Tài liệu Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống điện lạnh trên ôtô

Khoa cơ khí Động lực – Trƣờng Đại học SPKT Hƣng Yên MỤC LỤC 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRONG Ô TÔ .......................... 3 1.1. LÝ THUYẾT VỀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ ........................................................................... 3 1.1.1. MỤC ĐÍCH VỀ ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ ...................................................................... 3 1.1.2. LÝ THUYẾT VỀ ĐIỀU HOÀ KHÔNG KHÍ TRONG ÔTÔ ....................................... 3 1.1.3. ĐƠN VỊ ĐO NHIỆT LƢỢNG – 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 NGƢNG TỤ ( GIÀN NÓNG)...................................................................................... 19 1.2.4. HỆ THỐNG ĐIỆN LẠNH VỚI VAN GIÃN NỞ ............................................................ 20 1.2.5. HỆ THỐNG ĐIỆN LẠNH ÔTÔ TRANG BỊ ỐNG TIẾT LƢU ................................... 26 1.2.6. CÁC BỘ PHẬN PHỤ ......................................................................................................... 30 1.3. ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN LẠNH ÔTÔ ..................................................................... 39 1.3.1. KIỂM SOÁT TÌNH TRẠNG ĐÓNG BĂNG GIÀN LẠNH ........................................... 39 1.3.2. THIẾT BỊ AN TOÀN BẢO VỆ HỆ THỐNG ĐIỆN LẠNH .......................................... 41 1.3.3. PHÂN PHỐI KHÔNG KHÍ ĐÃ ĐƢỢC ĐIỀU HÒA ..................................................... 43 CHƢƠNG 2. CHỌN LỰA PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ....................... 51 2.1. CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ ........................................................................................... 51 2.1.1. CÔNG VIỆC CHUẨN BỊ .................................................................................................. 51 2.1.2. CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ .................................................................................... 51 2.2. MÔ HÌNH THIẾT KẾ .............................................................................................................. 53 CHƢƠNG 3. CÁC BÀI LUYỆN TẬP TRÊN MÔ HÌNH ĐIỆN LẠNH ÔTÔ .......................... 55 3.1. DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ THÔNG THƢỜNG KHI SỬA CHỮA, BẢO TRÌ HỆ THỐNG ĐIỆN LẠNH ÔTÔ ............................................................................................................................ 55 3.1.1. BỘ ĐỒNG HỒ ĐO ÁP SUẤT HỆ THỐNG ĐIỆN ......................................................... 56 3.1.2. BƠM HÚT CHÂN KHÔNG .............................................................................................. 59 3.1.3. THIẾT BỊ PHÁT HIỆN XÌ GA ........................................................................................ 60 3.2. BẢO TRÌ SỬA CHỮA HỆ THỐNG ĐIỆN LẠNH ÔTÔ ...................................................... 63 3.2.1. AN TOÀN KỸ THUẬT...................................................................................................... 63 3.2.2. PHƢƠNG PHÁP LẮP RÁP BỘ ÁP KẾ VÀO HỆ THỐNG .......................................... 66 3.2.4. RÚT CHÂN KHÔNG HỆ ĐIỆN LẠNH .......................................................................... 69 3.2.5. KỸ THUẬT NẠP MÔI CHẤT LẠNH ............................................................................. 72 LỜI NÓI ĐẦU Đồ án tốt nghiệp. Khoa cơ khí Động lực – Trƣờng Đại học SPKT Hƣng Yên 2 Ngày nay, ôtô đƣợc sử dụng rộng rãi nhƣ một phƣơng tiện giao thông thông dụng. Ôtô hiện đại thiết kế nhằm cung cấp tối đa về mặt tiện nghi cũng nhƣ tính năng an toàn cho ngƣời sử dụng. Các tiện nghi đƣợc 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 nhƣ 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 trƣờng và thực hiện các bài thực hành trên mô hình trong xƣởng, cách vận hành các máy lạnh trên ôtô hiện nay. Nội dung cơ bản của hệ thống điện lạnh ôtô gồm 3 chƣơng: Chƣơng 1: Tổng quan về hệ thống điện lạnh trang bị trên ôtô, chƣơng 2: Thiết kế mô hình của hệ thống điện lạnh trên ôtô, chƣơng 3: Xây dựng các bài thực hành trên mô hình. Là sinh viên đƣợc đào tạo tại trƣờng Đại học SPKT Hƣng Yên, chúng em đã đƣợc 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 trƣờng, chúng em đƣợc nhà trƣờng 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 đƣợc hoàn thành sẽ đóng góp phần nhỏ trong công tác giảng dạy trong nhà trƣờng. 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 đƣợc sự giúp đỡ của các thầy cô và bạn bè đồng nghiệp để đề tài của em đƣợc hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn ! Nhóm sinh viên : Trần Văn Lƣơng Trần Khoa Tuấn Đỗ Tiến Mạnh. Đồ án tốt nghiệp. Khoa cơ khí Động lực – Trƣờng Đại học SPKT Hƣng Yên 3 CHƢƠNG 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 trƣớc khi đƣa vào cabin ôtô. - Rút sạch chất ẩm ƣớt 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 ngƣời lái xe cảm thấy thoải mái, mát dịu, khi xe chạy trên đƣờng trƣờng trong khi thời tiết nóng bức. Nguyên lý hoạt động của hệ thống điện lạnh ôtô đƣợc mô tả theo sơ đồ khối (hình 1.1). Làm lạnh hút ẩm Làm sạch Hình 1.1. Sơ đồ khối giới thiệu quá trình lọc sạch, hút ẩm và làm lạnh khối không khí đưa vào cabin ôtô. 1.1.2. Lý thuyết về điều hoà không khí trong ôtô Hệ thống điện lạnh đƣợc 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. Mỏ hàn 1.1.2.1. Dòng nhiệt Hệ thống điện lạnh đƣợc 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 lƣu thông càng mạnh. Nhiệt truyền dẫn từ vật này sang Đồ án tốt nghiệp. Hình 1.2. Truyền nhiệt nhờ sự dẫn nhiệt. Nhiệt độ của mỏ hàn được truyền đi trong thanh đồng. Khoa cơ khí Động lực – Trƣờng Đại học SPKT Hƣng Yên 4 vật khác theo ba cách: - Dẫn nhiệt. - Sự đối lƣu. - Sự bức xạ. a. Dẫn nhiệt Sự dẫn nhiệt xảy ra giữa hai vật thể khi chúng đƣợc 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 lƣu 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 lƣu Hình 1.3. Nhiệt được truyền dẫn do sự đối lưu. Không khí trên bề mặt nung nóng, bay nên nung chín gà. 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 lƣu. Lúc khối Mặt trời không khí đƣợc đun nóng bên trên Sóng tia hồng ngoại 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 dƣới tạo thành vòng tròn luân chuyển khép kín, nhờ vậy các vật thể trong Trái Đất Hình 1.4. Truyền dẫn nhiệt do bức xạ. Mặt trời truyền nhiệt nung nóng Trái Đất nhờ tia hồng ngoại. Đồ án tốt nghiệp. Khoa cơ khí Động lực – Trƣờng Đại học SPKT Hƣng Yên 5 phòng đƣợc nung nóng đều, đó là hiện tƣợng của sự đối lƣu. 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). 1.1.2.2. Sự hấp thu nhiệt Vật có thể đƣợc 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 lƣợng nhiệt. Ví dụ khi ta hạ nhiệt độ của nƣớc xuống đến 320F (00C) nƣớc sẽ đông thành đá, nếu đun nóng lên đến 2120F (1000 C) nƣớc sôi sẽ bốc hơi. Nếu ta đun nƣớc đá ở 00C thì nó sẽ tan ra, nhƣng nƣớc đá đang tan vẫn giữ nguyên nhiệt độ. Đun nƣớc nóng đến 1000C ta tiếp tục truyền nhiệt nhiều hơn nữa cho nƣớc bốc hơi chỉ thấy nhiệt độ của nƣớc giữ nguyên 1000C. Hiện tƣợng này gọi là ẩn nhiệt hay tiềm nhiệt. 1.1.2.3. Áp suất và điểm sôi Sự ảnh hƣởng 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 thƣờng. Ngƣợc lại, nếu giảm áp suất trên mặt thoáng chất lỏng thì điểm sôi của nó sẽ giảm. Hệ thống điều hoà không khí cũng nhƣ hệ thống điện lạnh ôtô ứng dụng ảnh hƣởng này của áp suất đối với sự bốc hơi và sự ngƣng 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 đƣợc tóm lƣợc 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 đƣợc bao kín chung quanh. Vì vậy cabin ôtô cần phải đƣợc bao kín và cách nhiệt tốt. Đồ án tốt nghiệp. Khoa cơ khí Động lực – Trƣờng Đại học SPKT Hƣng Yên 6 + Nguyên tắc thứ ba: Khi cho bốc hơi chất lỏng, quá trình bốc hơi sẽ sinh hàn và hấp thu một lƣợng nhiệt đáng kể. Ví dụ cho một ít rƣợu cồn vào lòng bàn tay, cồn hấp thu nhiệt từ lòng bàn tay để bốc hơi. Hiện tƣợng này làm ta cảm thấy mát lạnh tại điểm giọt cồn đang bốc hơi. 1.1.3. Đơn vị đo nhiệt lƣợng – Môi chất lạnh – Dầu nhờn bôi trơn 1.1.3.1. Đơn vị đo nhiệt lượng Để đo nhiệt lƣợng truyền từ vật thể này sang vật thể khác, thông thƣờng ngƣời ta dùng đơn vị Calorie và BTU. - Calorie là số nhiệt lƣợng cần cung cấp cho 1kg nƣớc để tăng nhiệt độ lên 1 0 C . - BTU viết tắt của chữ British Thermal Unit. Nếu cần nung 1 pound nƣớc ( 0,454kg) đến 10F (0,550C) phải truyền cho nƣớc 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 đƣợc các yêu cầu sau đây: - Dễ bốc hơi có điểm sôi thấp. - Phải trộn lẫn đƣợc 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: - Ƣu điểm: Nó bốc hơi nhanh chóng trong giàn lạnh và hấp thu nhiều nhiệt. R-12 hoà tan đƣợc 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 lƣu thông xuyên suốt qua hệ thống lạnh nhƣng không bị giảm hiệu suất lạnh. - Nhƣợc 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  48 km, tầng ôzôn bảo vệ Đồ án tốt nghiệp. Khoa cơ khí Động lực – Trƣờng Đại học SPKT Hƣng Yên 7 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 0 -15 F (-260C). - Ƣu điểm: Hợp chất này không tham gia phá hỏng tầng ôzôn. Vì trong phân tử này không chứa clo. - Nhƣợc điểm: R-134a không hoà tan đƣợc 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 lƣu lƣợng không khí giải nhiệt giàn nóng (bộ ngƣng 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 đƣợc nạp lẫn môi chất lạnh R-12 vào trong hệ thống đang dùng môi chất lạnh R-134a và ngƣợc lại. Nếu không tuân thủ điều này sẽ gây ra sai hỏng cho hệ thống điện lạnh. + Không đƣợc 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 nhƣ sau: . Không đƣợc dụi mắt. . Tạt nhiều nƣớc lã sạch vào mắt để làm tăng nhiệt độ cho mắt. Đồ án tốt nghiệp. Khoa cơ khí Động lực – Trƣờng Đại học SPKT Hƣng Yên 8 . 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 nhƣ 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: . Lƣu trữ các bình chứa môi chất lạnh vào chỗ thoáng mát. Tuyệt đối không đƣợc hâm nóng môi chất lạnh lên quá 510C . . Không đƣợc va chạm hay gõ mạnh vào bình chứa môi chất lạnh. . Không đƣợc 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, lƣợng 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 lƣu 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 lƣu 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 Hình 1.5. Bình chứa 2ounces (59 ml) dung lƣợng quy định. dầu nhờn bôi trơn dùng để cho thêm Chủng loại và độ nhớt của dầu bôi trơn vào hệ thống điện lạnh ôtô. 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 Đồ án tốt nghiệp. Khoa cơ khí Động lực – Trƣờng Đại học SPKT Hƣng Yên 9 vào máy nén bù đắp cho lƣợng dầu bị thất thoát do xì ga, ngƣời ta sản xuất những bình dầu nhờn áp suất ( Pressurizedoil) nhƣ giới thiệu trên (hình 1.5) . Loại bình này chứa 59 ml dầu nhờn và một lƣợng thích ứng môi chất lạnh. Lƣợng 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 nhƣ xả môi chất lạnh, thay mới các bộ phận, cần phải cho thêm dầu nhờn bôi trơn đúng chủng loại và đúng lƣợng. Dầu nhờn phải đƣợc cho thêm sau khi tiến hành tháo xả môi chất lạnh, sau khi thay mới một bộ phận và trƣớc khi rút chân không. Dầu nhờn hoà tan với môi chất lạnh và lƣu 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. Lƣợng dầu nhờn bôi trơn phải cho thêm sau khi thay mới bộ phận đƣợc quy định do nhà chế tạo và đƣợc chế trực tiếp vào bộ phận đó. Sau đây là quy định của hãng ôtô Ford: . Giàn lạnh (bộ bốc hơi) ..…………….. 90 cc. . Giàn nóng (bộ ngƣng tụ) ………………. 30 cc. . Bầu lọc hút/ẩm ………………. 30 cc. Tổng thể tích dầu bôi trơn trong hệ thống điện lạnh ôtô khoảng 240 cc. Đồ án tốt nghiệp. Khoa cơ khí Động lực – Trƣờng Đại học SPKT Hƣng Yên 10 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 đƣợc 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. Đồ án tốt nghiệp. Khoa cơ khí Động lực – Trƣờng Đại học SPKT Hƣng Yên E. Van xả phía cao áp. 3. Sự giãn nở. F. Van giãn nở. G. Bộ bốc hơi, hay giàn lạnh. 4. Sự bốc hơi. 11 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) đƣợc tiến hành theo các bƣớc 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 đƣợc bơm đi từ máy nén (A) dƣới áp suất cao và nhiệt độ cao đến bộ ngƣng tụ( B) . b.Tại bộ ngƣng tụ (giàn nóng) (B) nhiệt độ của môi chất lạnh rất cao, quạt gió thổi mát giàn nóng, môi chất lạnh thể hơi đƣợc giải nhiệt, giảm áp nên ngƣng tụ thành thể lỏng dƣới áp suất cao nhiệt độ thấp . c. Môi chất lạnh thể lỏng tiếp tục lƣu thông đến bình lọc/hút ẩm (C), tại đây môi chất lạnh đƣợc tiếp tục làm tinh khiết nhờ đƣợc hút hết hơi ẩm và lọc tạp chất. d. Van giãn nở hay van tiết lƣu (F) điều tiết lƣu lƣợng của môi chất lạnh thể lỏng để phun vào bộ bốc hơi (giàn lạnh) (G), làm lạnh thấp áp của môi chất lạnh. Do đƣợc 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 lƣợng lớn không khí xuyên qua giàn lạnh đƣa khí mát vào cabin ôtô. f. Sau đó môi chất lạnh ở thể hơi, áp suất thấp đƣợc hút trở về lại máy nén. Hệ thống điện lạnh ôtô đƣợc thiết kế theo 2 kiểu: Hệ thống dùng van giãn nở TXV (Thermostatic Expansion Valve) và hệ thốngs tiết lƣu cố định FOT (Fexed Orfice Tube) để tiết lƣu môi chất lạnh thể lỏng phun vào bộ bốc hơi. 1.2.2. Máy nén Máy nén trong hệ thống điện lạnh ôtô thực hiện một lúc hai vai trò quan trọng sau đây: Vai trò thứ nhất: Máy nén tạo sức hút hay tạo ra điều kiện giảm áp tại cửa hút của nó nhằm thu hồi ẩn nhiệt của hơi môi chất lạnh từ bộ bốc hơi. Điều kiện giảm áp này giúp cho van giãn nở hay ống tiết lƣu điều tiết đƣợc lƣợng môi chất lạnh thể lỏng cần phun vào bộ bốc hơi. Vai trò thứ hai: Trong quá trình bơm, máy nén làm tăng áp suất, biến môi chất lạnh thể hơi thấp áp thành môi chất lạnh thể hơi cao áp. Áp suất nén càng cao thì nhiệt độ của hơi Đồ án tốt nghiệp. Khoa cơ khí Động lực – Trƣờng Đại học SPKT Hƣng Yên 12 môi chất lạnh càng tăng lên. Yếu tố này làm tăng cao áp suất và nhiệt độ của hơi môi chất lạnh lên gấp nhiếu lần so với nhiệt độ môi trƣờng giúp thực hiện tốt quá trình trao đổi nhiệt tại giàn nóng. Máy nén còn có công dụng bơm môi chất lạnh chảy xuyên suốt trong hệ thống. Máy nén đƣợc phân ra làm những loại sau: - Máy nén kiểu piston : . Máy nén kiểu piston loại đặt đứng. . Máy nén kiểu piston loại đặt nằm. - Máy nén loại cánh van quay. - Máy nén thay đổi thể tích bơm. 1 2 1. Mặt bích. 2. Vỏ máy nén. 3. Van hút/van áp suất. 4. Piston. 5. Đĩa cam. 6. Mặt bích chặn. 7. Đầu trục truyền động. 8. Đĩa bị động. 9. Buly. 8 7 6 5 10 5 3 4 10. Bulông xả môi chất. 9 Hình 1.7. Mặt cắt của máy nén kiểu piston đặt nằm có thể tích bơm thay đổi. 1.2.2.1. Cấu tạo Đồ án tốt nghiệp. Khoa cơ khí Động lực – Trƣờng Đại học SPKT Hƣng Yên 13 Máy nén đƣợc cấu tạo gồm các chi tiết nhƣ giới thiệu hình 1.7 và hình 1.8. 1.2.2.2. Nguyên lý hoạt động chung của máy nén Xét nguyên lý hoạt động của một loại máy nén nhƣ giới thiệu ở (hình 1.8). Đó là một loại máy nén kiểu piston đặt nằm có thể tích buồng bơm thay đổi. - Máy nén kiểu piston loại đặt nằm, còn gọi là máy nén piston đặt dọc trục có kích thƣớc nhỏ gọn đƣợc trang bị phổ biến cho ôtô thế hệ mới . 10 9 11 12 8 1 7 6 5 4 3 2 Hình1.8. Cấu tạo của máy nén piston đặt nằm có thể tích bơm thay đổi. 1. Trục truyền. 7. Phía trên. 2. Trục phát động. 8. Lỗ khoan tiết lưu. 3. Lò xo. 9. Van điều chỉnh. 4. Buồng áp suất. 5. Phía dưới. 10. Đĩa cam. 11. Thanh răng trượt. 6. Piston. 12. Bu ly. Hình (1.7) và (1.8) giới thiệu kiểu máy nén này. Năm piston của máy nén đƣợc dẫn động nhờ tấm dao động có khả năng thay đổi góc nghiêng. Mỗi khi góc nghiêng của tấm dao động thay đổi thì khoảng cách chạy hữu ích của piston sẽ thay đổi theo, nhờ vậy thể tích môi chất lạnh bơm đi cũng thay đổi. Đồ án tốt nghiệp. Khoa cơ khí Động lực – Trƣờng Đại học SPKT Hƣng Yên 14 Khoảng cách của các piston thay đổi tuỳ thuộc vào môi chất lạnh cần bơm đi. Nhƣ đã giới thiệu ở trên, chiều dài khoảng chạy piston đƣợc điều khiển do tấm dao động. Tấm dao động có thể thay đổi góc nghiêng của nó trong lúc đang bơm. Góc nghiêng này càng lớn thì khoảng chạy của piston càng dài ( hình 1.8) và bơm đi càng nhiều môi chất lạnh góc nghiêng của tấm dao động càng bé thì khoảng chạy của các piston càng ngắn và bơm đi càng ít môi chất lạnh. Đặc tính hoạt động này giúp cho máy nén có thể bơm liên tục vì nó chỉ cần bơm đi một số lƣợng môi chất lạnh lúc ít lúc nhiều tuỳ nhu cầu làm lạnh. Góc nghiêng của đĩa dao động đƣợc điều khiển nhờ một van kiểm soát kiểu lồng xếp bố trí phía sau bơm. Van này tự động thu ngắt hay duỗi dài mỗi khi áp suất trong phía thấp áp tăng hay giảm. Động tác co, duỗi của van lồng xếp điếu khiển một viên bi đóng hay mở để kiểm soát bên trong cácte máy nén. Sự chênh lệch áp suất giữa phía thấp và áp suất bên trong cácte máy nén sẽ quyết định vị trí hay góc nghiêng của tấm dao động. Khi áp suất phía thấp áp bằng áp suất bên trong cácte máy nén thì góc nghiêng của đĩa dao động sẽ tối đa và bơm đi một lƣợng tối đa môi chất lạnh. Ngƣợc lại khi nhu cầu làm lạnh thấp, áp suất tại cửa hút bằng áp suất chuẩn, van kiểm soát sẽ mở cho hơi môi chất lạnh từ phía cao áp nạp vào cácte máy nén tạo ra chênh lệnh áp suất giữa cácte với cửa hút, lúc này góc nghiêng của tấm dao động sẽ tối thiểu, môi chất lạnh bơm đi tối thiểu. Chỉ cần tăng nhẹ áp suất bên trong cácte máy nén là có thể thay đổi góc nghiêng của tấm dao động. . Duy chì đƣợc mức độ lạnh theo yêu cầu bằng cách thay đổi thể tích bơm của máy nén. . Không cần cắt nối liên tục của bộ ly hợp điện từ theo chu kỳ nhƣ đối với kiểu máy nén thƣờng. . Hệ thống hoạt động êm dịu, duy chì độ lạnh của bộ bốc hơi ở mức 320F . . Đạt hiệu quả làm lạnh cao. Cơ cấu điều khiển thay đổi thể tích bơm đƣợc lắp đặt phía sau máy nén bao gồm piston điều khiển van điện từ cuộn dây điện từ, van một chiều và van xả. * Bộ phận điều chỉnh của máy nén. Hình 1.9 (a,b) giới thiệu kết cấu và hoạt động của bộ phận này. * Nguyên lý hoạt động của van điều chỉnh (van lồng xếp). - Khi công suất lƣu lƣợng lớn thì áp suất môi chất ở đƣờng cao áp và ở đƣờng thấp áp đều lớn (hình 1.9a). Khi đó màng xếp (2) bị nén lại, áp suất lớn và màng xếp (1) bị ép lại do áp suất lớn của đƣờng thấp áp. Đồ án tốt nghiệp. Khoa cơ khí Động lực – Trƣờng Đại học SPKT Hƣng Yên 15 Van điều chỉnh mở phần áp suất thấp của buồng thấp áp bị giảm đi vì qua đƣờng đầu van điều chỉnh ra phía ngoài. Khi đó, áp suất ở phần trên piston và lực của lò xo (1) lớn hơn áp suất ở phần dƣới piston và lò xo (2). Nó làm cho vị trí lệch nghiêng của đĩa cam tăng, phần tăng đúng bằng phần yêu cầu của công suất làm lạnh. - Khi công suất làm lạnh thấp thì áp suất ở đƣờng cao áp và đƣờng thấp áp đều thấp (hình 1.9b). Màng xếp (2) bị giãn nở và màng xếp (1) cũng giãn nở nhƣng thông qua áp suất thấp ở đƣờng thấp áp nó làm van điều chỉnh đóng. Dẫn đến phần thấp áp ở buồng áp suất bị đóng lại. Lúc này áp suất ở buồng áp suất đƣợc tăng bởi lỗ khoan tiết lƣu. 3 2 1 1. Van điều chỉnh. 2. Màng xếp 1. 3. Màng xếp 2. 4. Buồng áp suất. 5. Buồng áp suất. 6. Lò xo 2. 7. Lò xo 1. 8. Đường áp suất thấp. 4 5 10 9 9. Đường áp suất cao. 10. Lỗ khoan tiết lưu. 8 2 3 1 7 6 Hình 1.9 a) Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý 4 hoạt động của máy nén trong trường hợp công suất vận chuyển cao hơn khi công suất làm lạnh cao hơn – Buồng áp suất thấp hơn. 1. Van điều chỉnh. 2. Màng xếp 1. Đồ án tốt nghiệp. 10 5 9 8 7 6 Khoa cơ khí Động lực – Trƣờng Đại học SPKT Hƣng Yên 16 3. Màng xếp 2. 4. Buồng áp suất. 5. Buồng áp suất. 6. Lò xo 2. 7. Lò xo 1. 8. Đường áp suất thấp. 9. Đường áp suất cao. 10. Lỗ khoan tiết lưu. Hình 1.9 b) Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy nén trong trường hợp công suất vận chuyển thấp hơn khi công suất làm lạnh thấp hơn – Buồng áp suất cao hơn. 1.2.2.3. Bộ ly hợp điện từ a. Cấu tạo Tất cả các máy nén (Blốc lạnh) của hệ thống điện lạnh ôtô đều đƣợc trang bị bộ ly hợp điện từ. Bộ ly hợp này đƣợc xem nhƣ một phần của buly máy nén, có công dụng ngắt và nối sự truyền động giữa động cơ và máy nén mỗi khi cần thiết. Bộ ly hợp điện từ bên trong buly máy nén có cấu tạo nhƣ trình bày ở (hình 1.10) giới thiệu chi tiết tháo dời của một bộ ly hợp điện từ gắn bên trong buly máy nén và (hình 1.11) cấu tạo của bộ ly hợp điện từ. 2 3 4 7 6 5 1 9 8 Đồ án tốt nghiệp. 10 Khoa cơ khí Động lực – Trƣờng Đại học SPKT Hƣng Yên 17 Hình 1.10. Chi tiết tháo rời bộ ly hợp điện từ trang bị bên trong máy nén. 1. Máy nén. 5. Ốc siết mâm bị động. 9. Vòng bi. 2. Cuộn dây bộ ly hợp, 6. Mâm bị động. 10. Shim điều chỉnh khe. 3. Vòng giữ cuộn dây. 4. Bu ly. 7. Vòng hãm bu ly. 8. Nắp che bụi. hở bộ ly hợp. b. Nguyên lý hoạt động Khi động cơ ôtô khởi động, nổ máy, buly máy nén quay theo trục khuỷu nhƣng trục khuỷu của máy nén vẫn đứng yên. Cho đến khi ta bật công tắc A/C nối điện máy lạnh, bộ ly hợp điện từ sẽ khớp buly vào trục máy nén cho trục khuỷu động cơ dẫn động máy nén bơm môi chất lạnh. Sau khi đã đạt đến nhiệt độ lạnh yêu cầu, hệ thống điện sẽ tự động ngắt mạch điện bộ ly hợp từ cho máy nén ngừng bơm. Hình 1.11 giới thiệu mặt cắt của bộ ly hợp điện từ trục máy nén (4) liên kết với đĩa bị động (2). Khi hệ thống điện lạnh đƣợc bật lên dòng điện chạy qua cuộn dây nam châm điện của bộ ly hợp, lực từ của nam châm điện hút đĩa bị động (2) áp dính vào mặt bu ly (3) nên lúc này cả buly lẫn trục máy nén khớp cứng một khối và cùng quay với nhau để bơm môi chất lạnh. Đồ án tốt nghiệp. Khoa cơ khí Động lực – Trƣờng Đại học SPKT Hƣng Yên 6 8 18 3 2 Hình 1.11 Kết cấu của bộ ly hợp điện từ trang bị trong bộ buly máy nén: 1. Cuộn dây nâm châm điện, 2. Đĩa bị động, 3. Buly máy nén, 4. Trục máy nén, 5. Vòng bi kép, 4 6. Phớt kín trục, 7. Khe hở khi bộ ly hợp cắt khớp, 8. Nắp chắn bụi. 1 5 7 0,56 -1,45mm Khi ta ngắt dòng điện lực từ trƣờng hút mất, các lò xo phẳng sẽ kéo các đĩa bị động (2) tách dời mặt buly, lúc này trục khuỷu động cơ quay, buly máy nén quay, nhƣng trục máy nén đứng yên. Quan sát (hình 1.11), trong quá trình hoạt động với khớp nam châm điện không quay, lực hút của nó đƣợc truyền dẫn qua buly (3) đến đĩa bị động (2). Đĩa bị động (2) đƣợc gắn cố định vào đầu trục máy nén nhờ chốt hay rãnh then hoa và đai ốc. Khi ngắt điện cắt khớp bộ ly hợp, các lò xo phẳng kéo đĩa bị động tách ra khỏi mặt ma sát của buly (3) để đảm bảo khoảng cách ly hợp từ 0,56mm đến 1,45mm. Trong quá trình hoạt động, buly máy nén quay trơn trên vòng bi kép 5 bố trí lắp trƣớc máy nén. Tùy theo cách thiết kế. Trong quá trình hoạt động, bộ ly hợp điện từ đƣợc điều khiển cắt nối nhờ công tắc hay bộ ổn nhiệt, bộ ổn nhiệt này hoạt động dựa theo áp suất nhiệt độ Đồ án tốt nghiệp. Khoa cơ khí Động lực – Trƣờng Đại học SPKT Hƣng Yên 19 của hệ thống điện lạnh. Một vài kiểu bộ ly hợp cho nối khớp liên tục mỗi khi đóng nối mạch công tắc A/C máy lạnh. 1.2.3. Bộ ngƣng tụ ( giàn nóng) 1 1. Giàn nóng 2. Cửa vào 3. Khí nóng 4. Môi chất lạnh từ máy nén đến. 5. Cửa ra 6. Môi chất lạnh đi ra giàn lạnh (bộ bốc hơi). 7. Không khí lạnh 8. Quạt giàn nóng 9. Ống dẫn chữ U 10. Cánh tản nhiệt. 2 3 10 9 8 4 7 5 6 Hình 1.12 Cấu tạo và nguyên lý của giàn nóng. 1.2.3.1. Cấu tạo Bộ ngƣng tụ (hình 1.12) đƣợc cấu tạo bằng một ống kim loại dài uốn cong thành nhiều hình chữ U nối tiếp nhau xuyên qua vô số cánh tản nhiệt mỏng, các cánh tản nhiệt bám chắc và bám sát quanh ống kim loại. Trên ôtô, bộ ngƣng tụ thƣờng đƣợc lắp đứng trƣớc đầu xe, phía trƣớc giàn nƣớc toả nhiệt của động cơ, trên ôtô tải nhẹ bộ ngƣng tụ đƣợc lắp dƣới gầm xe, ở vị trí này bộ ngƣng tụ tiếp nhận tối đa luồng khí mát thổi xuyên qua do xe đang lao tới và do quạt gió tạo ra. * Công dụng: Công dụng của bộ ngƣng tụ là làm cho môi chất lạnh ở thể hơi dƣới áp suất và nhiệt độ cao, từ máy nén bơm đến, ngƣng tụ thành thể lỏng. 1.2.3.2. Nguyên lý làm việc Đồ án tốt nghiệp. Khoa cơ khí Động lực – Trƣờng Đại học SPKT Hƣng Yên 20 Trong quá trình hoạt động, bộ ngƣng tụ nhận đƣợc hơi môi chất lạnh dƣới áp suất và nhiệt độ rất cao do máy nén bơm vào. Hơi môi chất lạnh nóng chui vào bộ ngƣng tụ qua ống nạp bố trí phía trên giàn nóng, dòng hơi này tiếp tục lƣu thông trong ống dẫn đi dần xuống phía dƣới, nhiệt của khí môi chất truyền qua các cánh con toả nhiệt và đƣợc luồng gió mát thổi đi. Quá trình trao đổi này làm toả một lƣợng nhiệt rất lớn vào trong không khí. Lƣợng nhiệt đƣợc tách ra khỏi môi chất lạnh thể hơi để nó ngƣng tụ thành thể lỏng tƣơng đƣơng với lƣợng nhiệt mà môi chất lạnh hấp thụ trong giàn lạnh để biến môi chất thể lỏng thành thể hơi. Dƣới áp suất bơm của máy nén, môi chất lạnh thể lỏng áp suất cao này chảy thoát ra từ lỗ thoát bên dƣới bộ ngƣng tụ, theo ống dẫn đến bầu lọc/hút ẩm. Giàn nóng chỉ đƣợc làm mát ở mức trung bình nên hai phần ba phía trên bộ ngƣng tụ vẫn còn ga môi chất nóng, một phần ba phía dƣới chứa môi chất lạnh thể lỏng, nhiệt độ nóng vừa vì đã đƣợc ngƣng tụ. 1.2.4. Hệ thống điện lạnh với van giãn nở 1.2.4. 1. Bình lọc/hút ẩm a. Cấu tạo Bình lọc/hút ẩm môi chất lạnh (hình 1.13) là một bình kim loại bên trong có lƣới lọc (2) và chất khử ẩm (3). Chất khử ẩm là vật liệu có đặc tính hút chất ẩm ƣớt lẫn trong môi chất lạnh. Bên trong bầu lọc/hút ẩm, chất khử ẩm đƣợc đặt giữa hai lớp lƣới lọc hoặc đƣợc chứa trong một túi riêng. Túi khử ẩm đƣợc đặt cố định hay đặt tự do trong bầu lọc. Khả năng hút ẩm của chất này tùy thuộc vào thể tích và loại chất hút ẩm cũng nhƣ tuỳ thuộc vào nhiệt độ. Phía trên bình lọc/hút ẩm có gắn cửa sổ kính (6) để theo dõi dòng chảy của môi chất, cửa này còn đƣợc gọi là mắt ga. Bên trong bầu lọc, ống tiếp nhận môi chất lạnh đƣợc lắp đặt bố trí tận phía đáy bầu lọc nhằm tiếp nhận đƣợc 100% môi chất thể lỏng cung cấp cho van giãn nở. b. Nguyên lý hoạt động Môi chất lạnh, thể lỏng, chảy từ bộ ngƣng tụ vào lỗ (1) bình lọc/hút ẩm(hình 1.13), xuyên qua lớp lƣới lọc (2) và bộ khử ẩm (3). Chất ẩm ƣớt tồn tại trong hệ thống là do chúng xâm nhập vào trong quá trình lắp ráp sửa chữa hoặc do hút chân không không đạt yêu cầu. Đồ án tốt nghiệp.