7.1 Hệ thống điều hoà không khí

7.1 Hệ thống điều hoà không khí 7.1.1 Nhiệm vụ Hệ thống điều hoà không khí làm nhiệm vụ: duy trì nhiệt độ và độ ẩm thích hợp, cung cấp lượng không khí được lọc sạch lưu thông trong khoan

7.1 Hệ thống điều hoà không khí

7.1.1 Nhiệm vụ

Hệ thống điều hoà không khí làm nhiệm vụ: duy trì nhiệt độ và độ ẩm thích hợp, cung cấp lượng không khí được lọc sạch lưu thông trong khoang hành khách của ô tô Khi thời tiết nóng, hệ thống điều hoà có nhiệm vụ làm mát, giảm nhiệt độ Khi thời tiết lạnh, hệ thống điều hoà có nhiệm vụ cung cấp khí nóng để sưởi ấm, làm tăng nhiệt độ trong khoang hành khách Khi xe chuyển động, không khí trong khoang hành khách cần được lưu thông và không có bụi cũng như các mùi phát ra từ động cơ, hệ thống truyền lực, hệ thống khí xả của động cơ…

Điều hoà không khí là thuật ngữ chung chỉ các hệ thống: Làm lạnh( để giảm nhiệt độ), sưởi ấm ( để tăng nhiệt độ ) và hệ thống thông gió, tạo không khí sạch, lưu thông trong khoang hành khách của xe

7.1.2 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

7.1.3 Hệ thống làm lạnh.

1 Nguyên lý làm lạnh

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)

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

khÝ gas

gas láng -30

100 80 60 40 20 0 -20

p(Mpa)

Hình 7.1 Quan hệ áp suất, nhiệt độ và trạng thái của R134a

3 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống làm lạnh

a) Cấu tạo

Hình 7.1 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

Hình 7 2 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 khí lạnh; 13- Quạt lồng sóc; 14- Bộ ly hợp của quạt gió;15- Bộ

ly hợp điện từ máy nén; 16- Không khí

b) 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

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

a) 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 7.4 trình bày cấu tạo máy nén lắp trên ô tô Siena 1242cc của hãng FIAT

Hình 7.4 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

Hình 7.5 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

* Pu li điện từ: Để đóng, cắt chuyển động của trục máy nén với pu li dẫn động, tuỳ

thuộc sự điều khiển Hình 7.6 giới thiệu mặt cắt ngang của pu li điện từ máy nén

Hình 7.6 Pu li điện từ máy nén 1- cuộn dây nam châm điện; 2- Đĩa bị động; 3- puli; 4- Trục máy nén;

5- Vòng bi kép; 6- Phớt kín trục; 7- Khe hở bộ ly hợp

- Cấu tạo: Cuộn dây nam châm điện quấn cố định trên lõi thép từ (trước đây có loại

cuộn dây quay, phải có chổi than và vành tiếp điện) Pu li quay trơn trên trục nhờ ổ bi cầu hai dãy Đĩa bị động là thép từ, lắp then với trục máy nén, có khoảng cách với mặt

pu li và có thể dịch chuyển dọc trục máy nén

- Nguyên lý làm việc:

Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây quấn trên lõi

thép từ, tạo thành nam châm điện Lực từ trường hút đĩa bị

động gắn chặt vào puli, làm đĩa bị động quay theo và truyền

mô men xoắn cho trục máy nén Khi không có dòng điện,

thì không có lực từ do đó ly hợp không đóng, puli quay trơn

trên trục máy nén

b) Giàn nóng (bộ ngưng tụ)

Giàn nóng có nhiệm vụ: làm môi

chất thể hơi có áp suất, nhiệt độ cao từ

máy nén bơm tới, ngưng tụ thành thể lỏng

Hình 7.7 là hình dạng bên ngoài của giàn

nóng

Hình 7.7 Giàn nóng Dàn nóng lắp ở đầu xe, là bộ tản nhiệt của hệ thống làm lạnh Gồm có ống bằng đồng hoặc nhôm, uốn cong thành những hình chữ U nối tiếp nhau Các lá tản nhiệt bám xung quanh ống Chúng được làm bằng nhôm, có bề dầy 0,5 mm, để làm tăng bề mặt trao đổi nhiệt Gaz ở trạng thái khí, có áp suất, nhiệt độ cao, đi qua ống dẫn phía trên của giàn nóng, theo ống chữ U, xuống phía dưới Do trao đổi nhiệt với ống dẫn, cánh tản nhiệt và luồng không khí xung quanh thành ống (do gió phía đầu xe, kết hợp quạt két nước hoặc quạt giàn nóng), nên khí gaz chuyển trạng thái thành lỏng ( ở nhiệt độ trung bình khoảng 60oC ) Theo chiều cao của giàn nóng, thường 2/3 thể tích phía trên

là môi chất thể khí, còn 1/3 thể tích phía dưới là môi chất thể lỏng

c) Bình lọc, hút ẩm

Bình lọc, hút ẩm có các chức năng: Chức năng thứ nhất hoạt động như một bình chứa hầu hết gaz lạnh R134a dạng lỏng trong hệ thống, thứ hai nó hoạt động như một

bộ lọc hơi ẩm và tạp chất

Bất kì một tạp chất nào có thể làm nghẽn van tiết lưu sẽ được giữ lại bởi các lưới lọc ( 2,4 ) Hơi ẩm và tạp chất sẽ được lọc sạch nhờ một lớp chất hoá học bảy phần tử, hợp chất hoá học gọi là Silicagel ( 3 ) ( chức năng lọc hơi ẩm và tạp chất ) điều này ngăn chặn toàn bộ các phần tử ẩm trong hệ thống đi qua van giảm áp, để có thể đóng băng ở van và làm nghẽn van

Trên bộ lọc gaz có cửa quan sát ( 1 ) hay gọi là mắt gaz, cho phép kiểm tra tình trạng của gaz lạnh ở giai đoạn có áp suất cao Kính cửa quan sát này trong, nếu gaz R134a đi ngang qua bộ lọc này hoàn toàn ở thể lỏng Trong khi đó, nếu thiếu gaz hoặc quá trình ngưng có vấn đề, gaz lạnh sẽ không hoàn toàn ở dạng lỏng và ta sẽ quan sát thấy các bong bóng hoặc bọt khí

d) 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

* Van giãn nở có ống cân bằng bên ngoài:

e) Giàn lạnh (bộ hoá hơi)

* Nhiệm vụ

- Làm lạnh: Gaz lỏng phun vào dạng sương, chúng gãn nở, thu nhiệt để bốc hơi hoàn toàn, do đố làm lạnh khối không khí do quạt thổi xuyên qua nó

- Hút ẩm trong xe: Hơi nước trong xe khi qua giàn lạnh sẽ ngưng động thành giọt quanh ống dẫn của giàn lạnh và chảy ra ngoài qua ống dẫn

* Cấu tạo

Giàn lạnh được bố trí dưới bảng đồng hồ, gồm có các ống dẫn bằng nhôm uốn cong hình chữ U và các lá tản nhiệt làm bằng nhôm Cửa vào và cửa ra của giàn lạnh được gắn với cụm phân phối gió và lắp vào van giảm áp

Không khí bên ngoài, hoặc không khí tuần hoàn trong khoang hành khách được quạt máy lạnh hút vào và thổi qua các lá tản nhiệt Điều này gây ra sự bốc hơi làm thay đổi trạng thái của gaz lạnh từ lỏng sang khí ( luôn ở áp suất thấp )

Không khí đi qua các lá tản nhiệt của giàn lạnh sẽ được làm khô và làm lạnh Hơi

ẩm ngưng lại trên các lá tản nhiệt sẽ được thu lại và thải ra khỏi xe

Cấu tạo và tình trạng hoạt động của giàn lạnh có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của hệ thống làm lạnh.Tại cánh giàn lạnh xảy ra sự đóng băng và tuyết Khi không khí ấm đập vào cánh giàn lạnh và bị lạnh xuống dưới nhiệt độ điểm sương(nhiệt độ mà hơi nước bắt đầu ngưng tụ) Hơi nước ngưng tụ và dính vào các cánh giàn lạnh ở dạng các giọt nước Nếu các cánh này được làm lạnh dưới 00C, các giọt nước sẽ biến thành tuyết hay băng Hiệu quả truyền nhiệt của giàn lạnh kém, lưu lượng khí đi qua giàn lạnh giảm và tính năng của hệ thống làm lạnh sẽ kém đi Do đó cần phải có thiết bị chống đóng băng giàn lạnh Hình 7.10 giới thiệu kết cấu của giàn lạnh