Hệ thống điều hòa không khíđiều khiển tự động (ATC) là một hệ thống gồm các bộ cảm biến và các bộ điều khiển, cho phép ng ười lái xe thiết đặt một nhiệt độ mong muốn tại đầu điều khiển, sau đó các hệ thống tự điều chỉnh và duy trì nhiệt độ đó một cách tự động. Hầu hết các hệ thống ATC dựa trên nền tảng của hệ thống điều hòa không khí thông thường cộng với sự điều khiển tự động. Bộ phận điều khiển tự động này có thể dịch chuyển cửa hỗn hợp nhiệt độ, điều chỉnh tốc độ quạt gió, thay đổi cửa chức năng và sự bố trí cổng nạp khí vào.
Ta có sơ đồ điều khiển như sau:
H.1.49. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển tự động
1.Bảng điều khiển;2.Cảm biến áp suất hệ thống; 3.Cảm biến nhiệt độ ngoài trời;
4.Cảm biến nhiệt độ giàn lạnh; 5. Cảm biến nhiệt độ động c ơ;6.Cảm biến nhiệt độ
Nguyên lý điều khiển: ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến và tín hiệu điều khiển do người sử dụng cài đặt từ đó so sánh với chế độ chuẩn đãđược lập trình sẵn đưa ra các thông số điều khiển. Các tín hiệu điều khiển đ ược ECU gửi đi qua các bộ khuếch đại để khuếch đại tín hiệu tr ước khi đến các Motor sevor có nhiệm vụ điều khiển các cửa chức năng.
Các loại cảm biến ở trong hệ thống điều khiển ATC đều sử dụng các cảm biến nhiệt điện gọi là nhiệt điện trở. Nhiệt điện trở là một điện trở mà giá trị sẽ thay đổi tỷ lệ nghịch với sự thay đổi của nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng thìđiện trở sẽ giảm xuống và ngược lại- những giá trị này thay đổi ở một tỷ lệ đãđược xác định.
H.1.50. Bảng điều khiển tự động
1, 8. Chế độ tự động trái, phải; 7, 15. Tăng, giảm nhiệt độ phải; 2, 9. Tăng, giảm nhiệt độ trái; 10, 14. Điều chình phân phối khí;
3. Chế độ DEF; 11. Chế độ ECONOMY
4. Không khí tuần hoàn; 12. Điều chỉnh tốc độ quạt gió;
5. Chế độ sưởi ấm; 13. Lượng nhiệt dự trữ.
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHÂN LOẠI
HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ ÔTÔ
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Kỹ thuật điều hòa không khí là ngành khoa học nghiên cứu các phương pháp, công nghệ và thiết bị để tạo ra và duy trì một môi trường không khí phù hợp với công nghệ sản xuất, chế biến hoặc thuận tiện cho sinh hoạt của con ng ười. Các đại lượng cần tạo ra, duy trì và khống chế trong hệ thống điều hòa không khí bao gồm: nhiệt độ, độ ẩm, sự lưu thông và tuần hoàn của không khí, khử bụi, tiếng ồn, khí độc hại và vi khuẩn, …
Một hệ thống điều không khí đúng nghĩa là hệ thống có thể duy trì trạng thái của không khí trong không gian cần điều hòa – trong vùng quy định nào đó. Nó không chịu ảnh hưởng bởi sự thay đổi của điều khí hậu bên ngoài hoặc sự thay đổi của phụ tải bên trong. Từ đó ta thấy rằng, có một mối liên hệ mật thiết giữa điều kiện thời tiết bên ngoài không gian cần điều hòa với chế độ hoạt động và các đặc điểm cấu tạo của hệ thống điều hòa không khí.
Khi xét đến sự ảnh hưởng của môi trường không khí tác động đến con ng ười, thì qua thực nghiệm cho thấy: con ng ười sẽ có cảm giác dễ chịu, thoải mái trong vùng nhiệt độ khoảng từ 220C ÷ 270C,ở 270C tương ứng với độ ẩm tương đối của không khí xung quanh – thông số này quyết định đến mức độ bay h ơi nước từ cơ thể ra ngoài môi trường là 50% và tốc độ chuyển động của dòng không khí xung quanh -ảnh hưởng đến lượng hơi ẩm thoát ra từ cơ thể sẽ nhiều hay ít là 0,25 m/s. Tuy vậy, khi chọn tốc độ dòng không khí phải lưu ý đến sự tương thích với nhiệt độ, độ ẩm, khi nhiệt độ tăng thì tốc độ dòng không khí cũng tăng, điều này sẽ ảnh hưởng đến sự thoải mái và cảm giác dễ chịu của con ng ười.
Đặc điểm của vùng tiểu khí hậu trong xe là sự tuần hoàn của không khí. Tốc độ luân chuyển dưới 0,1m/slà không phù hợp với lái xe.
Độ ẩm tương đối trong xe cũng là nột yếu tố quan trọng, nhất là khi xe chở đông người thích hợp là 30 ÷ 60%.
Lượng bụi, khí CO2, hơi nhiên liệu, khí xả trong không khí ở cabin cũng không được quá giới hạn cho phép.
Ngày nay, cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, nền công nghiệp ôtô đã và đang rất phát triển. Những xe ra đời sau n ày được cải tiến tiện nghi, an toàn và hiện đại hơn những chiếc xe đời cũ nhằm mang lại sự thoải mái cho ng ười sử dụng, bởi vậy điều hòa không khí là một hệ thống không thể thiếu trên các xe du lịch ngày nay. Máy điều hòa nhiệt độ điều chỉnh không khí trong xe mát mẻ hoặc ấm áp; ẩm ướt hoặc khô ráo, làm sạch bụi, khử mùi; đặc biệt rất có lợi ở những n ơi thời tiết nóng bức hoặc khi bị kẹt xe tr ên đường dài. Và là một trang bị cần thiết giúp cho người lái xe điều khiển xe an toàn.
2.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÊN Ô TÔ
Để có thể biết và hiểu được hết nguyên lý làm việc, đặc điểm cấu tạo của hệ thống điều hòa không khí trên ôtô, ta cần phải tìm hiểu kỹ hơn về cơ sở lý thuyết căn bản của hệ thống điều hòa không khí.
H.2.1. Các nguồn nhiệt trên xe
Qui trình làm lạnh được mô tả như là một hoạt động tách nhiệt ra khỏi vật thể- đây cũng chính là mục đích chính của hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí.
Vậy nên, hệ thống điều hòa không khí hoạt động dựa trên những nguyên lý cơ bản sau:
- Dòng nhiệt luôn truyền từ nơi nóng đến nơi lạnh. - Khi bị nén chất khí sẽ làm tăng nhiệt độ.
- Sự giãn nở thể tích của chất khí sẽ phân bố năng l ượng nhiệt ra khắp một vùng rộng lớn và nhiệt độ của chất khí đó sẽ bị hạ thấp xuống.
- Để làm lạnh một người hay một vật thể, phải lấy nhiệt ra khỏi ng ười hay vật thể đó.
- Một số lượng lớn nhiệt lượng được hấp thụ khi một chất lỏng thay đổi trạng thái biến thành hơi.
Tất cả các hệ thống điều không khí ôtô đều đ ược thiết kế dựa trên Cơ sở lý
thuyết của ba đặc tính căn bản: Dòng nhiệt, sự hấp thụ nhiệt, áp suất v à điểm sôi.
Dòng nhiệt: “Nhiệt” truyền từ những vùng có nhiệt độ cao hơn (các phần tử có chuyển động mạnh hơn) đến những vùng có nhiệt độ thấp hơn (các phần tử có chuyển động yếu hơn).
Ví dụ một vật nóng 30 độ Fahrenheit (300F) được đặt kề bên vật nóng 80 độ Fahrenheit (800F), thì nhiệt sẽ truyền từ vật nóng 800F sang vật nóng 300F – chênh lệch nhiệt độ giữa hai vật càng lớn thì dòng nhiệt lưu thông càng mạnh. Sự truyền nhiệt có thể được truyền bằng: Dẫn nhiệt, đối l ưu, bức xạ hay kết hợp giữa ba cách trên.
Dẫn nhiệt: Là sự truyền có hướng của nhiệt trong một vật hay sự dẫn nhiệt
xảy ra giữa hai vật thể khi chúng đ ược tiếp xúc trực tiếp với nhau.
Ví dụ, nếu nung nóng một đầu thanh thép thì đầu kia sẽ dần dần ấm lên do sự dẫn nhiệt.
Sự đối lưu: Là sự truyền nhiệt qua sự di chuyển của một chất lỏng hoặc một chất khí đãđược làm nóng hay đó là s ự truyền nhiệt từ vật thể này sang vật thể kia nhờ trung gian của khối không khí bao quanh chúng.
Ví dụ, khi nhiệt được cấp tại phần đáy một bình chứa khí hay chất lỏng, các phần tử đã đượclàm nóng lên sẽ chuyển động lên phía trên, chất lỏng hay chất khí nặng và lạnh từ những vùng xung quanh sẽ chìm xuống để chiếm chỗ chất khí hay chất lỏng đãđược làm nóng và nổi lên phía trên.
Sự bức xạ: Là sự phát và truyền nhiệt dưới dạng các tia hồng ngoại, mặc dù giữa các vật không có không khí hoặc không tiếp xúc nhau. Ta cảm thấy ấm khi
đướng dưới ánh sáng mặt trời hay cả d ưới ánh đèn pha ôtô nếu ta đứng gần nó. Đó là bởi nhiệt của mặt trời hay đ èn pha đã được biến thành các tia hồng ngoại và khi các tia này chạm vào một vật nó sẽ làm cho các phần tử của vật đó chuyển động, gây cho ta cẩm giác nóng. Tác dụng truyền nhiệt này gọi là bức xạ.
Sự hấp thụ nhiệt: Vật chất có thể tồn tại ở một trong ba trạng thái: thể rắn,
thể lỏng, thể khí. Muốn thay đổi trạng thái của vật thể, cần phải truyền cho nó một nhiệt lượng nhất định.
Ví dụ lúc ta hạ nhiệt độ n ước xuống đến 320F (00C), nước sẽ đông thành đá, nó đã thayđổi trạng thái từ thể lỏng sang thể rắn.
Nếu nước được đun nóng đến 2120F (1000C), nước sẽ sôi và bốc hơi (thể khí). Ở đây có điều đặc biệt thú vị khi thay đổi n ước đá (thể rắn) thành nước (thể lỏng) và nước thành hơi nước (thể khí). Trong quá trình làm thay đổi trạng thái của nước, ta phải tác động nhiệt vào.
Ví dụ khối nước đá đang ở nhiệt độ 320F, ta nung nóng cho nó tan ra, nhưng nước đá đang tan vẫn giữ đ ược nhiệt độ 320F. Đun nước nóng đến 2120F nước sẽ sôi. Ta truyền tiếp thêm nhiều nhiệt nữa cho nước bốc hơi, nếu đo nhiệt độ của hơi nước cũng chỉ thấy 2120F chứ không nóng hơn. Lượng nhiệt bị hấp thụ mất trong nước đá, trong nước sôi để làm thay đổi trạng thái của nước gọi là ẩn nhiệt – hiện tượng ẩn nhiệt là nguyên lý cơ bản của quá trình làm lạnh ứng dụng cho tất cả hệ thống điều hòa không khí.
Áp suất và điểm sôi: Áp suất giữ vai trò quan trọng đối với hoạt động của hệ
thống điều hòa không khí. Khi tác động áp suất trên mặt chất lỏng thì sẽ làm thay đổi điểm sôi của chất lỏng này. Áp suất càng lớn, điểm sôi càng cao có nghĩa là nhiệt độ lúc chất lỏng sôi cao h ơn so với khi ở áp suất bình thường. Ngược lại nếu giảm áp suất tác động lên một vật chất thìđiểm sôi của vật chất ấy sẽ hạ xuống.
Ví dụ điểm sôi của nước ở áp suất bình thường là 1000C. Điểm sôi này có thể tăng cao hơn bằng cách tăng áp suất trên chất lỏng đồng thời cũng có thể hạ thấp điểm sôi bằng cách giảm bớt áp suất trên chất lỏng hoặc đặt chất lỏng trong chân không.
Đối với điểm ngưng tụ của hơi nước, áp suất cũng có tác dụng t ương đương như thế. Trong hệ thống điều hòa không khí, cũng như hệ thống điện lạnh ôtô đã ứng dụng hiện tượng này của áp suất đối với sự bốc h ơi và ngưng tụ của một số loại chất lỏng đặc biệt để tham gia vào quá trình sinh lạnh và điều hòa của hệ thống. Những chất lỏng này được gọi là môi chất lạnh hay còn gọi là tác nhân lạnh, gas lạnh, chất sinh hàn.
2.3. ĐƠN VỊ ĐO NHIỆT LƯỢNG
Để đo nhiệt lượng truyền từ vật thể này sang vật thể kia người ta thường dùng đơn vị BTU. Nếu cần nung 1 pound n ước ( 0,454 kg) nóng đến 10F ( 0,550C) thì cần phải truyền cho nước 1 BTU nhiệt.
Năng suất của của một hệ thống điện lạnh ô tô được định rõ bằng 1 BTU/giờ, vào khoảng 12000-24000 BTU/giờ.
2.4. MÔI CHẤT LẠNH
Dung dịch làm việc trong hệ thống điều hòa không khí được gọi là môi chất
lạnh hay gas lạnh – là chất môi giới sử dụng trong chu trình nhiệt động ngược chiều để hấp thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh có nhiệt độ thấp và tải nhiệt ra môi trường có nhiệt độ cao hơn.
2.4.1. Yêu cầu đối với môi chất lạnh
- Môi chất lạnh phải có điểm sôi d ưới 320F (00C) để có thể bốc hơi và hấp thu ẩn nhiệt tại những nhiệt độ thấp.
- Phải là một chất tương đối “trơ”, hòa trộn được với dầu bôi trơn để trở thành một hóa chất bền vững, không ăn mòn kim loại và các vật liệu khác như nhựa, cao su, ...
-Đồng thời, chất làm lạnh phải là một chất không độc, không cháy, và không gây nổ, không sinh ra các phản ứng phá hủy môi sinh v à môi trường khi xả nó vào khí quyển.
2.4.2. Phân loại và kí hiệu môi chất lạnh
+ Các Freon: Là các cacbuahydro no hoặc chưa no mà các nguyên t ử hydro được thay thế một phần hoặc toàn bộ bằng các nguyên tử clo, flo hoặc brom.
- Các đồng phân có thêm chữ a, b để phân biệt. Ví dụ: R134a - Các olefin có chữ số 1 trước 3 chữ số. Ví dụ : C3F6 kí hiệu R1216.
- Các hợp chất có cấu trúc vòng có thêm chữ C. Ví dụ: C4H8 ký hiệu RC138.
+ Các chất vô cơ: Kí hiệuR7M với M là phân tử lượng làm tròn của chất đó. Ví dụ: NH3 ký hiệu R717.
2.4.3. Môi chất lạnh R-12
Môi chất lạnh R-12 là một hợp chất của clo, flo và carbon; có công thức hóa học là CCl2F2, gọi là chlorofluorocarbon (CFC) – thường có tên nhãn hiệu là Freon 12 hay R-12. Freon12 là một chất khí không màu, có mùi thơm rất nhẹ, nặng hơn không khí khoảng 4 lần ở 300C, có điểm sôi là 21,70F (-29,80C). Áp suất hơi của nó trong bộ bốc hơi khoảng 30 PSI và trong bộ ngưng tụ khoảng 150-300 PSI, và có lượng nhiệt ẩn để bốc hơi là 70 BTU trên 1 pound.
R-12 dễ hòa tan trong dầu khoáng chất và không tham gia phản ứng với các loại kim loại, các ống mềm v à đệm kín sử dụng trong hệ thống. Cùng với đặc tính có khả năng lưu thông xuyên suốt hệ thống ống dẫn nh ưng không bị giảm hiệu suất, chính những điều đó đã làm cho R-12 trở thành môi chất lạnh lí tưởng sử dụng trong hệ thống điều hòa không khí ôtô.
Tuy nhiên, R-12 lại có mức độ phá hủy tầng ôzôn của khí quyển và gây hiệu ứng nhà kính lớn – do các phân tử của nó có thể bay lên bầu khí quyển trước khi phân giải; và tại bầu khí quyển, nguyên tử clo đã tham gia phản ứng với O3 trong tầng ôzôn của khí quyển, chính điều n ày đã làm phá hủy ôzôn của khí quyển. Do đó, môi chất lạnh R-12 đã bị cấm sản xuất, lưu hành và sử dụng từ ngày 1.1.1996. Thời hạn này kéo dài thêm 10 năm ở các nước đang phát triển.
R c h f Số lượng nguyên tử Clo Số lượng nguyên tửHydro + 1
Số lượng nguyên tử C – 1 (nếu = 0 thì không ghi) Refrigerant (Môi chất lạnh)
H.2.2. Cơ chế và tình trạng phá hủy tầng ozon của môi chất lạnh R12
2.4.4. Môi chất lạnh R-134a
Để giải quyết vấn đề môi chất lạnh R-12 (CFC-12) phá hủy tầng ôzôn của khí quyển, một loại môi chất lạnh mới vừa được dùng để thay thế R-12 trong hệ thống điều hòa không khí ôtô, gọi là môi chất lạnh R-134a có công thức hóa học là CF3– CH2F, là một hydrofluorocarbon (HFC). Do trong thành phần hợp chất của R-134a không có clo, nên đây chính là lí do cốt yếu mà ngành công nghiệp ôtô chuyển từ việc sử dụng R-12 sang sử dụng R-134a. Các đặc tính, các mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ của R-134a, và các yêu cầu kỹ thuật khi làm việc trong hệ thống điều hòa không khí rất giống với R-12.
Tuy nhiên, môi chất lạnh R-134a có điểm sôi là -15,20F (-26,80C), và có lượng nhiệt ẩn để bốc h ơi là 77,74 BTU/pound. Đi ểm sôi này cao hơn so với môi chất R-12 nên hiệu suất của nó có phần thua R-12. Vì vậy hệ thống điều hòa không khí ôtô dùng môi chất lạnh R-134a được thiết kế với áp suất b ơm cao hơn, đồng thời phải tăng khối lượng lớn không khí giải nhiệt thổi xuyên qua giàn nóng (bộ