобилей. Кроме того, они всё ещё были малоэффективны и накладывали ряд ограничений в эксплуатации, с учётом примитивности самих установок и сравнительно невысокой мощности двигателей тех лет. Так, на большинстве автомобилей при включенном кондиционере двигатель неровно работал на холостых оборотах — водителю приходилось выключать кондиционирование на светофорах и при движении в транспортном заторе, когда оно было нужнее всего. Многие модели давали мощный поток холодного воздуха только при движении на трассе, а при городских скоростях он становился слабым, при этом температура охлаждающей жидкости в двигателе приближалась к критической, угрожая перегревом. Управление было как правило самым рудиментарным — в лучшем случае водитель мог выбрать несколько скоростей работы вентилятора, температура кондиционированного воздуха же обычно настройке не подлежала, не говоря уже о выборе точки, из которой он подавался в салон — все установки кондиционирования тех лет были отдельными от системы вентиляции и для подачи воздуха в салон использовали свои собственные дефлекторы. Даже обычный отопитель в те годы на большинстве автомобилей оставался дополнительным оборудованием, устанавливаемым за доплату, на кондиционер же и вовсе смотрели как на большую роскошь.

Революция произошла в 1954 году: корпорацей Nash-Kelvinator^[англ.] была впервые предложена интегрированная система вентиляции и отопления All-Weather Eye^[англ.], включавшая в себя и отопитель, и кондиционер, причём все компоненты располагались под капотом, не занимая место в багажнике и устраняя уязвимо расположенные под днищем автомобиля длинные трубопроводы и ресивер. Подогретый или охлаждённый воздух подавался в салон уже как на современных автомобилях — через расположенные на панели приборов дефлекторы. Наиболее же приятной для потенциальных покупателей оказалась цена установки, которая составляла всего $345 — дешевле, чем у любой другой автомобильной системы кондиционирования тех лет. И всё же, даже эта сумма составляла примерно четверть от цены самого дешёвого легкового «Форда» в том же году ($1548).

С учётом цены, в конце 1950-х годов автомобильные кондиционеры всё ещё оставались очень редким оборудованием — так, из автомобилей Ford Motor Company они более-менее массово устанавливались только на дорогих Lincoln; на Mercury и Edsel среднего ценового диапазона кондиционер в 1958 году заказало всего около 1,5 % покупателей, а на бюджетных «Фордах» эта опция и вовсе была практически не востребована.

Тем не менее, с распространением подобных All-Weather Eye систем управления микроклиматом, более практичных и удобных в использовании, популярность автомобильных установок кондиционирования росла, и к началу 1960-х годов их имели уже примерно 20 % американских автомобилей. Впрочем, массовое их распространение пришлось всё же на начало 1970-х годов. В 1968 году кондиционер впервые стал стандартным оборудованием на автомобиле AMC Ambassador (среднего ценового диапазона), а уже в 1969 году его имели 54 % новых американских автомобилей. В Европе же вплоть до 1980-х годов кондиционер оставался большой редкостью. Первым советским автомобилем, получившим кондиционер стал ЗИЛ-111А.

С тех пор принципиальных изменений в конструкции и принципе действия автомобильных кондиционеров не произошло, за исключением введения систем автоматизированного, в том числе компьютерного, управления (климат-контроль), повышения эффективности, долговечности и удобства в эксплуатации, введения всевозможных дополнительных фильтров и так далее.

Автомобильный кондиционер работает по тому же термодинамическому циклу, что и обычный домашний кондиционер или холодильник (т.е. обратный цикл Ренкина с расширением за счёт дросселирования).

Кондиционер охлаждает воздух за счет изменения агрегатных состояний рабочего вещества системы — хладагента. Хладагент из испарителя поступает к компрессору в газообразном состоянии, где сжимается до 1200 кПа, отчего температура хладагента повышается до 150 °С, и направляет его дальше по контуру к конденсатору. В конденсаторе сжатый хладагент переходит в жидкое состояние – конденсируется, и выделяет тепло, которое рассеивается в окружающей среде. Затем хладагент в виде жидкости проходит через фильтр-осушитель, который удаляет загрязнения и воздух, а также уменьшает влажность. Затем жидкость направляется в испаритель через расширительный клапан, который представляет собой дроссель. Давление жидкости понижается, и хладагент становится частично газообразным.

В испарителе хладагент в фазе газ-жидкость движется по трубкам. Вентилятор продувает воздух из салона автомобиля через испаритель, воздух охлаждается, тепло от него передается хладагенту. После чего хладагент снова подаётся в компрессор и цикл замыкается.

Устройство автомобильного кондиционера в целом аналогично устройству стационарного, отличие составляет лишь большая компактность всех узлов и то, что источником энергии выступает двигатель внутреннего сгорания, а значит, что кондиционер может работать только при работающем двигателе (на электромобилях — собственный для компрессора электродвигатель). Компрессор кондиционера имеет электромагнитную муфту, которая позволяет отключить подачу крутящего момента на вал компрессора, когда кондиционер не используется, также, как правило, этот компрессор является аксиально-поршневым, однако в последнее время все чаще используется пластинчатый насос .Испаритель почти всегда находится в том же воздуховоде, что и радиатор отопителя, обдувается тем же вентилятором. Отвод конденсата от испарителя кондиционера обычно выполняется прямо под автомобиль, поэтому часто под автомобилем с работающим кондиционером можно увидеть небольшую лужу.Радиатор конденсатора расположен перед радиатором системы охлаждения двигателя, охлаждается тем же вентилятором, что и радиатор охлаждения двигателя и интеркулер (для автомобилей с турбонаддувом).

• 
  Компрессор кондиционера под капотом AMC Ambassador 1968 года.
• 
  Внутреннее устройство компрессора кондиционера, работающего по принципу пластинчатого насоса.
• 
  Воздушный фильтр кондиционера.

Так как «настоящие» (компрессорные) автомобильные установки кондиционирования воздуха в течение долгого времени были весьма дороги, им была создана более дешёвая альтернатива в виде портативных испарительных кондиционеров (кулеров). В 1930—1960-х годах они были весьма популярны в жарких штатах юго-запада США в качестве дополнительного оборудования. Как правило, кулеры устанавливались на рамку пассажирской двери. По устройству они были до примитивности просты и с технической точки зрения представляли собой обычный испарительный кондиционер, в котором охлаждение воздуха достигается за счёт поглощения тепла водой при её испарении. В корпусе кулера располагался картридж из пористого или волокнистого материала, который постоянно смачивался водой. Когда машина находилась в движении, воздух поступал в устройство самотёком за счёт эффекта инерционного наддува, вызывая интенсивное испарение воды, а для работы на стоянке некоторые модели имели электровентилятор, обычно подключаемый к штатному разъёму для прикуривателя. Типовой вариант имел водяной резервуар объёмом около 4 литров, чего хватало на 100—150 миль пробега (150—250 км).

Эффективность такой установки в жаркую погоду была вполне достаточна, поэтому до массового распространения настоящих автомобильных кондиционеров её применение в жарком климате было оправдано, несмотря на явные недостатки: необходимость постоянного добавления воды в корпус (вода постепенно расходовалась) и характерный «болотный» запах сырости, приобретаемый прошедшим через установку воздухом (из-за чего они и получили своё американское название — swamp cooler, от swamp — «болото»). В настоящее время кулер является характерным атрибутом стиля Resto cal, но часто ставят их и просто на классические автомобили.