Nghiên Cứu Hệ Thống Điều Hòa Không Khí và Mô Hình Giảng Dạy Kỹ Sư Ô Tô

Hệ thống điều hòa không khí (HVAC) đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao sự… 131 trang · Ho Chi Minh City University of Technology and Education · 2024.

• Tác giả: Nguyen Cong Khanh
• Người hướng dẫn: Ms. Vu Dinh Huan
• Trường học: Ho Chi Minh City University of Technology and Education
• Chuyên ngành: Automotive Engineering Technology
• Đề tài: Research Air Conditioning System And Design Teaching Model
• Loại tài liệu: graduation project
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Mục lục chi tiết

• ACKNOWLEDGEMENTS
• LIST OF FIGURES
• LIST OF TABLES
• LIST OF ABBREVIATIONS
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: INTRODUCTION
• 1.1. Reason For Choose Topic
• 1.2. Purpose, scope of research
• 1.2.1. Research purpose
• 1.2.2. Research scope
• 1.2.3. Research method
• 1.3. The scope of application
• 2. CHƯƠNG 2: THE AUTOMATIC AIR CONDITIONING CONTROL SYSTEM
• 2.1. Introduction about Air Conditioning
• 2.1.1. The Ideal Temperature Range for the Human Body
• 2.1.2. Heat and Heat Transfer
• 2.2. Overview of the air conditioning system
• 2.3. Overview of the automotive air conditioning system
• 2.4. Classification of air conditioning systems by zone
• 2.4.1. Dashboard installed HVAC system
• 2.4.2. Boot installed single zone HVAC system
• 3. CHƯƠNG 3: DESIGN AND BUILD THE AIR CONDITIONING SYSTEM MODEL
• 3.1. Autodesk Inventor Professional overview
• 3.2. Frame Design on Inventor Professional
• 3.3. Frame Construction and Part Search
• 3.4. Searching for Replacement Parts in the Car Air Conditioning System
• 3.5. Cutting the gas pipe and Mounting the Model Parts on the Frame
• 3.6. Restoring the Electrical Circuit of the Model, Designing Electrical Panel with AutoCAD
• 3.7. Completing the Electrical Construction of the Model
• 3.8. Electrical circuit diagram of air conditioning system
• 3.9. Completing the automatic air conditioning system model
• 3.10. Instructions for using the model, operating the model, safety precautions during operation
• 4. CHƯƠNG 4: PRACTICAL EXERCISES APPLYING THE MODEL
• 4.1. Practical exercise on gas charging for the air conditioning system using R314a refrigerant
• 4.2. Exercise to detect faults in air conditioning system using gas pressure gauge
• 4.3. Exercise of measuring the voltage of the air conditioning system
• 4.4. Exercise of testing the operation of the motors on the model
• 4.5. Exercise of measuring the sensors
• 4.6. Exercise of checking the outside of the air conditioning system model
• 4.7. Perform a outside inspection and diagnosis
• 4.8. The process of diagnosing system errors of the model
• 5. CHƯƠNG 5: CONCLUSION

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nghiên Cứu Hệ Thống Điều Hòa Không Khí

Hệ thống điều hòa không khí (HVAC) đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao sự thoải mái và an toàn cho người sử dụng ô tô. Nghiên cứu này nhằm mục đích tìm hiểu sâu về các nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hòa không khí trong ô tô, từ đó phát triển mô hình giảng dạy cho sinh viên ngành kỹ sư ô tô. Việc tích hợp lý thuyết và thực hành sẽ giúp sinh viên nắm vững kiến thức và kỹ năng cần thiết.

1.1. Khái niệm về Hệ Thống Điều Hòa Không Khí

Hệ thống điều hòa không khí là thiết bị điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm trong không gian kín. Nó không chỉ giúp làm mát mà còn lọc và làm sạch không khí, đảm bảo môi trường trong xe luôn thoải mái.

1.2. Tầm quan trọng của Nghiên Cứu Hệ Thống HVAC

Nghiên cứu hệ thống HVAC không chỉ giúp cải thiện chất lượng không khí mà còn nâng cao hiệu suất làm việc của các thiết bị trong xe. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh nhu cầu sử dụng ô tô ngày càng tăng.

II. Thách Thức trong Nghiên Cứu Hệ Thống Điều Hòa Không Khí

Mặc dù hệ thống điều hòa không khí đã được phát triển mạnh mẽ, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc nghiên cứu và ứng dụng. Các vấn đề như hiệu suất năng lượng, độ bền của thiết bị và khả năng bảo trì là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Vấn đề về Hiệu Suất Năng Lượng

Hiệu suất năng lượng của hệ thống điều hòa không khí là một trong những yếu tố quan trọng nhất. Việc tối ưu hóa hiệu suất không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường.

2.2. Độ Bền và Khả Năng Bảo Trì

Độ bền của các linh kiện trong hệ thống điều hòa không khí ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và tuổi thọ của thiết bị. Việc bảo trì định kỳ là cần thiết để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Hệ Thống Điều Hòa Không Khí

Để nghiên cứu hệ thống điều hòa không khí, nhóm nghiên cứu đã áp dụng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm phân tích lý thuyết, thực nghiệm và mô phỏng. Những phương pháp này giúp thu thập dữ liệu chính xác và đáng tin cậy.

3.1. Phân Tích Lý Thuyết về Hệ Thống HVAC

Phân tích lý thuyết giúp hiểu rõ các nguyên lý hoạt động của hệ thống HVAC, từ đó đưa ra các giải pháp cải tiến hiệu suất và độ bền của thiết bị.

3.2. Thực Nghiệm và Mô Phỏng

Thực nghiệm và mô phỏng là những công cụ quan trọng trong nghiên cứu. Chúng cho phép kiểm tra các giả thuyết và đánh giá hiệu suất của hệ thống trong điều kiện thực tế.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn của Nghiên Cứu Hệ Thống Điều Hòa Không Khí

Nghiên cứu về hệ thống điều hòa không khí không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn. Các mô hình được phát triển có thể được sử dụng trong giảng dạy và đào tạo sinh viên ngành kỹ sư ô tô.

4.1. Mô Hình Giảng Dạy Kỹ Sư Ô Tô

Mô hình giảng dạy giúp sinh viên thực hành và áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực tế. Điều này không chỉ nâng cao kỹ năng mà còn tạo ra sự tự tin cho sinh viên khi ra trường.

4.2. Kết Quả Nghiên Cứu và Ứng Dụng

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng các công nghệ mới vào hệ thống điều hòa không khí có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và độ bền của thiết bị.

V. Kết Luận và Tương Lai của Nghiên Cứu Hệ Thống Điều Hòa Không Khí

Nghiên cứu hệ thống điều hòa không khí là một lĩnh vực quan trọng và cần thiết trong ngành công nghiệp ô tô. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến và đổi mới trong công nghệ điều hòa không khí.

5.1. Xu Hướng Phát Triển Công Nghệ HVAC

Xu hướng phát triển công nghệ HVAC đang hướng tới việc tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu tác động đến môi trường. Các công nghệ mới như cảm biến thông minh và tự động hóa sẽ được áp dụng rộng rãi.

5.2. Tầm Quan Trọng của Nghiên Cứu Liên Tục

Nghiên cứu liên tục là cần thiết để cải thiện và phát triển các giải pháp mới cho hệ thống điều hòa không khí. Điều này sẽ giúp đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong kỹ thuật ô tô hiện đại, hệ thống điều hòa không khí (HVAC) đóng vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo sự tiện nghi, cải thiện chất lượng không khí và nâng cao tính an toàn khi lái xe thông qua khả năng khử ẩm và chống mờ kính. Nhằm đáp ứng nhu cầu đào tạo thực hành chuyên sâu cho sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã đưa học phần hệ thống điều hòa không khí tự động vào chương trình giảng dạy chính khóa.

Tuy nhiên, thiết bị thực hành tại xưởng điện thuộc tòa nhà F1 của trường trước đó là một mô hình đã cũ, ở trạng thái không hoạt động, bị hư hại và thiếu hụt nhiều chi tiết cơ khí cũng như linh kiện điện tử. Xuất phát từ thực trạng đó, đề tài tốt nghiệp "Nghiên Cứu Hệ Thống Điều Hòa Không Khí và Mô Hình Giảng Dạy" (Research Air Conditioning System And Design Teaching Model) được thực hiện trên cơ sở hệ thống điều hòa của dòng xe Lexus ES300 đời 1996.

Nhiệm vụ nghiên cứu trọng tâm của đề tài bao gồm:

1. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và nguyên lý vận hành của hệ thống điều hòa không khí tự động trên ô tô.
2. Thiết kế khung giá đỡ không gian ba chiều (3D) cho mô hình bằng phần mềm Autodesk Inventor Professional.
3. Tìm kiếm linh kiện thay thế, xử lý đường ống ga, phục hồi mạch điện và lắp ráp hoàn thiện mô hình thực hành với đầy đủ các cảm biến.
4. Tích hợp vi điều khiển Arduino Uno R3 cùng màn hình LCD $20\times 4$ qua giao tiếp I2C để thu thập tín hiệu cảm biến, hiển thị trực quan các thông số áp suất và nhiệt độ tại dàn nóng và dàn lạnh.
5. Xây dựng tài liệu kỹ thuật chi tiết và hệ thống bài tập thực hành chẩn đoán lỗi, đo kiểm điện áp, nạp môi chất lạnh phục vụ trực tiếp công tác giảng dạy.

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống điều hòa không khí tự động (Electronic Automatic Temperature Control - EATC) trên ô tô du lịch. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống nguyên bản của dòng xe Lexus ES300 1996, kết hợp gia công cơ khí, phục hồi hệ thống dây điện và tích hợp mô-đun đo lường điện tử tại xưởng thực hành ô tô Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và nguyên lý nhiệt động học

Đề tài xây dựng trên nền tảng nhiệt động học và tiện nghi nhiệt của con người:

• Vùng tiện nghi nhiệt: Cơ thể người duy trì thân nhiệt ổn định ở mức $37^\circ\text{C}$. Theo các nghiên cứu thực nghiệm được trích dẫn, khoảng nhiệt độ tối ưu cho sự sinh trưởng và cảm giác thoải mái của con người dao động từ $22^\circ\text{C}$ đến $27^\circ\text{C}$, độ ẩm tương đối thích hợp từ $55%$ đến $65%$.
• Cơ chế truyền nhiệt: Ba phương thức truyền nhiệt cơ bản được phân tích gồm dẫn nhiệt (conduction), đối lưu tự nhiên/cưỡng bức (convection) và bức xạ nhiệt (radiative heat transfer tuân theo định luật Stefan-Boltzmann).
• Chu trình làm lạnh nén hơi: Môi chất lạnh R134a luân chuyển qua 4 quá trình cơ bản: nén (máy nén), ngưng tụ (dàn nóng), tiết lưu (van giãn nở) và bay hơi (dàn lạnh).

Phương pháp tính toán cảm biến

Để chuyển đổi điện trở của cảm biến nhiệt độ nước/nhiệt điện trở (NTC Thermistor) sang giá trị nhiệt độ chính xác hiển thị lên màn hình, nhóm nghiên cứu áp dụng phương trình Steinhart-Hart:

$$\frac{1}{T} = A + B \ln(R) + C (\ln(R))^3$$

Trong đó:

• $T$ là nhiệt độ tuyệt đối (Kelvin).
• $R$ là giá trị điện trở đo được của cảm biến $(\Omega)$.
• $A, B, C$ là các hệ số thực nghiệm Steinhart-Hart được xác định thông qua giải hệ phương trình từ tập dữ liệu đo đạc thực tế của cảm biến.

Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp tổng hợp và phân tích lý thuyết: Nghiên cứu tài liệu kỹ thuật chuyên ngành ô tô, sơ đồ mạch điện nguyên bản xe Lexus ES300 1996 và sổ tay bảo dưỡng hệ thống HVAC.
• Phương pháp thiết kế mô hình hóa: Sử dụng phần mềm Autodesk Inventor Professional để mô hình hóa kết cấu khung cơ khí 3D và xuất bản vẽ 2D; sử dụng AutoCAD để bố trí bảng điện điều khiển và sơ đồ giắc cắm.
• Phương pháp thực nghiệm kỹ thuật: Thực hiện đo kiểm các đại lượng vật lý (điện áp, điện trở, áp suất cao áp/hạ áp, nhiệt độ gió ra) bằng thiết bị đo chuyên dụng (VOM, đồng hồ đo áp suất ga đa năng manifold gauge set), từ đó hiệu chỉnh thuật toán hiển thị trên Arduino.

---

Thiết kế và triển khai mô hình kỹ thuật

Thiết kế kết cấu cơ khí và khung giá đỡ

Mô hình được thiết kế trên Autodesk Inventor Professional nhằm đảm bảo tính thẩm mỹ, tính cơ động và độ bền cơ học khi vận hành máy nén:

• Khung gá: Gia công bằng phương pháp hàn kim loại trong môi trường khí bảo vệ (MIG), bố trí các bánh xe chịu tải có khóa hãm giúp thuận tiện di chuyển trong xưởng.
• Bố trí không gian thiết bị: Máy nén dẫn động bằng động cơ điện, dàn nóng (condenser) kèm quạt làm mát độc lập, phin sấy lọc ga (receiver-dryer), van tiết lưu khối (block-type TXV), cụm hộp quạt dàn lạnh (cooling unit/blower assembly) và bảng táp-lô điều khiển được bố trí trên cùng một mặt phẳng công tác mở để người học dễ dàng quan sát toàn bộ chu trình dòng môi chất.

Hệ thống điện và thu thập dữ liệu

Hệ thống điện của mô hình gồm hai phần: mạch điều khiển điều hòa nguyên bản và mạch giám sát hiển thị thông số điện tử.

Thành phần linh kiện	Thông số kỹ thuật / Mã hiệu	Chức năng trong mô hình
Vi điều khiển chính	Arduino Uno R3 (ATmega328P)	Đọc tín hiệu tương tự (ADC) từ cảm biến, xử lý phương trình toán học và truyền thông dữ liệu
Màn hình hiển thị	LCD 20x4 kèm mô-đun I2C Serial	Hiển thị đồng thời 4 dòng thông số: nhiệt độ và áp suất tại dàn nóng/dàn lạnh
Nguồn hạ áp DC-DC	Mạch giảm áp LM2596 (Dòng tải tối đa 3A)	Ổn định điện áp nguồn cấp 5V DC cho vi điều khiển và hệ thống cảm biến từ nguồn ắc-quy 12V
Cảm biến áp suất	Pressure Transducer Sensor chuẩn ren G1/4	Đo áp suất đường ống cao áp và hạ áp của môi chất R134a
Cảm biến nhiệt độ nước	Cảm biến NTC (Kia Sportage 95-97 K857418840)	Mô phỏng tín hiệu nhiệt độ nước làm mát động cơ gửi về hộp điều khiển
Bảng điều khiển	Cụm nút bấm EATC Lexus ES300 1996	Cho phép thao tác chuyển các chế độ gió (BI-LEVEL, FOOT/DEF, FRESH AIR, REC) và mức nhiệt độ

---

Nội dung chính theo từng chương

Chapter 1: Introduction

Trình bày lý do chọn đề tài, khảo sát hiện trạng mô hình hư hỏng tại xưởng thực hành F1, xác định mục tiêu và phạm vi nghiên cứu. Chương này nêu rõ các giới hạn vật tư thực tế do việc phục hồi từ thiết bị cũ, đề ra phương pháp tiếp cận và kế hoạch phân chia nội dung nghiên cứu làm 5 chương chính.

Chapter 2: The Automatic Air Conditioning Control System

Chương này trình bày toàn diện cơ sở lý thuyết về điều hòa không khí trên ô tô:

• Phân loại hệ thống HVAC: Phân loại theo vùng làm lạnh (Dashboard installed, Boot installed single zone, Dual zone dashboard installed trên MPV) và theo phương thức điều khiển (Manual và Automatic EATC).
• Khí động học và thông gió: Phân tích sự phân bố áp suất dương và áp suất âm trên bề mặt thân xe khi di chuyển để bố trí cửa nạp gió ngoài (Fresh air inlet) và cửa thoát gió tự nhiên/cưỡng bức.
• Cấu tạo và nguyên lý các kiểu máy nén:
  • Máy nén cánh gạt trượt (Through-Vane compressor).
  • Máy nén thể tích thay đổi (Variable Type Compressor) điều chỉnh góc nghiêng đĩa chéo qua van điều áp theo tải nhiệt.
  • Máy nén xoắn ốc (Scroll compressor).
  • Máy nén đĩa lắc cố định (Swash Plate Type Fixed Displacement) bố trí cặp piston đối đỉnh lệch góc $72^\circ$ (10 xi-lanh) hoặc $120^\circ$ (6 xi-lanh).
• Các cụm chi tiết trao đổi nhiệt và kiểm soát dòng: Ly hợp từ (Magnetic clutch) kèm van an toàn áp suất cao ($3,14\text{ MPa}$); dàn ngưng tụ đa dòng phụ (Multiflow subcool condenser); bình hút ẩm kèm mắt ga (Sight glass); van tiết lưu khối và van tiết lưu cân bằng nhiệt (TXV); dàn bay hơi dạng tấm lượn sóng gấp nếp (Drawn Cup / Serpentine type).
• Hệ thống điều khiển tự động: Phân tích thuật toán kiểm soát nhiệt độ khí cửa ra ($TAO$), hoạt động của mô-tơ trộn gió (Air mix servo motor), mô-tơ lấy gió (Air inlet servo motor), mô-tơ chia gió (Air vent mode servo motor), cảm biến bức xạ mặt trời (Solar sensor), cảm biến nhiệt độ dàn lạnh và cảm biến nhiệt độ trong xe (Room temperature sensor).

Chapter 3: Design And Build The Air Conditioning System Model

Mô tả chi tiết quá trình chế tạo mô hình thực tế:

• Thiết kế khung 3D trên Autodesk Inventor Professional và lập hồ sơ bản vẽ gia công 2D.
• Gia công cắt ống môi chất, loe ống, hàn khung sắt và gá đặt cố định các cụm chi tiết cơ khí lên khung máy.
• Thiết kế mặt bảng điện điều khiển bằng AutoCAD, khôi phục toàn bộ hệ thống dây dẫn điện và giắc nối của Lexus ES300 1996.
• Lập trình nhúng cho Arduino Uno R3, tích hợp mạch chuyển đổi I2C cho màn hình LCD $20\times 4$, đấu nối cảm biến áp suất chuẩn G1/4 và cảm biến nhiệt độ nước.
• Ban hành tài liệu quy trình vận hành an toàn và hướng dẫn bảo dưỡng mô hình.

Chapter 4: Practical Exercises Applying The Model

Xây dựng hệ thống bài tập thực hành ứng dụng trực tiếp trên mô hình phục vụ giảng dạy:

• Bài tập nạp môi chất lạnh R134a: Quy trình hút chân không (duy trì kiểm tra rò rỉ trong 5-10 phút), xả khí đường ống nạp màu vàng và nạp ga qua cổng cao áp (chế độ tĩnh) hoặc hạ áp (chế độ vận hành).
• Bài tập chẩn đoán lỗi qua đồng hồ áp suất: Nhận dạng các trạng thái bất thường thông qua cặp giá trị áp suất cao áp và hạ áp:
  • Trạng thái bình thường.
  • Hệ thống rò rỉ môi chất hoặc thiếu ga.
  • Hệ thống giải nhiệt kém tại dàn nóng.
  • Hỏng máy nén, tắc nghẽn phin lọc hút ẩm.
  • Kẹt/tắc van tiết lưu.
• Bài tập kiểm tra hệ thống điện: Đo điện áp chân giắc của ECU điều khiển điều hòa; đo kiểm tra hoạt động đóng/ngắt ly hợp từ; kiểm tra xung tín hiệu và điện áp cấp cho các mô-tơ servo trộn gió, đổi hướng gió; kiểm tra giá trị điện trở của cảm biến dàn lạnh, cảm biến nhiệt độ trong xe và Solar Sensor.

Chapter 5: Conclusion

Tổng kết kết quả thực hiện đề tài, đánh giá mức độ hoàn thành so với mục tiêu ban đầu, xác nhận khả năng ứng dụng thực tiễn của mô hình vào chương trình đào tạo tại nhà trường.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

1. Phục hồi thành công thiết bị: Đã tái sinh hoàn toàn một mô hình điều hòa không khí hỏng tại xưởng F1 thành một mô hình giảng dạy hoạt động đầy đủ chức năng cơ học và điều khiển điện tử theo tiêu chuẩn của dòng xe Lexus ES300 1996.
2. Khả năng hiển thị số liệu: Hệ thống đo lường Arduino thu thập và hiển thị chính xác các giá trị áp suất thực tế, tương thích với các chỉ số đo được trên bộ đồng hồ áp kế cơ khí (Manifold Gauge Set).
3. Thực thi đầy đủ các chế độ làm việc: Mô hình phản hồi chính xác với các lệnh điều khiển nhiệt độ từ mức cực lạnh (MAX COLD), $25^\circ\text{C}$, đến cực nóng (MAX HOT), cũng như vận hành hoàn hảo các chế độ phân phối luồng gió (BI-LEVEL, FOOT/DEF, FRESH AIR, REC).

Đóng góp cho công tác đào tạo

• Cung cấp một bộ giáo cụ trực quan, giúp sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô dễ dàng tiếp cận nguyên lý vận hành động học của dòng môi chất lạnh, thay vì chỉ học qua lý thuyết trừu tượng.
• Bộ bài tập thực hành đi kèm chuẩn hóa quy trình đo kiểm, phân tích pan bệnh điều hòa ô tô thông qua biểu hiện áp suất và điện áp, nâng cao kỹ năng thực hành nghề nghiệp cho người học.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Do mô hình được phục hồi từ khung giá và cụm thiết bị cũ đã mất mát một số linh kiện nguyên bản, nhóm sinh viên phải sử dụng linh kiện thay thế tương đương (như cảm biến nhiệt độ nước Kia Sportage), dẫn đến một số giá trị đo kiểm điện áp và điện trở có sai số nhỏ so với cẩm nang sửa chữa chính hãng của Lexus ES300 1996.
• Hướng phát triển:
  • Tích hợp thêm các công tắc tạo pan điện tử (Fault Injection Box) để phục vụ thi cử, đánh giá kỹ năng chẩn đoán sự cố ngắt mạch, ngắn mạch của sinh viên.
  • Nâng cấp giao diện giám sát thông số lên máy tính hoặc ứng dụng di động thông qua chuẩn giao tiếp UART/Bluetooth.

---

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho:

• Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô và Kỹ thuật Nhiệt - Điện lạnh: Tham khảo cấu tạo chi tiết các dòng máy nén (swash plate, scroll, vane), van tiết lưu khối và quy trình chẩn đoán sự cố hệ thống lạnh.
• Giảng viên và kỹ thuật viên xưởng thực hành: Sử dụng khung thiết kế 3D, sơ đồ mạch điện và hệ thống bài tập thực hành mẫu trong Chương 4 để xây dựng giáo trình thực tập chẩn đoán hệ thống điện thân xe và điều hòa không khí.
• Người nghiên cứu các dự án thiết bị giảng dạy: Tham khảo phương pháp ứng dụng Arduino Uno R3, mạch LM2596 và phương trình Steinhart-Hart để thu thập, số hóa dữ liệu cảm biến ô tô cũ.

---

Câu hỏi thường gặp

Đồ án sử dụng dòng xe nào làm cơ sở để nghiên cứu và chế tạo mô hình?

Đề tài nghiên cứu và phục hồi mạch điện, cơ cấu chấp hành dựa trên hệ thống điều hòa không khí tự động (EATC) của dòng xe Lexus ES300 đời 1996.

Phương pháp toán học nào được dùng để xử lý tín hiệu cảm biến nhiệt độ hiển thị lên LCD?

Nhóm tác giả đã sử dụng phương trình Steinhart-Hart $(\frac{1}{T} = A + B \ln(R) + C (\ln(R))^3)$ để chuyển đổi giá trị điện trở đo được từ cảm biến nhiệt điện trở NTC (Coolant Temperature Sensor) thành giá trị nhiệt độ chính xác cho vi điều khiển Arduino.

Phần cứng điện tử tích hợp trên mô hình bao gồm những linh kiện nào?

Hệ thống hiển thị và đo lường bao gồm: bo mạch vi điều khiển Arduino Uno R3, mô-đun màn hình LCD 20x4 giao tiếp I2C, mạch hạ áp DC-DC LM2596 3A, cảm biến áp suất môi chất chuẩn ren G1/4 và cảm biến nhiệt độ nước làm mát.

Những dạng pan lỗi điều hòa nào có thể thực hành chẩn đoán trên mô hình bằng đồng hồ đo ga?

Trong Chương 4, mô hình cho phép thực hành chẩn đoán 5 trạng thái áp suất: hệ thống hoạt động bình thường, hệ thống bị rò rỉ/thiếu ga, hệ thống giải nhiệt kém tại dàn nóng, hỏng máy nén/nghẹt phin sấy lọc, và kẹt/tắc van tiết lưu.

Các cơ cấu chấp hành servo trên mô hình đảm nhiệm những chức năng gì?

Mô hình tích hợp 3 cụm mô-tơ servo chính: mô-tơ trộn gió (Air mix servo motor) điều khiển vị trí cánh gió hòa trộn khí nóng/lạnh, mô-tơ lấy gió (Air inlet servo motor) chuyển đổi giữa gió trong (REC) và gió ngoài (FRS), và mô-tơ phân phối gió (Air vent mode servo motor) điều hướng các luồng gió mặt, chân, sấy kính (BI-LEVEL, FOOT/DEF).

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên Cứu Hệ Thống Điều Hòa Không Khí và Mô Hình Giảng Dạy" của sinh viên Nguyễn Công Khánh và Nguyễn Minh Triết đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu đề ra: hệ thống hóa toàn diện lý thuyết điều hòa ô tô, phục hồi thành công mô hình phần cứng từ thiết bị hư hỏng thành giáo cụ trực quan hiện đại có tích hợp đo lường điện tử, và biên soạn đầy đủ quy trình bài tập thực hành. Đề tài đóng góp thiết thực cho cơ sở vật chất đào tạo của Khoa Đào tạo Chất lượng cao / Khoa Giáo dục Quốc tế, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING GRADUATION PROJECT AUTOMOTIVE ENGINEERNG RESEARCH AIR CONDITIONING SYSTEM AND DESIGN TEACHING MODEL LECTURER: VU DINH HUAN STUDENT: NGUYEN CONG KHANH NGUYEN MINH TRIET SKL012553 Ho Chi Minh City, Janury 2024 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY OF INTERNATIONAL EDUCATION GRADUATION PROJECT RESEARCH AIR CONDITIONING SYSTEM AND DESIGN TEACHING MODEL NGUYEN CONG KHANH Student ID: 19145191 NGUYEN MINH TRIET Student ID: 19145052 Major: AUTOMOTIVE ENGINEERING TECHNOLOGY Supervisor: MS. VU DINH HUAN. Ho Chi Minh City, January 2024 ii THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- EVALUATION SHEET OF DEFENSE COMMITTEE MEMBER Student name: Nguyen Cong Khanh Student ID: 19145191 Student name: Nguyen Minh Triet Student ID: 19145052 Student name:. Major: Automotive Engineering Technology Project title: Research air conditioning system and design teaching model Name of Defense Committee Member:.

Content and workload of the project .) Ho Chi Minh City, month day, year COMMITTEE MEMBER (Sign with full name) vii DISCLAIMER Nguyen Cong Khanh and Nguyen Minh Triet, the writers, affirm that the work presented in this thesis is our own. All of the information and figures in the thesis are correct and have not been previously published in studies or study. I confirm that information obtained from other sources is mentioned in the thesis. 1 Acknowledgements Firstly, the team would like to express our sincere gratitude and deep appreciation to all the teachers of the Automotive Engineering Technology department, Faculty of Vehicle and Energy Engineering department, Ho Chi Minh city University of Technology and Education, who have cared for and taught us valuable knowledge and lessons so that the team could complete this project.

In particular, we would like to extend our thanks to our supervisor, Master Vu Dinh Huan, who directly guided us, patiently instructed us, and imparted practical knowledge and skills for us throughout the implementation of the project. At the same time, we would like to thank thesis advisor, Doctor Le Thanh Phuc for taking the time to read the graduation thesis and for giving us valuable comments and suggestions to help improve our thesis. Finally, We would like to thank our families and friends in the 19145CLA class, who have always accompanied, helped, and encouraged us so that we could complete the project in the best way. We sincerely thank you.

2 List Of Figures Figure. Dashboard installed HVAC system. Boot installed single zone HVAC system. Dual zone dashboard installed HVAC system.

Manual air conditioner. Automatic air conditioner. Air heating system. Air cooling system.

Positive and negative pressure across the surface of the vehicle. (a) Fresh air inlet; (b) Fresh air inlet Ford Fiesta. Air conditioning system. Structure of Through-Vane compressors.

Working principle of Through-Vane compressors. Structure of Variable Type Compressor. Working priciple of Variable Type Compressor. structure of scroll compressor.

Working principle of scroll compressor. Structure of Swash Plate Type (Fixed Displacement) .Operation of Swash Plate Type. Structure of magnetic clutch. Working principle of magnetic clutch.

Structure of condenser. Construction of multiflow subcool condenser. Structure of dryer. Structure of the block -type expansion valve.

Operation of the block -type expansion valve. Structure of Thermal Expansion Valve. Drawn Cup Type. Structure of evaporator.

Sight glass: (a) clear; (b) foamy; (c) streaky; (d) cloudy. The Electronic Automatic Temperature Control (EATC) system. : The automatic air conditioning system.The automatic air conditioning system consists of several components. Room temperature sensor.

Ambient temperature sensor .Evaporator temperature sensor .Water temperature sensor. Position of air mixing motor .working principle of air mixing motor. Position of air inlet motor. Operation of air inlet motor.

Position of air vent mode servo motor. Operation of air vent mode servo motor. Control the outlet air temperature (TAO). I2C Serial Interface 20x4 LCD Module.

R134a Pressure-Temperature chart. LCD display to Arduino wiring. DC-DC 3A LM2596 low-voltage power. Coolant Temperature Sensor for Kia Sportage 95-97 K857418840.

Steinhart and Hart Equation 1. Steinhart and Hart Equation 2-4. Solving the Steinhart and Hart Equation for Coefficients. Sensor raw data vs Steinhart and Hart Equation Chart.

G1/4 pressure transducer sensor. Pressure value of the model in compared with pressure gauge. Autodesk Inventor Professional. Inventor Professional sketch interface.

The model framework designed in Inventor Professional. 2D design of the model frame. Designing Electrical Panel with AutoCAD. Front of the heater control.

Back of the heater control .Electrical circuit diagram of the Lexus ES300 1996 air conditioning system .Electrical circuit diagram of the Lexus ES300 1996 air conditioning system. Heater control buttons. BI-LEVEL mode. FOOT/ DEF mode .BI-LEVEL mode.

FOOT/DEFROST (F/D) mode. FRESH AIR mode .Display pressure value at MAX COLD temperature level. Display pressure value at 25oC temperature level. Display pressure value at MAX HOT temperature level .Connecting compressors and meters to the model.

Simulate the vacuum process. Maintain the status for 5-10 minutes to check for leaks. Press the air vent at the yellow hose of the gauge set to release the remaining air inside the hose. Simulate the gas charging process from the high pressure side.

Simulate the gas charging process from the low pressure side. pressure value when system working normally. pressure value when leaking. Pressure value when the system lacks gas.

Pressure value when the system has poor cooling. Pressure value when the system having the broken compressor, the dryer is off. Pressure value when the system is blocked by the expansion valve. Circuit diagram of air mix servo motor.

Supply power to the air mixing motor. Circuit diagram of air inlet servo motor. Supply power to the air mixing motor. Supply power to the air vent mode control servo motor.

Circuit diagram of Solar Sensor. Evaporator temperature sensor. Circuit diagram of Evaporator temperature sensor and room temperature sensor. 113 6 List Of Tables Table.

Arduino Uno R3 Specification. Specification of 20x4 LCD Module. Saturation Pressure-Temperature Data for R134A. specification of DC-DC 3A LM2596.

Specification of Coolant Temperature Sensor. Sensor raw data vs Steinhart and Hart Equation. Specification of pressure sensor. Symbols and Meanings of Jack Pins.

Main parts of the model. The standard value measured between the pins. The meaning of the pins on the servo motor of each wind direction modes. 108 7 List Of Abbreviations LCD : Liquid Crystal Display HVAC : heating, ventilation, and air conditioning MPVs: Multi Passenger Vehicles ECU: Electronic Control Unit HI: High LO: Low MED: medium NTC: Negative temperature coefficient A/C: Air Conditioner TXV: Thermostatic expansion valve EATC: Electronic Automatic Temperature Control MH: Max Hot MC: Max Cool TAO: Temperature Air Outlet PWM: Pulse Width Modulation I2C: Inter-Integrated Circuit MIG: Metal Inert Gas REC: Recirculation mode FRS: Fresh air mode 8 Abstract As humans evolve and progress, their needs are continually advancing, and the use of cars is becoming more widespread.

The demand for comfort and safety features in vehicles is also on the rise. Modern car amenities, such as music systems, movie players, smart systems (like anti-theft locks, automatic headlights, smart rearview mirrors, etc.), and particularly the car's air conditioning system, are evolving and playing a crucial role in meeting these needs. Recognizing this trend, the Ho Chi Minh City University of Technology and Education has incorporated the study of automatic air conditioning systems into its curriculum. This includes comprehensive theoretical instruction and practical models that demonstrate the principles of operation and vehicle systems.

Leveraging this knowledge, the group has chosen to focus on the topic: "Research Air Conditioning System And Design Teaching Model" based on 1996 Lexus ES300. The primary objective is to conduct in-depth research on automatic air conditioning systems and to develop a complete model. The content expressed through 5 chapters: Chapter 1 : Introduction Chapter 2 : The Automatic Air Conditioning Control System Chapter 3 : Design And Build The Air Conditioning System Model Chapter 4 : Practical Exercises Applying The Model Chapter 5 : Conclusion Keyworks: Automatic Air Conditioning System, 1996 Lexus ES300 9 TABLE OF CONTENTS Acknowledgements. 2 List Of Figures.

3 List Of Tables. 7 List Of Abbreviations. 9 TABLE OF CONTENTS. Reason For Choose Topic.

Purpose, scope of research:. The scope of application. 15 Chapter 2: THE AUTOMATIC AIR CONDITIONING CONTROL SYSTEM. Introduction about Air Conditioning.

Overview of the air conditioning system. Overview of the automotive air conditioning system. Classification of air conditioning systems by zone [6]. Classification of air conditioning systems by control method.

Air distribution through the interior of the vehicle. The structure and operation principle of a car air conditioning system. The general structure of a car air conditioning system. The car air conditioning system operator.

Structure and operating principles of some main parts in the automatic air conditioning control system. Overview of the air conditioning system in cars. The automatic air conditioning system consists of several components. Air mix control servo motor.

Air inlet control servo motor. Air vent mode control servo motor. Control the outlet air temperature (TAO). Displays temperature and pressure at the condenser and evaporator.

Introduction to Arduino. Introduction to Arduino Uno R3. I2C Serial Interface 20x4 LCD Module. The temperature and pressure sensor.

65 Chapter 3: DESIGN AND BUILD THE AIR CONDITIONING SYSTEM MODEL. Autodesk Inventor Professional overview. Frame Design on Inventor Professional. Frame Construction and Part Search.

Searching for Replacement Parts in the Car Air Conditioning System. Cutting the gas pipe and Mounting the Model Parts on the Frame. Restoring the Electrical Circuit of the Model, Designing Electrical Panel with AutoCAD. Restoring the Electrical Circuit of the Model.

Designing Electrical Panel with AutoCAD. Completing the Electrical Construction of the Model. Electrical circuit diagram of air conditioning system. Completing the automatic air conditioning system model.

Instructions for using the model, operating the model, safety precautions during operation. 85 Chapter 4: PRACTICAL EXERCISES APPLYING THE MODEL. Practical exercise on gas charging for the air conditioning system using R314a refrigerant. Exercise to detect faults in air conditioning system using gas pressure gauge[2]98 4.

Exercise of measuring the voltage of the air conditioning system. Exercise of testing the operation of the motors on the model. Exercise of measuring the sensors. Exercise of checking the outside of the air conditioning system model.

Perform a outside inspection and diagnosis. The process of diagnosing system errors of the model. Reason For Choose Topic Through each stage of existence and development, human being needs are increasingly improving, cars are increasingly widely used. Users' requirements for comfort and safety features are also increasing.

Modern car amenities are increasingly developing, playing an important role in ensuring customers' needs such as listening to music, watching movies, and some smart systems (anti-theft locks, automatically headlights, smart rearview mirror,.) and one of the must-have amenities in a car is the car's air conditioning system. Ho Chi Minh City University of Technology and Education soon caught up with the trend, introduced the automotive air conditioning system into teaching based on in-depth theory and accompanied by a practical model, illustrating the principle of external operation and vehicle systems. Based on the knowledge learned, the group decided to choose the topic: " Research Air Conditioning System And Design Teaching Model" with the main purpose of further research on automatic air conditioning systems as well as create a complete model.