Le chauffage, la ventilation et la climatisation (CVC) sont la technologie pour le confort ambiant intérieur et automobile. Le CVC facilite la gestion du climat agréable à l’intérieur de la cabine en contrôlant le degré de chaleur / fraîcheur.
Il y avait des moments où avoir un climatiseur dans une voiture était considéré comme l’une des grandes caractéristiques, mais aujourd’hui, les climatiseurs sont devenus des équipements standard, même dans les automobiles d’entrée de gamme. Le désir d’encore plus de confort et de luxe a conduit au développement du système de climatisation à l’intérieur d’une automobile. Le but principal de la climatisation automatique est de gérer la température d’une zone donnée pour le confort des passagers à bord.
Le CVC a été introduit pour la première fois dans les automobiles au début des années 1960, et est disponible dans la plupart des véhicules haut de gamme aujourd’hui. C’est un système complexe composé d’interrupteurs ou de boutons mécaniques / électroniques dans l’interface. Le backend du système comprend un ou plusieurs moteurs de soufflerie, des actionneurs (pour le contrôle de la circulation d’air frais, le contrôle du débit d’air et le contrôle de la température) et une unité de réfrigération couplée à de nombreux conduits par lesquels l’air est transféré vers la cabine.
Le principe de base du fonctionnement de l’unité CVC est la conduction et la convection. La chaleur est transférée d’une région à basse température à une région à haute température dans le véhicule, en raison de la différence de pression. Ce processus de transfert de chaleur est appelé Réfrigération. La figure 1 montre le schéma de cycle du processus de réfrigération complet.
Un système de climatisation comprend cinq composants principaux:
- Évaporateur
- Compresseur
- Condenseur
- Récepteur / séchoir
- Dispositif d’expansion
Les cinq composants principaux sont divisés en deux régions de pression: le côté haute pression est l’unité condenseur et récepteur / séchoir, et le côté est l’évaporateur de climatisation. Le point de séparation entre haute et basse pression traverse le compresseur et le détendeur.
La section suivante décrit en détail chaque élément du système CVC (voir Figure 2).
Évaporateur
Un évaporateur est un dispositif d’échange de chaleur dans le cycle de réfrigération. Le réfrigérant liquide, sortant de la valeur de dilatation et entrant dans l’évaporateur, est à une température et une pression plus basses.
En passant à travers les serpentins de l’évaporateur, le réfrigérant absorbe la chaleur de l’air qui est soufflé à travers les serpentins et est converti en vapeur à basse température et basse pression. Le réfrigérant liquide s’écoule du bas vers le haut des serpentins de l’évaporateur pour s’assurer que le réfrigérant liquide bout avant de quitter les serpentins de l’évaporateur.
Les tâches effectuées par l’évaporateur peuvent être résumées comme suit:
- Absorption de la chaleur
- Ébullition de tout le réfrigérant en vapeurs
L’air soufflé par le ventilateur se refroidit à son tour, lors du transfert de la chaleur, et est transmis dans la cabine par les évents.
Étant donné que l’évaporateur de climatisation assure le refroidissement en absorbant la chaleur du milieu environnant, il pourrait servir à un double usage lorsqu’il est placé très près du tableau de bord du véhicule. Il absorbe la chaleur de l’air qui le traverse et absorbe également la chaleur de l’intérieur du véhicule pour maintenir la température requise.
Compresseur
Le compresseur de climatisation est connu comme le cœur des unités de climatisation centrales. Le compresseur absorbe la vapeur de réfrigérant de la conduite d’aspiration et comprime les vapeurs en vapeur de surchauffe élevée. La température de la vapeur est normalement deux fois et demie supérieure à la température de l’air extérieur.
Comme la chaleur passe toujours du chaud au froid, le réfrigérant doit être beaucoup plus chaud que l’air extérieur pour pouvoir évacuer la chaleur du système. Lorsque le réfrigérant traverse le compresseur, il élimine également la chaleur de compression, la chaleur d’enroulement du moteur, le frottement mécanique et toute autre chaleur absorbée dans la conduite d’aspiration. Une autre tâche clé du compresseur du climatiseur est de générer le flux de réfrigérant dans le système.
Les tâches effectuées par compressor peuvent être résumées comme suit:
- Surchauffer
- Éliminer la chaleur latente ou (condenser)
- Éliminer la chaleur plus sensible ou (sous-refroidie)
- Générer le flux de réfrigérant
Condenseur
La vapeur chaude à haute pression fait son prochain arrêt au serpentin de condensation. Le condenseur est comme l’évaporateur – c’est un échangeur de chaleur. À l’intérieur de la bobine de condensation, le réfrigérant s’écoule de haut en bas de la bobine.
Comme le réfrigérant est à une température beaucoup plus élevée que la température ambiante, il se refroidit lorsqu’il traverse la bobine. Au moment où le super réfrigérant thermique atteint le tiers inférieur de la bobine, il se refroidit suffisamment pour se transformer en liquide. Ce processus est connu sous le nom de sous-refroidissement.
Au fur et à mesure que le réfrigérant se condense sous forme liquide en libérant la chaleur, la température extérieure du tube de cuivre devient très élevée et, à l’aide du ventilateur / ventilateur de radiateur, la chaleur est évacuée du système. Cet air chauffé dans certains véhicules devient la source d’air chaud dans des conditions climatiques plus fraîches.
Le placement du condenseur est également important pour une meilleure efficacité, car il fait très chaud, de sorte que la surface maximale doit être exposée pour assurer un refroidissement plus rapide.
Séchoir / Récepteur
Les séchoirs / récepteurs sont situés dans la section haute pression du système, généralement dans la tuyauterie entre la sortie du condenseur et l’entrée du détendeur, bien que certains puissent être raccordés directement au condenseur.
Le sécheur/ récepteur remplit trois fonctions très importantes:
- Ils servent de conteneurs de stockage pour le réfrigérant supplémentaire pendant les périodes de faible demande de refroidissement. C’est la fonction « récepteur » du récepteur/ séchoir.
- Ils contiennent un filtre qui peut piéger les contaminants à l’intérieur du système de climatisation.
- Le Sécheur/récepteur contient un matériau appelé déshydratant. Il est utilisé pour absorber l’humidité (eau) qui peut avoir pénétré à l’intérieur du système de climatisation lors de la fabrication, de l’assemblage ou de l’entretien. Il s’agit de la fonction « sécheur » du sécheur/récepteur.
Dispositif d’expansion
Le dispositif d’expansion est nécessaire pour générer la différence de pression pour que le réfrigérant liquide bout en gaz. Le dispositif d’expansion crée une chute de pression en limitant l’écoulement du réfrigérant autour du système.
En ralentissant le débit de réfrigérant, le compresseur évacue partiellement un côté du système. Ce vide à basse pression est appelé « côté aspiration » ou « côté bas » du système.
Climatisation automatique
La climatisation automatique est la capacité de surveiller et de contrôler la température d’un espace spécifié sans intervention manuelle. Les passagers du véhicule spécifient la température et l’humidité de la cabine requises. Ces valeurs sont prises en entrée par le système de climatisation qui contrôle électroniquement la température et l’humidité et les maintient aux valeurs spécifiées par l’utilisateur. Cela élimine l’effort humain pour réguler la température de la cabine en allumant / éteignant la climatisation ou en faisant glisser la commande du réchauffeur ou du refroidisseur.
La mécanique de la climatisation automatisée nécessite que des capteurs de température et d’humidité soient placés dans la cabine. Ces capteurs lisent en continu les valeurs de température et d’humidité de la zone et les transmettent au microcontrôleur (MCU). Ces lectures sont ensuite comparées par le MCU au réglage défini par les occupants et le chauffage/ refroidissement est réglé de manière appropriée (voir Figure 3).
Il fut un temps où tout le monde à bord d’un véhicule devait se mettre d’accord sur un réglage unique de la température – certains avaient l’impression qu’il faisait froid pendant que d’autres transpiraient. Les progrès de la climatisation automatique dans les automobiles ont évolué vers une climatisation zonée. Dans ce type de mise en oeuvre, chaque occupant peut régler la température de l’assise dans laquelle il est assis.
Chaque zone dans les zones définies dispose d’un capteur de température séparé qui lit la température actuelle de la zone spécifiée. Chaque donnée du capteur de température est comparée au réglage de température défini pour la zone particulière et l’action de refroidissement ou de réchauffement appropriée est initiée.
Un système de climatisation automatique comprend également un ordinateur qui régule l’ensemble du système d’air dans le compartiment. Ceci est réalisé en réglant la vitesse du ventilateur, l’engagement du compresseur de climatisation et la température globale de l’air à décaisser dans le compartiment. En règle générale, ces processus sont intégrés au système informatique global des automobiles modernes.
Chaque fabricant a sa propre méthode pour fournir le climat parfait aux passagers individuels; cependant, ils reposent tous sur certains composants similaires, tels que des commandes supplémentaires dans l’unité de contrôle CVC du conducteur, une unité de contrôle CVC supplémentaire dans la zone des sièges arrière, des capteurs de température individuels pour chaque zone, de nombreux conduits cachés supplémentaires pour transporter l’air là où il est nécessaire et des évents supplémentaires – beaucoup et beaucoup d’évents supplémentaires. Par exemple, le Lexus LX570 en compte 28.
À propos des auteurs
Nitin Gupta est un ingénieur d’application senior avec une expérience dans le domaine du développement de logiciels embarqués pour le multimédia numérique – à la fois grand public et automobile.