chế tạo mô hình điều hòa ô tô

Một hệ thống điều hòa không khí đúng nghĩa là hệ thống có thể duy trì trạng thái của không khí trong không gian điều hòa, trong vùng qui định nào đó.Nó không chịu ảnh hưởng bởi sự thay đ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN

ChẾ TẠO MÔ HÌNH ĐIỀU HÒA Ô TÔ

MÃ SỐ: SV23-2009

Tp Hồ Chí Minh, 2010

S 0 9

S KC 0 0 2 4 9 7

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM



ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN

CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐIỀU HÒA Ô TÔ

MÃ SỐ: SV2009_23

THUỘC NHÓM NGÀNH : KHOA HỌC KỸ THUẬT

NGƯỜI CHỦ TRÌ : NGUYỄN THANH NHÀN

ĐƠN VỊ : KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TP HỒ CHÍ MINH – 3/2010

Chương 1 Mở đầu

1.Giới thiệu chung

Kỹ thuật điều hòa không khí la ngành khoa học nghiên cứu các phương pháp, công nghệ và thiết bị để tao ra và duy trì một môi trường phù hợp với công nghệ sản xuất, chế biến hoặc thuận tiện cho sinh hoạt của con người Các đại lượng cần tạo ra, duy trì và khồng chế 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 hòa không khí đúng nghĩa là hệ thống có thể duy trì trạng thái của không khí trong không gian điều hòa, trong vùng qui định nào đó.Nó không chịu ảnh hưởng bởi sự thay đổi của khí hậu bên ngoài hoặc sự thay đổi của phụ tải bên trong.Từ đó ta thấy rằng,có mối liên hệ mật thiết giữa điều kiện thời tiết bên ngoài không gian điều hòa với chế độ hoạt động và các đặc điểm cấu tạo của hệ thống điều hoà không khí

Khi xét đến sự ảnh hưởng của môi trường không khí đến con người,thì qua thực nghiệm cho thấy: con người dễ chịu , thoải mái trong vùng nhiệt độ khoảng từ 22 đến 270C.ở 270C tương ứng với độ ẩm tương đối của không khí xung quanh - thông số này quyết định đến mức độ bay hơi 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 0,25m/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 người

Về mặt thiết bị hệ thống điều hòa không khí là một tổ hợp bao gồm các thành phầnsau:

việc khống chế trạng thái của không khí trong không gian cần điều hòa ở vùng quy định

việc điều chỉnh các thông số của không khí Bộ phận này không nhất thiết phải

có mặt trong tất cả các hệ thống điều hòa không khí - ở những vùng thường xuyên nóng bức, sự biến động của phụ tải không nhiều và các yêu cầu kỹ thuật không quá cao thì có thể không cần dùng đến

tải lạnh từ nguồn sinh lạnh đến không gian cần thực hiện kỹ thuật lạnh Ở đây chất tải lạnh có thể là nước, không khí hoặc kết hợp giữa nước và không khí -

ở các hệ thống nhỏ, chất tải lạnh thường chính là tác nhân lạnh

tăng độ chứa hơi không khí trong không gian điều hòa

Hệ thống thải không khí trong không gian cần điều hòa ra ngoài trời hoặc tuần hoàn trở lại vào hệ thống

Bộ điều chỉnh và khống chế tự động: để theo dõi, duy trì và ổn định tự động các thông số chính của hệ thống

Hệ thống giảm ồn, chống cháy, lọc bụi, khử mùi Hệ thống phân phối không khí

Tuy nhiên, không phải bất kỳ hệ thống điều hòa không khí nào cũng phải

có đầy đủ các thiết bị nêu trên Ở một số trường hợp có thể có thêm các bộ phận phụ khác giúp cho hệ thống làm việc ổn định và thích ứng hơn Hệ thống điều hòa không khí có thể ứng dụng cho các không gian đứng yên: nhà ở, hội trường, phòng làm việc… ngoài ra còn được ứng dụng cho các không gian di động như: ôtô, xe lửa, máy bay…

2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÊN Ô TÔ

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 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 nơi thời tiết nóng bức hoặc khi bị kẹt xe trên đường dài Và là một trang bị cần thiết giúp cho người lái xe điều khiển xe an toàn

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 được vùng tiểu khí hậu trong xe thích hợp với người trên xe Dovậy, hệ thống điều không khí được sử dụng rộng rãi và ngày càng hoàn chỉnh hơn trên ôtô hiện đại

Trước khi xem xét các thiết bị được sử dụng trong hệ thống này, ta hãy

đề cập đến một số yếu tố ảnh hưởng tới người trên xe gây bởi bầu không khí trong cabin - từ đó có thể điều chỉnh cho thích hợp Khi cabin có nhiều người, mỗi cá thể có những thích nghi riêng, nhưng nhìn chung vẫn có một điều kiện khí hậu gây cảm giác dễ chịu chungChính vì vậy mà vùng tiểu khí hậu trong

cabin xe cần điều trên nhưng quan điểm tác dụng riêng, đặc biệt ưu tiên đối với

vị trí của người lái xe - người chịu trách nhiệm điều hành xe Chẳng hạn, nhiệt

độ thấp trong cabin sẽ mau chóng làm mệt mỏi người lái xecó thể tạo ra những hoạt động kém chính xác (từ 10 ÷20%), làm giảm các chỉ số tâm lý của người lái

xe

Ảnh hưởng của điều kiện nhiệt độ lên các phần cơ thể con người cũng khác nhau: đầu thì nhạy cảm với bức xạ nhiệt còn chân tay thì với sự lạnh giá Trong xe, cần duy trì nhiệt độ đồng đều trên một phần mặt phẳng nằm ngang

và giảm dần theo độ cao trong xe nhưng chênh lệch lớn nhất không quá 3 ÷ 4 0C, nếu độ chênh nhiệt độ lớn hơn sẽ dẫn tới phá vỡ sự điều chỉnh nhiệt của

cơ thể con người

Đặc điểm của vùng tiểu khí hậu trong xe là sự tuần hoàn của không khí Tốc độ luân chuyển dưới 0,1 m/s là 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

Những yêu cầu và mục tiêu trên chỉ được thực hiện tốt khi khoang không gian cần làm lạnh được bao kín, cách ly hẳn với các nguồn nhiệt xung quanh Vì vậy cabin ôtô cần phải được bao kín và cách nhiệt tốt

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

- Sự giãn nở thể tích của chất khí sẽ phân bố năng lượng nhiệt

Tất cả các hệ thống điều 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

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 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 được 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 đã được làm nóng hay đó là sự 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 được làm 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 đã được 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 dưới ánh đèn pha ôtô nếu

ta đứng gần nó Đó là bởi nhiệt của mặt trời hay đèn 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 dẫn một nhiệt lượng Ví dụ lúc ta hạ nhiệt độ nước xuống đến 320F (00C), nước sẽ đông thành đá, nó đã thay đổi 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 nước 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, nhưng lượng nhiệt này không thể đo lường cụ thể được Ví dụ khối nước đá đang ở nhiệt

độ 320F, ta nung nóng cho nó tan ra, nhưng nước đá đang tan vẫn giữ được 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 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 khi ở áp suất bình thường Ngược lại nếu giảm áp suất tác động lên một vật chất thì điểm 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 tương 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 hơi 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

Đơn vị BTU ( British Thermal Unit)

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 nước ( 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 ôtô được định rõ bằng 1 BTU/giờ, vào khoảng 12000-24000 BTU/gi

3 ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÊN Ô TÔ

bảo không khí trong phòng ở nhiệt độ và độ ẩm thích hợp Khi nhiệt độ trong phòng cao, nhiệt được lấy đi để giảm nhiệt độ (gọi là “làm lạnh”) và ngược lại khi nhiệt độ trong phòng thấp, nhiệt được cung cấp để tăng nhiệt độ (gọi là

“sưởi”) Mặt khác, hơi nước được thêm vào hay lấy đi khỏi không khí để đảm bảo độ ẩm trong phòng ở mức thích hợp

Do vậy, trong hệ thống điều hòa không khí trên ô tô nói chung bao gồm một bộ thông gió, một bộ hút ẩm, một bộ sưởi ấm và một bộ làm lạnh Các bộ phận này làm việc độc lập hoặc phối hợp, liên kết với nhau tạo ra một không gian được điều hòa không khí với những thông số điều hòa thích ứng

với các yêu cầu đặt ra của con người, tạo nên sự thoải mái, dễ chịu và một bầu không khí trong lành ở cabin ô tô

3.1 Bộ thông gió

Không khí trong xe phải được lưu thông, thay đổi nhằm tạo ra sự trong lành,

dễ chịu cho những người ngồi trong xe Vì vậy, trên ô tô phải có hệ thống thông gió, đó là một thiết bị để thổi khí sạch từ môt trường bên ngoài vào bên trong xe, và cũng có tác dụng làm thông thoáng xe Có hai cách thông gió: thông gió không điều khiển và thông gió có điều khiển (còn gọi là thông gió cưỡng bức)

Sự thông gió không điều khiển xảy ra khi các cửa sổ được mở; còn sự thông gió có điều khiển thông qua một hệ thống thông gió gồm quạt thổi gió

và các đường ống dẫn không khí để tạo ra sự tuần hoàn của không khí trong

xe, không phụ thuộc vào tốc độ của xe Quạt thổi gió cũng là một bộ phận của hệ thống sưởi ấm và điều hòa không khí

Trên một số ôtô con hiện đại, còn có kiểu hệ thống thông gió dùng năng lượng mặt trời Khi bên trong của một xe đang đậu trở nên quá nóng, cảm biến nhiệt độ môi trường sẽ tự đóng mạch cho một quạt thông gió nhỏ Nguồn cung cấp cho quạt được lấy từ bin mặt trời đặt trên nóc xe Quạt hoạt động sẽ đẩy không khí nóng trong xe ra ngoài và hút không khí mát hơn vào trong xe Khi quạt thông gió ngưng hoạt động hoặc những ngày thời tiết mát, không cần sự thông gió, năng lượng từ pin mặt trời sẽ nạp vào Accu

3.2 Bộ sưởi ấm

Là một thiết bị sấy nóng không khí sạch lấy từ ngoài vào trong cabin ôtô để sưởi ấm gian hành khách, đồng thời làm tan băng kính chắn gió của ôtô Có nhiều kiểu thiết bị sưởi ấm như: bộ sưởi dùng nước làm mát, dùng nhiệt khí cháy và dùng khí xả, tuy nhiên kiểu thiết bị sưởi sử dụng nước làm mát thường được sử dụng rộng rãi trên các ôtô Trong đó, nước làm mát tuần hoàn qua két sưởi để làm các ống sưởi nóng lên và quạt thổi gió sẽ thổi không khí qua két sưởi để sấy nóng không khí Tuy nhiên, do nước làm mát đóng vai trò nguồn nhiệt nên két sưởi sẽ không được nóng lên khi động cơ vẫn còn nguội vì vậy nhiệt độ khí thổi qua giàn sưởi sẽ không tăng

Bộ sưởi ấm được điều khiển bởi các cần gạt hoặc núm xoay trong bảng điều khiển của hệ thống Thường có 3 sự điều khiển cơ bản: điều khiển chức năng, điều khiển nhiệt độ và điều khiển tốc độ thổi gió Điều khiển chức năng xác định ngõ ra nào sẽ phát khí nóng Điều khiển nhiệt độ là điều tiết nhiệt độ của không khí và điều khiển tốc độ thổi gió là điều khiển tốc độ quạt thổi

Khi dịch chuyển các núm (hoặc cần gạt) điều khiển chức năng và nhiệt

độ sẽ làm thay đổi vị trí của các cửa nhiệt bên trong bộ sưởi Thay đổi vị trí của các cửa nhiệt sẽ thay đổi lượng khí đi ngang qua lõi nhiệt từ đó điều khiển được nhiệt độ không khí phát ra cũng như ngõ ra của nó

Các cửa được điều khiển bằng cáp hoặc motorchân không Khi xoay các númđiều khiển, chân không từ cụm ống nạp sẽ được truyền đến motor để vận hành nó Khi màng của motor chân không chuyển động tác động lên cơ cấu đòn bẩyđể thay đổi vị trí các cửa thổi luồng không khí đã được sưởi ấm Không khí từ lò sưởi được phân phối đến các cửa trên bảng điều khiển đến dãy ghế phía sau và đến kính chắn gió đểlàm tan băng, cũng có thể có vòi khí làm tan băng ở kính các cửa phía trước và kính phía sau

3.3 Sự làm lạnh và làm mát không khí trong ôtô

Máy điều hòa không khí trên xe ôtô là một hệ thống làm lạnh cơ khí kiểu khí nén Sự làm lạnh được tạo ra bằng cách nén khí sau khi hấp thụ nhiệt bên trong xe (khoang hành khách) Sau đó nhiệt được truyền qua hệ thống lam lạnh ra không khí bên ngoài Vị trí của các bộ phận trong hệ thống điều hòa không khí ôtô:

Một chu trình làm lạnh cơ bản bao gồm các bước sau đây nhằm lấy nhiệt, làm lạnh khối không khí và phân phối luồng khí mát trong cabin ôtô:

- Môi chất lạnh được bơm đi từ máy nén dưới áp suất cao và nhiệt độ cao, giai đoạn này môi chất lạnh được bơm đến bộ ngưng tụ ở thể hơi

- Tại bộ ngưng tụ nhiệt độ của môi chất rất cao, được quạt gió thổi mát giàn nóng, môi chất đang ở thể hơi được giải nhiệt, ngưng tụ thành lỏng dưới

áp suất cao nhiệt độ thấp

- Môi chất lạnh ở dạng thể lỏng tiếp tục lưu thông đến bình lọc/hút ẩm, tại đây môi chất lạnh được làm tinh khiết hơn nhờ được hút hết hơi ẩm và tạp chất nhờ các lưới lọc và các hạt hút ẩm bên trong bình chứa

- Van giãn nở hay van tiết lưu điều tiết lưu lượng của môi chất lỏng phun vào bộ bốc hơi hay giàn lạnh, làm hạ thấp áp suất của môi chất lạnh

Do giảm áp nên nhiệt độ sôi của môi chất giảm xuống, cùng với sự tác động của nhiệt độ không khí bên trong cabin xe đã làm cho môi chất sôi lên, nên trạng thái của môi chất lúc này là từ thể lỏng biến thành thể hơi trong bộ bốc hơi

- Trong quá trình bốc hơi, môi chất lạnh hấp thu nhiệt rất mạnh làm cho toàn bộ giàn lạnh giảm nhiệt độ xuống, rồi nhờ quạt gió giàn lạnh hút khối không khí bên trong cabin ôtô thổi qua bộ bốc hơi và ra lại cabin nhờ các của

sổ dẫn gió - làm lạnh khối không khí bên trong cabin ôtô

- Bước kế tiếp là môi chất lạnh ở trạng thái hơi áp suất thấp được hồi về máy nén nhờ chu trình hút của máy nén, và lại được bơm đi Kết thúc một chu trình làm lạnh và bắt đầu chu trình mới

Thông thường, hệ thống điều hòa không khí ôtô có thể được chia ra làm 2 phần: Phần cao áp nhiệt và Phần hạ áp nhiệt Phần cao áp nhiệt thuộc phía môi chất được bơm đi dưới áp suất và nhiệt độ cao, những thiết bị chủ yếu

ở phía có áp lực, nhiệt độ cao làm máy nén, bộ ngưng tụ, bình sấy lọc môi chất Phần hạ áp nhiệt của hệ thống là phần môi chất lạnh hồi về máy nén dưới áp suất và nhiệt độ thấp, các thiết bị chủ yếu ở phía áp lực, nhiệt độ thấp bao gồm

bộ bốc hơi và thiết bị giãn nở (van tiết lưu)