자동차 에어컨 송풍기 작동 원리
요약: 자동차 에어컨 시스템은 차량 내부의 냉방, 난방, 공기 순환 및 공기 정화를 실현하는 장치입니다. 승객에게 쾌적한 주행 환경을 제공하고 운전자의 피로도를 줄이며 운전 안전성을 향상시킵니다. 에어컨 장비는 자동차의 완성도를 가늠하는 중요한 지표 중 하나가 되었습니다. 자동차 에어컨 시스템은 압축기, 에어컨 송풍기, 응축기, 액체 저장식 건조기, 팽창 밸브, 증발기 및 송풍기 등으로 구성됩니다. 본 논문에서는 주로 자동차 에어컨 송풍기의 작동 원리를 소개합니다.
지구 온난화와 쾌적한 운전 환경에 대한 사람들의 요구가 높아짐에 따라 에어컨 시스템을 장착한 차량이 점점 늘어나고 있습니다. 통계에 따르면 2000년 미국과 캐나다에서 판매된 차량의 78%에 에어컨이 장착되었으며, 현재는 최소 90% 이상의 차량에 에어컨이 장착되어 있어 쾌적한 운전 환경을 제공하고 있습니다. 자동차 사용자라면 에어컨의 작동 원리를 이해하는 것이 위급 상황 발생 시 더욱 효과적이고 신속하게 대처하는 데 도움이 될 것입니다.
1. 자동차 냉장 시스템의 작동 원리
자동차 에어컨 냉매 시스템의 작동 원리
1. 자동차 에어컨 냉매 시스템의 작동 원리
자동차 에어컨 냉동 시스템의 작동 과정은 압축, 열 방출, 냉각 및 열 흡수의 네 가지 단계로 구성됩니다.
(1) 압축 과정: 압축기는 증발기 출구에서 저온·저압의 냉매 가스를 흡입하여 고온·고압 가스로 압축한 후 응축기로 보냅니다. 이 과정의 주요 기능은 가스를 압축 및 가압하여 액화하기 쉽게 만드는 것입니다. 압축 과정 동안 냉매의 상태는 변하지 않고 온도와 압력이 계속 상승하여 과열 가스가 형성됩니다.
(2) 열 방출 과정: 고온 고압의 과열 냉매 가스가 응축기(라디에이터)로 들어가 대기와 열 교환을 합니다. 압력과 온도가 낮아짐에 따라 냉매 가스는 액체로 응축되면서 많은 양의 열을 방출합니다. 이 과정의 기능은 열을 방출하고 응축하는 것입니다. 응축 과정은 냉매의 상태 변화를 특징으로 하는데, 즉 일정한 압력과 온도 조건에서 냉매가 기체에서 액체로 점진적으로 변화하는 것입니다. 응축 후의 냉매 액체는 고압 고온의 액체입니다. 이 냉매 액체는 과냉각 상태이며, 과냉각 정도가 클수록 증발 과정에서 열을 흡수하는 증발 능력이 커지고 냉각 효과가 향상되어 냉방 생산량이 증가합니다.
(3) 스로틀링 공정: 고압 고온의 냉매액은 팽창 밸브를 통해 스로틀링되어 온도와 압력을 낮추고 팽창 장치에서 안개(미세한 물방울) 형태로 배출됩니다. 이 공정의 역할은 냉매를 냉각하고 압력을 낮춰 고온 고압의 액체에서 저온 고압의 액체로 만들어 열 흡수를 용이하게 하고 냉동 용량을 제어하며 냉동 시스템의 정상 작동을 유지하는 것입니다.
4) 열 흡수 과정: 냉각 및 팽창 밸브를 통해 압력이 낮아진 미스트 형태의 냉매 액체가 증발기로 유입됩니다. 이때 냉매의 끓는점은 증발기 내부 온도보다 훨씬 낮기 때문에 냉매 액체는 증발하여 기체로 변합니다. 이 증발 과정에서 주변의 많은 열을 흡수하여 차량 내부 온도를 낮춥니다. 그런 다음 저온 저압의 냉매 기체가 증발기를 빠져나와 압축기로 다시 흡입됩니다. 이 흡열 과정은 냉매가 액체에서 기체로 상태가 변하는 과정이며, 이때 압력은 일정하게 유지됩니다. 즉, 이러한 상태 변화는 정압 상태에서 일어납니다.
2. 자동차 에어컨 냉동 시스템은 일반적으로 압축기, 응축기, 액체 저장식 건조기, 팽창 밸브, 증발기 및 송풍기로 구성됩니다. 그림 1에서 보는 바와 같이, 구성 요소들은 구리(또는 알루미늄) 및 고압 고무 튜브로 연결되어 밀폐된 시스템을 형성합니다. 냉방 시스템이 작동할 때, 냉동 메모리의 다양한 상태가 이 밀폐된 시스템 내에서 순환하며, 각 사이클은 네 가지 기본 과정을 거칩니다.
(1) 압축 과정: 압축기는 증발기 출구에서 냉매 가스를 저온·저압 상태로 흡입하여 고온·고압 가스 제거 압축기로 압축합니다.
(2) 열 방출 과정: 고온 고압의 과열 냉매 가스가 응축기로 들어가고 압력과 온도가 낮아짐에 따라 냉매 가스가 액체로 응축되면서 많은 열이 방출됩니다.
(3) 스로틀링 과정: 고온 고압의 냉매액이 팽창 장치를 통과한 후 부피가 커지고 압력과 온도가 급격히 떨어지며 팽창 장치를 안개(작은 물방울)로 배출됩니다.
(4) 열 흡수 과정: 미스트 냉매액이 증발기로 들어가므로 냉매의 끓는점이 증발기 내부 온도보다 훨씬 낮아 냉매액이 기체로 증발합니다. 증발 과정에서 많은 양의 열이 주변에서 흡수되고 저온 저압의 냉매 증기가 압축기로 들어갑니다.
2. 송풍기의 작동 원리
일반적으로 자동차에 장착되는 송풍기는 원심 송풍기이며, 원심 송풍기의 작동 원리는 원심 팬과 유사하지만, 공기 압축 과정이 여러 개의 작동 임펠러(또는 여러 단계)를 통해 원심력에 의해 이루어진다는 점이 다릅니다. 송풍기는 고속으로 회전하는 로터를 가지고 있으며, 로터의 날개가 공기를 고속으로 이동시킵니다. 원심력에 의해 공기는 케이스의 인벌류트 형상을 따라 인벌류트 선을 따라 팬 출구로 흐르게 되며, 이 고속 공기 흐름은 일정한 풍압을 갖게 됩니다. 새로운 공기는 하우징 중앙을 통해 다시 공급됩니다.
이론적으로 원심 송풍기의 압력-유량 특성 곡선은 직선이지만, 팬 내부의 마찰 저항 및 기타 손실로 인해 실제 압력-유량 특성 곡선은 유량이 증가함에 따라 완만하게 감소하고, 이에 상응하는 원심 팬의 동력-유량 곡선은 유량이 증가함에 따라 상승합니다. 팬이 일정한 속도로 회전할 때 팬의 작동점은 압력-유량 특성 곡선을 따라 이동합니다. 작동 중 팬의 작동 조건은 팬 자체의 성능뿐만 아니라 시스템의 특성에도 영향을 받습니다. 배관망 저항이 증가하면 배관 성능 곡선은 더욱 가파르게 변합니다. 팬 제어의 기본 원리는 팬 자체의 성능 곡선 또는 외부 배관망의 특성 곡선을 변경하여 필요한 작동 조건을 얻는 것입니다. 따라서 차량에는 저속, 중속 및 고속 주행 시 차량이 정상적으로 작동하도록 돕는 지능형 시스템이 탑재되어 있습니다.
송풍기 제어 원리
2.1 자동 제어
에어컨 제어반의 "자동" 스위치를 누르면 에어컨 컴퓨터가 필요한 출력 공기 온도에 따라 송풍기 속도를 자동으로 조절합니다.
공기 흐름 방향을 "정면" 또는 "양방향"으로 선택하고 송풍기가 저속 상태일 경우, 송풍기 속도는 제한 범위 내에서 태양 강도에 따라 변화합니다.
(1) 저속 제어의 작동
저속 제어 중에는 에어컨 컴퓨터가 전력 3극관의 베이스 전압을 차단하고, 전력 3극관과 초고속 계전기 또한 차단됩니다. 그러면 전류는 송풍기 모터에서 송풍기 저항으로 흐르고, 철심을 통해 모터를 저속으로 회전시킵니다.
에어컨 컴퓨터는 다음과 같은 7가지 부품으로 구성됩니다: 1. 배터리, 2. 점화 스위치, 3. 히터 릴레이, 4. 송풍 모터, 5. 송풍 저항기, 6. 전력 트랜지스터, 7. 온도 퓨즈선, 8. 에어컨 컴퓨터, 9. 고속 릴레이.
(2) 중속 제어의 작동
중속 제어 시, 전력 3극관에는 과열 퓨즈가 내장되어 과열로 인한 손상을 방지합니다. 에어컨 제어 컴퓨터는 송풍기 구동 신호를 변경하여 전력 3극관의 베이스 전류를 조절함으로써 송풍기 모터 속도를 무선으로 제어합니다.
3) 고속 제어 작동
고속 제어 중에는 에어컨 컴퓨터가 전원 3극관의 베이스 전압과 40번 커넥터의 연결 철을 차단하고 고속 릴레이를 켜서 송풍기 모터의 전류가 고속 릴레이를 거쳐 연결 철로 흐르게 하여 모터를 고속으로 회전시킵니다.
2.2 예열
자동 제어 모드에서는 히터 코어 하단에 장착된 온도 센서가 냉매 온도를 감지하여 예열 제어를 수행합니다. 냉매 온도가 40°C 미만이고 자동 스위치가 켜져 있으면 에어컨 컴퓨터는 송풍기를 차단하여 찬 공기 배출을 방지합니다. 반대로 냉매 온도가 40°C 이상이면 에어컨 컴퓨터는 송풍기를 작동시켜 저속으로 회전시킵니다. 이후에는 계산된 풍량과 필요한 출력 공기 온도에 따라 송풍기 속도가 자동으로 제어됩니다.
위에서 설명한 예열 제어 기능은 공기 흐름 방향이 "하단" 또는 "이중 흐름"으로 선택된 경우에만 작동합니다.
2.3 지연 공기 흐름 제어 (냉방 전용)
지연된 공기 흐름 제어는 증발기 온도 센서가 감지한 냉각기 내부 온도를 기반으로 합니다.
풍량 제어 기능은 에어컨에서 뜨거운 바람이 갑자기 나오는 것을 방지합니다. 이 지연 제어 작동은 엔진 시동 시 다음 조건이 모두 충족될 때 한 번만 수행됩니다. 1. 컴프레서 작동; 2. 송풍기 제어가 "자동" 상태(자동 스위치 켜짐)일 때; 3. 풍량 제어가 "방향" 상태일 때; 방향 스위치를 통해 "방향"으로 조정하거나 자동 제어에서 "방향"으로 설정할 때; 4. 냉방기 내부 온도가 30℃ 이상일 때
지연 공기 흐름 제어의 작동 방식은 다음과 같습니다.
위의 네 가지 조건을 모두 충족하고 엔진 시동이 걸린 후에도 송풍 모터를 즉시 가동할 수 없습니다. 송풍 모터는 4초의 시차를 두고 가동되는데, 이 전에 컴프레서를 켜고 엔진을 시동하여 냉매 가스를 이용해 증발기를 냉각해야 합니다. 4초 후 송풍 모터가 가동되면 처음 5초 동안은 저속으로 작동하고, 나머지 6초 동안은 점차 고속으로 가속합니다. 이러한 작동 방식은 송풍구에서 뜨거운 공기가 갑자기 분출되어 발생하는 진동을 방지합니다.
마무리 말씀
완벽한 차량용 컴퓨터 제어 에어컨 시스템은 차량 내부 공기의 온도, 습도, 청결도, 분위기 및 환기를 자동으로 조절하고, 차량 내부 공기가 일정한 속도와 방향으로 흐르도록 하여 탑승자에게 쾌적한 운전 환경을 제공합니다. 또한 다양한 외부 기후 및 조건에서도 탑승자가 편안한 공기 환경을 누릴 수 있도록 보장하며, 유리창의 서리 발생을 방지하여 운전자의 시야를 확보하고 안전 운전을 위한 기본적인 안전장치를 제공합니다.
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