TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Lí do chọn đề tài
Nhu cầu sống ngày càng cao đã dẫn đến việc ô tô trở thành phương tiện giao thông phổ biến, với thiết kế hiện đại tập trung vào tiện nghi và an toàn cho người sử dụng Các tiện nghi như hệ thống âm thanh, giải trí và các tính năng thông minh như nhớ vị trí ghế hay khóa thông minh ngày càng quan trọng, trong đó hệ thống điều hòa không khí là một yếu tố không thể thiếu Nhằm đáp ứng xu hướng này, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật đã tích cực đưa hệ thống điều hòa vào chương trình giảng dạy, kết hợp lý thuyết chuyên sâu với mô hình thực tế để minh họa nguyên lý hoạt động Nhóm chúng em đã chọn đề tài “Nghiên cứu thi công mô hình hệ thống điều hòa không khí trên ô tô kết hợp thu thập hiển thị tín hiệu cảm biến” với mục tiêu nghiên cứu sâu hơn về hệ thống điều hòa và phát triển một hệ thống hoàn chỉnh.
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
Do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế, 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.
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 hệ thống điều hòa hiện có thường cũ, hoạt động không ổn định và thường xuyên hư hỏng Do đó, chúng em đã áp dụng kiến thức đã học cùng với quá trình nghiên cứu để thực hiện các giải pháp cải thiện tình trạng này.
- Thiết kế khung 3D mô hình hệ thống điều hòa bằng phần mềm SolidWorks
- Lắp ráp hai mô hình điều hòa hoàn chỉnh với đầy đủ các cảm biến cần thiết
- Dùng Arduino kết hợp thu thập các tín hiệu cảm biến để hiển thị lên màn hình LCD các giá trị điện áp và nhiệt độ
Tập thuyết minh này được biên soạn rõ ràng và chi tiết, nhằm giải thích cơ sở lý thuyết và nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hòa Bên cạnh đó, tài liệu cũng cung cấp thông tin cụ thể về mô hình của hệ thống, giúp người đọc hiểu sâu hơn về cách thức vận hành và ứng dụng của nó trong thực tế.
Trong quá trình thi công mô hình cũ, một số vật tư đã bị mất, khiến nhóm chúng tôi phải tìm cách thay thế và sửa chữa Do đó, một số thông số trên mô hình có thể có sự sai lệch nhất định 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 kiến thức từ giảng viên hướng dẫn
- Tìm hiểu các tài liệu liên quan đến đề tài để hoàn thiện cơ sở lý thuyết
- 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, cho phép sinh viên thực hành trực tiếp dưới sự hướng dẫn của giảng viên Điều này giúp sinh viên hiểu sâu hơn về nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hòa.
Tài liệu đi kèm cung cấp cái nhìn tổng quan và chi tiết về hoạt động của hệ thống, giúp sinh viên hiểu rõ hơn về nội dung đang học.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Giới thiệu chung về điều hòa không khí
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 luôn tỏa ra nhiệt lượng, và lượng nhiệt này phụ thuộc vào cường độ hoạt động Để duy trì thân nhiệt, cơ thể thường xuyên trao đổi nhiệt với môi trường, và sự trao đổi này sẽ thay đổi tương ứng với cường độ vận động.
Theo nghiên cứu của các nhà khoa học, 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 nằm trong khoảng 55% - 65% Mặc dù con người vẫn cảm thấy thoải mái khi độ ẩm cao trên 70%, nhưng nhiệt độ dưới 22°C hoặc trên 28°C có thể gây khó chịu.
32 o C nhưng độ ẩm thấp chỉ khoảng 30%
2.1.2 Nhiệt và sự truyền nhiệt
Nhiệt là một dạng năng lượng dự trữ trong vật chất, được tạo ra từ chuyển động nhiệt hỗn loạn của các hạt cấu tạo nên vật chất Các phân tử cấu tạo nên vật chuyển động hỗn loạn không ngừng, tạo ra động năng bao gồm động năng chuyển động của khối tâm, động năng trong dao động của các nguyên tử và động năng quay của phân tử quanh khối tâm Tổng hợp các động năng này của các phân tử chính là nhiệt năng của vật, thể hiện sự dự trữ năng lượng trong vật chất.
Nhiệt độ có xu hướng di chuyển từ vùng cao sang vùng thấp, như khi cơ thể chúng ta cảm thấy mát mẻ do nhiệt từ cơ thể được truyền ra môi trường xung quanh có nhiệt độ thấp hơn, dẫn đến việc giảm nhiệt độ tại khu vực đó.
Có 3 cách truyền nhiệt chính là: Dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ:
Dẫn nhiệt, hay còn gọi là 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 hơn, tức là có nhiệt độ cao hơn, đến vùng có năng lượng thấp hơn.
4 thấp hơn (với nhiệt độ thấp hơn) Sự truyền nhiệt trong kim loại thông qua sự chuyển động của các electron cũng là sự dẫn nhiệt
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 Quá trình này có thể diễn ra tự nhiên, nhờ vào nội năng trong chất lỏng hoặc khí, hoặc cưỡng bức, khi có ngoại lực tác động như quạt hay 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 trên 0 Kelvin đều phát ra bức xạ nhiệt Trong quá trình này, dòng nhiệt có thể di chuyển từ nơi nóng sang nơi lạnh và ngược lại, nhưng dòng nhiệt từ nóng sang lạnh luôn lớn hơn, dẫn đến tổng hợp dòng nhiệt chủ yếu diễn ra theo chiều từ nóng sang lạnh Sự chênh lệch nhiệt độ giữa các vật thể sẽ dần giảm đi Dòng nhiệt trong bức xạ nhiệt được tính theo 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 duy trì và ổn định các thông số của không khí theo một chương trình nhất 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, giúp nâng cao hiệu quả điều tiết không khí so với thông gió.
Hệ thống điều hòa không khí trên ô tô rất quan trọng, không chỉ điều chỉnh nhiệt độ và tuần hoàn không khí mà còn hoạt động như máy hút ẩm, kiểm soát nhiệt độ hiệu quả Ngoài ra, điều hòa không khí còn giúp 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 Nó sử dụng nước làm mát từ động cơ, nước này được làm nóng bởi động cơ và sau đó được sử dụng để làm nóng không khí thông qua quạt thổi Do đó, nhiệt độ của két sưởi sẽ thấp cho đến khi nước làm mát đạt nhiệt độ cao, dẫn đến việc két sưởi không hoạt động ngay lập tức sau khi động cơ khởi động.
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 không khí hoạt động như một bộ trao đổi nhiệt, có nhiệm vụ làm mát không khí trước khi đưa vào trong xe Khi điều hòa được bật, máy nén bắt đầu hoạt động, đẩy môi chất lạnh (ga) tới giàn lạnh, giúp giàn lạnh được làm mát hiệu quả.
Hệ thống làm lạnh trong xe hoạt động bằng cách làm mát không khí được thổi vào từ quạt gió Quá trình làm nóng không khí phụ thuộc vào nhiệt độ của nước làm mát động cơ, trong khi việc làm mát không khí lại hoàn toàn độc lập với nhiệt độ của nước này.
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 tăng, lượng hơi nước trong không khí cũng tăng và ngược lại Khi không khí đi qua giàn lạnh, nó được làm mát, dẫn đến việc hơi nước ngưng tụ và bám vào các cánh tản nhiệt Điều này giúp giảm độ ẩm trong xe Nước ngưng tụ sẽ đọng lại thành sương trên cánh tản nhiệt và được chứa trong khay xả nước, sau đó được thải ra ngoài 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 được thực hiện bằng cách đưa không khí bên ngoài vào trong xe nhờ chênh áp do chuyển động của xe Khi xe di chuyển, áp suất không khí trên bề mặt xe phân bổ không đồng đều, 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 lắp đặt ở những vị trí có áp suất dương, trong khi cửa xả được đặt ở những khu vực có áp suất âm.
Hình 2 8: Thông gió tự nhiên
Trong 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 không khí được bố trí ở cùng vị trí như trong hệ thống thông gió.
9 gió tự nhiên Thông thường hệ thống thông gió này được dùng chung với hệ thống thông khí khác (hệ thống 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
Hình 2 10: Cấu tạo bộ lọc
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 trong xe sử dụng mô tơ quạt để hút không khí bên trong, đồng thời làm sạch và khử mùi 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”.
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 bên trong Không khí đã được làm lạnh hoặc sấy sẽ được đưa vào trong xe.
Hình 2 12: Kiểu điều hòa phía trước
Điều hòa kiểu phía sau Ở kiểu này cụm điều hòa không khí đặt ở cốp sau xe Cửa ra và cửa vào của khí lạnh được đặt ở lưng ghế sau
Cụm điều hòa gắn ở cốp sau với khoảng trống lớn mang lại ưu điểm của một bộ điều hòa có công suất giàn lạnh lớn và khả năng làm lạnh dự trữ hiệu quả.
Hình 2 13: Kiểu điều hòa phía sau
Kiểu kép là sự kết hợp giữa hệ thống điều hòa phía trước và giàn lạnh phía sau được lắp đặt trong khoang hành lý, giúp không khí không bị thổi ra từ hai phía Với cấu trúc này, kiểu kép mang lại năng suất lạnh cao hơn và đảm bảo nhiệt độ đồng đều trong toàn bộ không gian 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 thông minh bao gồm điều hòa phía trước và giàn lạnh treo trần phía sau Kiểu dáng này không chỉ mang lại năng suất lạnh cao mà còn đảm bảo nhiệt độ được phân bố đều trong toàn bộ 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 tùy chỉnh nhiệt độ bằng tay thông qua các công tắc và cần gạt, đồng thời điều chỉnh tốc độ quạt, lượng gió và hướng gió một cách linh hoạt.
Hình 2 16: Điều khiển bằng tay (Khi trời nóng)
Hình 2 17: Điều khiển bằng tay (Khi trời lạnh)
Điều hòa tự động là hệ thống điều khiển nhiệt độ trong xe, hoạt động thông qua bộ điều khiển và ECU động cơ Nó tự động điều chỉnh nhiệt độ không khí và tốc độ quạt dựa trên các yếu tố như nhiệt độ bên trong và bên ngoài xe, cùng với bức xạ mặt trời, nhờ vào các cảm biến tương ứng Mục tiêu của hệ thống này là duy trì nhiệt độ bên trong xe theo mức mong muốn.
Hình 2 18: Điều khiển tự động
2.4 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, bình lọc và tách ẩm, thiết bị giãn nở, và thiết bị bay hơi Những 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 cho hành khách Hình vẽ dưới đây minh họa rõ ràng các thành phần 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 nhờ quạt gió, sau đó ở dạng hơi, nó sẽ giải nhiệt và ngưng tụ thành dạng lỏng dưới áp suất và nhiệt độ cao.
Môi chất sẽ tiếp tục 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 Sự giảm áp này khiến 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 nhanh chóng giảm do bị lấy đi năng lượng qua các lá tản nhiệt Hơi ẩm trong không khí cũng bị ngưng tụ và 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, quá trình này cần nhiều năng lượng và lấy từ không khí xung quanh, dẫn đến việc không khí trở nên lạnh hơn Cuối cùng, môi chất lạnh ở thể hơi với nhiệt độ cao và áp suất thấp 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 ở áp suất và nhiệt độ thấp từ giàn bay hơi Sau đó, máy nén sẽ nén môi chất lên áp suất cao (100 psi; 7÷17.5 kg/cm²) và nhiệt độ cao, đẩy vào giàn ngưng tụ Quá trình này đảm bảo sự tuần hoàn hợp lý của môi chất lạnh, đồng thời tăng cường hiệu quả trao đổi nhiệt trong hệ thống điều hòa không khí.
Máy nén là thành phần thiết yếu trong hệ thống lạnh, quyết định công suất, chất lượng, tuổi thọ và độ tin cậy của toàn bộ hệ thống Tỉ số nén trong quá trình hoạt động dao động từ 5 đến 8,1, phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường và loại môi chất lạnh Có thể ví máy nén như trái tim trong cơ thể sống, vì nó đảm nhận vai trò quan trọng trong việc nén môi chất từ trạng thái khí có nhiệt độ và áp suất thấp thành khí ở nhiệt độ và áp suất cao, trước khi được chuyển đến giàn nóng.
Trong hệ thống điện lạnh ô tô, có nhiều loại máy nén với cấu tạo và nguyên lý làm việc khác nhau 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, máy nén thường 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 đang được sử dụng rộng rãi nhất.
Máy nén kiểu cánh gạt
Máy nén cánh gạt bao gồm một rotor gắn liền với hai cặp cánh gạt, được bao quanh bởi xylanh máy nén Mỗi cặp cánh gạt được bố trí đối diện nhau, với hai cặp cánh gạt vuông góc trong rãnh của rotor.
Khi roto quay cánh gạt sẽ được nâng theo chiều hướng kính vì các đầu của chúng trượt trên mặt 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 quay đĩa chéo qua đĩa có vấu kết nối trực tiếp với trục Chuyển động quay của đĩa chéo được chuyển hóa thành chuyển động quay của piston trong xylanh, thực hiện 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 điều chỉnh theo mức độ lạnh, thay đổi góc độ nghiêng của đĩa chéo nhờ chốt dẫn hướng và trục hoạt động như bản lề Hành trình của piston giúp điều khiển máy nén hoạt động hiệu quả.
Khi nhiệt độ giảm và áp suất trong buồng áp suất thấp, van mở ra do áp suất trong ống xếp lớn hơn 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 bên trái Kết quả là hành trình của piston giảm do bị dịch chuyển sang bên phải.
Công suất của máy nén thay đổi theo thể tích hút và đẩy, điều này cho phép nó được điều chỉnh tối ưu dựa trên tải nhiệt Sự linh hoạt trong công suất này giúp máy nén hoạt động hiệu quả hơn trong các điều kiện tải nhiệt khác nhau.
Máy nén thay đổi lưu lượng theo tải nhiệt có khả năng điều chỉnh góc nghiêng của đĩa, giúp tối ưu hóa hiệu suất Sự thay đổi hành trình của piston đảm bảo rằng công suất máy nén luôn được điều chỉnh và đạt mức tối đa.
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
Trong quá trình chuyển động tuần hoàn của đường xoắn ốc quay, ba khoảng trống giữa đường xoắn ốc quay và đường xoắn ốc cố định sẽ dần thu hẹp, làm giảm thể tích của chúng Môi chất được hút vào qua cửa hút và bị nén nhờ vào chuyển động này Sau mỗi ba vòng quay của xoắn ốc, môi chất sẽ được xả ra từ cửa xả, tuy nhiên trong thực tế, quá trình xả 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 Dầu này hòa vào môi chất và tuần hoàn trong hệ thống điều hòa, do đó việc chọn dầu phù hợp là rất quan trọng 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 việc máy nén bị kẹt và gây hư hỏng nghiêm trọng.
Lượng dầu bôi trơn trong máy nén:
Để đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống điều hòa, việc duy trì lượng dầu bôi trơn hợp lý là rất quan trọng Nếu thiếu dầu bôi trơn, máy nén sẽ không được bôi trơn hiệu quả, ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống Ngược lại, nếu quá nhiều dầu, nó sẽ phủ lên bề mặt trong của giàn lạnh, giảm hiệu quả trao đổi nhiệt và làm giảm khả năng làm lạnh Do đó, cần kiểm soát chính xác lượng dầu trong hệ thống làm lạnh để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
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 được xả ra khỏi hệ thống, trong khi dầu máy nén không bị bay hơi ở nhiệt độ thường Hầu hết dầu vẫn còn lại 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 một 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 của cửa sổ kính
Kính xem ga có cấu tạo thân hình trụ tròn, phía trên được lắp kính tròn chịu áp lực tốt và trong suốt để quan sát lỏng Kính được giữ chặt nhờ lò xo bên trong Kính xem ga được lắp trên đường ống cấp môi chất của hệ thống lạnh, nhằm báo hiệu lưu lượng và chất lượng của lỏng một cách định tính.
Báo hiệu lượng gas chảy qua đường ống là điều cần thiết để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả Khi gas chảy đầy ống, dòng môi chất lỏng hầu như không có sự chuyển động rõ ràng Ngược lại, nếu thiếu gas, mắt kính sẽ xuất hiện hiện tượng sủi bọt Trong trường hợp thiếu gas nghiêm trọng, người dùng sẽ thấy các vệt dầu chảy qua với hình gợn sóng trên mắt kính.
Để nhận biết độ ẩm của môi chất, màu sắc của nó sẽ thay đổi khi có lẫn ẩm Cụ thể, màu xanh biểu thị môi chất khô, màu vàng cho thấy có độ ẩm nhưng cần thận trọng, trong khi màu nâu chỉ ra rằng môi chất có nhiều ẩm và cần được xử lý Để dễ dàng so sánh, trên vòng tròn chu vi của kính, các màu sắc đặc trưng đã được in sẵn để người sử dụng có thể kiểm tra.
Khi trong môi chất lỏng xuất hiện tạp chất, chúng có thể được phát hiện qua kính quan sát Đặc biệt, nếu các hạt hút ẩm bị hỏng hoặc có xỉ hàn trên đường ống, điều này càng dễ nhận biết hơn.
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 nhiệm vụ thổi khí mát qua bộ ngưng tụ để làm mát, hoặc cung cấp 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 có chức năng hút không khí nóng từ cabin xe hoặc từ bên ngoài, sau đó thổi qua giàn lạnh để trao đổi nhiệt, mang lại không khí mát và khô trở lại cabin ô tô.
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 hoạt động của cả hai quạt này sẽ thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ của nước làm mát.
Quạt lồng sóc là một 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, không gây tiếng ồn, đồng thời có khả năng hút và đẩy không khí hiệu quả Thiết bị này được điều chỉnh với nhiều tốc độ khác nhau nhờ vào bộ điện trở tích hợp 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) sử dụng bộ vi xử lý để duy trì nhiệt độ mát lạnh ổn định Nó cho phép điều chỉnh nhiệt độ độc lập cho ghế tài xế và khu vực ghế hành khách Hệ thống này còn có khả năng phân phối luồng khí mát đến các hàng ghế phía sau mà không làm ảnh hưởng đến luồng khí mát ở 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 Nhờ chức năng điều khiển tự động của ECU, hệ thống sẽ ngay lập tức điều chỉnh và duy trì nhiệt độ ở mức đã được cài đặt.
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 của 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 chức năng đo lường và ghi nhận nhiệt độ từ ánh sáng mặt trời.
Bộ cảm biến nhiệt độ bên trong xe được lắp đặt phía sau bảng đồng hồ, có chức năng 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 nhận tín hiệu đầu vào, cụm điều khiển điện tử EATC (ECU) sẽ phân tích và xử lý thông tin, từ đó phát tín hiệu điều khiển cho các bộ chấp hành Điều này giúp điều chỉnh tốc độ quạt giàn nóng, giàn lạnh và quạt két nước động cơ, đồng thời thiết lập chế độ thổi khí và luồng khí phù hợp với nhiệt độ yêu cầu.
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 thực hiện việc tính toán nhiệt độ và lượng không khí hút vào dựa trên dữ liệu từ các cảm biến và nhiệt độ mong muốn đã được thiết lập Sau khi hoàn tất quá trình tính toán, ECU sẽ điều chỉnh vị trí cánh trộn gió, tốc độ quạt và cánh điều khiển 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 là một thiết bị nhiệt điện trở được lắp đặt trong bảng táp lô, với đầu hút sử dụng không khí từ quạt gió để đo nhiệt độ trung bình bên trong xe Thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển nhiệt độ, 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 vào không gian bên trong.
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 để phát hiện nhiệt độ không khí khi đi qua giàn lạnh, từ đó đo được 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 thiết bị nhiệt điện trở, có chức năng phát hiện nhiệt độ của nước làm mát trong động cơ Tín hiệu từ cảm biến này được truyền đến ECU của động cơ Trên một số loại xe, cảm biến này được lắp đặt tại két sưởi, giúp điều khiển nhiệt độ và quản lý việc hâm nóng không khí trong khoang xe.
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 được cấp điện và chân AMC cấp mass, khiến motor điều khiển cánh trộn gió quay 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 đồng bộ với sự quay của motor, nó tạo ra các giá trị điện tương ứng với vị trí và truyền thông tin này tới ECU Khi cánh điều khiển đạt đến vị trí mong muốn, motor trộn gió sẽ ngừng nhận 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 chạm đến vị trí hết hành trình, mạch điện sẽ bị ngắt, làm cho 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 chọn gió, mạch điện của motor trợ động sẽ được đóng lại, cho phép dòng điện đi qua motor và làm cho cánh điều khiển dẫn khí vào di chuyển.
Thiết kế phần cơ khí
3.1.1 Giới thiệu phần mềm SolidWorks
SOLIDWORKS là phần mềm thiết kế 3D được phát triển bởi Dassault Systèmes SOLIDWORKS Corp từ năm 1997, hoạt động trên hệ điều hành Windows Hiện nay, phần mềm này được sử dụng rộng rãi bởi hơn một triệu người dùng trên toàn thế giới.
2 triệu kỹ sư và nhà thiết kế với hơn 165,000 công ty trên toàn thế giới
Phần mềm SOLIDWORKS, ra mắt lần đầu vào năm 1995, đã được ViHoth phân phối từ phiên bản 2011 đến nay Với sự phát triển vượt bậc về tính năng và hiệu suất, SOLIDWORKS đáp ứng tốt nhu cầu thiết kế 3D trong các ngành kỹ thuật và công nghiệp Ngoài ra, phần mềm này còn được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như đường ống, kiến trúc, nội thất và xây dựng nhờ vào khả năng thiết kế 3D mạnh mẽ và danh mục giải pháp hỗ trợ đa dạng.
Các sản phẩm phân tích và mô phỏng của SOLIDWORKS cung cấp giải pháp cho các vấn đề về lắp ghép, truyền động, động học, độ bền, ứng suất, cũng như mô phỏng dòng chảy và áp suất Bên cạnh đó, SOLIDWORKS CAM là một sản phẩm mới giúp hỗ trợ lập trình gia công phay hiệu quả.
Hình 3 2: Giao diện sketch của solidworks
3.1.2 Thiết kế khung trên solidworks Để hạn chế tối đa sai sót trong quá trình thi công khung mô hình, nhóm chúng em sử dụng phần mềm mô phỏng 3D SolidWorks để thiết kế, tính toán các số liệu nhằm đạt được độ chính xác cao nhất, khi lắp ráp các chi tiết của mô hình lên khung đảm bảo độ bền đồng thời mang tính thẩm mĩ
Hình 3 3: Khung mô hình được thiết kế trong SolidWorks
Hình 3 4: Bản thiết kế 2D của khung mô hình.
Thi công khung
Dựa trên thiết kế bằng mô phỏng ta tính toán ra sơ bộ vật liệu cần thiết:
- Thép hộp vuông dài 6m, 40x40 mm, dày 2mm (2 thanh)
- Thép hộp vuông dài 6m, 40x25mm dày 2mm (1 thanh)
Việc thi công được tiến hành tại xưởng đồng sơn dưới sự giám sát và hướng dẫn của các thầy, bao gồm nhiều công đoạn quan trọng.
Dựa theo tính toán nhóm em tiến hành cắt thép theo đúng kích thước như đã thiết kế đảm bảo yêu cầu nhỏ gọn và tính kinh tế cao.
Hình 3 5: Thực hiện việc cắt thép và sản phẩm
Nhóm sử dụng máy hàn Mig-CO2 được trang bị tại xưởng Đồng - Sơn
Hình 3 6: Thực hiện việc hàn khung
Mài khung là quy trình loại bỏ lớp vật liệu thừa sau hàn, giúp tạo ra bề mặt phẳng cho khung, chuẩn bị cho bước sơn phủ tiếp theo.
Nhóm em đã chọn màu xanh dương cho khung sơn, biểu trưng cho tuổi trẻ, sự hăng hái và nỗ lực không ngừng Để đạt được bề mặt sơn bóng mịn và thẩm mỹ cao, chúng em sử dụng súng phun sơn thay vì sơn bằng cọ.
Hình 3 8: Tiến hành sơn phủ
Vệ sinh, sửa chữa hệ thống điều hòa ô tô
Vì tất cả các bộ phận của hệ thống đều đã cũ và một số đã hư hỏng nên nhóm em tiến hành vệ sinh, và chỉnh sửa lại
Máy nén ban đầu trong tình trạng cũ và bám nhiều bụi Nhóm chúng tôi đã sử dụng xăng A95 để vệ sinh máy từ ngoài vào trong, loại bỏ bụi bẩn, vết gỉ và các mảnh sắt nhỏ có thể ảnh hưởng đến hiệu suất vận hành sau này Sau khi tháo rời và vệ sinh, máy nén đã trở lại trạng thái hoạt động tốt.
Hình 3 9: Trạng thái ban đầu của máy nén
Hình 3 10: Tiến hành tháo và vệ sinh
Hình 3 11: Máy nén sau khi vệ sinh
Nhóm em tiến hành tháo gỡ và vệ sinh lại toàn bộ giàn lạnh
Hình 3 12: Trạng thái ban đầu của giàn lạnh
Hình 3 13: Vệ sinh giàn lạnh, quạt lồng sóc
3.3.3 Thiết kế các chi tiết hư hỏng trên hệ thống
Do mô hình cũ đã bị hư hỏng nhiều chi tiết không thể tái sử dụng, nhóm em đã quyết định thiết kế mới bằng phần mềm SolidWorks và in 3D các bộ phận bổ sung.
Hình 3 14: Thiết kế càng gạc đóng mở cửa gió quạt lồng sóc
Hình 3 15: Thiết kế càng gạc của motor trộn gió
Hình 3 16: Thiết kế khung kết nối motor trộn gió và giàn lạnh
Thi công điện hoàn thiện của mô hình
Hình 3 18: Hộp điều khiển lạnh Toyota Camry 2005
Hình 3 19: Chân giắc của hộp điều khiển
Chân số Kí hiệu Ý nghĩa
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
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
19 LP Chân giao tiếp Multiplex
3.4.2 Sơ đồ mạch điện của mô hình
54 Hình 3 20: Sơ đồ mạch điện hệ thống điều hòa Toyota Camry 2005
Hình 3 21: Mặt trước và mặt bên của mô hình
Hình 3 22: Mặc sau của mô hình
