TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÊN Ô TÔ CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÊN Ô TÔ 1.Chức năng của điều hòa không khí. A.Sưởi ấm. Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động của bộ sưởi ấm Người ta dùng một két sưởi ấm như một bộ trao đổi nhiệt để làm nóng không khí. Két sưởi lấy nước làm mát của động cơ đã được hâm nóng bởi động cơ và dùng nhiệt độ này để làm nóng không khí nhờ một quạt thổi vào xe, vì vậy nhiệt độ của két sưởi là thấp cho đến khi nước làm mát nóng lên. Do đó ngay sau khi động cơ khởi động két sưởi không làm việc như là một bộ sưởi ấm. B.Làm mát không khí. Giàn lạnh làm việc như là một bộ trao đổi nhiệt để làm mát không khí trước khi đưa vào trong xe. Khi bật công tắc điều hòa không khí, máy nén bắt đầu làm việc đẩy môi chất lạnh (ga điều hòa) tới giàn lạnh. Giàn lạnh được làm mát nhờ chất làm lạnh và sau đó nó làm mát không khí đư ợc thổi vào trong xe từ quạt gió. Việc làm nóng không khí ph ụ thuộc vào nhiệt độ của nước làm mát động cơ nhưng việc làm mát không khí hoàn toàn độc lập với nhiệt độ nước làm mát động cơ. Hình 2.2: Nguyên lý hoạt động của hệ thống làm mát C.Hút ẩm. Lượng hơi nước trong không khí tăng lên khi nhiệt độ không khí cao hơn và giảm xuống khi nhiệt độ không khí giảm xuống. Khi đi qua giàn lạnh, không khí được làm mát. Hơi nước trong không khí ngưng tụ lại và bám vào các cánh tản nhiệt của giàn lạnh. Kết quả là độ ẩm trong xe bị giảm xuống. Nước dính vào các cánh tản nhiệt đọng lại thành sương và được chứa trong khay xả nước. Cuối cùng, nước này được tháo ra khỏi khay của xe bằng một vòi nhỏ. Ngoài ba ch ức năng trên hệ thống điều hòa không khí còn có chức năng điều khiển thông gió trong xe. Việc lấy không khí bên ngoài đưa vào trong xe nhờ chênh áp được tạo ra do chuyển động của xe được gọi là sự thông gió tự nhiên. Sự phân bổ áp suất không khí trên bề mặt của xe khi nó chuyển động được chỉ ra trên hình vẽ, một số nơi có áp suất dương, còn một số nơi khác có áp suất âm. Như vậy cửa hút được bố trí ở những nơi có áp suất dương và cửa xả khí được bố trí ở những nơi có áp suất âm. Trong các h ệ thống thông gió cưỡng bức, người ta sử dụng quạt điện hút không khí đưa vào trong xe. Các cửa hút và cửa xả không khí được đặt ở cùng vị trí như trong hệ thống thông gió tự nhiên. Thông thường, hệ thống thông gió này được dùng chung với các hệ thống thông khí khác (hệ thống điều hoà không khí, bộ sưởi ấm).
ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM Hệ thống điều hịa khơng khí tơ TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ TRÊN Ơ TƠ Giới thiệu chung hệ thống điều hịa khơng khí tơ Điều hịa khơng khí hệ thống quan trọng xe Nó điều khiển nhiệt độ tuần hồn khơng khí xe giúp cho hành khách xe cảm thấy dễ chịu ngày nắng nóng mà cịn giúp giữ độ ẩm lọc khơng khí Ngày nay, điều hịa khơng khí xe cịn hoạt động cách tự động nhờ cảm biến ECU điều khiển Điều hồ khơng khí giúp loại bỏ chất cản trở tầm nhìn sương mù, băng đọng mặt kính xe Để làm ấm khơng khí qua, hệ thống điều hịa khơng khí sử dụng két nước két sưởi ấm Két sưởi lấy nước làm mát động hâm nóng động dùng nhiệt để làm nóng khơng khí nhờ quạt thổi vào xe, nhiệt độ két sưởi thấp nước làm mát nóng lên Do sau động khởi động két sưởi không làm việc Để làm mát không khí xe, hệ thống điện lạnh tơ hoạt động theo chu trình khép kín Máy nén đẩy mơi chất khí có nhiệt độ cao áp suất cao vào giàn ngưng Ở giàn ngưng môi chất chuyển từ thể khí sang thể lỏng Mơi chất dạng lỏng chảy vào bình chứa (bình sấy khơ) Bình chứa lọc mơi chất Mơi chất lỏng sau lọc chảy qua van giãn nở, van giãn nở chuyển môi chất lỏng thành hỗn hợp khí - lỏng có áp suất nhiệt độ thấp Mơi chất dạng khí - lỏng có nhiệt độ thấp chảy tới giàn lạnh Quá trình bay chất lỏng giàn lạnh lấy nhiệt khơng khí chạy qua giàn lạnh Tất mơi chất lỏng chuyển thành giàn lạnh có mơi chất thể vừa gia nhiệt vào máy nén trình lặp lại trước Như để điều khiển nhiệt độ xe, hệ thống điều hịa khơng khí kết hợp két sưởi ấm giàn lạnh đồng thời kết hợp điều chỉnh vị trí cánh hịa trộn vị trí van nước Để điều khiển thơng khí xe, hệ thống điều hịa khơng khí lấy khơng khí bên đưa vào xe nh chênh áp tạo chuyển động xe gọi thơng gió tự nhiên.Sự phân bổ áp suất khơng khí bề mặt xe chuyển động, số nơi có áp suất dương, cịn số nơi khác có áp suất âm Như cửa hút bố trí nơi có áp suất dương cửa xả khí bố trí nơi có áp suất âm Trong hệ thống thơng gió cưỡng bức, người ta sử dụng quạt điện hút khơng khí đưa vào xe Các cửa hút cửa xả khơng khí đặt vị trí hệ thống thơng gió tự nhiên Thơng thường, hệ thống thơng gió dùng chung với hệ thống thơng khí khác (hệ thống điều hồ khơng khí, sưởi ấm) ThS Nguyễn Văn Long Giang CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ TRÊN Ơ TƠ Chức điều hịa khơng khí A Sưởi ấm Hình 2.1: Ngun lý hoạt động sưởi ấm Người ta dùng két sưởi ấm trao đổi nhiệt để làm nóng khơng khí Két sưởi lấy nước làm mát động hâm nóng động dùng nhiệt độ để làm nóng khơng khí nhờ quạt thổi vào xe, nhiệt độ két sưởi thấp nước làm mát nóng lên Do sau động khởi động két sưởi không làm việc sưởi ấm B Làm mát khơng khí Giàn lạnh làm việc trao đổi nhiệt để làm mát khơng khí trước đưa vào xe Khi bật cơng tắc điều hịa khơng khí, máy nén bắt đầu làm việc đẩy mơi chất lạnh (ga điều hịa) tới giàn lạnh Giàn lạnh làm mát nhờ chất làm lạnh sau làm mát khơng khí đư ợc thổi vào xe từ quạt gió Việc làm nóng khơng khí ph ụ thuộc vào nhiệt độ nước làm mát động việc làm mát không khí hồn tồn độc lập với nhiệt độ nước làm mát động Hình 2.2: Nguyên lý hoạt động hệ thống làm mát C Hút ẩm Lượng nước khơng khí tăng lên nhiệt độ khơng khí cao giảm xuống nhiệt độ khơng khí giảm xuống Khi qua giàn lạnh, khơng khí làm mát Hơi nước khơng khí ngưng tụ lại bám vào cánh tản nhiệt giàn lạnh Kết độ ẩm xe bị giảm xuống Nước dính vào cánh tản nhiệt đọng lại thành sương chứa khay xả nước Cuối cùng, nước tháo khỏi khay xe vịi nhỏ Ngồi ba ch ức hệ thống điều hịa khơng khí cịn có chức điều khiển thơng gió xe Việc lấy khơng khí bên đưa vào xe nhờ chênh áp tạo chuyển động xe gọi thơng gió tự nhiên Sự phân bổ áp suất khơng khí bề mặt xe chuyển động hình vẽ, số nơi có áp suất dương, cịn số nơi khác có áp suất âm Như cửa hút bố trí nơi có áp suất dương cửa xả khí bố trí nơi có áp suất âm Trong h ệ thống thơng gió cưỡng bức, người ta sử dụng quạt điện hút khơng khí đưa vào xe Các cửa hút cửa xả khơng khí đặt vị trí hệ thống thơng gió tự nhiên Thơng thường, hệ thống thơng gió dùng chung với hệ thống thơng khí khác (hệ thống điều hồ khơng khí, sưởi ấm) Phân loại điều hịa khơng khí tơ Hệ thống điều hịa khơng khí phân loại theo vị trí lắp đặt theo phương thức điều khiển A Phân loại theo vị trí lắp đặt Kiểu phía trước Giàn lạnh kiểu phía trước gắn sau bảng đồng hồ nối với giàn sưởi Quạt giàn lạnh dẫn động mô tơ quạt Gió từ bên ngồi khơng khí tuần hồn bên vào Khơng khí làm lạnh (hoặc sấy) đưa vào bên Hình 2.3: Kiểu phía trước Kiểu kép Kiểu kép kiểu kết hợp kiểu phía trước với giàn lạnh phía sau đặt khoang hành lý Cấu trúc không cho khơng khí thổi từ phía trước từ phía sau Kiểu kép cho suất lạnh cao nhiệt độ đồng nơi xe Hình 2.4: Kiểu kép Kiểu kép treo trần Kiểu sử dụng xe khách Phía trước bên xe bố trí hệ thống điều hịa kiểu phía trước kết hợp với giàn lạnh treo trần phía sau Kiểu kép treo trần cho suất lạnh cao nhiệt độ phân bố Hình 2.5: Kiểu kép treo trần B Phân loại theo phương pháp điều khiển Kiểu tay Kiểu cho phép điều khiển nhiệt độ tay công tắc nhiệt độ đầu cần gạt Ngồi cịn có cần gạt công tắc điều khiển tốc độ quạt, điềukhiển lượng gió, hướng gió Hình 2.6: Kiểu tay (Khi trời nóng) Kiểu tự động Điều hịa tự động điều khiển nhiệt độ mong muốn, cách trang bị điều khiển điều hòa ECU động Điều hòa tự động điều khiển nhiệt độ khơng khí tốc động quạt cách tự động dựa nhiệt độ bên xe, bên xe, xạ mặt trời báo hộp điều khiển thông qua cảm biến tương ứng, nhằm điều khiển nhiệt độ bên xe theo nhiệt độ mong muốn Hình 2.7: Kiểu tay (Khi trời lạnh) Hình 2.8: Kiểu tự động (Khi trời nóng) Hình 2.9: Kiểu tự động (Khi trời lạnh) Lý thuyết điều hịa khơng khí Để biết hiểu hết nguyên lý làm vi ệc, đặc điểm cấu tạo hệ thống điều hịa khơng khí tơ, ta cần phải tìm hiểu kỹ sở lý thuyết hệ thống điều hịa khơng khí Quy trình làm lạnh mơ tả q trình tách nhiệt khỏi vật thể Đây mục đích hệ thống làm lạnh điều hịa khơng khí Vì hệ thống điều hịa khơng khí hoạt động dựa nguyên lý sau đây: Dòng nhiệt ln truyền từ nơi nóng đến nơi lạnh Khi bị nén chất khí làm tăng nhiệt độ Sự giãn nở thể tích chất khí phân bố lượng nhiệt vùng rộng lớn nhiệt độ chất khí bị giảm xuống Để làm lạnh vật ta phải lấy nhiệt khỏi vật thể Một số lượng lớn nhiệt lượng hấp thụ chất lỏng thay đổi trạng thái biến thành Tất hệ thống điều hịa khơng khí tơ thiết kế dựa sở lý huyết ba đặc tính bản: Dịng nhiệt, hấp thụ, áp suất điểm sơi Dịng nhiệt: Nhiệt truyền từ nơi có nhiệt độ cao (các phần tử có chuyển động mạnh hơn) đến nơi có nhiệt độ thấp (các phần tử có chuyển động yếu hơn).Ví dụ: Một vật nóng 300F đặt cạnh vật nóng có nhiệt độ 800F vật nóng có nhiệt độ 800F truyền nhiệt cho vật 30 0F Sự chênh lệch nhiệt độ lớnthì dịng nhi ệt lưu thơng mạnh Sự truyền nhiệt truyền bằng: Dẫn nhiệt, đối lưu, xạ hay kết hợp ba cách Dẫn nhiệt: Là truyền có hướng nhiệt vật hay dẫn nhiệt xảy hai vật thể chúng tiếp xúc trực tiếp với Ví dụ ta nung nóng đầu thép đầu ấm lên dẫn nhiệt Sự đối lưu: Là truyền nhiệt qua di chuyển chất lỏng hay chất khí làm nóng truyền nhiệt từ vật thể sang vật thể khác nhờ khối khung khí trung gian bao quanh Khi khối khơng khí đun nóng nguồn nhiệt, khơng khí nóng bốc lên phía tiếp xúc với vật thể nguội làm nóng vật thể Trong phịng khơng khí nóng bay lên trên, khơng khí lạnh di chuyển xuống tạo thành vòng luân chuyển khép kín, nhờ vật thể phịng nung nóng đều, tượng đối lưu Sự xạ: Là phát truyền nhiệt dạng tia hồng ngoại, vật khơng có khơng khí ho ặc khơng tiếp xúc với Ta cảm thấy ấm đứng ánh sáng mặt trời hay ánh sáng đèn pha ta đứng gần Đó nhiệt mặt trời hay đèn pha biến thành tia hồng ngoại tia chạm vào vật làm cho phần tử vật chuyển động, gây cho ta cảm giác nóng Tác dụng truyền nhiệt gọi xạ Sự hấp thụ nhiệt: Vật chất tồn ba trạng thái: Thể lỏng, thể rắn, thể khí Muốn thay đổi trạng thái vật thể, cần phải truyền cho nhiệt lượng định Ví dụ ta hạ nhiệt độ nước xuống 320F (00C) nước đóng băng thành đá Nó thay đổi trạng thái từ thể lỏng sang thể rắn Nếu nước đun tới 2120F (1000C), nước sơi bốc (thể khí) Ở đặc biệt thú vị thay đổi nước đá (thể rắn) thành nước thể lỏng nước thành thể khí Trong q trình thay đổi trạng thái nước ta phải tác động nhiệt vào Ví dụ: Khối nước đá nhiệt độ 32 0F ta nung nóng cho tan ra, nước đá tan v ẫn giữ nhiệt độ 32 0F Đun nước nóng đến 212 0F n ước sơi, ta ti ếp tục đun nước bốc nhiệt độ đo 212 0F (1000C) khơng nóng Lượng nhiệt hấp thụ nước sôi, nước đá để làm thay đổi trạng thái nước gọi ẩn nhiệt Áp suất điểm sơi: Áp suất giữ vai trị quan trọng hệ thống điều hịa khơng khí Khi tác động áp suất mặt chất lỏng làm thay đổi điểm sôi chất lỏng Áp suất lớn điểm sơi cao có nghĩa nhiệt độ lúc chất lỏng sôi cao so với mức bình thường Ngược lại giảm áp suất tác động lên vật chất điểm sơi vật chất bị giảm xuống Ví dụ điểm sơi nước nhiệt độ bình thường 100 0C Điểm sơi tăng cao cách tăng áp suất chất lỏng đồng thời hạ thấp điểm sôi cách giảm bớt áp suất chất lỏng hay đặt chất lỏng chân không Đối với điểm ngưng tụ nước, áp suất có tác dụng Trong hệ thống điều hịa khơng khí, hệ thống điện lạnh ô tô áp dụng tượng áp suất bốc ngưng tụ số loại chất lỏng đặc biệt tham gia vào q trình sinh lạnh điều hịa hệ thống Đơn vị đo nhiệt lượng, môi chất lạnh dầu bôi trơn A Đơn vị đo nhiệt lượng Để đo nhiệt lượng truyền từ vật sang vật người ta dùng đơn vị BTU Nếu cần nung Pound nước (0,454 kg) nóng đến 0F (0,550C) phải truyền cho nước BTU nhiệt Năng suất hệ thống nhiệt lạnh ô tô định rõ BTU/giờ, vào khoảng 12000 đến 24000 BTU/giờ.(1BTU= 0,252 cal = 252 kcal), (1 kcal = 4,187 kJ) B Môi chất lạnh Mơi chất lạnh cịn gọi tác nhân lạnh hay ga lạnh hệ thống điều hịa khơng khí phải đạt yêu cầu sau đây: + Mơi chất lạnh phải có điểm sơi thấp 320F (00C) để bốc hấp thụ ẩn nhiệt nhiệt độ thấp Phải có tính chất tương đối trơ, hịa trộn với dầu bơi trơn để tạo thành hóa chất bền vững, khơng ăn mòn kim loại vật liệu khác cao su, nhựa Đồng thời chất làm lạnh phải chất không độc, không cháy, không gây nổ, không sinh ph ản ứng phá hủy môi sinh mơi trường xả vào khí Phân loại kí hiệu mơi chất lạnh Các freon: Là cacbuahydro no chưa no mà nguyên tử hydro thay phần toàn nguyên tử clo, flo brom R (refrigerant): Chất làm lạnh, mơi chất lạnh Các đồng phân có thêm chữ a, b để phân biệt Ví dụ R-134a Các olefin có số đứng trước chữ số Ví dụ C3F6 kí hiệu R1216 Các hợp chất có cấu trúc mạch vịng thêm chữ C.Ví dụ C4H8 RC138 Các chất vơ cơ: Kí hiệu R7M, với M phân tử lượng làm trịn chất đó.Ví dụ NH3 kí hiệu R717 Mơi chất lạnh R-12 Môi chất lạnh R-12 h ợp chất cacbon, Clo flo có cơng thức hóa học CCl2F2(CFC) Nó chất khí khơng màu nặng khơng khí bốn lần 300C, có mùi thơm nhẹ, có điểm sơi 21,70C (-29,80C), áp suất bốc 30 PSI b ộ ngưng tụ 150 -300 PSI, có nhi ệt lượng ẩn để bốc 70 BTU Pound R-12 dễ hòa tan dầu khống chất, khơng tham gia phản ứng với kim loại, ống mềm đệm kín sử dụng hệ thống Cùng với đặc tính có khả lưu thông xuyên suốt hệ thống ống dẫn khơng bị làm giảm hiệu suất, đặc điểm làm cho R-12 môi ch ất lý tưởng sử dụng hệ thống điều hịa tơ Tuy nhiên R-12 lại có đặc tính phá hủy tầng ôzôn gây hiệu ứng nhà kính, phân t bay lên bầu khí trước phân giải, bầu khí quyển, nguyên tử clo tham gia phản ứng hóa học với ngun tử O3 tầng ơzơn khí Do ngày mơi chất lạnh R12 bị cấm sử dụng lưu hành thị trường Hình 2.10: Sự phá hủy tầng ôzôn CFC Môi chất lạnh R-134a Mơi chất lạnh R134a có cơng thức hóa học CF3- CH2F (HFC) Do thành phần hợp chất khơng có chứa clo nên lý cốt yếu mà ngành công nghiệp ô tô chuyển từ việc sử dụng môi chất lạnh R-12 sang sử dụng mơi chất lạnh R134a Các đặc tính, mối quan hệ áp suất nhiệt độ môi chất R134a có ểm sơi -15,20F (26,90C), có lượng nhiệt ẩn để bốc 77,74 BTU/Pound Điểm sôi cao so với môi chất R-12 nên hiệu suất có phần khơng so với R-12 Vì hệ thống điều hịa khơng khí tơ dùng môi ch ất lạnh R 134a thiết kế với áp su ất bơm cao hơn, đồng thời phải tăng khối lượng lớn khơng khí giải nhiệt thổi xun qua giàn nóng (bộ ngưng tụ) R134a có nhược điểm khơng kết hợp với dầu khống dùng để bôi trơn hệ thống Đồ thị mô tả mối quan hệ áp suất nhiệt độ Đồ thị điểm sôi R134a cặp giá trị nhiệt độ áp suất Phần diện tích đường cong áp suất biểu diễn R134a trạng thái khí phần diện tích đường cong áp suất biểu diễn R134a trạng thái lỏng Ga lạnh thể khí chuyển sang thể lỏng cách tăng áp suất mà không cần thay đổi nhiệt độ giảm nhiệt độ mà không cần thay đổi áp su ất Ngược lại ga lỏng chuyển sang ga khí cách giảm áp suất mà khơng cần thay đổi nhiệt độ tăng nhiệt độ mà khơng cần thay đổi áp suất Hình 2.11: Đường cong áp suất môi chất lạnh R-134a Khi thay mơi chất lạnh R-12 hệ thống điều hịa khơng khí mơi chất R134a phải thay đổi phận hệ thống khơng phù hợp với R134a, phải thay đổi dầu bôi trơn, chất khử ẩm hệ thống Dầu bôi trơn chuyên dùng với môi chất lạnh R134a chất bôi trơn tổng hợp polyalkalineglycol (PAG) hay polyolester (POE) Hai chất khơng hịa trộn với mơi chất lạnh R-12 Ta phân biệt hai mơi chất lạnh R-12 R134a thơng thường ghi rõ dán phận hệ thống C Dầu bôi trơn Tùy theo quy định nhà chế tạo lượng dầu bôi trơn vào khoảng 150-200 ml nạp vào máy nén nhằm đảm bảo chức sau : Bôi trơn chi tiết máy nén tránh mòn két cứng , phần dầu nhờn h òa trộn với môi chất lạnh lưu thông khắp nơi hệ thống , giúp van giãn nở hoạt động xác , bôi trơn cổ trục máy nén Dầu bôi trơn máy nén phải tinh khiết không sủi bọt, không lẫn lưu huỳnh Dầu bôi trơn máy nén kh ơng có mùi, suốt màu vàng nhạt Khi bị lẫn tạp chất có màu nâu đen Vì phát dầu bơi trơn hệ thống điện lạnh đổi sang màu nâu đen, dầu bị nhiễm bẩn Nó cần xả thay dầu theo chủng loại dung lượng quy định Chủng loại độ nhớt dầu bôi trơn máy nén tùy thuộc vào quy định nhà chế tạo máy nén tùy thuộc vào lượng môi chất lạnh sử dụng hệ thống Dầu nhờn hị a ta với mơi chất lạnh lưu thông xuyên suốt hệ thống , bên phận có dầu bơi trơn tháo rời phận khỏi hệ thống Lượng dầu bôi trơn phải cho thêm sau thay phận quy định nhà chế tạo ... nhiên Thơng thường, hệ thống thơng gió dùng chung với hệ thống thơng khí khác (hệ thống điều hồ khơng khí, sưởi ấm) Phân loại điều hịa khơng khí tơ Hệ thống điều hịa khơng khí phân loại theo vị... thấp điểm sôi cách giảm bớt áp suất chất lỏng hay đặt chất lỏng chân không Đối với điểm ngưng tụ nước, áp suất có tác dụng Trong hệ thống điều hịa khơng khí, hệ thống điện lạnh ô tô áp dụng tượng... với môi chất lạnh lưu thông khắp nơi hệ thống , giúp van giãn nở hoạt động xác , bôi trơn cổ trục máy nén Dầu bôi trơn máy nén phải tinh khiết không sủi bọt, không lẫn lưu huỳnh Dầu bôi trơn