Đồ án Nghiên cứu, thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ nước làm mát

Chúng ta biết rằng nhiệt do cháy nhiên liệu trong động cơ sinh ra trong xi lanh một phần đáng kể truyền ra nước làm mát. Vì vậy động cơ cần có một hệ thống làm mát để tránh tình trạng quá nhiệt vì. Quá nhiệt là một trong những vấn đề quan trọng với động cơ bởi nó có thể phá hủy các mối nối, vỡ miếng đệm, méo xilanh và nhiều hậu quả khác. Mặc dù nhiệt đóng vai trò quan trọng khi xe khởi động, nhất là vào những ngày trời lạnh, nhưng thông thường khi xe được làm ấm vừa phải, nó hoàn toàn có thể khởi động một cách dễ dàng. Để giải tỏa nhiệt sinh ra từ động cơ, xe nhất thiết phải có hệ thống làm lạnh nhằm giữ khoảng nhiệt độ phù hợp. Khi xe gặp phải hiện tượng quá nhiệt, nó làm tăng nhiệt độ chất làm mát, qua đó tăng áp suất chất lỏng, khiến van giảm áp trên nắp áp suất mở rộng nên chất lỏng vào bình giãn nở nhiều hơn. Vì vậy vấn đề đặt ra là làm hệ thống làm mát tự động, quạt gió sẽ đóng mở tùy vào nhiệt độ nhờ một ecu. Chúng ta đều biết rằng động cơ hoạt động tốt nhất trong khỏng nhiệt độ 800C đến 900C. vậy ECU sẽ làm cho quạt hoạt động trong khoảng nhiệt độ đó và tắt quạt khi nó dưới nhiệt độ trên. Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, cùng với những lời đóng góp ý kiến chân thành từ các Thầy(Cô) giáo cùng các bạn sinh viên, đặc biệt được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Bùi Đức Hạnh em đã quyết định chọn và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ nước làm mát”

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA

VIỆT NAM Độc Lập- Tự do- Hạnh Phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC:THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hữu Cường

Lớp: CĐTOK10

Năm học: 2014- 2015

Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ nước làm mát.

Số liệu cho trước

+ Mạch điện hệ thống làm mát trên xe toyota

Giảng viên hướng dẫn Bùi Đức Hạnh

Nhận xét của giảng viên hướng dẫn

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Giáo viên hướng dẫn

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 5

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ SƠ LƯỢC VỀ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 6 1.1 Máy bơm nước 1 chiều 6

1.1.1 Định nghĩa 6

1.1.2 Phân loại (theo loại bơm cánh quạt) 6

1.1.3 Cấu tạo của máy bơm nước 6

1.1.4 Nguyên lý hoạt động của bơm 7

1.2 Quạt làm mát 7

1.2.1 Khái niệm 7

1.2.2 Phân loại 7

1.2.3 Cấu tạo 8

1.2.4 Nguyên lý hoạt động 8

1.3 Cảm biến nhiệt độ 8

1.3.1 Công tắc nhiệt Ksd301 9

1.3.2 Nguyên lý hoạt động 9

1.3.3 Ứng dụng 9

1.4 Điện trở 9

1.4.1 Cấu tạo chung 9

1.4.2 Cách đọc trị số điện trở 10

1.4.3 Thực hành đọc trị số điện trở 12

1.4.4 Các trị số điện trở thông dụng 12

1.4.5 Phân loại điện trở 13

1.4.6 Công suất của điện trở 13

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIÊN NHIỆT ĐỘ 15

2.1 Nhu cầu, vai trò và phân loại hệ thống làm mát 15

2.1.1 Nhu cầu của việc làm mát động cơ 15

2.1.2 Vai trò của hệ thống làm mát 15

2.1.3 Phân loại hệ thống làm mát 15

2.2 Sơ đồ hệ thống làm mát bằng nước, cấu tạo và chức năng của các bộ phận 16

2.2.1 Sơ đồ hệ thống làm mát và hoạt động 16

2.2.2 Các bộ phận của hệ thống làm mát 17

2.2.3 Những hư hỏng của hệ thống làm mát 20

2.3 Phân loại 21

2.3.1 Làm mát bằng gió 21

2.3.2 Làm mát bằng nước 21

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 25

3.1 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 25

3.2 Nguyên lý hoạt động 25

3.3 Các linh kiện sử dụng trong mạch 25

3.3.1 Công tắc nhiệt KSD301 25

3.3.2 Bơm nước 26

3.3.3 Quạt làm mát 29

3.3.4 Transistor 29

3.3.5 Điện trở 30

LỜI CẢM ƠN 30

LỜI NÓI ĐẦU

Chúng ta biết rằng nhiệt do cháy nhiên liệu trong động cơ sinh ra trong xi lanhmột phần đáng kể truyền ra nước làm mát Vì vậy động cơ cần có một hệ thống làmmát để tránh tình trạng quá nhiệt vì Quá nhiệt là một trong những vấn đề quan trọngvới động cơ bởi nó có thể phá hủy các mối nối, vỡ miếng đệm, méo xi-lanh và nhiềuhậu quả khác Mặc dù nhiệt đóng vai trò quan trọng khi xe khởi động, nhất là vàonhững ngày trời lạnh, nhưng thông thường khi xe được làm ấm vừa phải, nó hoàn toàn

có thể khởi động một cách dễ dàng Để giải tỏa nhiệt sinh ra từ động cơ, xe nhất thiếtphải có hệ thống làm lạnh nhằm giữ khoảng nhiệt độ phù hợp Khi xe gặp phải hiệntượng quá nhiệt, nó làm tăng nhiệt độ chất làm mát, qua đó tăng áp suất chất lỏng,khiến van giảm áp trên nắp áp suất mở rộng nên chất lỏng vào bình giãn nở nhiều hơn

Vì vậy vấn đề đặt ra là làm hệ thống làm mát tự động, quạt gió sẽ đóng mở tùyvào nhiệt độ nhờ một ecu

Chúng ta đều biết rằng động cơ hoạt động tốt nhất trong khỏng nhiệt độ 800Cđến 900C vậy ECU sẽ làm cho quạt hoạt động trong khoảng nhiệt độ đó và tắt quạt khi

nó dưới nhiệt độ trên

Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, cùng với những lời đóng góp ý kiếnchân thành từ các Thầy(Cô) giáo cùng các bạn sinh viên, đặc biệt được sự hướng dẫn

nhiệt tình của thầy Bùi Đức Hạnh em đã quyết định chọn và thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu, thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ nước làm mát”

Tuy nhiên, để có được sản phẩm có tính ổn định cao, đảm bảo về chất lượng làtương đối khó khăn Vì thời gian để hoàn thành đồ án này cũng có hạn, và tầm hiểubiết của em hiện vẫn còn hạn chế… nên đề tài khó tránh khỏi những thiếu sót, nhữngkhuyết điểm không mong muốn.Em rất mong có được những ý kiến đóng góp quýbáu, chân thành của quý thầy cô cùng các bạn sinh viên để đề tài này được hoàn thiệnhơn

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ SƠ LƯỢC VỀ CÁC LINH KIỆN

1.1.2 Phân loại (theo loại bơm cánh quạt)

- Bơm ly tâm.

- Bơm hướng trục

- Bơm cánh chéo

1.1.3 Cấu tạo của máy bơm nước

Cấu tạo của bơm cánh gạt tác dụng đơn gồm có một vỏ hình trụ trong đó córôto Tâm của vỏ và rôto lệch nhau một khoảng là e Trên rôto có các bản phẳng Khirôto quay, các bản phẳng này trượt trong các rãnh và gạt chất lỏng, nên gọi là cánh gạt.Phần không gian giới hạn bởi vỏ bơm và rôto gọi là thể tích làm việc.Với kết cấu bơm cánh gạt như trên, một vòng quay máy thể hiện một lần hút và mộtlần đẩy còn gọi là bơm tác dụng đơn Bơm càng nhiều cánh gạt thì lưu lượng càng đều,thông thường số cánh gạt có từ 4 đến 12 cánh

1.1.4 Nguyên lý hoạt động của bơm

- Chất lỏng được hút vào bánh công tác ( rotor), đi qua rotor, nhận năng lượng

từ rotor rồi đi ra khỏi vỏ

- Một vật khi quay quanh trục phải chịu một lực có hướng kéo vật ra xa trục

quay và có phương lực đi qua tâm quay Đó là lực ly tâm

-Hạt nước khi nằm trên một đĩa tròn phẳng đang quay sẽ chịu tác dụng của lực

ly tâm và dịch chuyển dần từ tâm quay ra phía ngoài

-Bơm ly tâm là loại bơm theo nguyên lý lực ly tâm Nước được dẫn vào tâmquay của cánh bơm Nhờ lực ly tâm, nước bị đẩy văng ra mép cánh bơm Năng lượngbên ngoài thông qua cánh bơm đã được truyền cho dòng nước, một phần tạo nên ápnăng, một phần tạo thành động năng khiến nước chuyển động

-Trước khi máy bơm làm việc, cần phải làm cho thân bơm (trong đó có bánhcông tác) và ống hút được điền đầy chất lỏng, thường gọi là mồi bơm

-Khi máy bơm làm việc, bánh công tác quay, các phần tử chất lỏng ở trongbánh công tác dưới ảnh hưởng của lực ly tâm bị văng từ trong ra ngoài, chuyển độngtheo các máng dẫn và đi vào ống đẩy với áp suất cao hơn, đó là quá trình đẩy của bơm.Đồng thời, ở lối vào của bánh công tác tạo nên vùng có chân không và dưới tác dụngcủa áp suất trong bể chứa lớn hơn áp suất ở lối vào của máy bơm nước, chất lỏng ở bểhút liên tục bị đẩy vào bơm theo ống hút, đó là quá trình hút của bơm

-Quá trình hút và đẩy của bơm là quá trình liên tục, tạo nên dòng chảy liên tụcqua bơm

-Bộ phận dẫn hướng ra (thường có dạng xoắn ốc nên còn gọi là buồng xoắn ốc)

để dẫn chất lỏng từ bánh công tác ra ống đẩy được điều hòa, ổn định và còn có tácdụng biến một phần động năng của dòng chảy thành áp năng cần thiết

- Quạt đứng: dùng để dưới đất, độ cao có thể thay đổi được, có thể xoay.

- Quạt để bàn: gồm quạt để bàn thông thường và quạt hộp Quạt để bàn thôngthường có thể xoay nhưng độ cao cố định Quạt hộp thường có hai lớp cánh, có lợi ích

là dễ di chuyển

- Quạt trần: có hai dạng: quạt trần thông thường và quạt trần dùng trang trí

- Quạt treo tường.

- Tụ điện để tạo ra dòng điện lệch pha

- Vỏ nhôm để ghép giữa rotor và stator

- Bạc thau có ổ giữ dầu bôi trơn để giảm lực ma sát

1.2.4 Nguyên lý hoạt động

Khi có dòng điện chạy trong dây dẫn quấn trên lõi sắt từ (hay gọi là phe silic)được làm bằng tôn silic mỏng ghép nhiều miếng lại với nhau sẽ tạo ra một lực tácđộng lên rotor do vị trí các cuộn dây (dây chạy và dây đề) đặt lệch nhau và tác dụnglàm lệch pha của tụ điện sẽ tạo ra trong lòng stator các lực hút không cùng phương vớinhau (gọi chung là tác dụng của tụ điện chỉnh cho dòng điện đảo chiều AC chủ yếu tạo

1 chiều quay cho cánh quạt) Vì hai lực hút lệch nhau về thời gian và phương nên sẽtạo ra trong lòng stator một từ trường quay làm cho rotor quay được

Để thay đổi tốc độ của quạt người ta quấn trên đó một số vòng dây chung vớicuộn chạy, khi dòng điện tăng lên hoặc giàm đi do thay đổi điện trở của cuộn dây sẽtạo ra một từ trường mạnh hơn hay yếu hơn sẽ làm quạt chạy nhanh hơn hoặc chậmhơn

1.3 Cảm biến nhiệt độ

Nhằm giảm thiểu chi phí cũng như tính phức tạp cho mô hình, em lựa chọncông tắc nhiệt có tác dụng đóng ngắt dòng điện khi đạt nhiệt độ nhất định

1.3.1 Công tắc nhiệt Ksd301

1.3.2 Nguyên lý hoạt động

- Công tắc thực chất là 1 rơ le nhiệt thường đóng

- Cấu tạo chính gồm 1 thanh lưỡng kim, dưới tác động của nhiệt độ, thanhlưỡng kim sẽ cong lên làm hở tiếp điểm => không cung cấp dòng cho mạch

b Đơn vị của điện trở

 Đơn vị điện trở là Ω (Ohm) , KΩ , MΩ

o 1MΩ = 1000 K Ω = 1000.000 Ω

c Cách ghi trị số của điện trở

 Các điện trở có kích thước nhỏ được ghi trị số bằng các vạch mầu theo mộtquy ước chung của thế giới.( xem hình ở trên )

 Các điện trở có kích thước lớn hơn từ 2W trở lên thường được ghi trị số trựctiếp trên thân Ví dụ như các điện trở công xuất, điện trở sứ

1.4.2 Cách đọc trị số điện trở

Quy ước mầu Quốc tế

 Có thể tính vòng số 3 là số con số không "0" thêm vào.

 Mầu nhũ chỉ có ở vòng sai số hoặc vòng số 3, nếu vòng số 3 là nhũ thì số mũcủa cơ số 10 là số âm

Cách đọc trị số điện trở 5 vòng mầu : ( điện trở chính xác )

 Vòng số 5 là vòng cuối cùng , là vòng ghi sai số, trở 5 vòng mầu thì mầu sai số

có nhiều mầu, do đó gây khó khăn cho ta khi xác điịnh đâu là vòng cuối cùng, tuy nhiên vòng cuối luôn có khoảng cách xa hơn một chút

 Đối diện vòng cuối là vòng số 1.

 Tương tự cách đọc trị số của trở 4 vòng mầu nhưng ở đây vòng số 4 là bội sốcủa cơ số 10, vòng số 1, số 2, số 3 lần lượt là hàng trăm, hàng chục và hàng đơnvị

 Ở hình trên là các giá trị điện trở ta thường gặp trong thực tế, khi vòng mầu số 3thay đổi thì các giá trị điện trở trên tăng giảm 10 lần

1.4.4 Các trị số điện trở thông dụng

Ta không thể kiếm được một điện trở có trị số bất kỳ, các nhà sản xuất chỉ đưa

ra khoảng 150 loại trị số điện trở thông dụng bảng dưới đây là mầu sắc và trị của cácđiện trở thông dụng

1.4.5 Phân loại điện trở

 Điện trở thường : Điện trở thường là các điện trở có công xuất nhỏ từ 0,125W

đến 0,5W

 Điện trở công xuất : Là các điện trở có công xuất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W,

10W

 Điện trở sứ, điện trở nhiệt : Là cách gọi khác của các điện trở công xuất , điện

trở này có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng toả nhiệt

1.4.6 Công suất của điện trở

Khi mắc điện trở vào một đoạn mạch, bản thân điện trở tiêu thụ một công xuất

P tính được theo công thức:

 Thông thường người ta lắp điện trở vào mạch có công xuất danh định > = 2lần công xuất mà nó sẽ tiêu thụ.

Điện trở cháy do quá công xuất

 Ở sơ đồ trên cho ta thấy : Nguồn Vcc là 12V, các điện trở đều có trị số là120Ω nhưng có công xuất khác nhau, khi các công tắc K1 và K2 đóng, các điện trởđều tiêu thụ một công xuất là

P = U2 / R = (12 x 12) / 120 = 1,2WKhi K1 đóng, do điện trở có công xuất lớn hơn công xuất tiêu thụ , nên điện trởkhông cháy

Khi K2 đóng, điện trở có công xuất nhỏ hơn công xuất tiêu thụ , nên điện trở bị cháy

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT VÀ CÁC

PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIÊN NHIỆT ĐỘ

2.1 Nhu cầu, vai trò và phân loại hệ thống làm mát

2.1.1 Nhu cầu của việc làm mát động cơ

Nhiệt độ trong buồng đốt của động cơ đốt trong là rất lớn, nhất là trong thời kỳcháy của động cơ, nó có thể đạt tới 2200oC dẫn đến các bộ phận bên trong động cơ trởnên rất nóng, mà kim loại thì có tính dãn nở vì nhiệt (nóng thì nở ra còn lạnh thì colại), trong khi đó nhiệt độ nóng chảy của kim loại thường thấp hơn 2200oC, vd như xilanh không được để nhiệt độ nóng quá 260 oC

Khi nhiệt độ quá cao, hệ thống sẽ tản nhiệt cho động cơ

Do điều kiện khí hậu nước ta là nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, mùa đông khôngquá lạnh nên em chỉ nghiên cứu hệ thống tản nhiệt cho động cơ

2.1.3 Phân loại hệ thống làm mát

Hệ thống làm mát bằng gió (áp dụng chủ yếu cho xe máy)

Hệ thống làm mát bằng nươc (áp dụng trên hầu hết các loại xe ô tô)

2.2 Sơ đồ hệ thống làm mát bằng nước, cấu tạo và chức năng của các bộ phận

2.2.1 Sơ đồ hệ thống làm mát và hoạt động

a Sơ đồ cấu tạo

1 Két nước;2 Bình chứa;3 Nắp két nước;4 Quạt làm mát;5.Bơm nước;6Van hằng nhiệt

 Dòng chảy nước làm mát

b Nguyên lý hoạt động

Lực đẩy của bơm nước làm cho nước làm mát tuần hoàn trong mạch nước làmmát Nước làm mát hấp thụ nhiệt từ động cơ và phân tán vào không khí qua két nước

2.2.2 Các bộ phận của hệ thống làm mát

a Két nước làm mát

Két nước làm nguội nước làm mát có nhiệt độ cao Nước làm mát trong kétnước trở nên nguội đi khi các ống và cánh tản nhiệt của nó tiếp xúc với luồng khôngkhí tạo bới quạt làm mát và luồng không khí tạo ra bởi sự chuyền động của xe

Nồng độ LLC (nước làm mát có tuổi thọ cao) tối ưu được thiết lập ứng vớinhiệt độ môi trường cụ thể ở từng quốc gia Ngoài ra, LLC phải được thay thế định kỳ

b Nắp két nước

A Áp suất tăng lên trong quá trình tăng áp (nhiệt độ cao)

B Áp suất giảm đi trong quá trình giảm áp (nguội)

Nắp két nước có một van áp suất dùng để nén nước làm mát

Nhiệt độ của nước làm ở áp suất cao tăng lên vượt quá 1000C, điều này tạo nên

sự khác biệt lớn giữa nhiệt độ nước làm mát và nhiệt độ không khí Kết quả là hiệuquả làm mát được cải thiện

c Quạt làm mát

1 Khoá điện;2 Rơle;3 Quạt làm mát ;4 Công tắc nhiệt độ nước

Quạt này hướng lượng không khí lớn đến két nước nhằm nâng cao hiệu quả làmmát

d Bình chứa

1 Bình chứa; 2 Ống bình chứa; 3 Két nướcBình chứa được nối với két nước để lưu lượng nước làm mát tràn ra khỏi két

Khi nhiệt độ nước làm mát trong két nước tăng lên, nó giãn nở và chảy vào bìnhchứa Khi két nước nguội, nó hút nước trở lại két nước từ bình chứa.

c Bơm nước

Bơm này cung cấp nước làm mát vào trong mạch làm mát

Một đai dẫn động được sử dụng để truyền chuyển động quay của trục khuỷu đểdẫn động bơm nước

e Van hằng nhiệt

A Có van đi tắt

B Không có van đi tắt

1 Van; 2 Xylanh; 3 Van đi tắt; 4 Sáp; 5 Van xả khíVan hằng nhiệt là bộ phận dùng để hâm nóng động cơ nhanh chóng và điềukhiển nhiệt độ của nước làm mát Nó được đặt trong khoang giữa két nước và động cơ

Khi nhiệt độ nước làm mát trở nên cao, van đến két nước mở ra để làm nguộiđộng cơ

Có hai loại van hằng nhiệt:

Loại "có van đi tắt" cho loại đi tắt bên dưới, và "không có van đi tắt" cho loại đitắt thẳng hàng

2.2.3 Những hư hỏng của hệ thống làm mát

a Những hư hỏng của hệ thống

Nhiệt độ động cơ quá

 Van hằng nhiệt bị hỏng không cho nước ra két làm mát

 Bụi bẩn bám quá nhiều vào két làm mát và thân động

cơ làm cho nước không tỏa được nhiệtBơm nước có tiếng kêu

 Các ổ bi quá dơ không có tiếng kêu

 Chác bơm quẹt với lòng thân bơm

 Mặt bích để lắp với puly bị mòn, trượt khi làm việc

b Những vấn đề hư hỏng của bơm nước

 Đầu cánh bơm và lòng thân bơm bị mòn thân bơm do va quệt khi làm việc

 Cánh bơm bi sứt gãy, rạn nứt, vỏ bơm bị vỡ do tháo không đúng kỹ thuật

 Trục bơm bị hỏng ren ở đầu, hỏng rãnh then, trục bị cong do lắp ghép không đúng kỹthuật

 Két nước làm mát

 Các cánh tản nhiệt sô lệch về 1 phía do quạt nước quệt vào, không khí không qua đượccánh tản nhiệt

 Các bầu chứa nước các đường dẫn nước bị thủng dẫn đến rò nước

 Bụi bẩn bám vào két nước làm cho tản nhiệt kém

 Van 1 chiều ở nắp két nước bị hỏng do làm việc lâu ngày

- Theo môi chất làm mát có : Bằng nước và bằng không khí

- Theo mức độ tăng cường làm mát : Làm mát tự nhiên và làm mát cưỡng bức

- Theo đặc điểm của vòng tuần hoàn : Vòng tuần hoàn kín, vòng tuần hoàn hở vàhai vòng tuần hoàn

Khi động cơ làm việc một phần nhiệt truyền từ thân máy ra cánh tản nhiệt, khi

xe chạy gió được hướng thổi qua các cánh tản nhiệt làm mát động cơ

Hệ thống làm mát bằng không khí chỉ làm mát được những động cơ xăng nhỏnhư xe máy, máy cưa, máy cắt cỏ…