Nghiên cứu, chế tạo thiết bị điều khiển tự động quạt két nước làm mát

Hệ thống điện và điện tử can thiệp vào gần như tất cả các hệ thống trên một chiếc xe, từ hệ thống đơn giản có từ lâu đời như khởi động, cung cấp điện, đánh lửa đến những hệ thống mới đượ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO THIẾT BỊ

ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG QUẠT KÉT NƯỚC LÀM MÁT

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Thuần

KS Phạm Quang Tĩnh Sinh viên thực hiện: Đặng Hữu Phát

Mã số sinh viên: 57130413

Khánh Hòa - 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

BỘ MÔN KỸ THUẬT Ô TÔ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO THIẾT BỊ

ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG QUẠT KÉT NƯỚC LÀM MÁT

GVHD: TS Nguyễn Văn Thuần

KS Phạm Quang Tĩnh SVTH: Đặng Hữu Phát

MSSV: 57130413

Khánh Hòa, tháng 07/2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

Khoa/viện: Kỹ thuật Giao thông

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỀ TÀI / KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

(Dùng cho CBHD và nộp cùng báo cáo ĐA/KLTN của sinh viên)

Tên ề t i: Nghiên cứu, chế tạo thiết bị điều khiển tự động quạt két nước làm mát

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Thuần và KS Phạm Quang Tĩnh

1 22/3/2019 Làm khung và mua vật tư, thiết bị

2 7/4/2019 Lắp đặt thiết bị

3 10/5/2019 Thử nghiệm, điểu chỉnh

4 20/5/2019 Viết báo cáo

Kiểm tra giữa tiến ộ của Trưởng BM

Ngày kiểm tra:

Điểm h nh thức:……/10 Điểm nội dung: /10 Điểm tổng kết:………/10

Đồng ý cho sinh viên: Được bảo vệ: Không được bảo vệ:

Khánh Hòa, ngày , tháng , năm

Cán bộ hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

Khoa/Viện: Kỹ thuật Giao thông

PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

(Dành cho cán bộ chấm phản biện)

1 Họ tên người chấm:………

2 Sinh viên/ nhóm sinh viên thực hiện ĐA/KLTN Họ và tên: Đặng Hữu Phát MSSV: 57130413 Lớp: 57.CNOT-2 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô 3 Tên ề t i: Nghiên cứu, chế tạo thiết bị điều khiển tự động quạt két nước làm mát 4 Nhận xét - H nh thức:

- Nội dung:

Điểm h nh thức: /10 Điểm nội dung: /10 Điểm tổng kết: /10

Đồng ý cho sinh viên: Được bảo vệ: Không được bảo vệ: Khánh Hòa, ngày ,tháng ,năm

Cán bộ chấm phản biện

(Ký và ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

Khoa/viện: Kỹ thuật Giao thông

PHIẾU CHẤM CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ ĐA/KLTN (Dùng cho th nh viên Hội ồng bảo vệ ĐA/KLTN)

1 Họ tên thành viên HĐ:

Chủ tịch: Thư ký: Ủy viên: 2 Tên đề tài: Nghiên cứu, chế tạo thiết bị điều khiển tự động quạt két nước làm mát 3 Họ tên sinh viên thực hiện: (1) Đặng Hữu Phát MSSV: 57130413 4 Phần đánh giá và cho điểm của thành viên hội đồng (theo thang điểm 10) a) H nh thức, bố cục bài báo cáo (sạch, đẹp, cân đối giữa các phần,…) : ………

b) Nội dung bản báo cáo (thể hiện mục tiêu, kết quả,…) : ………

c) Tr nh bày (đầy đủ, ngắn gọn, lưu loát, không quá thời gian,…) : ………

d) Trả lời các câu hỏi của người chấm (đúng/sai) : ………

đ) Trả lời các câu hỏi của thành viên hội đồng (đúng/sai) : ………

e) Thái độ, cách ứng xử, mức độ tự tin : ………

g) Nắm vững nội dung đề tài :………

h) Nắm vững những vấn đề liên quan đề tài :………

i) Tính sáng tạo khoa học của sinh viên :………

Tổng cộng : ……

Điểm trung bình của các cột iểm trên:……./10 (làm tròn đến 1 số lẻ)

Cán bộ chấm iểm

(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này, lời đầu tiên em xin cảm ơn chân thành đến thầy TS Nguyễn Văn Thuần và thầy KS.Phạm Quang Tĩnh đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn chỉ bảo tận t nh cho em có được định hướng, song các thầy còn góp ý bổ sung nhiều thiếu sót và chỉ những lỗi sai trong quá tr nh thực hiện

để em có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp của m nh

Em cũng xin chân thành cảm ơn Ban chủ nghiệm Khoa Kỹ thuật Giao thông nói chung và toàn thể quý thầy trong Bộ môn kỹ thuật ô tô đã tận t nh hướng dẫn, dạy dỗ

và trang bị cho em một nền tảng kiến thức chuyên môn quý báu để nắm rõ làm tốt đề tài được giao và cũng làm hành trang cho công việc sau này

Sau cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô, các bạn đồng học

đã quan tâm thăm hỏi và giúp đỡ trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỀ TÀI / KHÓA LUẬN TỐT

NGHIỆP iii

PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP iv

PHIẾU CHẤM CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ ĐA/KLTN v

LỜI CẢM ƠN vi

MỤC LỤC vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH ix

DANH MỤC BẢNG xi

PHẦN MỞ ĐẦU 1

Lời mở đầu 1

Mục tiêu 1

Nội dung thực hiện 1

Giá trị thực tiễn của đề tài 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT TRÊN Ô TÔ 3

1.1 Nhiệm vụ và yêu cầu 3

1.1.1 Nhiệm vụ 3

1.1.2 Yêu cầu 4

1.2 Phân loại 4

1.3 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống làm mát 8

1.3.1 Nguyên lý cơ bản 8

1.3.2 Các bộ phận cấu thành hệ thống làm mát động cơ 9

1.4 Các phương pháp quạt làm mát động cơ thế hệ mới 14

1.4.1 Quạt có khớp chất lỏng 14

1.4.2 Quạt làm mát chạy điện 16

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CHẾ TẠO 20

2.1 Lựa chọn cảm biến 20

2.1.1 Cảm biến nhiệt độ LM35 20

2.1.2 Cảm biến nhiệt độ 18B20 21

2.2 Lựa chọn ECU 23

2.2.1 Aduino Uno R3 23

2.2.2 Arduino Nano CH340 26

2.3 Lựa chọn màn h nh LCD 28

2.4 Lựa chọn quạt điện 29

2.5 Lựa chọn những linh kiện điện tử phụ 30

2.5.1 Mạch hạ áp 30

2.5.2 Module L298N 31

2.6 Lập tr nh cho hệ thống 33

2.6.1 Sơ đồ mạch điện và nguyên lí toàn hệ thống (h nh 2.12) 33

2.6.2 Chương tr nh điều khiển 34

2.7 Lắp đặt hệ thống quạt tự động làm mát két nước 35

2.7.1 Lắp đặt quạt với két nước 35

2.7.2 Lắp đặt màn h nh LCD 35

2.7.3 Lắp đặt các thiết bị xử lý trung tâm 36

CHƯƠNG 3 THỬ NGHIỆM VÀ ĐIỀU CHỈNH 37

3.1 Thử nghiệm 37

3.2 Điều chỉnh 39

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 43

4.1 Kết luận 43

4.2 Khuyến nghị 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

PHỤ LỤC 45

DANH MỤC HÌNH ẢNH

H nh 1.1 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi [3] 4

H nh 1.2 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên [3] 5

H nh 1.3 Hệ thống làm mát bằng nước loại tuần hoàn cưỡng bức [3] 6

H nh 1.4 Hệ thống làm mát bằng không khí sử dụng quạt gió [3] 7

H nh 1.5 Két nước [3] 9

H nh 1.6 Nắp két nước [3] 10

H nh 1.7 Van hằng nhiệt [3] 11

H nh 1.8 Bơm nước [3] 11

H nh 1.9 Áo nước khoang lốc máy [3] 12

H nh 1.10 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát [2] 13

H nh 1.11 Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát [2] 13

H nh 1.12 Sơ đồ mạch cảm biến [2] 14

H nh 1.13 Quạt khớp chất lỏng [3] 15

H nh 1.14 Cấu tạo quạt khớp chất lỏng [3] 15

H nh 1.15 Sơ đồ hệ thống làm mát thủy lực [3] 16

H nh 1.16 Hệ thống quạt làm mát chạy điện [3] 17

H nh 1.17 Sơ đồ mạch hệ thống làm mát 1 cấp độ [3] 18

H nh 1.18 Sơ đồ mạch hệ thống làm mát nhiều cấp độ [3] 19

H nh 2.1 Cảm biến LM35 21

H nh 2.1 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 [3] 22

H nh 2.2 Bảng mạch Arduino Uno R3 [1] 24

H nh 2.3 Bảng mạch Arduino Nano [1] 26

H nh 2.4 Xe tăng mini [1] 27

H nh 2.5 Quadrotor [1] 27

H nh 2.6 LCD 20x4 nền xanh dương [1] 28

H nh 2.7 Module giao tiếp I2C [1] 29

H nh 2.8 Quạt điện 12V [3] 29

H nh 2.9 Mạch hạ áp [1] 30

H nh 2.10 Mạch module L298N [3] 31

H nh 2.11 Sơ đồ kết nối L298N với Arduino [3] 32

H nh 2.12 Sơ đồ khối hệ thống 33

H nh 2.13 Chương tr nh điều khiển của hệ thống 34

H nh 2.14 Quạt lắp với két nước 35

H nh 2.15 Lắp đặt LCD trên hộp đen ECU 35

H nh 2.16 LCD kết nối I2C 36

H nh 2.17 Thành phần của bộ vi xử lý 36

H nh 3.1 Thử nghiệm hơ nóng cảm biến 37

H nh 3.2 Tốc độ cấp 1 38

H nh 3.3 Tốc độ cấp 2 38

H nh 3.4 Tốc độ cấp 3 39

H nh 3.5 Khái quát thuật toán của hệ thống 40

H nh 3.6 Sửa đổi thuật toán 40

H nh 3.7 Cách xác định 1 chu kỳ 41

H nh 3.8 Xung khi sử dụng với hàm analogWrite trong Arduino 41

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 So sánh cảm biến LM35 và 18B20 22Bảng 2.2 Chân kết nối I2C với Arduino Uno 29Bảng 2.3 Kết nối chân cảm biến với ECU 33

PHẦN MỞ ĐẦU Lời mở ầu

Ngày nay, khi xã hội ngày càng phát triển thói quen đi lại của con người cũng được thay đổi, th ô tô được xem là phương tiện thông dụng và được ưa chuộng ở hầu hết các nước trên thế giới Cùng với sự phát triển của kỹ thuật, chiếc xe ngày nay ngày một tiện nghi và hiện đại hơn Những phát triển gần đây trên ô tô chủ yếu liên quan đến phần điện Trên một chiếc ô tô hiện đại, phần điện chiếm một phần đáng kể trong giá trị tổng thành của nó Hệ thống điện và điện tử can thiệp vào gần như tất cả các hệ thống trên một chiếc xe, từ hệ thống đơn giản có từ lâu đời như khởi động, cung cấp điện, đánh lửa đến những hệ thống mới được nghiên cứu ứng dụng như phanh, lái, treo, làm mát, cân bằng ESP….Với những tính năng này mà hầu hết các hãng ô tô hiện nay đều trang bị cho xe hệ thống này, v vậy vấn đề đặt ra cho chúng ta cần t m hiểu tính năng kĩ thuật của xe cũng như hệ thống cải tiến hiện đại là vấn đề không kém phần quan trọng, rồi từ đó làm sao để nghiên cứu thiết kế hệ thống này với một giá cả hợp lí phù hợp cho quá tr nh học tập và nghiên cứu của sinh viên

Mục tiêu

- Xác định loại cảm biến đo chính xác nhiệt độ trong nước Loại cảm biến này có khả năng truyền tín hiệu đến ECU AUN, đo được nhiệt độ hiển thị ra màn h nh LCD người lái có thể xử lý được

- Bố trí, lắp đặt lên mô h nh phù hợp với tính năng của cảm biến và xử lý hiệu quả tốt nhất đồng thời mang tính thẩm mĩ

- Hệ thống hiển thị giá trị nhiệt độ lên màn h nh LCD và điều khiển chính xác (sai

số ±0.5°C)

Nội dung thực hiện

1 Tổng quan về hệ thống làm mát trên ô tô

2 Lựa chọn phương án chế tạo

3 Thử nghiệm và điều chỉnh

4 Kết luận và kiến nghị

Giá trị thực tiễn của ề t i

Để kéo dài tuổi thọ của động cơ, nhà sản suất ngày càng tính toán và thiết kế làm sao để tiết kiệm nhiên liệu và động cơ hoạt động cách tối ưu nhất Từ đó, các hệ thống trên ô tô ngày càng được cải tiến và nâng cao chẳng hạn như hệ thống quạt tự

động làm mát két nước, giúp cho người lái biết được t nh trạng của động cơ thông qua đồng hồ taplo an tâm khi sử dụng và vận hành các hệ thống

Sau khi thực hiện đồ án, em đã hoàn thành nội dung của để tài Nhưng trong quá

tr nh nghiên cứu và thực hiện, do vốn kiến thức và thời gian hạn hẹp không thể tránh khỏi những sai sót, kính mong quý thầy và các bạn đồng học đóng góp ý kiến để đồ án được bổ sung hoàn thiện hơn nữa

Nha Trang, ngày 14 tháng 1 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Đặng Hữu Phát

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT TRÊN Ô TÔ

1.1 Nhiệm vụ v yêu cầu

1.1.1 Nhiệm vụ

Khi động cơ hoạt động, hỗn hợp nhiên liệu (nhiên liệu và không khí) cháy trong buồng đốt của động cơ tỏa ra với một nhiệt độ lớn khoảng 2000-2500°C, một phần chuyển thành công, phần còn lại tỏa ra môi trường bên ngoài qua các chi tiết tiếp xúc với khí cháy tiếp nhận (xilanh, pit-tông, nắp xilanh, các xupáp, vòi phun, xecmăng ), mặt khác cũng có nhiệt lượng sinh ra do ma sát giữa các bề mặt làm việc của các chi tiết trong động cơ Nếu không làm mát động cơ hay làm mát không đủ, các chi tiết của động cơ sẽ nóng lên quá nhiệt độ cho phép (nhiệt độ đỉnh pit-tông có thể tới 600°C, nhiệt độ xupap thải tới 900°C ) sẽ gây ra nhiều tác hại như:

 Phụ tải nhiệt các chi tiết lớn làm giảm sức bền, giảm độ cứng vững và tuổi thọ

của chúng

 Nhiệt độ cao dẫn tới nhiệt độ của dầu bôi trơn cũng cao do đó dẫn tới độ nhớt

giảm, khả năng bôi trơn kém làm tăng ma sát

 Có thể gây bó kẹt pit-tông do hiện tượng giãn nở

 Giảm hệ số nạp

 Có thể gây ra hiện tượng kích nổ

Nhưng nếu động cơ được làm mát quá mức cần thiết cũng có những hậu quả xấu như: hơi nhiên liệu bị ngưng tụ và đọng bám trên các bề mặt chi tiết; độ nhớt của dầu bôi trơn tăng làm khả năng lưu động của nó giảm Ngoài ra, công suất tiêu hao cho làm mát tăng do đó tổn thất cơ giới của động cơ tăng

Do vậy, nhiệm vụ của hệ thống làm mát là:

 Giữ cho động cơ ở nhiệt độ làm việc hiệu quả nhất phù hợp với mọi chế độ tải trọng của động cơ

 Khi động cơ vừa khởi động lúc này động cơ đang lạnh hệ thống làm mát có nhiệm vụ giữ nhiệt cho động cơ

 Khi động cơ nóng hệ thống có nhiệm vụ tản nhiệt cho động cơ

 Không bị đóng băng ở nhiệt độ thấp

 Không tạo cặn bám trên các thành vách, đường ống

 Làm việc ổn định ở nhiệt độ cao

 Không tạo thành bọt khí trong hệ thống

1.2 Phân loại

Có 2 loại hệ thống làm mát: làm mát bằng nước và làm mát bằng không khí

 Hệ thống l m mát bằng nước

Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi

Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi là loại đơn giản nhất Hệ thống này không cần bơm, quạt Bộ phận chứa nước có hai phần: phần khoang chứa nước làm mát của thân máy và phần thùng chứa nước bay hơi lắp với thân (h nh 1.1)

Sơ đồ kết cấu

Hình 1.1 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi [3]

1- Xupap 2- Khoang chứa nước bốc hơi 3- Thùng nhiên liệu 4- Que thăm dầu 5- Hộp cacte chứa dầu 6- Thanh truyền

7- Xi lanh 8- Piston 9- Thân máy 10-Nắp xi lanh

Nguyên lý làm việc

Khi động cơ làm việc, tại những vùng nước bao bọc chung quanh buồng cháy nhận nhiệt của buồng cháy sẽ sôi tạo thành bọt nước Nước sôi có tỉ trọng bé sẽ nổi lên mặt thoáng của thùng chứa để bốc hơi ra ngoài khí trời Nước nguội trong thùng chứa

có tỉ trọng lớn nên có xu hướng đi xuống dưới điền chỗ cho nước nóng nổi lên, do đó tạo thành dòng đối lưu tự nhiên

- Ưu điểm của hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi:

+ Kết cấu đơn giản

+ Do đặc tính lưu động đối lưu như đã nói ở trên nên hay dùng cho loại động cơ đặt nằm dùng trong nông nghiệp

- Nhược điểm của hệ thống này là:

+ Do kiểu làm mát bốc hơi tự nhiên nên nguồn nước trong thùng giảm nhanh làm cho tiêu hao nước nhiều và hao mòn thành xilanh không đều

Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên

Trong hệ thống làm mát kiểu này, nước lưu động tuần hoàn nhờ sự chênh lệch áp lực giữa hai cột nước nóng và nguội mà không cần bơm Cột nước nóng trong động cơ

và cột nước nguội trong thùng chứa hoặc trong két nước (h nh 1.2)

Sơ đồ nguyên lí của hệ thống:

Hình 1.2 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên [3]

1- Thân máy 2- Xi lanh 3- Piston 4- Nắp xi lanh

5- Đường nước ra két 6- Nắp két 7- Két nước 8- Không khí làm mát

9- Quạt gió 10- Đường nước đi vào làm mát động cơ

Nguyên lý làm việc

Khi động cơ làm việc, nhiệt độ từ buồng cháy tỏa ra làm cho nước nóng dần lên Nước nóng có khối lượng riêng nhỏ nên nổi lên trên và đi ra ngoài qua két làm mát Tại đây nước nóng được làm mát nhờ quạt (9) dẫn động bằng puli từ trục khuỷu của động cơ hút không khí qua để tản nhiệt cho nước Nước sau khi tản nhiệt nên khối lượng riêng tăng và đi xuống phía dưới két sau đó đi vào làm mát cho động cơ tạo thành một vòng tuần hoàn kín

Hệ thống làm mát bằng nước loại tuần hoàn cưỡng bức

Trong rất nhiều hệ thống làm mát, nước làm mát chảy từ bơm nước qua thân máy lên nắp máy rồi chảy vào nóc dàn tản nhiệt Một vài động cơ lại có hệ thống vận hành theo chiều ngược lại Nước làm mát chảy từ bơm nước qua đầu xilanh và xuống thân máy Vị trí của van hằng nhiệt được bố trí tuỳ theo hướng chảy của nước làm mát (h nh 1.3)

Cấu tạo

Hình 1.3 Hệ thống làm mát bằng nước loại tuần hoàn cưỡng bức [3]

1- Thân máy 2- Nắp máy 3- Đường nước nóng ra khỏi động cơ

4- Van hằng nhiệt 5- Két nước 6- Giàn ống của két nước

7- Quạt gió 8- Ống nước nối tắt về bơm 9- Puli và đai truyền 10- Bơm nước 11- Ống phân phối nước lạnh

Nguyên lí làm việc

Nước di chuyển một vòng quanh các ống và đường dẫn trong động cơ Khi nước

di chuyển qua động cơ nóng, nó hút nhiệt và làm mát động cơ Sau khi nước rút ra khỏi động cơ, nó di chuyển qua két nước Két nước làm nhiệm vụ tản nhiệt từ nước thành dạng khí thoát ra ngoài môi trường

Trong động cơ có những khoảng trống được gọi là áo nước, nó bao bọc xung quanh các xilanh và buồng đốt Động cơ hoạt động dẫn động bơm nước bơm tuần hoàn dung dịch làm mát qua lớp áo nước Nước làm mát hấp thu nhiệt và vận chuyển tới bộ tản nhiệt Dòng không khí chạy qua bộ tản nhiệt mang đi lượng nhiệt thừa giúp phòng ngừa động cơ bị quá nóng

 Hệ thống l m mát bằng khí

Hiện nay, có một vài loại xe cổ và xe hiện đại được lắp hệ thống làm mát này Thay v dùng nước để làm mát, lốc máy được bọc trong các lá nhôm làm nhiệm vụ dẫn nhiệt từ xilanh ra ngoài Ngoài ra, quạt tản nhiệt làm nhiệm vụ thổi khí nóng ra ngoài qua các lá nhôm này, làm mát động cơ (h nh 1.4)

Cấu tạo

Hình 1.4 Hệ thống làm mát bằng không khí sử dụng quạt gió [3]

1- Quạt gió 2- Cánh tản nhiệt 3- Tấm hướng gió

4- Vỏ bọc 5- Cửa thoát gió

Nguyên lí làm việc

Khi động cơ làm việc, nhiệt từ các chi tiết bao quanh buồng cháy được truyền tới các cánh tản nhiệt rồi tản ra không khí Nhờ các cánh tản nhiệt có diện tích tiếp xúc với không khí lớn nên tốc độ làm mát được tăng cao

Hệ thống sử dụng quạt gió không chỉ tăng tốc độ làm mát mà còn đảm bảo làm mát đồng đều hơn

1.3 Nguyên tắc hoạt ộng của hệ thống l m mát

Mặc dù các động cơ xăng đã có những cải tiến đáng kể, nhưng hiệu suất chuyển đổi cơ năng thành điện năng vẫn không cao Phần lớn năng lượng trong nhiên liệu

(khoảng 70%) được chuyển thành nhiệt và nhiệm vụ của hệ thống làm mát là phải xử

lý lượng nhiệt này

Trên thực tế, hệ thống làm mát tản nhiệt từ động cơ ra ngoài môi trường Ngoài

ra hệ thống làm mát còn có một vài nhiệm vụ quan trọng khác Động cơ trong xe chỉ

có thể hoạt động tốt nhất tại mức nhiệt độ cao vừa phải Khi động cơ bị lạnh, các bộ phận bị mòn nhanh hơn, hiệu suất hoạt động của động cơ thấp và động cơ xả nhiều khói hơn V vậy, một nhiệm vụ quan trọng nữa của hệ thống làm mát là cho phép động cơ tăng nhiệt rất nhanh và giữ động cơ ở mức nhiệt độ ổn định Khi nóng, các chi tiết của động cơ giãn nở Nếu quá mức giới hạn, máy sẽ bị bó làm các chi tiết ngừng hoạt động Khi nguội bớt, động cơ lại hoạt động b nh thường Hiện tượng trên thường xảy ra đối với các xe đang trong thời kỳ chạy rốt-đa hoặc xe mới làm lại hơi Các chi tiết động cơ nở ra, pit-tông cũng nở nhưng do quán tính, pit-tông không ngừng tức khắc mà vẫn chuyển dịch Do vậy, nòng xilanh sẽ bị xước làm công suất xe yếu đi Ngày nay, các loại xe hiện đại đều được thiết kế máy ở nơi thoáng mát nhất và yếm xe được cấu tạo để gió được thổi thẳng vào máy khi xe chạy Các loại động cơ được lắp phía sau như xe Scooter đều có quạt gió làm mát máy

1.3.1 Nguyên lý cơ bản

Bên trong động cơ, nhiên liệu luôn cháy Việc đốt cháy hỗn hợp khí - nhiên liệu trong xilanh động cơ sinh ra nhiệt độ đến 2000°C hoặc cao hơn Điều đó có nghĩa các chi tiết động cơ rất nóng Tuy nhiên, vách của xilanh động cơ không được nóng hơn 260°C Nhiệt độ cao hơn là nguyên nhân làm cấu trúc dầu bôi trơn bị phá vỡ, mất khả năng bôi trơn Các chi tiết động cơ khác cũng bị hư hỏng Để phòng ngừa hiện tượng này người ta phải sử dụng hệ thống làm mát để triệt tiêu một phần lượng nhiệt thừa,

khoảng 1/3 lượng nhiệt sinh ra trong buồng đốt

Trong k cháy, một lượng nhiệt lớn thoát ra ngoài qua ống xả, nhưng một lượng nhiệt nhỏ tản ra ngoài qua động cơ, làm nóng động cơ Động cơ hoạt động tốt nhất khi

nhiệt độ nước làm mát là khoảng 200°F (93°C) Ở nhiệt độ này:

• Khoang cháy đủ nóng để làm cho nhiên liệu hóa hơi, tăng hiệu suất của k cháy và giảm khí thải

• Dầu bôi trơn động cơ có độ nhớt thấp (mỏng hơn) Do đó, các bộ phận của động

cơ chuyển động tự do hơn và động cơ không bị mất nhiều công suất khi các bộ phận của nó chuyển động

• Các bộ phận bằng kim loại ít bị hao mòn

Hệ thống làm mát giữ cho động cơ làm việc hiệu quả trong mọi điều kiện hoạt động cũng như ở mọi tốc độ Nó cũng giúp cho động cơ đạt được nhiệt độ làm việc

b nh thường một cách nhanh nhất khi bắt đầu khởi động trong mùa đông giá rét Và nó cũng cung cấp nguồn nhiệt sưởi ấm vào trong khoang hành khách

Nắp két nước

Hệ thống làm mát được đóng kín và điều áp bằng một nắp két nước làm mát Đóng kín làm giảm sự hao hụt nước làm mát do bốc hơi, sự tăng áp làm tăng nhiệt độ sôi của nước làm mát do đó làm tăng hiệu quả làm mát Nắp két nước có hai van: Van

áp suất và van chân không (h nh 1.6)

Hình 1.6 Nắp két nước [3]

Khi nhiệt độ nước làm mát tăng cao, áp suất trong két nước làm mát tăng th van

áp suất sẽ tự động mở, giúp nước làm mát chảy về b nh nước phụ Khi nhiệt độ nước làm mát tăng cao nhưng áp suất trong két nước thấp, van chân không sẽ tự động mở nhằm hút nước làm mát từ b nh nước phụ về két nước, đảm bảo hiệu quả làm mát cho động cơ

ở mức nhiệt độ cho phép Van hằng nhiệt được lắp trên đường nước giữa nắp xylanh với b nh làm mát (h nh 1.7)

Hình 1.8 Bơm nước [3]

1- Puly, 2- Then bán nguyệt, 3- Trục bơm, 4- Vú mỡ, 5- Vòng chặn , 6- Lò xo,

Áo nước

Lốc máy và mặt xilanh có nhiều đường dẫn nước Những đường dẫn này cho phép nước làm mát di chuyển tới những vùng quan trọng nhất của động cơ Nhiệt độ trong khoang cháy của động cơ có thể lên tới 4500°F (2500°C) V vậy, việc làm mát những vùng quanh xilanh là rất quan trọng Những vùng quanh van xả càng đặc biệt quan trọng hơn và hầu hết tất cả các khoảng không bên trong mặt xilanh quanh các van không mấy quan trọng nhưng vẫn cần được làm mát Nếu động cơ lâu không được làm mát th động

cơ sẽ bị kẹt Khi đó, kim loại cũng đủ nóng để pittông dính chặt vào xilanh Tóm lại, nếu không làm mát động cơ th nó sẽ bị hư hại rất nhanh chóng(h nh 1.9)

Hình 1.9 Áo nước khoang lốc máy [3]

Một trong những cách tốt nhất để hạn chế nhu cầu làm mát động cơ là hạn chế lượng nhiệt truyền từ khoang cháy sang các chi tiết kim loại khác của động cơ Để làm được việc này, thường người ta lót một lớp gốm mỏng ở bên dưới mặt xilanh Gốm là một chất cách nhiệt rất tốt nhờ đó lượng nhiệt truyền tới các chi tiết kim loại sẽ giảm

đi còn lượng nhiệt thoát ra ngoài qua ống xả nhiều hơn

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát có nhiệm vụ đo nhiệt độ của nước làm mát động cơ và truyền tín hiệu đến bộ xử lý trung tâm để tính toán thời gian phun nhiên liệu, góc đánh lửa sớm, tốc độ chạy không tải, …ở một số dòng xe, tín hiệu này còn được dùng để điều khiển hệ thống kiểm soát khí xả, chạy quạt làm mát động cơ (h nh 1.10)

Hình 1.10 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát [2]

Cấu tạo

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát có cấu tạo dạng trụ rỗng có ren ngoài, bên trong có lắp một điện trở bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở âm (h nh 1.11)

Hình 1.11 Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát [2]

1- Đầu ghim 2- Vỏ 3- Điện trở NTC

Nguyên lý hoạt động

Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận thay đổi điện trở theo nhiệt độ Nó được làm bằng vật liệu bán dẫn nên có hệ số nhiệt điện trở âm Khi nhiệt độ tăng điện trở giảm và ngược lại, khi nhiệt độ giảm th điện trở tăng Các loại cảm biến nhiệt độ hoạt động cùng nguyên lý nhưng mức hoạt động và sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ có khác nhau Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp được gửi đến ECU động cơ trên nền tảng cầu phân áp

Hình 1.12 Sơ đồ mạch cảm biến [2]

Điện áp 5V qua điện trở chuẩn (điện trở này có giá trị không đổi theo nhiệt độ) đến cảm biến rồi trở về ECU về mass Như vậy điện trở chuẩn và nhiệt điện trở trong cảm biến tạo thành một cầu phân áp Điện áp điểm giữa cầu được đưa đến bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự – số (bộ chuyển đổi ADC – Analog to Digital converter)

Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp gửi đến bộ biến đổi ADC lớn Tín hiệu điện áp được chuyển đổi thành một dãy xung vuông và được giải mã nhờ bộ vi xử lý để thông báo cho ECU động cơ biết động cơ đang lạnh Khi động cơ nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện áp đặt giảm, báo cho ECU động cơ biết là động cơ đang nóng

1.4 Các phương pháp quạt l m mát ộng cơ thế hệ mới

1.4.1 Quạt có khớp chất lỏng

Các động cơ chạy bằng dầu diesel thường không sử dụng loại quạt chạy bằng điện mà được thay thế bằng quạt có khớp chất lỏng Đối với loại quạt có khớp chất lỏng điều khiển bằng nhiệt độ này th tốc độ quạt được điều khiển bởi cảm biến nhiệt

độ của luồng không khí đi qua két nước (h nh 1.13)

Khớp chất lỏng này bao gồm một bộ li hợp thuỷ lực chứa dầu silicôn Sự truyền chuyển động quay cho quạt thông qua đai chữ V được điều khiển bằng cách điều chỉnh lượng dầu trong buồng làm việc

Hình 1.13 Quạt khớp chất lỏng [3]

Khi nhiệt độ thấp, tốc độ quay của quạt được giảm xuống để giúp động cơ nóng lên và giảm tiếng ồn Khi nhiệt độ động cơ tăng lên, tốc độ quạt tăng lên để cung cấp

đủ lượng không khí cho két nước, tăng hiệu quả làm mát (h nh 1.14)

Hình 1.14 Cấu tạo quạt khớp chất lỏng [3]

- Nhiệt độ không khí nóng trong khi xe chạy chậm: mức dầu silicon trong buồng làm việc tăng, làm giảm hệ số trượt của khớp nối, chuyển động quay của trục khớp chất lỏng được truyền hết sang quạt

- Nhiệt độ không khí nóng trong khi xe chạy nhanh: Sức ỳ của quạt tăng lên và sự trượt trong khớp chất lỏng làm cho quạt quay với tốc độ thấp hơn tốc độ quay của trục khớp chất lỏng

- Nhiệt độ không khí (ấm) trong khi xe chạy nhanh: Tấm lưỡng kim sẽ ngắt đường dầu, làm giảm lượng dầu trong buồng làm việc Điều này làm tăng hệ số trượt của khớp nối, dẫn đến giảm tốc độ quay của quạt

- Nhiệt độ không khí (lạnh) trong khi xe chạy nhanh: Đường dầu bị ngắt và mức dầu công tác tiếp tục giảm Lúc này hệ số trượt là lớn nhất và tốc độ quạt là thấp nhất

Ở hệ thống quạt làm mát thuỷ lực điều khiển bằng điện tử dùng động cơ thuỷ lực

để chạy quạt Trong đó ECU sẽ điều chỉnh lượng dầu đi vào mô tơ thuỷ lực và bằng cách đó mà tốc độ quạt được điều chỉnh vô cấp, luôn luôn đảm bảo lượng không khí phù hợp nhất (h nh 1.15)

Hình 1.15 Sơ đồ hệ thống làm mát thủy lực [3]

So với quạt điện th quạt này có động cơ nhỏ hơn, nhẹ hơn, và có khả năng cung cấp lượng không khí lớn hơn Tuy nhiên, bơm dầu và hệ thống điều khiển lại phức tạp hơn

1.4.2 Quạt l m mát chạy iện

Để làm mát két nước cần phải có một lượng không khí đủ lớn đi qua các lá tản nhiệt trong két nước Thông thường khi xe chạy với tốc độ cao, lưu lượng khí đi qua két nước là vừa đủ nhưng khi xe chạy chậm hoặc dừng xe th lưu lượng không khí

không đủ V vậy, động cơ được trang bị quạt làm mát để tạo ra lượng không khí cưỡng bức qua két nước (h nh 1.16)

Hình 1.16 Hệ thống quạt làm mát chạy điện [3]

Hệ thống quạt chạy bằng động cơ điện rất nhạy cảm với nhiệt độ của nước làm mát và nó chỉ cung cấp một lưu lượng không khí thích hợp khi nhiệt độ lên cao Ở nhiệt độ b nh thường hoặc khi mới khởi động xe, quạt ngừng quay để động cơ ấm lên

và giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm tiếng ồn

Tốc độ quay của quạt điện có thể thay đổi trong ba cấp hoặc vô cấp Nhờ vậy

hiệu quả làm mát có thể được điều chỉnh và phù hợp với nhiệt độ nước làm mát bởi v

để động cơ làm việc hiệu quả th nhiệt độ của nó phải được duy tr liên tục ở mức trên

90˚C và dưới 120˚C

 Hãy quan sát sơ đồ mạch điện dưới đây mô tả hoạt động của quạt làm mát chạy

bằng động cơ điện ở một cấp tốc độ