THIẾT BỊ LẠNH VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ ÔTÔ

THIẾT BỊ LẠNH VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ ÔTÔ

- 1 - Lê Trọng Hiệp CK45-DLOT CHƯƠNG 1 THIẾT BỊ LẠNH VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU H ÒA KHÔNG KHÍ ÔTÔ 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ LẠNH ÔTÔ Thiết bị lạnh nói chung v à thiết bị lạnh Ôtô nói ri êng là bao gồm những thiết bị nhằm thực hiện một chu tr ình lấy nhiệt từ môi trường cần làm lạnh và thải nhiệt ra môi trường bên ngoài. Thiết bị lạnh Ôtô bao gổm: Máy nén, thiết bị ng ưng tụ, bình lọc và tách ẩm, thiết bị giãn nở, thiết bị bay hơi, và một số thiết bị khác nhằm đảm bảo cho hệ thống lạnh hoạt động hiệu quả nhất. Hình 1.1 giới thiệu các thành phần của hệ thống lạnh tr ên Ôtô và vị trí của nó trong hệ thống. H.1.1. Cấu tạo của hệ thống điều hòa không khí ôtô điển hình 1. Máy nén 2. Giàn nóng 3. Quạt 4. Bình lọc/hút ẩm 5. Van giãn nở 6. Giàn lạnh 7. Đường ống hút (áp suất thấp) 8. Đường ống xả (cao áp) 9. Bộ tiêu âm 10. Cửa sổ quan sát 11. Bình sấy khô nối tiếp 12. Không khí lạnh 13. Quạt lồng sóc 14. Bộ ly hợp quạt gió 15. Bộ ly hợp máy nén 16. Không khí. - 2 - Lê Trọng Hiệp CK45-DLOT 1.2. THIẾT BỊ LẠNH ÔTÔ 1.2.1. Máy nén 1.2.1.1. Công dụng, vị trí lắp đặt của máy nén v à phân loại máy nén * Công dụng: Máy nén trong kỹ thuật lạnh hoạt động nh ư một cái bơm để hút hơi môi chất ở áp suất thấp nhiệt độ thấp sinh ra ở gi àn bay hơi rồi nén lên áp suất cao (100PSI; 7- 17,5 kg/cm 2 ) 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. 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. Trong quá trình làm việc, tỉ số của máy nén vào khoảng 5÷8,1. Tỉ số nén này phụ thuộc vào nhiệt độ không khí môi tr ường xung quanh v à loại môi chất lạnh. H.1.2. Hình dạng bên ngoài của một loại máy nén * Vị trí lắp đặt: Máy nén 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 c ơ. Hình bên là vị trí lắp đặt của máy nén trên động cơ. H.1.3. Vị trí lắp đặt của máy nén ở động c ơ - 3 - Lê Trọng Hiệp CK45-DLOT * Phân loại Nhiều loại máy nén khác nhau đ ược dùng trong hệ thống lạnh trên ôtô, mỗi loại máy nén đều có đặc điểm cấu tạo v à làm việc theo nguyên tắc khác nhau. Nhưng tất cả các loại máy nén đều thực hiện nh iệm 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 v à một trục khuỷu, piston chuyển động tịnh tiến trong xi lanh n ên gọi là máy nén piston tay quay, loại này hiện nay không còn được sử dụng. Hiện nay đang dùng phổ biến nhất là loại máy nén piston dọc trục v à máy nén quay dùng cánh trượt. 1.2.1.2. Máy nén loại piston tay quay Loại này chỉ sử dụng cho môi chất lạnh R12, có thể đ ược thiết kế nhiều xylanh bố trí thẳng hàng, hoặc bố trí hình chữ V. * Cấu tạo: H.1.4. Máy nén loại piston tay quay 1. Đường ống xả 2. Nắp van 3. Van xả 4. Đế van 5. Chốt piston 6. Thanh truyền 7. Ô bi 8. Đệm kín 9. Mặt đệm kín trục 10. Đường ống hút 11. Lõi van 12. Đầu xylanh 13. Đệm nắp xylanh 14. Van hút 15. Vòng xéc măng 16. Piston 17. Caste 18. Vòng đệm kín 19. Trục khuỷu 20. Đệm 21. Đế bơm - 4 - Lê Trọng Hiệp CK45-DLOT Trong loại máy nén kiểu piston, th ường sử dụng các van l ưỡi gà để điều khiển dòng môi chất lạnh đi vào và đi ra xylanh. Lư ỡi gà là một tấm kim loại mỏng, mềm dẻo, gắn kín một phía của lỗ ở khuôn l ưỡi gà. Áp suất ở phía dưới lưỡi gà sẽ ép lưỡi gà tựa chặt vào khuôn và đóng kín l ỗ thông lại. Áp suất ở phía đối diện sẽ đẩy lưỡi gà mở ra và cho lưu thông dòng chất làm lạnh. * Nguyên lý hoạt động Khi piston di chuyển xuống phía dưới, môi chất ở bộ bốc hơi sẽ được điền đầy vào xi lạnh thông qua van lưỡi gà hút - kỳ này gọi là kỳ hút, van lưỡi gà xả sẽ ngăn chất làm lạnh ở phía áp suất, nhiệt độ cao không cho vào xi lanh. Khi piston di chuyển lên phía trên – kỳ này gọi là kỳ xả, lúc này van lưỡi gà hút đóng kín, piston chạy lên nén chặt môi chất lạnh đang ở thể khí, l àm tăng nhanh chóng áp su ất và nhiệt độ của môi chất, khi van lưỡi gà xả mở, môi chất lạnh được đẩy đến bộ ngưng tụ. H.1.5. Nguyên lý hoạt động của máy nén piston tay quay * Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng: 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 l ò 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 - 5 - Lê Trọng Hiệp CK45-DLOT ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất v à chất lượng làm việc của hệ thống điều hòa không khí ôtô. Kiểu máy nén này khó thực hiện việc điều khiển tự động trong quá tr ình làm việc khi tốc độ của động c ơ luôn thay đổi. Nên hiện nay trong kỹ thuật điện lạnh ôtô không còn dùng loại máy nén piston loại trục khuỷu tay quay n ày. 1.2.1.3. Máy nén piston kiểu cam nghiêng * Cấu tạo: Loại này có ký hiệu là 10PAn, đây là lo ại máy nén khí với 10 x ylanh được bố trí ở hai đầu máy nén (5 ở phía tr ước và 5 ở phía sau); có 5 piston tác động hai chiều được dẫn động nhờ một trục có tấm cam nghi êng (đĩa lắc) khi xoay sẽ tạo ra lực đẩy piston. Các piston đ ược đặt lên tấm cam nghiêng với khoảng cách từng cặp piston là 72 0 - đối với loại máy nén có 10 xilanh; hoặc có khoảng cách 120 0 - đối với loại máy nén có 6 xylanh. H.1.6. Kết cấu của loại máy nén kiểu cam nghiêng 1. Trục máy nén 2. Đĩa cam 3. Piston 4, 5. Bi trượt và đế 6. Van hút lưỡi gà 7. Đĩa van xả trước 8. Phốt trục bơm 9. Bộ ly hợp puly máy nén 10. Bạc đạn puly 11. Puly 12. Cuộn dây bộ ly hợp 13. Đầu trước 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 - 6 - Lê Trọng Hiệp CK45-DLOT * Nguyên lý hoạt động: Hoạt động của máy nén cam nghi êng được chia làm hai hành trình sau: - Hành trình hút: Khi piston chuyển động về phía bên trái, sẽ tạo nên sự chênh lệch áp suất trong khoảng không gian phía b ên phải của piston; lúc n ày van hút mở ra cho hơi môi chất lạnh có áp suất, nhiệt độ thấp từ bộ bay h ơi nạp vào trong máy nén qua van hút. Và van x ả 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 h ành trình hút của piston thì được đóng lại, kết thúc h ành trình nạp. H.1.7. Nguyên lý hoạt động của loại máy nén piston cam nghi êng - Hành trình xả: Khi piston chuyển động về phía bên trái thì tạo ra hành trình hút phía bên phải, đồng thời phía b ên trái của piston cũng thực hiện cả h ành trình xả hay hành trình bơm của máy nén. Đầu của piston phía b ên 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 đ ược 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 ng ưng tụ. Van hút phía b ên trái lúc này được đóng kín bởi áp lực nén của hơi môi chất. Van xả mở ra cho đến hết h ành trình bơm, thì đóng lại bằng lực đàn hồi của van lò xo lá, kết thúc hành trình xả (hình 1.7). Và cứ thế tiếp tục các hành trình mới. Hiện nay, trong hệ thống lạnh ôtô loại máy nén n ày được sử dụng rộng r ãi nhất. Bởi các đặc tính: Nhỏ gọn và nhẹ nhờ giảm kích cỡ của piston, xilanh v à vỏ hộp máy nén; độ tin cậy cao nhờ có phốt bịt kín h ình cốc lắp giữa trục chính v à - 7 - Lê Trọng Hiệp CK45-DLOT khớp nối điện từ; độ ồn thấp nhờ v ào sự làm việc êm dịu của các van hút v à van xả loại lò xo lá. Với cấu tạo nhỏ gọn n ên 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 155cm 3 /rev; n = 17 thì công suất của máy nén là 178 cm 3 /rev). Tương ứng với các ký hiệu tr ên, 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 (cm 3 ) thì dùng loại máy nén 10PA15 hay 10PA17; với động cơ có công suất từ 2100 (cm 3 ) trở lên thì dùng loại 10PA17 hoặc 10PA20. 1.2.1.4. Máy nén piston mâm dao đ ộng Máy nén này có nguyên lý ho ạt động giống nh ư loại máy nén píton kiểu cam nghiêng, tuy nhiên v ề mặt cấu tạo cũng có v ài điểm khác nhau. Máy né n kiểu này cũng dẫn động píton bằng mâm dao động, píton ở đây chỉ l àm việc ở một phía, và có 1 xecmăng; piston đư ợc 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 60 0 . H.1.8. Cấu tạo của máy nén piston mâm dao đ ộng Máy nén này cũng có vài điểm thuận lợi hơn so với loại máy nén tr ình bày trên, làm việc êm dịu hơn, bộ bốc hơi có nhiệt độ không đổi 32 0 F (0 0 C) 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. - 8 - Lê Trọng Hiệp CK45-DLOT Máy nén có thể tích làm việc biến đổi là do hành trình của píton thay đổi dựa vào góc nghiêng (so v ới trục) của mâm dao động, thay đổi t ùy theo lượng môi chất cần thiết cung cấp cho hệ thống. Góc nghi êng của mâm dao động lớn th ì hành trình của píton dài hơn, môi chất lạnh sẽ được bơm đi nhiều hơn. Khi góc nghiêng nh ỏ, hành trình của píton sẽ ngắn, môi chất lạnh sẽ đ ược bơm đi ít hơn. Điều này cho phép máy nén có th ể chạy liên tục nhưng chỉ bơm đủ lượng môi chất lạnh cần thiết. Góc nghiêng của mâm dao động đ ược điều khiển bởi một van điều khiển. Hộp xếp bi sẽ giãn ra hoặc co lại tùy theo áp lực đưa vào tăng hay gi ảm, sẽ làm chuyển dịch viên bi trong van điều khiển để đóng mở van, từ đó điều khiển đ ược áp lực trong vỏ máy nén. Sự khác nhau giữa áp lực mặt d ưới và áp lực vỏ máy nén sẽ xác định vị trí của mâm dao động. Góc nghi êng của mâm dao động sẽ lớn nhất - sự làm mát đạt tối đa khi 2 phần của áp lực bằng nhau (h ình 1.9). H.1.9. Van điều khiển hành trình dao động của máy nén 1.2.1.5. Máy nén quay loại cánh gạt * Cấu tạo: Loại máy nén này không dùng piston (hình 1.10). Mà được cấu tạo gồm 1 roto với 4 cánh gạt đặt lồng v ào roto và một vỏ bơm có vách trong tinh ch ế. Khi chụp bơm và các cánh gạt quay, vách vỏ bơm và các cánh g ạt 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 - 9 - Lê Trọng Hiệp CK45-DLOT vào buồng bơm; co thể tích lại để ép chất l àm lạnh đi đến phía có áp lực, nhiệt độ cao. Lỗ van xả của bơm bố trí tại một điểm tr ên vỏ bơm mà ở đó hơi môi chất lạnh được nén đến áp suất cao nhất. H.1.10 Cấu tạo máy nén cánh tr ượt * Nguyên lý hoạt động của máy nén cánh gạt đ ược trình bày như sau: H.1.11 Nguyên lý hoạt động của máy nén cánh gạt - 10 - Lê Trọng Hiệp CK45-DLOT - Hành trình hút: Khi roto quay, lực li tâm bắn các cánh gạt tỳ kín v ào vách máy nén, giữa 2 cánh van (a), (b) v à vách trong của vỏ máy nén sẽ tạo ra một thể tích lớn. 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 1.11a). Kết thúc hành trình hút là khi cánh van (b) quay qua kh ỏi lỗ nạp (hình 1.11b). - Hành trình nén: Sau khi hoàn thành quá trình hút kh ối thể tích giữa van (a), (b) và vách vỏ bơm có chứa hơi môi chất lạnh sẽ giảm xuống, bắt đầu h ành trình nén (hình 1.11c). Hành trình nén được thực hiện ở phía mặt trong của vỏ b ơm, áp suất hơi môi chất lạnh tăng lên khi thể tích buồng bơm co lại (hình 1.11d). - Hành trình xả: Khi cánh van (a) quay qua kh ỏi 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 v à tuôn dòng hơi môi chất lạnh có áp suất, nhiệt độ cao ra khỏi máy nén đi đến giàn ngưng tụ (hình 1.11e, f). Lúc này dầu bôi trơn đã được tách ra khỏi hơi môi chất lạnh và lắng xuống buồng chứa. Với loại máy nén n ày, không cần dùng các vòng bạc xecmăng bao kín h ơi như loại máy nén pitton cam nghi êng có thể tích thay đổi. Ngo ài ra, dầu bôi trơn trong máy nén c ũng góp phần cải tiến năng suất v à ảnh hưởng nhiều đến chất l ượng làm việc của máy nén. Trong quá tr ình máy nén làm vi ệc dầu bôi trơn được tách ra khỏi môi chất lạnh cao áp tr ước khi đi đến gi àn ngưng tụ nhờ một thiết bị tách dầu lắp trên máy nén. Thi ết 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 b ị, vì hơi môi chất lạnh nhẹ hơn dầu bôi trơn máy nén nên bay lên phía trên và theo đư ờng ống dẫn đến gi àn ngưng tụ. Còn dầu trong hỗn hợp bị ch ìm sâu xuống phía tận cùng bình chứa của thiết bị bởi do trọng lượng bản thân dầu bôi tr ơn. Trên thiết bị còn được bố trí lỗ hồi dầu về lại phía trong b ơm, lượng dầu bôi trơn đang tích trữ ở bầu chứa sẽ được hồi vào trong bơm khi có s ự chênh lệch áp suất giữa áp suất xả trong thiết bị tách dầu với áp suất phía bên trong của máy nén. [...]... bởi tính tự động hóa và hiệu suất làm việc của hệ thống điều hòa không khí trên ôtô ít được thỏa mãn H.1.18 Sơ đồ hệ thống điều hòa không khí ôtô sử dụng ống định cỡ OT 1.2.5.3 Van giãn nở trang bị bầu cảm biến nhiệt độ Trên hệ thống điều hòa không khí ôtô đời mới, thường sử dụng thiết bị giãn nở loại van giãn nở nhiệt có kí hiệu là ZFC Lưu lượng môi chất lạnh đi qua van giãn nở được xác định bằng sự... nhiệt độ và điều khiển tốc độ thổi gió Điều khiển chức năng xác định ng õ ra nào sẽ phát khí nóng Điều khiển nhiệt độ l à điều tiết nhiệt độ của không khí v à điều khiển tốc độ thổi gió là điều khiển tốc độ quạt thổi 1.3.3 Sự làm lạnh và làm mát không khí trong ôtô Không khí được làm lạnh bởi hệ thống lạnh Một chu trình làm lạnh cơ bản bao gồm các bước sau đây nhằm lấy nhiệt, l àm lạnh khối không khí: ... không khí bên trong cabin ôtô - Bước kế tiếp là môi chất lạnh ở trạng thái hơi áp suất thấp được hồi về máy nén nhờ chu trình hút của máy nén, và lại được bơm đi Kết thúc một chu trình làm lạnh và bắt đầu chu trình mới 1.3.4 Điều khiển dòng không khí trong hệ thống điều hòa Điều khiển dòng không khí tức là điều khiển nhiệt độ của không khí trong xe và điều khiển phân phối không khí trong không gian xe Hệ. .. tại trong hệ thống lạnh Nếu môi chất lạnh không đ ược lọc sạch bụi bẩn và chất ẩm ướt thì các van trong hệ thống cũng như trong máy nén sẽ chóng bị hỏng Sau khi đ ược lọc sạch tinh khiết và hút ẩm, môi chất lạnh chui vào ống tiếp nhận và thoát ra khỏi bình chứa qua lỗ thoát theo ống dẫn đến van gi ãn nở Trong hệ thống điều hòa không khí ôtô, phin s ấy lọc đặt sau thiết bị ng ưng tụ trước thiết bị giãn... ngoài và kiểu van giãn nở hộp (khối) 1.2.5 Thiết bị bay hơi 1.2.5.1 Công dụng và vị trí lắp đặt Thiết bị bay hơi (hay còn gọi là giàn lạnh) là thiết bị trao đổi nhiệt trong đó môi chất lạnh lỏng hấp thụ nhiệt từ môi tr ường cần làm lạnh sôi và hóa hơi Do vậy, cùng với thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi cũng là thiệt bị trao đổi nhiệt quan trọng và không thể thiếu được trong hệ thống lạnh Trong thiết bị. .. servo (điều khiển tự động) Để từ đó điều khiển sự đóng mở các cửa chức năng, thực hiện điều khiển nhiệt độ và phân phối dòng không khí Cửa nạp không khí hay còn gọi là của lấy không khí sạch, điều khiển sự tuần hoàn của không khí trong ôtô hoặc đ ưa không khí sạch từ bên ngoài vào không gian của ôtô Hầu hết các hệ thống làm lạnh định vị bộ bốc hơi (hay lõi của bộ sưởi ấm) sao cho toàn bộ dòng không khí. .. Hệ thống điều khiển dòng không khí bao gồm: Bảng điều khiển, cơ cấu điều khiển, các cửa chức năng và hệ thống kết nối Các cần gạt hoặc nút bấm trên bảng điều khiển thông qua hệ thống dây cáp (đối với kiểu cơ khí) hoặc ống chân không (đối với điều khiển chân không) hoặc tín hiệu điện (điều khiển tự động) điều khiển các c ơ cấu điều khiển là các cánh tay đòn (kiểu cơ khí) , bầu chân không (kiểu chân không) ... trên xe ôtô Sự thông gió không điều khiển xảy ra khi các cửa sổ đ ược mở; còn sự thông gió có điều khiển thông qua một hệ thống thông gió gồm quạt thổi gió v à các đường ống dẫn không khí để tạo ra sự tuần ho àn của không khí trong xe, không phụ thuộc vào tốc độ của xe Quạt thổi gió cũng l à một bộ phận của hệ thống s ưởi ấm và điều hòa không khí Trên một số ôtô con hiện đại, còn có kiểu hệ thống thông... 1.3 HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÊN ÔTÔ Điều hòa không khí là thuật ngữ chung để chỉ những thiết bị đảm bảo không khí trong phòng ở nhiệt độ và độ ẩm thích hợp Khi nhiệt độ trong ph òng cao, nhiệt được lấy đi để giảm nhiệt độ (gọi l à “làm lạnh ) và ngược lại khi nhiệt độ trong phòng thấp, nhiệt được cung cấp để tăng nhiệt độ (gọi l à “sưởi”) Mặt khác, hơi nước được thêm vào hay lấy đi khỏi không khí. .. không khí Trong một vài kiểu bộ ly hợp được thiết kế cho nối khớp liên tục mỗi khi đóng nối mạch công tắc máy lạnh 1.2.2 Thiết bị ngưng tụ 1.2.2.1 Công dụng và vị trí lắp đặt Thiết bị ngưng tụ của hệ thống điều hòa không khí ôtô (hay còn g ọi là giàn nóng) là thiết bị trao đổi nhiệt để biến h ơi môi chất lạnh có áp suất và nhiệt độ cao sau quá trình nén thành trạng thái lỏng trong chu tr ình làm lạnh