Giáo trình Điều hòa không khí ô tô (Ngành Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí)

UBND TỈNH HẢI PHỊNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHIỆP HẢI PHỊNG Giáo trình: Điều hịa khơng khí tơ Chun ngành: Kỹ thuật máy lạnh điều hịa khơng khí (Lưu hành nội bộ) HẢI PHÒNG TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đich khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm MỤC LỤC   Khái qt điều hịa khơng khí tơ: 1.1 Lịch sử hình thành hệ thống điều hịa khơng khí: 1.2 Ứng dụng hệ thống lạnh ô tô 1.2.1 Hệ thống điều hòa xe khách: 1.2.2 Hệ thống điều hịa khơng khí xe tải, du lịch: 1.3 Điều hịa khơng khí: 1.3.1 1.3.1.1 Nguyên lý: 1.3.1.2 Các loại sưởi: 1.3.2 Hệ thống làm lạnh: 1.3.2.1 Lý thuyết việc làm lạnh: 1.3.2.2 Môi chất làm lạnh (ga lạnh): 1.3.2.3 Đặc điểm R-134a 10 1.3.2.4 Nguyên lý làm lạnh ô tô: 11 1.3.2.5 Bộ thơng gió: 14 1.3.2.6 Kết cấu hệ thống lạnh: 15 1.3.3 Các thiết bị chống đóng băng: 24 1.3.4 Thiết bị chống chết máy (Bộ ổn định tốc độ động cơ) 26 1.3.5 Thiết bị bù không tải 26 1.3.6 Hê thống bảo vệ máy nén: 28 1.3.7 Hê thống điều khiển máy nén hai giai đoạn (Chức kinh tế): 28 1.3.8 Hê thống điều khiển quạt điện ba giai đoạn: 29 1.3.9 Công tắt nhiệt độ môi chất lạnh: 29 Hệ thống điều hịa khơng khí hoạt động 30 2.1 Hệ thống sưởi ấm: Các loại điều hịa khơng khí hoạt động 30 2.1.1 Phân loại theo vị trí lắp đặt điều hịa: 30 2.1.2 Phân loại theo chức năng: 31 2.1.3 Hoạt động hệ thống: 33 Hệ thống điều hịa khơng khí tự động xe du lịch: 37 3.1 Khái qt hệ thống điều hịa khơng khí tự động: 37 3.2 3.2.1 Các cảm biến: 38 3.2.2 Các điều khiển: 42 3.2.3 Bộ chấp hành: 42 Hệ thống điều hòa tự động điều khiển khuếch đại: 43 4.1 Khái quát hệ thống điều khiển tự động: 43 4.2 Điều khiển nhiệt độ 45 4.2.1 Cấu tạo: 45 4.2.2 Hoạt động: 47 4.3 Điều khiển tốc độ quạt thổi: 49 4.3.1 Cấu tạo 49 4.3.2 Hoạt động: 50 4.4 Các phận chức chính: 38 Điều khiển chế độ dịng khí (điều khiển khí ra): 52 4.4.1 Cấu tạo: 52 4.4.2 Hoạt động: 53 Loại điều khiển vi xử lý: 57 5.1 Mô tả 57 5.2 Khái quát hệ thống 57 5.3 Nhiệt độ khí (Temperature Air out_TAO) cần thiết: 58 5.4 Điều khiển nhiệt độ 59 5.5 Điều khiển quạt thổi 61 5.5.1 Cấu tạo: 61 5.5.2 Hoạt động: 61 5.6 Điều khiển chế độ dịng khí 67 5.6.1 Cấu tạo: 67 5.6.2 Hoạt động 67 Tài liệu tham khảo: 72   Khái quát điều hịa khơng khí tơ: 1.1 Lịch sử hình thành hệ thống điều hịa khơng khí: 1.2 Ứng dụng hệ thống lạnh ô tô: 1.2.1 Hệ thống điều hòa xe khách: 1.2.2 Hệ thống điều hịa khơng khí xe tải, du lịch: Hình 1.1 Bộ sưởi Hình 1.2 Hệ thống làm lạnh 1.3 Điều hịa khơng khí: Hệ thống điều hịa khơng khí ô tô thiết bị sử dụng để tạo khơng gian vi khí hậu thoải mái cho người lái xe khách ngồi ô tô Hệ thống điều hịa khơng khí thuật ngữ chung dùng để thiết bị đảm bảo khơng khí phịng nhiệt độ độ ẩm thích hợp Khi nhiệt độ phòng cao, nhiệt lấy để giảm nhiệt độ (gọi “sự làm lạnh”) ngược lại nhiệt độ phòng thấp, nhiệt cung cấp để tăng nhiệt độ (gọi “sưởi”) Mặt khác, nước thêm vào hay lấy khỏi không khí để đảm bảo độ ẩm phịng mức độ phù hợp Vì lý này, thiết bị thực việc điều hịa khơng khí gồm thối thiểu làm lạnh, sưởi, điều khiển độ ẩm thơng gió Hệ thống điều hịa khơng khí ơtơ nói chung bao gồm lạnh (hệ thống làm lạnh), sưởi, điều khiển độ ẩm thông gió Chức hệ thống điều hịa khơng khí: Điều khiển nhiệt độ Điều khiển lưu lượng khơng khí Điều khiển độ ẩm Lọc khơng khí 1.3.1 Hệ thống sưởi ấm: Một thiết bị sấy khơng khí xe hay hút khí bên ngồi vào bên khoang hành khách Có nhiều loại sưởi khác bao gồm: sưởi dùng nhiệt từ nước làm mát động cơ, dùng nhiệt từ khí cháy dùng nhiệt từ khí xả Tuy nhiên, người ta thường sử dụng sưởi dùng nước làm mát 1.3.1.1 Nguyên lý: Trong hệ thống sưởi sử dụng nước làm mát, nước làm mát tuần hoàn qua két sưởi làm cho đường ống sưởi nóng lên Sau quạt gió thổi khơng khí qua két nước sưởi để sấy nóng khơng khí Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động sưởi Tất nhiên, nước làm mát đóng vai trị nguồn nhiệt nên két sưởi khơng nóng lên động cịn nguội Vì vậy, nhiệt độ khơng khí thổi qua sưởi không tăng 1.3.1.2 Các loại sưởi: Có hai loại sưởi dùng nước làm mát phụ thuộc vào hệ thống sử dụng để điều khiển nhiệt độ Loại thứ loại trộn khí loại thứ hai loại điều khiển lưu lượng nước a Kiểu trộn khí: Kiểu dùng van để điều khiển trộn khí để thay đổi nhiệt độ khơng khí cách điều khiển tỉ lệ lạnh qua két sưởi tỷ lệ khí lạnh khơng qua két sưởi Ngày nay, kiểu trộn khí sử dụng phổ biến Hình 1.4 Ngun lý hoạt động cánh trộn khí b Loại điều khiển lưu lượng nước: Kiểu điều khiển nhiệt độ khơng khí cách điều chỉnh lưu lượng nước làm mát động (nước nóng) qua két sưởi nhờ van nước, thay đổi nhiệt độ két sưởi điều chỉnh nhiệt độ khơng khí lạnh thổi qua két sưởi Hình 1.5 Nguyên lý hoạt động điều khiển lưu lượng nước Van nước lắp bên mạch nước làm mát động điều khiển lượng nước làm mát qua két sưởi.N gười lái điều khiển van nước cách di chuyển cần điều khiển bảng táplơ Hình 1.6 Van nước 10  Điều khiển chế độ dịng khí  Điều khiển máy nén Các hệ thống điều khiển hoạt động cần gạt hay cơng tắc bảng điều khiển điều hịa khơng khí tự động điều khiển khuếch đại  Công tắc hay cần gạt điều khiển nhiệt độ: dùng để đặt nhiệt độ xe mong muốn  Công tắc tự động: bật, công tắt kích hoạt hệ thống điều khiển tự động đồng thời hiển thị trạng thái hoạt động đèn báo Hình 5.2 Bảng điều khiển hệ thống điều hịa khơng khí tự động loại vi xử lý 5.3 Nhiệt độ khí (Temperature Air out_TAO) cần thiết: Hình 5.3 Sơ đồ tính tốn nhiệt độ TAO 62 TAO nhiệt độ khí cần thổi để giữ cho nhiệt độ xe giá trị đặt trước TAO tính toán vi xử lý đặt khuếch đại điều hịa khơng khí tự động dựa trạng thái công tắc hay cần gạt điều khiển nhiệt độ tín hiệu từ cảm biến Từ thơng số TAO này, điều hịa khơng khí tự động điều khiển vi xử lý gửi tín hiệu dẫn động phát từ khuếch đại đến mơtơservo quạt thổi TAO tính tốn công thức: TAO = AxTSET – BxTR – CxTAM – DxTS +E Trong đó: TSET: nhiệt độ đặt trước TR: nhiệt độ khí xe TAM: nhiệt độ mơi trường TS: xạ mặt trời A đến E số Nếu công tắc hay cần điều khiển nhiệt độ đặt vị trí MAX COOL hay MAX WARM, vi xử lý dùng giá trị cố định thay thực phép tính Điều khiển nhiệt độ: 5.4 Hệ thống điều khiển nhiệt độ hệ thống có cấu tạo gần giống hệ thống điều hịa khơng khí tự động điều khiển khuếch đại, ngoại trừ có thêm:  Cảm biến giàn lạnh  Một khuếch đại cho môtơ servo điều khiển hịa trộn khí  Một cơng tắc chương trình, cơng tắt điều khiển quạt thổi, khơng lắp mơtơ servo điều khiển hịa trộn khí 63 Hình 5.4 Sơ đồ điều khiển nhiệt độ Bộ vi xử lý lắp khuếch đại điều hịa khơng khí tự động tính tốn độ mở (SW) cánh điều khiển hịa trộn khí dựa TAO tính tốn tín hiệu (TE) từ cảm biến giàn lạnh sau: SW  TAO  A  TE  B 100% C  TE  B A đến C số SP góc mở thực tế cánh điều khiển hịa trộn khí Giá trị phụ thuộc vào tín hiệu từ cực TP Bộ vi xử lý so sánh giá trị SP với SW theo điều khiển mơtơ servo điều khiển hịa trộn khí Bộ khuếch đại mơtơ servo điều khiển hịa trộn khí xác định hướng tác dụng lực dẫn động mơ tơ servo điều khiển hịa trộn khí, điều khiển nhiệt độ khí vào a Trường hợp 1: Khi SW gần SP SW gần SP, TAO gần TE Lúc này, vi xử lý lắp bên khuếch đại điều hịa khơng khí tự động tắt TR1 TR2, ngăn khơng cho khuếch đại mơtơ servo hịa trộn khí cấp dịng điện đến mơtơ servo điều khiển hịa trộn khí, làm cánh điều khiển hịa trộn khí giữ nguyên vị trí 64 b Trường hợp 2: Khi SW nhỏ SP SW nhỏ SP TAO nhỏ TE Lúc vi xử lý lắp khuếch đại điều hịa khơng khí tự động bật TR1, tắt TR2, cho phép khuếch đại mơtơ servo điều khiển hịa trộn khí cấp dịng điện đến mơtơ servo điều khiển hịa trộn khí, làm mơtơ quay sang phía COOL, dịch chuyển cánh điều khiển hịa trộn khí để hạ thấp nhiệt độ khí thổi Chiết áp lắp bên mơtơ servo điều khiển hịa trộn khí phát mức độ dịch chuyển thực tế cánh điều khiển hòa trộn khí (SP) Nếu giá trị thu với SW vi xử lý tắt TR1 để dừng môtơ servo c Trường hợp 3: Khi SW lớn SP SW lớn SP TAO lớn hớn TE Lúc vi xử lý lắp khuếch đại điều hịa khơng khí tự động bật TR2, tắt TR1, cho phép khuếch đại môtơ servo điều khiển hịa trộn khí cấp dịng điện đến mơtơ servo điều khiển hịa trộn khí, làm mơtơ quay sang phía WARM, dịch chuyển cánh điều khiển hịa trộn khí để nâng nhiệt độ khí thổi Chiết áp lắp bên mơtơ servo điều khiển hịa trộn khí phát mức độ dịch chuyển thực tế cánh điều khiển hịa trộn khí (SP) Nếu giá trị thu với SW vi xử lý tắt TR2 để dừng môtơ servo 5.5 Điều khiển quạt thổi 5.5.1 Cấu tạo: Giống điều khiển quạt thổi dùng cho điều hịa khơng khí tự động điều khiển khuếch đại, công tắc điều khiển tốc độ quạt thổi nối với cánh điều khiển hòa trộn khí tự động thay đổi tốc độ quạt thổi công tắt nhiệt độ nước làm mát dùng để điều khiển hâm nóng Các chi tiết tương ứng hệ thống điều khiển tốc độ quạt thổi gồm:  Công tắt điều tốc độ quạt thổi:Bộ khuếch đại điều hịa khơng khí tự động, điện trở quạt thổi, transistor nguồn Transistor nguồn thay đổi dòng điện qua mơtơ quạt phụ thuộc vào tín hiệu dẫn động quạt thổi từ cực BLW khuếch đại điều hịa khơng khí tự động, làm thay đổi tốc độ quạt Transistor nguồm có cầu chì, bị nóng chảy 1140C để bảo vệ transistor nguồn tránh hư hỏng q nóng  Cơng tắc nhiệt độ nước/cảm biển nhiệt độ nước làm mát 5.5.2 Hoạt động: 5.5.2.1 Điều khiển tự động: 65 Chức điều khiển tự động điều khiển tốc độ quạt thổi giống điều khiển nhiệt độ dựa giá trị TAO Khi công tắc AUTO bật, khuếch đại điều hịa khơng khí tự động điều khiển tốc độ quạt thổi theo giá trị thời TAO theo đồ thị: Hình 5.5 Đồ thị mơ tả điều khiển tốc độ quạt theo TAO a Trường hợp 1: Hoạt động tốc độ thấp 66 Hình 5.6 Sơ đồ hệ thống diều khiển tự động tốc độ quạt tốc độ thấp Khi công tắc AUTO bật, vi xử lý bật TR1 để kích hoạt rơle sưởi, cho phép dòng điện chạy từ ắc quy đến rơle sưởi, sau đến mơtơ quạt đến điện trở quạt nối đất, mô tơ quạt chạy tốc độ thấp Lúc này, đèn AUTO đèn tốc độ thấp L0 sáng b Trường hợp 2: Hoạt động từ tốc độ trung bình đến cao 67 Hình 5.7 Sơ đồ hệ thống diều khiển tự động tốc độ quạt tốc độ trung bình đến cao Bộ vi xử lý phát tín hiệu dẫn động quạt thổi khí, tốc độ tính tốn từ giá trị TAO đến transitor nguồn qua cực BLW Dòng điện chạy từ Acquy đến rơle sưởi, đến motơ quạt, đến transitor nguồn điện trở quạt thổi nối đất Do đó, làm cho mơtơ quạt thổi chạy tốc độ tương ứng với tín hiệu dẫn động quạt Cùng lúc đó, đèn AUTO sáng với đèn L0, M1, M2 hay HI tùy theo trường hợp Tín hiêu đến cực VM khuếch đại điều hòa khơng khí tự động từ transistor nguồn tín hiệu phản hồi tốc độ quạt thổi Bộ vi xử lý dùng tín hiệu để hiệu chỉnh tín hiệu dẫn động quạt c Trường hợp 3: Hoạt động tốc độ đặt biệt cao 68 Hình 5.8 Sơ đồ hệ thống diều khiển tự động tốc độ quạt tốc độ đặt biệt cao Bộ vi xử lý bật TR1 TR2 để kích hoạt rơle sưởi rơle quạt Vì vậy, dịng điện chạy từ Ắc quy đến rơle sưởi, sau đến mơtơ quạt, đến rơle quạt nối đất, làm cho môtơ quạt thổi chạy tốc độ đặt biệt cao Lúc đèn AUTO đèn HI sáng lên 5.5.2.2 Điều khiển hâm nóng Chức điều khiển hâm điều hịa khơng khí tự động điều khiển vi xử lý dùng cảm biến nhiệt độ nước làm mát để phát nhiệt độ nước làm mát động Môtơ quạt thổi khí tắt nhiệt độ nước làm mát đạt giá trị 300C đến 400C (tùy theo kiểu xe) Khi nhiệt độ nước làm mát vượt 300C đến 400C rơle sưởi ấm bật làm cho môtơ quạt thổi hoạt động Chức hoạt động công tắt AUTO bảng điều khiển bật chế độ dịng khí đặt FOOT hay BI-LEVEL 5.5.2.3 Điều khiển dịng khí trễ Điều hịa khơng khí xe đỗ trời nóng thời gian dài ln thổi khí nóng sau hoạt động Chức điều khiển dịng khí trễ ngăn không cho điều 69 xảy Chức điều khiển dựa nhiệt độ bên làm mátdo cảm biến giàn lạnh phát thực động khởi động với điều kiện sau:  Máy nén hoạt động  Công tắc AUTO bật  Chế độ dịng khí đặt FACE, hay bật Bi-LEVEL Hình 5.9 Sơ đồ hệ thống điều khiển hâm nóng a Trường hợp 1: nhiệt độ làm mát 300C Trường hợp hệ thống điều khiển theo sơ đồ sau: Hình 5.10 Đồ thị quan hệ tốc độ quạt thổi theo thời gian 70 Chức điều khiển dịng khí trễ tắt mơtơ quạt thổi khí để tắt thời gian giây máy nén chạy, làm mát khơng khí bên làm mát Sau thời gian 5s, hệ thống bật quạt thổi tốc độ thấp L0 để thổi khí mát làm mát vào khoang hành khách Trường hợp 2: nhiệt độ làm mát 300C b Trường hợp hệ thống điều khiển theo sơ đồ sau: Hình 5.11 Đồ thị quan hệ tốc độ quạt thổi theo thời gian Hệ thống điều khiển thời gian trễ cho quạt thổi với tốc độ thấp L0 thời gian 5s 5.6 Điều khiển chế độ dịng khí 5.6.1 Cấu tạo: Hệ thống điều khiển chế độ dịng khí cho loại điều khiển vi xử lý có cấu tạo giống với điều hịa khơng khí tự động điều khiển khuếch đại 5.6.2 Hoạt động 5.6.2.1 Điều khiển tự động Tương tự điều khiển nhiệt độ tốc độ quạt, chức tự động điều khiển chế độ dịng khí thổi theo số TAO Khi bật công tắt AUTO bảng điều khiển, vi xử lý tự động nhận thông tin tự động điều khiển chế độ dịng khí theo số TAO sau: 71 Hình 12 Sơ đồ hệ thống điều khiển chế độ dòng khí theo số TAO a Trường hợp 1: Khi số TAO thay đổi từ thấp đến cao Hình 5.13 Sơ đồ hệ thống điều khiển chế độ dòng khí trường hợp 72 Khi số TAO thấp, tiếp điểm động môtơ servo điều khiển chế độ dịng khí đặt vị trí FACE Khi TAO thay đổi từ thấp đến cao, vi xử lý bật TR1 Như vậy, đầu vào B mạch dẫn động mơtơ điều khiển chế độ dịng khí “0” tạo thành mạch nối đất đầu vào A “1” mạch hở Điều làm tín hiệu “1” phát đầu D “0” đầu C mạch dẫn động, cho phép dòng điện từ đầu D đến mơtơ, sau đến đầu C, làm cho môtơ hoạt động, kéo tiếp điểm động khỏi tiếp điểm FOOT sau dừng lại, đặt hệ thống vào chế chế độ FOOT Lúc này, bật TR1 để bật đèn báo FOOT bảng điều khiển b Trường hợp 2: Khi số TAO thay đổi từ cao đến trung bình Hình 5.14 Sơ đồ mạch điều khiển chế độ dịng khí trường hợp Tiếp động mơtơ servo điều khiển chế độ dịng khí vị trí BI-LEVEL Khi TAO thay đổi từ cao đến trung bình, vi xử lý bật TR3 73 Đầu vào A mạch dẫn động mơtơ điều khiển chế độ dịng khí “0” tạo thành mạch nối đất đầu vào B “1” mạch hở Điều làm tín hiệu “1” phát đầu C “0” đầu D mạch dẫn động, cho phép dịng điện từ đầu C đến mơtơ, sau đến đầu D, làm cho mơtơ hoạt động, kéo tiếp điểm động khỏi tiếp điểm BI-LEVEL sau dừng lại, đặt hệ thống vào chế chế độ BI-LEVEL Lúc này, bật đèn báo BI-LEVEL bảng điều khiển c Trường hợp 3: Khi số TAO thay đổi từ trung bình đến thấp Hình 5.15 Sơ đồ mạch điều khiển chế độ dịng khí trường hợp Tiếp động môtơ servo điều khiển chế độ dịng khí vị trí BI-LEVEL Khi TAO thay đổi từ trung bình đến thấp, vi xử lý bật TR3 Đầu vào A mạch dẫn động mơtơ điều khiển chế độ dịng khí “0” tạo thành mạch nối đất đầu vào B “1” mạch hở Điều làm tín hiệu “1” phát đầu C “0” đầu D mạch dẫn động, cho phép dòng điện từ đầu C đến mơtơ, sau đến đầu D, làm cho môtơ hoạt 74 động, kéo tiếp điểm động khỏi tiếp điểm FACE sau dừng lại, đặt hệ thống vào chế chế độ FACE Lúc này, bật đèn báo FACE bảng điều khiển 5.6.2.2 Điều khiển máy nén: Nhấn công tắc AUTO bảng điều khiển tự động bật ly hợp từ khởi động máy nén Ly hợp từ bật tắt phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường hay nhiệt độ gian lạnh 5.6.2.3 Kết nối với ECU động Nhằm mục đích điều khiển loại điều hịa khơng khí hay động khác nhau, xe có lắp hệ thống TCCS trao đổi tín hiệu ECU động khuếch điều hịa khơng khí a Tín hiệu A/C Tín hiệu gửi từ khuếch đại đến ECU động ly hợp từ hoạt động hay công tắt A/C bật b Tín hiệu ACT (cắt điều hịa khơng khí) ECU động gửi tín hiệu ACT đến khuếch đại điều hịa khơng khí để nhả ly hợp từ máy nén nhằm ngừng hoạt động điều hịa khơng khí tốc độ xe ,áp suất đường ống nạp, tốc độ động hay góc mở bướm ga định Điều hịa khơng khí bị cắt tăng tốc đột ngột từ tốc độ động thấp nhằm đảm bảo tính tăng tốc tốt Điều hịa khơng khí tắt động hoạt động không tải tốc độ thấp tốc độ định trước, tránh cho động khỏi chết máy Trong số kiểu động cơ, hoạt động ly hợp từ bị trễ thời gian định sau bật công tắt điều hịa khơng khí Trong thời gian ECU động mở van ISC để bù lại suy giảm tốc độ hoạt động máy nén điều hịa khơng khí 75 Hình 5.16 Sơ đồ mạch điều khiển máy nén Trong số trường hợp ECU động điều khiển ly hợp từ máy nén A/C dựa tín hiệu A/C đo khuếch đại điều hịa khơng khí phát Hình 5.17 Sơ đồ mạch điều khiển máy nén từ tín hiệu A/C   Tài liệu tham khảo: [1] Heater and Air Conditioning System, Toyota Service Training [2] Automatic Air Conditioning System, Toyota Service Training [3] Jesse N Lawrence, Refrigeration Fundamentals Throughout History: Methods Used to Obtain Colder Temperatures, and Principles Governing Them 76 ... thống làm lạnh: Hệ thống làm lạnh thiết bị để làm lạnh làm khô không khí xe khơng khí hút từ ngồi vào nhằm tạo bầu khơng khí dễ chịu xe 1.3.2.1 Lý thuyết việc làm lạnh: Ta cảm thấy lạnh sau bơi... trộn khí 2.1.3.1 Nguyên lý hoạt động: Việc điều chỉnh nhiệt độ thay đổi khí vào ra…, thực cách dùng cần gạt bảng điều khiển a Van khí vào điều khiển cần điều khiển khí vào định dùng khơng khí. .. trên, công tắt điều khiển tốc độ thổi khí, cơng tắt điều khiển chế độ thổi công tắt điều khiển van nước hoạt động với cánh điều khiển hòa trộn khí mơtơ servo điều khiển hịa trộn khí, cho phép điều