KHÁI QUÁT
Giới thiệu về thống điều hòa không khí trên ô tô
Điều hòa không khí trong xe không chỉ điều chỉnh nhiệt độ mà còn hoạt động như một máy hút ẩm, giúp kiểm soát sự thay đổi nhiệt độ từ cao đến thấp Ngoài ra, điều hòa không khí còn loại bỏ các chất cản trở tầm nhìn như sương mù và băng đọng trên mặt kính trong xe, đảm bảo an toàn cho người lái.
- Điều khiển nhiệt độ và thay đổi độ ẩm trong xe
- Điều khiển dòng không khí trong xe
- Lọc và làm sạch không khí
Hình 1-1 Giới thiệu về thống điều hòa không khí trên ô tô
Phân loại a Phân loại theo vị trí thiết bị:
Hình 1-2 Giàn lạnh kiểu phía trước
Giàn lạnh phía trước, gắn sau bảng đồng hồ và kết nối với giàn sưởi, hoạt động nhờ vào quạt được dẫn động bằng motor Quạt này có khả năng thổi không khí bên ngoài hoặc không khí tuần hoàn vào trong xe Không khí đã được làm lạnh hoặc sấy sau đó được đẩy vào không gian bên trong xe, mang lại sự thoải mái cho người sử dụng.
Hình 1-3 Các vị trí của những lỗ thoát khí
Lỗ thoát khí trong xe bao gồm các vị trí như lỗ thoát khí vào mặt, lỗ thoát khí vào chân và lỗ thoát khí giúp tan sương trên kính Ngoài ra, một lượng nhỏ không khí cũng được thổi ra từ bên hông xe.
Hình 1-4 Giàn lạnh kiểu kép
Kiểu kép là sự kết hợp giữa hệ thống điều hòa không khí phía trước và giàn lạnh phía sau, được lắp đặt trong khoang hành lý Cấu trúc này cho phép không khí lạnh được phân phối đồng đều từ cả hai phía, mang lại năng suất lạnh cao hơn và nhiệt độ ổn định trong toàn bộ không gian xe.
Hình 1-5 Giàn lạnh kiểu kép treo trần
Kiểu kép treo trần được sử dụng phổ biến trong xe khách, với hệ thống điều hòa phía trước kết hợp giàn lạnh treo trần ở phía sau, mang lại hiệu suất làm lạnh cao và phân bố nhiệt độ đồng đều Phân loại hệ thống này còn dựa trên phương pháp điều khiển.
Hình 1-6 Điều khiển bằng tay
Kiểu này cho phép người dùng điều khiển bằng tay các công tắc và nhiệt độ ngõ ra thông qua cần gạt Bên cạnh đó, còn có cần gạt hoặc công tắc để điều chỉnh tốc độ quạt, kiểm soát lượng gió và hướng gió một cách linh hoạt.
Điều hòa tự động sử dụng máy tính để điều chỉnh nhiệt độ mong muốn trong xe Hệ thống này tự động kiểm soát nhiệt độ không khí và tốc độ quạt dựa trên các thông số từ cảm biến bên trong và bên ngoài xe, cùng với bức xạ mặt trời Mục tiêu là duy trì nhiệt độ bên trong xe theo yêu cầu của người dùng.
Két sưởi là thiết bị dùng để làm nóng không khí trong xe bằng cách sử dụng nhiệt từ nước làm mát động cơ Khi động cơ khởi động, nhiệt độ nước làm mát còn thấp, vì vậy két sưởi chưa hoạt động ngay lập tức Khi nước đạt nhiệt độ đủ, két sưởi sẽ thổi không khí ấm vào trong xe, giúp tạo ra sự thoải mái cho người ngồi trong xe.
- Hệ thống làm mát không khí:
Hình 1-9 Hệ thống làm mát
Giàn lạnh là bộ phận quan trọng trong hệ thống điều hòa không khí của xe, có chức năng làm mát không khí trước khi đưa vào trong xe Khi bật công tắc điều hòa, máy nén sẽ hoạt động và bơm chất làm lạnh tới giàn lạnh, nơi không khí được làm mát nhờ chất làm lạnh này Quá trình làm mát không khí diễn ra độc lập với nhiệt độ nước làm mát động cơ, trong khi việc làm nóng không khí lại phụ thuộc vào nhiệt độ của nước làm mát.
Khi nhiệt độ không khí tăng, lượng hơi nước trong không khí cũng tăng và ngược lại Khi không khí đi qua giàn lạnh, nó sẽ được làm mát, dẫn đến việc nước trong không khí ngưng tụ và bám vào các cánh tản nhiệt Quá trình này làm giảm độ ẩm trong xe, và nước ngưng tụ sẽ tạo thành sương trên các cánh tản nhiệt, sau đó được chứa trong khay xả nước Cuối cùng, nước này sẽ được tháo ra khỏi khay của xe thông qua một vòi.
1.1.2 Điều khiển tuần hoàn không khí
Thông gió tự nhiên trong xe là quá trình hút không khí bên ngoài vào trong xe nhờ chênh lệch áp suất do chuyển động của xe Khi xe di chuyển, áp suất không khí trên bề mặt xe sẽ phân bố không đồng đều, với một số khu vực có áp suất dương và một số khu vực có áp suất âm Do đó, cửa hút không khí được lắp đặt ở những vị trí có áp suất dương, trong khi cửa xả khí được đặt ở những khu vực có áp suất âm.
Hình 1-10 Thông gió tự nhiên
Hình 1-11 Thông gió cưỡng bức
Trong hệ thống thông gió cưỡng bức, quạt điện được sử dụng để hút không khí vào trong xe, với các cửa hút và cửa xả được bố trí giống như trong hệ thống thông gió tự nhiên Hệ thống này thường hoạt động kết hợp với các hệ thống thông khí khác như điều hòa không khí và bộ sưởi ấm, nhằm tối ưu hóa hiệu quả thông gió.
1.1.3 Lọc và làm sạch không khí
Một bộ lọc được đặt ở cửa hút của điều hoà không khí để làm sạch không khí đưa vào trong xe
Hình 1-12 Bộ lọc không khí
Khi bộ lọc không khí bị tắc do bụi bẩn, hiệu suất điều hòa không khí trong xe sẽ giảm sút Để tránh tình trạng này, việc kiểm tra và thay thế bộ lọc không khí định kỳ là rất cần thiết Chu kỳ kiểm tra và thay thế bộ lọc phụ thuộc vào từng loại xe và điều kiện sử dụng, vì vậy cần tham khảo lịch bảo dưỡng xe phù hợp.
- Phân loại bộ lọc không khí:
Có hai loại bộ lọc không khí: Một loại chỉ lọc bụi và loại kia còn có tác dụng khử mùi bằng than hoạt tính
Bộ lọc không khí được lắp đặt ở phần lớn các xe ngày nay và bộ lọc có thể được thay thế một cách dễ dàng
1.1.3.2 Bộ làm sạch không khí
Bộ làm sạch không khí là một thiết bị dùng để loại bỏ khói thuốc lá, bụi,.v.v để làm sạch không khí trong xe
Bộ làm sạch không khí bao gồm quạt giàn lạnh, motor quạt, cảm biến khói, bộ khuyếch đại, điện trở và bầu lọc chứa các bon hoạt tính, giúp cải thiện chất lượng không khí hiệu quả.
Hình 1-13 Bộ làm sạch không khí
Bộ lọc không khí trong xe sử dụng motor quạt để hút và làm sạch không khí, đồng thời khử mùi nhờ vào than hoạt tính Một số xe còn được trang bị cảm biến khói, giúp phát hiện khói thuốc và tự động kích hoạt hệ thống khi motor quạt ở chế độ “HI”.
Các chức năng
Trên bảng điều khiển của điều hòa không khí, có nhiều bộ chọn điều chỉnh như bộ chọn dòng khí vào, bộ chọn nhiệt độ, bộ chọn luồng không khí và bộ chọn tốc độ quạt giàn lạnh Mặc dù hình dạng của các núm chọn này khác nhau tùy theo kiểu xe và cấp nội thất, nhưng chúng đều có chức năng tương tự nhau.
1.2.2 Các cánh điều tiết không khí
Việc điều khiển dòng không khí trong xe được thực hiện thông qua các bộ chọn trên bảng điều khiển, bao gồm núm hoặc cần chọn Cánh dẫn khí vào điều chỉnh lượng không khí vào xe, trong khi cánh trộn khí kiểm soát nhiệt độ không khí bên trong Cánh dẫn luồng khí ra đảm nhiệm việc điều chỉnh lượng không khí thoát ra Các cánh điều khiển này có thể được vận hành bằng cáp dẫn hoặc mô tơ.
Hình 1-15 Các cánh điều tiết không khí
1.2.3 Chức năng điều tiết dẫn khí vào
Núm chọn không khí trên xe giúp điều tiết lượng không khí vào trong xe bằng cách tuần hoàn không khí hoặc lấy không khí từ bên ngoài Thông thường, người dùng chọn lấy không khí từ ngoài và cũng chú ý đến việc tuần hoàn không khí bên trong Khi lấy không khí từ bên ngoài, cánh dẫn khí sẽ mở để hút không khí bên ngoài và đóng chế độ tuần hoàn Nếu không khí bên ngoài bị ô nhiễm, người dùng có thể chuyển sang chế độ tuần hoàn không khí bên trong để đảm bảo không khí trong xe luôn sạch.
Hình 1-16 Cánh điều tiết dẫn khí vào
1.2.4 Chức năng điều khiển nhiệt độ
Có nhiều cách điều khiển nhiệt độ ra:
Chức năng điều khiển nhiệt độ hoạt động bằng cách điều chỉnh lượng không khí lạnh đi qua giàn lạnh, kết hợp với không khí ấm từ két sưởi Quá trình này được thực hiện thông qua việc thay đổi độ mở của cánh trộn không khí, giúp tạo ra nhiệt độ mong muốn trong không gian.
- Chức năng điều khiển nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt độ giàn lạnh (themistor) từ đó điều khiển đóng ngắt máy nén
- Chức năng điều khiển nhiệt độ bằng bầu cảm nhận nhiệt độ giàn lạnh từ đó điều khiển đóng ngắt máy nén
Tất cả những cách trên đều nhằm mục đích thay đổi nhiệt độ ngõ ra ở giàn lạnh từ đó điều khiển nhiệt độ trong xe như mong muốn
Hình 1-17 Cánh điều tiết điều khiển nhiệt độ
1.2.5 Chức năng điều tiết dòng không khí ra
Việc điều chỉnh các cánh (cửa gió) điều tiết dòng không khí ra Có 5 chế độ dòng không khí ra - FACE : Thổi lên vào nửa trên của cơ thể
Hình 1-19 Chế độ BI-LEVEL
- BI-LE VEL: Thổi vào phần thân trên của cơ thể và xuống chân
- DEF: Làm tan sương ở kính trước
- FOOT-DEF: Thổi vào chân và làm tan sương ở kính trước
Hình 1-22 Chế độ FOOT-DEF
1.2.6 Các kiểu hoạt động của cánh điều tiết
- Loại điều khiển bằng dây cáp
Loại này được thiết kế để núm điều chỉnh ảnh hưởng trực tiếp đến các cánh điều tiết Mặc dù có cấu tạo đơn giản, nhưng việc lựa chọn chế độ sẽ trở nên khó khăn nếu độ ma sát của cáp cao.
Hình 1-23 Cánh điều tiết điều khiển bằng cáp
Hình 1-24 Cánh điều tiết điều chỉnh bằng motor
Loại dẫn động bằng motor cho phép điều khiển độ mở của cánh điều tiết một cách chính xác, mặc dù có cấu tạo phức tạp Tuy nhiên, ưu điểm của loại này là giảm lực điều khiển, giúp việc điều khiển trở nên dễ dàng hơn.
Chu kỳ làm lạnh
1.3.1 Lý thuyết làm mát cơ bản
Trong những ngày nắng nóng, cảm giác lạnh lẽo sau khi bơi là do nước bay hơi, lấy đi nhiệt từ cơ thể Tương tự, khi bôi cồn lên tay, cồn cũng hấp thụ nhiệt khi bay hơi, khiến chúng ta cảm thấy lạnh Chúng ta có thể làm lạnh các vật thể bằng cách tận dụng hiện tượng tự nhiên này, khi chất lỏng bay hơi sẽ lấy nhiệt từ các chất khác.
Hình 1-25 Nước bay hơi lấy nhiệt của cơ thể
Trong thí nghiệm, một bình có vòi được đặt trong một hộp cách nhiệt tốt, chứa chất lỏng dễ bay hơi Khi mở vòi, chất lỏng bay hơi và hấp thụ nhiệt từ không khí giữa bình và hộp, dẫn đến việc nhiệt độ không khí trong hộp giảm so với trước khi mở vòi.
Hình 1-26 Thí nghiệm về sự hấp thụ nhiệt
Nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hòa không khí dựa trên chu trình khép kín, trong đó gas bay hơi được làm mát và ngưng tụ thành chất lỏng Việc áp dụng nguyên lý này trực tiếp không thực tế, vì khí bay hơi sẽ bị mất đi, do đó cần cung cấp gas lỏng liên tục để duy trì hiệu suất làm mát.
Hình 1-27 Chu trình kín làm mát và ngưng tụ
1.3.2 Môi chất (Ga điều hoà)
Môi chất là chất chịu trách nhiệm trao đổi nhiệt trong quá trình tuần hoàn Khi bay hơi, nó hấp thụ nhiệt và khi hóa lỏng, nó giải phóng nhiệt Tùy thuộc vào áp suất và nhiệt độ, môi chất có thể tồn tại ở trạng thái lỏng hoặc khí.
Các tính chất cần thiết đối với một môi chất:
Môi chất dùng cho điều hoà ô tô cần có những tính chất sau đây
- Dễ bay hơi và hoá lỏng
- Ổn định và chất lượng không thay đổi
Đồ thị trạng thái của môi chất HCF-134a (R134a) cho thấy mối quan hệ giữa áp suất và điểm sôi của nó Môi chất này bay hơi ở nhiệt độ và áp suất thấp, nhưng khi áp suất tăng cao, nó sẽ chuyển sang trạng thái lỏng ngay cả khi nhiệt độ vẫn cao Điều này được ứng dụng trong hệ thống điều hòa ô tô, nơi máy nén giúp làm cho môi chất dễ dàng hóa lỏng Cụ thể, khi môi chất ở dạng khí với nhiệt độ 70°C và áp suất 1,47 MPa (15 kgf/cm²) được nén, sau đó được giải nhiệt xuống khoảng 12 hoặc 13°C, nó sẽ dễ dàng chuyển sang trạng thái lỏng.
Môi chất CFC-12 (R-12) đã được sử dụng trong điều hòa ô tô cho đến năm 1995, nhưng đã được phát hiện là có khả năng phá hủy tầng ô zôn, dẫn đến tăng cường bức xạ tia cực tím từ mặt trời, gây ra bệnh ung thư da và ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường Do đó, khi thay thế hoặc sửa chữa điều hòa, cần phải thu hồi môi chất một cách chính xác để bảo toàn các tính chất của nó Hiện nay, môi chất HFC-134a (R-134a) không gây hại cho tầng ô zôn đang được sử dụng, nhưng hệ thống điều hòa thiết kế cho HFC-134a không tương thích với hệ thống sử dụng CFC-12, nên cần cẩn thận để tránh nhầm lẫn giữa các loại môi chất và dầu máy nén.
Cơ chế phá hủy tầng ozone
Vào năm 1985, một lỗ hổng lớn của tầng ozone đã xuất hiện tại Nam Cực, thu hút sự chú ý toàn cầu Từ đó, các nhà khoa học nhận thức rõ hơn về việc tầng ozone đang bị suy giảm dần dần Sự kiện này đã khiến công chúng quan tâm nhiều hơn đến vai trò quan trọng của tầng ozone và những hệ lụy từ việc nó bị phá hủy.
Tầng ozone là một lớp khí quyển trên bề mặt Trái Đất có tập trung hàm lượng ozone cao Lớp ozone này chủ yếu nằm ở tầng bình lưu
Tầng bình lưu là một lớp khí quyển nằm giữa tầng đối lưu và tầng trung lưu, với độ cao từ 17 km đến 50 km ở vùng xích đạo và khoảng 8 km tại hai cực Tên gọi "bình lưu" xuất phát từ đặc điểm ít có dòng đối lưu mạnh trong tầng này Các máy bay dân dụng thường bay ở độ cao gần ranh giới giữa tầng bình lưu và tầng đối lưu để giảm thiểu rủi ro tai nạn do các hiện tượng đối lưu bất thường.
Ta àng đ ối l ưu Ta àng b ìn h lư u Ta àng tr un g lư u Ta àng n hi ệt Ta àng n go ài
Cực quang Tàu vũ trụ
Bóng thám không ẹổnh Everest
Hình 1-29 Các tầng của khí quyển Trái Đất
Ozone trong bầu khí quyển hình thành khi tia cực tím tác động lên các phân tử ôxy (O2), làm tách chúng thành ôxy nguyên tử Những ôxy nguyên tử này kết hợp với phân tử ôxy để tạo ra ozone (O3), một phân tử có hoạt tính cao Khi ozone tiếp xúc với tia cực tím, nó lại phân hủy thành phân tử ôxy và ôxy nguyên tử, tạo thành chu kỳ ôxy-ozone Lượng ozone trong tầng bình lưu được duy trì ổn định nhờ vào sự cân bằng giữa quá trình tạo thành và phân hủy ozone dưới tác động của tia cực tím.
Tầng ozone đóng vai trò quan trọng như một bộ lọc, giúp giảm thiểu tác động của các tia cực tím (UV) từ mặt trời Sự gia tăng của những tia UV có hại này có thể dẫn đến ung thư da và gây ra những biến đổi nghiêm trọng trong hệ sinh thái.
Hình 1-30 Chức năng của tầng Ozone
Theo nghiên cứu của các nhà khoa học, nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sự suy giảm tầng ozone là do sự phát thải chất CFC (Chlorofluorocarbon) vào khí quyển Chất này thường có trong môi chất lạnh của ô tô, các dung môi, chất dẻo và sản phẩm từ bình xịt như thuốc trừ sâu và nước hoa.
Khi CFC được thải ra môi trường, nó tồn tại trong khí quyển khoảng 10 năm và có thể gây hại nghiêm trọng đến khả năng tái tạo của tầng ozone Nếu chúng ta tiếp tục xả thải CFC, môi trường trái đất sẽ rơi vào tình trạng nguy hiểm.
Năm 1974, Frank Sherwood Rowland và Mario J Molina từ Trường Đại học California đã phát triển lý thuyết về chất CFC, cho rằng lượng lớn CFC được thải ra vào tầng đối lưu sẽ lên tới tầng bình lưu Lý thuyết này chỉ ra rằng sự phân giải CFC dưới tác động của tia cực tím là nguyên nhân chính dẫn đến sự phá hủy tầng ozone.
CFC là một chất bền vững, nó có thể chạm vào tầng bình lưu mà không bị phân giải trên bề mặt trái đất hoặc trên tầng đối lưu
CFC bị phân hủy dưới tác dụng của tia cực tím từ mặt trời Kết quả là sự phóng thích chất Clo
Clo là một chất xúc tác gây hại cho tầng ozone, tồn tại trong tầng bình lưu và gây ra sự phá hủy ozone trong thời gian dài.
Năng lượng của tia cực tím đến được bề mặt trái đất làm gia tăng trường hợp ung thư da và ảnh hưởng đến hệ sinh thái
Hình 1-31 Cơ chế phá hủy tầng ozone
Vào năm 1987, Nghị định thư Montreal đã được thông qua nhằm bảo vệ môi trường toàn cầu, với sự ký kết của nhiều quốc gia và tổ chức Nghị định thư này đã xác định 5 loại chất CFC (CFC-11, 12, 113, 114, 115) cần được kiểm soát và đưa ra các biện pháp cụ thể để giảm lượng tiêu thụ CFC.
Những chất sau được xem như có thể thay thế cho CFC:
- Những chất đó không chứa Clo (HFC)
- Những chất có chứa Clo nhưng sẽ bị phân hủy trước khi chạm vào tầng bình lưu (HCFC)
CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC BỘ PHẬN HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TOYOTA VIOS 2015
Hệ thống sưởi
2.1.1 Hệ thống sưởi ấm bao gồm các chi tiết sau đây:
2 Két sưởi (Bộ phận trao đổi nhiệt)
3 Quạt giàn lạnh (mô tơ, quạt)
Van tiết lưu trong mạch nước làm mát của động cơ đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh lượng nước làm mát đến két sưởi, nơi diễn ra quá trình trao đổi nhiệt Người lái có thể dễ dàng điều chỉnh độ mở của van nước thông qua việc di chuyển núm chọn nhiệt độ trên bảng điều khiển, giúp tối ưu hóa hiệu suất làm mát của động cơ.
Một số mẫu xe gần đây không có van nước Ở các xe này nước làm mát chảy liên tục và ổn định qua két sưởi
Hình 2-1 Các bộ phận của hệ thống sưởi
Nước làm mát động cơ với nhiệt độ khoảng 80 độ C chảy vào két sưởi, nơi không khí được làm nóng khi tiếp xúc với nước này Két sưởi bao gồm các đường ống, cánh tản nhiệt và vỏ, trong đó việc thiết kế các đường ống dẹt giúp cải thiện khả năng dẫn và truyền nhiệt hiệu quả hơn.
Sưởi ấm trong xe ô tô có thể được phân loại dựa trên hiệu suất nhiệt của động cơ Ở một số loại xe, hiệu suất nhiệt của động cơ được cải thiện, dẫn đến lượng nhiệt cung cấp cho bộ sưởi ấm từ nước làm mát không đủ Do đó, cần áp dụng các phương pháp khác để cung cấp nhiệt cho nước động cơ, nhằm đảm bảo bộ sưởi ấm hoạt động hiệu quả.
Các phương pháp cung cấp nhiệt:
Các phương pháp cung cấp nhiệt nước làm mát động cơ như sau:
+ Hệ thống sưởi PTC (hệ số nhiệt dương)
Gắn bộ sưởi ấm PTC trong két sưởi để làm nóng nước làm mát động cơ
Hình 2-4 Hệ thống sưởi PTC
+ Bộ sưởi ấm bằng điện
Hình 2-5 Bộ sưởi ấm bằng điện Đặt thiết bị giống như bugi xông vào đường nước ở xy lanh để hâm nóng nước làm mát động cơ
Bộ sưởi loại đốt nóng bên trong hoạt động bằng cách đốt nhiên liệu trong buồng đốt, cho phép nước làm mát động cơ lưu thông xung quanh buồng đốt để hấp thụ nhiệt và gia tăng nhiệt độ.
Hình 2-6 Bộ sưởi ấm đốt nóng bên trong
+ Bộ sưởi ấm loại khớp chất lỏng
Quay khớp chất lỏng bằng động cơ để làm nóng nước làm mát động cơ
Hình 2-7 Bộ sưởi ấm loại khớp chất lỏng
Hệ thống làm lạnh
Hình 2-8 Các bộ phận của hệ thống làm mát
Sau khi môi chất được chuyển sang trạng thái khí với nhiệt độ và áp suất thấp, nó sẽ được nén bằng máy nén để tăng nhiệt độ và áp suất Tiếp theo, môi chất này sẽ được chuyển tới giàn nóng.
2.2.1.1 Máy nén kiểu đĩa chéo
Các cặp piston được sắp xếp trong đĩa chéo, với khoảng cách 72 độ cho máy nén 10 xilanh và 120 độ cho máy nén 6 xilanh Khi một bên piston thực hiện hành trình nén, bên còn lại sẽ thực hiện hành trình hút.
Hình 2-9 Cấu tạo máy nén
Piston di chuyển sang trái và phải theo chiều quay của đĩa chéo, kết hợp với trục tạo thành một cơ cấu thống nhất để nén môi chất (ga điều hòa) Khi piston di chuyển vào trong, van hút mở ra do sự chênh lệch áp suất, hút môi chất vào trong xy lanh Ngược lại, khi piston di chuyển ra ngoài, van hút đóng lại để nén môi chất Áp suất của môi chất làm mở van xả, đẩy môi chất ra ngoài, trong khi van hút và van xả ngăn không cho môi chất chảy ngược lại.
Hình 2-10 Nguyên lý hoạt động của máy nén
2.2.1.2 Máy nén loại xoắn ốc
Máy nén này gồm có một đường xoắn ốc cố định và một đường xoắn ốc quay tròn
Hình 2-11 Cấu tạo máy nén loại xoắn ốc
Hình 2-12 Cấu tạo máy nén loại xoắn ốc
Nguyên lý hoạt động của đường xoắn ốc quay dựa trên chuyển động tuần hoàn, trong đó ba khoảng trống giữa đường xoắn ốc quay và đường xoắn ốc cố định sẽ dịch chuyển để giảm thể tích Khi đó, môi chất được hút vào qua cửa hút và bị nén nhờ vào chuyển động tuần hoàn của đường xoắn ốc Mỗi khi vòng xoắn ốc quay thực hiện ba vòng, môi chất sẽ được xả ra từ cửa xả, tuy nhiên trong thực tế, quá trình xả diễn ra ngay sau mỗi vòng quay.
Hình 2-13 Nguyên lý hoạt động của máy nén loại xoắn ốc
2.2.1.3 Máy nén khí dạng đĩa lắc
Khi trục quay, chốt dẫn hướng quay đĩa chéo thông qua đĩa có vấu nối trực tiếp với trục, tạo ra chuyển động quay Chuyển động này được chuyển hóa thành chuyển động tịnh tiến của piston trong xylanh, thực hiện quá trình hút, nén và xả trong môi trường Để thay đổi dung tích của máy nén, có hai phương pháp: sử dụng van điều khiển hoặc van điều khiển điện từ.
Hình 2-14 Cấu tạo máy nén loại đĩa lắc
Van điều khiển thay đổi áp suất trong buồng đĩa chéo tuỳ theo mức độ lạnh
Nó điều chỉnh góc nghiêng của đĩa chéo thông qua chốt dẫn hướng và trục, hoạt động như khớp bản lề và hành trình piston, nhằm kiểm soát hoạt động của máy nén một cách hiệu quả.
Khi nhiệt độ giảm, áp suất trong buồng áp suất thấp cũng giảm theo Van sẽ mở ra khi áp suất trong ống xếp cao hơn áp suất trong buồng áp suất thấp Áp suất từ buồng áp suất cao tác động lên buồng đĩa chéo, dẫn đến áp suất bên phải thấp hơn áp suất bên trái Kết quả là hành trình của piston giảm đi do sự dịch chuyển sang bên phải.
Hình 2-15 Hoạt động máy nén loại đĩa lắc
2.2.1.4 Một số loại máy nén khác
Trục khuỷu trong máy nén khí dạng chuyển động tịnh tiến có vai trò quan trọng, chuyển đổi chuyển động quay của trục khuỷu thành chuyển động tịnh tiến qua lại của piston.
Hình 2-16 Máy nén loại trục khuỷu và loại gạt xuyên
Máy nén khí loại này có thiết kế với mỗi cánh gạt đặt đối diện nhau, tạo thành hai cặp cánh gạt vuông góc trong rãnh của Rotor Khi Rotor quay, cánh gạt sẽ được nâng lên theo chiều hướng kính nhờ vào sự trượt của các đầu cánh gạt trên mặt trong của xylanh.
2.2.1.5 Van giảm áp và phớt làm kín trục
Nếu giàn nóng không tản nhiệt bình thường hoặc bị nghẹt, áp suất tại giàn nóng và bộ lọc sẽ tăng cao bất thường, gây nguy hiểm cho đường ống dẫn Để ngăn chặn tình trạng này, khi áp suất phía cao đạt từ 3,43 MPa (35kgf/cm²) đến 4,14 MPa (42kgf/cm²), van giảm áp sẽ tự động mở để giảm áp suất.
Hình 2-17 Van giảm áp và phớt làm kín trục
Máy nén khí loại cánh gạt xuyên được trang bị công tắc nhiệt độ ở đỉnh máy, giúp phát hiện nhiệt độ của môi chất Khi nhiệt độ vượt quá mức cho phép, thanh lưỡng kim trong công tắc sẽ biến dạng, đẩy thanh đẩy lên và ngắt tiếp điểm, ngăn dòng điện đi qua ly hợp từ, dẫn đến việc máy nén dừng hoạt động Điều này giúp ngăn chặn tình trạng máy nén bị kẹt.
Hình 2-18 Công tắc nhiệt độ
Dầu máy nén rất quan trọng để bôi trơn các bộ phận chuyển động của máy nén Nó hòa trộn với môi chất và tuần hoàn trong hệ thống điều hòa, do đó, việc chọn lựa dầu phù hợp là cần thiết để đảm bảo hiệu suất hoạt động của máy nén.
Dầu máy nén cho hệ thống R-134a không thể thay thế cho dầu máy nén của R-12 Việc sử dụng sai loại dầu bôi trơn có thể dẫn đến tình trạng kẹt máy nén.
- Lượng dầu bôi trơn máy nén
Để đảm bảo hiệu suất tối ưu cho hệ thống điều hòa, việc duy trì lượng dầu bôi trơn thích hợp trong mạch là rất quan trọng Nếu thiếu dầu, máy nén không được bôi trơn đầy đủ, ảnh hưởng đến hoạt động của nó Ngược lại, nếu quá nhiều dầu bôi trơn, nó sẽ phủ lên bề mặt trong của giàn lạnh, làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt và khả năng làm lạnh của hệ thống.
Vì lý do này cần phải duy trì một lượng dầu đúng qui định trong mạch của hệ thống điều hoà
- Bổ sung dầu sau khi thay thế các chi tiết
Khi mở mạch môi chất thông với không khí, môi chất sẽ bay hơi và thoát ra khỏi hệ thống, trong khi dầu máy nén không bay hơi ở nhiệt độ thường nên phần lớn vẫn ở lại Do đó, khi thay thế các bộ phận như bộ lọc, giàn lạnh hoặc giàn nóng, cần bổ sung lượng dầu tương đương với dầu còn lại trong bộ phận cũ vào bộ phận mới để đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Lượng dầu thay thế (mm 3 )
Dầu máy nén và kiểu máy nén thích hợp
Máy nén cánh xuyên: NDOIL9 Trừ loại máy nén cánh xuyên: NDOIL8
Máy nén cánh xuyên: ND OIL7 Trừ loại máy nén cánh xuyên:
Bảng 2-1 Lượng dầu bổ sung khi thay thế các bộ phận trong hệ thống điều hòa
Nguyên lý hoạt động của các bộ phận hệ thống
2.3.1 Điều khiển công tắc áp suất
Công tắc áp suất được lắp đặt ở phía áp suất cao của chu trình làm lạnh, có chức năng phát hiện áp suất bất thường Khi phát hiện sự bất thường này, công tắc sẽ tự động dừng máy nén, nhằm ngăn chặn hư hỏng do sự giãn nở, từ đó bảo vệ các bộ phận trong chu trình làm lạnh.
- Phát hiện áp suất thấp không bình thường
Khi máy nén hoạt động với môi chất thiếu hoặc không có do rò rỉ, việc bôi trơn kém có thể dẫn đến kẹt máy nén Nếu áp suất môi chất thấp hơn 0,2 MPa (2kgf/cm²), công tắc áp suất cần ngắt để ngắt ly hợp từ, đảm bảo an toàn cho thiết bị.
Áp suất môi chất trong chu trình làm lạnh có thể cao bất thường do giàn nóng không được làm mát đầy đủ hoặc do lượng môi chất nạp quá nhiều, dẫn đến nguy cơ hỏng hóc các chi tiết trong hệ thống Khi áp suất vượt quá 3,1 MPa (31,7 kgf/cm²), công tắc áp suất cần được kích hoạt để ngắt ly hợp từ, nhằm bảo vệ thiết bị khỏi hư hại.
Hình 2-28 Hoạt động của công tắc áp suất
A Kiểu điều khiển nhiệt độ bằng cánh trộn khí: Điều hoà không khí trong ôtô điều khiển nhiệt độ bằng cách sử dụng cả két sưởi và giàn lạnh, và bằng cách điều chỉnh vị trí cánh hoà trộn không khí cũng như van nước Cánh hoà trộn không khí và van nước phối hợp để chọn ra nhiệt độ thích hợp từ các núm chọn nhiệt độ trên bảng điều khiển Để điều khiển nhiệt độ đầu ra thấp, hệ thống sẽ đóng van nước lại và góc mở của cánh trộn khí là 0 độ, nghĩa là ở vị trí đóng hết luồng không khí đi qua két sưởi Nhờ vậy, luồng không khí vào có nhiệt độ thấp vì được giàn lạnh hấp thụ nhiệt
Hệ thống điều khiển nhiệt độ ra thấp hoạt động bằng cách mở van nước vào két sưởi và điều chỉnh độ mở của cánh trộn khí, cho phép không khí đi vào sau khi qua giàn lạnh và được dẫn qua lõi sưởi Nhờ vào cơ chế này, nhiệt độ của luồng khí sẽ thay đổi linh hoạt theo mức độ mở của cánh trộn khí.
Hình 2-30 Điều khiển nhiệt độ ra trung bình
Khi cần xông kính chắn gió phía trước hoặc sưởi ấm trong xe, nhiệt độ của luồng khí được tăng tối đa Hệ thống điều khiển góc cánh trộn khí có khả năng xoay 180 độ, cho phép luồng khí hoàn toàn đi qua lỗ sưởi, mang lại hiệu quả tối ưu trong việc làm ấm không gian bên trong xe.
Hình 2-31 Điều khiển nhiệt độ ra cao
B Kiểu điều khiển bằng Themistor:
Kiểu điều khiển nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt độ giàn lạnh (themistor) được áp dụng khi không có hệ thống điều khiển bằng cánh trộn khí Chất bán dẫn trong themistor cho phép giá trị điện trở giảm khi nhiệt độ tăng lên.
Cảm biến nhiệt độ giàn lạnh được lắp đặt phía sau giàn lạnh để đo nhiệt độ của luồng gió sau khi đi qua Điều hòa không khí ô tô sử dụng loại themistor, bao gồm một biến trở điều khiển nhiệt độ trên bảng điều khiển Nút điều khiển này cho phép người dùng cài đặt nhiệt độ mong muốn Sự thay đổi điện trở của nút điều khiển và themistor tạo ra một cầu phân áp, dẫn đến việc tín hiệu điện áp sẽ thay đổi khi xoay nút điều khiển.
C Kiểu điều khiển bằng themostat
Thermostat bao gồm bầu cảm nhận nhiệt, màng và vi công tắc Bên trong bầu cảm nhận nhiệt có môi chất, và đầu cảm nhận nhiệt được đặt ở đầu ra của giàn lạnh Khi nhiệt độ giàn lạnh giảm, nhiệt độ và áp suất trong bầu cảm ứng cũng giảm theo Màng sẽ ngắt vi công tắc, dẫn đến việc ngắt li hợp từ và điều chỉnh nhiệt độ ra.
2.3.3 Điều khiển tốc độ quạt giàn lạnh
Việc điều chỉnh cường độ dòng điện qua motor là cách hiệu quả để kiểm soát tốc độ quạt giàn lạnh Có hai phương pháp chính để thực hiện điều này: điều chỉnh bằng điện trở và điều chỉnh bằng transistor.
Hình 2-35 Điều khiển tốc độ quạt giàn lạnh
- Loại điều chỉnh bằng điện trở
Loại điều chỉnh này thay đổi điện trở mắc nối tiếp với quạt giàn lạnh, bao gồm hai điện trở Khi núm điều chỉnh được thay đổi, giá trị điện trở trong mạch cũng thay đổi, dẫn đến sự biến động của cường độ dòng điện Ở vị trí ''LO'', dòng điện chạy qua tất cả các điện trở, làm giảm cường độ dòng điện và tốc độ quạt Ở vị trí ''3'', dòng điện chỉ đi qua một điện trở, trong khi ở vị trí ''HI'', không có dòng điện qua các điện trở, cho phép toàn bộ dòng điện chạy qua motor quạt, giúp quạt hoạt động với tốc độ cao nhất.
- Loại điều chỉnh bằng Transistor
Loại điều chỉnh cường độ dòng điện bằng Transistor công suất cho phép kiểm soát tốc độ quạt giàn lạnh ở nhiều mức khác nhau, vượt trội hơn so với phương pháp điều chỉnh bằng điện trở Do đó, nó được sử dụng phổ biến trong các hệ thống điều hòa tự động.
Khi giàn lạnh bị phủ băng, không khí không thể lưu thông qua các cánh, dẫn đến giảm khả năng trao đổi nhiệt và làm giảm hiệu suất làm lạnh Nhiệt độ của môi chất không thể thấp hơn 0°C khi áp suất lớn hơn 0,18 MPa (2 kgf/cm²) Bộ điều chỉnh áp suất giàn lạnh giữ áp suất trong giàn lạnh trên 0,18 MPa (2 kgf/cm²) nhằm ngăn ngừa hiện tượng phủ băng.
Bộ điều chỉnh áp suất giàn lạnh là một thiết bị quan trọng, hoạt động như một van điều tiết áp suất, được lắp đặt giữa giàn lạnh và máy nén Thiết bị này bao gồm các màng xếp bằng kim loại và píttông, giúp kiểm soát áp suất trong hệ thống làm lạnh một cách hiệu quả.
Hình 2-36 Vị trí đặt van EPR
Khi nhiệt độ phòng giảm và độ lạnh giảm, áp suất bay hơi (Pe) của môi chất trong giàn lạnh cũng giảm Lúc này, Pe nhỏ hơn áp lực lò xo (Ps) trong màng xếp, dẫn đến việc pittông bị ép trở lại bên phải Kết quả là van đóng lại, giảm lượng môi chất tuần hoàn và khả năng làm lạnh cũng giảm theo.
Hoạt động của hệ thống điều hòa không khí
Hình 2-45 Sơ đồ mạch điện
Công tắc máy bật ON, công tắc quạt giàn lạnh bật ON
Relay heater được bật cấp nguồn cho hệ thống Motor quạt giàn lạnh hoạt động
Bộ khuếch đại A/C điều tra tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ giàn lạnh (themistor) và khi nhiệt độ trong xe cao, nó sẽ gửi tín hiệu tăng tốc độ cầm chừng đến ECU động cơ.
ECU động cơ mở rộng van điều khiển cầm chừng để tốc độ động cơ tăng lên một giá trị nhất định
Bộ khuếch đại A/C xác nhận tốc độ động cơ đạt ít nhất 750 vòng/phút Khi relay li hợp được bật ON, máy nén bắt đầu hoạt động Khi máy nén quay, cảm biến tốc độ gửi tín hiệu về bộ khuếch đại A/C để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Hệ thống điều hòa không khí đang hoạt động ở chế độ bình thường
Khi nhiệt độ trong xe đạt đến mức lạnh lý tưởng, nhiệt độ tại giàn lạnh sẽ giảm dần, dẫn đến sự gia tăng giá trị điện trở của themistor Nhiệt độ từ 30°C trở xuống được xem là quá lạnh.
Khi bộ khuếch đại A/C nhận tín hiệu quá lạnh từ themistor, nó sẽ tắt relay li hợp từ và ngừng hoạt động của máy nén, giúp ngăn chặn tình trạng giàn lạnh bị đóng băng.
2.4.3 Điều khiển khi áp suất môi chất không bình thường:
Hệ thống điều hòa không khí đang hoạt động ở chế độ bình thường
Khi áp suất trong hệ thống không đạt mức bình thường, có thể do rò rỉ hoặc quá cao do thiếu tản nhiệt, công tắc áp suất sẽ ngắt Điều này dẫn đến việc nguồn dương không được cấp tới bộ khuếch đại A/C.
Bộ khuếch đại A/C ngắt relay li hợp từ và tắt máy nén
2.4.4 Điều khiển khi máy nén bị trượt:
Hệ thống điều hòa không khí đang hoạt động ở chế độ bình thường
Khi máy nén bị kẹt do bị quá nóng hoặc các lí do khác, tín hiệu tốc độ máy nén bị gián đoạn
ECU động cơ phát hiện tình trạng máy nén bị kẹt bằng cách so sánh tốc độ của máy nén với tốc độ động cơ Nếu tín hiệu tốc độ máy nén bị gián đoạn quá 3 giây, relay li hợp từ sẽ bị ngắt, dẫn đến việc máy nén ngừng hoạt động.
2.4.5 Điều khiển tốc độ động cơ:
Hệ thống điều hòa không khí đang hoạt động ở chế độ bình thường
Khi tốc độ động cơ giảm đáng kể do bị cản trở hoặc các nguyên nhân khác, bộ khuếch đại A/C sẽ kiểm tra tín hiệu tốc độ động cơ thông qua tín hiệu từ âm bôbin.
Để tránh cho động cơ bị chết máy khi tốc độ động cơ nhỏ hơn 450 vòng/phút, bộ khuếch đại A/C ngắt relay li hợp từ và ngừng máy nén
2.4.6 Điều khiển ngắt A/C để tăng tốc:
Hệ thống điều hòa không khí đang hoạt động ở chế độ bình thường
Khi ECU động cơ nhận tín hiệu tăng tốc từ nhiều cảm biến khác nhau, nó sẽ gửi tín hiệu này đến bộ khuếch đại A/C để điều chỉnh hiệu suất.
Khi bộ khuếch đại A/C nhận tín hiệu tăng tốc, relay li hợp sẽ ngắt và máy nén sẽ dừng hoạt động Phương pháp điều khiển này được sử dụng nhằm nâng cao khả năng tăng tốc cho ô tô.
Dưới đây là một sơ đồ hệ thống điều hòa không khí trên xe Mitsubishi:
Hình 2-46 Sơ đồ hệ thống điều hòa không khí trên xe Mitsubishi
Trong hệ thống điều hòa, công tắc điều khiển quạt giàn lạnh (Blower Switch) được sử dụng để điều chỉnh quạt giàn lạnh (Blower Motor) thông qua các điện trở điều khiển tốc độ Khi công tắc Blower Switch bật, quạt giàn lạnh hoạt động và nguồn điện dương được cung cấp cho công tắc A/C Khi A/C hoặc chế độ ECON được bật, điện dương tiếp tục được cấp cho đơn vị điều khiển A/C, khiến máy nén bắt đầu hoạt động và hệ thống làm lạnh khởi động.
