Principe du ventilateur de climatisation automobile
Résumé : Le système de climatisation automobile est un dispositif permettant de refroidir, chauffer, renouveler et purifier l'air de l'habitacle. Il assure un confort optimal aux passagers, réduit la fatigue du conducteur et améliore la sécurité routière. La présence d'un système de climatisation est devenue un critère d'équipement essentiel pour un véhicule. Ce système se compose notamment d'un compresseur, d'un ventilateur, d'un condenseur, d'un déshydrateur, d'un détendeur, d'un évaporateur et d'un ventilateur. Cet article présente principalement le principe de fonctionnement du ventilateur de climatisation automobile.
Avec le réchauffement climatique et l'amélioration des exigences en matière de confort de conduite, de plus en plus de voitures sont équipées de la climatisation. Selon les statistiques, en 2000, 78 % des voitures vendues aux États-Unis et au Canada en étaient équipées. Aujourd'hui, on estime prudemment qu'au moins 90 % des voitures le sont, offrant ainsi un confort accru aux conducteurs. En tant qu'automobiliste, il est important de comprendre le principe de fonctionnement de la climatisation afin de pouvoir réagir plus efficacement et plus rapidement en cas d'urgence.
1. Principe de fonctionnement d'un système de réfrigération automobile
Principe de fonctionnement du système de réfrigération de la climatisation automobile
1. Principe de fonctionnement du système de réfrigération de la climatisation automobile
Le cycle du système de réfrigération de la climatisation automobile comprend quatre processus : la compression, la libération de chaleur, la détente et l’absorption de chaleur.
(1) Processus de compression : le compresseur aspire le gaz réfrigérant à basse température et basse pression à la sortie de l’évaporateur, le comprime en gaz à haute température et haute pression, puis l’envoie au condenseur. Ce processus a pour fonction principale de comprimer et de pressuriser le gaz afin de faciliter sa liquéfaction. Durant la compression, l’état du réfrigérant reste inchangé ; sa température et sa pression continuent d’augmenter, formant ainsi un gaz surchauffé.
(2) Processus de dégagement de chaleur : le gaz réfrigérant surchauffé à haute température et haute pression pénètre dans le condenseur (radiateur) pour un échange thermique avec l'atmosphère. La diminution de pression et de température entraîne la condensation du gaz réfrigérant en liquide et le dégagement d'une grande quantité de chaleur. Ce processus a pour fonction d'évacuer la chaleur et de condenser le fluide. La condensation se caractérise par un changement d'état du réfrigérant : à pression et température constantes, il passe progressivement de l'état gazeux à l'état liquide. Après condensation, le liquide réfrigérant est un liquide à haute pression et haute température. Ce liquide est en surfusion ; plus le degré de surfusion est élevé, plus son pouvoir d'évaporation est important, et plus l'effet frigorifique est efficace, c'est-à-dire plus la production de froid est importante.
(3) Processus de détente : le fluide frigorigène, initialement à haute pression et haute température, est détendu par le détendeur afin de réduire sa température et sa pression. Le fluide est ensuite évacué du détendeur sous forme de fines gouttelettes. Ce processus permet de refroidir le fluide frigorigène et de réduire sa pression, passant ainsi d’un état à haute température et haute pression à un état à basse température et basse pression. Ceci facilite l’absorption de chaleur, contrôle la puissance frigorifique et assure le bon fonctionnement du système de réfrigération.
4) Processus d'absorption de chaleur : le liquide réfrigérant, après refroidissement et compression par le détendeur, pénètre dans l'évaporateur. Son point d'ébullition étant bien inférieur à la température ambiante, il s'évapore et se transforme en gaz. Lors de cette évaporation, le gaz absorbe une grande quantité de chaleur, abaissant ainsi la température à l'intérieur du véhicule. Le gaz réfrigérant, à basse température et basse pression, sort ensuite de l'évaporateur et attend d'être aspiré par le compresseur. Ce processus endothermique se caractérise par le passage du réfrigérant de l'état liquide à l'état gazeux, la pression restant constante. Autrement dit, cette transformation s'effectue à pression constante.
2. Le système de réfrigération de la climatisation automobile est généralement composé de compresseurs, de condenseurs, de déshydrateurs à accumulation de liquide, de détendeurs, d'évaporateurs et de ventilateurs. Comme illustré sur la figure 1, les composants sont reliés par des tubes en cuivre (ou en aluminium) et en caoutchouc haute pression pour former un système fermé. Lorsque le système de refroidissement fonctionne, les différents états de la mémoire frigorifique circulent dans ce système fermé, et chaque cycle comprend quatre processus de base :
(1) Processus de compression : le compresseur aspire le gaz réfrigérant à la sortie de l'évaporateur à basse température et pression, et le comprime dans un compresseur d'extraction de gaz à haute température et haute pression.
(2) Processus de libération de chaleur : le gaz réfrigérant surchauffé à haute température et haute pression entre dans le condenseur, et le gaz réfrigérant est condensé en liquide en raison de la réduction de la pression et de la température, et beaucoup de chaleur est libérée.
(3) Processus de détente : Après que le liquide réfrigérant à haute température et pression passe par le dispositif de détente, le volume augmente, la pression et la température chutent brusquement, et le dispositif de détente est éliminé sous forme de brouillard (petites gouttelettes).
(4) Processus d'absorption de chaleur : le liquide réfrigérant, sous forme de brouillard, pénètre dans l'évaporateur. Son point d'ébullition étant nettement inférieur à la température ambiante, il s'évapore et se transforme en gaz. Lors de cette évaporation, une grande quantité de chaleur est absorbée, puis la vapeur de réfrigérant ainsi obtenue, à basse température et basse pression, entre dans le compresseur.
2 Principe de fonctionnement du ventilateur
Généralement, le ventilateur d'une voiture est un ventilateur centrifuge. Son principe de fonctionnement est similaire à celui d'un ventilateur centrifuge classique, à ceci près que la compression de l'air s'effectue par la force centrifuge grâce à plusieurs turbines (ou plusieurs étages). Le ventilateur est équipé d'un rotor tournant à grande vitesse, dont les pales entraînent l'air à grande vitesse. La force centrifuge propulse l'air vers la sortie du ventilateur en suivant la courbe du carter, créant ainsi un flux d'air à grande vitesse avec une certaine pression. L'air est renouvelé au centre du carter.
Théoriquement, la courbe caractéristique pression-débit d'un ventilateur centrifuge est une droite. Cependant, en raison des frottements et autres pertes internes, la pression et le débit réels diminuent progressivement avec l'augmentation du débit, tandis que la puissance et le débit du ventilateur augmentent. À vitesse constante, le point de fonctionnement du ventilateur se déplace le long de cette courbe. Ses conditions de fonctionnement dépendent non seulement de ses propres performances, mais aussi des caractéristiques du système. Lorsque la résistance du réseau de tuyauterie augmente, la pente de sa courbe caractéristique s'accentue. Le principe de base de la régulation d'un ventilateur consiste à obtenir les conditions de fonctionnement souhaitées en modifiant sa propre courbe caractéristique ou celle du réseau de tuyauterie externe. C'est pourquoi certains systèmes intelligents sont installés sur les véhicules pour assurer un fonctionnement optimal à basse, moyenne et haute vitesse.
Principe de commande du ventilateur
2.1 Contrôle automatique
Lorsque l'interrupteur « automatique » du panneau de commande de la climatisation est enfoncé, l'ordinateur de la climatisation ajuste automatiquement la vitesse du ventilateur en fonction de la température de l'air de sortie souhaitée.
Lorsque la direction du flux d'air est sélectionnée sur « face » ou « double direction de flux », et que le ventilateur est en mode basse vitesse, la vitesse du ventilateur variera en fonction de l'intensité solaire dans la plage limite.
(1) Fonctionnement de la commande à basse vitesse
En mode basse vitesse, le calculateur de climatisation coupe l'alimentation de base du transistor de puissance, ce qui déconnecte également le transistor et le relais ultra-rapide. Le courant circule alors du moteur du ventilateur vers la résistance du ventilateur, puis court-circuite le circuit magnétique pour faire tourner le moteur à basse vitesse.
L'ordinateur de climatisation comporte les 7 pièces suivantes : 1 batterie, 2 interrupteur d'allumage, 3 relais de chauffage, moteur de soufflerie, 5 résistance de soufflerie, 6 transistor de puissance, 7 fil fusible de température, 8 ordinateur de climatisation, 9 relais haute vitesse.
(2) Fonctionnement de la commande de vitesse moyenne
En mode de fonctionnement à vitesse moyenne, le triode de puissance est protégé par un fusible thermique contre la surchauffe. Le calculateur de climatisation module le courant de base du triode de puissance en ajustant le signal de commande du ventilateur, permettant ainsi une commande sans fil de la vitesse du moteur du ventilateur.
3) Fonctionnement de la commande à grande vitesse
Lors du contrôle à grande vitesse, l'ordinateur de climatisation déconnecte la tension de base de la triode de puissance, son connecteur n° 40, et le relais à grande vitesse est activé, et le courant du moteur du ventilateur circule à travers le relais à grande vitesse, puis vers le connecteur, faisant tourner le moteur à grande vitesse.
2.2 Préchauffage
En mode de régulation automatique, une sonde de température située dans la partie inférieure du radiateur de chauffage mesure la température du liquide de refroidissement et effectue le préchauffage. Lorsque la température du liquide de refroidissement est inférieure à 40 °C et que le mode automatique est activé, le calculateur de climatisation coupe le ventilateur pour éviter la diffusion d'air froid. À l'inverse, lorsque la température du liquide de refroidissement est supérieure à 40 °C, le calculateur de climatisation met en marche le ventilateur à faible vitesse. Ensuite, la vitesse du ventilateur est automatiquement régulée en fonction du débit d'air calculé et de la température de sortie d'air souhaitée.
La commande de préchauffage décrite ci-dessus n'existe que lorsque le flux d'air est sélectionné dans la direction « bas » ou « double flux ».
2.3 Contrôle du flux d'air différé (uniquement pour le refroidissement)
La régulation du flux d'air différé est basée sur la température à l'intérieur du refroidisseur, détectée par le capteur de température de l'évaporateur.
Le régulateur de débit d'air empêche le rejet accidentel d'air chaud par le climatiseur. Ce temporisateur s'active une seule fois, au démarrage du moteur, et sous réserve des conditions suivantes : 1. Compresseur en marche ; 2. Ventilateur en mode « automatique » (activation automatique) ; 3. Ventilation dirigée vers le visage (réglage manuel via l'interrupteur dédié ou dans les paramètres automatiques) ; 4. Température intérieure du climatiseur supérieure à 30 °C.
Le fonctionnement de la régulation du débit d'air retardé est le suivant :
Même si les quatre conditions précédentes sont réunies et que le moteur est démarré, le ventilateur ne peut pas démarrer immédiatement. Un délai de 4 secondes est nécessaire avant son démarrage : le compresseur doit être enclenché, le moteur démarré et le gaz réfrigérant utilisé pour refroidir l'évaporateur. Le ventilateur arrière démarre alors, fonctionne à basse vitesse pendant les 5 premières secondes, puis accélère progressivement jusqu'à sa vitesse maximale pendant les 6 dernières secondes. Ce fonctionnement évite une évacuation brutale d'air chaud par la bouche d'aération, susceptible de provoquer des désagréments.
Remarques finales
Le système de climatisation automobile à commande électronique, parfaitement adapté, ajuste automatiquement la température, l'humidité, la qualité de l'air et la ventilation de l'habitacle. Il assure une circulation d'air optimale, garantissant un confort optimal aux passagers quelles que soient les conditions climatiques extérieures. De plus, il prévient la formation de givre sur les vitres, assurant ainsi une visibilité parfaite au conducteur et une sécurité de conduite maximale.
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