Chương 1: Tổng quan về điều hòa không khí Chương này giới thiệu sơ bộ về điều hòa không khí. Giải thích về lý thuyết làm lạnh và nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hòa. Chương 2: Hệ thống điều hòa không khí trên xe Toyota Vios 2007 Chương này sẽ giới thiệu chi tiết về các bộ phận của hệ thống điều hòa trên xe Toyota Vios 2007.Mô tả về sơ đồ bố trí trên xe. Mô tả chi tiết về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của từng bộ phận chính trong hệ thống. Chương 3: Khai thác bảo dưỡng hệ thống điều hòa Chương này chủ yếu là về khai thác điều hòa. Nêu rõ thời gian và quy trình bảo dưỡng. Cung cấp thông tin về những hư hỏng thường gặp và nguyên nhân của nó. Từ đó đưa ra phương pháp sửa chữa. Chương 4: Thiết kế chế tạo mô hình điều hòa không khí Chương này trình bày về mô hình điều hòa được thiết kế dựa trên sơ đồ trên xe ô tô. Trình bày các bộ phận chính để cấu thành nên mô hình. Trình bày về sơ đồ cấu tạo và mạch điện của mô hình. Chương 5: Kết luận Chương này kết luận và đồng thời nêu ra các vấn đề còn hạn chế của mô hình. Từ đó đưa ra phương án phát triển cho mô hình.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ
Giới thiệu về hệ thống điều hòa không khí trên ô tô
Hệ thống điều hòa không khí trên xe ô tô là thiết bị quan trọng, giúp điều chỉnh nhiệt độ và không khí bên trong, mang lại sự thoải mái cho cả hành khách và tài xế Hiện nay, hệ thống này có khả năng hoạt động tự động nhờ vào sự điều khiển của ECU.
Hệ thống sưởi của điều hòa sử dụng nước làm mát động cơ đi qua két sưởi, giúp gió thổi qua két sưởi làm ấm không khí vào khoang cabin Để đạt hiệu quả tối ưu, hệ thống sưởi chỉ hoạt động khi động cơ được khởi động.
Hệ thống điều hòa ô tô hoạt động theo chu trình khép kín, bắt đầu từ máy nén nén môi chất thành dạng khí có áp suất và nhiệt độ cao, sau đó chuyển vào dàn nóng Tại dàn nóng, môi chất chuyển từ khí sang lỏng, tiếp theo là bình lọc và hút ẩm để loại bỏ độ ẩm Sau đó, môi chất đi qua van tiết lưu, chuyển từ dạng lỏng sang dạng hơi và vào dàn lạnh, rồi quay trở lại máy nén, lặp lại chu trình Để điều chỉnh nhiệt độ trong xe theo yêu cầu, cánh trộn gió được trang bị để kiểm soát luồng gió vào két nước, giúp sưởi ẩm hoặc làm mát không khí bên trong xe.
Lý thuyết về điều hòa không khí
Nhiệt, hay năng lượng sinh ra từ ma sát hoặc sự đốt cháy, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra sự sống và thoải mái Nhiệt độ được coi là nóng khi cao hơn nhiệt độ cơ thể, trong khi nhiệt độ lạnh là khi thấp hơn nhiệt độ cơ thể.
Tất cả các vật thể đều chứa nhiệt, và một người trung bình cảm thấy thoải mái khi nhiệt độ dao động từ 21°C đến 26°C, cùng với độ ẩm tương đối từ 45% đến 50% Trong khoảng nhiệt độ và độ ẩm này, mọi vật đều mang lại cảm giác thoải mái khi chạm vào.
Nhiệt năng luôn di chuyển từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai vật, quá trình truyền nhiệt sẽ diễn ra, dẫn đến sự chuyển giao năng lượng nhiệt.
Trang 2 vật có nhiệt độ nóng hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn cho đến khi cả hai vật đều đạt đến nhiệt độ ổn định như nhau
Khi ô tô hoạt động trên đường hoặc đậu dưới nắng, nhiệt độ bên ngoài tác động vào xe từ nhiều nguồn như: nhiệt độ môi trường, ánh nắng mặt trời, nhiệt độ động cơ, nhiệt độ mặt đường và khí thải.
Hình 1.1 Các tác nhân tác động đến nhiệt độ bên trong xe
Khi cung cấp đủ nhiệt độ cho một chất lỏng, hiện tượng sôi và bốc hơi sẽ xảy ra Ngược lại, khi nhiệt độ được loại bỏ từ hơi, hiện tượng ngưng tụ xảy ra, chuyển hơi thành lỏng Cả bốc hơi và ngưng tụ đều diễn ra trong hệ thống điều hòa ô tô Nếu nhiệt độ tiếp tục giảm từ trạng thái lỏng, chất lỏng sẽ đóng băng, gây mất lạnh trong ô tô Áp suất là yếu tố quan trọng trong hệ thống điều hòa; thay đổi áp suất tác động đến điểm sôi của chất lỏng: áp suất cao làm tăng điểm sôi, trong khi áp suất thấp làm giảm điểm sôi.
Hình 1.2 Áp suất điểm sôi
Chức năng của hệ thống điều hòa
Khi bật công tắc điều hòa, máy nén bắt đầu hoạt động, đưa môi chất lạnh tới dàn lạnh Tại dàn lạnh, môi chất này làm giảm nhiệt độ xung quanh, tạo ra không khí lạnh Sau đó, không khí lạnh sẽ được quạt gió đưa vào trong xe, mang lại cảm giác mát mẻ cho hành khách.
Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động làm mát
Trang 4 Ở chức năng này môi chất được làm lạnh ở dàn lạnh và nhiệt độ ở xung quanh dàn lạnh giảm Không khí lạnh được quạt đưa vào khoang ca bin nhưng trước khi đi vào trong xe thì không khí lạnh đi qua bộ két sưởi Bộ két sưởi sử dụng nhiệt độ của nước làm mát động cơ Chế động này chỉ hiệu quả khi động cơ hoạt động
Khi điều khiển cánh gạt cho không khí đi qua két sưởi
Hình 1.4 Không khí đi qua két sưởi
Khi điều khiển cánh gạt không cho không khí đi qua két sưởi
Hình 1.5 Không khí không đi qua két sưởi
Khi không khí đi qua dàn lạnh, nhiệt độ giảm làm hơi nước trong không khí ngưng tụ, dẫn đến giảm độ ẩm trong xe Nước ngưng tụ bám vào các cánh quạt và tạo thành sương, sau đó được chứa trong khay nước và được xả ra ngoài qua vòi.
Ngoài ra hệ thống điều hòa còn có chức năng lọc sạch bủi bẩn và các tạp chất lẫn trong không khí thông qua bộ lọc gió.
Phân loại
1.4.1 Phân loại theo vị trí lắp đặt điều hòa không khí
Loại điều hòa này được lắp đặt ở phía sau bảng táp lô và cho phép người sử dụng điều chỉnh độ lạnh theo ý muốn, mang lại sự thoải mái tối ưu Thông thường, kiểu điều hòa này thường xuất hiện trên các dòng xe sedan.
1.4.1.2 Kiểu dàn lạnh đặt phía trước và sau xe (kiểu kép)
Kiểu này kết hợp giữa thiết kế phía trước và phía sau, thường được lắp đặt trong khoang hành lý Điều này giúp tăng cường hiệu suất lạnh cao hơn và đồng đều trên toàn bộ xe.
Loại này thường được trang bị trên xe 7 chỗ
Hình 1.7 Kiểu dàn lạnh đặt phía trước và sau xe
Kiểu điều hòa kép treo trần là giải pháp phổ biến cho các xe khách, với hệ thống điều hòa phía trước và dàn lạnh treo trần ở phía sau Mô hình này không chỉ nâng cao năng suất làm lạnh mà còn đảm bảo phân bố nhiệt độ đồng đều trong toàn bộ không gian bên trong xe.
Hình 1.8 Kiểu kép treo trần
1.4.2 Phân loại theo phương pháp điều khiển
Hệ thống điều khiển nhiệt độ bằng tay cho phép người dùng điều chỉnh nhiệt độ đầu ra dễ dàng thông qua các công tắc và cần gạt Bên cạnh đó, nó còn tích hợp các chức năng điều chỉnh tốc độ quạt, lượng gió và hướng gió trong không gian xe, mang lại sự thoải mái tối ưu cho hành khách.
Hệ thống điều hòa tự động của xe được điều khiển bởi bộ điều khiển điều hòa và ECU động cơ, tự động điều chỉnh nhiệt độ không khí và tốc độ quạt dựa trên các thông số như nhiệt độ bên trong, bên ngoài và mức độ bức xạ mặt trời Các cảm biến thu thập thông tin này và gửi đến hộp điều khiển, cho phép hệ thống điều chỉnh nhiệt độ bên trong xe phù hợp với nhu cầu và mong muốn của người sử dụng.
Hình 1.10 Kiểu tự động (khi trời nóng và khi trời lạnh)
Môi chất lạnh và dầu bôi trơn
R314a, hay Tetra Fluoroethane, được sử dụng để thay thế R12 do không chứa clo, thành phần gây hủy hoại tầng ozon R134a có khả năng thay đổi trạng thái tương tự như nước, nhưng diễn ra nhanh chóng hơn và ở nhiệt độ thấp hơn Khi nhiệt độ vượt quá -26.3°C, R134a sẽ chuyển đổi thành hơi và hấp thụ một lượng lớn nhiệt từ bên trong xe, tạo ra hiệu ứng làm lạnh mà bạn cảm nhận khi ngồi trong xe.
R134a được lưu trữ trong các bình chứa dưới áp suất cao Nếu được thải ra vào không khí, nó sẽ sôi ở nhiệt độ -26.3°C
HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÊN XE TOYOTA VIOS
Tổng quan về hệ thống điều hòa không khí trên xe Vios
2.1.1 Sơ đồ hệ thống và vị trí lắp đặt trên xe
Hệ thống điện lạnh trên xe Vios là một hệ thống hoạt động khép kín gồm các bộ phận chính được thể hiện dưới đây
Hình 2.1 Sơ đồ bố trí điều hòa phía trước xe
Hình 2.2 Sơ đồ bố trí hệ thống điều khiển điều hòa
Hình 2.3 Sơ đồ bố trí hệ thống điều hòa bên trong xe
2.1.2 Hướng gió của hệ thống điều hòa trên xe Toyota Vios
Hình 2.4 Hướng gió của hệ thống điều hòa
Trang 13 Điều chỉnh lưu lượng gió
Ví trí điều khiển Ví trí thông gió Vận hành
Van điều khiển hút không khí
Không khí A Cho không khí từ bên ngoài vào
B Không khí tuần hoàn bên trong xe Van điều khiển trộn khí
Từ lạnh sang ấm C, D Điều chỉnh tỷ lệ giữa không khí được làm mát và không khí ấm để tạo ra nhiệt độ phù hợp trong cabin
Van điều khiển chế độ làm việc
M, L, E, J Thổi khí từ lỗ thông gió nằm ở trung tâm cabin và các lỗ thoát gió bên cạnh
N, R, F, J Không khí được thổi qua các lỗ thông gió như lỗ thông gió trung tâm, bên cạnh, vùng chân phía trước và vùng chân phía sau
O, K, F, I Không khí được thổi từ lỗ thông gió bên, phía trước, chân phía trước, chân phía sau
O, K,G, H Không khí được thổi từ lỗ thông gió bên, phía trước, chân phía trước, chân phía sau
O, R, E, Q Không khí được thổi từ lỗ thông gió ở phía trước và các lỗ thoát
Hình 2.5 Sơ đồ không khí đi trong khoang cabin Toyota Vios
A lỗ thông gió trung tâm C Lỗ thông gió phía dưới chân
B Lỗ thông gió trung tâm D Lỗ thông gió phía trước
Các bộ phận chính trên hệ thống điều hòa không khí Toyota Vios
Môi chất được nén từ áp suất thấp lên áp suất cao và được dẫn đến dàn nóng, sau đó chuyển đổi thành thể lỏng Tiếp theo, môi chất di chuyển qua van tiết lưu để chuyển sang thể hơi và cuối cùng đến dàn lạnh.
Hình 2.6 Vị trí máy nén
2.2.1.2 Cấu tạo Đây là máy nén loại piston Ở loại này thường được trang bị từ 3 tới 5 piston Ngoài ra còn một số bộ phận như: Van an toàn, đệm trục, ly hợp từ, vỏ phía sau, xilanh, piston, đĩa vát, vỏ phía trước
Hình 2.7 Cấu tạo máy nén dạng piston
Khi môi chất từ dàn lạnh vào máy nén, piston di chuyển tạo ra chênh lệch áp suất giữa hai khoang, mở đường hút cho môi chất đi vào Phía còn lại của piston chịu lực nén, và khi piston hoàn thành hành trình, đường hút sẽ đóng lại Môi chất có áp suất và nhiệt độ thấp từ dàn lạnh được nén thành môi chất có áp suất và nhiệt độ cao, sau đó đi ra đường xả tới dàn nóng Quy trình này lặp đi lặp lại liên tục.
Ly hợp từ thường được trang bị trên tất cả máy nén Nó được nối giữa động cơ và máy nén thông qua dây curoa
Ly hợp từ bao gồm các thành phần sau:
Stator, hay còn gọi là nam châm điện, là bộ phận quan trọng trong hệ thống điện, có chức năng tạo ra lực từ khi được cấp điện Thông thường, stator được cấu tạo từ nhiều cuộn dây điện được sắp xếp theo một cấu trúc đặc biệt nhằm tạo ra từ trường hiệu quả.
Roto là bộ phận quay của hệ thống, chứa nam châm hoặc vật liệu từ, trong khi puly được gắn chặt vào roto và sẽ quay theo khi ly hợp từ hoạt động.
Đĩa ép, hay còn gọi là đĩa bị động, là một bộ phận cố định không thể di chuyển tự do, được gắn chặt bằng các chốt giữ Chức năng chính của đĩa ép là kết nối pully dẫn động với máy nén thông qua lực từ do ly hợp từ tạo ra.
Hình 2.8 Cấu tạo của ly hợp từ
Khi người lái chưa bật công tắc A/C, cuộn từ không được cấp điện, dẫn đến puly và đĩa ép hoạt động độc lập; puly quay tự do trong khi đĩa ép đứng yên, khiến máy nén không hoạt động Khi người lái bật nút A/C, rơ le ly hợp đóng mạch, cuộn từ được cấp điện, và quá trình làm lạnh bắt đầu.
Trang 17 thành nam châm sinh ra lực từ hút đĩa ép dính chặt puly Lúc này puly và trục máy nén dính lại và quay cùng với nhau để bơm môi chất lạnh, mô men quay được dẫn động từ động cơ truyền từ dây cuaro tới puly qua đĩa ép làm trục máy nén quay theo, máy nén hoạt động
Bộ ngưng tụ trong hệ thống điều hòa ô tô đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi môi chất từ trạng thái hơi có áp suất và nhiệt độ cao thành trạng thái lỏng thông qua máy nén.
Hình 2.9 Vị trí dàn nóng trên xe
Dàn nóng bao gồm các ống dẫn và lá tản nhiệt bằng nhôm, giúp giảm nhiệt độ của môi chất từ máy nén Nó được lắp đặt ở vị trí phía trước két nước để tối
Hình 2.10 Cấu tạo của dàn nóng
Dàn nóng bao gồm hai vùng làm mát chính: vùng ngưng tụ và vùng quá lạnh, cùng với bộ chia lỏng Môi chất làm lạnh sau khi được nén ở máy nén với áp suất và nhiệt độ cao sẽ được chuyển đến dàn nóng qua ống nạp Tại đây, môi chất chảy xuống và truyền nhiệt qua các lá tản nhiệt, làm giảm nhiệt độ và khiến nó ngưng tụ thành chất lỏng Sau khi đi qua vùng ngưng tụ, cả chất lỏng và chất khí không thể ngưng tụ sẽ được làm lạnh lại trong vùng quá lạnh, dẫn đến việc môi chất được gửi tới bình lọc trong trạng thái gần như hoàn toàn ở dạng lỏng.
Hình 2.11 Hoạt động của dàn nóng
Bình lọc khô đóng vai trò quan trọng trong việc lọc hạt và hấp thụ độ ẩm, giúp bảo vệ hệ thống Bộ hút ẩm không chỉ lưu trữ chất lỏng làm lạnh mà còn tách biệt chất lỏng và hơi, đồng thời loại bỏ tạp chất và hơi ẩm hiệu quả.
Bình lọc là một thiết bị kim loại được trang bị lưới lọc và túi hút ẩm bên trong Thiết kế của bình có cửa sổ, hay còn gọi là mắt ga, giúp người dùng dễ dàng quan sát môi chất bên trong.
Môi chất làm lạnh ở dạng lỏng di chuyển từ bộ ngưng tụ vào bình lọc và hút ẩm, sau đó đi qua lớp lưới lọc và bộ khử ẩm Nếu trong quá trình lắp ráp hoặc hút chân không không đạt yêu cầu, chất lỏng có thể chứa ẩm Việc không lọc sạch bụi và loại bỏ ẩm có thể dẫn đến hư hỏng nhanh chóng của các van và máy nén trong hệ thống.
Hình 2.12 Nguyên lý hoạt động của bình lọc khô và hút ẩm
Sau khi được làm sạch và hấp thụ độ ẩm, chất lỏng sẽ di chuyển vào ống tiếp nhận và thoát khỏi bình lọc qua cửa ra, tiếp tục theo ống dẫn đến van tiết
KHAI THÁC BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA
An toàn trong quá trình sử dụng
Đối với kỹ thuật viên:
+ Luôn đeo kính bảo hộ
Không để môi chất lạnh tiếp xúc với da hoặc mắt Nếu có sự tiếp xúc, cần rửa ngay bằng nước lạnh và tránh cọ xát vào vùng bị dính Trong trường hợp nghiêm trọng, hãy nhanh chóng đến bệnh viện để được xử lý kịp thời.
+ Phải đeo găng tay khi nâng dụng cụ chứa môi chất làm lạnh hoặc tháo rời hệ thống điều hòa
+ Không nên xử lý môi chất lạnh ở trong không gian kín
+ Không mở van áp suất cao khi máy nén hoạt động Đối với thiết bị máy móc:
+ Tránh để bình chứa môi chất lạnh rơi hoặc va chạm mạnh
+ Không hoạt động máy nén khi hệ thống chưa đủ chất làm lạnh
+ Không mở van áp suất cao khi máy nén đang hoạt động
Tránh nạp quá nhiều chất làm lạnh vào hệ thống, vì điều này có thể dẫn đến các vấn đề như hiệu suất làm mát không đủ, tiêu thụ nhiên liệu kém và động cơ bị quá nhiệt.
+ Không hoạt động động cơ và máy nén khi không có chất làm lạnh Vì có thể gây hại bên trong máy nén
+ Trước khi thay thế hoặc cần sửa chữa hệ thống nào nên tháo ắc quy ra.
THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ
Phương án thiết kế mô hình
4.1.1 Mục đích của việc thiết kế mô hình
Mục đích của mô hình là hỗ trợ việc giảng dạy và nghiên cứu trong lĩnh vực ô tô
Mô hình này hỗ trợ quan sát cấu trúc và nguyên tắc hoạt động của các bộ phận trong hệ thống điều hòa không khí ô tô, đồng thời thực hiện các bài thực hành liên quan thông qua mô phỏng.
Tiến hành chẩn đoán, kiểm tra và sửa chữa các bộ phận của hệ thống điều hòa không khí ô tô giúp sinh viên phát triển kỹ năng thực tế Bên cạnh đó, chương trình còn tạo cơ hội cho học viên thực hành và rèn luyện các kỹ năng chuyên môn cần thiết.
Mô hình mô phỏng và giáo trình giảng dạy về hệ thống điều hòa không khí trên ô tô giúp sinh viên hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động và kiến thức liên quan đến hệ thống điều hòa trên ô tô.
4.1.2 Yêu cầu của việc thiết kế mô hình
Mô hình cần có kết cấu vững chắc để đảm bảo hoạt động ổn định
Các công tắc điều chỉnh hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau sẽ được tích hợp vào mô hình, giúp nâng cao khả năng nghiên cứu và học tập, đồng thời mang lại trải nghiệm sinh động và dễ dàng tiếp cận kiến thức.
Thiết kế của mô hình sẽ kết hợp tính khoa học, sáng tạo và thẩm mỹ, phù hợp với mục đích nghiên cứu và học tập.