CHƯƠNG II: HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ
2.4. CÁC ĐIỀU KHIỂN CHÍNH TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA TỰ ĐỘNG 1 Điều khiển nhiệt độ không khí cửa ra (TAO).
2.4.1. Điều khiển nhiệt độ khơng khí cửa ra (TAO).
Hình 2.15: Cơng thức tính nhiệt độ khơng khí cửa ra (TAO)
Để nhanh chóng điều chỉnh nhiệt độ trong xe theo nhiệt độ đặt trước, ECU nhận các thông tin được gửi từ các cảm biến (Cảm biến nhiệt độ trong xe, cảm biến nhiệt độ ngoài trời, cảm biến bức xạ mặt trời) và tín hiệu cài đặt nhiệt độ. ECU xử lý tín hiệu, tính tốn và đưa ra giá trị nhiệt độ khơng khí ở cửa ra (TAO). Để đạt được giá trị TAO thì ECU sẽ gửi tín hiệu điều khiển để điều khiển chọn cửa dẫn khí vào, điều khiển tốc độ quạt và điều khiển vị trí cánh trộn khí.
Nhiệt độ khơng khí cửa ra (TAO) được hạ thấp trong những điều kiện sau: + Nhiệt độ đặt trước thấp hơn.
+ Nhiệt độ trong xe cao hơn. + Nhiệt độ bên ngoài xe cao. + Cường độ ánh sáng mặt trời lớn. 2.4.2. Điều khiển trộn gió.
Để điều chỉnh nhanh chóng nhiệt độ trong xe đạt được nhiệt độ đặt trước, nhiệt độ gió được điều khiển bằng cách điều chỉnh vị trí cánh điều khiển trộn gió qua đó thay đổi tỷ lệ khơng khí nóng và khơng khí lạnh đưa vào trong xe.
Một số loại xe, độ mở của van nước cũng thay đổi theo vị trí của cánh điều khiển.
Điều khiển:
Hình 2.16: Điều khiển trộn gió.
* Điều chỉnh cực đại MAX: Khi nhiệt độ được đặt ở MAX COOL (lạnh nhất) hoặc MAX HOT (Nóng nhất), cánh điều khiển trộn gió sẽ mở hồn tồn về phía COOL hoặc HOT mà không phụ thuộc vào giá trị TAO.
Điều này gọi là “Điều khiển MAX COOL” hoặc “Điều khiển MAX HOT”. * Điều khiển thông thường.
Khi nhiệt độ đặt trước từ 18,5 đến 31,50 C thì vị trí cánh điều khiển trộn gió được điều khiển dựa trên giá trị TAO để điều chỉnh nhiệt độ trong xe theo nhiệt độ đặt trước. Tính tốn độ mở cánh điều tiết trộn gió:
Giả sử độ mở của cánh điều khiển trộn gió là 0% khi nó dịch chuyển hồn tồn về phía COOL và 100% khi nó dịch chuyển hồn tồn về phía HOT, thì nhiệt độ giàn lạnh gần bằng với TAO khi độ mở là 0%. Khi độ mở là 100% thì nhiệt độ của két sưởi (bộ phận trao đổi nhiệt) được tính tốn từ nhiệt độ nước làm mát động cơ sẽ bằng TAO. ECU cho dịng điện tới mơ tơ trợ trộn gió để điều khiển độ mở của cánh trộn gió. Độ mở thực tế của cánh điều khiển được phát hiện bằng chiết áp theo độ mở xác định.
Độ mở xác định = (TAO – nhiệt độ giàn lạnh)/(Nhiệt độ nước làm mát- nhiệt độ giàn lạnh) x 100.
2.4.3. Điều khiển chia gió. Mơ tả :
Khi điều hịa khơng khí được bật lên giữa sưởi ấm và làm mát, thì chế độ A/C được tự động bật về dịng khí mong muốn.
Việc điều khiển gió được thay đổi theo cách sau: + Hạ thấp nhiệt độ trong xe: FACE.
+ Khi nhiệt độ trong xe ổn định xung quanh nhiệt độ đặt trước: BI- LEVEL. + Khi hâm nóng khơng khí trong xe: FOOT
Hình 2.17: Điều khiển chia gió
2.4.4. Điều khiển tốc độ quạt giàn lạnh.
Hình 2.18: Điều khiển tốc độ quạt
Cấu tạo: Mạch điều khiển tốc độ quạt gió bao gồm: + Mơ tơ quạt gió.
+ Rơle EX- HI điều khiển quạt tốc độ cao. + ECU điều hịa.
+ Tranzistor cơng suất và điện trở LO Nguyên lý hoạt động:
Lưu lượng khơng khí thổi qua giàn lạnh được điều khiển thơng qua điều khiển tốc độ của mơ tơ quạt gió. Nó dựa trên sự chênh lệch nhiệt độ trong xe và nhiệt độ đặt trước.
+ Khi có sự chênh lệch nhiệt độ lớn: tốc độ mơ tơ quạt gió (HI). + Khi chênh lệch nhiệt độ nhỏ: tốc độ quạt gió thấp (LO). TH1: Quạt chạy ở tốc độ thấp.
Khi nhiệt độ trong xe nằm trong khoảng nhiệt độ xung quanh nhiệt độ đặt trước. ECU điều hòa điều điều khiển tranzistor (OFF). Dịng điện qua mơ tơ quạt gió được nối mát thơng qua điện trở LO. Đồng thời trên điện trở LO có sự sụt áp dẫn tới cường độ dịng điện qua mơ tơ quạt gió giảm. Quạt quay với tốc độ thấp.
Ngoài ra điện trở LO cịn có tác dụng bảo vệ cho tranzistor cơng suất. Khi mơ tơ quạt gió được kích hoạt sẽ có dịng điện lớn chạy trong mạch. Để bảo vệ tranzistor cơng suất, điện trở LO sẽ tiếp nhận dịng điện trước khi bật tranzistor công suất.
TH2: Quạt chạy ở tốc độ cao (HI).
Khi có sự chênh lệch lớn giữa nhiệt độ trong xe và nhiệt độ cài đặt, ECU điều hòa sẽ điều khiển tranzistor (ON). Tốc độ quạt gió sẽ được điều khiển thay đổi liên tục theo giá trị TAO bằng cách điều chỉnh dịng điện cực gốc của tranzistor cơng suất. TH3: Quạt chạy ở tốc độ cao nhất (EX- HI).
Trường hợp quạt gió cần quay với tốc độ lớn nhất để đưa nhanh nhiệt độ về nhiệt độ cài đặt, ECU sẽ nối mát cho cuộn dây kích từ của rơ le EX- HI, tiếp điểm thường mở đóng lại nối mát trực tiếp cho mơ tơ quạt gió. Như vậy tránh được sự tổn hao điện áp trên tranzistor công suất vì thế dịng điện qua quạt gió là cực đại, tốc độ quạt là lớn nhất.
2.4.5. Điều khiển hâm nóng.
Điều khiển:
Hình 2.19: Điều khiển hâm nóng.
Khi dịng khí được thiết lập ở chế độ FOOT hoặc BI- LEVEL mà núm chọn tốc độ quạt gió được đặt ở vị trí AUTO, thì tốc độ quạt gió được điều khiển theo nhiệt độ nước làm mát.
+ Khi nhiệt độ nước làm mát thấp: Để tránh đưa vào xe gió lạnh, chức năng điều khiển hâm nóng sẽ hạn chế tốc độ quạt gió.
+ Khi hâm nóng khơng khí trong xe: Chức năng điều khiển hâm nóng khơng khí trong xe so sánh lượng khơng khí được xác định bởi cảm biến nhiệt độ nước làm mát và lượng khí được tính tốn từ TAO sau đó nó lấy giá trị nhỏ hơn và làm cho quạt quay ở tốc độ thấp hơn.
+ Sau khi hâm nóng khơng khí trong xe: Việc điều khiển hâm nóng khơng khí trong xe sẽ trở về trạng thái điều khiển bình thường dựa trên TAO.
Sự điều khiển này được kích hoạt chỉ cho q trình sưởi chứ khơng cho q trình làm mát.
2.4.6. Điều khiển gió trong thời gian q độ. Mơ tả:
Hình 2.20: Điều khiển tốc độ quạt trong thời gian quá độ.
Khi xe đỗ dưới trời nắng trong một thời gian dài, điều hòa khơng khí sẽ thải ra khơng khí nóng ngay lập tức sau khi hoạt động. Chức năng điều khiển dịng khí trong thời gian quá độ sẽ ngăn chặn vấn đề này.
Điều khiển:
+ Khi nhiệt độ giàn lạnh cao hơn 300C (860F). Như chỉ ra trên hình vẽ, chức năng điều khiển thời gian quá độ sẽ tắt mơ tơ quạt gió và để mơ tơ tắt khoảng 4 giây trong khi máy nén được bật lên để làm mát khơng khí bên trong bộ phận làm mát.
Khoảng 5 giây sau đó nó cho quạt gió chạy ở tốc độ thấp (Chế độ LO) để nhả ra khơng khí đã được làm mát trong bộ phận làm mát rồi đưa vào trong xe.
+ Khi nhiệt độ giàn lạnh thấp hơn 300C (860F).
Như chỉ ra trên hình vẽ, chức năng điều khiển theo thời gian quá độ sẽ cho quạt gió chạy ở tốc độ thấp (LO) khoảng 5 giây.
2.4.7. Điều khiển dẫn gió vào.
Mơ tả.
Hình 2.21: Điều khiển dẫn gió vào
Chức năng điều khiển dẫn gió vào thơng thường là để đưa khơng khí từ bên ngồi vào. Khi chênh lệch nhiệt độ trong xe và nhiệt độ đặt trước lớn, thì chức năng điều khiển dẫn gió vào tự động bật về chế độ tuần hồn khơng khí trong xe để việc làm mát được hiệu quả hơn.
Điều khiển.
Các chức năng điều khiển dẫn gió vào được thực hiện theo cách sau đây: + Thông thường: FRESH
+ Khi nhiệt độ trong xe cao: RECIRC.
Tham khảo: Ở một số xe chức năng điều khiển dẫn gió vào cũng tự động bật về RECIRC nếu nồng độ CO, HC, NOX được xác định bởi cảm biến khói ngồi xe vượt quá giới hạn cho phép.
Khi lựa chọn chế độ DEF cho dịng khí, thì chức năng điều khiển cửa gió được tự động chuyển về chế độ FRESH (Ở một số kiểu xe khơng có chế độ điều khiển này).
2.4.8. Điều khiển tốc độ không tải.
Vai trị: Khi động cơ chạy khơng tải, công suất động cơ nhỏ. Bật máy nén sẽ làm quá tải động cơ. Điều này có thể gây chết máy hoặc động cơ quá nóng. Để máy điều hịa hoạt động khi xe chạy ở chế độ khơng tải thì tốc độ động cơ phải được tăng lên một cách tự động gọi là điều khiển tốc độ không tải hay bù ga.
Giải pháp điều khiển tốc độ khơng tải (bù điều hịa). * Đối với động cơ phun xăng điện tử:
+ Điều khiển van ISC để mở thơng đường gió từ trước ra sau bướm ga khi xe chạy ở chế độ không tải.
+ Sử dụng hệ thống bướm ga điện tử thông minh (ETCS-i) điều khiển mô tơ điện để kênh ga.
+ Đối với động cơ không sử dụng bướm ga mà điều khiển bằng xupap thì sẽ mở thêm xupap khi bật điều hịa ở chế độ khơng tải
VD: Xe BMW 318i
Khi xe chạy khơng tải bình thường xupap mở: 0,5 (mm).
Khi xe chạy khơng tải, mở điều hịa xupap mở: 0,57(mm) ÷ 0,58 (mm). * Đối với động cơ diesel điện tử: Thực hiện bù điều hòa theo nguyên tắc thay đổi xung điều khiển phun nhiên liệu.
* Đối với động cơ xăng dùng chế hịa khí, động cơ diesel thơng thường:
Thực hiện bù điều hịa bằng cách sử dụng các hộp màng chân khơng (động cơ xăng) để kéo bướm ga mở thêm hoặc kéo cần ga của bơm cao áp (động cơ diesel).
Hình 2.22: Điều khiển tốc độ khơng tải bằng van ISC
Nguyên lý hoạt động:
ECU điều khiển động cơ nhận tín hiệu cơng tắc A/C (ON) từ bộ điều khiển điều hòa. ECU điều khiển mở van điều chỉnh tốc độ khơng tải (van ISC). Một lượng khí nạp được đi tắt từ trước bướm ga ra sau bướm ga theo đường van ISC. Khi đó cả lượng khí nạp và nhiên liệu đều tăng, giúp tăng tốc độ động cơ tới tốc độ thích hợp. 2.4.9. Điều chỉnh tốc độ quạt giàn nóng.
Trong xe có két nước giải nhiệt bằng quạt điện. Một cặp quạt của két nước và giàn nóng được sử dụng trong q trình hoạt động của hệ thống điều hịa khơng khí. Các quạt này cung cấp 3 cấp điều khiển: dừng, tốc độ thấp, tốc độ cao.
Hệ thống điều hịa sử dụng cặp quạt có thể chuyển đổi giữa cách mắc nối tiếp và cách mắc song song phụ thuộc vào điều kiện áp suất môi chất và nhiệt độ nước làm mát động cơ.
+ Mắc nối tiếp: Khi máy nén hoạt động nếu cả áp suất môi chất và nhiệt độ nước làm mát động cơ đều thấp, cặp quạt điện được mắc nối tiếp và quay ở tốc độ thấp.
+ Mắc song song: Khi máy nén hoạt động, nếu áp suất môi chất và nhiệt độ nước làm mát động cơ đều cao. Cặp quạt được mắc song song và quay ở tốc độ cao. Khi máy nén ngừng hoạt động thì quạt giàn nóng sẽ khơng quay.
Hình 2.23: Sơ đồ điều khiển tốc độ quạt giàn nóng và quạt két nước
Chú thích:
¾ Rơle cơn từ điều khiển đóng ngắt máy nén được điều khiển bởi ECU điều hịa. ¾ Cơng tắc rơle 1 là cơng tắc thường đóng.
¾ Cơng tắc rơle 2 là công tắc kép để chuyển đổi chế độ mắc nối tiếp và mắc song song của quạt giàn nóng và quạt két nước làm mát.
¾ Cơng tắc rơle 3 là cơng tắc thường mở.
¾ Công tắc áp suất trung gian mở khi: Pga > 14,5 ữ 15 (kg/cm2). ắ Cụng tc nhiệt độ nước làm mát mở khi: t0 > 900C ÷ 950C Chế độ Ly hợp từ Áp suất môi chất Nhiệt độ nước Quạt giàn nóng Quạt két nước 1 OFF - Thấp Dừng Dừng 2 - Cao Tốc độ thấp Tốc độ cao 3 ON Thấp Thấp Tốc độ thấp (mắc nối tiếp) Thấp Cao Tốc độ cao (mắc song song) 4 Cao Thấp Cao Cao
Hình 2.24: Bảng trạng thái của hệ thống điều khiển quạt giàn nóng và quạt két nước ở các chế độ làm việc
Hình 2.25: Sơ đồ mạch điện quạt giàn nóng và quạt két nước ở các chế độ.
2.4.10. Điều khiển tan băng.
Khi nhiệt độ bên trong giàn lạnh nhỏ hơn nhiệt độ đóng băng (00C), tuyết sẽ hình thành trên bề mặt của cánh tản nhiệt. Tuyết trong giàn lạnh ngăn chặn dịng khí qua các cánh này. Điều này làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt, vì vậy năng suất làm lạnh giảm. Điều khiển tan băng sẽ ngăn chặn hiện tượng trên.
Có ba phương pháp điều khiển tan băng đó là: + Dùng van EPR (Van điều áp giàn lạnh). + Dùng nhiệt điện trở.
+ Dùng cơng tắc nhiệt.
Hình 2.26: Vị trí và cấu tạo của van EPR
Bộ điều hịa áp suất giàn lạnh (EPR) là một van điều chỉnh áp suất gồm một ống kim loại, piston và lò xo. Bộ phận này được lắp giữa giàn lạnh và máy nén để duy trì áp suất mơi chất bên trong giàn lạnh ở 0,18 (Mpa) hoặc cao hơn để ngăn chặn sự đóng băng.
Máy nén hoạt động liên tục trong loại sử dụng van EPR vì vậy sự thay đổi nhiệt độ đầu ra thấp.
Loại điều hịa khơng khí dùng van EPR hoạt động không sinh ra tiếng ồn nên được dùng rộng rãi trên các xe đắt tiền.
Nguyên lý hoạt động.
Hình 2.27: Nguyên lý hoạt động của van EPR
Trong quá trình hoạt động, piston của van EPR chịu lực tác dụng của áp suất bay hơi mơi chất (Ps) và áp lực lị xo (Pe) sẽ dịch chuyển làm đóng hoặc mở đường dẫn mơi chất từ giàn lạnh tới máy nén. Chuyển động này sẽ điều chỉnh áp suất bay hơi (Pe) cho giàn lạnh. Vì thế áp suất giàn lạnh không xuống dưới 0,18 Mpa, ngăn chặn tuyết xuất hiện.
Cụ thể:
+ Khi nhiệt độ trong xe cao, tải nhiệt tăng áp suất bay hơi (Pe) lớn hơn so với áp lực lị xo (Ps). Piston dịch chuyển sang phía trái làm mở van. Mơi chất bay hơi ở giàn lạnh được hút vào máy nén.
+ Khi nhiệt độ trong xe thấp, tải nhiệt giảm (áp suất (Pe) thấp hơn 0,18 Mpa) . Lúc này trong van EPR, giá trị (Pe) nhỏ hơn giá trị áp lực lò xo (Ps) và piston bị kéo trở lại qua phía phải. Van được đóng lại ngắt dịng mơi chất trở về máy nén. Vì vậy áp suất giàn lạnh được tăng cao hơn, ngăn chặn hiện tượng đóng băng giàn lạnh.
b. Nhiệt điện trở (Cảm biến nhiệt độ giàn lạnh).
Cảm biến nhiệt độ giàn lạnh được lắp ở phía sau giàn lạnh để cảm nhận nhiệt độ của gió sau khi đi qua giàn lạnh. Nó là một nhiệt điện trở có giá trị điện trở thay đổi tỷ lệ nghịch với nhiệt độ.
Sự thay đổi nhiệt độ được nhận biết bởi cảm biến nhiệt độ giàn lạnh sẽ được chuyển thành tín hiệu điện áp gửi tới ECU A/C.
Khi nhiệt độ giàn lạnh xấp xỉ 00C (nhiệt độ đóng tuyết) ECU A/C sẽ điều khiển tranzistor (OFF) không nối mát cho rơ le côn từ, máy nén bị ngắt điện ngừng hoạt động khơng cung cấp mơi chất cho giàn lạnh. Vì vậy nhiệt độ giàn lạnh sẽ tăng lên, giúp ngăn chặn hiện tượng đóng băng giàn lạnh.
Hình 2.28: Điều hịa đang hoạt động (Máy nén ON)
Hình 2.29: Điều hịa ngừng hoạt động (Máy nén OFF) c. Công tắc nhiệt.
Cấu tạo của công tắc nhiệt gồm có:
+ Một ống cảm ứng nhiệt có một đầu được gắn trên đường ống ra của giàn lạnh, một đầu được nối với hộp màng xếp.
+ Hộp màng xếp có chứa khí He là một loại khí trơ có khả năng giãn nở vì nhiệt.
+ Một cần đẩy được liên kết với một vi công tắc để đóng ngắt dịng điện cấp cho cuộn dây của rơ le côn từ.
Nguyên lý hoạt động:
Khi nhiệt độ đầu ra của giàn lạnh giảm đến gần 00C (Nhiệt độ tạo tuyết), đầu cảm ứng nhiệt sẽ cảm nhận nhiệt. Khi nhiệt độ giảm sẽ làm cho khí He trong hộp màng xếp co lại. Cần đẩy bị kéo xuống, vi cơng tắc ngắt mạch khơng cho dịng điện qua cuộn dây rơ le côn từ. Khi đó máy nén khơng được cấp điện sẽ ngừng hoạt động không cung cấp môi chất lạnh cho giàn lạnh. Vì vậy, nhiệt độ giàn lạnh sẽ tăng dần lên, ngăn chặn được hiện tượng đóng băng giàn lạnh.