Tài liệu Thiết kế, lắp đặt và khai thác mô hình điện lạnh trên ô tô

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ Hưng Yên, ngày 21 tháng 08 năm 2009 Th.S Ngô Văn Hóa T.S Nguyễn Công Hân www.oto-hui.com NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ Hưng Yên, ngày 21 tháng 08 năm 2009 www.oto-hui.com MỤC LỤC Trang NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .......................................................... 1 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ............................................................. 2 LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................... 5 PHẦN I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ Ô TÔ....... 7 1.1 Giới thiệu chung về hệ thống điều hòa không khí trên ô tô....................................... 7 1.2 Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................................ 8 PHẦN II. LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ Ô TÔ ............. 9 2.1 Chức năng, phân loại, lý thuyết điều hòa không khí .................................................. 9 2.1.1 Chức năng của điều hòa không khí............................................................................... 9 2.1.2 Phân loại điều hòa không khí trên ô tô ........................................................................11 2.1.3 Lý thuyết về điều hòa không khí .................................................................................13 2.1.4 Đơn vị đo nhiệt lượng, môi chất lạnh và dầu bôi trơn.................................................15 2.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống điện lạnh trên ô tô ...............................19 2.2.1 Cấu tạo chung của hệ thống điện lạnh trên ô tô...........................................................19 2.2.2 Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống điện lạnh trên ô tô .....................................20 2.2.3 Vị trí lắp đặt của hệ thống điện lạnh trên ô tô .............................................................20 2.3 Các thành phần chính trong hệ thống điện lạnh ô tô ................................................22 2.3.1 Máy nén .......................................................................................................................22 2.3.2 Bộ ngưng tụ (Giàn nóng) .............................................................................................28 2.3.3 Bình lọc (Hút ẩm môi chất) .........................................................................................30 2.3.4 Van giãn nở hay van tiết lưu........................................................................................32 2.3.5 Bộ bốc hơi (Giàn lạnh) ................................................................................................37 2.4 Các thành phần phụ khác trong hệ thống điện lạnh ô tô..........................................39 2.4.1 Ống dẫn môi chất lạnh .................................................................................................39 2.4.2 Cửa sổ kính ..................................................................................................................39 2.5 Các phương pháp điều khiển hệ thống điện lạnh trên ô tô.......................................40 2.5.1 Bộ điều khiển nhiệt độ .................................................................................................40 www.oto-hui.com 2.5.2 Bộ điều khiển tốc độ quạt ............................................................................................. 43 2.5.3 Bộ điều khiển tốc độ không tải (bù ga)......................................................................... 45 2.5.4 Bộ điều khiển chống đóng băng giàn lạnh ................................................................... 47 2.5.5 Bộ điều khiển đóng ngắt máy nén ................................................................................ 49 2.5.6 Điều chỉnh tốc độ quạt .................................................................................................. 56 2.6 Hệ thống điều hòa không khí tự động trên ô tô .......................................................... 58 2.6.1 Khái quát về hệ thống điều hòa không khí tự động trên ô tô ....................................... 58 2.6.2 Các bộ phận của hệ thống điều hòa không khí tự động................................................ 60 2.6.3 Các dạng điều khiển hệ thống điều hòa không khí tiêu biểu ........................................ 64 PHẦN III. THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐIỆN LẠNH TRÊN Ô TÔ............................... 73 3.1 Mục đích và yêu cầu của mô hình ................................................................................ 73 3.1.1 Mục đích của mô hình .................................................................................................. 73 3.1.2 Yêu cầu của mô hình .................................................................................................... 73 3.2 Chọn phương án, phân tích ưu điểm và nhược điểm của các mô hình .................... 74 3.2.1 Xây dựng mô hình điện lạnh trên ô tô .......................................................................... 76 3.2.2 Sơ đồ điện điều khiển hệ thống điện lạnh trên ô tô ...................................................... 81 PHẦN IV. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI ..................................................... 82 4.1 Giảng dạy về lý thuyết ................................................................................................... 82 4.1.1 Cấu tạo các bộ phận trong hệ thống điện lạnh ô tô....................................................... 82 4.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện lạnh ô tô ........................................................ 82 4.2 Giảng dạy về thực hành................................................................................................. 82 4.2.1 Các dụng cụ, thiết bị sử dụng khi bảo dưỡng, sửa chữa ............................................... 82 4.2.2 Các bài thực tập trên mô hình ....................................................................................... 86 4.3 Chẩn đoán xác định hỏng hóc, sửa chữa ..................................................................... 93 4.3.1 Chẩn đoán tình trạng của hệ thống ............................................................................... 93 4.3.2 Xác định hỏng hóc và sửa chữa .................................................................................... 99 PHẦN V. THAM KHẢO ................................................................................................. 104 KẾT LUẬN ......................................................................................................................... 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 116 LỜI NÓI ĐẦU Trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước ngành công nghiệp ô tô của nước ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ. Trong những năm gần đây lượng ô tô tham gia giao thông không ngừng tăng lên. Ngày nay ô tô đã trở thành phương tiện đi lại thân thiện đối với người dân Việt Nam. Nhận ra nhu cầu này nhiều hãng xe nổi tiếng trên thế giới đã đầu tư vào Việt Nam. Theo đó Nhà nước cũng có những chính sách phù hợp để thúc đẩy ngành công nghiệp ô tô phát triển. Ngoài những công ty đã phát triển từ lâu đời ở Việt Nam như Công ty ô tô mùng 1 tháng 5 hay công ty cơ khí ô tô Sài Gòn. Những năm gần đây nhiều công ty ô tô nước ngoài đã đầu tư vào thị trường Việt nam như : Toyota, Suzuki, Ford, Mercedes, Mazda, Huynđai. Việc xuất hiện các công ty nước ngoài đã tác động mạnh mẽ tới việc đào tạo kỹ thuật viên trong nước sao cho đáp ứng được với nền công nghiệp ô tô nước nhà. Theo dự án đào tạo nghề của Cộng Hòa Liên Bang Đức đầu tư vào Việt Nam. Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên là một trọng tâm trong dự án đó. Trong đó ngành cơ khí động lực được chú trọng ngay từ đầu. Trong quá trình hoạt động đã đào tạo được các kỹ thuật viên có trình độ chuyên môn cao đáp ứng nhu cầu của xã hội. Là sinh Đại học được đào tạo chính quy , qua thời gian học tập và nghiên cứu tại trường dưới một mô hình đào tạo có chất lượng. Để khẳng định chất lượng đào tạo của Nhà trường nói chung và khoa cơ khí động lực nói riêng , chúng em được giao đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế, lắp đặt và khai thác mô hình điện lạnh trên ô tô’’. Đề tài gồm bốn phần: Phần I : Tổng quan về hệ thống điều hòa không khí trên ô tô Phần II : Lý thuyết chung về điều hòa không khí trên ô tô Phần III : Chọn lựa phương án thiết kế mô hình điện lạnh ô tô Phần IV : Phạm vi ứng dụng của đề tài Phần V : Tham khảo Trang bị hệ thống điều hòa trên ô tô là rất quan trọng, nhờ vậy tính tiện nghi của ô tô ngày một nâng cao , giúp con người cảm thấy thoải mái khi sử dụng ô tô . Nhận thức được tính cấp thiết của đề tài, nên ngay sau khi nhận được đề tài em đã tìm hiểu những vấn đề có liên quan, sưu tập tài liệu. Trong quá trình thực hiện chúng em gặp không ít những khó khăn, nhưng với sự hướng dẫn tận tình của thầy Ngô Văn Hóa và thầy Nguyễn Công Hân cùng các thầy cô trong khoa và các bạn cùng lớp chúng em đã dần khắc phục được những khó khăn. Đến nay đề tài của chúng em đã hoàn thành đề tài đúng thời gian quy định. Do kiến thức chuyên môn còn hạn chế, tính rộng lớn của đề tài nên mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng đề tài cũng không thể tránh khỏi những khiếm khuyết , rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các quý thầy cô và các bạn trong lớp để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn nữa. Em hy vọng đề tài của chúng em sẽ là tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn sinh viên khóa sau và là bài giảng hữu ích trong việc giảng dạy của nhà trường. Em xin chân thành cảm ơn! Hưng Yên, ngày 21 tháng 08 năm 2009 Nhóm sinh viên thực hiện Nguyễn Hữu Dũng Trần Văn Nhã PHẦN I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÊN Ô TÔ 1.1 Giới thiệu chung về hệ thống điều hòa không khí trên ô tô Điều hòa không khí là một hệ thống quan trọng trên xe. Nó điều khiển nhiệt độ và tuần hoàn không khí trong xe giúp cho hành khách trên xe cảm thấy dễ chịu trong những ngày nắng nóng mà còn giúp giữ độ ẩm và lọc sạch không khí. Ngày nay, điều hòa không khí trên xe còn có thể hoạt động một cách tự động nhờ các cảm biến và các ECU điều khiển. Điều hoà không khí cũng giúp loại bỏ các chất cản trở tầm nhìn như sương mù, băng đọng trên mặt trong của kính xe. Để làm ấm không khí đi qua, hệ thống điều hòa không khí sử dụng ngay két nước như một két sưởi ấm. Két sưởi lấy nước làm mát động cơ đã được hâm nóng bởi động cơ và dùng nhiệt 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. Để làm mát không khí trong xe, hệ thống điện lạnh ô tô hoạt động theo một chu trình khép kín. Máy nén đẩy môi chất ở thế khí có nhiệt độ cao áp suất cao đi vào giàn ngưng. Ở giàn ngưng môi chất chuyển từ thể khí sang thể lỏng. Môi chất ở dạng lỏng này chảy vào bình chứa (bình sấy khô). Bình này chứa và lọc môi chất. Môi chất lỏng sau khi đã được lọc chảy qua van giãn nở, van giãn nở này chuyển môi chất lỏng thành hỗn hợp khí - lỏng có áp suất và nhiệt độ thấp. Môi chất dạng khí - lỏng có nhiệt độ thấp này chảy tới giàn lạnh. Quá trình bay hơi chất lỏng trong giàn lạnh sẽ lấy nhiệt của không khí chạy qua giàn lạnh. Tất cả môi chất lỏng được chuyển thành hơi trong giàn lạnh và chỉ có môi chất ở thể hơi vừa được gia nhiệt đi vào máy nén và quá trình được lặp lại như trước. Như vậy để điều khiển nhiệt độ trong xe, hệ thống điều hòa không khí kết hợp cả két sưởi ấm và giàn lạnh đồng thời kết hợp điều chỉnh vị trí các cánh hòa trộn và vị trí của van nước. Để điều khiển thông khí trong xe, hệ thống điều hòa không khí 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, 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 hệ 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). 1.2 Tính cấp thiết của đề tài. Ngày nay ô tô được sử dụng rộng rãi như một phương tiện tham gia giao thông thông dụng. Ô tô hiện đại nhằm cung cấp tối đa về mặt tiện n ghi cũng như tính năng an toàn cho con người khi sử dụng. Các tiện nghi được sử dụng trên xe hiện đại ngày càng phát triển, hoàn thiện và giữ vai trò hết sức quan trọng đối với việc đảm bảo nhu cầu của khách hàng như nghe nhạc, xem truyền hình. Một trong những trang bị tiện nghi phổ biến đó là hệ thống điện lạnh trên ô tô. Ngày nay hệ thống điện lạnh ô tô ngày càng được phát triển và hoàn thiện phục vụ nhu cầu của con người. Nó tạo ra một cảm giác thoải mái khi sử dụng xe trong bất kỳ thời tiết nào. Đặc biệt nó giải quyết được vấn đề khí hậu ở Việt Nam, khí hậu khắc nghiệt, không khí bụi bẩn ô nhiễm. Tuy nhiên hệ thống càng hiện đại thì khả năng tiếp cận nó càng khó khăn khi xảy ra hư hỏng. Một sinh viên ngành công nghệ ô tô cần phải trang bị cho mình những kiến thức cơ bản nhất về tất cả các hệ thống trên ô tô. Đặc biệt là hệ thống điện lạnh trên ô tô mà ngày nay sự tiế p cận nó gặp rất nhiều khó khăn. Chính vì vậy việc lựa chọn đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế, lắp đặt và khai thác mô hình điện lạnh trên ô tô’’ là rất cần thiết. Đề tài được hoàn thành sẽ là cơ sở giúp cho chúng em sau này có thể tiếp cận với những hệ thống điện lạnh được trang bị trên các ô tô hiện đại. Chúng em mong rằng đề tài sẽ góp phần nhỏ vào công tác giảng dạy trong nhà trường. Đồng thời có thể làm tài liệu tham khảo cho các bạn học sinh và sinh viên chuyên ngành ô tô và các bạn sinh viên đang theo học các chuyên ngành khác thích tìm hiểu về kỹ thuật ô tô. PHẦN II. LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÊN Ô TÔ 2.1 Chức năng, phân loại, lý thuyết điều hòa không khí. 2.1.1 Chức năng của điều hòa không khí. + 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. + 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 đợưc thổi vào trong xe từ quạt gió. Việc làm nóng không khí phụ 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 + 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 chức 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 hệ thống thông gió cưỡng bức, người ta sử dụng quạt điện hút không khí đưa vào trong xe. Các ửca 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). 2.1.2 Phân loại điều hòa không khí trên ô tô. Hệ thống điều hòa không khí được phân loại theo vị trí lắp đặt và theo phương thức điều khiển. a. Phân loại theo vị trí lắp đặt. + Kiểu phía trước. Giàn lạnh của kiểu phía trước được gắn sau bảng đồng hồ và được nối với giàn sưởi. Quạt giàn lạnh được dẫn động bằng mô tơ quạt. Gió từ bên ngoài hoặc không khí tuần hoàn bên trong được cuốn vào. Không khí đã làm lạnh (hoặc sấy) được đưa vào bên trong. Hình 2.3: Kiểu phía trước + Kiểu kép. Kiểu kép là kiểu kết hợp giữa kiểu phía trước với giàn lạnh phía sau được đặt trong khoang hành lý. Cấu trúc này không cho không khí thổi ra từ phía trước hoặc từ phía sau. Kiểu kép cho năng suất lạnh cao hơn và nhiệt độ đồng đều ở mọi nơi trong xe. Hình 2.4: Kiểu kép + Kiểu kép treo trần. Kiểu này được sử dụng trong xe khách. Phía trước bên trong xe được bố trí hệ thống điều hòa kiểu phía trước kết hợp với giàn lạnh treo trần phía sau. Kiểu kép treo trần cho năng suất lạnh cao và nhiệt độ phân bố đều. Hình 2.5: Kiểu kép treo trần b. Phân loại theo phương pháp điều khiển. + Kiểu bằng tay. Kiểu này cho phép điều khiển nhiệt độ bằng tay các công tắc và nhiệt độ đầu ra bằng cần gạt. Ngoài ra còn có cần gạt hoặc công tắc điều khiển tốc độ quạt, điều khiển lượng gió, hướng gió. Hình 2.6: Kiểu bằng tay (Khi trời nóng) Hình 2.7: Kiểu bằng tay (Khi trời lạnh) + Kiểu tự động. Điều hòa tự động điều khiển nhiệt độ mong muốn , bằng cách trang bị bộ điều khiển điều hòa và ECU động cơ. Điều hòa tự động điều khiển nhiệt độ không khí ra và tốc độ động cơ quạt một cách tự động dựa trên nhiệt độ bên trong xe, bên ngoài xe, và bức xạ mặt trời báo về hộp điều khiển thông qua các cảm biến tương ứng, nhằm điều khiển nhiệt độ bên trong xe theo nhiệt độ mong muốn. Hình 2.8: Kiểu tự động (Khi trời nóng) Hình 2.9: Kiểu tự động (Khi trời lạnh) 2.1.3 Lý thuyết về điều hòa không khí. Để có thể biết và hiểu được hết nguyên lý làm vệic, đặc điểm cấu tạo của hệ thống điều hòa không khí trên ô tô, ta cần phải tìm hiểu kỹ hơn về 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 và điều hòa không khí. Vì vậy hệ thống điều hòa không khí hoạt động dựa trên nguyên lý cơ bản sau đây: + 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 lượng nhiệt ra một vùng rộng lớn và nhiệt độ của chất khí sẽ bị giảm xuống. + Để làm lạnh bất cứ một vật nào thì ta phải lấy nhiệt ra khỏi vật thể đó. + Một số lượng lớn nhiệt lượng được hấp thụ khi chất lỏng thay đổi trạng thái biến thành hơi. Tất cả các hệ thống điều hòa không khí ô tô đều được thiết kế dựa trên cơ sở lý thuyết của ba đặc tính căn bản: Dòng nhiệt, sự hấp thụ, áp suất và điểm sôi. - Dòng nhiệt: Nhiệt truyền từ nơi có nhiệt độ cao hơn (các phần tử có chuyển động mạnh hơn) đến những nơi có nhiệt độ thấp hơn (các phần tử có chuyển động yếu 0 0 hơn).Ví dụ: Một vật nóng 30 F được đặt cạnh một vật nóng có nhiệt độ 80 F thì vật 0 0 nóng có nhiệt độ là 80 F sẽ truyền nhiệt cho vật 30 F. Sự chênh lệch nhiệt độ càng lớn thì dòng nhiệt lưu thông càng mạnh. Sự truyền nhiệt có thể được truyền bằng: Dẫn nhiệt, đối lưu, 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 tiếp xúc trực tiếp với nhau. Ví dụ khi ta nung nóng một đầu thanh thép thì đầu kia dần dần ấm lên do sự dẫn nhiệt. + Sự đối lưu: Là sự truyền nhiệt qua sự di chuyển của một chất lỏng hay một chất khí đã được làm nóng hay đó là sự truyền nhiệt từ vật thể này sang vật thể khác nhờ khối khung khí trung gian bao quanh nó. Khi khối không khí được đun nóng bởi một nguồn nhiệt, không khí nóng sẽ bốc lên phía trên tiếp xúc với vật thể nguội hơn và làm nóng vật thể này. Trong một phòng không khí nóng bay lên trên, khôn g khí lạnh di chuyển xuống dưới tạo thành vòng luân chuyển khép kín, nhờ vậy các vật thể trong phòng được nung nóng đều, đó là hiện tượng của sự đối lưu. + 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 với nhau. Ta cảm thấy ấm khi đứng dưới ánh sáng mặt trời hay cả dưới ánh sáng đèn pha khi ta đứng gần nó. Đó là bởi nhiệt của mặt trời hay đèn pha 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 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 một 0 0 nhiệt lượng nhất định. Ví dụ khi ta hạ nhiệt độ của nước xuống 32 F (0 C) thì nước đóng băng thành đá. Nó đã thay đổi trạng thái từ thể lỏng sang thể rắn. Nếu nước được 0 0 đun tới 212 F (100 C), nước sẽ sôi và bốc hơi (thể khí). Ở đây đặc biệt thú vị khi thay đổi nước đá (thể rắn) thành nước ở thể lỏng và nước thành hơi ở thể khí. Trong quá trình thay đổi trạng thái của nước ta phải tác động nhiệt vào. 0 Ví dụ : Khối nước đá đang ở nhiệt độ 32 F ta nung nóng cho nó tan ra, nhưng 0 0 nước đá đang tan vẫn giữ nhiệt độ là 32 F. Đun nước nóng đến 212 F thì nước sôi, nhưng khi ta tếip tục đun nữa nước sẽ bốc hơi và nhiệt độ đo được vẫn là 0 0 212 F (100 C) chứ không nóng hơn nữa. Lượng nhiệt được hấp thụ trong nước sôi, trong nước đá để làm thay đổi trạng thái của nước gọi là ẩn nhiệt. - Áp suất và điểm sôi: Áp suất giữ vai trò quan trọng trong 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 hơn so với mức bình thường. Ngược lại nếu giảm áp suất tác động lên một vật chất thì điểm sôi của vật chất đó sẽ bị giảm xuống. Ví dụ điểm sôi của nước ở nhiệt độ 0 bình thường là 100 C. Điểm sôi này có thể tăng cao hơn bằn g 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 hay đặt chất lỏng trong chân không. Đối với điểm ngưng tụ của hơi nước, áp suất cũng có tác dụng như thế. Trong hệ thống điều hòa không khí, cũng như hệ thống điện lạnh ô tô đã áp dụng hiện tượng này của áp suất đối với sự bốc hơi và ngưng tụ của một số loại chất lỏng đặc biệt tham gia vào quá trình sinh lạnh và điều hòa của hệ thống. 2.1.4 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 0 0 dùng đơn vị BTU. Nếu cần nung một Pound nước (0,454 kg) nóng đến 1 F (0,55 C) thì phải truyền cho nước 1 BTU nhiệt. Năng suất của một hệ thống nhiệt lạnh ô tô được định rõ bằng BTU/giờ, vào khoảng 12000 đến 24000 BTU/giờ.(1BTU= 0,252 cal = 252 kcal), (1 kcal = 4,187 kJ). b. Môi chất lạnh. Môi chất lạnh còn gọi là tác nhân lạnh hay ga lạnh trong hệ thống điều hòa không khí phải đạt được những yêu cầu sau đây: 0 0 + Môi chất lạnh phải có điểm sôi thấp dưới 32 F (0 C) để có thể bốc hơi và hấp thụ ẩn nhiệt tại những nhiệt độ thấp. + Phải có tính chất tương đối trơ, hòa trộn được với dầu bôi trơn để tạo thành một hóa chất bền vững, không ăn mòn kim loại hoặc các vật liệu khác như cao su, nhựa. + Đồng thời chất làm lạnh phải là chất không độc, không cháy, và không gây nổ, không sinh ra các pảhn ứng phá hủy môi sinh và môi trường khi nó xả ra vào khí quyển. Phân loại và kí hiệu môi chất lạnh. - Các freon: Là các cacbuahydro no hoặc chưa no mà các nguyên tử hydro được thay thế một phần hoặc toàn bộ bằng nguyên tử clo, flo hoặc brom. + R (refrigerant): Chất làm lạnh, môi chất lạnh. + Các đồng phân có thêm chữ a, b để phân biệt. Ví dụ như R-134a + Các olefin có số 1 đứng trước 3 chữ số. Ví dụ như C3F6 kí hiệu là R1216. + Các hợp chất có cấu trúc mạch vòng thêm chữ C.Ví dụ như C4H8 là RC138. - Các chất vô cơ: Kí hiệu là R7M, trong đó với M là phân tử lượng làm tròn của chất đó.Ví dụ NH3 kí hiệu là R717. - Môi chất lạnh R-12. Môi chất lạnh R -12 là hợp chất của cacbon, clo và flo có công thức hóa học là 0 CCl2F2 (CFC). Nó là một chất khí không màu nó nặng hơn không khí bốn lần ở 30 C, 0 0 có mùi thơm rất nhẹ, có điểm sôi là 21,7 C (-29,8 C), áp suất hơi của nó trong bộ bốc hơi là 30 PSI và trong bộ ngưng tụ là 150 -300 PSI, và có nhiệt lượng ẩn để bốc hơi là 70 BTU trên 1 Pound. 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 tín h có khả năng lưu thông xuyên sốut hệ thống ống dẫn nhưng không bị làm giảm hiệu suất, chính những đặc điểm này đã làm cho R -12 là môi chất lý tưởng sử dụng trong hệ thống điều hòa ô tô. Tuy nhiên R-12 lại có đặc tính phá hủy tầng ôzôn và gây ra hiệu ứng nhà kính, do các phân này có thể bay lên bầu khí quyển trước khi phân giải, và tại bầu khí ửt quyển, nguyên tử clo đã tham gia phản ứng hóa học với nguyên tử O3 trong tầng ôzôn khí quyển. Do đó ngày nay môi chất lạnh R-12 đã bị cấm sử dụng và lưu hành trên thị trường. Hình 2.10: Sự phá hủy tầng ôzôn của CFC - Môi chất lạnh R-134a. Môi chất lạnh R134a có công thức hóa học là CF 3-CH2F (HFC). Do trong thành phần hợp chất không có chứa clo nên đây chính là lý do cốt yếu mà ngành công nghiệp ô tô chuyển từ việc sử dụng môi chất lạnh R-12 sang sử dụng môi chất lạnh R134a. Các đặc tính, các mối quan hệ áp suất và nhiệt độ của môi chất R134a có điểm 0 0 sôi là -15,2 F (-26,9 C), 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 có phần không bằng so với R -12. Vì vậy hệ thống điều hòa không khí ô tô dùng môi chất lạnh R 134a được thiết kế với áp suất bơm cao hơn, đồng thời phải tăng khối lượng lớn không khí giải nhiệt thổi xuyên qua giàn nóng (bộ ngưng tụ). R134a có nhược điểm nữa là không kết hợp được với các dầu khoáng dùng để bôi trơn hệ thống. Đồ thị mô tả mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ. 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 diễn R134a ở trạng thái khí và phần diện tích dưới đường cong áp suất biểu diễn R134a ở trạng thái lỏng. Ga lạnh ở thể khí có thể chuyển sang thể lỏng chỉ bằng cách tăng áp suất mà không cần thay đổi nhiệt độ hoặc giảm nhiệt độ mà không cần thay đổi áp suất. Ngược lại ga lỏng có thể chuyển sang ga khí bằng cách giảm áp suất mà không cần thay đổi nhiệt độ hoặc tăng nhiệt độ mà không cần thay đổi áp suất. Hình 2.11: Đường cong áp suất hơi của môi chất lạnh R-134a Khi thay thế môi chất lạnh R-12 của hệ thống điều hòa không khí bằng môi chất R134a thì phải thay đổi các bộ phận của hệ thống nếu nó không phù hợp với R134a, cũng như phải thay đổi dầu bôi trơn, chất khử ẩm của hệ thống. Dầu bôi trơn chuyên dùng cùng với môi chất lạnh R 134a là các chất bô i trơn tổng hợp polyalkalineglycol (PAG) hay polyolester (POE). Hai chất này không hòa trộn với môi chất lạnh R-12. Ta có thể phân biệt được giữa hai môi chất lạnh R-12 và R134a vì thông thường nó được ghi rõ và dán trên các bộ phận chính của hệ thống. c. Dầu bôi trơn. + Tùy theo quy định của nhà chế tạo lượng dầu bôi trơn vào khoảng 150-200 ml được nạp vào máy nén nhằm đảm bảo các chức năng sau đây : Bôi trơn các chi tiết của máy nén tránh mòn và két cứng , một phần dầu nhờn sẽ h òa trộn với môi chất lạnh và lưu thông khắp nơi trong hệ thống , giúp van giãn nở hoạt động chính xác , bôi trơn cổ trục máy nén. + Dầu bôi trơn máy nén phải tinh khiết không được sủi bọt, không lẫn lưu huỳnh. Dầu bôi trơn máy nén kh ông có mùi, trong suốt màu vàng nhạt . Khi bị lẫn tạp chất nó có màu nâu đen . Vì vậy nếu phát hiện dầu bôi trơn trong hệ thống điện lạnh đổi sang màu nâu đen, thì dầu đã bị nhiễm bẩn. Nó cần được xả sạch và thay dầu mới theo đúng chủng loại và đúng dung lượng quy định. + Chủng loại và độ nhớt của dầu bôi trơn máy nén tùy thuộc vào quy định của nhà chế tạo máy nén và tùy thuộc vào lượng môi chất lạnh đang sử dụng trong hệ thống. Dầu nhờn được hò a ta với môi chất lạnh và lưu thông xuyên suốt hệ thống , do vậy bên trong mỗi bộ phận đều có dầu bôi trơn khi tháo rời các bộ phận đó ra khỏi hệ thống. Lượng dầu bôi trơn phải được cho thêm sau khi thay mới bộ phận được quy định do nhà chế tạo. 2.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống điện lạnh trên ô tô. 2.2.1 Cấu tạo chung của hệ thống điện lạnh trên ô tô. Thiết bị lạnh nói chung và thiết bị lạnh ô tô nói riêng bao gồm các bộ phận và thiết bị nhằm thực hiện một chu trình lấy nhiệt từ môi trường cần làm lạnh và thải nhiệt ra môi trường bên ngoài. Thiết bị lạnh ô tô bao gồm các bộ phận: Máy nén, thiết bị ngưng tụ (giàn nóng), bình lọc và tách ẩm, thiết bị giãn nở (van tiết lưu), thiết bị bay hơi (giàn lạnh), và một số thiết bị khác nhằm đảm bảo cho hệ thống hoạt động có hiệu quả nhất. Hình vẽ dưới đây giới thiệu các bộ phận trong hệ thống điện lạnh ô tô. Hình 2.12: Sơ đồ cấu tạo hệ thống điện lạnh ô tô A. Máy nén (bốc lạnh) F. Van tiết lưu B. Bộ ngưng tụ (Giàn nóng) G. Bộ bốc hơi C. Bộ lọc hay bình hút ẩm H. Van xả phía thấp áp D. Công tắc áp suất cao I. Bộ tiêu âm E. Van xả phía cao áp 2.2.2 Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống điện lạnh ô tô. Hệ thống điện lạnh ô tô hoạt động theo các bước cơ bản sau đây. + Môi chất lạnh được bơm đi từ máy nén (A) dưới áp suất cao và dưới nhiệt độ bốc hơi cao, giai đoạn này môi chất lạnh được bơm đến bộ ngưng tụ (B) hay giàn nóng ở thể hơi. + Tại bộ ngưng tụ (B) nhiệt độ của môi chất rất cao, quạt gió thổi mát giàn nóng, môi chất ở thể hơi được giải nhiệt, ngưng tụ thành thể lỏng dưới áp suất cao nhiệt độ thấp. + Môi chất lạnh dạng thể lỏng tiếp tục lưu thông đến bình lọc hay bộ hút ẩm (C), tại đây môi chất lạnh được làm tinh khiết hơn nhờ được hút hết hơi ẩm và tạp chất. + Van giãn nở hay van tiết lưu (F) điều tiết lưu lượng của môi chất lỏng chảy vào bộ bốc hơi (Giàn lạnh) (G), làm hạ thấp áp suất của môi chất lạnh. Do giảm áp n ên môi chất từ thể lỏng biến thành thể hơi trong bộ bốc hơi. + Trong quá trình bốc hơi, môi chất lạnh hấp thụ nhiệt trong cabin ô tô, có nghĩa là làm mát khối không khí trong cabin. Không khí lấy từ bên ngoài vào đi qua giàn lạnh (Bộ bốc hơi). Tại đây không khí bị dàn lạnh lấy đi nhiều năng lượng thông qua các lá ảtn nhiệt, do đó nhiệt độ của không khí sẽ bị giảm xuống rất nhanh đồng thời hơi ẩm trong không khí cũng bị ngưng tụ lại và đưa ra ngoài. Tại giàn lạnh khi môi chất ở thể lỏng có nhiệt độ, áp suất cao sẽ trở thành môi chất ở thể hơi có nhiệt độ, áp suất thấp. Khi quá trình này xảy ra môi chất cần một năng lượng rất nhiều, do vậy nó sẽ lấy năng lượng từ không khí xung quanh giàn lạnh (năng lượng không mất đi mà chuyển từ dạng này sang dạng khác). Không khí mất năng lượng nên nhiệt độ bị giảm xuống, tạo nên không khí lạnh. Môi chất lạnh ở thể hơi, dưới nhiệt độ cao và áp suất thấp được hồi về máy nén. 2.2.3 Vị trí lắp đặt của hệ thống điện lạnh trên ô tô. - Đối với xe du lịch diện tích trong xe nhỏ vì vậy hệ thống điều hòa được lắp ở phía trước (táp lô) hoặc phía sau (cốp xe) là đảm bảo được việc cung cấp khí mát vào trong xe khi cần thiết. - Đối với xe khách diện tích trong xe lớn nếu lắp hệ thống điều hòa giống xe con thì sẽ không đảm bảo làm má t toàn bộ xe hay quá trình làm mát sẽ kém đi nhiều. Vì vậy xe khách được lắp hệ thống điều hòa trên trần xe để đảm bảo làm mát toàn bộ xe tạo ra cảm giác thoải mái cho hành khách trên xe.