Phương pháp thử trên băng thử dùng để đánh giá từng cụm chi tiết hay cả hệ thống điều hòa ô tô. Các băng thử này được các nhà sản xuất ô tô tự phát triển hoặc do một số công ty sản xuất và cung cấp.
1.1. Băng thử của hãng CHINO
Hãng CHINO Nhật Bản giới thiệu hệ thống thử nghiệm điều hòa do hãng phát triển theo tiêu chuẩn thử nghiệm điều hòa của Nhật Bản JIS D1618 -2000 như trong Hình 3-1. Các thông số của băng thử được thể hiện trong bảng 3-1.
37
Bảng 3-1. Các thông số chính của băng thử điều hòa của hãng CHINO
Thử nghiệm chung
Giàn nóng Lượng nhiệt thải 220kW (ở 35C) Giàn lạnh Lượng nhiệt thu 1.212kW
Máy nén điều hòa 50012,000 rpm Phòng thí
nghiệm giàn nóng
Phạm vi nhiệt độ/ độ ẩm －4060C /2090%RH Lưu lượng gió 21,600m3/h
Phòng thí nghiệm giàn lạnh
Phạm vi nhiệt độ/ độ ẩm －4060C /2090%RH
Lưu lượng gió 600m
3/h (trước), 450m3/h (sau) Phòng dẫn động máy nénvà điều nhiệt Phạm vi nhiệt độ －40120C
1.2. Băng thử của công ty SATAKE
Công ty SATAKE cũng thiết kế hệ thống đánh giá điều hòa xe con theo tiêu chuẩn JIS D1618 của Nhật Bản như trong hình 3-2 và hình 3-3. Đây là hệ thống có thể mô phỏng lại hệ thống điều hòa trên xe thật, sử dụng phương pháp đo entanpi không khí để đo đạc. Nguồn vận hành máy nén là động cơ điện, có thể điều chỉnh tốc độ vòng quay, hiển thị được công suất. Không khí làm mát giàn nóng cũng có thể điều chỉnh được tốc độ và nhiệt độ.
38
Hình 3 – 3. Hình ảnh băng thử điều hòa của SATAKE 2. Phương pháp thử trong phòng thử (hãng Mitsubishi)
Tập đoàn Công nghiệp nặng Mitsubishi đã thiết kế, chế tạo và cung cấp hệ thống thử nghiệm hệ thống điều hòa như trong Hình 3-4 và hình 3-5, với các thông số được thể hiện trong bảng 3-2. Các đặc trưng của phòng thử nghiệm này như sau:
* Thử nghiệm điều hòa ô tô sử dụng khí ga thông thường * Tuần hoàn không khí
* Bộ bức xạ điều chỉnh tùy ý
39
Hình 3 – 5. Kết cấu của phòng thử nghiệm điều hòa
Bảng 3-2. Thông số của phòng thử điều hòa của Mitsubishi
Thông số Giá trị Dòng khí Tốc độ thổi Phạm vi 0120 km/h Sai số Nhỏ hơn ±3% Điều chỉnh Nhiệt độ Phạm vi -2550C Dao động Nhỏ hơn ±1C Sai số Nhỏ hơn ±1C Độ ẩm Phạm vi 3080%RH Dao động Nhỏ hơn ±10%RH Thiết bị bức xạ Nhiệt lượng bức xạ 01.16kW/m2 Phạm vi bức xạ 3m×6m
Sai số nhiệt lượng Nhỏ hơn ±15%
Bộ bức xạ Góc chiếu 2590
40
Phòng thử nghiệm điều hòa này có khả năng thử nghiệm tính năng điều hòa ô tô con và thử nghiệm tổng hợp một số phụ tùng khác của ô tô sau khi lắp lên xe thật.
3. Nghiên cứu tiêu chuẩn và phương pháp thử nghiệm của nước ngoài
Để có được cách nhìn tổng quát, tác giả đã tìm hiểu một số tiêu chuẩn và phương pháp thử nghiệm điều hòa của nước ngoài. Xét đến thị trường ô tô và điều kiện địa lý, có thể tham khảo từ tiêu chuẩn thử nghiệm của Ấn Độ, phương pháp thử nghiệm của Nhật Bản.
3.1. Tiêu chuẩn thử nghiệm của Ấn Độ IS 14618 – 1999
Tiêu chuẩn thử nghiệm IS14618-1999 có các nội dung liên quan trực tiếp tới thử nghiệm hệ thống điều hòa như sau.
3.1.1. Chuẩn bị xe thử nghiệm
Trước khi bắt đầu thử nghiệm các điều kiện sau cần được bảo đảm:
a. Hệ thống điều hòa không khí của xe sẽ được nạp đầy đủ chất tải lạnh đúng khối lượng nhà sản xuất quy định.
b. Ắc quy của xe (hoặc bất kỳ nguồn điện thay thế) sử dụng cho các cụm chi tiết điện của hệ thống điều hòa không khí, phải ở mức điện áp định mức trong suốt quá trình thử nghiệm.
c. Không gian thử được cách nhiệt thích hợp tại những nơi có thể có nhiệt thâm nhập. Vị trí và vật liệu cách nhiệt nên tuân theo hướng dẫn của nhà sản xuất với các thông số tiêu chuẩn và khả năng chống cháy.
d. Tỷ lệ không khí từ các cửa gió phải theo đúng thông số của nhà sản xuất. e.Tất cả các dòng khí lạnh từ cửa gió ra phải được điều chỉnh hướng thẳng tới ngực và mặt của người trên xe.
f. Quạt gió ra được điều chỉnh ở nấc thổi tối đa.
g. Những thiết lập khác nếu có cho hệ thống điều hòa không khí cần đặt ở mức tối đa.
41
3.1.2. Thử nghiệm đánh giá hệ thống điều hòa
Các thử nghiệm sau đây được tiến hành để đánh giá khả năng làm mát của hệ thống điều hòa:
- Thử nghiệm cool down (xem mục a) - Thử nghiệm giải nhiệt kém (xem mục b) - Thử nghiệm khi gia tốc (xem mục c)
Tất cả các thử nghiệm trên được thực hiện trong khoảng thời gian nóng nhất trong ngày, đó là khoảng giữa trưa, dưới trời trong, ở nhiệt độ môi trường xung quanh tối thiểu là 30C.
a. Thử nghiệm Cooldown Chuẩn bị xe
Cảm biến, chẳng hạn như cặp nhiệt điện dùng để ghi nhận thông tin nhiệt độ tại vị trí ngang tai của người ngồi trong xe (tài xế) cần phải có độ chính là ±l°C.
Sau khi chuẩn bị như trên, xe được đặt dưới ánh sáng mặt trời, sao cho không có bóng mát che bất kỳ phần nào của xe (xe chịu toàn bộ bức xạ). Xe được hâm nóng dưới nguồn bức xạ nhiệt giống như đang di chuyển trên đường đảm bảo sao cho năng lượng bức xạ nhiệt tác dụng tối đa lên kính chắn gió và các kính cửa trong suốt 1 giờ. Tất cả các cửa xe phải được đóng hoàn toàn kể cả cửa thông gió của hệ thống thông gió trên xe. Xe được đặt cố định tại vị trí này tối thiểu 1 giờ, thời gian đó được gọi là giai đoạn hâm nóng xe.
Sau khi hâm nóng xe, người thử nghiệm sẽ vào xe. Số người thử nghiệm không được ít hơn 2 người đối với xe có 1 hay 2 hàng ghế và không vượt quá sức chứa của xe. Người thử nghiệm vào xe phải đảm bảo điều kiện sau:
- Vào và đóng kín cửa một cách nhanh chóng.
- Người thử nghiệm vào bằng một cửa (số cửa mở cho người thử nghiệm vào không vượt quá 1 cửa).
Ghi nhận ban đầu
Sau khi người thử nghiệm vào xe, các cảm biến sẽ ghi nhận lại nhiệt độ ban đầu tại vị trí ngang tai của người thử nghiệm.
42
Chạy thử nghiệm
Vận hành xe và mở hệ thống điều hòa với công suất tối đa (như mục f,g,h phần 3.1.1), xe được vận hành ổn định với tay số được chọn trước ở vận tốc 60km/h trong một giờ đảm bảo cho máy nén hoạt động ở tốc độ đạt 50-80% tốc độ tối đa. Thời gian được tính từ lúc người thử nghiệm bắt đầu vận hành hệ thống điều hòa.
Ghi kết quả đo
Trong suốt thời gian 1 giờ chạy thử nghiệm, các cảm biến ghi nhận nhiệt độ tại vị trí ngang tai người thử nghiệm trong từng khoảng thời gian không quá 5 phút. Khoảng thời gian này được quyết định dựa trên độ nhạy, độ đáp ứng của cảm biến đo nhiệt độ và năng lực của thiết bị ghi dữ liệu.
Sự thay đổi nhiệt độ trong xe
Nhiệt độ trung bình sẽ được mô tả thông qua biểu đồ theo thời gian.
b. Thử nghiệm giải nhiệt kém
Thử nghiệm nhằm đánh giá trạng thái kỹ thuật của hệ thống làm mát động cơ khi hệ thống điều hòa không khí hoạt động trong điều kiện xe lưu thông trong thời tiết nóng và tình trạng giao thông ách tắc. Thí nghiệm này chỉ áp dụng cho những xe có giàn ngưng tụ (giàn nóng) được bố trí gần két nước làm mát. Thí nghiệm này có thể được thực hiện độc lập hoặc ngay sau khi thử nghiệm cooldown.
Chuẩn bị xe
- Lắp cảm biến, như cặp nhiệt điện, để ghi nhiệt độ của nước làm mát động cơ. Đảm bảo không có nước rò rỉ trong hệ thống làm mát. Lắp đồng hồ áp suất để ghi lại áp suất của hệ thống điều hòa, Các đồng hồ đo áp suất được sử dụng phải có độ chính xác ± 1 kPa.
- Nước trong hệ thống làm mát động cơ phải đúng theo quy định của nhà sản xuất.
- Xe được đậu dưới ánh nắng mặt trời, trước một bức tường và cách tường 1m. Khoảng cách này được đo từ đầu xe từ lưới tản nhiệt. Không có gió thổi ngang qua xe. Trong trường hợp có gió ngang lớn ( >1,5m/s) thì đặt tấm chắn hai bên cách thành xe 2m trên suốt chiều dài xe. Với chiếc xe đỗ như vậy, tất cả các cửa kính
43
của xe được mở hoàn toàn, cho xe chạy ở chế độ không tải. Thiết lập hệ thống điều hòa không khí làm việc như điều kiện mục (f, g, h mục 3.1.1). Theo dõi nhiệt độ nước làm mát và sự thay đổi áp suất hệ thống điều hòa trong từng khoảng thời gian 5 phút. Thời gian thử nghiệm được tính từ lúc hệ thống điều hòa bắt đầu hoạt động.
- Thử nghiệm được kéo dài đến khi nhiệt độ động cơ ổn định 10 phút.
- Các thử nghiệm này sẽ được dừng lại nếu nhiệt độ động cơ đạt giới hạn của nó theo quy định của nhà sản xuất xe hoặc hệ thống điều hòa không khí đạt tới một giới hạn áp suất cao theo quy định của nhà sản xuất xe.
c. Thử nghiệm tăng tốc
Thử nghiệm nhằm đánh giá tình trạng kỹ thuật của hệ thống làm mát động cơ khi tăng tốc trên đường cao tốc với sự hoạt động của hệ thống điều hòa không khí. Thử nghiệm này cũng có thể được thực hiện độc lập hoặc ngay sau khi kiểm tra cooldown.
Tất cả hệ thống điều khiển điều hòa không khí được thiết lập như điều kiện mục (f, g, h phần 3.1.1). Tất cả các cửa sổ của xe được giữ mở để đảm hệ thống điều hòa không khí ở trạng thái gây tải lớn nhất.Cho xe di chuyển và tăng tốc nhanh nhất có thể đến tốc độ tối đa của nó.Tốc độ này được duy trì trong 10giây và sau đó chiếc xe sẽ được giảm tốc độ xuống 30km/h, càng nhanh càng tốt. Đây được coi là một lần tăng tốc và xe sẽ được điều khiển liên tục thông qua mười lần như vậy, hoặc cho đến khi nhiệt độ nước làm mát động cơ ổn định sau 3 lần liên tiếp. Các lần thứ hai và lần tiếp theo được bắt đầu từ 30km/h và không cần từ trạng thái ổn định. Nhiệt độ nước làm mát động cơ được ghi ngay trước khi giai đoạn tăng tốc.
Thử nghiệm phải được dừng lại nếu nhiệt độ nước làm mát động cơ đạt đến giới hạn của nó do nhà sản xuất xe quy định.
3.2. Phương pháp khảo sát đánh giá điều hòa của Nhật Bản
Nhật Bản đề ra tiêu chuẩn đánh giá điều hòa ô tô trong tiêu chuẩn JIS D1618 - 2000. Trong những năm gần đây, tính năng của điều hòa ô tô được đánh giá không chỉ bởi công suất lạnh mà còn bởi tiêu hao năng lượng của nó. Chính vì vậy, trong nghiên cứu phát triển không ngừng đòi hỏi nâng cao hiệu suất của các cụm chi tiết
44
cấu thành cũng như cả hệ thống. Ngoài ra, cùng với sự phát triển của dòng xe mini van là dòng xe có 3 hàng ghế thì hệ thống điều hòa không khí tương ứng với nó (điều hòa cho hàng ghế sau, điều hòa cho từng vị trí) cũng được đặt ra và nội dung thí nghiệm về tính năng điều hòa cũng tăng lên.
3.2.1. Thử nghiệm tính năng tiêu chuẩn a. Thử nghiệm trên băng thử a. Thử nghiệm trên băng thử
Phương pháp thử nghiệm điều hòa trên băng thử được thể hiện trong Hình 3-6. Băng thử được tạo thành từ hai phòng cách nhiệt, một phòng đại diện cho không gian trong xe, một phòng đại diện cho không gian ngoài xe. Các điều kiện của phòng như nhiệt độ, độ ẩm và lưu lượng gió,… có thể thiết lập độc lập.
45
Với xe Mini van 3 hàng ghế, giàn lạnh trước và sau được bố trí riêng rẽ. Công việc thử nghiệm được tiến hành theo các điều kiện quy định và sử dụng các chi tiết kết nối dùng chung. Khi đó cần lưu ý độ dài các ống dẫn có ảnh hưởng tới kết quả đo, do vậy cố gắng lắp gần nhất có thể. Gần đây, trong nghiên cứu phát triển điều hòa, tiêu thụ năng lượng của điều hòa cũng được coi trọng và mong muốn nâng cao hiệu suất và giảm tiêu thụ năng lượng.
Công suất của điều hòa được tính theo công thức sau: Điều hòa một giàn lạnh
Điều hòa hai giàn lạnh
Trong đó Q: công suất điều hòa (kW), V: lưu lượng gió hệ thống lạnh (m3/h), v: tỷ tích của không khí khi đo V (m3/kgf), i1: entanpi của khí ở của vào (kJ/kgf), i2: entanpi của khí ở cửa ra (kJ/kgf), Vr: lưu lượng gió hệ thống lạnh điều hòa sau (m3/h), vr: tỷ tích của không khí khi đo Vr (m3/kgf), ir1: entanpi của khí ở của vào điều hòa sau (kJ/kgf), ir2: entanpi của khí ở cửa ra điều hòa sau (kJ/kgf).
b. Thí nghiệm nạp ga điều hòa
Trong phòng thử nghiệm đặt điều kiện mùa hè (35oC, 70%RH, không bức xạ mặt trời), ô tô mở hết cửa, được nạp ga điều hòa từ từ và đo áp suất khi đó của máy nén (phía cao áp), kết quả thí nghiệm được thể hiện trong Hình 3-7. Khi đó, đo nhiệt độ thổi ra của giàn nóng phụ hay nhiệt độ cửa gió ra
sẽ cho giá trị tham khảo để quyết định lượng ga cần nạp. Thí nghiệm này được đo trong các điều kiện động cơ chạy không tải, chạy ở tốc độ 40 km/h và 100 km/h.
Hình 3-7. Ví dụ kết quả thí nghiệm lượng ga nạp
46
Vùng áp suất cao ngang bằng trong đồ thị là vùng ổn định và là vùng lượng gas điều hòa thích hợp có thể nạp cho hệ thống. Lượng ga nạp cần bổ sung sai số của máy nạp cũng như lượng rò rỉ cho phép và chọn trong phạm vi thích hợp vừa rồi.
3.2.2. Thử nghiệm trên xe thật
Thử nghiệm trên xe thật được tiến hành trong phòng môi trường như Hình 3-8 nhằm tái hiện và khẳng định lại những thí trên băng thử. Các điều kiện môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, bức xạ mặt trời và nhiệt độ mặt đường được đặt theo thực tế.
Hình 3-8. Phòng thí nghiệm môi trường
47
Các bước thử nghiệm tính năng điều hòa tiêu chuẩn thông thường được thực hiện như hình 3-9. Thông qua các bước thử với tốc độ như vậy có thể nắm bắt được năng lực giảm nhiệt độ (cool down) và khả năng duy trì nhiệt độ khi xe chạy không tải hay khi chạy ở tốc độ cao. Để tái hiện chính xác cần giữ xe trong phòng đủ thời gian để nhiệt độ thân vỏ xe bằng nhiệt độ môi trường, đặc biệt khi thí nghiệm đặc tính điều hòa trong thời tiết mùa đông cần đặc biệt chú ý điều này. Để làm được điều đó cần làm theo các bước sau:
① Trong điều kiện không bật đèn, cửa kính mở hoàn toàn, thổi gió tương ứng với khi xe chạy 40 km/h và giữ cho tới khi nhiệt độ thân vỏ ổn định.
② Sau đó đóng toàn bộ cửa kính, không thổi gió, bật đèn theo quy định và tiếp tục hâm nhiệt xe.
Thông thường, các vị trí đo nhiệt độ trong xe thường là phần đầu, đầu gối, chân giống như hình 3-10.
Nếu cần thiết có thể đo nhiệt độ không khí trước và sau giàn lạnh, nhiệt độ của các cửa gió ra hay áp suất hút và đẩy của máy nén điều hòa. Hình 3-11 là một ví dụ kết quả đo.
48
Hình 3-10. Vị trí đo nhiệt độ trong xe
Hình 3-11. Ví dụ thử tính năng điều hòa trên xe Nhật
Tiêu chuẩn đánh giá nói chung là nhiệt độ trong xe thấp hơn nhiệt độ con người thấy thoải mái. Tuy nhiên, có thể quyết định tùy theo chủng loại xe, mục đích sử dụng hay điều kiện làm việc.
49
4. Đề xuất phương pháp khảo sát và đánh giá
Ở Việt Nam, việc nghiên cứu phát triển và đánh giá hệ thống điều hòa xe con