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 đun nóng bởi một nguồn nhiệt, không khí nóng sẽ bốc lên phía trên tiếp xúc với vật thể nguội hơn và làm nóng vật thể này. Trong một phòng không khí nóng bay lên trên, khôn g khí lạnh di chuyển xuống dưới tạo thành vòng luân chuyển khép kín, nhờ vậy các vật thể trong phòng được nung nóng đều, đó là hiện tượng của sự đối lưu. + 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 với nhau. Ta cảm thấy ấm khi đứng dưới ánh sáng mặt trời hay cả dưới ánh sáng đèn pha khi ta đứng gần nó. Đó là bởi nhiệt của mặt trời hay đèn pha 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 cảm giác nóng. Tác dụng truyền nhiệt này gọi là sự bức xạ. - Sự hấp thụ nhiệt: Vật chất có thể tồn tại ở một trong ba trạng thái: Thể lỏng, thể rắn, thể khí. Muốn thay đổi trạng thái của một vật thể, cần phải truyền cho nó một nhiệt lượng nhất định. Ví dụ khi ta hạ nhiệt độ của nước xuống 32 0F (00C) thì nước đóng băng thành đá. Nó đã thay đổi trạng thái từ thể lỏng sang thể rắn. Nếu nước được đun tới 2120F (1000C), nước sẽ sôi và bốc hơi (thể khí). Ở đây đặc biệt thú vị khi thay đổi nước đá (thể rắn) thành nước ở thể lỏng và nước thành hơi ở thể khí. Trong quá trình thay đổi trạng thái của nước ta phải tác động nhiệt vào. Ví dụ : Khối nước đá đang ở nhiệt độ 320F ta nung nóng cho nó tan ra, nhưng nước đá đang tan vẫn giữ nhiệt độ là 32 0F. Đun nước nóng đến 212 0F thì nước sôi, nhưng khi ta tếip tục đun nữa nước sẽ bốc hơi và nhiệt độ đo được vẫn là 212 0F (1000C) chứ không nóng hơn nữa. Lượng nhiệt được hấp thụ trong nước sôi, trong nước đá để làm thay đổi trạng thái của nước gọi là ẩn nhiệt. - Áp suất và điểm sôi: Áp suất giữ vai trò quan trọng trong hệ thống điều hòa không khí. Khi tác động áp suất trên mặt chất lỏng thì sẽ làm thay 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 mức bình thường. Ngược lại nếu giảm áp suất tác động lên một vật chất thì điểm sôi của vật chất đó sẽ bị giảm xuống. Ví dụ điểm sôi của nước ở nhiệt độ bình thường là 100 0C. Điểm sôi này có thể tăng cao hơn bằn g 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 hay đặt chất lỏng trong chân không. Đối với điểm ngưng tụ của hơi nước, áp suất cũng có tác dụng như thế. Trong hệ thống điều hòa không khí, cũng như hệ thống điện lạnh ô tô đã áp dụng hiện tượng này của áp suất đối với sự bốc hơi và ngưng tụ của một số loại chất lỏng đặc biệt tham gia vào quá trình sinh lạnh và điều hòa của hệ thống. 2.1.4 Đơn vị đo nhiệt lượng, môi chất lạnh và dầu bôi trơn. a. Đơn vị đo nhiệt lượng. Để đo nhiệt lượng truyền từ vật này sang vật kia người ta dùng đơn vị BTU. Nếu cần nung một Pound nước (0,454 kg) nóng đến 1 0F (0,550C) thì phải truyền cho nước 1 BTU nhiệt. Năng suất của một hệ thống nhiệt lạnh ô tô được định rõ bằng BTU/giờ, vào khoảng 12000 đến 24000 BTU/giờ.(1BTU= 0,252 cal = 252 kcal), (1 kcal = 4,187 kJ). b. Môi chất lạnh. Môi chất lạnh còn gọi là tác nhân lạnh hay ga lạnh trong hệ thống điều hòa không khí phải đạt được những yêu cầu sau đây: + Môi chất lạnh phải có điểm sôi thấp dưới 320F (00C) để có thể bốc hơi và hấp thụ ẩn nhiệt tại những nhiệt độ thấp. + Phải có tính chất tương đối trơ, hòa trộn được với dầu bôi trơn để tạo thành một hóa chất bền vững, không ăn mòn kim loại hoặc các vật liệu khác như cao su, nhựa. + Đồng thời chất làm lạnh phải là chất không độc, không cháy, và không gây nổ, không sinh ra các pảhn ứng phá hủy môi sinh và môi trường khi nó xả ra vào khí quyển. Phân loại và kí hiệu môi chất lạnh. - Các freon: Là các cacbuahydro no hoặc chưa no mà các nguyên tử hydro được thay thế một phần hoặc toàn bộ bằng nguyên tử clo, flo hoặc brom. + R (refrigerant): Chất làm lạnh, môi chất lạnh. + Các đồng phân có thêm chữ a, b để phân biệt. Ví dụ như R-134a + Các olefin có số 1 đứng trước 3 chữ số. Ví dụ như C3F6 kí hiệu là R1216. + Các hợp chất có cấu trúc mạch vòng thêm chữ C.Ví dụ như C4H8 là RC138. - Các chất vô cơ: Kí hiệu là R7M, trong đó với M là phân tử lượng làm tròn của chất đó.Ví dụ NH3 kí hiệu là R717. - Môi chất lạnh R-12. Môi chất lạnh R -12 là hợp chất của cacbon, clo và flo có công thức hóa học là CCl2F2 (CFC). Nó là một chất khí không màu nó nặng hơn không khí bốn lần ở 30 0C, có mùi thơm rất nhẹ, có điểm sôi là 21,7 0C (-29,80C), áp suất hơi của nó trong bộ bốc hơi là