BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU HÓA KHÔNG KHÍ TRÊN Ô TÔ DÙNG CHO BẬC ĐẠI HỌC (LƯU HÀNH NỘI BỘ) QUẢNG NINH - 2020 Giáo trình Hệ thống điều hòa không khí trên Ô tô LỜI NÓI ĐẦU Nước ta có khí hậu nhiệt đới gió mùa nên mùa hè tương đối nóng nực và có độ ẩm khá cao. Cùng với sự phát triển của đất nước, đời sống con người ngày càng được cải thiện và nâng cao, do đó nhu cầu về việc tạo ra điều kiện vi khí hậu thích hợp cho con người ở các công sở, văn phòng, xí nghiệp, nhà ở và phương tiện đã trở nên rất cấp thiết. Ngày nay cùng với sự phát triển của nền kinh tế, ôtô đã được sử dụng rộng rãi như một phương tiện giao thông thông dụng và ngày càng được cải tiến, nâng cấp tối ưu về mặt tiện nghi cũng như tính năng an toàn cho người sử dụng. Các tiện nghi được sử dụng trên ôtô 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, một trong những tiện nghi phổ biến đó là hệ thống điều hoà không khí trong ôtô.
Giáo trình này giới thiệu những kiến thức cơ bản về lý thuyết, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và kỹ thuật kiểm tra bảo dưỡng sửa chữa của hệ thống điều hòa không khí trên xe ô tô. Giáo trình được dùng làm tài liệu giảng dạy và học tập cho sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô trong nhà trường và làm tài liệu tham khảo cho những người làm công tác kĩ thuật trong ngành ô tô, kỹ thuật viên thiết kế. Khoa Cơ Khí Động Lực - QUI - 1- Giáo trình Hệ thống điều hòa không khí trên Ô tô CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU HÕA KHÔNG KHÍ TRÊN Ô TÔ 1. Khái quát về hệ thống điều hòa không khí trên ô tô Willis H.Carrier (1876 – 1950) là người đưa ra định nghĩa điều hoà không khí là sự kết hợp sưởi ấm, làm lạnh, gia ẩm, hút ẩm, lọc và rửa không khí, tự động duy trì khống chế trạng thái không khí không đổi phục vụ cho mọi yêu cầu về tiện nghi hoặc công nghệ.
Năm 1902, Tiến Sĩ Willis Carrier phát minh ra máy điều hòa không khí kiểu ly tâm đầu tiên trên thế giới, có khả năng kiểm soát được cả nhiệt độ và độ ẩm. Phát minh này đã tạo ra môi trường làm việc tiện nghi trong lĩnh vực thương mại và công nghiệp. Năm 1911 Carrier đã lần đầu tiên xây dựng Ẩm đồ của không khí ẩm và cắt nghĩa tính chất nhiệt của không khí ẩm và các phương pháp xử lý để đạt được các trạng thái không khí yêu cầu (Trans. Ông chính là người đi đầu cả trong việc xây dựng cơ sở lý thuyết cũng như trong phát minh, sáng chế, thiết kế và chế tạo các thiết bị và hệ thống điều hoà không khí.
Năm 1915, Ông thành lập Công Ty Carrier và không ngừng phát triển để trở thành nhà cung cấp máy điều hòa không khí hàng đầu và nổi tiếng trên thế giới. Ông đã cống hiến trọn đời mình cho ngành điều hoà không khí và cũng đã trở thành ông tổ vĩ đại nhất của ngành này. Năm 1939 Packard (một công ty chế tạo ô tô ở Mỹ) đã ứng dụng hệ thống điều hòa dân dụng để phát minh ra chiếc xe chạy máy lạnh đầu tiên trên thế giới, sau đó nó đã được lắp đặt hàng loạt cho những chiếc xe của hãng này. Đến năm 1942 Packard đã trang bị máy lạnh cho 1.000 xe có hệ thống điều hòa không khí được lắp đặt ở các nhà máy.000 bộ điều hòa được lắp đặt trên ô tô ở Mỹ.
Những xe được trang bị máy lạnh lúc đó được bán rất chạy. Năm 1987 số lượng xe được lắp điều hòa không khí là 19. Và ước tính rằng hiện nay trên 80% số xe ô tô và xe tải nhẹ hoạt động có điều hòa không khí. 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 này được cải tiến tiện nghi, an toàn và hiện đại hơn những chiếc xe đời cũ. Trên ôtô hiện đại đều được trang bị hệ thống điều hòa không khí, hệ thống này góp phần đáng kể vào việc tạo ra sự thoải mái, dễ chịu và khỏe khoắn cho hành khách trong xe. Chức năng của hệ thống điều hòa không khí là để: Điều khiển nhiệt độ trong xe phù hợp với cơ thể (mát mẻ hoặc ấm áp) Điều khiển lưu thông và phân phối không khí Tách ẩm trong không khí Làm sạch bụi, khử mùi Không khí trong ôtô thích hợp nhất là khi sự trao đổi nhiệt giữa người trong xe với môi trường xung quanh tiến hành ở điều kiện cường độ cực tiểu của hệ thống tự điều chỉnh thân nhiệt của người. Để tạo sự thích hợp trên, có thể bằng biện pháp tự nhiên hoặc bằng thiết bị.
Biện pháp đầu gắn liền với môi trường không khí bên ngoài, nên không khí bên trong ôtô sẽ bị thay đổi theo vùng xe chạy, tốc độ của xe, điều kiện thời tiết khi chạy xe và điều kiện phát nhiệt máy móc cũng như sự hấp thụ nhiệt của vỏ xe. Biện pháp sau sẽ tạo Khoa Cơ Khí Động Lực - QUI - 2- Giáo trình Hệ thống điều hòa không khí trên Ô tô được vùng tiểu khí hậu trong xe thích hợp với người trên xe. Do vậy, hệ thống điều hòa không khí được sử dụng rộng rãi và ngày càng hoàn chỉnh hơn trên ôtô hiện đại. Biện pháp làm mát tự nhiên Hình 1.
Biện pháp làm mát sử dụng thiết bị 1. Cơ sở lý thuyết về điều hòa không khí 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. 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. Để làm lạnh một người hay một vật thể, phải lấy nhiệt ra khỏi người hay vật thể đó Một số lượng lớn nhiệt lượng được hấp thụ khi một chất lỏng thay đổi trạng thái biến thành hơi. Các khái niệm cơ bản Tất cả các hệ thống điều hòa không khí ôtô đều được thiết kế dựa trên Cơ sở lý thuyết của ba đặc tính căn bản: Dòng nhiệt, sự hấp thụ nhiệt, áp suất và điểm sôi. a, Dòng nhiệt “Nhiệt” truyền từ những vùng có nhiệt độ cao hơn (các phần tử có chuyển động Khoa Cơ Khí Động Lực - QUI - 3- Giáo trình Hệ thống điều hòa không khí trên Ô tô mạnh hơn) đến những vùng có nhiệt độ thấp hơn (các phần tử có chuyển động yếu hơn).
Ví dụ một vật nóng 30o C được đặt kề bên vật nóng 80o C, thì nhiệt sẽ truyền từ vật nóng 80oC sang vật nóng 30oC – chênh lệch nhiệt độ giữa hai vật càng lớn thì dòng nhiệt lưu thông càng mạnh. b, Đơn vị đo nhiệt độ Gồm có 3 đơn vị đo nhiệt độ thường hay sử dụng nhất để đo giá trị của nhiệt độ đó là: oK, oC, oF Thang chia oK = oC + 273,15 Mối quan hệ giữa oC và oF: oC = 5/9 x (oF – 32); oF = 9/5 xoC + 32 Hình 1. Các loại nhiệt kế đo nhiệt c, Sự hấp thụ nhiệt Ta có một ví dụ: Khi cấp một lượng nhiệt lên viên đá nó sẽ tan thành thể lỏng là nước, nếu nước được đun nóng đến 212oF (100oC), nước sẽ sôi và bốc hơi (thể khí). Quá trình biến đổi trạng thái khi hấp thụ nhiệt Chúng ta thấy muốn thay đổi trạng thái của vật thể (rắn, lỏng, khí), cần phải truyền dẫn một nhiệt lượng cho nó hay nói cách khác vật thể đó cần thêm một lượng nhiệt để có thể thay đổi trạng thái, và nó sẽ hấp thụ từ xung quanh, đó gọi là sự hấp thụ nhiệt.
Có 2 trạng thái của sự hấp thụ nhiệt tiêu biểu mà chúng ta xét tới ở đây, đó là: sự hóa hơi và sự ngưng tụ. Sự hóa hơi: là sự chuyển từ thể lỏng sang thể hơi, có thể xảy ra dưới 2 hình thức: sự tự bay hơi và sự sôi. Đầu tiên ta nói về cơ sở khoa học để hình thành sự bay hơi, điều này cũng giải thích lý do tại vì sao khái niệm "sự bay hơi" chỉ có ở chất lỏng mà không có ở các vật thể rắn: Ở các chất rắn: các nguyên tử không thể di chuyển, vị trí của các nguyên tử là Khoa Cơ Khí Động Lực - QUI - 4- Giáo trình Hệ thống điều hòa không khí trên Ô tô cố định (tức là hai nguyên tử nằm kề nhau không thể hoán đổi vị trí cho nhau). Lưu ý là mặc dù nguyên tử không thể di chuyển nhưng nó vẫn dao động nhỏ xung quanh vị trí cân bằng của nó, điều này dẫn đến một số tính chất của chất rắn như cứng, đặc,.
Ở các chất lỏng: vị trí của các nguyên tử là không cố định, chúng có thể di chuyển vô định hướng và hoán đổi vị trí cho nhau, làm cho chất lỏng có một số tính chất như mềm, lỏng, dễ xuôi theo trọng lực,. Bình thường, các phân tử trong một chất lỏng không có đủ động năng để thoát khỏi chất lỏng. Nhưng khi các phân tử va chạm với nhau, chúng chuyển hóa năng lượng cho nhau ở nhiều mức độ đa dạng, phụ thuộc vào cách các phân tử va chạm vào nhau. Đôi khi, sự chuyển hóa này là một chiều đối với những phân tử gần bề mặt, cuối cùng nó sẽ tích tụ đủ năng lượng để bay hơi gọi là sự tự bay hơi.
Sự tự bay hơi Ngoài ra sự bay hơi phụ thuộc vào động năng mà nó hấp thụ, trong khi động năng của một phân tử tỷ lệ thuận với nhiệt độ của nó, sự bay hơi diễn ra nhanh hơn ở nhiệt độ cao. Sự bay hơi diễn ra nhanh nhất là khi chất lỏng hấp thụ đủ động năng (nhiệt độ) để vượt qua được lực liên kết phân tử, khi đó chất lỏng có thể bay hơi ở cả bên trong và trên bề mặt, đó gọi là sự sôi.