7.1 Hệ thống điều hoà không khí

7.1 Hệ thống điều hoà không khí 7.1.1 Nhiệm vụ Hệ thống điều hoà không khí làm nhiệm vụ: trì nhiệt độ độ ẩm thích hợp, cung cấp lượng không khí lọc lưu thông khoang hành khách ô tô Khi thời tiết nóng, hệ thống điều hoà có nhiệm vụ làm mát, giảm nhiệt độ Khi thời tiết lạnh, hệ thống điều hoà có nhiệm vụ cung cấp khí nóng để sưởi ấm, làm tăng nhiệt độ khoang hành khách Khi xe chuyển động, không khí khoang hành khách cần lưu thông bụi mùi phát từ động cơ, hệ thống truyền lực, hệ thống khí xả động cơ… Điều hoà không khí thuật ngữ chung hệ thống: Làm lạnh( để giảm nhiệt độ), sưởi ấm ( để tăng nhiệt độ ) hệ thống thông gió, tạo không khí sạch, lưu thông khoang hành khách xe 7.1.2 Nguyên lý chung trình trao đổi nhiệt Sự làm việc hệ thống làm mát, hệ thống sưởi ấm không khí khoang hành khách ô tô, dựa nguyên lý trình truyền dẫn trao đổi nhiệt, vật chất chuyển đổi trạng thái tồn nó, từ thể lỏng sang thể khí ngược lại Các nguyên lý là: Dòng nhiệt truyền từ nơi có nhiệt độ cao tới nơi có nhiệt độ thấp Để làm giảm nhiệt độ vật thể ta phải tách ( lấy ) phần nhiệt khỏi Ngược lại vật thể cấp nhiệt nhiệt độ tăng lên Vật chất thể lỏng hấp thụ nhiệt chuyển đổi thành thể khí Ngược lại vật chất chuyển trạng thái từ thể khí trở lỏng lượng nhiệt giải phóng Khi nén khí, chất khí tăng áp suất nhiệt độ, chất khí dự trữ lượng nhiệt Khi dãn nở, áp suất nhiệt độ giảm xuống giải phóng lượng nhiệt tương ứng Các hình thức truyền nhiệt dẫn nhiệt, đối lưu xạ 7.1.3 Hệ thống làm lạnh Nguyên lý làm lạnh Bôi cồn (hoặc xăng) lên da, thấy lạnh, cồn lấy nhiệt từ da để bay Nếu chất lỏng bay nhanh lượng nhiệt lấy nhiều, thấy lạnh Một chất lỏng dễ bay (cồn) đựng bình kín, đặt hộp cách nhiệt tốt Nếu mở nắp bình, chất lỏng bình lấy lượng nhiệt cần thiết hộp để bay hơi, biến thành khí, thoát ngoài, làm nhiệt độ hộp giảm Trên ô tô, người ta làm lạnh không khí xe cách hiệu hơn: Biến khí (gaz) thành lỏng, lại làm bay chất lỏng thành khí (tuần hoàn) Môi chất công tác ( gaz lạnh) Trong hệ thống lạnh ô tô đời cũ (trước 1990), môi chất làm lạnh chất R12 (tên CFC-12), có công thức hoá học: CCl2F2 Do chất CFC phá huỷ tầng ôzôn trái đất, nên năm 1987 nhiều nước ký hiệp ước loại bỏ R12 Chất R134a dùng thay chất R12 * R134a có nghĩa là: R- Refrigerant ( môi chất lạnh) 1- số nguyên tử cacbon: 1+1=2 157 3- số nguyên tử Hiđrô: 3-1=2 4- số nguyên tử Flo = a- chất đồng phân(izome) công thức hoá học gaz R134a: CH2F- CF3 dẫn xuất C2H6 * Đặc điểm chất R134a: - Điểm sôi thấp: Nhiệt độ sôi áp suất khí -26,50C - Có khả thay đổi nhiệt độ tức áp suất thay đổi - Gaz lạnh thể khí biến thành thể lỏng, cách tăng áp suất, giảm nhiệt độ, ngược lại gaz lỏng muốn biến thành khí giảm áp suất, tăng nhiệt độ Hình 7.1 biểu diễn quan hệ nhiệt độ, áp suất với trạng thái R134a - Không chứa clo, không phá huỷ tầng ô zôn, nên coi môi chất lạnh tương lai - Có thể gây cháy áp suất nhiệt độ định 100 80 60 khÝ gas 40 20 gas láng -20 -30 p(Mpa) Hình 7.1 Quan hệ áp suất, nhiệt độ trạng thái R134a Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm lạnh a) Cấu tạo Hình 7.1 giới thiệu sơ đồ nguyên lý chung hệ thống lạnh ô tô gồm phận chính: máy nén, giàn nóng (bộ bốc hơi), bình lọc hút ẩm, van giãn nở, giàn lạnh (bộ ngưng tụ), phận khác để hỗ trợ bảo vệ cho phận làm việc tốt 158 Hình Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm lạnh ôtô 1- Máy nén; 2- Giàn nóng; 3- Quạt tản nhiệt giàn nóng; 4- Bình lọc(hút ẩm);5- Van giãn nở; 6- Giàn lạnh;7- Đường ống hút môi chất thể áp suất thấp; 8- Đường ống xả bơm môi chất thể áp suất cao; 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 điện từ máy nén; 16- Không khí b) Nguyên lí hoạt động Môi chất công tác (ga) thể hơi, dẫn tới khoang hút máy nén Máy nén nén môi chất công tác lên áp suất nhiệt độ cao ( khoảng 1,2 – 1,7 MPa 80oC ) Khí gaz bị nén có nhiệt độ áp suất cao từ máy nén tới giàn nóng (bộ ngưng) Giàn nóng gồm có ống nhỏ, dẹt, có gắn cánh tản nhiệt kim loại mỏng ( 0,5 ) mm Giàn nóng bố trí khoang hành khách ( phía trước két làm mát động ) Khi qua ống giàn nóng, môi chất công tác ( thể có nhiệt độ áp suất cao ) trao đổi nhiệt với luồng không khí bao quanh mặt ống, qua cánh tản nhiệt ( tản nhiệt) Qúa trình trao đổi nhiệt làm cho môi chất hạ nhiệt độ (lúc nhiệt độ môi chất khoảng 540C), chuyển từ trạng thái ngưng tụ thành thể lỏng Môi chất công tác thể lỏng ( gaz lỏng ) từ ngưng tụ đưa qua bình lọc, hút ẩm.Tại đây, gaz lỏng lọc tạp chất ngưng lại phần gaz dư thừa bị hoá lỏng Ngoài bình chứa chất có tác dụng hút ẩm khử mùi 159 Từ bình lọc hút ẩm, gaz có áp suất cao theo ống dẫn, tới van giãn nở ( van có dạng ống giclơ : đường ống có lỗ nhỏ bị thắt bớt ) Do tiết diện lưu thông bị co hẹp, nên qua giclơ, chất lỏng bị giảm áp suất đột ngột, giãn nở chuyển sang trạng thái Sự làm lạnh ( làm giảm nhiệt độ môi trường không khí xung quanh ) xảy giàn lạnh (bộ hoá hơi) Giàn lạnh đặt khoang hành khách ( nơi cần làm mát ) gồm có ống dẹt, bên gắn cánh tản nhiệt kim loại mỏng ( 0.5 )mm Mặt kim loại tiếp xúc với không khí khoang hành khách Một lượng môi chất làm lạnh thể lỏng ( gaz lỏng ) có áp suất khoảng 0,2 MPa nhiệt độ thấp khoảng ( O0C ) đưa ống giàn lạnh Khi qua ống gắn cánh tản nhiệt, môi chất công tác thể lỏng hấp thụ nhiệt không khí bao quanh thành ống, gaz lỏng chuyển sang trạng thái Lúc thành ống không khí xung quanh bị lạnh Quạt lồng sóc thổi không khí qua giàn lạnh để đưa vào khoang xe Môi chất công tác có áp suất nhiệt độ thấp lại đưa trở lại máy nén, trình lặp lại Trong chu trình , môi chất thông qua trình trao đổi nhiệt chuyển tải nhiệt khỏi khoang hành khách, làm cho nhiệt độ khoang hành khách giảm Ta thấy, môi chất công tác biến đổi qua bốn trạng thái : Thể lỏng áp suất cao, thể lỏng áp suất thấp, thể khí áp suất cao thể khí áp suất thấp Sự thay đổi trạng thái thay đổi nhiệt độ áp suất Việc làm lạnh thực nhờ hoá môi chất công tác trình biến đổi trạng thái từ thể lỏng sang thể khí Trong chu trình làm lạnh, phân chia phần chu trình mà môi chất công tác thể lỏng có nhiệt độ, áp suất cao gọi phần cao áp Trên sơ đồ, phần cao áp đầu máy nén tới đầu vào van giãn nở Phần chu trình môi chất có nhiệt độ, áp suất thấp gọi phần thấp áp Trên sơ đồ, phần thấp áp đầu van giãn nở đầu vào máy nén Các phận hệ thống làm lạnh ô tô a) Máy nén * Nhiệm vụ: - Hút môi chất thể áp suất, nhiệt độ thấp từ giàn lạnh, nén đến áp suất, nhiệt độ cao đẩy đến giàn nóng - Ngoài tác dụng bơm môi chất qua giàn nóng với áp suất khác nhau, tuỳ yêu cầu sử dụng * Phân loại: Trong hệ thống lạnh ô tô thường dùng loại máy nén sau - Máy nén có chuyển động tịnh tiến (loại Piston) + Loại trục khuỷu: Piston chuyển động lên, xuống theo phương hướng kính trục khuỷu +Loại đĩa chéo: Piston chuyển động lên, xuống theo phương hướng trục ( song song trục khuỷu máy nén) 160 - Máy nén kiểu rô to + Loại xoắn ốc + Loại cánh gạt * Máy nén kiểu xoắn ốc - Cấu tạo: Máy nén gồm có hộp xoắn ốc cố định (1) bánh xoắn ốc (2) dẫn động trục lệch tâm (3) gắn bánh đai Chuyển động tương đối hai chi tiết xoắn ốc tạo khoang làm việc tích tăng, giảm theo chuyển động quay trục lệch tâm, tức tạo nén khí Hình 7.4 trình bày cấu tạo máy nén lắp ô tô Siena 1242cc hãng FIAT Hình 7.4 Cấu tạo máy nén kiểu xoắn ốc 1- Hộp xoắn ốc; 2- Bánh xoắn ốc ; 4- Lót trục;5- Vỏ máy;6- Giác cắm; 7- Đối trọng - Nguyên lý làm việc: Sự tiếp xúc hai phận hình xoắn ốc kiểu máy nén, tạo khoang chứa khí tích giảm, bánh xoắn ốc thực hoàn tất chu trình Như hình 7.4: Ở đầu chu trình, khoang mở chất khí vào Thể tích khoang bắt đầu mở từ 00 đạt giá trị VMax trục quay góc 180o , 161 lượng chất vào lớn Trục quay 180o đến 360o khoang phía đóng dần đồng thời khoang phía mở Trục tiếp tục quay tới góc 360o khoang đóng kín hoàn toàn thể tích khoang chứa khí chuyển dần vào trong, theo đường xoắn ốc Trục tiếp tục quay từ 360o đến 540o, khoang phía đường xoắn ốc mở dần ra, đến 540o khoang mở lớn Đồng thời khoang phía chứa khí đóng dần lại, làm cho khí chuyển dần vào khoang phía Trục quay tới góc 540o khí khoang chuyển hoàn toàn vào khoang phía Cứ lặp lại trục quay tới góc 900o chất khí bắt đầu chuyển tới dàn nóng Ở chất khí theo đường xoắn ốc từ vào trong, đến phía ( khoang ) áp suất đủ lớn để đẩy chất khí vào dàn ngưng tụ Áp suất chất khí tăng dần thể tích khoang giảm dần từ vào ( khoang nhỏ khoang nên chất khí nén lại ) Như vậy, để hoàn tất chu trình nén trục máy nén quay vòng Qua sơ đồ ta thấy, trình nạp khí diễn đồng thời với trình nén khoang khác trình nạp khoang kết thúc lúc khí nén khoang đẩy Hình 7.5 Nguyên lý làm việc máy nén kiểu xoắn ốc Ưu, nhựơc điểm: Loại máy nén khí có hai phận chuyển động, có ưu điểm sau - Không cần lót kín - Không có tổn thất áp suất hướng trục hướng kính 162 - Tổn thất ma sát nhỏ xu-pap ống bên - Sự mòn đường xoắn ốc cải thiện độ kín cánh đường xoắn - Không có xu-pap, chuyển động tịnh tiến, đảo chiều piston rung động ( giảm ồn )  Với ưu điểm loại máy nén thường đắt tiền khó chế tạo * Pu li điện từ: Để đóng, cắt chuyển động trục máy nén với pu li dẫn động, tuỳ thuộc điều khiển Hình 7.6 giới thiệu mặt cắt ngang pu li điện từ máy nén Hình 7.6 Pu li điện từ máy nén 1- cuộn dây nam châm điện; 2- Đĩa bị động; 3- puli; 4- Trục máy nén; 5- Vòng bi kép; 6- Phớt kín trục; 7- Khe hở ly hợp - Cấu tạo: Cuộn dây nam châm điện quấn cố định lõi thép từ (trước có loại cuộn dây quay, phải có chổi than vành tiếp điện) Pu li quay trơn trục nhờ ổ bi cầu hai dãy Đĩa bị động thép từ, lắp then với trục máy nén, có khoảng cách với mặt pu li dịch chuyển dọc trục máy nén - Nguyên lý làm việc: 163 Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây quấn lõi thép từ, tạo thành nam châm điện Lực từ trường hút đĩa bị động gắn chặt vào puli, làm đĩa bị động quay theo truyền mô men xoắn cho trục máy nén Khi dòng điện, lực từ ly hợp không đóng, puli quay trơn trục máy nén b) Giàn nóng (bộ ngưng tụ) Giàn nóng có nhiệm vụ: làm môi chất thể có áp suất, nhiệt độ cao từ máy nén bơm tới, ngưng tụ thành thể lỏng Hình 7.7 hình dạng bên giàn nóng Hình 7.7 Giàn nóng Dàn nóng lắp đầu xe, tản nhiệt hệ thống làm lạnh Gồm có ống đồng nhôm, uốn cong thành hình chữ U nối tiếp Các tản nhiệt bám xung quanh ống Chúng làm nhôm, có bề dầy 0,5 mm, để làm tăng bề mặt trao đổi nhiệt Gaz trạng thái khí, có áp suất, nhiệt độ cao, qua ống dẫn phía giàn nóng, theo ống chữ U, xuống phía Do trao đổi nhiệt với ống dẫn, cánh tản nhiệt luồng không khí xung quanh thành ống (do gió phía đầu xe, kết hợp quạt két nước quạt giàn nóng), nên khí gaz chuyển trạng thái thành lỏng ( nhiệt độ trung bình khoảng 60oC ) Theo chiều cao giàn nóng, thường 2/3 thể tích phía môi chất thể khí, 1/3 thể tích phía môi chất thể lỏng c) Bình lọc, hút ẩm 164 Bình lọc, hút ẩm có chức năng: Chức thứ hoạt động bình chứa hầu hết gaz lạnh R134a dạng lỏng hệ thống, thứ hai hoạt động lọc ẩm tạp chất Bất kì tạp chất làm nghẽn van tiết lưu giữ lại lưới lọc ( 2,4 ) Hơi ẩm tạp chất lọc nhờ lớp chất hoá học bảy phần tử, hợp chất hoá học gọi Silicagel ( ) ( chức lọc ẩm tạp chất ) điều ngăn chặn toàn phần tử ẩm hệ thống qua van giảm áp, để đóng băng van làm nghẽn van Trên lọc gaz có cửa quan sát ( ) hay gọi mắt gaz, cho phép kiểm tra tình trạng gaz lạnh giai đoạn có áp suất cao Kính cửa quan sát trong, gaz R134a ngang qua lọc hoàn toàn thể lỏng Trong đó, thiếu gaz trình ngưng có vấn đề, gaz lạnh không hoàn toàn dạng lỏng ta quan sát thấy bong bóng bọt khí d) Van giãn nở * Nhiệm vụ Van giãn nở lắp ống vào giàn lạnh, có nhiệm vụ: - Định lượng môi chất phun vào giàn lạnh - Cung cấp cho giàn lạnh lượng môi chất cần thiết, xác, thích hợp với chế độ hoạt động hệ thống lạnh - Ngăn ngừa môi chất tràn ngập giàn lạnh * Phân loại Theo cấu tạo nguyên lý làm việc, người ta phân loại: - Van giãn nở có ống cân bên van - Van giãn nở có ống cân bên van - Van giãn nở có áp suất không đổi - Van giãn nở kiểu nhiệt - Van giãn nở kiểu hộp * Van giãn nở có ống cân bên ngoài: e) Giàn lạnh (bộ hoá hơi) * Nhiệm vụ 165 - Làm lạnh: Gaz lỏng phun vào dạng sương, chúng gãn nở, thu nhiệt để bốc hoàn toàn, đố làm lạnh khối không khí quạt thổi xuyên qua - Hút ẩm xe: Hơi nước xe qua giàn lạnh ngưng động thành giọt quanh ống dẫn giàn lạnh chảy qua ống dẫn * Cấu tạo Giàn lạnh bố trí bảng đồng hồ, gồm có ống dẫn nhôm uốn cong hình chữ U tản nhiệt làm nhôm Cửa vào cửa giàn lạnh gắn với cụm phân phối gió lắp vào van giảm áp Không khí bên ngoài, không khí tuần hoàn khoang hành khách quạt máy lạnh hút vào thổi qua tản nhiệt Điều gây bốc làm thay đổi trạng thái gaz lạnh từ lỏng sang khí ( áp suất thấp ) Không khí qua tản nhiệt giàn lạnh làm khô làm lạnh Hơi ẩm ngưng lại tản nhiệt thu lại thải khỏi xe Cấu tạo tình trạng hoạt động giàn lạnh có ảnh hưởng lớn đến hiệu hệ thống làm lạnh.Tại cánh giàn lạnh xảy đóng băng tuyết Khi không khí ấm đập vào cánh giàn lạnh bị lạnh xuống nhiệt độ điểm sương(nhiệt độ mà nước bắt đầu ngưng tụ) Hơi nước ngưng tụ dính vào cánh giàn lạnh dạng giọt nước Nếu cánh làm lạnh 00C, giọt nước biến thành tuyết hay băng Hiệu truyền nhiệt giàn lạnh kém, lưu lượng khí qua giàn lạnh giảm tính hệ thống làm lạnh Do cần phải có thiết bị chống đóng băng giàn lạnh Hình 7.10 giới thiệu kết cấu giàn lạnh 166 Hình 7.10 Kết cấu giàn lạnh 7.1.4 Hệ thống sưởi ấm Trên ô tô thường sử dụng nhiệt nước làm mát động để sấy nóng luồng không khí nạp vào khoang hành khách thời tiết lạnh sấy kính chắn gío phía trước trời mưa, nước bám vào làm cho mặt kính bị mờ Bộ sấy (két sưởi) có kết cấu két nước làm mát nhỏ Trong có gắn ống tản nhiệt truyền tới không khí làm cho nóng lên Hệ thống bao gồm van nước, sấy quạt đường ống dẫn nước nóng cửa hướng dòng không khí ấm Sơ đồ nguyên lý sấy nóng trình bày hình 7.11 167 Hình 7.11 Sơ đồ nguyên lý sấy nóng ô tô 1- Động cơ; 2- Van nước; 3- Két sưởi; 4- Đường ống nối từ động - van điều khiển; 5- Đường ống nước nối từ két sưởi - động cơ; 6- Quạt gió Một lượng nước làm mát động có nhiệt độ 80 – 90 (0C), qua van vào ống két sưởi Khi qua ống có gắn cánh tản nhiệt, nhiệt độ nước sưởi nóng không khí xung quanh phía thành ống Quạt gió có nhiệm vụ lưu thông lượng không khí nóng khoang hành khách.Van (2) van quay điều khiển đóng mở dòng nước vào két sưởi nhiều hay ít, tham gia phần vào điều chỉnh nhiệt độ sưởi ấm với quạt gió 7.1.5 Chức tuần hoàn không khí Chức tuần hoàn không khí, cho phép hệ thống sử dụng không khí điều hoà nhiệt độ bên khoang hành khách, mà không cho phép luồng không khí bên xâm nhập vào Hình 7.12 giớ thiệu hệ thống phân phối gió khoang xe Siena 1242cc hãng FIAT 168 Hình 7.12 Hệ thống phân phối gió khoang xe Không khí khuếch tán khoang hành khách nhờ: - Hai cửa thông gió kiểu xoay có núm điều chỉnh (A) bố trí bàn điều khiển - Hai cửa thông gió kiểu xoay có núm điều chỉnh (B) bố trí hai bên bàn điều khiển - Sáu khe thông gió xả tuyết cho kính chắn gió.(C) - Hai khe thông gió xả tuyết cho cửa sổ bên (D) - Hai khe thông gió thấp (E) để hướng luồng không khí vào chân chỗ ngồi phía sau - Hai khe thông gió cho chỗ ngồi phía sau (F) 169 ... thể có áp suất, nhiệt độ cao từ máy nén bơm tới, ngưng tụ thành thể lỏng Hình 7. 7 hình dạng bên giàn nóng Hình 7. 7 Giàn nóng Dàn nóng lắp đầu xe, tản nhiệt hệ thống làm lạnh Gồm có ống đồng nhôm,... Hình 7. 6 giới thiệu mặt cắt ngang pu li điện từ máy nén Hình 7. 6 Pu li điện từ máy nén 1- cuộn dây nam châm điện; 2- Đĩa bị động; 3- puli; 4- Trục máy nén; 5- Vòng bi kép; 6- Phớt kín trục; 7- ... nén khí Hình 7. 4 trình bày cấu tạo máy nén lắp ô tô Siena 1242cc hãng FIAT Hình 7. 4 Cấu tạo máy nén kiểu xoắn ốc 1- Hộp xoắn ốc; 2- Bánh xoắn ốc ; 4- Lót trục;5- Vỏ máy;6- Giác cắm; 7- Đối trọng