Cụm giàn lạnh

2.3. Cấu tạo hệ thống điều hoà không khí trên ôtô khách

2.3.2. Cụm giàn lạnh

Cụm giàn lạnh có cấu tạo như hình 2-16, bao gồm: giàn lạnh có chứa van giãn nở, quạt giàn lạnh. Cụm này thường được lắp trên trần và phía sau xe.

34

Hình 2-17. Cấu tạo cụm giàn lạnh (điều hòa kiểu mới) 2.3.2.1. Giàn lạnh

Chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Giàn lạnh là thiết bị trao đổi nhiệt, trong đó môi chất lạnh ở thể lỏng hấp thụ nhiệt từ môi trường cần làm lạnh và hóa hơi. Do vậy, cùng với thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi cũng là thiết bị trao đổi nhiệt quan trọng và không thể thiếu được trong hệ thống lạnh.

35

Sau khi môi chất ở thể lỏng được phun vào giàn lạnh qua van tiết lưu, nhiệt độ và áp suất của chúng giảm xuống và một phần môi chất bị bay hơi sau khi thu nhiệt. Môi chất ở thể hơi có áp suất và nhiệt độ thấp được máy nén điều hòa hút quay trở lại chu trình ban đầu. Tương tự như giàn nóng, giàn lạnh cũng có cấu tạo rất đơn giản, tuy nhiên chức năng của chúng là quan trọng nhất.

Không khí trong khoang hành khách được quạt gió thổi qua giàn lạnh. Khí này trở nên lạnh hơn và quay trở lại làm mát khoang hành khách.

Ngoài tác dụng làm lạnh, thiết bị bay hơi còn có tác dụng hút ẩm trong cabin: khi luồng không khí thổi xuyên qua bộ bốc hơi, không khí được làm lạnh, đồng thời hơi ẩm trong không khí khi tiếp xúc với giàn lạnh sẽ ngưng tụ thành nước quanh các ống của giàn lạnh. Nước ngưng tụ này được hứng và đưa ra ngoài xe qua ống xả bố trí bên dưới giàn lạnh. Đặc tính hút ẩm này giúp cho khối không khí trong cabin được tinh khiết, tạo thoải mái cho hành khách, đồng thời các kính cửa sổ không bị mờ do hơi nước.

Thiết bị này thuộc loại thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt. Ở đây không khí lưu động ngoài chùm ống có cánh và truyền nhiệt cho môi chất lạnh sôi trong ống – còn gọi là giàn lạnh không khí bay hơi trực tiếp. Bộ bốc hơi được chế tạo ở dạng chùm ống thẳng, nhẵn hay chùm ống xoắn bằng đồng xuyên qua các lá mỏng hút nhiệt bằng nhôm.

36

Khi môi chất lạnh sôi, hấp thu nhiệt, bộ bốc hơi trở lên lạnh; quạt điện hút không khí nóng trong cabin và cả không khí từ ngoài vào thổi xuyên qua giàn lạnh, cho ra luồng không khí mới đã được làm lạnh và hút ẩm đi vào cabin ôtô thông qua các cửa khí được bố trí trong hệ thống. Cứ như thế tạo ra một sự đối lưu không khí trong ôtô, tạo cảm giác thoải mái mát mẻ cho con người.

Thông thường, nhiệt độ của hơi môi chất lạnh tại cửa ra giàn lạnh cao hơn 4÷6 (oF) so với nhiệt độ của môi chất lạnh ở thể lỏng tại cửa vào. Chênh lệch nhiệt độ này gọi là sự tăng nhiệt, nó đảm bảo môi chất lạnh đã được bốc hơi hoàn toàn. Quạt giàn lạnh là quạt kiểu hướng tâm có 2 cổng hút vào 2 phía, dùng động cơ nhiều tốc độ, quay nhanh, làm việc êm.

Nhưng cũng tùy theo công suất yêu cầu của giàn lạnh, diện tích của khoảng không gian cần điều hòa mà chọn loại quạt và kích cỡ quạt cho thích ứng với từng hệ thống. Nói chung, tốc độ khí hướng về phía đầu người không được quá 0,3÷0,5 (m/s), lên ngực có điều chỉnh tốc độ 0,5÷2,2 (m/s) và cần có độ rộng 0,6÷0,8 (m); ở vùng đùi, ống chân, bàn chân thì tốc độ khí không được quá 0,1÷0,3 (m/s).

2.3.2.2. Van giãn nở

Môi chất lạnh ở thể lỏng áp suất cao, sau khi ra khỏi bình lọc hút ẩm và theo ống dẫn môi chất đến thiết bị giãn nở (hay còn gọi là thiết bị định lượng dòng chảy; van tiết lưu hay van giãn nở). Tại thiết bị này, môi chất lạnh ở thể lỏng được phun thành một lớp sương mù có nhiệt độ thấp, áp suất thấp nạp vào giàn bay hơi.

Thiết bị giãn nở hay van giãn nở nhiệt là một loại van biến đổi, nó có thể thay đổi độ mở của van để đáp ứng được với các chế độ tải lạnh của bộ bốc hơi. Thiết bị giãn nở được điều khiển bằng cảm biến nhiệt độ, van này sẽ mở để lưu thông nhiều môi chất lạnh hơn khi trong cabin ôtô yêu cầu độ lạnh nhiều hơn. Hoặc khi chế độ tải lạnh yêu cầu ít hơn, thì van giãn nở sẽ giảm dòng chảy của môi chất lạnh xuống. Trên ôtô, thiết bị giãn nở nhiệt được lắp đặt tại ống vào của bộ bốc hơi, sau giàn ngưng tụ.

37

Hình 2-20. Cấu tạo van giãn nở

Khi nhiệt độ đường ống ra giàn lạnh tăng lên vì tăng tải, áp suất môi chất trong bóng cảm biến nhiệt độ tăng đẩy màng chuyển động xuống dưới. Điều đó cho phép nhiều môi chất hơn đi vào giàn lạnh và kết quả là nhiệt độ giàn lạnh giảm xuống.

Hoạt động của van giãn nở

Một đầu của ống cân bằng được nối với đầu ra của giàn lạnh có tác dụng cảm biến áp suất đầu ra của giàn lạnh và đầu còn lại nối với buồng màng trong van giãn nở. Áp suất cân bằng được đưa vào buồng phía dưới. Khi máy nén không hoạt động, áp suất Pf từ bóng cảm biến nhiệt độ và áp suất Pe từ chu trình làm lạnh là cân bằng nhau. Tại thời điểm này van giãn nở đóng nhờ lực lò xo, điều đó ngăn không cho môi chất lỏng chảy vào máy nén.

38

Hình 2-21. Van giãn nở khi máy nén chưa hoạt động

Khi máy nén bắt đầu chu trình hút, áp suấ Pe giảm van giản nở bị ép xuống nhờ áp suất Pf thông qua màng, điều này cho phép môi chất chảy vào giàn lạnh.

Hình 2-22. Van giãn nở khi máy nén bắt đầu hoạt động

Nếu nhiệt độ trong xe giảm xuống quá nhiều, bóng cảm biến nhiệt độ trở nên lạnh và áp suất Pf giảm. Khi đó dưới tác dụng của áp suất Pe và lực lò xo, van giãn nở chuyển động lên trên. Kết quả là, khả năng làm lạnh của điều hòa giảm xuống.

Mặt khác, nếu nhiệt độ trong xe tăng lên, môi chất ở thể khí đầu ra nóng hơn. Điều đó làm tăng bóng nhiệt độ của bóng cảm biến nhiệt độ và tăng áp suất Pf. Kết

39

quả là áp suất Pf lớn hơn tổng áp suất Pe và lực lò xo, vì vậy van giãn nở mở rộng hơn. Lượng môi chất chảy vào giàn lạnh tăng và do đó khả năng làm lạnh tăng lên.

Hình 2-23. Van giãn nở khi nhiệt độ trong xe giảm 2.3.2.3. Lọc không khí

Điều hòa kiểu cũ lọc không khí được lắp ngay phía trước giàn lạnh. Đối với điều hòa kiểu mới lọc khí được lắp trong trần xe. Khi lọc bị tắc, bẩn, thể tích dòng khí của máy điều hòa giảm. Vì vậy, lọc không khí cần được làm sạch thường xuyên.

40

2.3.2.4. Mô tơ quạt gió

Hình 2-25. Cấu tạo quạt gió giàn lạnh Hình 2-26. Vị trí lắp mô tơ quạt

Hệ thống sử dụng 3 bộ quạt. Các mô tơ được điều khiển ở các chế độ LO, ME1, ME2 và HI theo vị trí công tắc quạt.

2.3.2.5. Cảm biến nhiệt độ giàn lạnh

Hình 2-27. Vị trí lắp đặc và đồ thị của cảm biến nhiệt độ giàn lạnh

Cảm biến nhiệt độ giàn lạnh được lắp ngay tại đầu ra của giàn lạnh và dùng để đo nhiệt độ bề mặt giàn lạnh. Cảm biến nhiệt độ giàn lạnh được làm từ chất bán dẫn, điện trở của nó sẽ tăng khi nhiệt độ giảm và ngược lại (hình 2-27).

2.3.3. Máy nén điều hòa trên ô tô khách

2.3.3.1. Chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động

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

41

nhiệt độ cao để đẩy vào giàn ngưng tụ, đảm bảo sự tuần hoàn 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 điều hòa 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.

Hình 2-28. Cấu tạo máy nén điều hòa không khí

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 900 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

42

thay đổi trong quá trình làm việc. Đặc biệt là các chi tiết như cụm phớt làm kín cổ trục, các vòng bi phải làm việc với độ tin cậy cao.

Hình 2-29. 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: hút môi chất lạnh ở thể hơi có áp suất thấp từ bộ bốc hơi, nén và chuyển thành môi chất lạnh ở thể 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 xylanh 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.

43

Cấu tạo: Máy nén thường có những bộ phận cơ bản như hình 2-30

Hình 2-30. Cấu tạo chung của một máy nén

Nguyên lý hoạt động: 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.

2.3.3.2. Ly hợp điện từ trên máy nén ô tô

Trên tất cả các loại máy nén sử dụng trong hệ thống điều hòa không khí ôtô đều được trang bị bộ ly hợp hoạt động nhờ từ trường. Bộ ly hợp này được xem như một phần của puly máy nén. Ly hợp sẽ ăn khớp hay không ăn khớp để điều khiển trục máy nén quay khi cần thiết, phần puly sẽ quay liên tục bởi dây đai được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ khi động cơ làm việc.

Ly hợp điện từ làm việc theo nguyên lý điện từ (hình 2 - 31a), có hai loại cơ bản: loại cực từ tĩnh (cực từ được bố trí trên thân của máy nén) (hình 2 - 31b) và loại cực

44

từ quay (các cực từ được được lắp trên roto và cùng quay với roto, cấp điện thông qua các chổi than đặt trên thân máy nén).

Hình 2-31. Nguyên lý cấu tạo của bộ ly hợp từ trong puly máy nén

Nguyên lý hoạt động của ly hợp từ được mô tả như sau: Khi hệ thống máy lạnh được bật lên, dòng điện chạy qua cuộn dây nam châm điện (1) của bộ ly hợp, lực từ của nam châm điện hít đĩa bị động (2) dính cứng vào mặt ngoài của puly đang quay (3). Đĩa bị động (2) liên kết với trục máy nén (4) nên lúc này cả puly lẫn trục máy nén được khớp nối cứng một khối và cùng quay với nhau. Lúc ta ngắt dòng điện, lực hút từ trường mất, một lò xo phẳng sẽ đẩy đĩa bị động (2) tách rời mặt ngoài puly; lúc này, trục khuỷu động cơ quay, puly máy nén quay trơn trên vòng bi (5), nhưng trục máy nén đứng yên. Đây là loại khớp nối kiểu cực từ tĩnh, nên trong quá trình hoạt động, cuộn dây nam châm điện không quay, lực hút từ trường của nó được truyền dẫn xuyên qua puly đến đĩa bị động (2). Đĩa bị động (2) và mayơ của nó liên kết vào đầu trục máy nén nhờ chốt clavet, đồng thời có thể trượt dọc trên trục để đảm bảo khoảng cách của ly hợp là 0,022÷0,057 inch (0,56÷1,47mm).

a )

b )

45

Hình 2-32. Cấu tạo của bộ ly hợp puly máy nén

Với loại ly hợp có cực từ tĩnh, hiệu suất cắt và nối cao; ít bị mài mòn và đỡ công kiểm tra, bảo trì thường xuyên. Nên loại này được sử dụng rộng rãi hơn so với loại ly hợp từ có cực từ di động, vì phải thường xuyên kiểm tra sự tiếp xúc giữa chổi than với roto của ly hợp.

Tùy theo cách thiết kế, bộ ly hợp từ trường thường được điều khiển cắt nối nhờ bộ cảm biến nhiệt điện, bộ cảm biến nhiệt này hoạt động dựa theo áp suất hay nhiệt độ của hệ thống điều hòa 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- Cuộn dây nam châm điện 4- Trục máy nén 2- Đĩa bị động 5- Vòng bi kép 3- Puly 6- Phốt kín trục 7- Khe hở khi bộ ly hợp cắt khớp

46

Chương 3 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA XE KHÁCH

Để đề xuất được phương pháp khảo sát và đánh giá hệ thống điều hòa ô tô khách phù hợp với điều kiện Việt Nam, tác giả đã đi tìm hiểu và nghiên cứu các phương pháp thử nghiệm cũng như các tiêu chuẩn đánh giá trên thế giới

3.1. Phương pháp thử trên băng thử

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.

3.1.1 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

47

Bảng 3-1. Các thông số chính của băng thử điều hòa của hãng CHINO

Thử nghiệm chung

Giàn nóng Lượng nhiệt thải 220kW (ở

35C)

Giàn lạnh Lượng nhiệt thu 1.212kW

Máy nén điều hòa 50012,000 rpm

Phòng thí

nghiệm giàn nóng

Phạm vi nhiệt độ/

độ ẩm －4060C /2090%RH

Lưu lượng gió 21,600m3/h

Phòng thí

nghiệm