värme, ventilation och luftkonditionering (HVAC) är tekniken för inomhus-och fordonskomfort. HVAC underlättar hanteringen av det behagliga klimatet inuti stugan genom att kontrollera graden av hethet/svalhet.
det fanns tider när man hade en luftkonditionering i en bil ansågs vara en av de stora funktionerna, men idag har luftkonditioneringsapparater blivit standardutrustning även i bilar på startnivå. Önskan om ännu mer komfort och lyx har lett till utvecklingen av klimatkontrollsystemet i en bil. Det primära syftet med automatisk klimatkontroll är att hantera temperaturen i ett visst område för passagerarnas komfort ombord.
HVAC introducerades först i bilar i början av 1960-talet och finns i de flesta avancerade fordon idag. Det är ett komplext system som består av mekaniska/elektroniska omkopplare eller knoppar i frontend. Systemets backend består av en eller flera fläktmotorer, ställdon (för friskluftscirkulationskontroll, luftflödeskontroll och temperaturkontroll) och kylenhet i kombination med många kanaler genom vilka luft överförs till kabinen.
grundprincipen bakom driften av HVAC-enheten är ledning och konvektion. Värme överförs från en lågtemperaturregion till en högtemperaturregion i fordonet på grund av tryckskillnaden. Denna process av värmeöverföring kallas kylning . Figur 1 visar cykeldiagrammet för hela kylprocessen.
ett luftkonditioneringssystem består av fem huvudkomponenter:
- förångare
- kompressor
- kondensor
- mottagare/torrare
- expansionsanordning
de fem huvudkomponenterna är indelade i två tryckregioner: högtryckssidan är kondensorn och mottagaren/torkaren, och lågtryckssidan är kondensorn och mottagaren / torkaren, och lågtryckssidan är kondensorn och mottagaren / torkaren, och lågtryckssidan är kondensorn trycksidan är luftkonditioneringsförångaren. Delningspunkten mellan högt och lågt tryck skär genom kompressorn och expansionsventilen.
följande avsnitt diskuterar i detalj varje del av HVAC-systemet (se Figur 2).
förångare
en förångare är en värmeväxlingsanordning i kylcykeln. Det flytande kylmediet, som kommer ut ur expansionsvärdet och går in i förångaren, har lägre temperatur och lägre tryck.
vid passage genom förångarspolarna absorberar köldmediet värmen från luften som blåses genom spolarna och omvandlas till låg temperatur, lågtrycksånga. Det flytande köldmediet görs för att strömma från botten till toppen av förångarspolarna för att säkerställa att flytande köldmedium kokar innan det lämnar förångarspolarna.
de uppgifter som utförs av förångaren kan sammanfattas enligt följande:
- Absorption av värme
- kokning av allt kylmedel till ångor
luften som blåses av fläkten blir i sin tur svalare vid överföring av värmen och passerar in i kabinen genom ventilerna.eftersom luftkonditioneringsindunstaren ger kylningen genom att absorbera värmen från det omgivande mediet, kan det tjäna dubbelt syfte när det placeras mycket nära fordonets instrumentbräda. Det absorberar värmen från luften som passerar genom den och absorberar också värme inifrån fordonet för att bibehålla den önskade temperaturen.
kompressor
luftkonditioneringskompressorn är känd som hjärtat i de centrala luftkonditioneringsenheterna. Kompressorn absorberar ångkylmedel från sugledningen och komprimerar ångorna till hög överhettningsånga. Ångans temperatur är normalt två och en halv gånger högre än utomhusluftens temperatur.
eftersom värme alltid strömmar från varmt till kallt måste köldmediet vara mycket varmare än uteluften för att kunna flytta värme ut ur systemet. När köldmediet strömmar över kompressorn tar det också bort värme av kompression, motorlindningsvärme, mekanisk friktion och annan värme absorberad i sugledningen. En annan viktig uppgift för luftkonditioneringskompressorn är att generera flödet av kylmedel i systemet.
de uppgifter som utförs av kompressor kan sammanfattas enligt följande:
- Superheat
- ta bort latent värme eller (kondensera)
- ta bort mer sensabel värme eller (underkyld)
- generera flödet av köldmedium
kondensor
den heta högtrycksångan gör sitt nästa stopp vid kondenseringsspolen. Kondensorn är precis som förångaren – det är en värmeväxlare. Inuti kondenseringsspolen strömmar kylmediet från toppen till botten av spolen.
eftersom kylmediet har mycket högre temperatur än omgivningstemperaturen kyls det ner när det passerar genom spolen. När supervärmeköldmediet når den nedre tredjedelen av spolen svalnar det tillräckligt för att byta tillbaka till en vätska. Denna process kallas underkylning.
när köldmediet kondenserar till flytande form genom att frigöra värmen blir utetemperaturen på kopparröret mycket hög och med hjälp av fläkten/kylarfläkten blåses värmen ut ur systemet. Denna uppvärmda luft i vissa fordon blir källan till varm luft under kallare klimatförhållanden.
placeringen av kondensorn är också viktigt för bättre effektivitet, eftersom det är mycket varmt, så maximal yta måste utsättas för att säkerställa kylning i snabbare takt.
torrare / mottagare
torkare / mottagare finns i högtryckssektionen i systemet, vanligtvis i VVS mellan kondensorutloppet och expansionsventilinloppet, även om vissa kan anslutas direkt till kondensorn.
torkaren/mottagaren har tre mycket viktiga funktioner:
- de fungerar som förvaringsbehållare för extra kylmedel under perioder med låg kylbehov. Detta är” mottagare ” – funktionen hos mottagaren/torkaren.
- de innehåller ett filter som kan fånga föroreningar inuti A/C-systemet.
- torkaren / mottagaren innehåller ett material som kallas torkmedel. Det används för att absorbera fukt (vatten) som kan ha kommit in i A/C-systemet under tillverkning, montering eller service. Detta är funktionen” torrare ” hos torkaren/mottagaren.
expansionsanordning
expansionsanordningen krävs för att generera tryckskillnaden för flytande köldmedium att koka bort till gas. Expansionsanordningen skapar ett tryckfall genom att begränsa flödet av kylmedel runt systemet.
att bromsa flödet av köldmedium gör att kompressorn delvis evakuerar ena sidan av systemet. Detta tomrum med lågt tryck kallas” sugsidan ”eller” lågsidan ” av systemet.
automatisk klimatkontroll
automatisk klimatkontroll är möjligheten att övervaka och kontrollera temperaturen i ett visst utrymme utan manuell ingrepp. Fordonspassagerarna anger önskad kabintemperatur och fuktighet. Dessa värden tas som ingångar av klimatkontrollsystemet och det styr elektroniskt temperaturen och luftfuktigheten och upprätthåller dem vid användardefinierade värden. Detta eliminerar den mänskliga ansträngningen att reglera kabintemperaturen genom att slå på/stänga av AC eller genom att skjuta varmare eller svalare kontroll.
mekaniken för automatiserad klimatkontroll kräver att temperatur-och fuktighetssensorer placeras i kabinen. Dessa sensorer läser kontinuerligt temperatur-och fuktighetsvärdena för området och matar det till mikrokontroller (MCU). Dessa avläsningar jämförs sedan med MCU med den inställning som definieras av passagerarna och uppvärmningen/kylningen justeras på lämpligt sätt (se Figur 3).
det fanns en tid då alla som körde i ett fordon var tvungna att komma överens om en enda temperaturinställning – vissa skulle känna att det var kallt svalt medan andra lämnades svettande. Framsteg inom automatisk klimatkontroll i bilar har utvecklats till zonad klimatkontroll. I denna typ av implementering kan varje passagerare justera temperaturen på sittplatsen där han eller hon sitter.
varje område inom de definierade zonerna har en separat temperatursensor som läser den aktuella temperaturen för det angivna området. Varje temperatursensordata jämförs med temperaturinställningen definierad för den specifika zonen och lämplig kylnings-eller uppvärmningsåtgärd initieras.
ett automatiskt klimatkontrollsystem innehåller också en dator som reglerar hela luftsystemet i facket. Detta uppnås genom att reglera fläkthastigheten, ingrepp av luftkonditioneringskompressorn och den totala lufttemperaturen som ska betalas ut i facket. Vanligtvis är dessa processer integrerade i det övergripande datorsystemet inom moderna bilar.
varje tillverkare har sin egen distinkta metod för att leverera det perfekta klimatet för enskilda passagerare; men de är alla beroende av vissa liknande komponenter, som ytterligare kontroller i förarens HVAC – styrenhet, en extra HVAC-styrenhet i bakre sittgrupp, individuella temperatursensorer för varje zon, massor av extra dold kanal för att bära luften där det behövs och extra ventiler-massor av extra ventiler. Till exempel har Lexus LX570 28 av dem.
om författarna
Nitin Gupta är en SR. applikationsingenjör med erfarenhet inom inbäddad mjukvaruutveckling för digital multimedia – både konsument och bil.