TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Lí do chọn đề tài
Ngày nay, nhu cầu sống của con người ngày càng cao, dẫn đến việc ô tô trở thành phương tiện giao thông phổ biến Ô tô hiện đại được thiết kế với nhiều tiện nghi và tính năng an toàn, phục vụ tốt nhất cho người sử dụng Các tiện nghi như xem phim, nghe nhạc, và các hệ thống thông minh hỗ trợ tài xế như nhớ vị trí ghế, sưởi ghế, gương chiếu hậu thông minh, và khóa thông minh ngày càng trở nên quan trọng Một trong những tiện nghi không thể thiếu trên ô tô là hệ thống điều hòa nhiệt độ Nhằm đáp ứng xu thế này, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật đã tích cực đưa hệ thống điều hòa vào giảng dạy, kết hợp lý thuyết chuyên sâu với mô hình thực tế minh họa nguyên lý hoạt động trên xe Dựa trên kiến thức đã học, nhóm chúng em quyết định chọn đề tài này để nghiên cứu.
Mục tiêu của bài viết là nghiên cứu và phát triển mô hình điều hòa không khí thông qua việc thiết kế và lắp đặt, đồng thời ứng dụng phần mềm Matlab để mô phỏng hệ thống này Việc này nhằm tạo ra một hệ thống điều hòa không khí hoàn chỉnh và tối ưu hơn.
Chúng em rất mong rằng khi đề tài của chúng em được hoàn thành sẽ đóng góp phần nhỏ trong công tác giảng dạy của nhà trường
Với kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế, nhóm chúng em không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thực hiện đề tài Chúng em rất mong nhận được sự giúp đỡ và góp ý từ các thầy cô để hoàn thiện đề tài của mình hơn nữa.
Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu đề tài
Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại xưởng thực hành, nhóm chúng em nhận thấy rằng các mô hình mô tả hoạt động của hệ thống điều hòa thường cũ kỹ, hoạt động không ổn định và thường xuyên hư hỏng Do đó, dựa trên kiến thức đã học và quá trình nghiên cứu, nhóm chúng em đã quyết định áp dụng những giải pháp nhằm cải thiện tình trạng này.
- Vệ sinh và tu sửa mô hình cũ sau đó nâng cấp thêm
Tập thuyết minh này sẽ trình bày một cách rõ ràng và chi tiết về cơ sở lý thuyết và nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hòa không khí, cùng với thông tin chi tiết về mô hình của hệ thống.
- Nghiên cứu lý thuyết và áp dụng các kiến thức đã học để lập trình và mô phỏng hệ thống bằng matlab
- Sử dụng các kiến thức về phần điện đã học để xây dựng phần thực hành nối dây trên mô hình
Phạm vi nghiên cứu của chúng tôi tập trung vào việc thi công mô hình cũ, trong đó một số vật tư đã bị mất Để khắc phục tình trạng này, nhóm đã nỗ lực thay thế và sửa chữa các thành phần cần thiết Tuy nhiên, điều này có thể dẫn đến một số thông số trên mô hình bị sai lệch so với xe thực tế.
Phương pháp nghiên cứu
- Ôn tập các kiến thức còn thiếu sót và phát sinh trong quá trình thực hiện đề tài
- Tham khảo các ý kiến từ giảng viên hướng dẫn
- Tìm hiểu các tài liệu liên quan đến đề tài để hoàn thiện một cách tốt nhất
- Thực nghiệm nhiều lần trên mô hình kết hợp mô phỏng bằng máy tính nhằm cho ra kết quả chính xác nhất.
Phạm vi ứng dụng
Mô hình thực tế có thể được tích hợp vào chương trình giảng dạy, giúp sinh viên thực hành trực tiếp dưới sự hướng dẫn của giảng viên Điều này không chỉ giúp sinh viên nắm vững nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hòa mà còn nâng cao khả năng áp dụng kiến thức vào thực tiễn.
Tài liệu này cung cấp thông tin chi tiết về hoạt động của hệ thống, giúp sinh viên có cái nhìn tổng quát hơn về những kiến thức đang được học.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Giới thiệu chung về điều hòa không khí
Điều hòa không khí là thiết bị kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm và áp lực không khí trong không gian kín, giúp tạo ra môi trường thoải mái cho con người Ngoài việc điều tiết không khí xung quanh, ngành điều tiết không khí còn nghiên cứu và phát triển các phương pháp sử dụng công nghệ và thiết bị để duy trì điều kiện không khí lý tưởng.
Nguyên nhân hình thành điều hòa không khí là do thời tiết và khí hậu ngày càng khắc nghiệt, cùng với hiện tượng trái đất nóng lên, ảnh hưởng đến sức khỏe và công việc hàng ngày của con người Thiết bị điều hòa không khí được chế tạo nhằm điều chỉnh nhiệt độ theo ý thích của người sử dụng, bao gồm các tính năng như điều hòa nhiệt độ, độ ẩm, lưu thông không khí, và lọc bụi cũng như các thành phần gây hại cho sức khỏe.
2.1.1 Vùng nhiệt độ lý tưởng đối với cơ thể con người
Nhiệt độ ảnh hưởng đến cảm giác nóng lạnh của con người, với nhiệt độ cơ thể trung bình là 37°C Trong quá trình vận động, cơ thể tỏa ra nhiệt lượng, và lượng nhiệt này phụ thuộc vào cường độ hoạt động Để duy trì thân nhiệt ổn định, cơ thể liên tục trao đổi nhiệt với môi trường, và sự trao đổi này thay đổi theo cường độ vận động.
Các nghiên cứu của các nhà khoa học cho thấy con người phát triển tốt nhất trong khoảng nhiệt độ từ 22°C đến 27°C Độ ẩm không khí lý tưởng cho sức khỏe con người là từ 55% đến 65% Mặc dù con người vẫn có thể cảm thấy thoải mái khi độ ẩm cao trên 70%, nhưng nếu nhiệt độ thấp hơn 22°C hoặc cao từ 28°C đến 32°C với độ ẩm chỉ khoảng 30%, sẽ gây cảm giác khó chịu.
2.1.2 Nhiệt và sự truyền nhiệt
Nhiệt là một dạng năng lượng được lưu trữ trong vật chất, xuất phát từ chuyển động hỗn loạn của các hạt cấu thành Trong vật chất, các phân tử không ngừng chuyển động, tạo ra động năng Động năng này bao gồm động năng chuyển động của khối tâm phân tử, động năng dao động của các nguyên tử xung quanh khối tâm, và động năng quay của phân tử Tổng hợp tất cả các động năng này chính là nhiệt năng của vật.
Nhiệt độ có xu hướng di chuyển từ vùng có nhiệt độ cao đến vùng có nhiệt độ thấp Chẳng hạn, khi cơ thể chúng ta cảm thấy mát mẻ, đó là do nhiệt từ cơ thể được truyền ra môi trường xung quanh có nhiệt độ thấp hơn, giúp giảm nhiệt độ tại các vùng cơ thể đó.
Có 3 cách truyền nhiệt chính là: Dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ:
Dẫn nhiệt, hay tán xạ nhiệt, là quá trình truyền động năng giữa các nguyên tử hoặc phân tử lân cận mà không có sự trao đổi vật chất Quá trình này diễn ra từ vùng có năng lượng cao (nhiệt độ cao) đến vùng có năng lượng thấp (nhiệt độ thấp) Trong kim loại, sự dẫn nhiệt cũng xảy ra thông qua chuyển động của các electron.
Đối lưu nhiệt là quá trình trao đổi nhiệt thông qua sự di chuyển của chất lỏng hoặc khí giữa các vùng có nhiệt độ khác nhau, cũng như sự truyền nhiệt giữa hệ rắn và hệ lỏng (hoặc khí) Quá trình này được chia thành hai loại: đối lưu tự nhiên, nơi dòng vật chất chuyển động nhờ nội năng, và đối lưu cưỡng bức, nơi chuyển động được tạo ra bởi ngoại lực như quạt hoặc bơm.
Bức xạ nhiệt là quá trình trao đổi nhiệt qua sóng điện từ, có khả năng truyền qua mọi loại vật chất và cả chân không Tất cả các vật thể có nhiệt độ cao hơn 0 Kelvin đều phát ra bức xạ nhiệt Dòng nhiệt trong bức xạ không chỉ di chuyển từ vùng nóng sang vùng lạnh mà còn ngược lại, nhưng dòng nhiệt từ nóng sang lạnh luôn lớn hơn, dẫn đến tổng dòng nhiệt luôn hướng từ nóng sang lạnh Sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai vùng sẽ giảm dần theo thời gian Để tính toán dòng nhiệt trong bức xạ, người ta sử dụng định luật Stefan-Boltzmann.
Hình 2 1: Sự trao đổi nhiệt
Tổng quan về hệ thống điều hòa không khí
Điều hòa không khí, hay còn gọi là điều tiết không khí, là quá trình kiểm soát và duy trì các thông số của không khí theo một chương trình đã định, không bị ảnh hưởng bởi điều kiện bên ngoài Khác với thông gió, hệ thống điều hòa xử lý không khí về mặt nhiệt độ và độ ẩm trước khi đưa vào phòng, do đó mang lại hiệu quả cao hơn so với thông gió.
Hệ thống điều hòa không khí trên ô tô đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh nhiệt độ và tuần hoàn không khí, đồng thời hoạt động như một máy hút ẩm giúp kiểm soát độ ẩm bên trong xe Ngoài ra, điều hòa không khí còn có khả năng loại bỏ sương mù và băng đọng trên kính xe, cải thiện tầm nhìn cho người lái.
Các chức năng của điều hòa không khí trên ô tô:
- Điều khiển nhiệt độ và thay đổi độ ẩm trong xe
- Điều khiển dòng không khí trong xe
- Lọc và làm sạch không khí
2.2.1.1 Hệ thống sưởi không khí
Két sưởi ấm hoạt động như một bộ trao đổi nhiệt để làm nóng không khí trong xe Khi động cơ hoạt động, nước làm mát được hâm nóng và nhiệt độ này được sử dụng để làm nóng không khí thông qua quạt thổi vào trong xe Tuy nhiên, nhiệt độ của két sưởi vẫn thấp cho đến khi nước làm mát đạt đủ độ nóng, do đó, ngay sau khi khởi động động cơ, két sưởi không hoạt động hiệu quả như một bộ sưởi ấm.
Hình 2 2: Nguyên lý hoạt động của bộ sưởi ấm
2.2.1.2 Hệ thống làm mát không khí
Giàn lạnh trong hệ thống điều hòa hoạt động như một bộ trao đổi nhiệt, giúp làm mát không khí trước khi đưa vào xe Khi bật điều hòa, máy nén sẽ đẩy môi chất lạnh tới giàn lạnh, nơi mà không khí được làm mát nhờ vào môi chất này Quá trình làm mát không khí diễn ra độc lập với nhiệt độ của nước làm mát động cơ, trong khi việc làm nóng không khí lại phụ thuộc vào nhiệt độ của nước làm mát.
Hình 2 3: Nguyên lý hoạt động của hệ thống làm mát không khí
2.2.1.3 Hệ thống hút ẩm không khí
Khi nhiệt độ không khí cao, lượng hơi nước trong không khí tăng lên và giảm khi nhiệt độ thấp Khi không khí đi qua giàn lạnh, nó được làm mát, dẫn đến sự ngưng tụ hơi nước bám vào các cánh tản nhiệt Kết quả là độ ẩm trong xe giảm xuống, nước ngưng tụ thành sương và được chứa trong khay xả nước Cuối cùng, nước này được tháo ra khỏi khay của xe thông qua một vòi nhỏ.
Hình 2 4: Nguyên lý hút ẩm
2.2.1.4 Điều khiển nhiệt độ không khí Điều hòa không khí trong ô tô điều khiển nhiệt độ bằng cách sử dụng cả két sưởi và giàn lạnh, và bằng cách điều chỉnh vị trí cánh hòa trộn không khí cũng như van nước Cánh hòa trộn không khí và van nước phối hợp để chọn ra nhiệt độ thích hợp từ các núm chọn nhiệt độ trên bảng điều khiển
Hình 2 5: Điều khiển nhiệt độ mát
Hình 2.6: Điều khiển nhiệt độ bình thường
Hình 2.7: Điều khiển chế độ nóng
2.2.2 Điều khiển dòng không khí trong xe
Thông gió tự nhiên trong xe là quá trình lấy không khí bên ngoài vào trong xe nhờ sự chênh lệch áp suất do chuyển động của xe Khi xe di chuyển, áp suất không khí trên bề mặt xe sẽ có sự phân bổ khác nhau, với một số khu vực có áp suất dương và một số khu vực có áp suất âm Do đó, cửa hút không khí được đặt ở những vị trí có áp suất dương (+) và cửa xả được bố trí ở những khu vực có áp suất âm (-).
Hình 2 8: Thông gió tự nhiên
Trong các hệ thống thông gió cưỡng bức, quạt điện được sử dụng để hút không khí vào trong xe, với các cửa hút và cửa xả được bố trí tương tự như trong hệ thống thông gió tự nhiên Hệ thống này thường hoạt động đồng thời với các hệ thống thông khí khác như điều hòa không khí và bộ sưởi ấm.
Hình 2 9: Thông gió cưỡng bức
Chức năng bộ lọc không khí
Bộ lọc không khí là thiết bị quan trọng giúp loại bỏ khói thuốc lá, bụi bẩn và tạp chất, được lắp đặt ở cửa hút điều hòa không khí, nhằm làm sạch không khí trước khi đưa vào trong xe.
Cấu tạo bộ lọc không khí
Bộ làm sạch không khí gồm có một quạt gió, mô tơ quạt gió, cảm biến khói, bộ khuếch đại, điện trở và bầu lọc có cacbon hoạt tính.
Khái quát hệ thống điều hòa không khí trên ô tô
Hình 2 11:Lọc gió lạnh trong thực tế
2.2.3.3 Nguyên lý hoạt động bộ lọc không khí
Bộ lọc không khí sử dụng mô tơ quạt để hút không khí bên trong xe, đồng thời làm sạch không khí và khử mùi hiệu quả nhờ vào than hoạt tính có trong bộ lọc.
Ngoài ra một số xe có trang bị cảm biến khói để xác định khói thuốc và tự động khởi động mô tơ quạt gió ở vị trí “HI”
2.3 Khái quát hệ thống điều hòa không khí trên ô tô
- Lọc sạch không khí trước khi đưa vào cabin ôtô - Hút ẩm trong không khí này
- Làm mát lạnh không khí và duy trì nhiệt độ thích hợp trong xe
- Giúp cho người ngồi trong xe và người lái xe cảm thấy thoải mái khi chạy xe
- Không khí trong cabin phải lạnh
- Không khí lạnh phải được lan truyền đều khắp cabin
- Không khí lạnh khô (có độ ẩm thấp)
2.3.3 Phân loại điều hòa theo vị trí lắp đặt Điều hòa kiểu phía trước
Giàn lạnh của điều hòa phía trước được lắp đặt sau bảng đồng hồ và kết nối với giàn sưởi Quạt giàn lạnh hoạt động nhờ mô tơ quạt, hút gió từ bên ngoài hoặc không khí tuần hoàn trong xe Không khí đã được làm lạnh hoặc sấy sau đó được đưa vào bên trong cabin.
Hệ thống điều hòa không khí kiểu phía sau được lắp đặt trong cốp sau của xe, với cửa ra và cửa vào của khí lạnh được bố trí ở lưng ghế sau, mang lại sự thoải mái cho hành khách ngồi phía sau.
Cụm điều hòa gắn ở cốp sau với khoảng trống lớn mang lại ưu điểm vượt trội, bao gồm công suất giàn lạnh lớn và khả năng làm lạnh dự trữ hiệu quả.
Hình 2.13: Kiểu điều hòa phía sau Điều hòa kiểu kép:
Kiểu kép là sự kết hợp giữa hệ thống điều hòa không khí phía trước và giàn lạnh phía sau, được lắp đặt trong khoang hành lý Thiết kế này ngăn cản không khí từ cả phía trước và phía sau thổi ra, tạo ra một không gian thoải mái và hiệu quả.
Kiểu kép cho năng suất lạnh cao hơn và nhiệt độ đồng đều ở mọi nơi trong xe
Hình 2.14: Kiểu điều hòa kép
Kiểu điều hòa kép treo trần:
Hệ thống điều hòa kiểu kép treo trần được sử dụng trong xe khách, với thiết kế tích hợp giữa hệ thống điều hòa phía trước và giàn lạnh treo trần phía sau Kiểu này không chỉ mang lại năng suất lạnh cao mà còn đảm bảo nhiệt độ phân bố đều trong không gian xe.
Hình 2 15: Kiểu điều hòa kép treo trần
2.3.4 Phân loại điều hòa theo phương pháp điều khiển
Kiểu điều khiển này cho phép người dùng điều chỉnh nhiệt độ một cách thủ công thông qua các công tắc và cần gạt Bên cạnh đó, nó còn tích hợp cần gạt hoặc công tắc để điều chỉnh tốc độ quạt, lượng gió và hướng gió, mang lại sự tiện lợi tối đa cho người sử dụng.
Hình 2 16: Điều khiển bằng tay (Khi trời nóng)
Hình 2 17: Điều khiển bằng tay (Khi trời lạnh)
Điều hòa tự động sử dụng bộ điều khiển và ECU động cơ để điều chỉnh nhiệt độ mong muốn trong xe Hệ thống này tự động điều chỉnh nhiệt độ không khí và tốc độ quạt dựa trên các thông số như nhiệt độ bên trong, bên ngoài xe và bức xạ mặt trời, thông qua các cảm biến Mục tiêu là duy trì nhiệt độ bên trong xe theo yêu cầu của người dùng.
Hình 2 18: Điều khiển tự động.
Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hòa ô tô
2.4.1 Cấu tạo chung của hệ thống
Hệ thống điều hòa ô tô là một chu trình khép kín, bao gồm các bộ phận như máy nén, thiết bị ngưng tụ (giàn nóng), bình lọc và tách ẩm, thiết bị giãn nở (van tiết lưu), và thiết bị bay hơi (giàn lạnh) Các bộ phận này hoạt động cùng nhau để lấy nhiệt từ môi trường bên trong xe và thải nhiệt ra bên ngoài, đảm bảo hiệu quả làm mát Hình vẽ dưới đây mô tả chi tiết các bộ phận trong hệ thống điều hòa không khí ô tô.
Hình 2.19: Sơ đồ cấu tạo chung hệ thống điều hòa trên ô tô
2.4.2 Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống điều hòa ô tô
Hệ thống điều hòa ô tô hoạt động theo các bước cơ bản sau đây:
- Môi chất ở dàn lạnh ( thể hơi, nhiệt độ thấp, áp suất thấp) được mấy nén nén chuyển đến dàn nóng ( thể hơi, nhiệt độ cao, áp suất cao)
Tại dàn nóng, môi chất được làm mát bởi quạt gió, trong khi môi chất ở trạng thái hơi sẽ được giải nhiệt và ngưng tụ thành dạng lỏng dưới áp suất và nhiệt độ cao.
Môi chất được lưu thông đến bình lọc hoặc bộ hút ẩm, nơi mà môi chất lạnh được tinh khiết hóa bằng cách loại bỏ hoàn toàn hơi ẩm và tạp chất.
Van giãn nở hay van tiết lưu có chức năng điều tiết lưu lượng của môi chất lỏng vào bộ bốc hơi (giàn lạnh), giúp hạ thấp áp suất của môi chất Khi áp suất giảm, môi chất chuyển từ thể lỏng sang thể hơi, tạo ra nhiệt độ thấp trong bộ bốc hơi.
- Trong quá trình bốc hơi, môi chất lạnh hấp thụ nhiệt trong khoang ô tô, có nghĩa là làm mát khối không khí trong khoang
Không khí từ bên ngoài được đưa vào giàn lạnh, nơi nhiệt độ của nó giảm nhanh chóng khi bị lấy đi năng lượng qua các lá tản nhiệt Quá trình này cũng khiến hơi ẩm trong không khí ngưng tụ và được thải ra ngoài Tại giàn lạnh, môi chất ở thể lỏng với nhiệt độ và áp suất cao chuyển đổi thành môi chất ở thể hơi với nhiệt độ và áp suất thấp, cần nhiều năng lượng để xảy ra Do đó, môi chất này sẽ hấp thụ năng lượng từ không khí xung quanh, làm giảm nhiệt độ không khí và tạo ra không khí lạnh Cuối cùng, môi chất lạnh ở thể hơi với nhiệt độ thấp và áp suất thấp sẽ được hồi về máy nén.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một số bộ phận chính trong hệ thống điều hòa không khí trên ô tô
Máy nén trong hệ thống điều hòa không khí là thiết bị quan trọng trong kỹ thuật lạnh, hoạt động như một bơm để hút môi chất lạnh ở áp suất và nhiệt độ thấp từ giàn bay hơi Sau đó, nó nén môi chất lên áp suất cao (100 psi; 7÷17.5 kg/cm²) và nhiệt độ cao, sau đó đẩy vào giàn ngưng tụ Quá trình này đảm bảo sự tuần hoàn hợp lý của môi chất lạnh và tối ưu hóa mức độ trao đổi nhiệt trong toàn bộ hệ thống.
Máy nén là bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống lạnh, quyết định công suất, chất lượng, tuổi thọ và độ tin cậy của hệ thống Tỉ số nén thường dao động từ 5 đến 8,1, phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường và loại môi chất lạnh Máy nén có thể được ví như trái tim của cơ thể sống, chuyển đổi môi chất từ trạng thái khí có nhiệt độ và áp suất thấp sang trạng thái khí ở nhiệt độ và áp suất cao, trước khi được chuyển tới giàn nóng.
Trong hệ thống điện lạnh ô tô, nhiều loại máy nén với cấu tạo và nguyên lý hoạt động khác nhau được sử dụng Tuy nhiên, tất cả các máy nén đều có chức năng chung là nhận hơi có áp suất thấp từ bộ bốc hơi và chuyển đổi thành hơi có áp suất cao để bơm vào bộ ngưng tụ.
Trước đây, hầu hết các máy nén sử dụng loại hai piston và một trục khuỷu với piston chuyển động tịnh tiến trong xy lanh, nhưng hiện nay loại này đã không còn phổ biến Hiện tại, máy nén piston dọc trục và máy nén quay sử dụng cánh trượt là những loại máy nén được sử dụng rộng rãi nhất.
Máy nén kiểu cánh gạt
Máy nén cánh gạt hoạt động dựa trên một rotor gắn chặt với hai cặp cánh gạt, được bao quanh bởi xylanh máy nén Mỗi cặp cánh gạt đối diện nhau và được đặt vuông góc trong rãnh của rotor Khi rotor quay, các cánh gạt sẽ được nâng lên theo chiều hướng kính do các đầu của chúng trượt trên bề mặt bên trong của xylanh.
Hình 2 20: Cấu tạo máy nén cánh trượt
Khi rotor quay, hai cánh gạt di chuyển theo và chuyển động tịnh tiến trong rãnh của rotor, đồng thời hai đầu cuối của cánh gạt tiếp xúc với mặt trong của xylanh, tạo ra áp suất nén cho môi chất.
Hình 2 21: Nguyên lý hoạt động máy nén cánh gạt
Máy nén khí dạng đĩa lắc
Khi trục quay, chốt dẫn hướng sẽ quay đĩa chéo, kết nối trực tiếp với trục thông qua đĩa có vấu Chuyển động quay của đĩa chéo được chuyển hóa thành chuyển động quay của piston trong xylanh, thực hiện các quá trình hút, nén và xả trong môi chất.
Hình 2 22: Cấu tạo máy nén khí dạng đĩa lắc
Van điều khiển áp suất trong buồng đĩa chéo hoạt động dựa trên mức độ lạnh, điều chỉnh góc độ nghiêng của đĩa chéo thông qua chốt dẫn hướng và trục, giống như bản lề Hệ thống này phối hợp với hành trình piston để điều khiển máy nén hoạt động hiệu quả.
Khi nhiệt độ giảm và áp suất trong buồng áp suất thấp, van sẽ mở ra do áp suất trong ống xếp lớn hơn áp suất trong buồng áp suất thấp Điều này dẫn đến áp suất trong buồng áp suất cao tác động lên buồng đĩa chéo, làm cho áp suất bên phải thấp hơn áp suất bên trái Kết quả là hành trình của piston bị thu hẹp do dịch chuyển sang bên phải.
Công suất của máy nén thay đổi theo thể tích hút và đẩy, điều này cho phép công suất được điều chỉnh tối ưu dựa trên tải nhiệt.
Máy nén thay đổi lưu lượng theo tải nhiệt có khả năng điều chỉnh góc nghiêng của đĩa, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động Việc thay đổi hành trình của piston cho phép công suất máy nén luôn được điều chỉnh linh hoạt, đảm bảo đạt hiệu quả cao nhất trong quá trình vận hành.
Hình 2 23: Nguyên lý hoạt động máy nén khí dạng đĩa lắc
Máy nén kiểu xoắn ốc
Máy nén gồm một đường xoắn ốc cố định và một đường xoắn ốc quay tròn
Hình 2 24: Cấu tạo máy nén xoắn ốc
Khi đường xoắn ốc quay thực hiện chuyển động tuần hoàn, ba khoảng trống giữa đường xoắn ốc quay và đường xoắn ốc cố định sẽ giảm thể tích Môi chất được hút vào qua cửa hút và bị nén nhờ chuyển động tuần hoàn này Sau mỗi ba vòng quay của đường xoắn ốc, môi chất sẽ được xả ra từ cửa xả, tuy nhiên trong thực tế, quá trình xả môi chất diễn ra ngay sau mỗi vòng quay.
Hình 2 25: Nguyên lý hoạt động máy nén xoắn ốc
Dầu máy nén là loại dầu chuyên dụng cần thiết để bôi trơn các chi tiết chuyển động trong máy nén, giúp hòa vào môi chất và tuần hoàn trong hệ thống điều hòa Việc sử dụng dầu phù hợp là rất quan trọng; ví dụ, dầu máy nén cho hệ thống R-134a không thể thay thế cho dầu dùng trong R-12 Sử dụng sai loại dầu bôi trơn có thể dẫn đến tình trạng máy nén bị kẹt và gây hư hỏng nghiêm trọng.
Lượng dầu bôi trơn trong máy nén:
Để đảm bảo hiệu suất tối ưu cho hệ thống điều hòa, việc duy trì lượng dầu bôi trơn trong mạch là rất quan trọng Nếu thiếu dầu, máy nén sẽ không được bôi trơn hiệu quả, trong khi nếu quá nhiều dầu sẽ làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt tại giàn lạnh, dẫn đến khả năng làm lạnh kém Do đó, cần kiểm soát chặt chẽ lượng dầu trong hệ thống làm lạnh.
Bổ sung dầu sau khi thay thế các chi tiết:
Khi mở mạch môi chất thông với không khí, môi chất sẽ bay hơi và thoát ra khỏi hệ thống, trong khi dầu máy nén không bị bay hơi ở nhiệt độ thường, dẫn đến hầu hết dầu vẫn còn trong hệ thống Do đó, khi thay thế các bộ phận như bình chứa bộ hút ẩm, giàn lạnh hoặc giàn nóng, cần bổ sung lượng dầu tương đương với lượng dầu còn lại trong bộ phận cũ vào bộ phận mới.
Hình 2 26: Cách cho thêm dầu vào máy nén
Một số bộ phận khác
2.6.1 Cửa sổ kính (mắt ga)
Hình 2 39: Hình dạng thực tế của mắt gas
Kính xem ga có cấu tạo hình trụ tròn với phần kính tròn ở phía trên, được thiết kế chịu áp lực tốt và trong suốt để quan sát lỏng Kính được giữ chặt bằng một lò xo bên trong Kính xem ga được lắp trên đường ống cấp môi chất của hệ thống lạnh nhằm báo hiệu lưu lượng lỏng và chất lượng của nó một cách định tính.
Để kiểm tra lượng ga chảy qua đường ống, cần chú ý đến sự chuyển động của dòng môi chất lỏng Nếu ống đầy, sẽ không thấy sự chuyển động, nhưng nếu thiếu ga, sẽ xuất hiện hiện tượng sủi bọt trên mắt kính Trong trường hợp thiếu ga nghiêm trọng, mắt kính sẽ xuất hiện các vệt dầu chảy qua với hình gợn sóng.
Báo hiệu độ ẩm của môi chất là rất quan trọng, vì khi có ẩm trong môi chất lỏng, màu sắc của nó sẽ thay đổi Màu xanh biểu thị tình trạng khô ráo, màu vàng cảnh báo có ẩm cần thận trọng, trong khi màu nâu cho thấy có nhiều ẩm và cần xử lý ngay Để dễ dàng so sánh, các màu đặc trưng đã được in sẵn trên vòng tròn chu vi của mắt kính, giúp người dùng kiểm tra và đánh giá độ ẩm một cách hiệu quả.
Khi trong môi trường lỏng có tạp chất, việc nhận diện có thể thực hiện qua kính Điều này đặc biệt quan trọng trong trường hợp các hạt hút ẩm bị hỏng hoặc khi có xỉ hàn xuất hiện trên đường ống.
Có hai loại kính kiểm tra: Một loại được lắp ở đầu ra của bình chứa và loại kia được lắp ở giữa bình chứa và van giãn nở
Hình 2 40: Trạng thái môi chất qua cửa sổ kính
Quạt giải nhiệt giàn nóng có chức năng thổi khí mát qua bộ ngưng tụ để làm mát, hoặc thổi không khí lớn qua bộ bốc hơi nhằm truyền nhiệt hiệu quả.
Trong hệ thống điện lạnh ô tô có hai loại hệ thống quạt được sử dụng:
- Loại máy quạt có cánh thông thường được gắn trước bộ ngưng tụ để thổi gió tản nhiệt cho bộ này
Quạt lồng sóc hoạt động bằng cách hút không khí nóng từ cabin xe hoặc bên ngoài, sau đó thổi qua giàn lạnh để trao đổi nhiệt Quá trình này giúp đưa không khí mát và khô trở lại bên trong ô tô, tạo cảm giác thoải mái cho người ngồi trong xe.
Hầu hết ô tô du lịch đều được trang bị hai quạt tản nhiệt: một quạt cho giàn nóng và một quạt cho két nước Vận tốc của cả hai quạt này sẽ thay đổi theo nhiệt độ của nước làm mát.
Quạt lồng sóc là loại quạt được lắp đặt trong vỏ bộ bốc hơi, được chế tạo từ thép lá hoặc chất dẻo với nhiều cánh xếp nghiêng song song.
Quạt lồng sóc hoạt động êm ái mà không phát ra tiếng ồn, mang lại hiệu suất hút và đẩy không khí hiệu quả Thiết bị này có khả năng điều chỉnh nhiều tốc độ khác nhau nhờ vào bộ điện trở được lắp đặt trong mạch điện điều khiển.
Khái quát về hệ thống điều hòa không khí tự động trên ô tô
Hình 2 43: Hệ thống điều khiển bằng điện tử
1 Công tắc điều hòa 6 Một số cảm biến khác
2 Van xả áp suất cao của máy nén 7 Cảm biến nhiệt độ giàn lạnh
3 Quạt tản nhiệt giàn nóng 8 Ống thổi gió sạch
4 Công tắc ngắt áp suất của điều hòa 9 Bộ điều khiển
5 Cảm biến nhiệt độ 10 Bu ly máy nén
Hệ thống điều khiển tự động EATC (Electronic Automatic Temperature Control) được trang bị bộ vi xử lý, giúp duy trì nhiệt độ mát lạnh ổn định Hệ thống cho phép điều chỉnh nhiệt độ độc lập cho ghế tài xế và khu vực ghế hành khách Ngoài ra, EATC còn có khả năng phân phối luồng khí mát đến các hàng ghế phía sau mà không ảnh hưởng đến luồng khí thổi đến ghế ngồi phía trước.
Hệ thống điều hòa không khí tự động hoạt động bằng cách thiết lập nhiệt độ mong muốn qua núm chọn và nhấn công tắc AUTO Ngay khi kích hoạt, hệ thống sẽ tự động điều chỉnh và duy trì nhiệt độ đã cài đặt nhờ vào chức năng điều khiển tự động của ECU.
Hình 2 44: Sơ đồ điều khiển điều hòa không khí tự động ô tô
Hệ thống điều khiển nhiệt độ tự động nhận và xử lý thông tin từ nhiều nguồn khác nhau, sau đó phát tín hiệu để điều khiển các bộ tác động cổng chức năng Sáu nguồn thông tin chính được sử dụng trong quá trình này.
Bộ cảm biến năng lượng mặt trời là một thiết bị sử dụng pin quang điện, được lắp đặt trên bảng đồng hồ, với nhiệm vụ chính là đo lường và ghi nhận nhiệt lượng từ ánh sáng mặt trời.
Bộ cảm biến nhiệt độ trong xe được lắp đặt sau bảng đồng hồ, có nhiệm vụ theo dõi và đo nhiệt độ không khí trong khoang cabin ô tô.
- Bộ cảm biến môi trường, ghi nhận nhiệt độ của phía ngoài xe
- Bộ cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ
- Công tắc áp suất điều khiển bộ ly hợp điện từ buly máy nén theo chu kỳ
- Tín hiệu cài đặt từ bảng điều khiển về nhiệt độ mong muốn và về vận tốc quạt gió
Sau khi tiếp nhận tín hiệu đầu vào, cụm điều khiển điện tử EATC (ECU) sẽ phân tích và xử lý thông tin để phát tín hiệu điều khiển cho các bộ chấp hành, nhằm điều chỉnh tốc độ quạt của giàn nóng, giàn lạnh và quạt két nước động cơ Điều này giúp đảm bảo chế độ thổi khí và luồng khí phù hợp với nhiệt độ lý tưởng.
2.7.1 Các bộ phận của hệ thống điều hòa không khí tự động
Hệ thống điều hoà không khí tự động có các bộ phận sau đây:
Hình 2 45: Vị trí các bộ phận trong hệ thống điều hòa tự động
1 ECU điều khiển A/C (bộ điều khiển A/C) 2 ECU động cơ
3 Bảng điều khiển 4 Cảm biến nhiệt độ trong xe
5 Cảm biến nhiệt độ ngoài xe 6 Cảm biến nhiệt độ mặt trời
7 Cảm biến nhiệt độ giàn lạnh 8 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
9 Công tắc áp suất của A/C 10 Mô tơ trợ động trộn khí
11 Mô tơ trợ động dẫn khí vào 12 Mô tơ trợ động thổi khí
13 Mô tơ quạt gió 14 Bộ điều khiển quạt gió
ECU tính toán nhiệt độ và lượng không khí hút vào dựa trên dữ liệu từ cảm biến và nhiệt độ mong muốn ban đầu Sau khi hoàn tất tính toán, ECU sẽ điều chỉnh vị trí cánh trộn gió, tốc độ quạt và hướng gió để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
Cảm biến nhiệt độ trong xe
Hình 2 47: Cảm biến nhiệt độ trong xe
Cảm biến nhiệt độ trong xe, một loại nhiệt điện trở, được lắp đặt trong bảng táp lô với đầu hút để thu thập không khí từ bên trong xe Đầu hút này nhận không khí từ quạt gió, giúp cảm biến phát hiện nhiệt độ trung bình trong xe Thông tin từ cảm biến nhiệt độ là cơ sở quan trọng cho việc điều khiển hệ thống điều hòa không khí, đảm bảo sự thoải mái cho hành khách.
Cảm biến nhiệt độ ngoài xe
Hình 2 48: Cảm biến nhiệt độ ngoài xe
Cảm biến nhiệt độ ngoài xe là một nhiệt điện trở và được lắp ở phía trước của giàn nóng để xác định nhiệt độ ngoài xe
Cảm biến này phát hiện nhiệt độ ngoài xe để điều khiển thay đổi nhiệt độ trong xe do ảnh hưởng của nhiệt độ ngoài xe
Cảm biến bức xạ mặt trời
Cảm biến bức xạ nắng mặt trời là một diode quang và được lắp ở phía trên của bảng táp lô để xác định cường độ ánh sáng mặt trời
Cảm biến ánh sáng mặt trời giúp điều chỉnh nhiệt độ trong xe bằng cách phát hiện cường độ ánh sáng mặt trời, từ đó giảm thiểu tác động của tia nắng lên không gian bên trong xe.
Hình 2 49: Cảm biến bức xạ mặt trời
Cảm biến nhiệt độ giàn lạnh
Hình 2 50: Cảm biến nhiệt độ giàn lạnh
Cảm biến nhiệt độ giàn lạnh sử dụng một nhiệt điện trở được lắp đặt tại giàn lạnh, giúp phát hiện nhiệt độ không khí khi đi qua giàn lạnh, đồng thời đo nhiệt độ bề mặt của giàn lạnh.
Nó được dùng để ngăn chặn đóng băng bề mặt giàn lạnh, điều khiển nhiệt độ và điều khiển luồng khí trong thời gian quá độ
Cảm biến nhiệt độ nước
Hình 2 51: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát là một nhiệt điện trở quan trọng, giúp phát hiện nhiệt độ nước làm mát của động cơ Tín hiệu từ cảm biến này được truyền đến ECU động cơ để điều chỉnh hoạt động Trên một số mẫu xe, cảm biến này còn được lắp đặt ở két sưởi, đóng vai trò trong việc điều khiển nhiệt độ và hâm nóng không khí trong khoang lái.
Motor trợ động trộn khí
Motor trộn gió gồm có mô tơ, bộ hạn chế, chiết áp, tiếp điểm động…như trên hình và nó sẽ được điều khiển bởi tín hiệu ECU
Hình 2 52: Vị trí và cấu tạo motor trợ động trộn khí
Hình 2 53: Nguyên lí hoạt động motor trợ động khí
Khi cánh điều khiển ở vị trí HOT, chân AMH sẽ được cấp điện, trong khi chân AMC cấp mass để motor điều khiển cánh trộn gió hoạt động Ngược lại, khi chân AMC cấp điện và chân AMH cấp mát, motor sẽ quay theo chiều ngược lại để đưa cánh điều khiển về vị trí COOL.
Khi tiếp điểm động của chiết áp dịch chuyển theo sự quay của motor, nó tạo ra các giá trị điện tương ứng với vị trí và truyền thông tin này đến ECU Khi cánh điều khiển đạt đến vị trí mong muốn, motor trộn gió sẽ bị ngắt điện.
Motor trộn gió được trang bị bộ hạn chế, giúp ngắt dòng điện khi motor đi hết hành trình Khi tiếp điểm động di chuyển đồng bộ với motor và tiếp xúc với các vị trí hết hành trình, mạch điện sẽ bị ngắt, dẫn đến việc motor dừng lại.
Motor trợ động dẫn khí vào
Motor trợ động dẫn khí vào gồm có một mô tơ, bánh răng, đĩa động… như hình bên dưới
Hình 2 54: Vị trí và cấu tạo motor trợ động dẫn khí vào
Hình 2 55: Nguyên lí hoạt động motor trợ động dẫn khí vào
Khi nhấn công tắc lựa chọn gió, mạch điện của motor trợ động sẽ được đóng lại, cho phép dòng điện đi qua motor và khiến cánh điều khiển dẫn khí vào di chuyển.
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BÀI THỰC HÀNH NỐI DÂY
Tổng quan
Để nắm vững sơ đồ mạch điện và kiến thức về điện trong hệ thống, chúng tôi đã phát triển mô hình giúp đọc hiểu sơ đồ và nối dây cho hệ thống hoạt động hiệu quả Mục tiêu là làm cho bài giảng trở nên sinh động, giúp người học tiếp thu kiến thức một cách tốt hơn.
Đặc điểm
Để điều khiển việc đóng ngắt mạch điện bằng các role, việc hiểu rõ các thông số và xác định chính xác các chân hoạt động của các bộ phận trong mô hình là rất quan trọng Điều này giúp chúng ta nối dây một cách chính xác và hiệu quả.
Cấu tạo
Rơ-le là một loại công tắc đặc biệt, được kích hoạt bằng điện thay vì bằng tay, cho phép nó hoạt động như một công tắc điện tử Rơ-le có hai trạng thái chính: đóng và mở, và việc xác định thời điểm nào rơ-le đóng hay mở là rất quan trọng Chúng tôi đã áp dụng rơ-le vào mô hình của mình dựa trên hai trạng thái này để tối ưu hóa hiệu suất sử dụng.
Hình ảnh về bề mặt taplo để cho các sinh viên dễ thực hiện đo kiểm các chân được vẽ lại bằng phần mềm AI
Hình 3.2: Bề mặt taplo trên mô hình
Chúng em đã phân chia các chân của từng loại motor vào các ô riêng biệt để giảm thiểu số lần đo và tránh nhầm lẫn giữa các cặp chân có giá trị giống nhau Việc này giúp quá trình đo đạc trở nên dễ dàng và chính xác hơn Đối với các chân của hộp điều khiển, chúng em đã ghi sẵn tên các chân lên mô hình, vì các giá trị này không thể đo bằng thiết bị thông thường Hộp điều khiển được cấu thành từ nhiều linh kiện điện tử, do đó, các ký hiệu của từng chân trên bảng điều khiển được cung cấp bởi nhà sản xuất.
3.3.2 Motor Trợ động thổi khí
Hình 3.3: Chân giắc mô tơ trợ động thổi khí
- Có 5 chân được đưa ra ngoài
- Các kí hiệu chân bên phần hộp điều khiển được biết trước nhờ dữ liệu của nhà sản suất cung cấp
- Các chân còn lại của Relay được đưa lên Taplo để ứng dụng cho phần nối dây
Hình 3.4: Sơ đồ thiết kế lúc thi công Motor Trợ động thổi khí trên mô hình
Nguyên lý hoạt động của hệ thống bắt đầu khi công tắc IG được bật, cung cấp điện cho công tắc đo kiểm Khi công tắc đo kiểm ở chế độ OFF, relay sẽ chuyển sang bên phải, kết nối các chân của công tắc điều khiển với các chân của motor trợ động, cho phép hệ thống hoạt động bình thường Các chân motor có điện áp nhưng chưa xác định được tên, do đó cần đo từng cặp chân và đối chiếu với bảng số liệu để xác định chính xác Khi công tắc đo kiểm chuyển sang chế độ ON, relay dịch sang bên trái, hệ thống ngừng hoạt động và không còn điện áp trên taplo Để hệ thống hoạt động trở lại, cần nối các dây đã chuẩn bị sẵn giữa motor trợ động và công tắc đo kiểm; nếu xác định đúng chân, hệ thống sẽ hoạt động bình thường.
3.3.4 Mô Tơ trợ động dẫn khí vào
Hình 3.5: Chân giắc của Mô tơ trợ động dẫn khí vào
- Có 5 chân được đưa ra ngoài
- Các chân bên phần hộp điều khiển được biết trước nhờ dữ liệu của nhà sản suất cung cấp
- Các chân còn lại của Relay được đưa lên Taplo để ứng dụng cho phần nối dây
Hình 3.5: Sơ đồ thiết kế lúc thi công Motor dẫn khí vào trên mô hình
Nguyên lý hoạt động của hệ thống bắt đầu khi công tắc IG được bật, cung cấp điện cho công tắc đo kiểm Khi công tắc đo kiểm ở chế độ OFF, relay sẽ chuyển sang bên phải, kết nối các chân của công tắc điều khiển với các chân của motor trợ động, cho phép hệ thống hoạt động bình thường Đồng thời, các chân motor cũng có thể được kiểm tra điện áp bằng đồng hồ VOM Tuy nhiên, để xác định chính xác tên các chân này, cần đo từng cặp chân và đối chiếu với bảng số liệu Khi công tắc đo kiểm chuyển sang chế độ ON, các chân relay sẽ dịch sang bên trái, ngăn chặn hoạt động của hệ thống và không còn điện áp trên taplo Để hệ thống hoạt động, cần sử dụng dây nối chuẩn bị sẵn để kết nối motor trợ động với công tắc đo kiểm; nếu xác định đúng chân, hệ thống sẽ hoạt động bình thường, ngược lại sẽ không.
3.3.5 Mô Tơ trợ động thổi khí
Hình 3.6: Chân giắc của motor trộn khí
- Có 5 chân được đưa ra ngoài
- Các chân bên phần hộp điều khiển được biết trước nhờ dữ liệu của nhà sản suất cung cấp
- Các chân còn lại của Relay được đưa lên Taplo để ứng dụng cho phần nối dây
Hình 3.7: Sơ đồ thiết kế lúc thi công Motor Trợ động trộn khí trên mô hình
Nguyên lý hoạt động của hệ thống bắt đầu khi công tắc IG được bật, cung cấp nguồn điện cho công tắc đo kiểm Khi công tắc đo kiểm ở chế độ OFF, relay sẽ chuyển sang bên phải, nối các chân của công tắc điều khiển với các chân của motor trợ động, cho phép hệ thống hoạt động bình thường Đồng thời, các chân của motor trợ động cũng có thể được đo điện áp bằng đồng hồ VOM Tuy nhiên, trước khi xác định đúng tên các chân, cần đo từng cặp chân và đối chiếu với bảng số liệu Khi công tắc đo kiểm chuyển sang chế độ ON, các chân của relay dịch sang bên trái, làm cho hệ thống ngừng hoạt động và không còn điện áp trên taplo Để hệ thống hoạt động trở lại, cần nối các dây đã chuẩn bị sẵn giữa motor trợ động và công tắc đo kiểm Nếu xác định đúng các chân, hệ thống sẽ hoạt động bình thường; ngược lại, sẽ không hoạt động.
3.3.6 Hộp điều khiển hệ thống
Hình 3.8: Chân giắc của hộp điều khiển
2 SPD Chân cảm biến vận tốc
4 LOCK Chân tín hiệu cảm biến lock
5 SG-LOCK Chân mass cảm biến lock
6 IGN Chân tín hiệu đánh lửa
7 PSW Chân tín hiệu công tắc áp suất
8 TW Chân tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát
9 IG Nguồn cung cấp cho hộp
11 TAMG Chân tín hiệu cảm biến nhiệt độ môi trường
12 BLW Chân tín hiệu điều khiển tốc độ quạt lồng sóc
15 HR Chân điều khiển Relay quạt lồng sóc
16 MGCR Chân điều khiển tín hiệu đóng lock máy nén
17 SW1 Chân bật tín hiệu đèn cảnh báo Hazard
18 ACT Chân tín hiệu ECU động cơ
19 LP Chân giao tiếp Multiplex
Chân số Kí hiệu Ý nghĩa
1 SG-TPM Chân mass motor điều khiển hướng gió
2 SG-TP Chân mass của motor trộn
3 SG-TPI Chân mass của motor điều khiển lấy gió vào
4 TR Chân tín hiệu nhiệt độ trong xe
5 TE Chân tín hiệu nhiệt độ giàn lạnh
7 TPM Chân tín hiệu motor điều khiển hướng gió
8 TP Chân tín hiệu của motor trộn
9 TPI Chân tín hiệu của motor điều khiển lấy gió vào
10 S5-TPM Chân dương motor điều khiển hướng gió
11 S5-TP Chân dương của motor trộn
12 S5-TPI Chân dương của motor điều khiển lấy gió vào
13 AIR Chân điều khiển motor gió trong
14 AIF Chân điều khiển motor gió ngoài
15 AOD Chân điều khiển motor cửa gió (sấy kính trước)
16 AOF Chân điều khiển motor cửa gió (hướng vào mặt)
17 AMC Chân điều khiển motor trộn gió (lạnh)
18 AMH Chân điều khiển motor trộn gió (sưởi)
19 SG-TR Chân mass tín hiệu cảm biến nhiệt độ trong xe
20 SG-TE Chân mass tín hiệu cảm biến nhiệt độ giàn lạnh
23 TS Chân tín hiệu cảm biến bức xạ mặt trởi
24 S5-TS Chân dương tín hiệu cảm biến bức xạ mặt trởi
3.3.7 Sơ đồ mạch điện của mô hình
Hình 3.9: Sơ đồ mạch điện hệ thống điều hòa Toyota Camry 2005.
