CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÊN Ô TÔ 1. Giới thiệu chung về hệ thống điều hòa không khí trên ô tô Hệ thống điều hòa không khí là một hệ thống quan trong trên ô tô. Nó giúp điều khiển nhiệt độ và tuần hoàn không khí ở trong xe mặc cho thời tiết bên ngoài như thế nào để giúp cho người lái xe cũng như hành khách cảm thấy thoải mái dễ chịu. Hệ thống điều hòa không khí còn giúp duy trì độ ẩm cũng như làm sạch không khí trong khoang hành khách trên ô tô.
Ngày nay, điều hòa không khí còn có thể được điều khiển tự động thông qua các cảm biến và ECU điều khiển. Hệ thống điều hòa không khí trên ô tô bao gồm: hệ thống lạnh, bộ sưởi, bộ điều khiển độ ẩm và bộ thông gió. Các chức năng của hệ thống điều hòa không khí: − Lọc và làm sạch không khí trước khi đưa vào cabin ô tô. − Thay đổi độ ẩm trong xe.
− Điều khiển và duy trì nhiệt độ trong xe để người lái cũng như hành khách cảm thấy thoải mái, dễ chịu. 1 Hệ thống điều hòa không khí trên ô tô 1. Chức năng của hệ thống điều hòa không khí 1. Điều khiển nhiệt độ và độ ẩm trong xe • Những cách để điều khiển nhiệt độ trong xe: 1 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Toàn − Điều khiển nhiệt độ bằng cách thay đổi lượng khí lạnh đi qua giàn lạnh trộn với không khí ẩm đi qua két sưởi nhờ thay đổi độ mở của cánh trộn không khí.
− Điều khiển đóng ngắt máy nén thông qua cảm biến nhiệt độ giàn lạnh. − Điều khiển đóng ngắt máy nén thông qua bầu cảm nhận nhiệt độ giàn lạnh.1 Sưởi ấm Hình 1. 2 Bộ sưởi Người ta dùng két sưởi như một bộ trao đổi nhiệt để làm nóng không khí. Két sưởi lấy nhiệt độ từ nước làm mát của động cơ để làm nóng không khí thông qua quạt thổi vào cabin.
Khi xe mới khởi động, nhiệt độ nước làm mát còn thấp nên két sưởi chưa hoạt động. • Các phương pháp gia nhiệt cho nước làm mát − Phương pháp sưởi PTC (hệ số nhiệt dương) Đặt bộ sưởi ấm PTC qua két sưởi để làm nóng nước làm mát động cơ. Khi nhiệt độ bên ngoài giảm, điện trở của PTC giảm và sự gia nhiệt sẽ tăng lên tưởng ứng. − Phương pháp sưởi ấm bằng điện Đặt các bugi sấy để hâm nóng nước làm mát động cơ.
− Phương pháp đốt nóng bên trong 2 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Toàn Nước làm mát sau khi chảy xung quanh buồng đốt để nhận nhiệt và nóng lên được đưa tới két sưởi. 3 Bộ sưởi ấm PTC Hình 1. 4 Bộ sưởi ấm bằng điện 1.2 Làm lạnh không khí Khi bật công tắc làm lạnh, máy nén sẽ bắt đầu làm việc và đưa môi chất làm lạnh tới giàn lạnh, giàn lạnh được làm mát nhờ môi chất sau đó không khí lạnh sẽ được quạt gió luân chuyển trong xe, việc sưởi ấm không khí phụ thuộc vào nhiệt độ nước làm mát động cơ nhưng việc làm lạnh không khí hoàn toàn độc lập với nhiệt độ nước làm mát động cơ. 3 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Toàn Hình 1.
5 Hệ thống làm mát 1.3 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 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 giảm xuống. Hơi nước đọng lại trên các cánh tản nhiệt này tạo thành sương và được chứa trong khay xả nước, lượng nước này được xả ra ngoài thông qua một ống nhỏ.
Điều khiển tuần hoàn không khí Ngoài ba chức năng chính trên, hệ thống điều hòa còn có chức năng điều khiển thông gió trong xe, gió được lấy vào trong xe thông qua sự chênh lệch áp suất do chuyển động của xe gọi là thông gió tự nhiên. Sự phân bố áp suất không khí trên bề mặt xe được chỉ ra như trong hình vẽ, cửa hút sẽ được đặt ở những nơi có áp suất dương(+) và cửa xả sẽ được đặt ở những nơi có áp suất âm(-). Trong hệ thống thông gió cưỡng bức, một quạt điện sẽ được sử dụng để hút không khí bên ngoài đưa vào xe. Cửa hút và cửa xả được bố trí như thông gió tự nhiên.
4 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Toàn Hình 1. 6 Thông gió tự nhiên Hình 1. 7 Thông gió cưỡng bức 1. Lọc gió và làm sạch không khí 1.
Bộ lọc không khí − Công dụng: bộ lọc được đặt ở cửa hút của điều hòa để làm sạch không khí khi đưa và xe. − Bảo dưỡng: khi bộ lọc không khí bị bẩn, sẽ làm giảm hiệu quả của điều hòa. Cần phải chú ý kiểm tra thay thế định kỳ bộ lọc không khí. Thời gian kiểm tra thay thế tùy thuộc vào từng loại xe cũng như điều kiện làm việc.
− Phân loại: có hai loại bộ lọc không khí một loại chỉ lọc bụi và mội loại có thêm chức năng loại bỏ mùi hôi bằng than hoạt tính. Bộ làm sạch không khí − Công dụng: bộ làm sạch không khí được sử dụng để làm sạch không khí trong xe 5 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Toàn như loại bỏ khói thuốc lá, mùi hôi trong xe, bụi mịn, … − Cấu tạo: bộ làm sạch không khí gồm có lọc chứa than hoạt tính , motor quạt, cánh quạt, bộ khuếch đại. − Nguyên lý hoạt động: bộ làm sạch không khí sử dụng motor để lấy không khí trong xe và đưa qua lọc để làm sạch không khí. 8 Bộ lọc không khí Hình 1.
9 Bộ làm sạch không khí 1. Cơ sở lý thuyết của điều hòa không khí trên ô tô Quy trình làm lạnh trên ô tô được mô tả như một quy trình tách nhiệt ra khỏi vật 6 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Toàn thể. Đây là mục đích chính của hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí trên ô tô. Hệ thống điều hòa không khí trên ô tô hoạt động dựa trên những nguyên lý sau: − Nhiệt được truyền từ vật nóng sang vật nguội.
− Khi bị nén, chất khí sẽ tăng nhiệt độ. − Khi chất khí giản nở thể tích, sẽ phân bố nhiệt lượng và nhiệt độ sẽ giảm xuống. − Để làm mát một vật cần phải lấy nhiệt độ ra khỏi vật đó. − Khi chất lỏng thay đổi trạng thái từ lỏng thành hơi sẽ hấp thụ một lượng lớn nhiệt độ.
Các hệ thống điều hòa trên ô tô điều được thiết kế dựa trên cơ sở lý thuyết của ba đặc tính cơ bản: dòng nhiệt, hấp thụ nhiệt, áp suất và điểm sôi. Dòng nhiệt Nhiệt được truyền từ nơi có nhiệt độ cao hơn tới nơi có nhiệt độ thấp hơn. Sự chênh lệch nhiệt độ càng lớn thì dòng nhiệt được truyền càng mạnh. Sự truyền nhiệt bao gồm: dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ.
− Dẫn nhiệt: là sự truyền có hướng của nhiệt độ trong vật xảy ra giữa hai vật thể khi chúng tiếp xúc với nhau. − Đối lưu: là sự truyền nhiệt từ vật thể này sang vật thể khác thông qua khối không khí hoặc chất lỏng bao quanh chúng. − Bức xạ: là sự phát và truyền nhiệt dưới dạng tia hồng ngoại, mặc dù giữa các vật thể không tiếp xúc với nhau cũng như không có không khí bao quanh chúng. Hấp thụ nhiệt Vật chất tồn tại ở ba trạng thái là: thể rắn, thể lỏng, thể khí.
Muốn thay đổi trạng thái của chúng ta cần truyền cho nó một nhiệt lượng nhất định. Đây gọi là sự hấp thụ nhiệt. Áp suất và điểm sôi Khi tác động áp suất vật chất sẽ thay đổi điểm sôi của vật chất lỏng. Áp suất càng lớn thì nhiệt độ điểm sôi càng cao.
Ngược lại nếu giảm áp suất tác động lên vật chất thì nhiệt độ điểm sôi sẽ giảm. Trong hệ thống điều hòa không khí trên ô tô đã áp dụng hiện tượng này đối với sự bốc hơi và ngưng tụ của một số chất lỏng đặc biệt tham gia vào quá trình làm lạnh của hệ thống. 7 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Toàn 1. Đơn vị đo lường, môi chất lạnh và dầu bơi trơn 1.
Đơn vị đo nhiệt lượng Để đo lường nhiệt độ được truyền từ vật thể này sang vật thể khác người ta thường dùng đơn vị BTU. Nếu cần nung 1 pound nước (0.454kg) nóng đến 1oF (0.55oC) thì phải truyền cho nước 1 BTU. Năng suất của một hệ thống điều hòa ô tô được xác định bằng BTU/giờ, khoảng 12. Môi chất lạnh Môi chất lạnh còn được gọi là tác nhân lạnh hay ga lạnh trong hệ thống điều hòa không khí cần phải đạt được những yêu cầu sau: − Có nhiệt độ sôi thấp dưới 0oC có thể bốc hơi và hấp thụ ẩn nhiệt tại những nhiệt độ thấp.
− Có tính tương đối trơ, hòa trộn được với dầu bôi trơn để tạo thành một hóa chất bền vững, không ăn mòn kim loại và các vật liệu bằng cao su, nhựa. − Phải là chất không độc, không cháy, không gây nổ, không gây ra các phản hứng hóa học gây phá hủy môi trường. Môi chất lạnh R-12 Môi chất lạnh R-12 là một hợp chất của clo, flo và cacbon, có công thức hóa học là CCl2F2 (CFC). Nó là chất khí nặng hơn không khí bốn lần ở 30oC, mùi thơm nhẹ, điểm sối là -21.8oC), áp suất bốc hơi trong bộ bốc hơi là 30 PSI và trong bộ ngưng tụ là 150-300 PSI.
Nhiệt lượng ẩn để bốc hơi là 70 BTU/pound. R-12 dễ hòa tan trong dầu khoáng và không tham gia phản ứng với các kim loại, ống mềm, và đệm kín trong hệ thống. Với khả năng lưu thông xuyên suốt hệ thống ống dẫn mà không làm giảm hiệu suất, R-12 là môi chất lý tưởng cho hệ thống điều hòa trên ô tô. Tuy nhiên, theo những nghiên cứu gần đây cho thấy Clo thải ra từ R-12 có mức độ phá hủy tầng ôzôn và gây ra hiệu ứng nhà kính lớn.
Do đó, môi chất lạnh R-12 đã bị cấm sản xuất trên toàn thế giới từ ngày 1/1/1996. Môi chất lạnh R-134a Để giải quyết vấn đề của môi chất lạnh R-12, một loại môi chất lạnh mới đã được sử dụng đó là R-134a có công thức hóa học là CF3-CH2F – không có Clo, nên đây chính 8 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Toàn là lý do cho việc chuyển đổi từ R-12 sang R-134a. Các đặc tính làm việc của R-134a gần giống với R-12. Môi chất lạnh R-134a có điểm sôi là -15oF (-26oC) và có nhiệt lượng ẩn là 77.
Cao hơn so với môi chất lạnh R-12, nên hiệu suất của nó thấp hơn so với R12.