- 1 -
Lê Trọng Hiệp CK45-DLOT
CHƯƠNG 1
THIẾT BỊ LẠNH
VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU H ÒA KHÔNG KHÍ ÔTÔ
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ LẠNH ÔTÔ
Thiết bị lạnh nói chung v à thiết bị lạnh Ôtô nói ri êng là bao gồm những thiết
bị nhằm thực hiện một chu tr ình lấy nhiệt từ môi trường cần làm lạnh và thải nhiệt
ra môi trường bên ngoài. Thiết bị lạnh Ôtô bao gổm: Máy nén, thiết bị ng ưng tụ,
bình lọc và tách ẩm, thiết bị giãn nở, thiết bị bay hơi, và một số 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 tr ên 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
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 v à 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
* Cấu tạo:
Loại này có ký hiệu là 10PAn, đây là lo ại máy nén khí với 10 x ylanh 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 đ ược đặt lên tấm cam nghiêng với khoảng cách từng cặp
piston là 72
0
- 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
3
/rev; n = 17 thì công suất của máy nén là 178
cm
3
/rev). Tương ứng với các ký hiệu tr ên, 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 (cm
3
) thì dùng loại máy nén 10PA15 hay 10PA17; với động cơ có
công suất từ 2100 (cm
3
) trở lên thì dùng loại 10PA17 hoặc 10PA20.
1.2.1.4. Máy nén piston mâm dao đ ộng
Máy nén này có nguyên lý ho ạt động giống nh ư loại máy nén píton kiểu cam
nghiêng, tuy nhiên v ề mặt cấu tạo cũng có v ài điểm khác nhau. Máy né n 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 đư ợc 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 đ ộng
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 32
0
F (0
0
C) 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
- 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) v à 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 kh ỏi 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 v à 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 n ày, không cần dùng các vòng bạc xecmăng bao kín h ơi
như loại máy nén pitton cam nghi êng có thể tích thay đổi. Ngo ài ra, dầu bôi trơn
trong máy nén c ũng góp phần cải tiến năng suất v à ảnh hưởng nhiều đến chất l ượng
làm việc của máy nén. Trong quá tr ình máy nén làm vi ệc dầu bôi trơn được tách ra
khỏi môi chất lạnh cao áp tr ước khi đi đến gi àn ngưng tụ nhờ một thiết bị tách dầu
lắp trên máy nén. Thi ết 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 gi àn
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 tr ơn. Trên thiết bị còn được bố trí lỗ hồi
dầu về lại phía trong b ơm, lượng dầu bôi trơn đang tích trữ ở bầu chứa sẽ được hồi
vào trong bơm khi có s ự chênh lệch áp suất giữa áp suất xả trong thiết bị tách dầu
với áp suất phía bên trong của 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 lo ại cơ
bản: loại cực từ tĩnh (cực từ đ ược bố trí trên thân của máy nén) (hình 1.13b) và loại
cực từ quay (các cực từ đ ược được lắp trên roto và cùng quay v ới roto, cấp điện
thông qua các ch ổi 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) n ên lúc này cả puly lẫn trục
máy nén được khớp nối cứng một kh ối và cùng quay với nhau. Lúc ta ngắt d òng
điện, lực hút từ trường mất, một lò xo phẳng sẽ đẩy đĩa bị động (2) tách rời mặt
một lượng nhiệt rất lớn v ào 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 gi àn 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 l ưu để vào
giàn lạnh. Do đó, điều n ày sẽ làm giảm đáng kể công suất của hệ thống vì không đủ
môi chất lạnh quy định tuần ho àn 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, tr ước 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 c ó cánh sắp xếp trong nhiều d ãy
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 ng ưng tụ gồm những ống thẳng hoặc ống chữ U nối
thông với nhau, mỗi giàn có thể có hai hay nhiều d ãy (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
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 v à 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 ch ất 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 đ ược phun
thành một lớp sương mù có nhiệt độ thấp, áp suất thấp nạp v ào 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 đ ể 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 v ào của bộ bốc hơi, van này sẽ
mở để lưu thông nhiều môi chất lạnh h ơn khi trong cabin ôtô yêu c ầu độ lạnh nhiều
hơn. Hoặc khi chế độ tải lạnh y êu cầu ít hơn, thì van giãn nở sẽ giảm dòng chảy của
định cỡ nếu như bình lọc sạch cặn, tạp chất v à hút ẩm làm việc không đạt yêu cầu.
Hiện nay, thiết bị gi ãn 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 h òa 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 l à 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 ch ênh lệch giữa áp suất hơi P
f
(áp suất phía trong
bầu cảm biến nhiệt độ) với tổng áp suất P
s
(áp lực của lò xo đóng van) và P
e
(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 v ào
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
sổ không bị che mờ do h ơi 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 h ơi trực tiếp. Bộ bốc hơi được chế tạo ở dạng chùm
ống thẳng, nhẵn hay ch ùm ống xoắn bằng đồng xuy ên 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 b ên 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, đ ược 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 ch ất lạnh. Trong lúc chảy xuy ên qua
các ống của bộ bốc hơi, môi chất lạnh hấp thu một l ượng nhiệt rất lớn v à bốc hơi
hoàn toàn.
H.1.22. Quá trình làm vi ệc trong thiết bị bốc h ơi
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 đ ã 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 l ưu 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 v ào các cánh
tản nhiệt, hoặc lượng dầu bôi trơn lẫn vào môi chất lạnh nhiều,… sẽ l àm cho năng
H.1.23. Các loại ống mềm thường dùng
Đường ống dẫn trong hệ thống điều h òa không khí được đặt tên theo công
việc của chúng hoặc theo trạng thái của chất l àm lạnh chứa bên trong. Đường ống
thoát nối từ máy nén đến bộ ng ưng tụ được gọi là ống ga nóng. Đường ống dẫn
chứa dung dịch chất l àm lạnh nối từ bộ ngưng tụ đến phin sấy lọc v à đến thiết bị
giãn nở. Đường ống hút nối bộ bốc h ơi đến máy nén thường có đường kính lớn nhất
vì nó truyền dẫn hơi môi chất lạnh ở áp suất thấp. Đ ường ống hút thường có đường
kính bên trong (ID) là
1
/
2
inch hoặc
5
/
8
inch (12,7mm đến 15,9). Đường ống dẫn
dung dịch làm lạnh có đường kính nhỏ nhất, thông th ường đường kính trong (ID)
của nó là
5
/
16
inch (7,9mm). Đư ờng kính thoát có đ ường kính trong (ID) l à
13
/
32
inch
hoặc
1
/
2
H.1.25. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên giá trị điện trở theo nhiệt độ
H.1.26. Vị trí đặt Thermistor H.1.27. Sơ đồ bộ điều khiển nhiệt độ
Nhiệt độ trong bộ bốc h ơi được điều khiển bằng sự so sánh giữa tín hiệu
nhận được từ thermistor và tín hiệu từ bộ điện trở điều khiển nhiệt độ, v à được
truyền đến bộ khuyếch đại điện tử. Cuối c ùng, sẽ điều khiển hoạt động của bộ ly
hợp điện từ với tiếp điểm chọn đặt v ào vị trí ON hoặc OFF t ùy theo nhiệt độ trong
bộ bốc hơi. Tiếp điểm của bộ ly hợp điện từ ở vị trí ON hay OFF tức l à sẽ điều
khiển dòng môi chất lạnh lưu thông hoặc không lưu thông trong hệ thống điều hòa
không khí. Lúc nhiệt độ ở bộ bốc hơi tăng lên đến mức quy định, th ì tiếp điểm sẽ
đóng mạch để khớp ly hợp kéo máy nén vận h ành.
1.2.8.2. Bộ ổn nhiệt dùng hơi áp lực
Bộ ổn nhiệt loại này gồm có một ống mao dẫn, m àng ngăn và một công tắc vi
mạch. Trong ống mao dẫn có chứa đầy một loại h ơi đặc biệt. Ống mao dẫn được lắp
Copyright: Tài liệu đại học ©