Неопытные автовладельцы не всегда понимают, для чего работает печка в машине и как она получает тепловую энергию, с помощью которой обогревает салон. Понимание процесса выработки тепловой энергии в отопителе автомобиля важно не только в теории, но и на практике, ведь без такой информации водитель не сможет правильно пользоваться отопителем салона.
Неопытные автовладельцы не всегда понимают, для чего работает печка в машине и как она получает тепловую энергию, с помощью которой обогревает салон. Понимание процесса выработки тепловой энергии в отопителе автомобиля важно не только в теории, но и на практике, ведь без такой информации водитель не сможет правильно пользоваться отопителем салона.
Для чего нужна печка
За этим агрегатом закрепилось несколько названий:
- печка;
- отопитель;
- обогреватель.
Все описывают его суть — устройство предназначено для обогрева салона, чтобы даже под тяжелыми двигателями внутри автомобиля было тепло и комфортно. Кроме того, обогреватель дует горячим воздухом на лобовое стекло, из-за чего на нем тает снег и лед.
Как работает система обогрева салона
Печка является частью системы охлаждения двигателя, поэтому для понимания принципов ее работы необходимо сначала понять, откуда в двигателе берется тепловая энергия и почему важно ее охлаждать. Современные автомобили, кроме электромобилей, оснащены двигателями, работающими за счет расширения газов при сгорании топливовоздушной смеси (бензин, дизель или газ плюс воздух), поэтому такие силовые агрегаты называют «двигателями внутреннего сгорания» или двигателями внутреннего сгорания.
Температура внутри цилиндров во время рабочего хода достигает двух тысяч градусов Цельсия, что заметно выше температуры плавления не только алюминия, из которого изготовлена ГБЦ (верхняя часть цилиндра), но и блока цилиндров из чугуна (ДО Н.Э).
Откуда берется избыток тепла
После окончания рабочего такта такт выпуска начинается, когда горячие газы выходят из двигателя и попадают в катализатор, где сгорают углеводороды и угарный газ, так что коллектор часто нагревается до уровня 600-900 градусов. Тем не менее, при рабочем цикле горящая смесь бензина и воздуха успевает передать часть тепловой энергии БЦ и ГБЦ, а учитывая, что частота вращения вала даже устаревших дизелей на холостом ходу составляет 550 об/мин, рабочая цикл проходит в каждом цилиндре в секунду 1-2 раза. По мере увеличения нагрузки на автомобиль водитель сильнее давит на газ, что увеличивает:
- количество топливовоздушной смеси;
- температура во время рабочего такта;
- количество тактов за секунду.
То есть увеличение нагрузки приводит к увеличению выделяемой тепловой энергии и нагреву всех деталей двигателя. Учитывая, что многие элементы силовой установки изготовлены из алюминия, такой нагрев для них неприемлем, поэтому лишнее тепло отводится с помощью системы охлаждения. Оптимальная температура двигателя при эксплуатации 95-105 градусов Цельсия, именно на нее рассчитаны все тепловые зазоры в двигателе, а значит износ деталей при этой температуре минимальный. Понимание принципа получения избыточной тепловой энергии необходимо для ответа на вопрос – от чего работает печка в автомобиле.
Для нормального запуска автомобиля зимой к штатной системе охлаждения подключается автономный (работающий от штатного топлива и аккумулятора) или сетевой предпусковой подогреватель, который нагревает охлаждающую жидкость до температуры 70 градусов. Такое устройство позволяет запускать топку до включения двигателя, ведь в состав предпускового подогревателя входит дополнительный насос, обеспечивающий циркуляцию антифриза (ОЖ, охлаждающей жидкости). Без этого устройства холодный пуск силового агрегата отрицательно сказывается на состоянии двигателя, т к вязкое масло не обеспечивает эффективной смазки трущихся поверхностей.
Куда сбрасывают излишки тепла
Чтобы обеспечить такой режим, необходимо где-то сбрасывать лишнюю тепловую энергию. На схеме системы охлаждения для этого предназначены два отдельных контура циркуляции антифриза, каждый со своим радиатором (теплообменником):
- салонный (печки);
- основной (двигателя).
Теплоизлучающая способность салонного радиатора в десять раз меньше основного, поэтому он оказывает минимальное влияние на температурный режим двигателя, но производительности достаточно для обогрева салона автомобиля. При прогреве двигателя температура повышается, поэтому сразу после того, как водитель заводит машину, через отопитель салона проходит холодный антифриз, который постепенно нагревается. Поэтому при выходе стрелки термометра из мертвой зоны из дефлекторов начинает дуть горячий воздух, при включенной топке.
Естественной циркуляции охлаждающей жидкости по системе охлаждения недостаточно, поэтому она принудительно прокачивается водяной помпой (помпой), которая связана ремнем с распредвалом или коленвалом. Часто бывает один ремень, приводящий в движение помпу, генератор и насос гидроусилителя руля (ГУР). Поэтому скорость движения жидкости напрямую зависит от оборотов двигателя, на холостом ходу циркуляция минимальна, даже если параметры системы охлаждения подобраны таким образом, чтобы исключить перегрев двигателя. Но в автомобилях с уставшим силовым агрегатом и забитой системой охлаждения двигатель часто перегревается на холостом ходу.
Пока температура охлаждающей жидкости ниже уровня открытия термостата (80-95 градусов), жидкость циркулирует только по малому кругу, это снижает потери тепла, и такой режим работы называется подогревом. После достижения заданной температуры термостат открывается и начинается циркуляция по большому кругу, за счет чего увеличиваются потери тепла и уходит лишнее тепло в атмосферу.
При достижении температуры двигателя 95-100 градусов включается вентилятор, что резко увеличивает эффективность охлаждения силового агрегата, позволяя ему работать с максимальной эффективностью. Такое расположение надежно защищает двигатель, но никак не влияет на работу печки, ведь температура проходящего через нее антифриза поддерживается на одном уровне, а тепловыделение двигателя достаточно даже при максимальном расходе воздуха течь в радиатор салона.
Как печка обогревает салон
Из-за своих небольших размеров и удаленности от салона теплообменник не может напрямую нагревать салон автомобиля, поэтому в качестве охлаждающей жидкости используется воздух внутри или снаружи помещения. Поэтому печь представляет собой сложный агрегат, состоящий из следующих элементов:
- вентилятора;
- салонного фильтра;
- радиатора;
- корпуса с каналами;
- заслонок;
- воздуховодов, транспортирующих нагретый воздух в разные части салона;
- дефлекторов, выпускающих нагретый воздух в салон;
- элементов управления
На легковушки устанавливают 2 типа вентиляторов:
- центробежные;
- пропеллерные.
Первые представляют собой корпус «улитки», внутри которого электродвигатель вращает колесо, снабженное лопастями. При вращении колесо раскручивает воздух, что вызывает центробежное ускорение, заставляя его искать выход из «улитки». Этот выход становится небольшим окном, через которое он проходит с определенной скоростью. Чем быстрее вращается колесо, тем сильнее дует вентилятор.
Второй тип вентилятора представляет собой электродвигатель с крыльчаткой (крыльчаткой), прикрепленной к валу. Лопасти пропеллера, изогнутые под определенным углом, во время движения выталкивают воздух. Такие вентиляторы дешевле в производстве, а также занимают меньше места, но менее эффективны, поэтому их устанавливали только на устаревшие модели бюджетных автомобилей, например, на все классическое семейство автомобилей ВАЗ, то есть на легендарные «Жигули».
Салонный фильтр
Печка засасывает воздух из нижней части моторного отсека, поэтому велика вероятность попадания в воздухозаборник мелких камней и другого мусора, который может повредить вентилятор или радиатор. Фильтрующий элемент выполнен в виде съемного картриджа, а воздух очищается сложенным в гармошку нетканым синтетическим материалом с антибактериальной пропиткой.
Самые качественные и дорогие фильтры оснащены дополнительной секцией, заполненной активированным углем, благодаря чему очищают поступающий воздух даже от неприятных запахов.
Радиатор
Теплообменник является основным элементом отопителя, ведь именно он передает тепловую энергию от двигателя проходящему через него воздушному потоку. Он состоит из нескольких труб, проходящих через сетку из металла с высокой теплопроводностью, обычно из алюминия или меди. Сетка, состоящая из отдельных ребристых пластин, размещена так, что оказывает минимальное сопротивление проходящему через них воздушному потоку, но при этом максимально нагревается, поэтому, чем больше теплообменник, тем больше воздуха он может нагреваться в единицу времени до заданной температуры. Эта деталь выпускается в двух основных модификациях:
- изогнутая змейкой труба, проходящая через ребра – такая конструкция максимально дешева в производстве и очень ремонтопригодна, но ее КПД невысок;
- Два резервуара (коллектора), соединенных тонкими трубами, проходящими через колосник, такая конструкция заметно дороже в производстве и сложнее в ремонте, но КПД намного выше
Недорогие модели изготавливают из стали и алюминия, более качественные делают из меди.
Корпус с каналами
2 канала идут от вентилятора через корпус, в одном радиатор, другой в обход теплообменника. Такая конфигурация позволяет регулировать температуру воздуха, поступающего в салон с улицы, на самую теплую. Заслонка, расположенная на пересечении воздуховодов, регулирует поток воздуха. Когда он находится посередине, воздушный поток поступает в оба канала примерно с одинаковой скоростью, смещение в ту или иную сторону приводит к закрытию соответствующего канала и полному открытию другого.
Заслонки
В автомобильном отопителе установлены 3 заслонки:
- первая открывает и закрывает воздушные каналы, по которым поток воздуха поступает в радиатор, это зависит от того, откуда обогреватель будет засасывать воздух, с улицы или из салона;
- вторая управляет подачей воздуха к радиатору, а значит, регулирует его температуру на выходе;
- третья распределяет поступление воздушного потока к различным дефлекторам, позволяя обогревать как весь салон, так и только отдельные его части.
В бюджетных автомобилях рычаги и кнопки управления этими заслонками вынесены на консоль передней панели; на более дорогих автомобилях работой управляет микроконтроллер кондиционера.
Воздуховоды
В зависимости от модели и комплектации машины воздуховоды проложены как под передней панелью, так и под полом, а их выходы расположены в разных местах салона. Наиболее популярными выходами воздуха являются пространства под передними и задними сиденьями, ведь такое расположение идеально подходит для обогрева не только верхней, но и нижней части салона, а значит и ног водителя и пассажиров.
Дефлекторы
Эти элементы выполняют 2 важные задачи:
- рассекают поток воздуха на несколько меньших потоков, чтобы снизить скорость движения при сохранении общего объема подачи;
- защищают воздуховоды от попадания в них грязи.
Например, дефлекторы на «торпеде», то есть на передней панели, можно поворачивать, меняя тем самым направление идущего от них воздушного потока. Эта функция особенно полезна, если лицо холодное и при повороте дефлектора к нему направляется теплый воздух.
Элементы управления
Во всех автомобилях органы управления печкой расположены на передней панели или консоли, а вот на заслонках они работают по-разному. В самых доступных моделях без кондиционера или системы климат-контроля заслонки управляются тягами, прикрепленными к рычагам, выведенным наружу. В более дорогих и престижных моделях, а также в топовых комплектациях всем управляет электроника, которая получает сигналы от кнопок и потенциометров, выведенных на переднюю панель, а также от бортового компьютера или блока климат-контроля.
Заключение
Отопитель салона — это не отдельный узел, а сложная система, связанная с двигателем автомобиля и бортовой электропроводкой, а источником тепла для него является горящее в цилиндрах топливо. Поэтому ответ на вопрос — что заставляет работать печку в автомобиле очевиден, ведь именно ДВС является настоящим «отопителем» для водителя и пассажиров, а остальные элементы лишь передают им тепло , нагревать поступающий воздух и распределять его по салону. Неважно, какая у вас машина – Таврия, УАЗ или современная иномарка, обогрев салона всегда работает по такому принципу.
https://www.youtube.com/embed/-lJmb_hfcXE
