Bai giang he thong dieu hoa

Sự làm việc của hệ thống làm mát, hệ thống sưởi ấm không khí trong khoang hành khách của ô tô, đều dựa trên các nguyên lý cơ bản của quá trình truyền dẫn và trao đổi nhiệt, khi vật chất

Chương 1

HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ KHễNG KHÍ TRấN ễ Tễ

1.1 Lý thuyết điều hoà khụng khớ trờn ụ tụ

1.1.1 Khỏi niệm chung

Hệ thống điều hoà khụng khớ làm nhiệm vụ: duy trỡ nhiệt độ và độ ẩm thớch hợp, cung cấp lượng khụng khớ được lọc sạch lưu thụng trong khoang hành khỏch của ụ tụ Khi thời tiết núng, hệ thống điều hoà cú nhiệm vụ làm mỏt, giảm nhiệt độ Khi thời tiết lạnh, hệ thống điều hoà cú nhiệm vụ cung cấp khớ núng để sưởi ấm, làm tăng nhiệt độ trong khoang hành khỏch Khi

xe chuyển động, khụng khớ trong khoang hành khỏch cần được lưu thụng và khụng cú bụi cũng như cỏc mựi phỏt ra từ động cơ, hệ thống truyền lực, hệ thống khớ xả của động cơ…

Điều hoà khụng khớ là thuật ngữ chung chỉ cỏc hệ thống: Làm lạnh( để giảm nhiệt độ), sưởi ấm ( để tăng nhiệt độ ) và hệ thống thụng giú, tạo khụng khớ sạch, lưu thụng trong khoang hành khỏch của xe

1.1.2 Những vấn đề cơ bản về nhiệt

1.2.1.1 Sự truyền nhiệt và đơn vị đo nhiệt độ

- Sự truyền nhiệt

Nhiệt có thể đợc truyền bằng các cách:

Dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc kết hợp cả 3 cách trên

- Đơn vị đo nhiệt độ

L

uu ý:

- Thang chia 1 độ C đúng bằng 1 độ K

- Mối quan hệ giữa độ C và độ F:

Độ C = 5/9X(độ F - 32); Độ F = 9/5Xđộ C + 32

1.1.2.2 Sự hấp thụ nhiệt

- Sự thay đổi trạng thỏi của vật chất

- Ẩn nhiệt của quá trình bay hơi

- Ẩn nhiệt của quá trình ngưng tụ

1.1.2.3 Nguyên lý chung của quá trình trao đổi nhiệt.

Sự làm việc của hệ thống làm mát, hệ thống sưởi ấm không khí trong khoang hành khách của ô tô, đều dựa trên các nguyên lý cơ bản của quá trình truyền dẫn và trao đổi nhiệt, khi vật chất chuyển đổi trạng thái tồn tại của nó, từ thể lỏng sang thể khí và ngược lại Các nguyên lý cơ bản đó là:

Dòng nhiệt luôn được truyền từ nơi có nhiệt độ cao tới nơi có nhiệt độ thấp.

Để làm giảm nhiệt độ của vật thể ta phải tách ( lấy đi ) một phần nhiệt ra khỏi nó Ngược lại khi vật thể được cấp nhiệt thì nhiệt độ của nó tăng lên

Vật chất ở thể lỏng được hấp thụ nhiệt thì nó sẽ chuyển đổi thành thể khí Ngược lại khi vật chất chuyển trạng thái từ thể khí trở về lỏng thì một lượng nhiệt được giải phóng

Khi nén khí, chất khí sẽ tăng cả áp suất và nhiệt độ, khi đó chất khí sẽ dự trữ một lượng nhiệt Khi dãn nở, cả áp suất và nhiệt độ của nó giảm xuống và giải phóng ra một lượng nhiệt tương ứng

Các hình thức truyền nhiệt cơ bản là dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ

1.2 Hệ thống làm lạnh.

1.2.1 Khái niệm chung

Bôi cồn (hoặc xăng) lên da, thấy lạnh, là do cồn lấy nhiệt từ da để bay hơi Nếu chất lỏng bay hơi càng nhanh thì lượng nhiệt lấy đi càng nhiều, càng thấy lạnh hơn

Một chất lỏng dễ bay hơi (cồn) đựng trong một bình kín, đặt trong một hộp cách nhiệt tốt Nếu mở nắp bình, chất lỏng trong bình sẽ lấy đi một lượng nhiệt cần thiết trong hộp để bay hơi, biến thành khí, thoát ra ngoài, làm nhiệt độ trong hộp giảm

Trên ô tô, người ta làm lạnh không khí trong xe bằng cách hiệu quả hơn: Biến khí (gaz) thành lỏng, rồi lại làm bay hơi chất lỏng thành khí (tuần hoàn)

1.2.2 Môi chất công tác ( gaz lạnh)

Trong hệ thống lạnh của các ô tô đời cũ (trước 1990), môi chất làm lạnh là chất R12 (tên của CFC-12), có công thức hoá học: CCl2F2 Do chất CFC phá huỷ tầng ôzôn trái đất, nên năm

1987 nhiều nước đã ký hiệp ước loại bỏ R12

Chất R134a được dùng thay thế chất R12

* R134a có nghĩa là:

R- Refrigerant ( môi chất lạnh)

1- chỉ số nguyên tử cacbon: 1+1=2

3- chỉ số nguyên tử Hiđrô: 3-1=2

4- chỉ số nguyên tử Flo = 4

a- chỉ các chất đồng phân(izome)

vậy công thức hoá học của gaz R134a: CH2F- CF3 là dẫn xuất của C2H6

* Đặc điểm của chất R134a:

- Điểm sôi thấp: Nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển là -26,50C

- Có khả năng thay đổi nhiệt độ tức thì khi áp suất thay đổi

- Gaz lạnh ở thể khí có thể biến thành thể lỏng, bằng cách tăng áp suất, hoặc giảm nhiệt độ, ngược lại gaz lỏng muốn biến thành khí thì giảm áp suất, hoặc tăng nhiệt độ Hình 7.1 biểu diễn quan hệ nhiệt độ, áp suất với trạng thái của R134a

- Không chứa clo, không phá huỷ tầng ô zôn, nên được coi là môi chất lạnh tương lai

- Có thể gây cháy ở áp suất và nhiệt độ nhất định

Quan hệ áp suất, nhiệt độ và trạng thái của R134a

1.2.3 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống làm lạnh

Hình vẽ giới thiệu sơ đồ nguyên lý chung của hệ thống lạnh trên ô tô

gồm các bộ phận chính: máy nén, giàn nóng (bộ bốc hơi), bình lọc hút ẩm, van giãn nở, giàn lạnh (bộ ngưng tụ), ngoài ra còn các bộ phận khác để hỗ trợ và bảo vệ cho các bộ phận chính làm việc tốt

Sơ đồ nguyên lý của hệ thống làm lạnh trên ôtô 1- Máy nén; 2- Giàn nóng; 3- Quạt tản nhiệt giàn nóng; 4- Bình lọc(hút ẩm);5- Van giãn nở; 6- Giàn lạnh;7- Đường ống hút môi chất thể hơi áp suất thấp; 8- Đường ống xả bơm đi môi chất thể hơi áp suất cao; 9- Bộ tiêu âm; 10- Cửa sổ quan sát; 11- Bình sấy khô nối tiếp;12- Không

khÝ gas

gas láng -30

100 80 60 40 20 0 -20

p(Mpa)

khí lạnh; 13- Quạt lồng sóc; 14- Bộ ly hợp của quạt gió;15- Bộ ly hợp điện từ máy nén; 16-Không khí

1.2.4 Nguyên lí hoạt động

Môi chất công tác (ga) ở thể hơi, được dẫn tới khoang hút của máy nén Máy nén nén môi chất công tác lên áp suất và nhiệt độ cao ( khoảng 1,2 – 1,7 MPa và 80oC )

Khí gaz bị nén có nhiệt độ và áp suất cao từ máy nén đi tới giàn nóng (bộ ngưng) Giàn nóng gồm có các ống nhỏ, dẹt, có gắn các cánh tản nhiệt là các lá kim loại mỏng ( 0,5 ) mm Giàn nóng được bố trí ở ngoài khoang hành khách ( phía trước két làm mát động cơ ) Khi đi qua các ống của giàn nóng, môi chất công tác ( đang ở thể hơi có nhiệt độ và áp suất cao ) sẽ trao đổi nhiệt với luồng không khí bao quanh mặt ngoài của các ống, qua các cánh tản nhiệt ( tản nhiệt) Qúa trình trao đổi nhiệt làm cho môi chất hạ nhiệt độ (lúc này nhiệt độ môi chất khoảng 540C), chuyển từ trạng thái hơi ngưng tụ thành thể lỏng

Môi chất công tác ở thể lỏng ( gaz lỏng ) từ bộ ngưng tụ được đưa qua bình lọc, hút ẩm.Tại đây, gaz lỏng được lọc sạch tạp chất và ngưng lại các phần gaz dư thừa đã bị hoá lỏng Ngoài ra trong bình còn chứa các chất có tác dụng hút ẩm và khử mùi

Từ bình lọc hút ẩm, gaz có áp suất cao đi theo ống dẫn, tới van giãn nở ( van này có dạng ống giclơ : là đường ống có lỗ nhỏ như bị thắt bớt ) Do tiết diện lưu thông bị co hẹp, nên khi qua giclơ, chất lỏng bị giảm áp suất đột ngột, nó giãn nở và chuyển sang trạng thái hơi Sự làm lạnh ( làm giảm nhiệt độ của môi trường không khí xung quanh ) xảy ra ở giàn lạnh (bộ hoá hơi) Giàn lạnh được đặt trong khoang hành khách

( nơi cần làm mát ) gồm có các ống dẹt, bên ngoài gắn cánh tản nhiệt là các lá kim loại mỏng ( 0.5 )mm Mặt ngoài của các lá kim loại được tiếp xúc với không khí của khoang hành khách Một lượng môi chất làm lạnh ở thể lỏng ( gaz lỏng ) có áp suất khoảng 0,2 MPa và nhiệt độ thấp khoảng ( O0C ) được đưa và các ống của giàn lạnh Khi đi qua các ống gắn cánh tản nhiệt, môi chất công tác ở thể lỏng sẽ hấp thụ nhiệt của không khí bao quanh thành ống, gaz lỏng chuyển sang trạng thái hơi Lúc này thành ống cùng không khí xung quanh nó bị lạnh đi Quạt lồng sóc

sẽ thổi không khí qua giàn lạnh để đưa vào khoang xe

Môi chất công tác có áp suất và nhiệt độ thấp lại được đưa trở lại máy nén, quá trình được lặp lại Trong một chu trình , môi chất thông qua quá trình trao đổi nhiệt đã chuyển tải nhiệt ra khỏi khoang hành khách, làm cho nhiệt độ trong khoang hành khách giảm đi Ta thấy, môi chất công tác biến đổi qua bốn trạng thái : Thể lỏng áp suất cao, thể lỏng áp suất thấp, thể khí áp suất cao và thể khí áp suất thấp Sự thay đổi trạng thái là do thay đổi nhiệt độ và áp suất của nó Việc làm lạnh được thực hiện nhờ sự hoá hơi của môi chất công tác trong quá trình biến đổi trạng thái từ thể lỏng sang thể khí

Trong chu trình làm lạnh, có thể phân chia ra phần chu trình mà môi chất công tác ở thể lỏng có nhiệt độ, áp suất cao gọi là phần cao áp Trên sơ đồ, phần cao áp bắt đầu từ đầu ra máy nén tới đầu vào van giãn nở Phần chu trình trong đó môi chất có nhiệt độ, áp suất thấp gọi là phần thấp áp Trên sơ đồ, phần thấp áp bắt đầu từ đầu ra của van giãn nở cho tới đầu vào máy nén

1.3 Các bộ phận chính trong hệ thống làm lạnh trên ô tô

1.3.1.Máy nén

* Nhiệm vụ:

- Hút môi chất thể hơi áp suất, nhiệt độ thấp từ giàn lạnh, nén nó đến áp suất, nhiệt độ cao rồi đẩy đến giàn nóng

- Ngoài ra còn tác dụng bơm môi chất qua giàn nóng với các áp suất khác nhau, tuỳ yêu cầu sử dụng

* Phân loại: Trong hệ thống lạnh trên ô tô thường dùng các loại máy nén sau

- Máy nén có chuyển động tịnh tiến (loại Piston)

+ Loại trục khuỷu: Piston chuyển động lên, xuống theo phương hướng kính trục khuỷu

+Loại đĩa chéo: Piston chuyển động lên, xuống theo phương hướng trục ( song song trục khuỷu máy nén)

- Máy nén kiểu rô to

+ Loại xoắn ốc

+ Loại cánh gạt

* Máy nén kiểu xoắn ốc

- Cấu tạo:

Máy nén gồm có một hộp xoắn ốc cố định (1) và một bánh xoắn ốc (2) được dẫn động bởi một trục lệch tâm (3) gắn bánh đai Chuyển động tương đối của hai chi tiết xoắn ốc tạo ra khoang làm việc có thể tích tăng, giảm theo chuyển động quay của trục lệch tâm, tức là tạo sự nén khí Hình vẽ trình bày cấu tạo máy nén lắp trên ô tô Siena 1242cc của hãng FIAT

Cấu tạo của máy nén kiểu xoắn ốc

1- Hộp xoắn ốc; 2- Bánh xoắn ốc ; 4- Lót trục;5- Vỏ máy;6- Giác cắm; 7- Đối trọng.

- Nguyên lý làm việc:

Sự tiếp xúc giữa hai bộ phận hình xoắn ốc trong kiểu máy nén, tạo ra một khoang chứa khí

có thể tích giảm, khi bánh xoắn ốc thực hiện hoàn tất một chu trình của nó Như trên hình 7.4: Ở đầu chu trình, khoang này mở ra để cho chất khí đi vào Thể tích của khoang bắt đầu mở từ 00 và đạt giá trị VMax khi trục quay được góc 180o , khi đó lượng chất khi đi vào cũng là lớn nhất Trục quay 180o đến 360o thì khoang phía ngoài đóng dần và đồng thời khoang phía trong cũng mở dần dần Trục tiếp tục quay tới góc 360o khoang đóng kín hoàn toàn và thể tích của khoang chứa khí chuyển dần vào trong, theo đường xoắn ốc Trục tiếp tục quay từ 360o đến 540o, khi đó khoang phía trong đường xoắn ốc mở dần ra, đến 540o thì khoang mở lớn nhất Đồng thời khoang phía ngoài đang chứa khí đóng dần lại, làm cho khí chuyển dần vào khoang phía trong Trục quay tới góc 540o thì khí ở khoang ngoài chuyển hoàn toàn vào khoang phía trong Cứ lặp lại như vậy cho tới khi trục quay tới góc 900o thì chất khí bắt đầu được chuyển tới dàn nóng

Ở đây chất khí đi theo đường xoắn ốc từ ngoài vào trong, khi đến phía trong ( khoang trong cùng ) thì áp suất đủ lớn để đẩy chất khí vào dàn ngưng tụ Áp suất chất khí tăng dần là do thể tích của các khoang giảm dần từ ngoài vào trong

( khoang trong nhỏ hơn khoang ngoài nên chất khí được nén lại )

Như vậy, để hoàn tất một chu trình nén thì trục máy nén quay được 3 vòng Qua sơ đồ ta thấy, quá trình nạp khí cũng diễn ra đồng thời với quá trình nén ở những khoang khác nhau và khi quá trình nạp ở khoang này kết thúc thì cũng là lúc khí nén ở khoang kia được đẩy ra ngoài

Nguyên lý làm việc của máy nén kiểu xoắn ốc

Ưu, nhựơc điểm:

Loại máy nén khí này chỉ có hai bộ phận chuyển động, có những ưu điểm sau.

- Không cần lót kín

- Không có tổn thất áp suất hướng trục hoặc hướng kính

- Tổn thất do ma sát cũng rất nhỏ vì không có xu-pap và các ống bên trong

- Sự mòn của đường xoắn ốc cải thiện độ kín ở cánh của những đường xoắn ngoài

- Không có xu-pap, chuyển động tịnh tiến, đảo chiều của piston cũng như rung động ( giảm

ồn )

- Với những ưu điểm trên thì loại máy nén này thường đắt tiền và khó chế tạo hơn

1.3.2 Giàn nóng (bộ ngưng tụ)

a Chức năng

Công dụng của bộ ngưng tụ là làm cho môi chất lạnh ở thể hơi dưới áp suất và nhiệt độ cao, từ máy nén bơm đến, ngưng tụ thành thể lỏng

b Cấu tạo

Bộ ngưng tụ được cấu tạo bằng một ống kim loại dài uốn cong thành nhiều hình chữ U nối tiếp nhau, xuyên qua vô số cánh tản nhiệt mỏng Các cánh tỏa nhiệt bám sát quanh ống kim loại Kiểu thiết kế này làm cho bộ ngưng tụ có diện tích tỏa nhiệt tối đa và không gian chiếm chỗ là tối thiểu

Cấu tạo của giàn nóng (Bộ ngưng tụ)

1 Giàn nóng 6 Môi chất giàn nóng ra

2 Cửa vào 7 Không khí lạnh

3 Khí nóng 8 Quạt giàn nóng

4 Đầu từ máy nén đến 9 Ống dẫn chữ U

5 Cửa ra 10 Cánh tản nhiệt Trên ô tô bộ ngưng tụ được lắp ráp ngay trước đầu xe, phía trước thùng nước tỏa nhiệt của động cơ, ở vị trí này bộ ngưng tụ tiếp nhận tối đa luồng không khí mát thổi xuyên qua do đang lao tới và do quạt gió tạo ra

c Nguyên lý hoạt động

Trong quá trình hoạt động, bộ ngưng tụ nhận được hơi môi chất lạnh dưới áp suất và nhiệt

độ rất cao do máy nén bơm vào Hơi môi chất lạnh nóng chui vào bộ ngưng tụ qua ống nạp bố trí phía trên giàn nóng, dòng hơi này tiếp tục lưu thông trong ống dẫn đi dần xuống phía dưới, nhiệt của khí môi chất truyền qua các cánh toả nhiệt và được luồng gió mát thổi đi

Quá trình trao đổi này làm toả một lượng nhiệt rất lớn vào trong không khí

Lượng nhiệt được tách ra khỏi môi chất lạnh thể hơi để nó ngưng tụ thành thể lỏng tương đương với lượng nhiệt mà môi chất lạnh hấp thụ trong giàn lạnh để biến môi chất thể lỏng thành thể hơi Dưới áp suất bơm của máy nén, môi chất lạnh thể lỏng áp suất cao này chảy thoát ra từ lỗ thoát bên dưới bộ ngưng tụ, theo ống dẫn đến bầu lọc (hút ẩm)

Giàn nóng chỉ được làm mát ở mức trung bình nên hai phần ba phía trên bộ ngưng tụ vẫn còn

ga môi chất nóng, một phần ba phía dưới chứa môi chất lạnh thể lỏng, nhiệt độ nóng vừa

vì đã được ngưng tụ Ngày nay trên xe ngư ời ta trang bị giàn nóng kép hay còn g ọi là giàn nóng tích hợp để nhằm hóa lỏng ga tốt hơn và tăng hiệu suất của quá trình làm lạnh trong một số chu trình

1.3.3 Bình lọc, hút ẩm

a Chức năng

Bình chứa là một thiết bị để chứa môi chất được hoá lỏng tạm thời bởi giàn nóng và cung cấp một lượng môi chất theo yêu cầu tới giàn lạnh Bộ hút ẩm có chất hút ẩm và lưới lọc dùng để loại trừ các tạp chất hoặc hơi ấm trong chu trình làm lạnh Nếu có hơi ấm trong chu trình làm lạnh, thì các chi tiết ở đó sẽ bị mài mòn hoặc đóng băng ở bên trong van giãn nở dẫn đến bị tắc kẹt

b Cấu tạo của bình lọc

Bình lọc (hút ẩm) môi chất lạnh là một bình kim loại bên trong có lưới lọc (2) và chất khử

ẩm (3) Chất khử ẩm là vật liệu có đặc tính hút chất ẩm ướt lẫn trong môi chất lạnh Bên trong bầu lọc/hút ẩm, chất khử ẩm được đặt giữa hai lớp lưới lọc hoặc được chứa trong một túi khử

ẩm riêng Túi khử ẩm được đặt cố định hay đặt tự do trong bầu lọc Khả năng hút ẩm của chất này tùy thuộc vào thể tích và loại chất hút ẩm cũng như tuỳ thuộc vào nhiệt độ Phía trên bình lọc (hút ẩm) có gắn cửa sổ kính (6) để theo dõi dòng chảy của môi chất, cửa này còn được gọi là mắt ga Bên trong bầu lọc, ống tiếp nhận môi chất lạnh được lắp đặt bố trí tận phía đáy bầu lọc nhằm tiếp nhận được 100% môi chất thể lỏng cấp cho van giãn nở

Hình 3.23: Sơ đồ cấu tạo của bình lọc

1 Cửa vào 4 Ống tiếp nhận

2 Lưới lọc 5 Cửa ra

3 Chất khử ẩm 6 Kính quan sát

c Nguyên lý hoạt động

Môi chất lạnh, thể lỏng, chảy từ bộ ngưng tụ vào lỗ (1) bình lọc (hút ẩm), xuyên qua lớp lưới lọc (2) và bộ khử ẩm (3) Chất ẩm ướt tồn tại trong hệ thống là do chúng xâm nhập vào trong quá trình lắp ráp sửa chữa hoặc do hút chân không không đạt yêucầu Nếu môi chất lạnh không được lọc sạch bụi bẩn và chất ẩm thì các van trong hệ thống cũng như máy nén

sẽ chóng bị hỏng Sau khi được tinh khiết và hút ẩm, môi chất lỏng chui vào ống tiếp nhận (4) và thoát ra cửa (5) theo ống dẫn đến van giãn nở Môi chất lạnh R-12 và môi ch ất lạnh R -134a dùng ch ất hút ẩm loại khác nhau Ống tiếp nhận môi chất lạnh được bố trí phía trên bình tích luỹ Một lưới lọc tinh có công dụng ngăn chặn tạp chất lưu thông trong hệ thống Bên trong lưới lọc có lỗ thông nhỏ cho phép một ít dầu nhờn trở về máy nén Kính quan sát

là l ỗ để kiểm tra được sử dụng để quan sát môi chất tuần hoàn trong chu trình làm lạnh cũng như để kiểm tra lượng môi chất Có hai loại kính kiểm tra: Một loại được lắp ở đầu ra của bình chứa và loại kia được lắp ở giữa bình chứa và van giãn nở

1.3.4 Van giãn nở

* Nhiệm vụ

Van giãn nở lắp ở ống vào của giàn lạnh, có nhiệm vụ:

- Định lượng môi chất phun vào giàn lạnh

- Cung cấp cho giàn lạnh lượng môi chất cần thiết, chính xác, thích hợp với mọi chế độ hoạt động của hệ thống lạnh

- Ngăn ngừa môi chất tràn ngập trong giàn lạnh

* Phân loại

Theo cấu tạo và nguyên lý làm việc, người ta phân loại:

- Van giãn nở có ống cân bằng bên ngoài van

- Van giãn nở có ống cân bằng bên trong van

- Van giãn nở có áp suất không đổi

- Van giãn nở kiểu nhiệt

- Van giãn nở kiểu hộp