Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong quá trình vận hành của động cơ đốt trong trên ô tô, nhiệt độ khí cháy trong buồng đốt dao động từ 2000°C đến 2500°C. Tuy nhiên, nhiệt lượng chuyển hóa thành công cơ học có ích chỉ chiếm khoảng 23% đến 55%, phần nhiệt lượng còn lại truyền sang các chi tiết bao quanh buồng cháy và đi theo khí thải ra môi trường. Nếu không được làm mát kịp thời, nhiệt độ chi tiết tăng cao sẽ làm suy giảm sức bền cơ học, giảm độ nhớt của dầu bôi trơn, tăng ma sát, gây bó kẹt cơ cấu chuyển động và dễ xuất hiện hiện tượng kích nổ ở động cơ xăng. Ngược lại, nếu nhiệt độ động cơ quá thấp, độ nhớt dầu tăng cao gây cản trở lưu động, nhiên liệu ngưng tụ trên thành xi-lanh gây rửa trôi màng dầu bôi trơn và sinh ra axit ăn mòn kim loại khi kết hợp với lưu huỳnh.

Để động cơ nhanh chóng đạt và duy trì dải nhiệt độ làm việc tối ưu, hệ thống làm mát cần điều chỉnh lưu lượng nước tuần hoàn một cách linh hoạt. Hiện nay, đa số phương tiện vẫn sử dụng van hằng nhiệt cơ khí truyền thống loại sáp nhiệt (sáp parafin giãn nở). Cơ cấu này phụ thuộc hoàn toàn vào nhiệt độ cơ học của dòng nước làm mát, phản ứng chậm và không thể điều khiển chủ động theo tải trọng hay trạng thái vận hành của động cơ. Trong khi đó, van hằng nhiệt điều khiển điện tử cho phép can thiệp nhiệt độ làm việc linh hoạt hơn nhưng chưa được phổ biến rộng rãi. Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài "Nghiên cứu, chế tạo van hằng nhiệt điện tử" được thực hiện nhằm xây dựng mô hình điều khiển điện tử ứng dụng vi điều khiển và cảm biến, phục vụ công tác đào tạo và nghiên cứu thực nghiệm chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định theo 6 nội dung chính:

  1. Tìm hiểu tổng quan, cơ sở lý thuyết về hệ thống làm mát trên động cơ ô tô.
  2. Tìm hiểu tổng quan, cơ sở lý thuyết, ưu nhược điểm của van hằng nhiệt điện tử.
  3. Thiết kế, thi công mô hình van hằng nhiệt điện tử ứng dụng các cảm biến và vi điều khiển.
  4. Thực nghiệm sản phẩm nghiên cứu, ứng dụng trên mô hình thực nghiệm (hoặc động cơ ô tô thực nghiệm).
  5. Phân tích, xử lý số liệu thực nghiệm và đánh giá sản phẩm chế tạo.
  6. Viết thuyết minh đồ án tốt nghiệp.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của hệ thống làm mát động cơ đốt trong; cơ cấu đóng mở của van hằng nhiệt truyền thống và mô hình van hằng nhiệt điện tử điều khiển bằng động cơ bước kết hợp vi điều khiển.
  • Phạm vi nghiên cứu: Đề tài tập trung vào việc tính toán, thiết kế và chế tạo mô hình van hằng nhiệt dạng cánh bướm dẫn động bằng động cơ bước NEMA 17, điều khiển thông qua vi điều khiển Arduino Nano và cảm biến nhiệt độ DS18B20; kiểm chứng hoạt động đóng mở theo các dải nhiệt độ định trước.
  • Thời gian và địa điểm thực hiện: Thời gian thực hiện trong khoảng 4 tháng (hoàn thành vào tháng 02/2023) theo kế hoạch của Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh; thực hiện tại xưởng thực hành và tại nhà.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình tính toán

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết nhiệt động lực học và thủy lực học của hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức bằng nước trên ô tô. Cột áp, lưu lượng và công suất tổn hao của hệ thống được tính toán theo các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn của động cơ đốt trong:

  • Cường độ tuần hoàn của nước làm mát dao động trong khoảng $68 \div 245\text{ l/kWh}$ (tương đương $50 \div 180\text{ l/h}$ trên mỗi đơn vị mã lực), tần số tuần hoàn trung bình từ $7 \div 12\text{ lần/phút}$.
  • Cột áp làm việc toàn phần của bơm nước ly tâm dao động từ $0{,}05 \div 0{,}15\text{ MPa}$, tốc độ dòng nước trên đường ống dẫn vào bơm không vượt quá $2{,}5 \div 3\text{ m/s}$, công suất tiêu hao cho bơm chiếm từ $0{,}5% \div 1{,}0%$ công suất có ích của động cơ.
  • Áp suất làm việc của nắp két nước duy trì áp suất dư trong hệ thống từ $0{,}28 \div 1\text{ kg/cm}^2$ (hoặc van xả khí mở khi áp suất vượt $0{,}15 \div 0{,}125\text{ MN/m}^2$), giúp nâng nhiệt độ sôi của nước làm mát lên mức $108^\circ\text{C} \div 119^\circ\text{C}$; van chân không mở khi áp suất tụt xuống dưới áp suất khí quyển khoảng $0{,}095 \div 0{,}09\text{ MN/m}^2$.
  • Môi chất làm mát sử dụng hỗn hợp dung môi nước và chất chống đông Ethylene Glycol. Hỗn hợp tỉ lệ 50/50 có nhiệt độ đông đặc ở $-37^\circ\text{C}$ và nhiệt độ sôi ở $108^\circ\text{C}$; hỗn hợp 70% Ethylene Glycol hạ điểm đông đặc xuống $-64^\circ\text{C}$.

Phương pháp nghiên cứu

Tác giả áp dụng kết hợp hai phương pháp nghiên cứu chính:

  • Phương pháp thống kê, phân tích lý thuyết: Thu thập, phân loại, tổng hợp tài liệu chuyên ngành về hệ thống làm mát ô tô, nguyên lý các dòng van hằng nhiệt điện tử (công nghệ của Schaeffler, van poppet điều khiển bằng trục cam, van điều khiển lập trình và cơ cấu chấp hành thủy lực/điện).
  • Phương pháp thiết kế kỹ thuật và thực nghiệm: Tính toán thiết kế mạch điều khiển, lựa chọn cảm biến nhiệt độ số, module công suất và cơ cấu chấp hành cơ khí; lập trình giải thuật nhúng trên Arduino IDE; lắp ráp mô hình vật lý và vận hành thử nghiệm kiểm tra tính chính xác của các góc mở van theo các ngưỡng nhiệt độ môi chất.

Nguồn dữ liệu

Dữ liệu sử dụng trong đồ án bao gồm:

  • Giáo trình kỹ thuật động cơ đốt trong, tài liệu thiết kế hệ thống làm mát động cơ ô tô từ Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.
  • Bảng thông số kỹ thuật (datasheet) của các linh kiện điện tử: cảm biến DS18B20, vi điều khiển ATmega328P (Arduino Nano), mạch điều khiển cầu H L298N, động cơ bước NEMA 17 và màn hình tinh thể lỏng LCD.
  • Dữ liệu đo đạc thực nghiệm về nhiệt độ và góc quay của trục van trong quá trình gia nhiệt thử nghiệm.

Thiết kế và chế tạo mô hình van hằng nhiệt điện tử

Mô hình van hằng nhiệt điện tử được thiết kế theo cơ cấu van bướm xoay, kết hợp hệ thống đo lường và điều khiển tự động nhằm khắc phục độ trễ nhiệt của van sáp truyền thống.

Bộ phận / Module Thông số kỹ thuật chính Chức năng trong hệ thống
Vi điều khiển Arduino Nano Vi xử lý ATmega328P, tần số thạch anh 16 MHz, điện áp hoạt động 5V, 14 chân Digital I/O, 8 chân Analog. Thu nhận tín hiệu nhiệt độ, xử lý thuật toán logic và gửi tín hiệu xung điều khiển động cơ bước.
Cảm biến nhiệt độ DS18B20 Cảm biến kỹ thuật số 1-Wire, dải đo $-55^\circ\text{C} \div +125^\circ\text{C}$, độ chính xác $\pm 0{,}5^\circ\text{C}$ trong khoảng $-10^\circ\text{C} \div +85^\circ\text{C}$. Đo trực tiếp nhiệt độ nước làm mát tại vị trí đường nước ra khỏi động cơ.
Driver điều khiển L298N IC cầu H kép L298N, điện áp điều khiển 5V, điện áp tải $5\text{V} \div 35\text{V}$, dòng đỉnh 2A mỗi cầu. Khuếch đại công suất và điều khiển góc bước, chiều quay cho động cơ bước.
Động cơ bước NEMA 17 Động cơ lưỡng cực 4 dây, góc bước $1{,}8^\circ$/bước (200 bước/vòng), mô-men giữ tiêu chuẩn. Dẫn động trực tiếp trục van bướm để điều chỉnh góc mở cửa xả nước làm mát.
Màn hình hiển thị LCD Chuẩn giao tiếp song song/I2C, hiển thị ký tự chữ và số. Hiển thị nhiệt độ tức thời và trạng thái đóng/mở của van hằng nhiệt.
Cơ cấu van bướm Trục van, đĩa van xoay cơ khí, cổ nối đường ống nước làm mát. Điều tiết lưu lượng nước đi qua két tản nhiệt hoặc quay về đường nước tắt.

Nguyên lý hoạt động và giải thuật điều khiển của mô hình: Hệ thống giám sát liên tục nhiệt độ của môi chất thông qua cảm biến DS18B20 và phân loại chế độ hoạt động theo 3 ngưỡng nhiệt độ xác định:

  1. Trạng thái nhiệt độ thấp ($T < 82^\circ\text{C}$): Động cơ đang trong giai đoạn khởi động hoặc chưa đạt nhiệt độ vận hành tối ưu. Vi điều khiển điều khiển động cơ bước đóng kín hoàn toàn đĩa van bướm. Toàn bộ dòng nước làm mát tuần hoàn theo vòng tuần hoàn nhỏ (đi qua ống nối tắt quay về cửa hút của bơm), giúp động cơ nhanh chóng đạt nhiệt độ làm việc.
  2. Trạng thái nhiệt độ trung bình ($82^\circ\text{C} \le T \le 92^\circ\text{C}$): Động cơ hoạt động ở chế độ ổn định. Vi điều khiển phát tín hiệu xung điều khiển động cơ bước quay một góc xác định để mở một phần tiết diện van. Dòng nước làm mát được phân chia đồng thời qua cả hai nhánh: một phần qua két tản nhiệt (vòng tuần hoàn lớn) và một phần tiếp tục đi theo đường nối tắt về bơm.
  3. Trạng thái nhiệt độ cao ($T > 92^\circ\text{C}$): Động cơ làm việc ở phụ tải lớn hoặc nhiệt độ môi trường cao. Vi điều khiển kích hoạt động cơ bước xoay đĩa van sang vị trí mở cực đại (mở hoàn toàn $90^\circ$). Toàn bộ nước làm mát được dẫn qua két tản nhiệt để hạ nhiệt tối đa trước khi đưa trở lại làm mát động cơ.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương này trình bày tính cấp thiết của đề tài trong bối cảnh công nghệ ô tô hiện đại đang chuyển dịch sang việc tối ưu hóa mức tiêu hao nhiên liệu và giảm phát thải thông qua các cơ cấu chấp hành điện tử thông minh. Tác giả nêu rõ mục tiêu thiết kế, chế tạo mô hình van hằng nhiệt điện tử hoàn chỉnh, xác định đối tượng nghiên cứu là hệ thống quản lý nhiệt động cơ đốt trong và van điều khiển tự động, đồng thời phân định phạm vi thực hiện tại phòng thí nghiệm chuyên ngành và giới hạn phạm vi thử nghiệm ở dạng mô hình vật lý.

Chương 2: Tổng quan về hệ thống làm mát

Chương 2 cung cấp hệ thống lý thuyết toàn diện về các giải pháp làm mát động cơ đốt trong, bao gồm:

  • Phân loại hệ thống: So sánh chi tiết hệ thống làm mát bằng không khí (kiểu tự nhiên và kiểu cưỡng bức có quạt hướng trục) với hệ thống làm mát bằng nước (kiểu bốc hơi, kiểu đối lưu tự nhiên và kiểu tuần hoàn cưỡng bức). Trong hệ thống đối lưu tự nhiên, tốc độ dòng nước chỉ đạt $0{,}12 \div 0{,}19\text{ m/s}$ và lưu động nhờ độ chênh áp suất $\Delta p = \rho \cdot h \cdot \alpha \cdot \Delta t$ (với hệ số giãn nở thể tích của nước $\alpha = 0{,}00018\text{ m}^3/^\circ\text{C}$).
  • Hệ thống tuần hoàn cưỡng bức: Phân tích nguyên lý của hệ thống tuần hoàn một vòng kín (phổ biến trên ô tô nhờ khả năng tuần hoàn kín, hạn chế thất thoát nước), hệ thống một vòng hở và hệ thống hai vòng tuần hoàn kín - hở (thường ứng dụng cho động cơ tàu thủy).
  • Hệ thống làm mát nhiệt độ cao: Khảo sát các hệ thống làm mát ở nhiệt độ trên $100^\circ\text{C}$ (kiểu bốc hơi bên ngoài và kiểu tận dụng nhiệt của hơi nước kết hợp nhiệt khí thải), giúp tăng hiệu suất công tác của động cơ thêm $6% \div 7%$ (đưa hiệu suất động cơ từ $0{,}40 \div 0{,}42$ lên mức $0{,}46 \div 0{,}47$).
  • Kết cấu các bộ phận chính: Mô tả chi tiết cấu tạo ruột két nước bằng đồng thau hoặc hợp kim nhôm dạng ống dẹt kèm cánh tản nhiệt sóng; cấu tạo nắp két nước hai van (van áp suất và van chân không); các chủng loại bơm nước gồm bơm ly tâm, bơm piston, bơm bánh răng và bơm cánh hút; cấu tạo các loại van hằng nhiệt truyền thống (loại hộp xếp dùng chất lỏng bốc hơi và loại dùng chất rắn/sáp parafin giãn nở).

Chương 3: Tổng quan về van hằng nhiệt điện tử

Chương này tập trung phân tích sự khác biệt giữa cơ cấu điều khiển nhiệt truyền thống và công nghệ điều khiển nhiệt thông minh:

  • Đánh giá hạn chế của van sáp cơ khí: điểm đóng/mở cố định, phản ứng chậm với sự thay đổi tải trọng tức thời của động cơ, gây tổn thất ma sát khi động cơ vận hành ở phụ tải thấp và tăng nguy cơ quá nhiệt khi chịu tải nặng đột ngột.
  • Phân tích các giải pháp kỹ thuật van hằng nhiệt điện tử trên thế giới: mô-đun quản lý nhiệt của Schaeffler, kết cấu van poppet dẫn động bằng trục cam điều khiển điện, van điều khiển lập trình (programmable thermostat) tích hợp phần tử gia nhiệt bằng điện trở, cơ cấu van xoay dẫn động thủy lực và van dẫn động bằng động cơ bước.

Chương 4: Thiết kế, mô phỏng van hằng nhiệt điện tử

Tác giả trình bày quy trình tính toán và thiết kế chi tiết từng cụm chi tiết của mô hình:

  • Phương án thiết kế: Lựa chọn cơ cấu van bướm nhằm tối ưu hóa không gian lắp đặt, giảm khối lượng và đảm bảo lưu lượng dòng chảy lớn khi van mở hoàn toàn.
  • Lựa chọn thiết bị: Trình bày thông số kỹ thuật, sơ đồ chân và ưu điểm của vi điều khiển Arduino Nano, cảm biến nhiệt độ kỹ thuật số DS18B20, mạch cầu H L298N, động cơ bước NEMA 17 và màn hình hiển thị LCD.
  • Thiết kế sơ đồ nguyên lý và sơ đồ lắp ráp: Xây dựng mạch đấu nối điện hoàn chỉnh giữa vi điều khiển, cảm biến nhiệt độ, bộ điều khiển công suất L298N và các cuộn dây pha của động cơ bước.
  • Lập trình nhúng: Viết mã nguồn trên nền tảng Arduino IDE để đọc dữ liệu nhiệt độ từ DS18B20 qua giao thức 1-Wire, xử lý lọc nhiễu tín hiệu và phát lệnh điều khiển vị trí góc quay của động cơ bước theo 3 trạng thái đóng, mở một phần và mở hoàn toàn.

Chương 5: Thực nghiệm và đánh giá sản phẩm

Chương 5 ghi lại kết quả thử nghiệm mô hình trong điều kiện thực nghiệm:

  • Kiểm tra tính ổn định của mạch điều khiển và độ chính xác của cảm biến DS18B20 khi đo nhiệt độ nước gia nhiệt nhân tạo.
  • Ghi nhận trạng thái chuyển động của cánh van bướm tương ứng với các mức nhiệt: van đóng hoàn toàn khi nước dưới $82^\circ\text{C}$, cánh van xoay mở góc trung gian khi nhiệt độ đạt từ $82^\circ\text{C}$ đến $92^\circ\text{C}$, và mở cực đại khi nhiệt độ vượt quá $92^\circ\text{C}$.
  • Đánh giá thời gian đáp ứng và mức độ tin cậy của cơ cấu chấp hành trong các chu kỳ đóng mở lặp lại.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Tổng kết toàn bộ khối lượng công việc đã hoàn thành trong đồ án tốt nghiệp, chỉ ra các mặt hạn chế của sản phẩm chế tạo và đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm hoàn thiện mô hình trong các nghiên cứu tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

  • Chế tạo thành công mô hình phần cứng van hằng nhiệt điện tử cơ cấu van bướm dẫn động bằng động cơ bước NEMA 17, tích hợp module điều khiển vi xử lý Arduino Nano và cảm biến số DS18B20.
  • Xây dựng chương trình điều khiển hoạt động chính xác theo các ngưỡng nhiệt độ kỹ thuật của hệ thống làm mát động cơ ô tô:
    • Dưới $82^\circ\text{C}$: Van giữ vị trí đóng kín.
    • Từ $82^\circ\text{C} \div 92^\circ\text{C}$: Van mở góc trung gian điều tiết dòng chảy kép.
    • Trên $92^\circ\text{C}$: Van mở cực đại cho toàn bộ môi chất đi qua két tản nhiệt.
  • Hiển thị trực quan dữ liệu nhiệt độ môi chất và trạng thái góc mở của van trên màn hình LCD, hỗ trợ người vận hành theo dõi trực tiếp.

So sánh kỹ thuật giữa van cơ khí truyền thống và van điện tử chế tạo

Tiêu chí so sánh Van hằng nhiệt sáp truyền thống Mô hình van hằng nhiệt điện tử chế tạo
Nguyên lý kích hoạt Giãn nở nhiệt cơ học của sáp parafin Cảm biến điện tử DS18B20 + Vi điều khiển Arduino Nano
Cơ cấu chấp hành Lò xo và đĩa van nâng tịnh tiến Động cơ bước NEMA 17 dẫn động trục van bướm
Khả năng can thiệp ngưỡng nhiệt Cố định theo nhiệt độ nóng chảy của sáp Linh hoạt thay đổi qua việc nạp lại mã lập trình
Độ trễ phản ứng Phụ thuộc quán tính truyền nhiệt qua vỏ kim loại Phản ứng nhanh theo tín hiệu điện từ cảm biến
Khả năng giám sát Không có tín hiệu phản hồi Xuất dữ liệu số và hiển thị thời gian thực trên LCD

Đóng góp của đề tài

  • Chuyển đổi thành công cơ chế điều chỉnh nhiệt độ từ tác động thuần cơ học sang hệ thống điều khiển tự động có lập trình.
  • Cung cấp mô hình thiết bị dạy học trực quan phục vụ công tác giảng dạy lý thuyết và thực hành các môn học Hệ thống Điện - Điện tử Ô tô, Động cơ đốt trong tại Khoa Cơ khí Động lực.
  • Tạo nền tảng phần cứng và thuật toán cơ sở để sinh viên và nghiên cứu viên tiếp tục phát triển hệ thống quản lý nhiệt thông minh trên động cơ thực tế.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của mô hình

  • Đồ án mới dừng lại ở mức độ chế tạo mô hình thực nghiệm độc lập tại phòng thí nghiệm, chưa được lắp đặt và kiểm chứng độ bền trực tiếp trên động cơ đốt trong hoặc ô tô vận hành thực tế.
  • Khả năng làm kín cơ khí tại cổ van bướm khi van ở trạng thái đóng hoàn toàn chưa đạt tiêu chuẩn chịu áp suất cao và rung động khắc nghiệt như các chi tiết công nghiệp đúc nguyên khối.
  • Thuật toán điều khiển mới chỉ dựa trên một thông số đầu vào duy nhất là nhiệt độ nước làm mát, chưa tích hợp giao tiếp mạng CAN bus để nhận các tín hiệu phụ tải động cơ như tốc độ vòng tua (RPM), vị trí bướm ga (TPS) hoặc nhiệt độ khí nạp.

Hướng phát triển

  • Tối ưu hóa kết cấu cơ khí của thân van, nghiên cứu gia công bằng hợp kim nhôm đúc hoặc vật liệu chịu nhiệt, sử dụng gioăng làm kín chuyên dụng chịu được áp suất cao và môi trường ăn mòn của hóa chất làm mát.
  • Nâng cấp thuật toán điều khiển sang bộ điều khiển mờ (Fuzzy Logic) hoặc PID, kết nối giao tiếp với hộp điều khiển động cơ (ECU) thông qua mạng truyền thông CAN bus để điều chỉnh góc mở van tối ưu theo nhiều trạng thái vận hành của xe.
  • Thử nghiệm lắp đặt trên băng thử động cơ (dynamometer) để đo đạc chính xác mức độ giảm tiêu hao nhiên liệu và nồng độ khí thải độc hại khi ứng dụng van hằng nhiệt điện tử.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhóm đối tượng cụ thể:

  • Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô: Tham khảo cấu tạo chi tiết, phương pháp tính toán thủy lực của hệ thống làm mát động cơ đốt trong (Chương 2) và sơ đồ mạch điều khiển các cơ cấu chấp hành trên ô tô (Chương 4).
  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ điện tử, Tự động hóa: Tham khảo phương pháp tích hợp vi điều khiển Arduino Nano với driver L298N điều khiển động cơ bước và giao thức truyền thông 1-Wire của cảm biến nhiệt độ DS18B20 trong các mô hình điều khiển dòng chất lỏng.
  • Người nghiên cứu và giảng viên thực hành ô tô: Sử dụng tài liệu và bản vẽ sơ đồ nguyên lý để chế tạo các sa bàn, mô hình học cụ trực quan phục vụ bài giảng về hệ thống làm mát thông minh trên xe thế hệ mới.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống điều khiển trong đồ án sử dụng các ngưỡng nhiệt độ nào để thay đổi trạng thái van?
Mô hình được lập trình với 3 ngưỡng nhiệt độ rõ rệt: nhiệt độ dưới $82^\circ\text{C}$ van đóng hoàn toàn để động cơ hâm nóng nhanh; từ $82^\circ\text{C}$ đến $92^\circ\text{C}$ van mở một phần để điều tiết dòng nước qua cả hai vòng tuần hoàn; và trên $92^\circ\text{C}$ van mở hoàn toàn để giải nhiệt tối đa qua két nước.

2. Tại sao tác giả lại lựa chọn cơ cấu van bướm thay vì van poppet tịnh tiến như trên van truyền thống?
Cơ cấu van bướm xoay được lựa chọn do có cấu tạo gọn nhẹ, lực cản dòng chảy nhỏ khi mở hoàn toàn và rất thuận tiện để ghép nối đồng trục truyền động trực tiếp với trục quay của động cơ bước NEMA 17 thông qua khớp nối cơ khí.

3. Vì sao nắp két nước trong hệ thống làm mát cưỡng bức lại cần có hai van riêng biệt?
Nắp két nước gồm van áp suất (van hơi) và van chân không (van không khí). Van áp suất duy trì áp suất dư trong hệ thống từ $0{,}28 \div 1\text{ kg/cm}^2$, giúp nâng điểm sôi của nước làm mát lên $108^\circ\text{C} \div 119^\circ\text{C}$ để chống sôi bốc hơi. Van chân không cho phép không khí đi vào khi động cơ nguội (áp suất tụt thấp hơn áp suất khí quyển $0{,}095 \div 0{,}09\text{ MN/m}^2$), ngăn ngừa nguy cơ móp méo, bẹp vỡ két nước do chân không gây ra.

4. Động cơ bước NEMA 17 trong mô hình được điều khiển bởi mạch công suất nào và bước quay danh định là bao nhiêu?
Động cơ bước NEMA 17 trong mô hình được điều khiển thông qua module driver mạch cầu H kép L298N. Động cơ có góc bước danh định là $1{,}8^\circ$/bước, tương đương 200 bước cho một vòng quay hoàn chỉnh $360^\circ$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu, chế tạo van hằng nhiệt điện tử" của nhóm tác giả Lê Nguyễn Nhật Minh và Nguyễn Thanh Thuận (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) đã hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết về hệ thống làm mát động cơ đốt trong và các công nghệ van hằng nhiệt tiên tiến. Bằng việc kết hợp vi điều khiển Arduino Nano, cảm biến số DS18B20 và động cơ bước NEMA 17, đề tài đã thiết kế, chế tạo thành công mô hình van bướm điện tử có khả năng đóng mở chính xác theo các dải nhiệt độ $82^\circ\text{C}$ và $92^\circ\text{C}$. Đây là công trình thực nghiệm cơ điện tử có hàm lượng kỹ thuật cao, đáp ứng tốt yêu cầu làm mô hình học cụ trực quan và tạo tiền đề vững chắc cho việc phát triển hệ thống quản lý nhiệt thông minh trên động cơ ô tô thực tế.