Bài giảng điều hòa không khí ô tô - Đại học chính quy

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÊN Ô TÔ 1.1 CHỨC NĂNG CỦA ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÊN Ô TÔ. Hình 1.1: Sơ đồ bố trí hệ thống điều hòa trên ô tô. 1. Máy nén. 2. Giàn nóng. 3. Phin lọc. 4. Van tiết lưu. 5. Giàn lạnh. 6. Bình tích lũy. 7. Két sưởi. 8. Quạt gió. Điều hòa không khí là một trang bị tiện nghi thông dụng trên ô tô. Nó có cá c chức năng sau: + Điều khiển nhiệt độ không khí trong xe. + Duy trì độ ẩm và lọc gió. + Loại bỏ các chất cản trở tầm nhìn như: hơi nước, băng đọng trên mặt kính. 1.1.1. Chức năng điều khiển nhiệt độ và tuần hoàn không khí trong xe. a. Chức năng sưởi ấm. Hình 1.2: Nguyên lý hoạt động của két sưởi Người ta dùng két sưởi như một bộ trao đổi nhiệt để làm nóng không khí tron g xe. Két sưởi lấy nước làm mát đã được hâm nóng bởi động cơ này để làm nón g không khí trong xe nhờ quạt gió. Nhiệt độ của két sưởi vẫn còn thấp cho đến kh i 1 nước làm mát nóng lên. Do đó ngay sau khi động cơ khởi động két sưởi không là m việc như một bộ sưởi ấm. b. Chức năng làm mát. Hình 1.3: Nguyên lý hoạt động của giàn lạnh. Giàn lạnh là một bộ phận trao đổi nhiệt để làm mát không khí trước khi đư a vào khoang xe. Khi bật công tắc điều hòa không khí, máy nén bắt đầu làm việc, đẩ y môi chất lạnh (ga điều hòa) tới giàn lạnh. Giàn lạnh được làm mát nhờ môi chất lạnh . Khi đó không khí thổi qua giàn lạnh bởi quạt gió sẽ được làm mát để đưa vào tron g xe. Như vậy,việc làm nóng không khí phụ thuộc vào nhiệt độ của nước làm má t động cơ còn việc làm mát không khí lại phụ thuộc vào môi chất lạnh. Hai chức năn g này hoàn toàn độc lập với nhau. 1.1.2. Chức năng hút ẩm và lọc gió. a. Chức năng hút ẩm. Nếu độ ẩm trong không khí lớn khi đi qua giàn lạnh, hơi nước trong không kh í sẽ ngưng tụ lại và bám vào các cánh tản nhiệt của giàn lạnh. Kết quả là không khí s ẽ được làm khô trước khi đi vào trong khoang xe. Nước đọng lại thành sương trên cá c cánh tản nhiệt và chảy xuống khay xả nước sau đó được đưa ra ngoài xe thông qu a vòi dẫn. b. Chức năng lọc gió. Một bộ lọc được đặt ở cửa hút của hệ thống điều hòa không khí để làm sạc h không khí trước khi đưa vào trong xe. Gồm hai loại: Bộ lọc chỉ lọc bụi. Bộ lọc lọc bụi kết hợp khử mùi bằng than hoạt tính. 2 Hình 1.4 : Bộ lọc không khí. Hình 1.5: Bộ lọc gió kết hợp khử mùi. 1.1.3. Chức năng loại bỏ các chất cản chở tầm nhìn. Khi nhiệt độ ngoài trời thấp, nhiệt độ và độ ẩm trong xe cao. Hơi nước sẽ đọn g lại trên mặt kính xe, gây cản trở tầm nhìn cho người lái. Để khắc phục hiện tượng nà y hệ thống xông kính trên xe sẽ dẫn một đường khí thổi lên phía mặt kính để làm ta n hơi nước. 1.2. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÊN Ô TÔ. Hệ thống điều hòa không khí trên ô tô được phân loại theo vị trí lắp đặt và the o phương thức điều khiển. 1.2.1. Phân loại theo vị trí lắp đặt. a. Kiểu giàn lạnh đặt phía trước. Ở loại này, giàn lạnh được gắn sau bảng đồng hồ. Gió từ bên ngoài hoặ c không khí tuần hoàn bên trong được quạt giàn lạnh thổi qua giàn lạnh rồi đẩy và o trong khoang xe. Kiểu này được dùng phổ biến trên các xe con 4 chỗ, xe tải 3 Hình 1.6: Kiểu giàn lạnh đặt phía trước. b. Kiểu giàn lạnh đặt phía trước và sau xe. (Kiểu kép) Kiểu giàn lạnh này là sự kết hợp của kiểu phía trước với giàn lạnh phía sa u được đặt trong khoang hành lý. Cấu trúc này cho không khí thổi ra từ phía trước hoặ c từ phía sau. Kiểu kép cho năng suất lạnh cao hơn và nhiệt độ đồng đều ở mọi nơ i trong xe. Loại này được dùng phổ biến trên các loại xe 7 chỗ Hình 1.7 : Kiểu giàn lạnh kép. c. Kiểu kép treo trần. Kiểu kép treo trần bố trí hệ thống điều hòa có giàn lạnh phía trước kết hợp vớ i giàn lạnh treo trên trần xe. Kiểu thiết kế này giúp tăng được không gian khoang x e nên thích hợp với các loại xe khách. 4 Hình 1.8: Kiểu kép treo trần. 1.2.2. Phân loại theo phương pháp điều khiển. a. Phương pháp điều khiển bằng tay. Phương pháp này cho phép điều khiển bằng cách dùng tay để tác động và o các công tắc hay cần gạt để điều chỉnh nhiệt độ trong xe. Ví dụ: công tắc điều khiể n tốc độ quạt, hướng gió, lấy gió trong xe hay ngoài trời Hình 1.9: Ví dụ bảng điều khiển điều hòa cơ trên xe Ford b.Phương pháp điều khiển tự động. Điều hòa tự động điều khiển nhiệt độ mong muốn thông qua bộ điều khiể n điều hòa ( ECU A/C). Nhiệt độ không khí được điều khiển một cách tự động dựa và o tín hiệu từ các cảm biến gửi tới ECU. VD: cảm biến nhiệt độ trong xe, cảm biến nhiệ t độ môi trường, cảm biến bức xạ mặt trời… 5 Hình 1.10: Ví dụ bảng điều khiển điều hòa tự động trên ô tô Toyota Camry 1.3. LÝ THUYẾT LÀM LẠNH 1.3.1. Cơ sở lý thuyết căn bản của hệ thống điều hòa không khí. Quy trình làm lạnh được mô tả như một quá trình tách nhiệt ra khỏi vật thể . Đây cũng là mục đích chính của hệ thống làm lạnh. Vì vậy, hệ thống điều hòa không khí hoạt động dựa trên nguyên lý cơ bản sa u đây: + Dòng nhiệt luôn truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp. + Khi chất khí bị nén nhiệt độ của nó sẽ tăng. + Sự giãn nở thể tích của chất khí sẽ làm phân bố nhiệt ra vùng xung quanh v à nhiệt độ của chất khí sẽ bị giảm xuống. + Để làm lạnh bất cứ một vật nào thì phải lấy nhiệt ra khỏi vật thể đó. + Một lượng nhiệt sẽ được hấp thụ khi chất lỏng thay đổi trạng thái biến thàn h hơi. Tất cả các hệ thống điều hòa không khí ô tô đều được thiết kế dựa trên cơ sở l ý thuyết của ba đặc tính căn bản: Dòng nhiệt, sự hấp thụ nhiệt, áp suất và điểm sôi. + Dòng nhiệt: Nhiệt truyền từ nơi có nhiệt độ cao hơn đến những nơi có nhiệ t độ thấp hơn. Ví dụ: Một vật nóng 30 0 F được đặt cạnh một vật nóng có nhiệt độ 80 0 F thì vậ t nóng 80 0 F sẽ truyền nhiệt cho vật 30 0 F. Sự chênh lệch nhiệt độ càng lớn thì dòn g nhiệt lưu thông càng mạnh. Sự truyền nhiệt có thể được truyền bằng: Dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hay kế t hợp giữa ba cách trên. - Dẫn nhiệt: Là sự truyền nhiệt có hướng trong một vật hay giữa hai vật thể kh i chúng tiếp xúc trực tiếp với nhau. Ví dụ khi ta nung nóng một đầu thanh thép thì đầ u kia dần dần ấm lên do sự dẫn nhiệt. - Sự đối lưu: Là sự truyền nhiệt thông qua sự di chuyển của dòng chất kh í (chất lỏng) được làm nóng hay đó là sự truyền nhiệt từ vật thể này sang vật thể khá c nhờ khối không khí trung gian bao quanh nó (Khi khối không khí được nung nón g bởi một nguồn nhiệt, không khí nóng sẽ bốc lên phía trên tiếp xúc với vật thể nguộ i hơn và làm nóng vật thể này). Khí nóng luôn di chuyển lên trên và khí lạnh chì m 6 xuống dưới tạo thành vòng luân chuyển khép kín. Quy trình này được gọi là đối lư u tự nhiên. Đối lưu nhiệt cũng có thể bị tác động cưỡng bức bởi gió hoặc dùng quạt. - Sự bức xạ: Là sự phát và truyền nhiệt dưới dạng các tia hồng ngoại, mặc d ù giữa các vật không có không khí hoặc không tiếp xúc với nhau. Ta cảm thấy ấm kh i đứng dưới ánh sáng mặt trời hay cả dưới ánh sáng đèn sợi đốt khi ta đứng gần nó. Đ ó là bởi nhiệt của mặt trời hay của đèn sợi đốt được biến thành các tia hồng ngoại v à khi các tia này chạm vào một vật nó sẽ làm cho các phần tử của vật đó chuyển động , gây cho ta cảm giác nóng. Tác dụng truyền nhiệt này gọi là sự bức xạ. + Sự hấp thụ nhiệt: Vật chất có thể tồn tại ở một trong ba trạng thái: Thể lỏng , thể rắn, thể khí. Muốn thay đổi trạng thái của một vật thể, cần phải truyền cho nó mộ t lượng nhiệt nhất định. Ví dụ: Khi ta hạ nhiệt độ của nước xuống 32 0 F (0 0 C) thì nướ c đóng băng thành đá. Nó đã thay đổi trạng thái từ thể lỏng sang thể rắn. Nếu nướ c được đun tới 212 0 F (100 0 C), nước sẽ sôi và bốc hơi chuyển từ thể lỏng sang thể khí. Ví dụ: Khối nước đá đang ở nhiệt độ 32 0 F ta đun nóng cho nó tan ra, nhưn g nước đá đang tan vẫn giữ nhiệt độ là 32 0 F. Đun nước nóng đến 212 0 F thì nước sôi , nhưng khi ta tiếp tục đun nữa nước sẽ bốc hơi và nhiệt độ đo được vẫn là 212 0 F (100 0 C) chứ không nóng hơn nữa. Lượng nhiệt được hấp thu trong nước sôi, tron g nước đá để làm thay đổi trạng thái của nước được gọi là nhiệt ẩn. - Áp suất và điểm sôi: Áp suất giữ vai trò quan trọng trong hệ thống điều hò a không khí. Khi tác động áp suất lên mặt chất lỏng thì sẽ làm thay đổi điểm sôi củ a chất lỏng này. Áp suất càng lớn điểm sôi càng cao có nghĩa là nhiệt độ lúc chất lỏn g sôi cao hơn so với mức bình thường. Ngược lại nếu giảm áp suất tác động lên một vậ t chất thì điểm sôi của vật chất đó sẽ bị giảm xuống. Ví dụ điểm sôi của nước ở nhiệ t độ bình thường là 100 0 C. Điểm sôi này có thể tăng cao hơn bằng cách tăng áp suấ t trên chất lỏng đồng thời cũng có thể hạ thấp điểm sôi bằng cách giảm bớt áp suất trê n chất lỏng hay đặt chất lỏng trong chân không. Đối với điểm ngưng tụ của hơi nước , áp suất cũng có tác dụng như thế. 1.3.2. Đơn vị đo nhiệt lượng, môi chất lạnh và dầu bôi trơn. a. Đơn vị đo nhiệt lượng: Để đo nhiệt lượng truyền từ vật này sang vật kia người ta dùng đơn vị BTU . Nếu cần đun nóng một Pound nước (0,454 kg) nóng đến 1 0 F (0,55 0 C) thì phải truyề n cho nước 1 BTU nhiệt. Năng suất của một hệ thống lạnh ô tô được định rõ bằn g BTU/giờ, vào khoảng 12000 đến 24000 BTU/giờ (1 BTU = 0,252 kcal = 252 cal) , (1kcal =4,187 kJ). b. Môi chất lạnh: Môi chất lạnh hay còn gọi là ga lạnh. Trong hệ thống điều hòa không khí n ó phải đạt được những yêu cầu sau đây: + Môi chất lạnh phải có điểm sôi thấp dưới 32 0 F (0 0 C) để có thể bốc hơi v à hấp thụ ẩn nhiệt tại những nhiệt độ thấp. + Môi chất lạnh phải hòa trộn được với dầu bôi trơn để tạo thành một hóa chấ t bền vững có khả năng di chuyển thông suốt trong hệ thống và không gây ăn mòn ki m loại hoặc các vật liệu khác như cao su, nhựa được sử dụng để chế tạo. + Môi chất lạnh phải đảm bảo không gây độc hại, không cháy nổ và không gâ y ô nhiễm môi trường khi nó xả vào khí quyển. 7 * Môi chất lạnh R-12 Môi chất lạnh R-12 là hợp chất của cacbon, clo và flo có công thức hóa học là CCl 2 F 2 (CFC). Nó là một chất khí không màu, nặng hơn không khí bốn lần ở 30 0 C , có mùi thơm rất nhẹ, có điểm sôi là -21,64 0 F (-29,8 0 C), áp suất hơi trong bộ bốc hơi là 30 (PSI) và trong bộ ngưng tụ là 150 ÷ 300 (PSI), có nhiệt lượng ẩn để bốc hơi l à 70 BTU/ 1Pound. R-12 rất dễ hòa tan trong dầu khoáng chất, và không tham gia phản ứng với các kim loại, các ống mềm và đệm kín sử dụng trong hệ thống. Cùng với đặc tính c ó khả năng lưu thông xuyên suốt trong hệ thống ống dẫn nhưng không bị giảm thiể u hiệu suất. Chính những đặc điểm này đã làm cho R-12 được xem là chất làm lạnh lý tưởng để sử dụng trong hệ thống điều hòa ô tô. Tuy nhiên, khi người ta nghiên cứu đã phát hiện ra rằng R-12 có đặc tính phá hủy tầng ôzon và gây nên hiệu ứng nhà kính, do các phân tử R-12 có thể bay lên khí quyển trước khi phân giải. Tại đây, nguyên tử clo tham gia phản ứng hóa học vớ i [...]... việc sử dụng môi chất lạnh R-12 sang sử dụng môi chất lạnh R-134a Môi chất R-134a có điểm sôi là -1 5,20F (-2 6,90C), và có lượng nhiệt ẩn để bốc hơi là 77,74 BTU/Pound Điểm sôi này cao hơn so với môi chất R-12 nên hiệu suất của R-134a không bằng R-12 Vì vậy hệ thống điều hòa không khí ô tô dùng môi chất lạnh R-134a phải được thiết kế với áp suất bơm cao hơn, đồng thời phải tăng lượng không khí giải nhiệt... trong tầng ôzon khí quy n Chính điều này đã làm phá hủy tầng ozo 3 n của khí quy n Do đó ngày nay môi chất lạnh R-12 đã bị cấm sử dụng và lưu hành trên thị trường Hình 1.11: Sự phá hủy tầng ozon của R-12 * Môi chất lạnh R- 134a Môi chất lạnh R-134a có công thức hóa học là CF -CH F (HFC) Do 3 trong 2 thành phần hợp chất không có chứa clo nên đây chính là lý do cốt yếu mà ngành côn g nghiệp ô tô chuyển... thay thế môi chất lạnh R-12 của hệ thống điều hòa không khí bằng môi chất lạnh R-134a thì phải thay đổi các bộ phận của hệ thống điều hòa nếu nó không phù hợp với R-134a, cũng như phải thay đổi dầu bôi trơn, chất khử ẩm của hệ thống Dầu bôi trơn chuyên dùng với môi chất lạnh R-134a là các chất bôi t rơn tổng hợp polyalkalineglycol (PAG) hay polyolester (POE) Ta có thể phân biệt đượ c giữa hai môi chất... chất lạnh R-12 và R-134a vì thông thường nó được ghi rõ và dán trên các bộ phận chính của hệ thống Hình1.13: Ga lạnh R134a của hệ thống điều hòa c Dầu bôi trơn Chức năng: Dầu bôi trơn trong hệ thống điều hòa được hòa trộn với môi chấ t lạnh sẽ lưu thông khắp nơi trong hệ thống nhằm bôi trơn, tránh mài mòn và két cứn g các chi tiết 9 Yêu cầu: Dầu bôi trơn phải tinh khiết không được sủi bọt, không lẫn... ra R-134a còn có nhược điểm nữa đó là không kết hợp được với dầu bôi trơn ở hệ thống R-12 8 Hình 1.12: Đường cong áp suất hơi của môi chất lạnh R-134a Đồ thị đường cong áp suất hơi của môi chất lạnh R-134a mô tả mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ của môi chất lạnh R-134a Đồ thị chỉ ra điểm sôi của R134a ở mỗi cặp giá trị nhiệt độ và áp suất Phần diện tích trên đường cong áp suất biểu diễ n R-134a... xuyên qu a vô số các lá mỏng hút nhiệt, các lá mỏng hút nhiệt được bám sát tiếp xúc hoàn toàn quanh ống dẫn môi chất lạnh Cửa vào của môi chất bố trí bên dưới và cửa ra bố trí bên trên bộ bốc hơi Trong xe ô tô bộ bốc hơi được bố trí dưới bảng đồng hồ Một quạt điện kiể u lồng sóc thổi một lượng lớn không khí xuyên qua bộ này đưa khí mát vào cabin ô tô Hình 1.44: Cấu tạo giàn lạnh 1 Cửa dẫn môi chất vào... không để hơi ẩm len lỏi vào Thiết bị này thông thường được thay thế khi sửa chữa h ệ thống nếu nghi ngờ chất khử ẩm có chứa hơi nước bên trong Sự dự trữ chất làm lạnh rất cần thiết vì hệ thống điều hòa không khí trên ô t ô có phạm vi thay đổi nhiệt độ rất rộng lớn Chính điều này sẽ làm cho chất làm lạnh ở thể lỏng thay đổi thể tích khi nhiệt độ thay đổi Ngoài ra chất làm lạnh trong hệ thốn g điều hòa. .. dẫn môi chất lạnh + Số lượng và kích thước các lá mỏng bám quanh ống kim loại + Số lượng các đoạn uốn cong của ống kim loại + Khối lượng và lưu lượng không khí thổi xuyên qua bộ bốc hơi + Tốc độ quạt gió Bộ bốc hơi còn có chức năng tách ẩm, không khí gặp lạnh sẽ ngưng tụ thàn h nước và được hứng đưa ra bên ngoài ô tô nhờ ống xả bố trí dưới giàn lạnh Đặc tín h tách ẩm này giúp cho khối lượng không khí. .. LẠNH Ô TÔ 1.6.1 Ống dẫn môi chất lạnh Môi chất lạnh được lưu thông trong hệ thống là nhờ sự liên kết các bộ phậ n bởi các đường ống dẫn môi chất lạnh Ống dẫn môi chất lạnh gồm hai loại: Ống mềm và ống cứng Khi nối hệ thốn g với máy nén phải sử dụng ống mềm, điều này cho phép máy nén và động cơ có th ể chuyển động tương đối với nhau Các loại ống mềm được sử dụng trong hệ thốn g điều hoà không khí hiện... lớ p không thấm ở bên trong Bên ngoài được gia cố thêm một lớp nilon không thấm tạ o ra một lớp màng chắn không bị rò rỉ Các loại ống làm bằng kim loại được sử dụng nhiều trong hệ thống làm lạnh , để nối những thiết bị cố định từ giàn nóng đến van tiết lưu, từ van đến giàn lạnh Mặ c dù ống kim loại không bị thấm qua nhưng theo thời gian có thể bị rò rỉ Đường ống dẫn trong hệ thống điều hòa không khí . trước khi đư a vào khoang xe. Khi bật công tắc điều hòa không khí, máy nén bắt đầu làm việc, đẩ y môi chất lạnh (ga điều hòa) tới giàn lạnh. Giàn lạnh được làm mát nhờ môi chất lạnh . Khi đó. Ví dụ bảng điều khi n điều hòa cơ trên xe Ford b.Phương pháp điều khi n tự động. Điều hòa tự động điều khi n nhiệt độ mong muốn thông qua bộ điều khi n điều hòa (. giúp tăng được không gian khoang x e nên thích hợp với các loại xe khách. 4 Hình 1.8: Kiểu kép treo trần. 1.2.2. Phân loại theo phương pháp điều khi n. a. Phương pháp điều khi n bằng tay. Phương