Đồ án Hệ thống lạnh trên ô tô

Đồ án Hệ thống lạnh trên ô tô MỤC LỤC  Trang NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN.......................................................... 1 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ............................................................. 2 LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................... 5 PHẦN I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ Ô TÔ....... 7 1.1 Giới thiệu chung về hệ thống điều hòa không khí trên ô tô....................................... 7 1.2 Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................................ 8 PHẦN II. LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ Ô TÔ ............. 9 2.1 Chức năng, phân loại, lý thuyết điều hòa không khí .................................................. 9 2.1.1 Chức năng của điều hòa không khí............................................................................... 9 2.1.2 Phân loại điều hòa không khí trên ô tô ........................................................................11 2.1.3 Lý thuyết về điều hòa không khí .................................................................................13 2.1.4 Đơn vị đo nhiệt lượng, môi chất lạnh và dầu bôi trơn.................................................15 2.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống điện lạnh trên ô tô ...............................19 2.2.1 Cấu tạo chung của hệ thống điện lạnh trên ô tô...........................................................19 2.2.2 Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống điện lạnh trên ô tô .....................................20 2.2.3 Vị trí lắp đặt của hệ thống điện lạnh trên ô tô .............................................................20 2.3 Các thành phần chính trong hệ thống điện lạnh ô tô ................................................22 2.3.1 Máy nén .......................................................................................................................22 2.3.2 Bộ ngưng tụ (Giàn nóng) .............................................................................................28 2.3.3 Bình lọc (Hút ẩm môi chất) .........................................................................................30 2.3.4 Van giãn nở hay van tiết lưu........................................................................................32 2.3.5 Bộ bốc hơi (Giàn lạnh) ................................................................................................37 2.4 Các thành phần phụ khác trong hệ thống điện lạnh ô tô..........................................39 2.4.1 Ống dẫn môi chất lạnh .................................................................................................39 2.4.2 Cửa sổ kính ..................................................................................................................39 2.5 Các phương pháp điều khiển hệ thống điện lạnh trên ô tô.......................................40 2.5.1 Bộ điều khiển nhiệt độ .................................................................................................40 2.5.2 Bộ điều khiển tốc độ quạt ............................................................................................. 43 2.5.3 Bộ điều khiển tốc độ không tải (bù ga)......................................................................... 45 2.5.4 Bộ điều khiển chống đóng băng giàn lạnh ................................................................... 47 2.5.5 Bộ điều khiển đóng ngắt máy nén ................................................................................ 49 2.5.6 Điều chỉnh tốc độ quạt .................................................................................................. 56 2.6 Hệ thống điều hòa không khí tự động trên ô tô .......................................................... 58 2.6.1 Khái quát về hệ thống điều hòa không khí tự động trên ô tô ....................................... 58 2.6.2 Các bộ phận của hệ thống điều hòa không khí tự động................................................ 60 2.6.3 Các dạng điều khiển hệ thống điều hòa không khí tiêu biểu ........................................ 64 PHẦN III. THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐIỆN LẠNH TRÊN Ô TÔ............................... 73 3.1 Mục đích và yêu cầu của mô hình ................................................................................ 73 3.1.1 Mục đích của mô hình .................................................................................................. 73 3.1.2 Yêu cầu của mô hình .................................................................................................... 73 3.2 Chọn phương án, phân tích ưu điểm và nhược điểm của các mô hình .................... 74 3.2.1 Xây dựng mô hình điện lạnh trên ô tô .......................................................................... 76 3.2.2 Sơ đồ điện điều khiển hệ thống điện lạnh trên ô tô ...................................................... 81 PHẦN IV. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI ..................................................... 82 4.1 Giảng dạy về lý thuyết ................................................................................................... 82 4.1.1 Cấu tạo các bộ phận trong hệ thống điện lạnh ô tô....................................................... 82 4.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện lạnh ô tô ........................................................ 82 4.2 Giảng dạy về thực hành................................................................................................. 82 4.2.1 Các dụng cụ, thiết bị sử dụng khi bảo dưỡng, sửa chữa ............................................... 82 4.2.2 Các bài thực tập trên mô hình ....................................................................................... 86 4.3 Chẩn đoán xác định hỏng hóc, sửa chữa ..................................................................... 93 4.3.1 Chẩn đoán tình trạng của hệ thống ............................................................................... 93 4.3.2 Xác định hỏng hóc và sửa chữa .................................................................................... 99 PHẦN V. THAM KHẢO ................................................................................................. 104 KẾT LUẬN ......................................................................................................................... 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 116 LỜI NÓI ĐẦU Trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước ngành công nghiệp ô tô của nước ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ. Trong những năm gần đây lượng ô tô tham gia giao thông không ngừng tăng lên. Ngày nay ô tô đã trở thành phương tiện đi lại thân thiện đối với người dân Việt Nam. Nhận ra nhu cầu này nhiều hãng xe nổi tiếng trên thế giới đã đầu tư vào Việt Nam. Theo đó Nhà nước cũng có những chính sách phù hợp để thúc đẩy ngành công nghiệp ô tô phát triển. Ngoài những công ty đã phát triển từ lâu đời ở Việt Nam như Công ty ô tô mùng 1 tháng 5 hay công ty cơ khí ô tô Sài Gòn. Những năm gần đây nhiều công ty ô tô nước ngoài đã đầu tư vào thị trường Việt nam như : Toyota, Suzuki, Ford, Mercedes, Mazda, Huynđai. Việc xuất hiện các công ty nước ngoài đã tác động mạnh mẽ tới việc đào tạo kỹ thuật viên trong nước sao cho đáp ứng được với nền công nghiệp ô tô nước nhà. Theo dự án đào tạo nghề của Cộng Hòa Liên Bang Đức đầu tư vào Việt Nam. Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên là một trọng tâm trong dự án đó. Trong đó ngành cơ khí động lực được chú trọng ngay từ đầu. Trong quá trình hoạt động đã đào tạo được các kỹ thuật viên có trình độ chuyên môn cao đáp ứng nhu cầu của xã hội. Là sinh Đại học được đào tạo chính quy , qua thời gian học tập và nghiên cứu tại trường dưới một mô hình đào tạo có chất lượng. Để khẳng định chất lượng đào tạo của Nhà trường nói chung và khoa cơ khí động lực nói riêng , chúng em được giao đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế, lắp đặt và khai thác mô hình điện lạnh trên ô tô’’. Đề tài gồm bốn phần: Phần I : Tổng quan về hệ thống điều hòa không khí trên ô tô Phần II : Lý thuyết chung về điều hòa không khí trên ô tô Phần III : Chọn lựa phương án thiết kế mô hình điện lạnh ô tô Phần IV : Phạm vi ứng dụng của đề tài Phần V : Tham khảo Trang bị hệ thống điều hòa trên ô tô là rất quan trọng, nhờ vậy tính tiện nghi của ô tô ngày một nâng cao , giúp con người cảm thấy thoải mái khi sử dụng ô tô . Nhận thức được tính cấp thiết của đề tài, nên ngay sau khi nhận được đề tài em đã tìm hiểu những vấn đề có liên quan, sưu tập tài liệu. Trong quá trình thực hiện chúng em gặp không ít những khó khăn, nhưng với sự hướng dẫn tận tình của thầy Ngô Văn Hóa và thầy Nguyễn Công Hân cùng các thầy cô trong khoa và các bạn cùng lớp chúng em đã dần khắc phục được những khó khăn. Đến nay đề tài của chúng em đã hoàn thành đề tài đúng thời gian quy định. Do kiến thức chuyên môn còn hạn chế, tính rộng lớn của đề tài nên mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng đề tài cũng không thể tránh khỏi những khiếm khuyết , rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các quý thầy cô và các bạn trong lớp để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn nữa. Em hy vọng đề tài của chúng em sẽ là tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn sinh viên khóa sau và là bài giảng hữu ích trong việc giảng dạy của nhà trường. Em xin chân thành cảm ơn! Hưng Yên, ngày 21 tháng 08 năm 2009 Nhóm sinh viên thực hiện Nguyễn Hữu Dũng Trần Văn Nhã PHẦN I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÊN Ô TÔ 1.1 Giới thiệu chung về hệ thống điều hòa không khí trên ô tô Điều hòa không khí là một hệ thống quan trọng trên xe. Nó điều khiển nhiệt độ và tuần hoàn không khí trong xe giúp cho hành khách trên xe cảm thấy dễ chịu trong những ngày nắng nóng mà còn giúp giữ độ ẩm và lọc sạch không khí. Ngày nay, điều hòa không khí trên xe còn có thể hoạt động một cách tự động nhờ các cảm biến và các ECU điều khiển. Điều hoà không khí cũng giúp loại bỏ các chất cản trở tầm nhìn như sương mù, băng đọng trên mặt trong của kính xe. Để làm ấm không khí đi qua, hệ thống điều hòa không khí sử dụng ngay két nước như một két sưởi ấm. Két sưởi lấy nước làm mát động cơ đã được hâm nóng bởi động cơ và dùng nhiệt này để làm nóng không khí nhờ một quạt thổi vào xe, vì vậy nhiệt độ của két sưởi là thấp cho đến khi nước làm mát nóng lên. Do đó ngay sau khi động cơ khởi động két sưởi không làm việc. Để làm mát không khí trong xe, hệ thống điện lạnh ô tô hoạt động theo một chu trình khép kín. Máy nén đẩy môi chất ở thế khí có nhiệt độ cao áp suất cao đi vào giàn ngưng. Ở giàn ngưng môi chất chuyển từ thể khí sang thể lỏng. Môi chất ở dạng lỏng này chảy vào bình chứa (bình sấy khô). Bình này chứa và lọc môi chất. Môi chất lỏng sau khi đã được lọc chảy qua van giãn nở, van giãn nở này chuyển môi chất lỏng thành hỗn hợp khí - lỏng có áp suất và nhiệt độ thấp. Môi chất dạng khí - lỏng có nhiệt độ thấp này chảy tới giàn lạnh. Quá trình bay hơi chất lỏng trong giàn lạnh sẽ lấy nhiệt của không khí chạy qua giàn lạnh. Tất cả môi chất lỏng được chuyển thành hơi trong giàn lạnh và chỉ có môi chất ở thể hơi vừa được gia nhiệt đi vào máy nén và quá trình được lặp lại như trước. Như vậy để điều khiển nhiệt độ trong xe, hệ thống điều hòa không khí kết hợp cả két sưởi ấm và giàn lạnh đồng thời kết hợp điều chỉnh vị trí các cánh hòa trộn và vị trí của van nước. Để điều khiển thông khí trong xe, hệ thống điều hòa không khí lấy không khí bên ngoài đưa vào trong xe nhờ chênh áp được tạo ra do chuyển động của xe được gọi là sự thông gió tự nhiên. Sự phân bổ áp suất không khí trên bề mặt của xe khi nó chuyển động, một số nơi có áp suất dương, còn một số nơi khác có áp suất âm. Như vậy cửa hút được bố trí ở những nơi có áp suất dương và cửa xả khí được bố trí ở những nơi có áp suất âm. Trong các hệ thống thông gió cưỡng bức, người ta sử dụng quạt điện hút không khí đưa vào trong xe. Các cửa hút và cửa xả không khí được đặt ở cùng vị trí như trong hệ thống thông gió tự nhiên. Thông thường, hệ thống thông gió này được dùng chung với các hệ thống thông khí khác (hệ thống điều hoà không khí, bộ sưởi ấm). 1.2 Tính cấp thiết của đề tài. Ngày nay ô tô được sử dụng rộng rãi như một phương tiện tham gia giao thông thông dụng. Ô tô hiện đại nhằm cung cấp tối đa về mặt tiện n ghi cũng như tính năng an toàn cho con người khi sử dụng. Các tiện nghi được sử dụng trên xe 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 như nghe nhạc, xem truyền hình. Một trong những trang bị tiện nghi phổ biến đó là hệ thống điện lạnh trên ô tô. Ngày nay hệ thống điện lạnh ô tô ngày càng được phát triển và hoàn thiện phục vụ nhu cầu của con người. Nó tạo ra một cảm giác thoải mái khi sử dụng xe trong bất kỳ thời tiết nào. Đặc biệt nó giải quyết được vấn đề khí hậu ở Việt Nam, khí hậu khắc nghiệt, không khí bụi bẩn ô nhiễm. Tuy nhiên hệ thống càng hiện đại thì khả năng tiếp cận nó càng khó khăn khi xảy ra hư hỏng. Một sinh viên ngành công nghệ ô tô cần phải trang bị cho mình những kiến thức cơ bản nhất về tất cả các hệ thống trên ô tô. Đặc biệt là hệ thống điện lạnh trên ô tô mà ngày nay sự tiế p cận nó gặp rất nhiều khó khăn. Chính vì vậy việc lựa chọn đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế, lắp đặt và khai thác mô hình điện lạnh trên ô tô’’ là rất cần thiết. Đề tài được hoàn thành sẽ là cơ sở giúp cho chúng em sau này có thể tiếp cận với những hệ thống điện lạnh được trang bị trên các ô tô hiện đại. Chúng em mong rằng đề tài sẽ góp phần nhỏ vào công tác giảng dạy trong nhà trường. Đồng thời có thể làm tài liệu tham khảo cho các bạn học sinh và sinh viên chuyên ngành ô tô và các bạn sinh viên đang theo học các chuyên ngành khác thích tìm hiểu về kỹ thuật ô tô. PHẦN II. LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÊN Ô TÔ 2.1 Chức năng, phân loại, lý thuyết điều hòa không khí. 2.1.1 Chức năng của điều hòa không khí. + Sưởi ấm. Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động của bộ sưởi ấm Người ta dùng một két sưởi ấm như một bộ trao đổi nhiệt để làm nóng không khí. Két sưởi lấy nước làm mát của động cơ đã được hâm nóng bởi động cơ và dùng nhiệt độ này để làm nóng không khí nhờ một quạt thổi vào xe, vì vậy nhiệt độ của két sưởi là thấp cho đến khi nước làm mát nóng lên. Do đó ngay sau khi động cơ khởi động két sưởi không làm việc như là một bộ sưởi ấm. + Làm mát không khí. Giàn lạnh làm việc như là một bộ trao đổi nhiệt để làm mát không khí trước khi đưa vào trong xe. Khi bật công tắc điều hòa không khí, máy nén bắt đầu làm việc đẩy môi chất lạnh (ga điều hòa) tới giàn lạnh. Giàn lạnh được làm mát nhờ chất làm lạnh và sau đó nó làm mát không khí đợưc thổi vào trong xe từ quạt gió. Việc làm nóng không khí phụ thuộc vào nhiệt độ của nước làm mát động cơ nhưng việc làm mát không khí hoàn toàn độc lập với nhiệt độ nước làm mát động cơ. Hình 2.2: Nguyên lý hoạt động của hệ thống làm mát + 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 đi qua giàn lạnh, 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 bị giảm xuống. Nước dính vào các cánh tản nhiệt đọng lại thành sương và được chứa trong khay xả nước. Cuối cùng, nước này được tháo ra khỏi khay của xe bằng một vòi nhỏ. Ngoài ba chức năng trên hệ thống điều hòa không khí còn có chức năng điều khiển thông gió trong xe. Việc lấy không khí bên ngoài đưa vào trong xe nhờ chênh áp được tạo ra do chuyển động của xe được gọi là sự thông gió tự nhiên. Sự phân bổ áp suất không khí trên bề mặt của xe khi nó chuyển động được chỉ ra trên hình vẽ, một số nơi có áp suất dương, còn một số nơi khác có áp suất âm. Như vậy cửa hút được bố trí ở những nơi có áp suất dương và cửa xả khí được bố trí ở những nơi có áp suất âm. Trong các hệ thống thông gió cưỡng bức, người ta sử dụng quạt điện hút không khí đưa vào trong xe. Các ửca hút và cửa xả không khí được đặt ở cùng vị trí như trong hệ thống thông gió tự nhiên. Thông thường, hệ thống thông gió này được dùng chung với các hệ thống thông khí khác (hệ thống điều hoà không khí, bộ sưởi ấm). 2.1.2 Phân loại điều hòa không khí trên ô tô. Hệ thống điều hòa không khí được phân loại theo vị trí lắp đặt và theo phương thức điều khiển. a. Phân loại theo vị trí lắp đặt. + Kiểu phía trước. Giàn lạnh của kiểu phía trước được gắn sau bảng đồng hồ và được nối với giàn sưởi. Quạt giàn lạnh được dẫn động bằng mô tơ quạt. Gió từ bên ngoài hoặc không khí tuần hoàn bên trong được cuốn vào. Không khí đã làm lạnh (hoặc sấy) được đưa vào bên trong. + Kiểu kép. Hình 2.3: Kiểu phía trước Kiểu kép là kiểu kết hợp giữa kiểu phía trước với giàn lạnh phía sau được đặt trong khoang hành lý. Cấu trúc này không cho không khí thổi ra từ phía trước hoặc từ phía sau. Kiểu kép cho năng suất lạnh cao hơn và nhiệt độ đồng đều ở mọi nơi trong xe. Hình 2.4: Kiểu kép + Kiểu kép treo trần. Kiểu này được sử dụng trong xe khách. Phía trước bên trong xe được bố trí hệ thống điều hòa kiểu phía trước kết hợp với giàn lạnh treo trần phía sau. Kiểu kép treo trần cho năng suất lạnh cao và nhiệt độ phân bố đều. Hình 2.5: Kiểu kép treo trần b. Phân loại theo phương pháp điều khiển. + Kiểu bằng tay. Kiểu này cho phép điều khiển nhiệt độ bằng tay các công tắc và nhiệt độ đầu ra bằng cần gạt. Ngoài ra còn có cần gạt hoặc công tắc điều khiển tốc độ quạt, điều khiển lượng gió, hướng gió. Hình 2.6: Kiểu bằng tay (Khi trời nóng) Hình 2.7: Kiểu bằng tay (Khi trời lạnh) + Kiểu tự động. Điều hòa tự động điều khiển nhiệt độ mong muốn , bằng cách trang bị bộ điều khiển điều hòa và ECU động cơ. Điều hòa tự động điều khiển nhiệt độ không khí ra và tốc độ động cơ quạt một cách tự động dựa trên nhiệt độ bên trong xe, bên ngoài xe, và bức xạ mặt trời báo về hộp điều khiển thông qua các cảm biến tương ứng, nhằm điều khiển nhiệt độ bên trong xe theo nhiệt độ mong muốn. Hình 2.8: Kiểu tự động (Khi trời nóng) Hình 2.9: Kiểu tự động (Khi trời lạnh) 2.1.3 Lý thuyết về điều hòa không khí. Để có thể biết và hiểu được hết nguyên lý làm vệic, đặc điểm cấu tạo của hệ thống điều hòa không khí trên ô tô, ta cần phải tìm hiểu kỹ hơn về cơ sở lý thuyết căn bản của hệ thống điều hòa không khí. Quy trình làm lạnh được mô tả như một quá trình tách nhiệt ra khỏi vật thể. Đây cũng là mục đích chính của hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí. đây: Vì vậy hệ thống điều hòa không khí hoạt động dựa trên 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 ra một vùng rộng lớn và nhiệt độ của chất khí sẽ bị giảm xuống. + Để làm lạnh bất cứ một vật nào thì ta phải lấy nhiệt ra khỏi vật thể đó. + Một số lượng lớn nhiệt lượng được hấp thụ khi chất lỏng thay đổi trạng thái biến thành hơi. Tất cả các hệ thống điều hòa không khí ô tô đều được thiết kế dựa trên cơ sở lý thuyết của ba đặc tính căn bản: Dòng nhiệt, sự hấp thụ, áp suất và điểm sôi. - Dòng nhiệt: Nhiệt truyền từ nơi có nhiệt độ cao hơn (các phần tử có chuyển động mạnh hơn) đến những nơi có nhiệt độ thấp hơn (các phần tử có chuyển động yếu hơn).Ví dụ: Một vật nóng 30 0F được đặt cạnh một vật nóng có nhiệt độ 800F thì vật nóng có nhiệt độ là 800F sẽ truyền nhiệt cho vật 300F. Sự chênh lệch nhiệt độ 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 tiếp xúc trực tiếp với nhau. Ví dụ khi ta nung nóng một đầu thanh thép thì đầu kia dần dần ấm lên do sự dẫn nhiệt. + Sự đối lưu: Là sự truyền nhiệt qua sự di chuyển của một chất lỏng hay một chất khí đã được làm nóng hay đó là sự truyền nhiệt từ vật thể này sang vật thể khác nhờ khối khung khí trung gian bao quanh nó. Khi khối không khí được