Thiết kế, lắp đặt mô hình điều hòa không khí và ứng dụng phần mềm matlab vào mô phỏng đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. i
TÓM TẮT ...................................................................................................................... ii
MỤC LỤC..................................................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH ..................................................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................... xi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................... xii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ...................................................1
1.1. Lí do chọn đề tài. ............................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu đề tài. ............................................................. 1
1.3. Phương pháp nghiên cứu. .................................................................................. 2
1.4. Phạm vi ứng dụng. ............................................................................................. 2
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................3
2.1. Giới thiệu chung về điều hịa khơng khí. ............................................................ 3
2.1.1. Vùng nhiệt độ lý tưởng đối với cơ thể con người. ......................................... 3
2.1.2. Nhiệt và sự truyền nhiệt................................................................................ 3
2.2. Tổng quan về hệ thống điều hịa khơng khí. ....................................................... 5
2.2.1. Điều khiển nhiệt độ. ..................................................................................... 5
2.2.1.1. Hệ thống sưởi khơng khí. ....................................................................... 5
2.2.1.2. Hệ thống làm mát khơng khí. ................................................................. 6
2.2.1.3. Hệ thống hút ẩm khơng khí. ................................................................... 6
2.2.1.4. Điều khiển nhiệt độ khơng khí. ............................................................... 7
2.2.2. Điều khiển dịng khơng khí trong xe. ............................................................ 8
2.2.2.1. Thơng gió tự nhiên. ................................................................................ 8
2.2.2.2. Thơng gió cưỡng bức. ............................................................................ 9
2.2.3. Bộ lọc khơng khí. ......................................................................................... 9
2.2.3.3. Ngun lý hoạt động bộ lọc khơng khí. ................................................ 10
2.3. Khái qt hệ thống điều hịa khơng khí trên ơ tơ. ............................................. 10
2.3.1. Cơng dụng. ................................................................................................. 10
2.3.2. Yêu cầu. ..................................................................................................... 10
2.3.3 Phân loại điều hòa theo vị trí lắp đặt. ........................................................... 11

2.4. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hịa ơ tơ. ................................ 13
iii


2.4.1. Cấu tạo chung của hệ thống. ....................................................................... 13
2.4.2. Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống điều hịa ơ tô. ............................. 14
2.5. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một số bộ phận chính trong hệ thống điều
hịa khơng khí trên ơ tơ. .......................................................................................... 15
2.5.1. Máy nén. .................................................................................................... 15
2.5.1.1. Chức năng. ........................................................................................... 15
2.5.1.2. Phân loại. ............................................................................................. 15
2.5.3. Bộ ngưng tụ (Giàn nóng). ........................................................................... 22
2.5.4. Bình lọc/ bộ hút ẩm .................................................................................... 24
2.5.5. Van tiết lưu hay van giãn nở. ...................................................................... 26
2.5.6. Bộ bốc hơi (Giàn lạnh). .............................................................................. 28
2.6. Một số bộ phận khác. ....................................................................................... 30
2.6.1. Cửa sổ kính (mắt ga). ................................................................................. 30
2.6.2.Quạt dàn nóng. ............................................................................................ 31
2.6.3. Quạt lồng sóc. ............................................................................................ 31
2.7. Khái qt về hệ thống điều hịa khơng khí tự động trên ơ tơ............................. 33
2.7.1. Các bộ phận của hệ thống điều hịa khơng khí tự động. .............................. 34
2.7.1.1. ECU điều khiển A/C............................................................................. 35
2.7.1.2. Cảm biến. ............................................................................................. 36
2.7.1.3. Các motor trợ động............................................................................... 38
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BÀI THỰC HÀNH NỐI DÂY..................... 42
3.1. Tổng quan........................................................................................................ 42
3.2. Đặc điểm. ........................................................................................................ 42
3.3. Cấu tạo. ........................................................................................................... 42
3.3.1. Relay 5 chân. .............................................................................................. 42
3.3.2. Motor Trợ động thổi khí. ............................................................................ 43

3.3.2.1. Ngun lí hoạt động. ............................................................................ 44
3.3.4. Mơ Tơ trợ động dẫn khí vào. ..................................................................... 45
3.3.4.1. Nguyên lí hoạt động. ............................................................................ 45
3.3.5. Mơ Tơ trợ động thổi khí. ........................................................................... 46
3.3.5.2. Ngun lí hoạt động. ............................................................................ 47
3.3.6. Hộp điều khiển hệ thống. ............................................................................ 48
3.3.7. Sơ đồ mạch điện của mơ hình. .................................................................... 51
iv


CHƯƠNG 4: MỘT SỐ BÀI TẬP THỰC HÀNH ỨNG DỤNG CỦA MƠ HÌNH ......... 53
4.1. Bài thực hành nạp gas cho hệ thống điều hòa sử dụng gas lạnh R314a. ............ 53
4.1.1. Mục đích. ................................................................................................... 53
4.1.2. Chuẩn bị. .................................................................................................... 53
4.1.3. Chú ý an toàn. ............................................................................................ 53
4.1.4 Tiến hành thực hiện. .................................................................................... 53
4.1.4.1. Hút chân không. ................................................................................... 53
4.1.4.2. Nạp gas vào hệ thống. .......................................................................... 55
4.2. Bài thực hành phát hiện hư hỏng hệ thống điều hòa bằng đồng hồ đo áp suất gas.
............................................................................................................................... 57
4.2.1. Mục đích. ................................................................................................... 57
4.2.2. Chuẩn bị. .................................................................................................... 58
4.2.3. Chú ý an toàn. ............................................................................................ 58
4.2.4. Tiến hành thực hiện. ................................................................................... 58
4.2.4.1. Hệ thống điều hòa khi làm việc bình thường. ....................................... 58
4.2.4.2. Hệ thống bị lọt khí................................................................................ 59
4.2.4.3. Hệ thống điều hòa hoạt động khi thiếu ga. ............................................ 59
4.2.4.4. Hệ thống điều hòa giải nhiệt kém. ........................................................ 60
4.2.4.5. Hệ thống điều hòa hỏng máy nén, tắt bầu ngưng. ................................. 61
4.2.4.6. Hệ thống điều hòa bị tắt van tiết lưu. .................................................... 62

4.3. Bài thực hành nối dây trên mô hình. ................................................................ 62
4.3.1. Mục đích. ................................................................................................... 62
4.3.2. Chuẩn bị. .................................................................................................... 63
4.3.3. Chú ý an toàn. ............................................................................................ 63
4.3.4. Tiến hành thực hiện. ................................................................................... 63
4.3.4.1. Xác định đúng các chân Motor trợ động dẫn khí vào (Air inlet control
servo motor)...................................................................................................... 63
4.3.4.2. Motor trợ động trộn khí (Air mix control servo motor). ........................ 63
4.3.4.3. Motor trợ động thổi khí (Air vent mode servo motor). .......................... 64
4.3.4.4. Kết quả sau khi nối dây ........................................................................ 65
4.4. Quy trình chẩn đốn lỗi hệ thống điện của mơ hình. ........................................ 66
CHƯƠNG 5: MƠ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG ỨNG DỤNG MATLAB
SIMULINK. .................................................................................................................. 67
v


5.1. Giới thiệu. ....................................................................................................... 67
5.2. Lý thuyết mô phỏng hệ thống điều hịa trên ơ tơ. ............................................. 67
5.2.1. Tổng quan. ................................................................................................. 67
5.2.2. Xác định vấn đề. ......................................................................................... 68
5.2.3 Mục tiêu. ..................................................................................................... 68
5.2.4 Phương pháp tiếp cận. ................................................................................. 69
5.3. Phương pháp xây dựng. ................................................................................... 69
5.3.1. Xây dựng mơ hình trên Matlab. .................................................................. 70
5.3.2. Chứng minh tính hiệu quả của mơ hình. ..................................................... 70
5.4. Kết quả của quá trình. ...................................................................................... 70
5.5. Các phương trình được nghiên cứu và áp dụng. ............................................... 70
5.6. Q trình thực hiện: ......................................................................................... 75
5.6.1. Tổng quan tồn bộ quá trình. ...................................................................... 75
5.6.2. Nhiệt độ ở trong cabin. ............................................................................... 75

5.6.3. Dàn nóng .................................................................................................... 76
5.6.4. Giàn lạnh .................................................................................................... 78
5.6.5. Van tiết lưu................................................................................................. 81
5.6.6. Máy nén ..................................................................................................... 82
5.7. Kết quả thu được của việc mô phỏng hệ thống. ................................................ 83
5.8. So sánh năng suất của hệ thống điều hoà với các điều kiện đầu vào khác nhau 88
5.9. Kết luận ........................................................................................................... 92
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ......................... 93
6.1. Kết luận......................................................................................................... 93
6.2. Hướng phát triển ........................................................................................... 93
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 94
PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 95

vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 2. 1: Sự trao đổi nhiệt ..............................................................................................5
Hình 2. 2: Nguyên lý hoạt động của bộ sưởi ấm. .............................................................6
Hình 2. 3: Nguyên lý hoạt động của hệ thống làm mát khơng khí. ...................................6
Hình 2. 4: Ngun lý hút ẩm. ...........................................................................................7
Hình 2. 5: Điều khiển nhiệt độ mát. .................................................................................7
Hình 2.6: Điều khiển nhiệt độ bình thường. .....................................................................8
Hình 2.7: Điều khiển chế độ nóng....................................................................................8
Hình 2. 8: Thơng gió tự nhiên. .........................................................................................9
Hình 2. 9: Thơng gió cưỡng bức. .....................................................................................9
Hình 2. 10: Cấu tạo bộ lọc. ............................................................................................ 10
Hình 2. 11: Lọc gió lạnh trong thực tế. .......................................................................... 10
Hình 2.12: Kiểu điều hịa phía trước. ............................................................................. 11
Hình 2.13: Kiểu điều hịa phía sau. ................................................................................ 11

Hình 2.14: Kiểu điều hịa kép. ....................................................................................... 12
Hình 2. 15: Kiểu điều hịa kép treo trần. ........................................................................ 12
Hình 2. 16: Điều khiển bằng tay (Khi trời nóng). ........................................................... 12
Hình 2. 17: Điều khiển bằng tay (Khi trời lạnh). ............................................................ 13
Hình 2. 18: Điều khiển tự động. ..................................................................................... 13
Hình 2.19: Sơ đồ cấu tạo chung hệ thống điều hòa trên ô tô. .......................................... 14
Hình 2. 20: Cấu tạo máy nén cánh trượt. ........................................................................ 16
Hình 2. 21: Nguyên lý hoạt động máy nén cánh gạt. ...................................................... 16
Hình 2. 22: Cấu tạo máy nén khí dạng đĩa lắc. ............................................................... 17
Hình 2. 23: Nguyên lý hoạt động máy nén khí dạng đĩa lắc. .......................................... 18
Hình 2. 24: Cấu tạo máy nén xoắn ốc. ........................................................................... 18
Hình 2. 25: Nguyên lý hoạt động máy nén xoắn ốc. ....................................................... 19
Hình 2. 26: Cách cho thêm dầu vào máy nén. ................................................................ 20
Hình 2. 27: Cấu tạo của ly hợp điện từ. .......................................................................... 21
Hình 2. 28: Ly hợp từ ON. ............................................................................................. 21
Hình 2. 29: Ly hợp từ OFF. ........................................................................................... 22
vii


Hình 2. 30: Giàn nóng. ..................................................................................................23
Hình 2. 31: Cấu tạo giàn nóng. ...................................................................................... 23
Hình 2. 32: Cấu tạo của giàn nóng kép (Giàn nóng tích hợp). ........................................ 24
Hình 2. 33: Sơ đồ cấu tạo của bình lọc. .......................................................................... 25
Hình 2. 34: Van tiết lưu dạng hộp. ................................................................................. 27
Hình 2. 35: Nguyên lý van tiết lưu kiểu hộp (khi tải cao). .............................................. 27
Hình 2. 36: Nguyên lý van tiết lưu kiểu hộp (khi tải thấp). ............................................ 28
Hình 2. 37: Các loại giàn lạnh........................................................................................ 28
Hình 2. 38: Cấu tạo của giàn lạnh. ................................................................................. 29
Hình 2. 39: Hình dạng thực tế của mắt gas. ....................................................................30
Hình 2. 40: Trạng thái mơi chất qua cửa sổ kính. ........................................................... 31

Hình 2. 41: Các loại quạt. .............................................................................................. 31
Hình 2. 42: Quạt lồng sóc. ............................................................................................. 32
Hình 2. 43: Hệ thống điều khiển bằng điện tử. ............................................................... 33
Hình 2. 44: Sơ đồ điều khiển điều hịa khơng khí tự động ơ tơ. ...................................... 34
Hình 2. 45: Vị trí các bộ phận trong hệ thống điều hịa tự động. ....................................35
Hình 2. 46: ECU điều khiển A/C. .................................................................................. 36
Hình 2. 47: Cảm biến nhiệt độ trong xe. ........................................................................ 36
Hình 2. 48: Cảm biến nhiệt độ ngồi xe. ........................................................................ 37
Hình 2. 49: Cảm biến bức xạ mặt trời. ........................................................................... 37
Hình 2. 50: Cảm biến nhiệt độ giàn lạnh. ....................................................................... 38
Hình 2. 51: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát. ................................................................ 38
Hình 2. 52: Vị trí và cấu tạo motor trợ động trộn khí. .................................................... 39
Hình 2. 53: Ngun lí hoạt động motor trợ động khí. ..................................................... 39
Hình 2. 54: Vị trí và cấu tạo motor trợ động dẫn khí vào. .............................................. 40
Hình 2. 55: Nguyên lí hoạt động motor trợ động dẫn khí vào. ........................................ 40
Hình 2. 56: Vị trí và cấu tạo motor trợ động thổi khí...................................................... 41
Hình 2. 57: Sơ đồ mạch nguyên lí hoạt động motor trợ động thổi khí. ........................... 41
Hình 3.1: Relay 5 chân .................................................................................................42
Hình 3.2: Bề mặt taplo trên mơ hình. ............................................................................. 43
Hình 3.3: Chân giắc mơ tơ trợ động thổi khí .................................................................43
viii


Hình 3.4: Sơ đồ thiết kế lúc thi cơng Motor Trợ động thổi khí trên mơ hình ................. 44
Hình 3.5: Sơ đồ thiết kế lúc thi cơng Motor dẫn khí vào trên mơ hình .......................... 45
Hình 3.6: Chân giắc của motor trộn khí. ........................................................................ 46
Hình 3.7: Sơ đồ thiết kế lúc thi cơng Motor Trợ động trộn khí trên mơ hình ................. 47
Hình 3.8: Chân giắc của hộp điều khiển. ........................................................................ 48
Hình 3.9: Sơ đồ mạch điện hệ thống điều hịa Toyota Camry 2005. ............................... 52
Hình 4. 1: Mơ phỏng kết nối máy nén, đồng hồ đo vào mơ hình. ...................................53

Hình 4. 2: Mơ hình thực tế. ............................................................................................ 54
Hình 4. 3: Mơ phỏng q trình hút chân khơng. ............................................................. 54
Hình 4. 4: Giá trị đồng hồ đo sau khi hút chân khơng. ................................................... 54
Hình 4. 5: Vặn đai ốc để xả khơng khí trong ống ra ngồi.............................................. 55
Hình 4. 6: Mơ phỏng q trình nạp gas từ phía cao áp. .................................................. 55
Hình 4. 7: Giá trị đồng hồ đo sau khi nạp gas đường áp cao. .......................................... 56
Hình 4. 8: Mơ phỏng trạng thái nạp gas từ phía thấp áp. ................................................ 56
Hình 4. 9: Bật điều hịa MAX COOL, cơng tác gió HI. .................................................. 57
Hình 4. 10: Giá trị đồng hồ sau khi nạp gas ở đường áp thấp. ........................................ 57
Hình 4. 11: Áp suất ga bình thường. .............................................................................. 58
Hình 4. 12: Áp suất khi hệ thống bị lọt khí. ...................................................................59
Hình 4. 13: Áp suất khi thiếu ga. ................................................................................... 59
Hình 4. 14: Áp suất khi giải nhiệt kém. .......................................................................... 60
Hình 4. 15: Áp suất khi hỏng máy nén hay tắt bầu ngưng. ............................................. 61
Hình 4. 16: Áp suất khi bị tắt van tiết lưu. .....................................................................62
Hình 4.17: Kết quả sau khi hồn tất nối dây...................................................................65
Hình 4. 18: Quy trình chẩn đốn lỗi của hệ thống. ......................................................... 66
Hình 5.1: Ứng dụng matlab trong mơ phỏng. .................................................................67
Hình 5.2: Các thành phần cấu tạo nên hệ thống. ............................................................ 68
Hình 5.3: Các thơng số đầu vào và đầu ra của model. .................................................... 69
Hình 5.4: Các thành phần của hệ thống và các yếu tố ảnh hưởng. ..................................69
Hình 5.5: Sơ đồ tổng quát hệ thống................................................................................ 75
Hình 5.6. Tính tốn nhiệt độ trong cabin. ....................................................................... 75
Hình 5.7: Tính tốc độ dịng chảy Mref từ máy nén. ........................................................ 76
ix


Hình 5.8: Các khối dùng để tính Tm. ............................................................................. 76
Hình 5.9: Các khối dung để tính Td. .............................................................................. 77
Hình 5.10: Các khối dung để tính Tw. ........................................................................... 77

Hình 5.11: Các khối dung để tính Ts.............................................................................. 78
Hình 5.12: Tính tốc độ dịng chảy Mref từ máy nén. ...................................................... 78
Hình 5.13: Các khối dung để tính Tm. ........................................................................... 79
Hình 5.14: Các khối dung để tính Td. ............................................................................ 79
Hình 5.15: Các khối dung để tính Tw. ........................................................................... 80
Hình 5.16: Các khối dung để tính Ts.............................................................................. 80
Hình 5.17: Phương trình cân bằng năng lượng ở Van tiết lưu. ....................................... 81
Hình 5.18: Phường trình cân bằng năng lượng trong máy nén........................................ 82
Hình 5.19: Đồ thị nhiệt độ trong cabin xe. .....................................................................83
Hình 5.20: Đồ thị nhiệt độ của mơi chất lạnh trong dàn lạnh. ......................................... 84
Hình 5.21: Đồ thị của nhiệt độ môi chất trong máy nén. ............................................... 85
Hình 5.22: Đồ thị nhiệt độ của mơi chất trong dàn nóng. .............................................. 86
Hình 5.23: Đồ thị nhiệt độ của mơi chất lạnh trong van giãn nở. ...................................87
Hình 5.24: Đồ thị thể hiện sự ảnh hưởng của không gian đến nhiệt độ trong cabin. ...... 88
Hình 5.25: Đồ thị so sánh nhiệt độ của môi chất lạnh trong máy nén với cơng suất khác
nhau. ............................................................................................................................. 89
Hình 5.26: Đồ thị so sánh nhiệt độ môi chất lạnh trong dàn nóng với cơng suất khác nhau.
...................................................................................................................................... 90
Hình 5.27: Đồ thị so sánh nhiệt độ của môi chất lạnh trong van giãn nở với cơng suất khác
nhau. ............................................................................................................................. 91
Hình 5.28: Đồ thị so sánh nhiệt độ của môi chất lạnh trong dàn lạnh với công suất khác
nhau. ............................................................................................................................. 92

x


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3. 1: Ý nghĩa chân giắc A40(B) ............................................................................ 48
Bảng 3. 2: Ý nghĩa chân giắc A39(A). ........................................................................... 49
Bảng 4. 1: Giá trị điện áp các chân của Air inlet control servo motor. ............................ 63

Bảng 4. 2: Giá trị điện áp các chân của Air mix control servo motor.............................. 64
Bảng 4. 3: Giá trị điện áp các chân của Air vent control servo motor. ............................ 65
Bảng 5.1: Ý nghĩa của các thông số ............................................................................... 72

xi


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
A/C: Air Conditioner.
ECU: Electronic Control Unit.
EATC: Electronic Automatic Temperature Control.
HI: High
MH: Max Hot.
MC: Max Cool.
MCU: Micro Controller Unit.
NTC: Negative temperature coefficient.

xii


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Lí do chọn đề tài.
Ngày nay nhu cầu sống của con người ngày một nâng cao, ô tô ngày càng được sử
dụng rộng rãi như một phương tiện giao thông thông dụng. Ô tô hiện đại được thiết kế
nhằm cung cấp tối đa về các tiện nghi cũng như tính năng an toàn cho người sử dụng.
Các tiện nghi được sử dụng trên ô tô hiện đại ngày càng phát triển, giữ vai trò quan
trọng đối với việc đảm bảo nhu cầu của khách hàng như xem phim, nghe nhạc, một số
hệ thống thông minh trên xe để phục vụ cho các tài xế( nhớ vị trí ghế, sưởi ghế, guơng
chiếu hậu thơng minh, khóa thơng minh,…), và một trong những tiện nghi khơng thế
thiếu trên một chiếc ơtơ đó là hệ thống điều hòa nhiệt độ.

Để kịp thời nắm bắt được xu thế chung đó trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật đã
sớm đưa hệ thống điều hòa vào việc giảng dạy trên cơ sở lý thuyết chuyên sâu và đi
kèm với đó là mơ hình thực tế minh họa ngun lý hoạt động bên ngoài lẫn hệ thống
trên xe. Dựa trên nền tảng kiến thức được học nhóm chúng em quyết định chọn đề tài:
“Thiết kế, lắp đặt mơ hình điều hịa khơng khí và ứng dụng phần mềm Matlab
vào mơ phỏng” với mục đích chính là nghiên cứu sâu hơn về hệ thống điều hòa cũng
như tạo nên một hệ thống hoàn chỉnh.
Chúng em rất mong rằng khi đề tài của chúng em được hồn thành sẽ đóng góp phần
nhỏ trong công tác giảng dạy của nhà trường.
Do kiến thức và kinh nghiệm cịn hạn chế nên khơng thể tránh những thiếu sót trong
q trình thực hiện đề tài, chúng em rất mong được sự giúp đỡ và góp ý từ các thầy cô
để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn.
1.2. 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 các mơ hình mơ tả hoạt động của hệ thống điều hịa có tại xưởng đa số đều khá cũ
và hoạt động khơng ổn định cũng như hư hỏng khá nhiều. Vì vậy dựa trên những kiến
thức được học kèm với quá trình nghiên cứu nhóm chúng em áp dụng thể thực hiện các
vấn đề sau:
- Vệ sinh và tu sửa mô hình cũ sau đó nâng cấp thêm.
- Biên soạn tập thuyết minh một cách rõ ràng và chi tiết về cơ sở lí thuyết, nguyên lí
hoạt động của hệ thống điều hịa cũng như chi tiết về mơ hình.
1


- Nghiên cứu lý thuyết và áp dụng các kiến thức đã học để lập trình và mơ phỏng hệ
thống bằng matlab.
- Sử dụng các kiến thức về phần điện đã học để xây dựng phần thực hành nối dây trên
mơ hình.
Phạm vi nghiên cứu: Vì đây là mơ hình cũ nên trong q trình thi cơng mơ hình một
số vật tư trong mơ hình đã mất vì vậy nhóm em đã tìm mọi cách để thay thế và sữa

chữa và cũng vì thế mà một số thơng số trên mơ hinh có thể sai lệch đơi chút so với
trên xe thực tế.
1.3. Phương pháp nghiên cứu.
- Ôn tập các kiến thức cịn thiếu sót và phát sinh trong q 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 mơ hình kết hợp mơ phỏng bằng máy tính nhằm cho ra
kết quả chính xác nhất.
1.4. Phạm vi ứng dụng.
Mơ hình thực tế có thể đưa vào chương trình giảng dạy và học tập. Các bạn sinh
viên có thể thực hành trực tiếp trên mơ hình dưới sự hướng dẫn của giảng viên nhằm
hiểu sâu hơn về nguyên lí hoạt động của hệ thống điều hịa.
Tài liệu đi kèm mơ tả chi tiết về hoạt động của hệ thống giúp các bạn sinh viên có
cái nhìn tổng quan hơn về hệ thống đang học.

2


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Giới thiệu chung về điều hịa khơng khí.
Điều hịa khơng khí là thiết bị kiểm sốt nhiệt độ và độ ẩm trong khơng gian kín.
Ngồi ra điều hịa khơng khí cịn kiểm sốt áp lực đồng thời xử lý mức nhiệt độ và độ
ẩm của khơng khí . Điều hịa khơng khí cịn có nghĩa là điều tiết khơng khí xung quanh
vị trí thiết bị được lắp đặt. Điều tiết khơng khí cịn là một ngành khoa học nghiên cứu
tạo ra phương pháp bằng cách sử dụng công nghệ, thiết bị nhằm tạo ra và duy trì mơi
trường khơng khí phù hợp với nhu cầu của con người.
Ngun nhân hình thành điều hịa khơng khí là do thời tiết và khí hậu ngày càng
khắc nghiệt, trái đất đang dần nóng lên, gây nên nhiều hệ lụy ảnh hưởng tới sức khỏe
cũng như công việc hàng ngày của con người. Việc chế tạo ra thiết bị điều hịa khơng
khí là chế biến nhiệt độ theo ý thích của người sử dụng. Điều hịa khơng khí ở đây bao

gồm những tính năng: điều hịa nhiệt độ, độ ẩm, lưu thơng tuần hồn khơng khí, lọc
bụi và thành phần gây hại đến sức khỏe con người.
2.1.1. Vùng nhiệt độ lý tưởng đối với cơ thể con người.
Nhiệt độ là yếu tố gây cảm giác nóng lạnh đối với con người. Cơ thể con người có
nhiệt độ là Tct = 37oC. Trong quá trình vận động cơ thể con người luôn luôn toả ra nhiệt
lượng Qtỏa. Lượng nhiệt do cơ thể toả ra phụ thuộc vào cường độ vận động. Để duy trì
thân nhiệt cơ thể thường xuyên trao đổi nhiệt với môi trường. Sự trao đổi nhiệt đó sẽ
biến đổi tương ứng với cường độ vận động.
Theo các nhà khoa học nghiên cứu chỉ ra rằng con người sinh trưởng và phát triển
tốt nhất trong khoảng nhiệt độ từ 22oC đến 27oC. Xét về độ ẩm, độ ẩm khơng khí tốt
cho sức khỏe con người là ở mức 55% - 65%. Con người có xu hướng vẫn cảm thấy
dễ chịu nếu độ ẩm cao trên 70% nhưng nhiệt độ thấp dưới 22 oC hoặc nhiệt độ cao
khoảng 28oC đến 32oC nhưng độ ẩm thấp chỉ khoảng 30%.
2.1.2. Nhiệt và sự truyền nhiệt.
Nói một cách ngắn gọn thì nhiệt là một dạng năng lượng dự trữ trong vật chất nhờ
vào chuyển động nhiệt hỗn loạn của các hạt cấu tạo nên vật chất. Trong vật chất, các
phân tử cấu tạo nên vật chuyển động hỗn loạn không ngừng, do đó chúng có động năng.
Động năng này có thể chia làm động năng chuyển động của khối tâm của phân tử, cộng
với động năng trong dao động của các nguyên tử cấu tạo nên phân tử quanh khối tâm
3


chung, và động năng quay của phân tử quanh khối tâm. Tổng các động năng này của
các phân tử chính là nhiệt năng của vật.
Nhiệt có xu hướng truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp, ví dụ như
cơ thề chúng ta cảm thấy mát mẻ là do nhiệt từ cơ thể đã truyền ra mơi trường có nhiệt
độ thấp hơn làm giảm nhiệt độ tại 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 sự truyền động năng giữa các nguyên tử hay phân tử
lân cận mà không kèm theo sự trao đổi phần tử vật chất. Hình thức trao đổi nhiệt ln

diễn ra từ vùng có mức năng lượng cao hơn (với nhiệt độ cao hơn) đến vùng có mức
năng lượng 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 được thực hiện nhờ sự chuyển động của chất
lỏng hay chất khí giữa các vùng có nhiệt độ khác nhau hoặc sự truyền nhiệt từ một hệ
rắn sang một hệ lỏng (hoặc khí) và ngược lại. Người ta phân biệt giữa đối lưu tự nhiên
(dòng vật chất chuyển động nhờ nội năng trong chất lỏng, khí) và đối lưu cưỡng bức
(dịng chuyển động do ngoại lực tác dụng, ví dụ như quạt, bơm v.v...).
- Bức xạ nhiệt là sự trao đổi nhiệt thông qua sóng điện từ. Bức xạ nhiệt có thể truyền
qua mọi loại vật chất cũng như qua chân không. Tất cả các vật thể có nhiệt độ lớn hơn
độ khơng tuyệt đối (0 Kelvin) đều bức xạ nhiệt. Trong bức xạ nhiệt, dịng nhiệt khơng
chỉ truyền từ nơi nóng sang nơi lạnh mà còn theo chiều ngược lại. Tuy nhiên, vì dịng
nhiệt từ nóng sang lạnh ln ln lớn hơn dịng từ lạnh sang nóng nên dịng nhiệt tổng
hợp ln theo chiều từ nóng sang lạnh. Hiểu theo một cách khác, sự chênh lệch nhiệt
độ luôn nhỏ đi. Trong bức xạ nhiệt, dịng nhiệt được tính thơng qua định luật StefanBoltzmann.

4


Hình 2. 1: Sự trao đổi nhiệt
2.2. Tổng quan về hệ thống điều hịa khơng khí.
Điều hịa khơng khí cịn gọi là điều tiết khơng khí là q trình tạo ra và giữ ổn định
các thông số trạng thái của khơng khí theo một chương trình định sẵn khơng phụ thuộc
vào điều kiện bên ngồi. Khác với thơng gió, trong hệ thống điều hịa, khơng khí trước
khi thổi vào phịng đã được xử lý về mặt nhiệt ẩm. Vì thế điều tiết khơng khí đạt đạt
hiệu quả cao hơn thơng gió.
Hệ thống điều hịa khơng khí trên ơ tơ là một hệ thống quan trọng bởi nó khơng chỉ
điều khiển nhiệt độ và tuần hồn khơng khí trong xe mà nó cịn hoạt động như một máy
hút ẩm có chức năng điều khiển nhiệt độ lên xuống. Điều hịa khơng khí cũng giúp loại
bỏ các tác nhân gây cản trở tầm nhìn như sương mù, băng đọng trên mặt trong của kính

xe.
Các chức năng của điều hịa khơng khí trên ô tô:
- Điều khiển nhiệt độ và thay đổi độ ẩm trong xe.
- Điều khiển dịng khơng khí trong xe.
- Lọc và làm sạch khơng khí.
2.2.1. Điều khiển nhiệt độ.
2.2.1.1. Hệ thống sưởi khơng khí.
Người ta dùng một két sưởi ấm như một bộ trao đổi nhiệt để làm nóng khơng khí.
Két sưởi lấy nước làm mát của động cơ đã được hâm nóng bởi động cơ và dùng nhiệt
độ này để làm nóng khơng khí nhờ một quạt thổi vào xe, vì vậy nhiệt độ của két sưởi

5


là thấp cho đến khi nước làm mát nóng lên. Do đó ngay sau khi động cơ khởi động két
sưởi khơng làm việc như là một bộ sưởi ấm.

Hình 2. 2: Nguyên lý hoạt động của bộ sưởi ấm.
2.2.1.2. Hệ thống làm mát khơng khí.
Giàn lạnh trong hệ thống điều hòa làm việc như là một bộ trao đổi nhiệt để làm mát
khơng khí trước khi đưa vào trong xe. Khi bật cơng tắc điều hịa khơng khí, máy nén
bắt đầu làm việc đẩy môi chất lạnh (ga) tới giàn lạnh. Giàn lạnh được làm mát nhờ môi
chất làm lạnh và sau đó nó làm mát khơng khí được thổi vào trong xe từ quạt gió. Việc
làm nóng khơng khí phụ thuộc vào nhiệt độ của nước làm mát động cơ nhưng việc làm
mát khơng khí hồn tồn độc lập với nhiệt độ nước làm mát động cơ.

Hình 2. 3: Nguyên lý hoạt động của hệ thống làm mát không khí.
2.2.1.3. Hệ thống hút ẩm khơng khí.
Lượng hơi nước trong khơng khí tăng lên khi nhiệt độ khơng khí cao và giảm xuống
khi nhiệt độ khơng khí giảm. Khi đi qua giàn lạnh, khơng khí được làm mát. Hơi nước

trong khơng khí ngưng tụ lại và bám vào các cánh tản nhiệt của giàn lạnh. Kết quả là
độ ẩm trong xe bị giảm xuống. Nước dính vào các cánh tản nhiệt đọng lại thành sương
6


và được chứa trong khay xả nước. Cuối cùng, nước này được tháo ra khỏi khay của xe
bằng một vòi nhỏ.

Hình 2. 4: Nguyên lý hút ẩm.
2.2.1.4. Điều khiển nhiệt độ khơng khí.
Điều hịa khơng khí trong ơ tơ điều khiển nhiệt độ bằng cách sử dụng cả két sưởi và
giàn lạnh, và bằng cách điều chỉnh vị trí cánh hịa trộn khơng khí cũng như van nước.
Cánh hịa trộn khơng 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.

7


Hình 2.6: Điều khiển nhiệt độ bình thường.

Hình 2.7: Điều khiển chế độ nóng.
2.2.2. Điều khiển dịng khơng khí trong xe.
2.2.2.1. Thơng gió tự nhiên.
Việc lấy khơng khí bên ngồi đưa vào trong xe nhờ sự chênh áp được tạo ra do sự
chuyển động của xe được gọi là sự thơng gió tự nhiên. Sự phân bổ áp suất khơng khí
trên bề mặt của xe khi nó chuyển động được chỉ ra trên hình vẽ, một số nơi có áp suất
dương, cịn có một số nơi có áp suất âm. Như vậy cửa hút được bố trí ở những nơi có
áp suất dương (+) và cửa xả được bố trí ở những nơi có áp suất (-).

8


Hình 2. 8: Thơng gió tự nhiên.
2.2.2.2. Thơng gió cưỡng bức.
Trong các hệ thống thơng gió cưỡng bức, người ta sử dụng quạt điện hút khơng khí
đưa vào trong xe. Các cửa hút và cửa xả khơng khí được đặt ở cùng vị trí như hệ thống
thơng gió tự nhiên. Thơng thường hệ thống thơng gió này được dùng chung với hệ
thống thơng khí khác (hệ thống điều hịa khơng khí và bộ sưởi ấm).

Hình 2. 9: Thơng gió cưỡng bức.
2.2.3. Bộ lọc khơng khí.
Chức năng bộ lọc khơng khí.
Bộ lọc khơng khí là một thiết bị dùng để loại bỏ khói thuốc lá, bụi bẩn, tạp chất,...
được đặt ở cửa hút điều hịa khơng khí để làm sạch khơng khí đưa vào trong xe.
Cấu tạo bộ lọc khơng khí.
Bộ làm sạch khơng khí gồm có một quạt gió, mơ tơ quạt gió, cảm biến khói, bộ
khuếch đại, điện trở và bầu lọc có cacbon hoạt tính.

9


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 khơng khí.
Bộ lọc khơng khí dùng một mơ tơ quạt để lấy khơng khí ở trong xe và làm sạch
khơng khí đồng thời khử mùi nhờ than hoạt tính trong bộ lọc.
Ngồi ra một số xe có trang bị cảm biến khói để xác định khói thuốc và tự động khởi

động mơ tơ quạt gió ở vị trí “HI”.
2.3. Khái qt hệ thống điều hịa khơng khí trên ơ tơ.
2.3.1. Cơng dụng.
- Lọc sạch khơng khí trước khi đưa vào cabin ơtơ. - Hút ẩm trong khơng khí này.
- Làm mát lạnh khơng 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.
2.3.2. u cầu.
- Khơng khí phải sạch.
- Khơng khí trong cabin phải lạnh.
- Khơng khí lạnh phải được lan truyền đều khắp cabin.
10


- Khơng khí lạnh khơ (có độ ẩm thấp).
2.3.3 Phân loại điều hịa theo vị trí lắp đặt.
Điều hịa kiểu phía trước.
Giàn lạnh của điều hịa kiểu phía trước được gắn sau bảng đồng hồ và được nối với
giàn sưởi. Quạt giàn lạnh được dẫn động bằng mô tơ quạt. Gió từ bên ngồi hoặc khơng
khí tuần hồn bên trong được cuốn vào. Khơng khí đã làm lạnh (hoặc sấy) được đưa
vào bên trong.

Hình 2.12: Kiểu điều hịa phía trước.
Điều hịa kiểu phía sau.
Ở kiểu này cụm điều hịa khơng khí đặt ở cốp sau xe. Cửa ra và cửa vào của khí lạnh
được đặt ở lưng ghế sau.
Do cụm điều hịa gắn ở cốp sau nơi có khoảng trống lớn nên điều hịa kiểu này có
ưu điểm của một bộ điều hịa với cơng suất giàn lạnh lớn và có cơng suất làm lạnh dự
trữ.

Hình 2.13: Kiểu điều hịa phía sau.

Điều hịa kiểu kép:
Kiểu kép là kiểu kết hợp giữa kiểu phía trước với giàn lạnh phía sau được đặt trong
khoang hành lý. Cấu trúc này không cho không khí thổi ra từ phía trước hoặc từ phía
sau.
11


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:
Kiểu này được sử dụng trong xe khách. Phía trước bên trong xe được bố trí hệ thống
điều hịa kiểu phía trước kết hợp với giàn lạnh treo trần phía sau. Kiểu kép treo trần
cho năng suất lạnh cao và nhiệt độ phân bố đều.

Hình 2. 15: Kiểu điều hịa kép treo trần.
2.3.4. Phân loại điều hòa theo phương pháp điều khiển.
Kiểu bằng tay:
Kiểu này cho phép điều khiển nhiệt độ bằng tay các công tắc và nhiệt độ đầu ra bằng
cần gạt. Ngồi ra cịn có cần gạt hoặc cơng tắc điều khiển tốc độ quạt, điều khiển lượng
gió, hướng gió.

Hình 2. 16: Điều khiển bằng tay (Khi trời nóng).
12


Hình 2. 17: Điều khiển bằng tay (Khi trời lạnh).
Kiểu tự động:
Điều hòa tự động điều khiển nhiệt độ mong muốn, bằng cách trang bị bộ điều khiển
điều hòa và ECU động cơ. Điều hòa tự động điều khiển nhiệt độ khơng khí ra và tốc

độ động cơ quạt một cách tự động dựa trên nhiệt độ bên trong xe, bên ngoài xe, và bức
xạ mặt trời báo về hộp điều khiển thông qua các cảm biến tương ứng, nhằm điều khiển
nhiệt độ bên trong xe theo nhiệt độ mong muốn.

Hình 2. 18: Điều khiển tự động.
2.4. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hịa ơ tơ.
2.4.1. Cấu tạo chung của hệ thống.
Hệ thống điều hịa nói chung và hệ thống điều hịa ơ tơ nói riêng bao gồm các bộ
phận và thiết bị nhằm thực hiện một chu trình khép kín lấy nhiệt từ mơi trường cần làm
lạnh và thải nhiệt ra mơi trường bên ngồi. Hệ thống điều hịa ơ tơ bao gồm các bộ
phận: Máy nén, thiết bị ngưng tụ (giàn nóng), bình lọc và tách ẩm, thiết bị giãn nở (van
tiết lưu), thiết bị bay hơi (giàn lạnh), và một số thiết bị khác nhằm đảm bảo cho hệ
thống hoạt động có hiệu quả nhất. Hình vẽ dưới đây giới thiệu các bộ phận trong hệ
thống điều hịa khơng khí ơ tơ.

13


Hình 2.19: Sơ đồ cấu tạo chung hệ thống điều hịa trên ơ tơ.
2.4.2. Ngun lý hoạt động chung của hệ thống điều hịa ơ tơ.
Hệ thống điều hịa ơ 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 thì mơi chất được quạt gió thổi mát, môi chất ở thể hơi được giải
nhiệt ngưng tụ thành thể lỏng dưới áp suất cao nhiệt độ cao.
- Mơi chất tiếp tục lưu thơng đến bình lọc hay bộ hút ẩm, tại đây môi chất lạnh được
làm tinh khiết hơn nhờ được hút hết hơi ẩm và tạp chất.
- Van giãn nở hay van tiết lưu điều tiết lưu lượng của môi chất lỏng chảy vào bộ bốc
hơi (giàn lạnh), làm hạ thấp áp suất của môi chất. Do giảm áp nên môi chất từ thể
lỏng biến thành thể hơi, nhiệt độ thấp trong bộ bốc hơi.

- Trong q trình bốc hơi, mơi chất lạnh hấp thụ nhiệt trong khoang ơ tơ, có nghĩa là
làm mát khối khơng khí trong khoang.
- Khơng khí lấy từ bên ngồi vào đi qua giàn lạnh (bộ bốc hơi). Tại đây không khí
bị dàn lạnh lấy đi nhiều năng lượng thơng qua các lá tản nhiệt, do đó nhiệt độ của
khơng khí sẽ bị giảm xuống rất nhanh đồng thời hơi ẩm trong khơng khí cũng bị
ngưng tụ lại và đưa ra ngồi. Tại giàn lạnh khi mơi chất ở thể lỏng có nhiệt độ, áp
suất cao sẽ trở thành mơi chất ở thể hơi có nhiệt độ, áp suất thấp. Khi q trình này
xảy ra mơi chất cần một năng lượng rất nhiều, do vậy nó sẽ lấy năng lượng từ không
14


khí xung quanh giàn lạnh. Khơng khí mất năng lượng nên nhiệt độ bị giảm xuống,
tạo nên khơng khí lạnh. Môi chất lạnh ở thể hơi, dưới nhiệt độ cao và áp suất thấp
được hồi về máy nén.
2.5. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một số bộ phận chính trong hệ thống điều
hịa khơng khí trên ơ tơ.
2.5.1. Máy nén.
2.5.1.1. Chức năng.
Máy nén trong hệ thống điều hòa khơng khí là loại máy nén đặc biệt 15auk trong kỹ
thuật lạnh, hoạt động như một cái bơm để hút môi chất ở áp suất thấp nhiệt độ thấp
sinh ra ở giàn bay hơi rồi nén lên áp suất cao (100 psi; 7÷17.5 kg/cm2) và nhiệt độ cao
để đẩy vào giàn ngưng tụ, đảm bảo sự tuần hồn của mơi chất lạnh một cách hợp lý và
mức độ trao đổi nhiệt của môi chất lạnh trong hệ thống.
Máy nén là bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống lạnh, công suất, chất lượng, tuổi
thọ và độ tin cậy của hệ thống lạnh chủ yếu đều do máy nén quyết định. Trong q
trình làm việc tỉ số nén vào khoảng 5÷8,1. Tỉ số này phụ thuộc vào nhiệt độ khơng khí
mơi trường xung quanh và loại mơi chất lạnh. Có thể so sánh máy nén lạnh có tầm quan
trọng giống như trái tim của cơ thể sống. Khi được chuyển về trạng thái khí có nhiệt
độ và áp suất thấp mơi chất được nén và chuyển thành trạng thái khí ở nhiệt độ cao và
áp suất cao. Sau đó nó được chuyển tới giàn nóng.

2.5.1.2. Phân loại.
Nhiều loại máy nén được sử dụng trong hệ thống điện lạnh ô tô, mỗi loại máy nén
đều có đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc khác nhau. Nhưng tất cả các loại máy
nén đều thực hiện một chức năng như nhau: Nhận hơi có áp suất thấp từ bộ bốc hơi và
chuyển thành hơi có áp suất cao bơm vào bộ ngưng tụ.
Thời gian trước đây, hầu hết các máy nén sử dụng loại hai piston và một trục khuỷu,
piston chuyển động tịnh tiến trong xy lanh, loại này hiện nay không còn sử dụng nữa.
Hiện nay loại đang sử dụng rộng rãi nhất là loại máy nén piston dọc trục và máy nén
quay dùng cánh trượt.
Máy nén kiểu cánh gạt.
• Cấu tạo.

15