Thiết bị lạnh và hệ thống điều hòa không khí ô tô

ố 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 trên 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 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. 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 trường xung quanh và 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 cơ. 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 được 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 và 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, thường sử dụng các van lưỡi gà để điều khiển dòng môi chất lạnh đi vào và đi ra xylanh. Lưỡi 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 lỗ 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, làm tăng nhanh chóng áp suất 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 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 - 5 - Lê Trọng Hiệp CK45-DLOT ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất và 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 cơ 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 loại máy nén khí với 10 xylanh 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 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 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 này 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 hành 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 bên 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 th ì 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 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 rãi 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 và - 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 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. 1.2.1.4. Máy nén piston mâm dao động 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 l àm 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 60 0. H.1.8. Cấu tạo của máy nén piston mâm dao động 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 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. - 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 với 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 nhỏ, hành trình của píton sẽ ngắn, môi chất lạnh sẽ đ ược bơm đi ít hơn. 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 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 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 - 9 - Lê Trọng Hiệp CK45-DLOT 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.1.10 Cấu tạo máy nén cánh trượt * Nguyên lý hoạt động của máy nén cánh gạt được 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) và 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 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 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 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 v à ảnh hưởng nhiều đến chất lượng làm việc của máy nén. Trong quá tr ình 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 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 giàn 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 trơn. Trên thiết bị còn được bố trí lỗ hồi dầu về lại phía trong bơm, lượng dầu bôi trơn đang tích trữ ở bầu chứa sẽ được hồi vào trong bơm khi có sự chênh lệch áp suất giữa áp suất xả trong thiết bị tách dầu với áp suất phía bên trong của máy nén. - 11 - Lê Trọng Hiệp CK45-DLOT Kiểu máy nén này được kí hiệu là TVn (trong đó, TV: kiểu máy nén cánh van quay; n: thể hiện giá trị công suất của máy nén, với n=10 t ương đương với công suất của máy nén là 108 cm3/rev, n=12 tương đương với công suất của máy nén là 127 cm3/rev, n=14 tương đương với công suất của máy nén là 142 cm3/rev). Tuy nhiên, máy nén loại này chỉ lắp trên hệ thống điều hòa không khí của các xe cỡ nhỏ và trung bình. Tương ứng với từng kiểu máy nén, mà có các quy ước về sử dụng trên các loại xe có dung tích của động cơ khác nhau để phù hợp với hiệu suất làm việc của hệ thống, cụ thể: Máy nén có kí hiệu TV10 v à TV12 được lắp trên các xe có dung tích công tác của động cơ từ 1000÷1500 (cm3); máy nén có kí hiệu TV12 và TV14 được lắp trên xe có dung tích của động cơ từ 1500÷2000 (cm3). Môi chất lạnh R-12 và R-134a đều được sử dụng trên máy nén kiểu này, tuy nhiên cũng có vài sự khác biệt nhỏ khi dùng tương ứng với từng loại môi chất lạnh như các đầu nối ống dẫn mềm đến các gi àn ngưng và bay hơi, dầu bôi trơn sử dụng cho máy nén phải tương ứng với loại môi chất lạnh sử dụng trong hệ thống trong thực tế, hiện nay loại máy nén kiểu TV ít đ ược sử dụng hơn kiểu máy nén 10TA (2 sản phẩm này đều do nhà sản xuất máy điều hòa ôtô lớn nhất thế giới DENSO sản xuất), vì khi máy nén kiểu TV bị sự cố hư hỏng thì thường là phải thay máy nén mới chứ không phục hồi, sửa chữa đ ược bởi yêu cầu về độ chính xác lắp ghép cao, khó có thể lắp lẫn được đối với máy nén kiểu TV. 1.2.1.6. Bộ ly hợp điện từ Trên tất cả các loại máy nén sử dụng trong hệ thống điều h òa không khí ôtô đều được trang bị bộ ly hợp nhờ hoạt động từ tr ường. Bộ ly hợp này được xem như một phần của puly máy nén . Ly hợp điện từ làm việc theo nguyên lý điện từ (hình 1.13a), có hai loại cơ bản: loại cực từ tĩnh (cực từ được bố trí trên thân của máy nén) (hình 1.13b) và loại cực 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). - 12 - Lê Trọng Hiệp CK45-DLOT * Cấu tạo 1. Cuộn dây nam châm điện 2. Đĩa bị động 3. Puly 4. Trục máy nén 5. Vòng bi kép 6. Phốt kín trục 7. Khe hở khi bộ ly hợp cắt khớp H.1.12. Cấu tạo của bộ ly hợp * Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hoạt động của ly hợp từ được mô tả như sau (hình 1.13). 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 v ào mặt ngoài của puly đang quay (3). H.1.13 Nguyên lý cấu tạo của bộ ly hợp từ trong puly máy nén 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 v òng bi - 13 - Lê Trọng Hiệp CK45-DLOT (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 tr ường của nó được truyền dẫn xuyên qua puly đến đĩa bị động (2). Đĩa bị động (2) v à mayor của nó liên kết vào đầu trục máy nén nhờ chốt clavet, đồng thời c ó thể trượt dọc trên trục để đảm bảo khoảng cách của ly hợp l à 0,022÷0,057 inch (0,56÷1,47mm). Với loại ly hợp có cực từ tĩnh, hiệu suất cắt v à 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, v ì 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 n ày 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. 1.2.2. 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. Đây là một thiết bị cơ bản trong hệ thống điều không khí, có ản h hưởng rất lớn đến các đặc tính năng lượng của hệ thống. Công dụng của bộ ngưng tụ là làm cho môi chất lạnh đang ở thể hơi áp suất và nhiệt độ cao từ máy nén bơm đến, ngưng tụ biến thành lỏng. Quá trình môi chất lạnh ngưng tụ thành thể lỏng được mô tả như sau: Trong quá trình hoạt động bộ ngưng tụ tiếp nhận hơi môi chất lạnh dưới áp suất và nhiệt độ rất cao do máy nén bơm vào, qua lỗ nạp được bố trí phía trên giàn nóng. Dòng khí này tiếp tục lưu thông trong ống dẫn đi dần xuống phía dưới, nhiệt của khí môi chất lạnh truyền qua các cánh tỏa nhiệt và được luồng gió mát thổi đi. Quá tr ình trao đổi khí này làm tỏa một lượng nhiệt rất lớn vào trong không khí; do b ị mất nhiệt, hơi môi chất giảm nhiệt độ,đến nhiệt độ bằng nhiệt độ b ão hòa (hay nhiệt độ sôi) ở áp suất ngưng tụ thì - 14 - Lê Trọng Hiệp CK45-DLOT bắt đầu ngưng tụ thành thể lỏng. Môi chất lạnh thể lỏng, áp suất cao n ày tiếp tục chảy đến bộ bốc hơi (giàn lạnh). Sự trao đổi nhiệt ở giàn nóng nếu xảy ra không đầy đủ sẽ l àm tăng áp suất trong hệ thống và gây ra sự ngưng tụ không hoàn toàn của môi chất lạnh. Đồng thời, nếu không ngưng tụ hoàn toàn thì lúc này trong môi ch ất lạnh còn ở thể hơi, làm cho thể tích của môi chất lạnh lớn sẽ không qua hết đ ược thiết bị tiết lưu để vào giàn lạnh. Do đó, điều này sẽ làm giảm đáng kể công suất của hệ thống vì không đủ môi chất lạnh quy định tuần hoàn trong một chu trình làm lạnh. Trên ôtô, bộ ngưng tụ được ráp ngay trước đầu xe, phía trước két nước làm mát của động cơ, ở vị trí này bộ ngưng tụ tiếp nhận tối đa luồng không khí mát thổi xuyên qua khi xe đang lao tới và do quạt gió tạo ra. Trong hệ thống bộ ng ưng tụ được lắp sau máy nén, trước bình lọc và tách ẩm. 1.2.2.2. Cấu tạo Hầu hết thiết bị ngưng tụ dùng trong hệ thống lạnh trên ôtô đều sử dụng giàn ngưng tụ không khí cưỡng bức gồm các ống xoắn có cánh sắp xếp trong nhiều dãy và dùng quạt để tạo chuyển động của không khí (có thể d ùng chung quạt giải nhiệt két nước làm mát của động cơ hoặc được lắp đặt quạt riêng cho giàn nóng). H.1.14. Bộ ngưng tụ và kích thước của nó H.1.15. Cấu tạo của bộ ngưng tụ Cấu tạo của thiết bị ngưng tụ gồm những ống thẳng hoặc ống chữ U nối thông với nhau, mỗi giàn có thể có hai hay nhiều dãy (cụm) nối song song qua ống góp. Vật liệu ống thường là thép hay đồng còn các cánh tản nhiệt bằng thép hay bằng nhôm (hình 1.15). Kiểu thiết kế này làm cho bộ ngưng tụ có diện tích tỏa nhiệt tối đa đồng thời chiếm một khoảng không gian tối thiểu. - 15 - Lê Trọng Hiệp CK45-DLOT - Lá tỏa nhiệt: Lá tỏa nhiệt được chế tạo bởi các lá nhôm mỏng v à được xếp song song với nhau. Với cách thiết kế nh ư vậy sẽ tạo được diện tích lớn nhất để tỏa nhiệt tốt nhất. - Ống xoắn chữ U: Ống xoắn chữ U chủ yếu dùng để truyền môi chất và tỏa nhiệt. Vật liệu thường dùng là ống đồng, nó vừa tỏa nhiệt tốt vừa có độ bền cao. 1.2.3. Bình lọc và hút ẩm 1.2.3.1. Công dụng và vị trí lắp đặt Bình lọc và hút ẩm môi chất lạnh (hay còn gọi là phin sấy lọc) là thiết bị dùng để lọc sạch tạp chất và hơi ẩm tồn tại trong hệ thống lạnh. Nếu môi chất lạnh không được 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 được 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 sấy lọc đặt sau thiết bị ngưng tụ trước thiết bị giãn nở. Có nhiều loại bình lọc hút ẩm được sử dụng trong hệ thống, tuy nhiên chức năng và vị trí lắp đặt không thay đổi. 1.2.3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Là một bình kim loại bên trong có lưới lọc và túi đựng chất khử ẩm (desiccant). Chất khử ẩm là vật liệu có đặc tính hút chất ẩm ướt lẫn trong môi chất lạnh, cụ thể như ôxit nhôm (sillica alumina), và ch ất sillicagel. Trên một số bình sấy lọc còn được trang bị thêm van an toàn, van này sẽ mở cho môi chất lạnh thoát ra ngoài khi áp suất trong hệ thống tăng vượt quá giới hạn quy định trong hệ thống. Phía trên bình lọc và hút ẩm còn được bố trí một cửa sổ kính để theo d õi dòng chảy của môi chất (hình 1.16). Môi chất lạnh đang ở thể lỏng chảy từ bộ ng ưng tụ theo lỗ nạp vào bình chứa (hình 1.16) xuyên qua lớp lưới lọc và bọc khử ẩm, tại đây các chất ẩm ướt tồn tại trong hệ thống được chất khử ấm hấp thụ và các bụi bẩn cơ khí bị chặn lại bởi lớp lưới lọc. Chất ẩm ướt tồn tại trong hệ thống là do chúng xâm nhập vào trong quá trình lắp ráp, sửa chữa. - 16 - Lê Trọng Hiệp CK45-DLOT 1. Vỏ bình lọc 2. Đường ra 3. Kính xem gas 4. Van xả áp suất cao 5. Công tắc áp suất cao 6. Đường vào của môi chất lạnh 7. Màng lọc 8. Chất khử ẩm 9. Phin lọc H.1.16. Cấu tạo của bình lọc và hút ẩm Việc chọn loại bình chứa để sử dụng trong hệ thống điều h òa không khí trên ôtô phụ thuộc nhiều vào loại môi chất lạnh được sử dụng trong hệ thống. Về cấu tạo và nguyên lý của mỗi loại vẫn không đổi, nh ưng vật liệu sử dụng để lọc và hút ẩm cho môi chất lạnh thì khác nhau, ở hệ thống dùng môi chất lạnh R12 thì dùng đá thạch anh định hình (sillicagel) để hút ẩm; còn trong hệ thống sử dụng môi chất lạnh R134a thì dùng chất khoáng (zeolite) để hút ẩm (v ì khi dòng môi chất lạnh R134a đi qua chất khoáng chứa trong b ình hút ẩm thì nước sẽ được tách áp suất khỏi R134a và được chất khoáng hấp thu hoàn toàn). 1.2.5. Thiết bị giãn nở 1.2.5.1. Công dụng, vị trí lắp đặt và phân loại Môi chất lạnh ở thể lỏng áp suất cao, sau khi ra khỏi b ình lọc hút ẩm và theo ống dẫn môi chất đến thiết bị gi ãn 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 dãn 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 trọng l àm lạnh của bộ bốc hơi. Thiết bị giãn nở được điều khiển bằng áp suất vào của bộ bốc hơi, 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 - 17 - Lê Trọng Hiệp CK45-DLOT 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. Có hai kiểu van giãn nở được sử dụng trong hệ thống điều h òa không khí ôtô; kiểu van giãn nở có áp suất không đổi (hay c òn gọi là ống mao dẫn; ống định cỡ OT) và kiểu van giãn nở trang bị bầu cảm biến nhiệt độ, kiểu này có hai loại: Loại van giãn nở nhiệt có bầu cảm biến nhiệt cân bằng trong và loại van giãn nở có ống cân bằng ngoài (hay còn gọi là van tiết lưu cụm). Trong đó kiểu van giãn nở trang bị bầu cảm biến nhiệt độ được sử dụng rộng rãi hơn trong hệ thống điều không khí ôtô. 1.2.5.2. Ống định cỡ OT Đối với thiết bị giãn nở kiểu ống định cỡ OT là ống có lỗ định cỡ đường kính cố định, chất làm lạnh phải lưu thông qua ống này. Loại này chế tạo đơn giản và rẻ hơn so với loại van giãn nở cảm biến nhiệt. Nhưng khi dùng loại ống OT thì không thể điều khiển được lưu lượng môi chất lạnh nạp vào bộ bôc hơi theo yêu cầu tải lạnh được, vì nó không phản ứng được với nhiệt độ của bộ bốc h ơi. Nên tại thời điểm chế độ tải làm lạnh yêu cầu thấp, nhưng lưu lượng môi chất lạnh cấp vào bộ bốc hơi vẫn không đổi (nhiều hơn yêu cầu), dẫn đến tình trạng “ngập lỏng” trong bộ bốc hơi. H.1.17. Thiết bị giãn nở kiểu ống định cỡ OT - 18 - Lê Trọng Hiệp CK45-DLOT Trong hệ thống sử dụng ống định cỡ OT phải th êm vào một bộ tích trữ ở phía áp suất nhiệt độ thấp, nằm giữa bộ bốc h ơi và máy nén thể khí để giữ lại và lưu trữ môi chất lạnh ở thể lỏng (nếu không có bộ tích trữ n ày, khi môi chất lạnh hút về máy nén sẽ có có lẫn môi chất lạnh ở trạng thái lỏng, điều n ày ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng làm việc và tuổi thọ của máy nén trong hệ thống). Bộ tích trữ th ường được gắn ở phía cửa ra của bộ bốc h ơi và được nối với máy nén bằng một ống mềm. Ngoài ra, trong hệ thống dụng thiết bị giãn nở kiểu này dễ bị sự cố nơi ống định cỡ nếu như bình lọc sạch cặn, tạp chất và hút ẩm làm việc không đạt yêu cầu. Hiện nay, thiết bị giãn nở kiểu này ít còn được sử dụng trên các xe đời mới, 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 chuyển động dọc của kim van. Hoạt động của van giãn nở được điều khiển bằng sự chênh lệch giữa áp suất hơi Pf (áp suất phía trong bầu cảm biến nhiệt độ) với tổng áp suất P s (áp lực của lò xo đóng van) và Pe (áp suất của hơi môi chất lạnh nạp vào bộ bốc hơi). - 19 - Lê Trọng Hiệp CK45-DLOT 1. Lò xo 2. Van 3. Ống cân bằng 4. Màng và buồng tác động 5. Cần tác động 6. Đường dung dịch đi vào 7. Bộ cảm biến 8. Ống mao dẫn 9. Đường dung dịch đi ra H.1.19. Cấu tạo van giãn nở có ống cân bằng ngoài Chế độ ngừng hoạt động, áp suất mặt d ưới màng cân bằng mạnh hơn mặt trên màng nên van đóng lại. Khi hệ thống hoạt động, tùy theo sự chênh lệch giữa các áp suất điều khiển van và nhiệt độ của môi chất lạnh ở các bộ phận trong hệ thống m à van giãn nở sẽ cho lưu lượng môi chất lạnh phun nhiều hay ít v ào bộ bốc hơi để phù hợp với các chế độ tải lạnh trên ôtô. Loại van giãn nở nhiệt này có nhiều kiểu khác nhau: kiểu van gi ãn nở có bộ cân bằng (bầu cảm biến nhiệt độ) b ên trong; kiểu van giãn nở nhiệt có bộ cân bằng bên 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 bay hơi xảy ra sự chuyển pha từ lỏng sang hơi, đây là quá trình sôi ở áp suất và nhiệt độ không đổi. Nhiệt lấy đi từ môi tr ường lạnh chính là nhiệt - 20 - Lê Trọng Hiệp CK45-DLOT làm hóa hơi môi chất lạnh. Trong quá tr ình bốc hơi môi chất lạnh sinh hàn, hấp thu nhiệt làm mát khối không khí thổi xuyên qua thiết bị. Trên ôtô thiết bị bay hơi được bố trí bên dưới bảng taplo điều khiển trong cabin. Trong giàn lạnh, không khí thường có truyền động cưỡng bức dưới tác dụng của một quạt điện kiểu lồng sóc tạo luồng không khí đối l ưu trong cabin ôtô. 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 chất ẩm ướt trong không khí khi tiếp xúc với gi àn 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 h ành khách, đồng thời các kính cửa sổ không bị che mờ do hơi nước. 1.2.5.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Thiết bị này thuộc loại thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt. Ở đây không khí l ưu 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. H.1.20. Quá trình trao đổi nhiệt ở giàn lạnh Cửa vào của môi chất bố trí bên dưới và cửa ra bố trí bên trên bộ bốc hơi. Với kiểu thiết kế này, bộ bốc hơi có được diện tích thu hút nhiệt tối đa trong lúc thể - 21 - Lê Trọng Hiệp CK45-DLOT tích của nó được thu gọn tối thiểu. Một bộ bốc h ơi thiết kế đạt yêu cầu, sẽ có diện tích bề mặt lớn đủ tiếp xúc với chất l àm lạnh và không khí ở khoang hành khách. H.1.21. Cấu tạo thiết bị bay hơi Môi chất lạnh ở thể lỏng, được thiết bị giãn nở (van tiết lưu) phun tơi sương vào bộ bốc hơi (hình 1.22). Luồng không khí do quạt điện thổi xuy ên qua bộ bốc hơi, trao đổi nhiệt cho bộ này và làm sôi môi chất lạnh. Trong lúc chảy xuyên qua các ống của bộ bốc hơi, môi chất lạnh hấp thu một lượng nhiệt rất lớn và bốc hơi hoàn toàn. H.1.22. Quá trình làm việc trong thiết bị bốc hơi Khi môi chất lạnh sôi, hấp thu nhiệt, bộ bốc h ơi trở lên lạnh; quạt điện hút không khí nóng trong cabin và c ả không khí từ ngoài vào thổi xuyên qua giàn lạnh, - 22 - Lê Trọng Hiệp CK45-DLOT 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 nh ư thế tạo ra một sự đối lưu không khí trong ôtô, tạo cảm giác thoải mái mát mẻ cho con ng ười. Ngoài ra, qua quá trình hoạt động lâu dài, có nhiều bụi bẩn bám vào các cánh tản nhiệt, hoặc lượng dầu bôi trơn lẫn vào môi chất lạnh nhiều, sẽ làm cho năng suất lạnh của hệ t