شاید حمل و نقل و تردد آسان و سریع‌تر اولین هدف پیدایش خودروهای شخصی بوده باشد، اما با گسترش تولید و عرضه این وسیله نقلیه و پیشرفت در ارائه همین خدمات اولیه، خودروسازان اهداف دیگری را نیز در دستور کار خود قرار دادند. به این ترتیب، با گذشت زمان، تامین راحتی و آسایش سرنشینان و راننده به اهداف و برنامه‌های آن‌ها افزوده شد. درواقع، حضور و بقا در بازار رقابتی این صنعت که هرروز تنگ‌تر و سخت‌تر می‌شد، نیازمند عرضه آپشن‌ها و امکاناتی متفاوت و رضایت‌بخش‌تر بود. یکی از مشکلات موجود در رانندگی با خودروهای شخصی، غیرقابل کنترل بودن دمای درون کابین بود. این معضل باعث می‌شد با بالا رفتن دما در تابستان و انتقال گرمای حاصل از عملکرد موتور، هوای داخل کابین به حالتی غیرقابل تحمل تبدیل شود. بنابراین یکی از اهداف اصلی خودروسازان، ایجاد هوای مطبوع و تغییر شرایط فضای کابین به کمک سیستم‌های مخصوص بود. همین هدف منجر به تولید سیستم تهویه مطبوع در خودروها شد. اکنون می‌خواهیم درباره سیستم تهویه مطبوع و اجزا و بخش‌های آن بیشتر بدانیم.
تاریخچه سیستم تهویه مطبوع اتوماتیک خودروها
سیستم تهویه مطبوع به تنظیم و تعادل هوای داخل کابین می‌پردازد. برخی اولین استفاده از سیستم تهویه مطبوع را به ۱۹۵۰ و نصب اولین بخاری در خودروها نسبت می‌دهند. اما در واقع سیستم تهویه مطبوع برای اولین بار در سال ۱۹۴۰ میلادی در خودروهای پکارد آمریکایی مورد استفاده قرار گرفت. طراح و ایده‌پرداز اولیه این سیستم شرکت بیشاپ اند بیکاپ اوهایو بود. البته این سیستم که به صورت بسیار ابتدائی عرضه شده بود تنها قادر به متعادل سازی هوای داخل کابین با ایجاد جریان بین فضای بیرون و داخل آن بود. در فاصله ۱۹۴۰ تا ۱۹۵۰ این شرکت یک بخاری نیز به سیستم خود اضافه کرد تا کارایی آن را در فصول سرد نیز افزایش دهد. در این زمان کمپانی کادیلاک نیز به استفاده کنندگان از سیستم تهویه مطبوع بیشاپ اند بیکاپ اضافه شد. پس از آن کرایسلر نیز که از سال‌ها پیش در حال تحقیق و توسعه سیستم تهویه مطبوع خود در خودروهای تولیدی‌اش بود از سیستمش با نام ایرتمپ رونمایی کرد. ایرتمپ برای اولین بار در سال ۱۹۵۵ روی خودروهای کرایسلر تعبیه شد. سیستم کرایسلر توانایی خنک کردن هوای داخل کابین را نیز علاوه بر گرم‌کردن و متعادل سازی داشت. این پیشرفت تا جایی ادامه پیدا کرد که امروزه نه تنها وجود سیستم تهویه مطبوع در خودروها یک آپشن محسوب نمی‌شود بله از ملزومات تولید هر خودروی استانداردی است. درواقع طی سال‌های اخیر، عرضه سیستم‌های تهویه مطبوع اتوماتیک با امکانات و قابلیت‌ها مختلف در بین ویژگی‌های برتر خودروها قرار می‌گیرد.
سیستم تهویه مطبوع چیست و چه وظایفی دارد؟
معمولا وقتی حرف از سیستم تهویه مطبوع به میان می‌آید بسیاری آن را با کولر خودرو یکی می‌دانند. حال اینکه این سیستم وظیفه ایجاد تعادل در هوای خودرو را برعهده دارد. سیستم تهویه مطبوع خودرو قادر است در مواقع لازم دمای کابین را گرم یا سرد کند. ضمن اینکه توانایی دارد هوا را در فضای کابین به جریان انداخته و همچنین در صورت ایجاد جریان بین هوای بیرون و درون کابین آن را تصفیه نیز نماید. به این ترتیب در شرح وظایف سیستم تهویه مطبوع خودرو می‌توان موارد زیر را عنوان کرد:
– کنترل دمای محیط بوسیلهٔ سرمایش و گرمایش
– کنترل رطوبت بوسیلهٔ خشک کردن و جریان هوا
– کنترل سرعت وزش هوا و تصفیهٔ هوا
– تصفیه کردن هوا تا حد امکان و به‌وجود آوردن فضای بهتر در کابین خودرو
نکته دیگر اینکه بر اساس برخی تحقیقات انجام شده در موسسات پژوهشی جهان، سیستم‌های تهویه مطبوع با ایجاد فضای مناسب برای رانندگان و سرنشینان، تنش‌های احتمالی ناشی از بالا رفتن دما و یا مشکلات ایجاد شده از سرمای بیش از حد در راننده را کنترل کرده و این مزیت ضمن حفظ آرامش راننده حین رانندگی، احتمالا تصادفات جاده‌ای را کاهش می‌دهد. چرا که مرتفع شدن مشکلات و تنش‌های احتمالی ناشی از سرما و گرما در راننده به او کمک می‌کند تا با حفظ تمرکز خود، دقت بیشتری در حین رانندگی داشته باشد.
بخش‌های مختلف سیستم تهویه مطبوع خودرو
گفتیم که این سیستم، مجموعه‌ای کامل‌تر و پیچیده‌تر از کولر خودرو است و به تنظیم دما و شرایط هوای فضای داخل کابین می‌پردازد. در واقع وظایف مختلف سیستم تهویه مطبوع را چند بخش عمده و اصلی آن انجام می‌دهند. این بخش‌ها عبارتند از:
- کولر
یکی از اجزای اصلی سیستم تهویه مطبوع در خودروها است که کمی دیرتر از بخاری‌ها به جزء ثابت سیستم تهویه هوا تبدیل شد، اما در حال حاضر در تمام خودروها تولیدی جهان دیده می‌شود. کولر خودرو نوعی کولر گازی است که از گاز فریون برای ایجاد سرما در محیط داخلی کابین استفاده می‌کند. امروزه کولر خودروها به دو صورت مشاهده می‌شوند. انواعی که دارای رابط کاربری مکانیکی و دستی هستند و برای استفاده از آن‌ها و تنظیم‌شان باید از شاسی چرخشی مخصوص‌شان کمک گرفت. دسته دیگر که نمونه‌های مدرن‌تر نیز هستند از دکمه‌های الکتریکی بهره برده و اطلاعات مربوط به دما و شرایط هوای درون کابین را در صفحه نمایش مخصوص نشان می‌دهند. به نوع اول کولرهای دستی و به نوع دم کولر خودکار یا دیجیتال گفته می‌شود.
- بخاری
یکی از قدیمی‌ترین بخش‌های سیستم تهویه مطبوع خودروها است. در واقع ممکن است زمانی خودروها فاقد کولر یا سیستم جریان هوا بوده باشند اما بخاری در آن‌ها وجود داشتند. شاید این حضور پررنگ و قدیمی به دلیل ساده بودن و راحتی نصب آن باشد. سیستم و عملکرد بخاری خودرو بسیار ساده است. به این ترتیب که در بخش فنی خودرو رادیاتوری کوچک برای بخاری در نظر می‌گیرند. این رادیاتور چیزی شبیه آنچه در سیستم خنک‌کاری خودرو می‌بینیم است اما در ابعاد کوچکتر. رادیاتور بخاری به کمک آب خروجی از موتور گرم شده و این گرما به هوای عبوری از این رادیاتور منتقل می‌شود. هوا به کمک یک فن از فضای محیط گرفته و پس از عبور از رادیاتور و گرم شدن در مجاورت آن به داخل کابین هدایت می‌شود. از گرمای بخاری خودرو علاوه بر گرم کردن کابین برای یخ و بخار‌زدایی شیشه‌های خودرو نیز استفاده می‌شود.
- ACC
این آپشن نیز از بخش‌های اصلی سیستم تهویه مطبوع خودروها است که در واقع مزایا و قابلیت‌های آن را تکمیل می‌کند. به کمک آن می‌توان، دما، رطوبت و سرعت وزش باد درون کابین را تنظیم کرد. تنظیم شرایط هوای درون کابین با کمک ACC به این صورت است که سیستم به صورت خودکار دمای هوا و میزان وزش باد درون کابین را با درخواست و دستور راننده تنظیم می‌کند.
- گرمکن و سرد کن صندلی‌ها
این آپشن دربین آخرین بخش‌های اضافه شده به سیستم تهویه مطبوع خودروها است. در واقع گرمکن صندلی ابتدا و سرد کن در ادامه به سیستم تهویه مطبوع اضافه شد. همچنین این آپشن در سال‌های اول تنها برای صندلی راننده و گاهی صندلی سرنشین کنار راننده لحاظ می‌شد. اکنون نیز به ندرت گرمکن و سردکن صندلی را در ردیف عقب شاهد هستیم. علاوه‌بر اینکه به طور کلی گرمکن و سردکن صندلی‌ها هنوز هم در بین امکانات رفاهی ثابت خودروها نیستند.
- گرمکن فرمان
این بخش نیز از مواردی است که همچنان در بین آپشن‌ها لوکس خودرویی قرار دارد و وجود آن در تمام تولیدات امروزی رایج نیست.
همچنین امروزه سیستم‌های تهویه مطبوع دارای کانال‌های متعددی درون کابین هستند که این کانال‌ها ممکن است به صورت مجزا برای سرنشینان عقب تعبیه شده و قابل تنظیم نیز باشند.
اجزای سیستم تهویه مطبوع خودرو
سیستم تهویه مطبوع خودروها به صورت کلی یک مدار بسته است که مانند حلقه‌ای ابتدا و انتهای آن به هم می‌رسند. اجزای ثابت این سیستم در حالتی که خودرو مجهز به کولر، بخاری و رطوبت‌گیر است شامل موارد زیر می‌شود:
– کمپرسور
کمپرسور یک پمپ متراکم‌کننده گاز است. این پمپ که از بخش‌های سیستم سرمایش کابین است، از طریق تسمه به میل‌لنگ موتور خودرو متصل می‌شود. تسمه‌ای که علاوه‌بر کمپرسور با پمپ روغن، پمپ آب و دینام نیز در ارتباط است و انرژی لازم برای فعالیت آن‌ها را از میل‌لنگ دریافت و در مسیر خود به هریک ارسال می‌نماید. لازم به ذکر است که کمپرسور تنها پمپ گاز است و بر مایعات اثری ندارد.
– رطوبت‌گیر یا رسیور درایر
یک قطعه مختص جذب قطرات آب موجود در گاز کولر، است. رطوبت‌گیر یا خشک کن در مدار، بین کندانسور و اوپراتور قرار می‌گیرد.
– شیر انبساط
به آن سوپاپ انبساط گرمایی نیز گفته می‌شود. قابل تنظیم است و فشار ورود هوا به درون کابین را کنترل می‌کند.
– اوپراتور
این بخش را تبخیر کننده نیز می‌نامند. اوپراتور پشت داشبورد و نزدیک به سرنشین کنار راننده قرار دارد. ظاهری شبیه به رادیاتور دارد و از قطعات سیستم خنک کننده کابین یا اجزای کولر است.
– کندانسور
کندانسور که نوعی رادیاتور چگالنده است، عملکردی شبیه به رادیاتور خودرو دارد. این رادیاتور کوچک از بخش‌هایی است که هم در سرمایش و هم گرمایش هوای درون کابین موثر است.
ما اینجا قرار می گیرد
فرآیند سرمایش سیستم تهویه مطبوع
ماده سرد کننده یا گاز کولر با فشار کم وارد کمپرسور شده و سپس تحت تاثیر عملیات پمپ متراکم می‌شود. سپس گاز متراکم شده با فشار به سمت کندانسور می‌رود. در جریان تراکم گاز و ارسال به کندانسور گرما تولیدمی‌شود اما به‌دلیل وجود لوله‌های رادیاتور و جریان گرفتن در آن‌ها، ماده سردکننده که به حالت گاز بوده حالا به حالت مایع و سیال درمی‌آید. عملکرد کندانسور در واقع سرد شدن بخار و تبدیل آن به آب یعنی فرآیند میعان است. خروجی کندانسور یک مایع متراکم شده و آماده خنک کردن کابین است. این مایع سپس وارد رسیور درایر یا خشک کننده شده و آب و رطوبت موجود در آن جذب می‌شود. ماده سرد کننده کابین در ادامه مسیر خود به سوپاپ انبساط می‌رسد. این شیر فشار موجود در ماده متراکم شده را کنترل می‌کند. در نهایت ماده سرد کننده سیال در مسیر خود به اوپراتور می‌رسد. سرمای این ماده به اوپراتور منتقل شده و دمای آن را پایین می‌آورد. در نتیجه هوای بیرونی که به وسیله فن به درون اوپراتور دمیده می‌شود تحت تاثیر این کاهش دما خنک شده و اکنون هوای سرد آماده ورود به کابین است. مایع منبسط شده نیز که تحت تاثیر گرمای اولیه اوپراتور به گاز تبدیل شده است، در مدار به سمت کمپرسور باز می‌گردد.
فرایند گرمایش سیستم تهویه مطبوع
فرآیند گرمایش کابین تا حد زیادی به عملکرد سیستم خنک کننده خودروها وابسته است. در واقع برای عملکرد بی‌نقص موتور خودرو، دمای این سیستم باید همواره کنترل شود. بنابراین سیستم خنک کننده خودرو مایع خنک کننده را اطراف موتور به حرکت درآورده و ضمن این حرکت انتقال گرمایی موتور و اجزای آن به مایع صورت می‌گیرد. بخشی از این گرما برای گرم کردن فضای داخل کابین و فعالیت بخاری خودرو استفاده می‌شود. به این ترتیب که بخاری با استفاده از گرمای آب موتور دمای داخل کابین را تنظیم می‌کند. در این فرایند بخشی از گرمای جذب شده توسط آب رادیاتور به کندانسور سیستم تهویه مطبوع منتقل شده و سپس فن سیستم جریان هوا را درون کندانسور می‌دمد. دمای هوا در کنار گرمای کندانسور بالا رفته و سپس وارد کابین می‌شود. آب درون کندانسور مجدد به مسیر خود به سمت رادیاتور اصلی بازمی‌گردد. بنابراین برخلاف کولر خودرو عملکرد بخاری فشاری به موتور وارد نمی کند.
تفاوت سیستم تهویه مطبوع اتوماتیک و دستی
تفاوت اصلی سیستم تهویه مطبوع اتوماتیک با نوع دستی در قابلیت تنظیم دقیق دمای کابین است به این ترتیب که سیستم اتوماتیک به سرنشینان اجازه می‌دهد دمای کابینت را با دقت حتی نیم درجه تنظیم کند. این امکان توسط یک مجموعه سنسور و پردازشگر عملی می‌شود. به این ترتیب که سنسور به صورت مستمر دمای درون کابین را اندازه‌گیری می‌کند و سپس اطلاعات دریافتی را به پردازشگر ارسال می‌نماید. ECU یا پردازشگر مخصوص سیستم تهویه مطبوع اطلاعات دریافتی از سنسور را تحلیل کرده و عملکرد پمپ، فن و باقی مدار را کنترل می‌کند.امروزه سیستم‌های تهویه مطبوع اتوماتیک پیشرفته‌تری نیز وجود دارند که به کمک سنسورهای خورشیدی دمای درون کابین را کنترل می‌کنند. این سنسورها روی داشبورد تعبیه می‌شوند و درصد گرمای ورودی به کابین را با بررسی اشعه‌های خورشید محاسبه می‌کنند. در صورت بالا رفتن دما، سیستم به صورت خودکار شروع به کار کرده و یا رنج عملکرد فن و کمپرسور را افزایش می‌دهد تا دمای مشخص شده درون کابین ثابت بماند. سیستم‌های تهویه مطبوع اتوماتیک امروزه قابلیت‌های وسیعی دارند و می‌توانند دما و شرایط مورد نظر در ردیف جلو و عقب خودرو را نیز به صورت مجزا تنظیم کنند. همچنان که همزمان به گرمایش و سرمایش صندلی‌ها و فرمان مشغول هستند.