Máy nén trong hệ thống lạnh ô tô

Nội dung bài viết

• 1/ Máy nén

1/ Máy nén

Máy nén sử dụng trong máy điều hòa nhiệt độ là loại máy nén hở, truyền động đai từ động cơ ôtô sang đầu trục máy nén thông qua khớp nối điện từ. Môi chất lạnh là R12, R502 hoặc R134a. Tốc độ vòng quay của máy nén lớn hơn tốc độ làm việc của động cơ ôtô. Máy nén làm việc với tốc độ khoảng 600v/ph. Vì vậy máy nén phải có độ tin cậy cao và phải làm việc hiệu quả trong điều kiện tốc độ thay dổi liên tục của ôtô.

Máy nén điều hòa nhiệt độ ôtô sử dụng tất cả các loại máy nén, có thể là máy nén piston 1,2 hoặc nhiều xylanh. Loại máy nén hay dùng là máy nén piston dọc trục, thường có hai loại: 2,5,8 và 10 piston.

1.1/ Nhiệm vụ

• Máy nén tạo sức hút hay tạo ra điều kiện giảm áp tại cửa hút của nó nhằm thu hồi ẩn nhiệt của hơi môi chất lạnh từ bộ bốc hơi. Điều kiện giảm áp này giúp cho van giãn nở hay ống tiết lưu điều tiết được lượng môi chất lạnh thể lỏng cần phun vào bộ bốc hơi .
• Trong quá trình bơm, máy nén làm tăng áp suất, biến đổi chất lạnh thể hơi thấp áp thành môi chất lạnh để hơi áp cao. Áp suất nén ngày càng cao thì nhiệt độ của hơi môi chất lạnh càng tăng lên. Yếu tố này làm tăng áp suất và nhiệt độ hơi môi chất lạnh lên gấp nhiều lần so với nhiệt độ môi trường giúp thực hiện tốt quá trình trao đổi tại giàn nóng.
• Máy nén còn có công dụng bơm môi chất lạnh chạy xuyên suốt trong hệ thống.

1.2/ Các loại máy nén

a/ Máy nén loại piston tay quay

Loại này chỉ sử dụng cho môi chất lạnh R12, có thể được thiết kế nhiều xylanh bố trí thằng hàng, hoặc bố trí hình chữ V

cấu tạo

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 lưỡi 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 xylanh 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 và nhiệt độ cao không cho vào xylanh. 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 tới bộ ngưng tụ.

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 ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất và chất lượng làm việc của hệ thống điều hòa không khí ô tô.

Kiểu máy nén này khó thực hiện việc điều khiển tự động trong quá trình làm việc khi tốc độ của động cơ luôn thay đổi. Nên hiện nay trong kỹ thuật điện lạnh ô tô không còn dùng loại máy nén piston loại trục khuỷu tay quay này

b/ 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 trước và 5 ở phía sau), có 5 piston tác động hai chiều được dẫn động nhờ một trục có tấm cam nghiêng (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 72 độ – đối với loại máy nén có 10 xylanh, hoặc có khoảng cách 120 độ – đối với loại máy nén có 6 xylanh

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 xylanh trước
15. Nửa xylanh sau
16.Caste dầu nhờn
17. Ống hút dầu
18. Đầu sau
19. Bơm bánh răng

Nguyên lý hoạt động

Hoạt động của máy nén cam nghiêng 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 bên phải của piston, lúc này van hút mở ra cho hơi môi chất lạnh có áp suất và nhiệt độ thấp từ bộ bay hơi nạp vào trong máy nén qua van hút. Và van xả 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 hành trình hút của piston thì được đóng lại, kết thúc hành trình nạp.

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 hành trình xả hay hành trình bơm của máy nén. Đầu cảu piston phía bên 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 được lực tỳ của van xả thì van xả mở ra và hơi môi chất lạnh có áp suất và 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 và cứ thế tiếp tục các hành trình mới.

Hiện nay, trong hệ thống lạnh ôtô loại máy nén này được sử dung rộng rãi nhất. Bởi các đặc tính:

• Nhỏ gọn và nhẹ nhờ giảm kích cỡ của piston, xylanh và vở hộp máy nén.
• Độ tin cậy cao nhờ có phốt bịt kín cốc lắp giũa trục chính và khớp nối điện từ
• Độ ồn thấp nhờ vào 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 xylanh 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 155cm/rev; n=17 thì công suất của máy nén là 178cm3/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.

c/ Máy nén piston mâm dao động

Máy nén này có nguyên lý hoạt động giống như loại máy nén piston kiểu cam nghiêng, tuy nhiên về mặt cấu tạo cũng có vài điểm khác nhau. Máy nén kiểu này cũng dẫn động piston bằng mâm dao động, piston ở đây chỉ làm việc ở một phía, và có 1 xecmăng. Piston được nối vào các đĩa lắc bằng các tay quay. Gồm có 6 piston, cùng đặt trên mâm dao động, mỗi cái cách nhau một góc 60 độ Máy nén này cũng có vài điểm thuận lợi hơn so với loại máy nén trình bày trên, loại này làm việc êm dịu hơn, bộ bốc hơi có nhiệt độ không đổi 32 độ F (0 độ 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.

Máy nén có thể tích làm việc biến đổi là do hành trình của piston thay đổi dựa vào góc nghiêng (so với trục) của mâm dao động,thay đổi tùy theo lượng môi chất cần thiết cung cấp cho hệ thống.góc nghiêng của mâm dao động lớn thì hành trình của piston dài hơn, môi chất lạnh sẽ được bơm đi nhiều hơn. Khi góc nghiêng nhỏ, hành trình của piston sẽ ngắn, môi chất lạnh sẽ được bơm đi ít hơn. Điều này cho phép máy nén có thể chạy liên tục nhưng chỉ 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 được áp lực trong vỏ máy nén. Sự khác nhau giữa áp lực mặt dưới và áp lực vỏ máy nén sẽ xác định vị trí của mâm dao động. Góc nghiêng của mâm dao động sẽ lớn nhất – sự làm mát đạt tối đa khi 2 phần của áp lực bằng nhau.

d/ Máy nén quay loại cánh gạt

Cấu tạo:

Loại máy nén này không dùng piston. 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 trục bơm và các cánh gạt quay, vách vỏ bơm và các cách gạt sẽ hình thành những buồng bơm, các
buông này có thể thay đổi thể tích rông ra hay co thắt lại khi trục bơm quay – nở rộng thể tích ra để hút môi chất lạnh ở phía có áp lực và nhiệt độ thấp vào buông bơm, co thể tích lại để ép chất làm lạnh đi đến phía có áp lực và 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.

Nguyên lý hoạt động của máy nén cánh gạt được trình bày như sau:

Hành trình hút: khi roto quay, lực ly tâm bắn các cánh gạt tỳ kín vào vách máy nén,giữa 2 cách 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 a). Kết thúc hành trình hút là khi cánh van (b) quay qua khỏi lỗ nạp (hình b).

Hành trình nén : Sau khi hoàn thành quá trinhd hút khối thể tích giữa van (a), (b) và vách vỏ bơm có chưa hơi môi chất lạnh sẽ giảm xuống, bắt đầu hành trình nén (hình c). Hành trình nén được thực hiện ở phía mặt trong của vỏ bơm, áp suất hơi môi chất lạnh tăng lên khi thể tích buồng bơm co lại (hình d). 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 và nhiệt độ cao ra khỏi máy nén đi đến giàn ngưng tụ (hình e,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 piston kiểu cam nghiêng có thể tích thay đổi. Ngoài ra, dầu bôi trơn trong máy nén cũng góp phần cải tiến năng suất và ảnh hưởng nhiều đến chất lượng làm việc của máy nén. Trong quá trình máy nén ;làm việc dầu bôi trơn được tách ra khỏi môi chất lạnh cao áp trước khi đi đến gìn 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 hốn hợp hơi môi chất lạnh và dầu bôi trơn được tuôn ra từ ống xả, chảy qua một cổ uốn và chưa trong bầu tách lỏng của thiết bị, vì hơi môi chất lạnh nhẹ hơn dầu bôi trơn máy nén lên bay lên phía trên và theo đường

ống dẫn đến giàn ngưng tụ. Còn dầu trong hỗn hợp bị chìm 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.

Kiểu máy nén này được kí hiệu là TVn ( trong đó TV: là kiểu máy nén cánh van quay; n: thể hiện giá trị công suất của máy nén, n=10 tương đương với công suất cảu máy nén là 108cm/rev, n=12 tương đương với công suất của máy nén là 127cm3/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 kiểu máy nén này, mà có các quy ước về sử dụng trên các loại xe có dung tích của cơ động khác nhau để phụ hợp với hiệu suất làm việc của hệ thống, cụ thể : Máy nén có kí hiệu TV10 và TV12 được lắp trên các xe có dung tích công tác của động cơ tù 1000 ÷ 1500 (cm3); máy nén có kí hiệu TV12 và TV14được lắp trên xe có dungtichs của cơ động 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 giàn 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 được sử dụng kiểu máy nén 10TA (2 sản phẩm này đều do nhà sản xuất máy điều hòa ô tô 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 được bởi yêu cầu về độ chính xác lắp ghép cao, khó có thể lắp lẫn được đối với máy nén kiểu TV.

e/ Bộ ly hợp điện từ

Cấu tạo

Tất cả các máy nén (Blốc lạnh) của hệ thống điện lạnh ô tô đều được trang bị bộ ly hợp điện từ. Bộ ly hợp này được xem như một phần của puly máy nén, có công dụng ngắt và nối sự truyền động giữa động cơ và máy nén mối khi cần thiết.

Bộ ly hợp điện từ bên trong puly máy nén có cấu tạo như trình bày ở (hình 9) giới thiệu chi tiết tháo dời của một bộ ly hợp điện từ gắn bên trong máy nén và (hình 10).

1. Máy nén
2. Cuộn dây bộ ly hợp
3. Vòng giữ cuộn dây
4. Puly
5. Ốc siết mâm bị động

6. Mâm bị động
7. Vòng hãm puly
8. Nắp che bụi
9. Vòng bi
10. Shim điều chỉnh khehở bộ ly hợp

Nguyên lý hoạt động

Khi động cơ ô tô khởi động phải nổ máy, puly máy nén quay theo trục khuỷu nhưng trục khuỷu của máy nén vẫn đúng yên. Cho đến khi ta bật công tắc A/C nối điện máy lạnh. Bộ ly hợp điện từ sẽ khớp puly vào trục quay máy nén cho trục khuỷu dộng cơ dẫn động máy nén bơm môi chất lạnh. Sau khi đã đạt đến nhiệt độ lạnh yêu cầu hệ thống điện sẽ tự động ngắt mạch điện bộ ly hợp điện từ cho máy nén ngừng bơm.

Hình bên dưới giới thiệu mặt cắt của bộ ly hợp điện từ trục quay máy nén (4) liên kết với đĩa bị động (2). Khi hệ thống điện lạnh được bật lên, dòng điện chạy qua cuộn dây nam châm điện của bộ ly hợp, lực từ của nam châm điện hút đĩa bị động (2) áp dính với mặt puly (3) nên lúc này cả puly lẫn trục quay máy nén khớp cứng một khối và cùng quay với nhau để bơm môi chất lạnh.

1. Cuộn dây nam châm điện.
2. Đĩa bị động.
3. Buly máy nén.
4. Trục máy nén.

5. Vòng bi kép.
6. Phớt kín trục.
7. Khe hở khi bộ ly hợp cắt khớp
8. Nắp chắn bụi.

Khi ta ngắt dòng điện lực từ trường hút mất, các lò xo phẳng sẽ kéo các đĩa bị động (2) tách dời mặt puly, lúc này trục khuỷu động cơ quay, puly máy nén quay nhưng trục máy nén đứng yên. Quan sát (hình 10) trong quá trình hoạt động với khớp nam trâm điện không quay, lực hút của nó được truyền dẫn qua puly (3) đến đĩa bị động (2). Đĩa bị động (2) được gắn cố định vào đầu trục máy nén nhờ chốt hay rãnh then hoa và đai ốc. khi ngắt điện cắt khớp bộ ly hợp, các lò xo phẳng kéo đĩa bị động tách ra khỏi mặt ma sát của puly (3) để đảm bảo khoảng cách ly hợp từ 0,56mm đến 1,45mm.

Trong quá trình hoạt động, puly máy nén quay trơn trên vòng bi kép (5) bố trí lắp trước máy nén

Tùy theo cách thiết kế. Trong quá trình hoạt động, bộ ly hợp điện từ được điều khiển cắt nối nhờ công tắc hay bộ ổn nhiệt, bộ ổn nhiệt này hoạt động nhờ theo áp suất nhiệt độ của hệ thống điện lạnh. Một vài kiểu bộ ly hợp cho nối khớp liên tục mối khi đóng nối mạch công tắc A/C máy lạnh.