Luận văn Tổng quan về điều hòa không khí trong ô tô

Luận văn: Tổng quan về điều hũa khụng khớ trong ụ tụ  Khoa cơ khí Động lực Tài liệu chia sẻ trờn diễn đàn www.oto-hui.com MụC Lục CHươNG 1. tổng Quan về điều hòa không khí trong ô tô .......................... 4 1.1. Lý thuyết về điều hòa không khí ................................................................................................ 4 1.1.1. Mục đích về điều hoà không khí ......................................................................................... 4 1.1.2. Lý thuyết về điều hoà không khí trong ôtô ..................................................................... 4 1.1.3. Đơn vị đo nhiệt lượng – Môi chất lạnh – Dầu nhờn bôi trơn ........................................... 6 1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống điện lạnh ôtô ................................................. 10 1.2.1. Hệ thống điện lạnh và các thành phần chính .................................................................. 10 1.2.2. Máy nén ............................................................................................................................... 11 1.2.3. Bộ ngưng tụ ( giàn nóng) .................................................................................................... 18 1.2.4. Hệ thống điện lạnh với van giãn nở ................................................................................... 19 1.2.5. Hệ thống điện lạnh ôtô trang bị ống tiết lưu ................................................................... 24 1.2.6. Các bộ phận phụ ................................................................................................................. 28 1.3. Điều khiển hệ thống điện lạnh ôtô ............................................................................................ 37 1.3.1. Kiểm soát tình trạng đóng băng giàn lạnh ....................................................................... 37 1.3.2. Thiết bị an toàn bảo vệ hệ thống điện lạnh ...................................................................... 39 1.3.3. Phân phối không khí đã được điều hòa ............................................................................ 41 CHươNG 2. chọn lựa phương án THIếT Kế chế tạo MÔ HìNH ......................... 48 2.1. Chọn phương án thiết kế ........................................................................................................... 48 2.1.1. Công việc chuẩn bị .............................................................................................................. 48 2.1.2. Chọn phương án thiết kế .................................................................................................... 48 2.2. Mô hình thiết kế ......................................................................................................................... 50 CHươNG 3. CáC BàI LUYệN TậP TRêN Mô HìNH đIệN LạNH ôTô .......................... 52 3.1. Dụng cụ và thiết bị thông thường khi sửa chữa, bảo trì hệ thống điện lạnh ôtô .................. 52 3.1.1. Bộ đồng hồ đo áp suất hệ thống điện ................................................................................ 53 3.1.2. Bơm hút chân không .......................................................................................................... 56 3.1.3. Thiết bị phát hiện xì ga ...................................................................................................... 57 3.2. Bảo trì sửa chữa hệ thống điện lạnh ôtô .................................................................................. 59 3.2.1. An toàn kỹ thuật ................................................................................................................. 59 3.2.2. Phương pháp lắp ráp bộ áp kế vào hệ thống .................................................................... 62 3.2.4. Rút chân không hệ điện lạnh ............................................................................................. 65 3.2.5. Kỹ thuật nạp môi chất lạnh ............................................................................................... 67 Khoa cơ khí Động lực Tài liệu chia sẻ trờn diễn đàn www.oto-hui.com Lời nói đầu Ngày nay, ôtô được sử dụng rộng rãi như một phương tiện giao thông thông dụng. ôtô hiện đại thiết kế nhằm cung cấp tối đa về mặt tiện nghi cũng như tính năng an toàn cho người sử dụng. Các tiện nghi được sử dụng trên ôtô 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 tiện nghi phổ biến đó là hệ thống điều hoà không khí (hệ thống điện lạnh) trong ôtô. Hệ thống điều hoà không khí giới thiệu những kiến thức cơ bản về lý thuyết điều hoà không khí, về cấu tạo và nguyên lý làm việc, thiết kế mô hình để giảng dạy cho học sinh, sinh viên trong nhà trường và thực hiện các bài thực hành trên mô hình trong xưởng, cách vận hành các máy lạnh trên ôtô hiện nay. Nội dung cơ bản của hệ thống điện lạnh ôtô gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan về hệ thống điện lạnh trang bị trên ôtô, chương 2: Thiết kế mô hình của hệ thống điện lạnh trên ôtô, chương 3: Xây dựng các bài thực hành trên mô hình. Là sinh viên được đào tạo tại trường Đại học SPKT Hưng Yên, chúng em đã được các thầy cô trang bị cho những kiến thức cơ bản về chuyên môn. Đến nay đã kết thúc khoá học, để tổng kết, đánh giá quá trình học tập và rèn luyện tại trường, chúng em được nhà trường và khoa cơ khí động lực giao cho trách nhiệm hoàn thành đề tài tốt nghiệp với nội dung: “ Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống điện lạnh trên ôtô”. Chúng em rất mong rằng khi đề tài của chúng em được hoàn thành sẽ đóng góp phần nhỏ trong công tác giảng dạy trong nhà trường. Đồng thời có thể làm tài liệu tham khảo cho các bạn học sinh, sinh viên chuyên ngành ôtô và các bạn sinh viên học các chuyên ngành khác ham thích tìm hiểu về kĩ thuật ôtô. Do nội dung đề tài còn mới, kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót trong quá trình thực hiện đề tài, chúng em rất mong được sự giúp đỡ của các thầy cô và bạn bè đồng nghiệp để đề tài của em được hoàn thiện hơn. Khoa cơ khí Động lực Tài liệu chia sẻ trờn diễn đàn www.oto-hui.com Chương 1. Tổng Quan về điều hòa không khí trong ô tô 1.1. Lý thuyết về điều hòa không khí 1.1.1. Mục đích về điều hoà không khí - Lọc sạch, tinh khiết khối không khí trước khi đưa vào cabin ôtô. - Rút sạch chất ẩm ướt trong khối không khí này. - Làm mát khối không khí và duy trì độ mát ở nhiệt độ thích hợp. - Giúp cho khách hàng và người lái xe cảm thấy thoải mái, mát dịu, khi xe chạy trên đường trường trong khi thời tiết nóng bức. Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện lạnh ôtô được mô tả theo sơ đồ khối (hình 1.1). 1.1.2. Lý thuyết về điều hoà không khí trong ôtô Hệ thống điện lạnh được thiết kế dựa trên các đặc tính cơ bản của sự truyền dẫn nhiệt sau đây: Dòng nhiệt, sự hấp thụ nhiệt và áp suất đối với điểm sôi. 1.1.2.1. Dòng nhiệt Hệ thống điện lạnh được thiết kế để xua đẩy nhiệt từ vùng này sang vùng khác. Nhiệt có tính truyền dẫn từ vật nóng sang vật nguội. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai vật càng lớn thì dòng điện lưu thông càng mạnh. Nhiệt truyền dẫn từ vật này sang vật khác theo ba cách: Mỏ hàn Hình 1.2. Truyền nhiệt nhờ sự dẫn nhiệt. Nhiệt độ của mỏ hàn được truyền đi trong thanh đồng. Hình 1.1. Sơ đồ khối giới thiệu quá trình lọc sạch, hút ẩm và làm lạnh khối không khí đưa vào cabin ôtô. Làm lạnh hút ẩm Làm sạch Khoa cơ khí Động lực Tài liệu chia sẻ trờn diễn đàn www.oto-hui.com - Dẫn nhiệt. - Sự đối lưu. - Sự bức xạ. a. Dẫn nhiệt Sự dẫn nhiệt xảy ra giữa hai vật thể khi chúng được tiếp xúc trực tiếp nhau. Nếu đầu của một đoạn dây đồng tiếp xúc với ngọn lửa (hình 1.2), nhiệt độ của ngọn lửa sẽ truyền đi nhanh chóng xuyên qua đoạn dây đồng. Trong dây đồng, nhiệt lưu thông từ phân tử này sang phân tử kia. Một vài vật chất có đặc tính dẫn nhiệt nhanh hơn các vật chất khác. b. Sự đối lưu Nhiệt có thể truyền dẫn từ vật thể này sang vật thể kia, nhờ trung gian của khối không khí bao quanh chúng. đặc tính này là hình thức của sự đối lưu. Lúc khối không khí được đun nóng bên trên một nguồn nhiệt, không khí nóng sẽ bốc lên phía trên tiếp xúc với vật thể nguội hơn ở phía trên và làm nóng vật thể này (hình 1.3). Trong một phòng, không khí nóng bay lên trên, không khí nguội đi chuyển xuống dưới tạo thành vòng tròn luân chuyển khép kín, nhờ vậy các vật thể trong phòng được nung nóng đều, đó là hiện tượng của sự đối lưu. c. Sự bức xạ Sự bức xạ là sự truyền nhiệt do tia hồng ngoại truyền qua không gian xuống Trái Đất, nung nóng Trái Đất (Hình 1.4). Hình 1.3. Nhiệt được truyền dẫn do sự đối lưu. Không khí trên bề mặt nung nóng, bay nên nung chín gà. Hình 1.4. Truyền dẫn nhiệt do bức xạ. Mặt trời truyền nhiệt nung nóng Trái Đất nhờ tia hồng ngoại. Trái Đất Sóng tia hồng ngoại Mặt trời Khoa cơ khí Động lực Tài liệu chia sẻ trờn diễn đàn www.oto-hui.com 1.1.2.2. Sự hấp thu nhiệt Vật có thể được tồn tại ở một trong ba trạng thái : Thể rắn, thể lỏng và thể khí. Muốn thay đổi trạng thái của vật thể, cần phải truyền cho nó một lượng nhiệt. Ví dụ khi ta hạ nhiệt độ của nước xuống đến 320F (00C) nước sẽ đông thành đá, nếu đun nóng lên đến 2120F (1000 C) nước sôi sẽ bốc hơi. Nếu ta đun nước đá ở 00C thì nó sẽ tan ra, nhưng nước đá đang tan vẫn giữ nguyên nhiệt độ. Đun nước nóng đến 1000C ta tiếp tục truyền nhiệt nhiều hơn nữa cho nước bốc hơi chỉ thấy nhiệt độ của nước giữ nguyên 1000C. Hiện tượng này gọi là ẩn nhiệt hay tiềm nhiệt. 1.1.2.3. áp suất và điểm sôi Sự ảnh hưởng của áp suất đối với điểm sôi có một tác động quan trọng đối với hoạt động biến thể của môi chất lạnh trong máy điều hoà không khí. Thay đổi áp suất trên măt thoáng của chất lỏng sẽ làm thay đổi điểm sôi của chất lỏng này. áp suất càng lớn thì điểm sôi càng cao, có nghĩa là nhiệt độ lúc chất lỏng sôi sẽ cao hơn so với áp suất bình thường. Ngược lại, nếu giảm áp suất trên mặt thoáng chất lỏng thì điểm sôi của nó sẽ giảm. Hệ thống điều hoà không khí cũng như hệ thống điện lạnh ôtô ứng dụng ảnh hưởng này của áp suất đối với sự bốc hơi và sự ngưng tụ của một loại chất lỏng đặc biệt để sinh hàn gọi là môi chất lạnh. 1.1.2.4. Lý thuyết về điều hoà không khí Lý thuyết về điều hoà không khí được tóm lược theo ba nguyên tắc sau: + Nguyên tắc thứ nhất: Làm lạnh một vật thể là rút bớt nhiệt của vật thể đó. + Nguyên tắc thứ hai: Mục tiêu làm lạnh chỉ thực hiện tốt khi khoảng cách không gian cần làm lạnh được bao kín chung quanh. Vì vậy cabin ôtô cần phải được bao kín và cách nhiệt tốt. + Nguyên tắc thứ ba: Khi cho bốc hơi chất lỏng, quá trình bốc hơi sẽ sinh hàn và hấp thu một lượng nhiệt đáng kể. Ví dụ cho một ít rượu cồn vào lòng bàn tay, cồn hấp thu nhiệt từ lòng bàn tay để bốc hơi. Hiện tượng này làm ta cảm thấy mát lạnh tại điểm giọt cồn đang bốc hơi. 1.1.3. Đơn vị đo nhiệt lượng – Môi chất lạnh – Dầu nhờn bôi trơn 1.1.3.1. Đơn vị đo nhiệt lượng Khoa cơ khí Động lực Tài liệu chia sẻ trờn diễn đàn www.oto-hui.com Để đo nhiệt lượng truyền từ vật thể này sang vật thể khác, thông thường người ta dùng đơn vị Calorie và BTU. - Calorie là số nhiệt lượng cần cung cấp cho 1kg nước để tăng nhiệt độ lên 1 0 C . - BTU viết tắt của chữ British Thermal Unit. Nếu cần nung 1 pound nước ( 0,454kg) đến 10F (0,550C) phải truyền cho nước 1 BTU nhiệt. 1.1.3.2. Môi chất lạnh:.... Môi chất lạnh còn gọi là tác nhân lạnh hay ga lạnh dùng trong hệ thống điều hoà không khí ôtô phải đạt được các yêu cầu sau đây: - Dễ bốc hơi có điểm sôi thấp. - Phải trộn lẫn được với dầu bôi trơn. - Có hoá tính trơ, nghĩa là không làm hỏng các ống cao su, nhựa dẻo, không gây sét gỉ cho kim loại. - Không gây cháy nổ và độc hại. Hệ thông điện lạnh ôtô sử dụng hai loại môi chất lạnh phổ biến là R-12 và R-134a. a. Môi chất lạnh R-12 Môi chất lạnh R-12 là một hợp chất gồm clo, flo và cacbon. Điểm sôi của R-12 là -220F (-300C), nhờ vậy: - Ưu điểm: Nó bốc hơi nhanh chóng trong giàn lạnh và hấp thu nhiều nhiệt. R-12 hoà tan được trong dầu nhờn bôi trơn chuyên dùng cho máy lạnh (loại dầu khoáng chất), không phản ứng làm hỏng kim loại, các ống mềm và gioăng đệm. Nó có khả năng lưu thông xuyên suốt qua hệ thống lạnh nhưng không bị giảm hiệu suất lạnh. - Nhược điểm: Chất này thải vào không khí, nguyên tử clo tham gia phản ứng làm thủng tầng ôzôn bao bọc bảo vệ Trái Đất. Trên tầng cao từ 16 ữ 48 km, tầng ôzôn bảo vệ Trái Đất bằng cách ngăn chặn tia cực tím của mặt trời phóng vào Trái Đất. Do đó, ngày nay hệ thống điện lạnh ôtô dùng loại môi chất mới R-134a thay thế cho R-12. b. Môi chất lạnh R-134a Môi chất lạnh R-134a là hợp chất gồm flo và cacbon. Điểm sôi của môi chất R-134a là -150F (-260C). - Ưu điểm: Khoa cơ khí Động lực Tài liệu chia sẻ trờn diễn đàn www.oto-hui.com Hợp chất này không tham gia phá hỏng tầng ôzôn. Vì trong phân tử này không chứa clo. - Nhược điểm: R-134a không hoà tan được với dầu nhờn bôi trơn khoáng chất. - Một số khác biệt quan trọng của môi chất lạnh R-134a so với R-12 là: + Dầu nhờn bôi trơn chuyên dùng cùng với môi chất lạnh R-134a là các chất bôi trơn tổng hợp polyalkalineglycol (PAG) hay polyolester (POE). Hai chất bôi trơn này không thể hoà lẫn với môi chất lạnh R-12. + Chất khử ẩm dùng cho R-134a khác với chất khử ẩm dùng cho R-12. + Hệ thống điện lạnh ôtô dùng môi chất lạnh R-134a cần áp suất bơm của máy nén và lưu lượng không khí giải nhiệt giàn nóng (bộ ngưng tụ) phải tăng cao hơn so với hệ thống điện lạnh dùng R-12. Chú ý: Trong quá trình bảo trì sửa chữa cần tuân thủ các yếu tố kỹ thuật sau đây: + Không được nạp lẫn môi chất lạnh R-12 vào trong hệ thống đang dùng môi chất lạnh R-134a và ngược lại. Nếu không tuân thủ điều này sẽ gây ra sai hỏng cho hệ thống điện lạnh. + Không được dùng dầu bôi trơn máy nén của hệ thống R-12 cho máy nén của hệ thống R-134a. Nên dùng đúng loại. + Phải sử dụng chất khử ẩm đúng loại dành riêng cho R-12 và R-134a. c. Đề phòng tai nạn đối với môi chất lạnh Tính chất vật lý của môi chất lạnh là không mầu sắc, không mùi vị, không cháy nổ. Nếu tiếp xúc trực tiếp với môi chất lạnh có thể bị mù mắt hay hỏng da. Môi chất lạnh bắn vào mắt sẽ gây đông lạnh phá hỏng mắt. Nếu không may bị môi chất lạnh bắn vào mắt phải nhanh chóng tự cấp cứu như sau: + Không được dụi mắt. + Tạt nhiều nước lã sạch vào mắt để làm tăng nhiệt độ cho mắt. + Băng che mắt tránh bụi bẩn. + Đến ngay bệnh viện mắt để chữa trị kịp thời. + Nếu bị chất lạnh phun vào da thịt, nên tiến hành chữa trị như trên. Không nên xả bỏ môi chất lạnh vào trong một phòng kín, vì môi lạnh làm phân tán khí ôxi gây ra chứng buồn ngủ, bất tỉnh và tử vong. Nếu để môi chất lạnh tiếp xúc với ngọn lửa hay kim loại nóng sẽ sinh ra khí độc. Nên tuân thủ một số nguyên tắc an toàn sau đây mỗi khi thao tác với môi chất lạnh: + Lưu trữ các bình chứa môi chất lạnh vào chỗ thoáng mát. Tuyệt đối không được hâm nóng môi chất lạnh lên quá 510C . Khoa cơ khí Động lực Tài liệu chia sẻ trờn diễn đàn www.oto-hui.com Hình 1.5. Bình chứa 2ounces (59 ml) dầu nhờn bôi trơn dùng để cho thêm vào hệ thống điện lạnh ôtô. + Không được va chạm hay gõ mạnh vào bình chứa môi chất lạnh. + Không được trộn lẫn R – 12 với R – 134a. 1.1.2.3. Dầu nhờn bôi trơn hệ thống điện lạnh Tuỳ theo quy định của nhà chế tạo, lượng dầu bôi trơn khoảng 150 ml đến 200ml đựơc nạp vào máy nén nhằm đảm bảo các chức năng: Bôi trơn các chi tiết của máy nén tránh mòn và kẹt cứng, một phần dầu nhờn sẽ hoà lẫn với môi chất lạnh và lưu thông khắp nơi trong hệ thống giúp van giãn nở hoạt động chính xác, bôi trơn cổ trục máy nén .v.v… Dầu nhờn bôi trơn máy nén phải tinh khiết, không sủi bọt, không lẫn lưu huỳnh. Dầu nhờn bôi trơn máy nén không có mùi, trong suốt màu vàng nhạt. Khi bị lẫn tạp chất dầu nhờn đổi sang màu nâu đen. Vì vậy nếu phát hiện thấy dầu nhờn trong hệ thống điện lạnh đổi sang màu nâu đen đồng thời có mùi hăng nồng, thì dầu đã bị nhiễm bẩn. Cần phải xả sạch dầu cũ và thay dầu mới đúng chủng loại và đúng dung lượng quy định. Chủng loại và độ nhớt của dầu bôi trơn máy nén tuỳ thuộc vào quy định của nhà chế tạo máy nén và tuỳ thuộc vào loại môi chất lạnh đang sử dụng. Để có thể cho thêm dầu nhờn vào máy nén bù đắp cho lượng dầu bị thất thoát do xì ga, người ta sản xuất những bình dầu nhờn áp suất ( Pressurizedoil) như giới thiệu trên (hình 1.5) . Loại bình này chứa 59 ml dầu nhờn và một lượng thích ứng môi chất lạnh. Lượng môi chất lạnh cùng chứa trong bình có công dụng tạo áp suất đẩy dầu nhờn nạp vào hệ thống. Cho thêm dầu nhờn vào hệ thống điện lạnh ôtô. Trong công tác bảo trì sửa chữa điện lạnh ôtô, cụ thể như xả môi chất lạnh, thay mới các bộ phận, cần phải cho thêm dầu nhờn bôi trơn đúng chủng loại và đúng lượng. Dầu nhờn phải được cho thêm sau khi tiến hành tháo xả môi chất lạnh, sau khi thay mới một bộ phận và trước khi rút chân không. Dầu nhờn hoà tan với môi chất lạnh và lưu thông khắp xuyên suốt hệ thống, do vậy bên trong mỗi bộ phận đều có tích tụ một số dầu bôi trơn khi tháo rời bộ phận này ra khỏi hệ thống. Lượng dầu nhờn bôi trơn phải cho thêm sau khi thay mới bộ phận được quy định do nhà chế tạo và được chế trực tiếp vào bộ phận đó. Sau đây là quy định của hãng ôtô Ford: Khoa cơ khí Động lực Tài liệu chia sẻ trờn diễn đàn www.oto-hui.com . Giàn lạnh (bộ bốc hơi) ..…………….. 90 cc. . Giàn nóng (bộ ngưng tụ) ………………. 30 cc. . Bầu lọc hút/ẩm ………………. 30 cc. Tổng thể tích dầu bôi trơn trong hệ thống điện lạnh ôtô khoảng 240 cc. 1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống điện lạnh ôtô 1.2.1. Hệ thống điện lạnh và các thành phần chính 1.2.1.1. Cấu tạo chung của hệ thống điện lạnh ôtô Hệ thống điện lạnh ôtô là một hệ thống hoạt động áp xuất khép kín, gồm các bộ phận chính được mô tả theo sơ đồ hình 2.1. Hình 1.6. Sơ đồ cấu tạo hệ thống điện lạnh trên ôtô. A. Máy nén còn gọi là blốc lạnh . I. Bộ tiêu âm. B. Bộ ngưng tụ, hay giàn nóng. H . Van xả phía thấp áp. C. Bình lọc/hút ảm hay fin lọc. 1. Sự nén. D. Van giãn nở hay van tiết lưu . 2. Sự ngưng tụ. E. Van xả phía cao áp. 3. Sự giãn nở. F. Van giãn nở. 4. Sự bốc hơi. G. Bộ bốc hơi, hay giàn lạnh. Khoa cơ khí Động lực Tài liệu chia sẻ trờn diễn đàn www.oto-hui.com 1.2.1.2. Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống điện lạnh ôtô Hoạt động của hệ thống điện lạnh (hình 1.6) được tiến hành theo các bước cơ bản sau đây nhằm truất nhiệt, làm lạnh khối không khí và phân phối luồng khí mát bên trong cabin ôtô: a. Môi chất lạnh thể hơi được bơm đi từ máy nén (A) dưới áp suất cao và nhiệt độ cao đến bộ ngưng tụ( B) . b.Tại bộ ngưng tụ (giàn nóng) (B) nhiệt độ của môi chất lạnh rất cao, quạt gió thổi mát giàn nóng, môi chất lạnh thể hơi được giải nhiệt, giảm áp nên ngưng tụ thành thể lỏng dưới áp suất cao nhiệt độ thấp . c. Môi chất lạnh thể lỏng tiếp tục lưu thông đến bình lọc/hút ẩm (C), tại đây môi chất lạnh được tiếp tục làm tinh khiết nhờ được hút hết hơi ẩm và lọc tạp chất. d. Van giãn nở hay van tiết lưu (F) điều tiết lưu lượng của môi chất lạnh thể lỏng để phun vào bộ bốc hơi (giàn lạnh) (G), làm lạnh thấp áp của môi chất lạnh. Do được giảm áp nên môi chất lạnh thể lỏng sôi, bốc hơi biến thành thể hơi bên trong bộ bốc hơi. e. Trong quá trình bốc hơi, môi chất lạnh hấp thu nhiệt trong cabin ôtô, và làm cho bộ bốc hơi trở lên lạnh. Quạt lồng sóc hay quạt giàn lạnh thổi một khối lượng lớn không khí xuyên qua giàn lạnh đưa khí mát vào cabin ôtô. f. Sau đó môi chất lạnh ở thể hơi, áp suất thấp được hút trở về lại máy nén. Hệ thống điện lạnh ôtô được thiết kế theo 2 kiểu: Hệ thống dùng van giãn nở TXV (Thermostatic Expansion Valve) và hệ thốngs tiết lưu cố định F