مبدأ عمل مروحة تكييف هواء السيارة
الملخص: نظام تكييف الهواء في السيارة هو جهاز يُستخدم لتبريد وتدفئة وتجديد وتنقية الهواء داخلها. يوفر هذا النظام بيئة قيادة مريحة للركاب، ويقلل من إجهاد السائقين، ويعزز سلامة القيادة. وقد أصبح نظام التكييف أحد مؤشرات كفاءة السيارة. يتكون نظام تكييف الهواء في السيارة من ضاغط، ومروحة تكييف، ومكثف، ومجفف لتخزين سائل التكييف، وصمام تمدد، ومبخر، وغيرها. تتناول هذه الورقة بشكل أساسي مبدأ عمل مروحة تكييف الهواء في السيارة.
مع تزايد ظاهرة الاحتباس الحراري وتحسن متطلبات الناس فيما يتعلق ببيئة القيادة، باتت السيارات المجهزة بأنظمة تكييف الهواء أكثر انتشارًا. تشير الإحصائيات إلى أن 78% من السيارات المباعة في الولايات المتحدة وكندا عام 2000 كانت مزودة بتكييف الهواء، وتشير التقديرات الحالية إلى أن 90% على الأقل من السيارات مزودة به، بالإضافة إلى توفير بيئة قيادة مريحة. لذا، ينبغي على مستخدمي السيارات فهم آلية عمل هذه الأنظمة، لكي يتمكنوا من التعامل مع حالات الطوارئ بفعالية وسرعة أكبر.
1. مبدأ عمل نظام التبريد في السيارات
مبدأ عمل نظام تبريد مكيف هواء السيارة
1- مبدأ عمل نظام تبريد مكيف هواء السيارة
تتكون دورة نظام تبريد مكيف هواء السيارة من أربع عمليات: الضغط، وإطلاق الحرارة، والخنق، وامتصاص الحرارة.
(1) عملية الضغط: يسحب الضاغط غاز التبريد ذي درجة الحرارة والضغط المنخفضين عند مخرج المبخر، ويضغطه ليتحول إلى غاز ذي درجة حرارة وضغط مرتفعين، ثم يرسله إلى المكثف. تتمثل الوظيفة الرئيسية لهذه العملية في ضغط الغاز وتسييله ليسهل تسييله. خلال عملية الضغط، لا تتغير حالة غاز التبريد، وتستمر درجة حرارته وضغطه في الارتفاع، مما يؤدي إلى تكوين غاز محمص.
(2) عملية إطلاق الحرارة: يدخل غاز التبريد المحمص ذو درجة الحرارة والضغط العاليين إلى المكثف (المشع) لتبادل الحرارة مع الغلاف الجوي. نتيجةً لانخفاض الضغط ودرجة الحرارة، يتكثف غاز التبريد إلى سائل ويطلق كمية كبيرة من الحرارة. تتمثل وظيفة هذه العملية في طرد الحرارة والتكثيف. تتميز عملية التكثيف بتغير حالة غاز التبريد، أي أنه في ظل ثبات الضغط ودرجة الحرارة، يتحول تدريجيًا من غاز إلى سائل. يكون سائل التبريد بعد التكثيف سائلًا عالي الضغط ودرجة الحرارة. يكون سائل التبريد فائق التبريد، وكلما زادت درجة التبريد الفائق، زادت قدرة التبخر على امتصاص الحرارة أثناء عملية التبخر، وتحسنت كفاءة التبريد، أي زادت كمية البرودة المنتجة.
(3) عملية الخنق: يتم خنق سائل التبريد ذي الضغط والحرارة العاليين عبر صمام التمدد لخفض درجة الحرارة والضغط، ويتم التخلص من جهاز التمدد على شكل رذاذ (قطرات صغيرة). تتمثل وظيفة هذه العملية في تبريد سائل التبريد وخفض ضغطه، من سائل ذي ضغط ودرجة حرارة عاليين إلى سائل ذي ضغط ودرجة حرارة منخفضين، وذلك لتسهيل امتصاص الحرارة، والتحكم في قدرة التبريد، والحفاظ على التشغيل الطبيعي لنظام التبريد.
٤) عملية امتصاص الحرارة: يدخل سائل التبريد، بعد تبريده وضغطه بواسطة صمام التمدد، إلى المبخر. لذا، تكون درجة غليان سائل التبريد أقل بكثير من درجة الحرارة داخل المبخر، مما يؤدي إلى تبخره وتحوله إلى غاز. يمتص سائل التبريد كمية كبيرة من الحرارة المحيطة خلال عملية التبخر، مما يخفض درجة الحرارة داخل السيارة. بعد ذلك، يتدفق غاز التبريد ذو درجة الحرارة والضغط المنخفضين خارج المبخر، وينتظر حتى يسحبه الضاغط مرة أخرى. تتميز هذه العملية الماصة للحرارة بتحول سائل التبريد من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية، مع ثبات الضغط خلال هذه المرحلة، أي أن هذا التحول يتم أثناء عملية الضغط الثابت.
2- يتكون نظام تبريد مكيفات الهواء في السيارات عمومًا من ضواغط ومكثفات ومجففات لتخزين السائل وصمامات تمدد ومبخرات ومراوح. وكما هو موضح في الشكل 1، تتصل هذه المكونات بأنابيب نحاسية (أو ألومنيوم) وأنابيب مطاطية عالية الضغط لتشكيل نظام مغلق. عند تشغيل نظام التبريد، تتكرر حالات ذاكرة التبريد المختلفة داخل هذا النظام المغلق، وتتضمن كل دورة أربع عمليات أساسية:
(1) عملية الضغط: يقوم الضاغط بسحب غاز التبريد عند مخرج المبخر عند درجة حرارة وضغط منخفضين، ويضغطه في ضاغط إزالة الغاز ذي درجة الحرارة والضغط العاليين.
(2) عملية إطلاق الحرارة: يدخل غاز التبريد المحمص ذو درجة الحرارة العالية والضغط العالي إلى المكثف، ويتكثف غاز التبريد إلى سائل بسبب انخفاض الضغط ودرجة الحرارة، ويتم إطلاق الكثير من الحرارة.
(3) عملية الخنق: بعد مرور سائل التبريد ذي درجة الحرارة والضغط العاليين عبر جهاز التمدد، يصبح الحجم أكبر، وينخفض الضغط ودرجة الحرارة بشكل حاد، ويتم التخلص من جهاز التمدد في ضباب (قطرات صغيرة).
(4) عملية امتصاص الحرارة: يدخل سائل التبريد المُبخِّر على شكل رذاذ، لذا فإن درجة غليان سائل التبريد أقل بكثير من درجة الحرارة داخل المُبخِّر، فيتبخر سائل التبريد ويتحول إلى غاز. خلال عملية التبخر، تُمتص كمية كبيرة من الحرارة المحيطة، ثم يدخل بخار التبريد ذو درجة الحرارة والضغط المنخفضين إلى الضاغط.
2- مبدأ عمل المنفاخ
عادةً ما تكون مروحة السيارة من النوع الطارد المركزي، ويشبه مبدأ عملها مبدأ عمل المروحة الطاردة المركزية، باستثناء أن عملية ضغط الهواء تتم عادةً بفعل قوة الطرد المركزي عبر عدة مراوح دافعة (أو عدة مراحل). تحتوي المروحة على دوار عالي السرعة، وتدفع شفراته الهواءَ بسرعة عالية. تدفع قوة الطرد المركزي الهواءَ إلى مخرج المروحة على طول الخط الحلزوني داخل غلافها، ويكتسب هذا التدفق السريع للهواء ضغطًا معينًا. ويتم تجديد الهواء من خلال مركز الغلاف.
نظريًا، يكون منحنى خصائص الضغط والتدفق للمروحة الطاردة المركزية خطًا مستقيمًا، ولكن نظرًا لمقاومة الاحتكاك والخسائر الأخرى داخل المروحة، ينخفض منحنى خصائص الضغط والتدفق الفعلي تدريجيًا مع زيادة معدل التدفق، بينما يرتفع منحنى القدرة والتدفق المقابل للمروحة الطاردة المركزية مع زيادة معدل التدفق. عندما تعمل المروحة بسرعة ثابتة، تتحرك نقطة تشغيلها على طول منحنى خصائص الضغط والتدفق. لا تعتمد حالة تشغيل المروحة أثناء العمل على أدائها فحسب، بل أيضًا على خصائص النظام. فعندما تزداد مقاومة شبكة الأنابيب، يصبح منحنى أداء الأنابيب أكثر انحدارًا. يتمثل المبدأ الأساسي لتنظيم المروحة في الحصول على ظروف التشغيل المطلوبة عن طريق تغيير منحنى أداء المروحة نفسها أو منحنى خصائص شبكة الأنابيب الخارجية. لذلك، تُركّب بعض الأنظمة الذكية في السيارة لمساعدتها على العمل بشكل طبيعي عند القيادة بسرعات منخفضة ومتوسطة وعالية.
مبدأ التحكم في المنفاخ
2.1 التحكم التلقائي
عند الضغط على مفتاح "التشغيل التلقائي" في لوحة التحكم بمكيف الهواء، يقوم كمبيوتر مكيف الهواء تلقائيًا بضبط سرعة المروحة وفقًا لدرجة حرارة الهواء الخارج المطلوبة.
عند تحديد اتجاه تدفق الهواء في "الوجه" أو "اتجاه التدفق المزدوج"، ويكون المنفاخ في حالة سرعة منخفضة، ستتغير سرعة المنفاخ وفقًا لقوة الإشعاع الشمسي ضمن النطاق المحدد.
(1) تشغيل التحكم في السرعة المنخفضة
أثناء التحكم في السرعة المنخفضة، يفصل كمبيوتر مكيف الهواء جهد القاعدة لثلاثي الطاقة، كما يفصل ثلاثي الطاقة ومرحل السرعة الفائقة. يتدفق التيار من محرك المروحة إلى مقاومة المروحة، ثم يسحب الحديد لتشغيل المحرك بسرعة منخفضة.
يحتوي كمبيوتر مكيف الهواء على الأجزاء السبعة التالية: 1- البطارية، 2- مفتاح الإشعال، 3- مرحل السخان، 4- محرك المروحة، 5- مقاوم المروحة، 6- ترانزستور الطاقة، 7- سلك فيوز درجة الحرارة، 8- كمبيوتر مكيف الهواء، 9- مرحل السرعة العالية.
(2) تشغيل نظام التحكم في السرعة المتوسطة
أثناء التحكم بالسرعة المتوسطة، يقوم صمام الطاقة الثلاثي بتركيب مصهر حراري لحمايته من التلف الناتج عن ارتفاع درجة الحرارة. يقوم كمبيوتر مكيف الهواء بتغيير تيار القاعدة لصمام الطاقة الثلاثي عن طريق تغيير إشارة محرك المروحة لتحقيق هدف التحكم اللاسلكي في سرعة محرك المروحة.
3) تشغيل نظام التحكم عالي السرعة
أثناء التحكم عالي السرعة، يقوم كمبيوتر تكييف الهواء بفصل جهد القاعدة لثلاثي الطاقة، وموصله رقم 40، ويتم تشغيل مرحل السرعة العالية، ويتدفق التيار من محرك المنفاخ عبر مرحل السرعة العالية، ثم إلى حديد الربط، مما يجعل المحرك يدور بسرعة عالية.
2.2 التسخين المسبق
في وضع التحكم التلقائي، يقوم مستشعر حرارة مثبت في الجزء السفلي من قلب السخان بقياس درجة حرارة سائل التبريد، ثم يُجري عملية التسخين المسبق. عندما تكون درجة حرارة سائل التبريد أقل من 40 درجة مئوية ويكون المفتاح التلقائي مُفعّلاً، يقوم كمبيوتر مكيف الهواء بإيقاف المروحة لمنع خروج الهواء البارد. في المقابل، عندما تكون درجة حرارة سائل التبريد أعلى من 40 درجة مئوية، يقوم كمبيوتر مكيف الهواء بتشغيل المروحة وجعلها تدور بسرعة منخفضة. بعد ذلك، يتم التحكم في سرعة المروحة تلقائيًا وفقًا لتدفق الهواء المحسوب ودرجة حرارة الهواء الخارج المطلوبة.
لا يوجد التحكم في التسخين المسبق الموصوف أعلاه إلا عند تحديد اتجاه تدفق الهواء في اتجاه "الأسفل" أو "التدفق المزدوج".
2.3 التحكم المتأخر في تدفق الهواء (للتبريد فقط)
يعتمد التحكم المؤجل في تدفق الهواء على درجة الحرارة داخل المبرد التي يرصدها مستشعر درجة حرارة المبخر.
يمنع نظام التحكم في تدفق الهواء خروج الهواء الساخن من مكيف الهواء عن طريق الخطأ. يتم تنفيذ عملية التحكم هذه مرة واحدة فقط عند تشغيل المحرك، وذلك عند استيفاء الشروط التالية: 1- تشغيل الضاغط؛ 2- ضبط مفتاح التحكم في المروحة على الوضع "التلقائي" (تشغيل المفتاح التلقائي)؛ 3- ضبط نظام التحكم في تدفق الهواء على الوضع "المباشر"؛ يتم ضبطه على الوضع "المباشر" من خلال مفتاح الوضع، أو من خلال نظام التحكم التلقائي؛ 4- أن تكون درجة الحرارة داخل المبرد أعلى من 30 درجة مئوية.
تتمثل آلية عمل نظام التحكم في تدفق الهواء المتأخر فيما يلي:
حتى عند استيفاء الشروط الأربعة المذكورة أعلاه وتشغيل المحرك، لا يمكن تشغيل محرك المروحة فورًا. يستغرق تشغيل محرك المروحة 4 ثوانٍ، ولكن يجب تشغيل الضاغط والمحرك، واستخدام غاز التبريد لتبريد المبخر. يبدأ محرك المروحة الخلفي بالعمل بسرعة منخفضة خلال الخمس ثوانٍ الأولى، ثم يتسارع تدريجيًا إلى سرعة عالية خلال الست ثوانٍ الأخيرة. تمنع هذه العملية خروج الهواء الساخن فجأة من فتحة التهوية، مما قد يُسبب اضطرابًا.
ملاحظات ختامية
يُمكن لنظام تكييف الهواء المُتحكم به بواسطة الكمبيوتر في السيارة ضبط درجة الحرارة والرطوبة والنظافة والتهوية داخلها تلقائيًا، وتوجيه تدفق الهواء بسرعة واتجاه مُحددين لتوفير بيئة قيادة مثالية للركاب، وضمان راحتهم في مختلف الظروف المناخية الخارجية. كما يمنع هذا النظام تكثف الصقيع على زجاج النوافذ، مما يُتيح للسائق رؤية واضحة، ويُوفر ضمانة أساسية لقيادة آمنة.
إذا كنت ترغب في معرفة المزيد، فتابع قراءة المقالات الأخرى على هذا الموقع!
يرجى الاتصال بنا إذا كنتم بحاجة إلى مثل هذه المنتجات.
تلتزم شركة Zhuo Meng Shanghai Auto Co., Ltd. ببيع قطع غيار سيارات MG&MUXS، ونرحب بكم للشراء.
