cấu tạo hệ thống điều hòa không khí trên ô tô

Cấu tạo của hệ thống điều hòa không khí ôtô điển hình 1 Chức năng, cấu tạo vức năng, cấu tạo vức năng, cấu tạo và nguyên lý hoà nguyên lý hoà nguyên lý hoạt độngạt độngạt động Máy nén tr

Chương 2 C

CẤU TẠO H ẤU TẠO H ẤU TẠO HỆ Ệ Ệ TH TH THỐ Ố ỐNG ĐI NG ĐI NG ĐIỀ Ề ỀU U U HÒ HÒ HÒA KHÔNG KHÍ Ô TÔ A KHÔNG KHÍ Ô TÔ A KHÔNG KHÍ Ô TÔ

2.1 C

2.1 CẤU TẠOẤU TẠOẤU TẠO

Một hệ thống điều không khí đúng nghĩa là hệ thống có thể duy trì trạng thái của không khí trong không gian cần điều hòa Nó không chịu ảnh hưởng bởi sự thay đổi của điều kiện khí hậu bên ngoài hoặc sự thay đổi của phụ tải bên trong Do đó, có một mối liên hệ mật thiết giữa điều kiện thời tiết bên ngoài không gian cần điều hòa với chế độ hoạt động và các đặc điểm cấu tạo của hệ thống điều hòa không khí

Hệ thống điều hòa không khí là một tổ hợp bao gồm các thiết bị sau:

H.2.1 Cấu tạo của hệ thống điều hòa không khí ôtô điển hình

1) Chức năng, cấu tạo vức năng, cấu tạo vức năng, cấu tạo và nguyên lý hoà nguyên lý hoà nguyên lý hoạt độngạt độngạt động

Máy nén trong hệ thống điều hòa không khí là loại máy nén đặc biệt dùng trong kỹ thuật lạnh, hoạt động như một cái bơm để hút hơi môi chất ở áp suất thấp nhiệt độ thấp sinh ra ở giàn bay hơi rồi nén lên áp suất cao (100PSI; 7-17,5 kg/cm2) và

nhiệt độ cao để đẩy vào giàn ngưng tụ, đảm sự tuần hòa của môi chất lạnh một cách hợp lý và tăng mức độ trao đổi nhiệt của môi chất trong hệ thống

Vì máy điều hòa nhiệt độ trên xe ôtô là một hệ thống làm lạnh kiểu nén khí, nên máy nén là một bộ phận quan trọng nhất của hệ thống lạnh Công suất, chất lượng, tuổi thọ và độ tin cậy của hệ thống lạnh chủ yếu đều do máy nén lạnh quyết định Có thể so sánh máy nén lạnh có tầm quan trọng giống như trái tim của cơ thể sống Trong quá trình làm việc, máy nén sẽ tăng áp suất chất làm lạnh lên khoảng 10 lần: tỉ số nén vào khoảng 5÷8:1, tỉ số nén này phụ thuộc vào nhiệt độ không khí môi trường xung quanh và loại môi chất lạnh Áp suất phải tăng lên đến điểm mà nhiệt độ của chất làm lạnh cao hơn nhiệt độ của không khí ở môi trường xung quanh và phải đủ tại bộ ngưng

tụ để giải phóng toàn bộ nhiệt hấp thụ ở trong bộ bốc hơi

H 2.2 Hình dạng bên ngoài của máy nén Máy nén sử dụng trong hệ thống điều hòa không khí ôtô là loại máy nén hở được gắn bên hông động cơ, nhận truyền động đai từ động cơ ôtô sang đầu trục máy nén qua một ly hợp từ Tốc độ vòng quay của máy nén lớn hơn tốc độ quay của động

cơ Ở tốc độ chạy cầm chừng của động cơ ôtô, máy nén làm việc với tốc độ khoảng

600 rpm

Khi tốc độ động cơ đạt tốc độ tối đa thì tốc độ máy nén rất cao Vì vậy, máy nén phải có độ tin cậy cao và phải làm việc hiệu quả trong điều kiện tốc độ động cơ luôn thay đổi trong quá trình làm việc Đặc biệt là các chi tiết như cụm bịt kín cổ trục, các vòng bi, các clappe phải làm việc với độ tin cậy cao

H.2.3 Vị trí lắp đặt của máy nén ở động cơ Nhiều loại máy nén khác nhau được dùng trong kỹ thuật điều hòa không khí trên ôtô, mỗi loại máy nén đều có đặc điểm cấu tạo và làm việc theo nguyên tắc khác nhau Nhưng tất cả các loại máy nén đều thực hiện nhiệm vụ như nhau: nhận hơi có áp suất thấp từ bộ bốc hơi và chuyển thành hơi có áp suất cao bơm vào bộ ngưng tụ Thời gian trước đây, hầu hết các máy nén sử dụng loại 2 piston và một trục khuỷu, piston chuyển động tịnh tiến lên xuống trong xi lanh nên gọi là máy nén có piston tịnh tiến Có loại máy nén sử dụng piston tịnh tiến làm việc theo chiều hướng trục hoạt động nhờ đĩa lắc hay tấm dao động; còn có loại máy nén cánh quay và máy nén kiểu cuộn xoắn ốc Tuy nhiên, hiện nay đang dùng phổ biến nhất là loại máy nén piston dọc trục và máy nén quay dùng cánh van li tâm

Máy nén thường có những bộ phận cơ bản như hình 2.4

H.2.4 Cấu tạo chung của một máy nén Hoạt động của máy nén có 3 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Hút môi chất

Khi piston đi từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới, các van hút được mở ra môi chất được hút vào xylanh công tác và kết thúc khi piston tới điểm chết dưới

- Giai đoạn 2: Nén môi chất

Khi piston đi từ điểm chết dưới tới điểm chết trên, van hút đóng, van đẩy mở với tiết diện nhỏ hơn nên áp suất của môi chất ra sẽ cao hơn khi được hút vào Quá trình này kết thúc khi piston tới điểm chết trên

- Giai đoạn 3: Khi piston tới điểm chết trên, thì quy trình lại được lập lại từ đầu 2) Phân lo

2) Phân loạiạiại

Máy nén lo

Máy nén loại piston tay quayại piston tay quayại piston tay quay

Loại này chỉ sử dụng cho môi chất lạnh R12, có thể được thiết kế nhiều xi lanh

bố trí thẳng hàng (hình 2.5), bố trí dọc trục hoặc bố trí hình chữ V Trong loại máy nén kiểu piston, thường sử dụng các van lưỡi gà để điều khiển dòng chảy chất làm lạnh đi vào và đi ra ở xilanh Lưỡi gà là một tấm kim loại mỏng, mềm dẻo, gắn kín một phía của lỗ ở khuôn lưỡi gà Áp suất ở phía dưới lưỡi gà sẽ ép lưỡi gà tựa chặt vào khuôn

và đóng kín lỗ thông lại Áp suất ở phía đối diện sẽ đẩy lưỡi gà mở ra và cho lưu thông dòng chất làm lạnh

H.2.5 Máy nén loại piston tay quay

và nhiệt độ của môi chất, khi van lưỡi gà xả mở, môi chất lạnh được đẩy đến bộ ngưng

tụ (hình 2.6 b)

Với loại máy nén này, do tốc độ của động cơ luôn thay đổi trong quá trình làm việc mà máy nén không tự khống chế được lưu lượng của môi chất lưu thông, van lưỡi

gà được chế tạo bằng lá thép lò xo mỏng nên dễ bị gẫy và làm việc kém chính xác khi

bị mài mòn hoặc giảm lực đàn hồi qua quá trình làm việc, lúc đó sẽ ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất và chất lượng làm việc của hệ thống điều hòa không khí ôtô

H.2.6 Nguyên lý hoạt động của máy nén piston tay quay Mặt khác, với loại máy nén này khó thực hiện việc điều khiển tự động trong quá trình làm việc khi tốc độ của động cơ và tốc độ quay của máy nén luôn thay đổi Nên hiện nay trong kỹ thuật điện lạnh ôtô không còn dùng loại máy nén piston loại trục khuỷu tay quay này Mà loại máy nén hiện nay hay được sử dụng là loại máy nén piston dọc trục được dẫn động bằng cam nghiêng, nhờ tấm dao động hay tấm lắc

Máy nén piston mâm dao đ

Máy nén piston mâm dao động có thể tích lộng có thể tích lộng có thể tích làm viàm viàm việc biếnệc biếnệc biến đ đ đổiổiổi

Máy nén này có nguyên lý hoạt động giống như loại máy nén píton kiểu cam nghiêng, tuy nhiên về mặt cấu tạo cũng có vài điểm khác nhau Máy nén kiểu này cũng dẫn động píton bằng mâm dao động, píton ở đây chỉ làm việc ở một phía, và có 1 xecmăng; piston được nối vào các đĩa lắc bằng các tay quay Gồm có 6 píton, cùng đặt trên mâm dao động, mỗi cái cách nhau một góc 600

H.2.7 Cấu tạo của máy nén piston dao động của thể tích biến đổi

Máy nén này cũng có vài điểm thuận lợi hơn so với loại máy nén trình bày trên, làm việc êm dịu hơn, bộ bốc hơi có nhiệt độ không đổi 320F (00C) vì máy nén này có cơ cấu giảm thể tích làm việc và dung tích bơm của máy nén để cân xứng với yêu cầu làm lạnh của bộ bốc hơi trong hệ thống (hình 2.8)

H.2.8 Nguyên lý hoạt động Máy nén có thể tích làm việc biến đổi là do hành trình của píton thay đổi dựa vào góc nghiêng (so với trục) của mâm dao động, thay đổi tùy theo lượng môi chất cần thiết cung cấp cho hệ thống Góc nghiêng của mâm dao động lớn thì hành trình của píton dài hơn, môi chất lạnh sẽ được bơm đi nhiều hơn Khi góc nghiêng nhỏ, hành trình của píton sẽ ngắn, môi chất lạnh sẽ được bơm đi ít hơn (hình 2.6) Điều này cho phép máy nén có thể chạy liên tục nhưng chỉ bơm đủ lượng môi chất lạnh cần thiết

Góc nghiêng của mâm dao động được điều khiển bởi một van điều khiển Hộp xếp bi sẽ giãn ra hoặc co lại tùy theo áp lực đưa vào tăng hay giảm, sẽ làm chuyển dịch viên bi trong van điều khiển để đóng mở van, từ đó điều khiển được áp lực trong vỏ máy nén Sự khác nhau giữa áp lực mặt dưới và áp lực vỏ máy nén sẽ xác định vị trí của mâm dao động Góc nghiêng của mâm dao động sẽ lớn nhất- sự

làm mát đạt tối đa khi 2 phần của áp lực bằng nhau (hình 2.9)

H.2.9 Van điều khiển hành trình dao động của máy nén

Máy nén piston ki

Máy nén piston kiểu cam nghiểu cam nghiểu cam nghiêêêêngngng

Loại này có ký hiệu là 10PAn, đây là loại máy nén khí với 10 xilanh được bố trí ở hai đầu máy nén (5 ở phía trước và 5 ở phía sau); có 5 piston tác động hai chiều được dẫn động nhờ một trục có tấm cam nghiêng (đĩa lắc) khi xoay sẽ tạo ra lực đẩy piston Các piston được đặt lên tấm cam nghiêng với khoảng cách từng cặp piston là

720- đối với loại máy nén có 10 xilanh; hoặc có khoảng cách 1200- đối với loại máy nén có 6 xy lanh

H.2.10 Kết cấu của loại máy nén kiểu cam nghiêng

14 Nửa xy lanh trước

15 Nửa xy lanh sau

16 Caste dầu nhờn

17 Ống hút dầu

18 Đầu sau

19 Bơm bánh răng Bánh đai trên khớp nối điện từ dùng để lai truyền động từ động cơ ôtô Khi không có dòng điện qua cuộn dây điện từ, bánh đai quay trơn Khi có dòng điện, sẽ truyền chuyển động cho piston chuyển động qua lại trong xilanh tạo ra lực hút và đẩy môi chất lạnh Một piston khi hoạt động sẽ làm việc trong cả hai xilanh trái và phải của máy nén, quá trình làm việc được mô tả trong hình 2.10 và được trình bày như sau:

H.2.11 Nguyên lý hoạt động của loại máy nén piston cam nghiêng

- Hành trình hút: Khi piston chuyển động về phía bên trái, sẽ tạo nên sự chênh lệch áp suất trong khoảng không gian phía bên phải của piston; lúc này van hút mở ra cho hơi môi chất lạnh có áp suất, nhiệt độ thấp từ bộ bay hơi nạp vào trong máy nén qua van hút Và van xả phía bên phải của piston đang chịu lực nén của bản thân van lò

xo lá, nên được đóng kín Van hút mở ra cho tới khi hết hành trình hút của piston thì được đóng lại, kết thúc hành trình nạp

- Hành trình xả: Khi piston chuyển động về phía bên trái thì tạo ra hành trình hút phía bên phải, đồng thời phía bên trái của piston cũng thực hiện cả hành trình xả hay hành trình bơm của máy nén Đầu của piston phía bên trái sẽ nén khối hơi môi chất lạnh

đã được nạp vào, nén lên áp suất cao cho đến khi đủ áp lực để thắng được lực tỳ của van

xả thì van xả mở ra và hơi môi chất lạnh có áp suất, nhiệt độ cao được đẩy đi tới bộ ngưng tụ Van hút phía bên trái lúc này được đóng kín bởi áp lực nén của hơi môi chất Van xả mở ra cho đến hết hành trình bơm, thì đóng lại bằng lực đàn hồi của van lò xo lá, kết thúc hành trình xả (hình 2.11) Và cứ thế tiếp tục các hành trình mới

Vấn đề bôi trơn trong máy nén cũng rất cần được quan tâm, tùy theo loại môi chất lạnh được sử dụng trong hệ thống điều hòa không khí ôtô mà chọn dầu bôi trơn thích hợp, giúp máy nén làm việc an toàn và hiệu quả hơn, ở máy nén người ta bôi trơn bằng phương pháp vung tóe dầu bằng tấm cam nghiêng Dầu bôi trơn sẽ cùng với môi chất lạnh hòa tan vào nhau và cùng với môi chất lạnh tuần hoàn trong hệ thống (hình 2.12) Vì máy nén là loại hở nên phải có cụm bịt kín cổ trục để môi chất lạnh không bị

rò rỉ ra ngoài môi trường, loại máy nén này sử dụng phốt bịt kín trục dạng hình cốc (hình 2.13)

H.2.12 Bôi trơn máy nén H 2.13 Phốt kín trục

Trên các đầu ống nối dẫn hơi ra và vào máy nén thường lắp các van một chiều (hình 2.14) để thuận tiện khi lắp dấy nối kiểm tra áp suất đầu hút, đầu đẩy hoặc nạp môi chất lạnh, nạp dầu cho máy nén Van một chiều loại này cũng được bố trí trên một

số đầu nối của hệ thống như các đầu nối giữa máy nén với giàn ngưng tụ, giàn bay hơi

H.2.14 Van một chiều dùng trong hệ thống ĐHKK ôtô

1 Phía máy nén

2 Blape một chiều

3 Ống mềm

4 Đầu tì mở blape Hiện nay, trong kỹ thuật điều hòa không khí ôtô loại máy nén này được sử dụng rộng rãi nhất Bởi các đặc tính: nhỏ gọn và nhẹ nhờ giảm kích cỡ của piston, xilanh và vỏ hộp máy nén; độ tin cậy cao nhờ có phốt bịt kín hình cốc lắp giữa trục chính và khớp nối điện từ; độ ồn thấp nhờ vào sự làm việc êm dịu của các van hút và van xả loại lò xo lá Với cấu tạo nhỏ gọn nên dễ kiểm tra, bảo dưỡng và sửa chữa Máy nén này có ký hiệu 10PAn, trong đó: 10P thể hiện số xilanh có trong máy nén; A thể hiện máy nén thuộc thế hệ mới; n thể hiện giá trị công suất của máy nén (khi n = 15 thì công suất của máy nén là 155cm3/rev; n = 17 thì công suất của máy nén là 178

cm3/rev) Tương ứng với các ký hiệu trên, tùy theo loại máy nén được sử dụng trên các

xe có công suất của động cơ được quy định như sau: động cơ có công suất từ 1500 ÷

2000 (cm3) thì dùng loại máy nén 10PA15 hay 10PA17; với động cơ có công suất từ

2100 (cm3) trở lên thì dùng loại 10PA17 hoặc 10PA20

Máy né

Máy nén quay lon quay lon quay loại cánh gạtại cánh gạtại cánh gạt

Loại máy nén này không dùng píton (hình 2.15) Mà được cấu tạo gồm 1 roto với 4 cánh gạt đặt lồng vào roto và một vỏ bơm có vách trong tinh chế Khi chụp bơm

và các cánh gạt quay, vách vỏ bơm và các cánh gạt sẽ hình thành những buồng bơm, các buồng này có thể thay đổi thể tích rộng ra hay co thắt lại khi trục bơm quay- nở rộng thể tích ra để hút môi chất lạnh ở phía có áp lực, nhiệt độ thấp vào buồng bơm; co thể tích lại để ép chất làm lạnh đi đến phía có áp lực, nhiệt độ cao Lỗ van xả của bơm bố trí tại một điểm trên vỏ bơm mà ở đó hơi môi chất lạnh được nén đến áp suất cao nhất

H.2.15 Cấu tạo của loại máy nén cánh gạt quay

*

* Nguyên lý hoNguyên lý hoNguyên lý hoạt động của máy nén cánh gạt đạt động của máy nén cánh gạt đạt động của máy nén cánh gạt đưưược trợc trợc trình bày nhình bày nhình bày như sauư sau::::

- Hành trình hút: Khi roto quay, lực li tâm bắn các cánh gạt tỳ kín vào vách máy nén, giữa 2 cánh van (a), (b) và vách trong của vỏ máy nén sẽ tạo ra một thể tích lớn (buồng bơm) Chuyển động này hút hơi môi chất lạnh vào phần thể tích vừa tạo ra khi phần tích này quay ngang qua lỗ nạp môi chất được bố trí trên thân vỏ máy nén (hình 2.16a) Kết thúc hành trình hút là khi cánh van (b) quay qua khỏi lỗ nạp (hình 2.16b)

- Hành trình nén: Sau khi hoàn thành quá trình hút khối thể tích giữa van (a), (b) và vách vỏ bơm có chứa hơi môi chất lạnh sẽ giảm xuống, bắt đầu hành trình nén

(hình 2.16c) Hành trình nén được thực hiện ở phía mặt trong của vỏ bơm, áp suất hơi môi chất lạnh tăng lên khi thể tích buồng bơm co lại (hình 2.16d)

- Hành trình xả: Khi cánh van (a) quay qua khỏi lỗ xả thì máy nén bắt đầu hành trình xả Lúc này hơi môi chất lạnh đã được nén lên áp suất cao, nên tạo ra áp lực cao

mở van xả và tuôn dòng hơi môi chất lạnh có áp suất, nhiệt độ cao ra khỏi máy nén đi đến giàn ngưng tụ (hình 2.16e,f) Lúc này dầu bôi trơn đã được tách ra khỏi hơi môi chất lạnh và lắng xuống buồng chứa

H.2.16 Nguyên lý hoạt động của máy nén cánh gạt Với loại máy nén này, không cần dùng các vòng bạc xecmăng bao kín hơi như loại máy nén pitton cam nghiêng có thể tích thay đổi Ngoài ra, dầu bôi trơn trong máy nén cũng góp phần cải tiến năng suất và ảnh hưởng nhiều đến chất lượng làm việc của máy nén Trong quá trình máy nén làm việc dầu bôi trơn được tách ra khỏi môi chất lạnh cao áp trước khi đi đến giàn ngưng tụ nhờ một thiết bị tách dầu lắp trên máy nén Thiết bị tách dầu này lúc nào cũng ở trong trạng thái có áp suất cao bất cứ lúc nào mỗi khi máy nén hoạt động

Khi hỗn hợp hơi môi chất lạnh và dầu bôi trơn được tuôn ra từ ống xả, chảy qua một cổ uốn và chứa trong bầu tách lỏng của thiết bị, vì hơi môi chất lạnh nhẹ hơn dầu bôi trơn máy nén nên bay lên phía trên và theo đường ống dẫn đến giàn ngưng tụ Còn dầu trong hỗn hợp bị chìm sâu xuống phía tận cùng bình chứa của thiết bị bởi do