CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Lí do chọn đề tài. Ngày nay, khi ngành công nghiệp ô tô đang phát triển ở trình độ rất cao, các kỹ sư, nhà khoa học và nhà thiết kế vẫn đang nỗ lực phát triển các công nghệ mới nhằm cải thiện các tính năng tiện nghi, lợi ích an toàn khi sử dụng, cũng như tính kinh tế, tiêu thụ nhiên liệu và bảo vệ môi trường để nâng cao. Trên ô tô được trang bị một số lượng lớn các hệ thống điện tử tự động để tăng sự thoải mái, an toàn cũng như tính kinh tế cho người dùng.
Van hằng nhiệt điện tử cũng là một những bộ phận điện tử đã được phát triển và sử dụng ở một số dòng xe trên thị trường để thay thế cho van hằng nhiệt truyền thống hiện nay. Van hằng nhiệt điện tử đã mang lại tính năng tốt hơn cho động cơ đốt trong nhưng vẫn chưa được phổ biến rộng rãi trên thị trường. Chính vì vậy, chúng em quyết định thực hiện đề tài “Nghiên cứu, chế tạo van hằng nhiệt điện tử”. Mục đích của đề tài.
- Thiết kế chế tạo mô hình van hằng nhiệt điện tử sử dụng các cảm biến và vi điều khiển. - Làm cơ sở nghiên cứu cho việc phục vụ giảng dạy và ứng dụng vào thực tế. - Nâng cao kiến thức về điện cũng như khả năng lập trình điện tử. - Đánh giá khả năng vận hành của hệ thống.
- Tạo điều kiện cho sinh viên tích lũy kinh nghiệm và kỹ năng thực hành, cũng như khả năng báo cáo, thuyết trình, làm việc nhóm được nâng cao. Tìm hiểu hệ thống làm mát của động cơ hiện nay và nghiên cứu về van hằng truyền thống và van hằng nhiệt điện tử sử dụng các cảm biến và vi điều khiển để thực hiện chế tạo van hằng nhiệt điện tử. Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp thống kê, phân tích: bao gồm thu thập, phân tích, xử lý, tổng hợp số liệu từ các tài liệu sưu tầm được và các kết quả nghiên cứu liên quan.
Phương pháp này được sử 22 dụng xuyên suốt trong quá trình thực hiện đề tài. Phương pháp tham khảo tài liệu, thu thập thông tin để đánh giá. Phạm vi nghiên cứu. - Tìm hiểu tổng quan, cơ sở lý thuyết về hệ thống làm mát trên động cơ ô tô.
- Tìm hiểu tổng quan, cơ sở lý thuyết, ưu nhược điểm van hằng nhiệt điện tử. - Thiết kế, thi công mô hình van hằng nhiệt điện tử ứng dụng các cảm biến và vi điểu khiển. - Thực nghiệm sản phẩm nghiên cứu, ứng dụng trên động cơ hoặc ô tô thực nghiệm. - Phân tích xử lí số liệu thực nghiệm, đánh giá sản phẩm chế tạo.
- Viết thuyết minh. 23 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT 2. Nhiệm vụ - Yêu cầu – Phân loại. Trong quá trình làm việc của động cơ, hỗn hợp nhiên liệu (nhiên liệu và không khí) cháy trong buồng đốt của động cơ tỏa ra với một nhiệt độ lớn khoảng 20000C÷ 25000C, nhiệt lượng sinh ra do nhiên liệu bị đốt cháy trong buồng đốt chuyển hóa thành công chỉ chiếm 23% ÷ 55%, còn lại sẽ theo khí thải và truyền cho các chi tiết xung quanh, những chi tiết tiếp xúc với khí cháy sẽ nóng lên và có nhiệt độ khá cao.
1: Nhiệt độ vận hành của các chi tiết động cơ. Khi nhiệt độ của các chi tiết cao gây ra các hậu quả xấu: - Làm giảm sức bền, độ cứng vững và tuổi thọ của chi tiết máy. - Làm giảm độ nhớt của dầu bôi trơn nên làm tăng hệ số ma sát gây tổn thất ma sát. - Gây bó kẹt chi tiết chuyển động do giãn nở nhiệt (bó kẹt pít-tông trong xi-lanh).
- Giảm hệ số nạp. - Làm xuất hiện các hiện tượng cháy không bình thường của động cơ xăng như: cháy kích nổ, cháy sớm, tự cháy. 24 Nếu động cơ hoạt động ở nhiệt độ quá thấp cũng không tốt vì khi đó độ nhớt của dầu bôi trơn tăng làm nó khó lưu động, gây tăng tổn thất ma sát và tổn thất cơ giới. Mặt khác, khi nhiệt độ xi-lanh thấp, nhiên liệu sẽ ngưng tụ trên bề mặt thành xi-lanh, làm hỏng màng dầu bôi trơn.
Nếu trong nhiên liệu có nhiều thành phần lưu huỳnh thì có thể kết hợp với nước ngưng tụ trên bề mặt thành xi-lanh tạo ra các axit và gây hiện tượng ăn mòn kim loại. Để đảm bảo độ bền của vật liệu chế tạo ra các chi tiết máy, đảm bảo độ nhớt của dầu bôi trơn ở giá trị có lợi, để giữ cho nhiệt độ cháy của nhiên liệu trong máy phù hợp mà không để xảy ra sự ngưng đọng của hơi nước trong xi-lanh… Người ra phải làm mát động cơ. Hệ thống làm mát của động cơ sẽ có nhiệm vụ sau: Khi động cơ nóng lên thì hệ thống làm mát sẽ truyền nhiệt ra môi trường xung quanh để làm mát động cơ. Ngược lại, khi động cơ còn lạnh thì hệ thống làm mát sẽ giúp động cơ nhanh đạt được nhiệt độ làm việc giúp cho động cơ luôn duy trì nhiệt độ làm việc thích hợp và ổn định, đạt được các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.
Ngoài ra còn dùng để điều khiển các hệ thống khác như: hệ thống sưởi ấm của hệ thống điều hòa không khí, hệ thống điều khiển tốc độ không tải. Yêu cầu - Tốc độ làm mát vừa đủ giữ cho nhiệt độ động cơ thích hợp. - Nếu làm mát bằng gió thì cánh tản nhiệt phải đảm bảo cho các xi-lanh được làm mát như nhau. - Nếu làm mát bằng nước phải đảm bảo đưa nước có nhiệt độ thấp đến vị trí có nhiệt độ cao.
- Kết cấu của hệ thống làm mát phải có khả năng xả hết nước khi súc rửa để sử dụng bảo quản dễ dàng. Phân loại Căn cứ vào môi chất làm mát, hiện nay động cơ sử dụng phổ biến 2 loại hệ thống làm mát là hệ thống làm mát bằng nước và hệ thống làm mát bằng không khí. Hệ thống làm mát bằng không khí được sử dụng phổ biến cho các động cơ mô tô, xe máy và một số động cơ ô tô chuyên dụng. Hệ thống làm mát bằng không khí kém hiệu quả hơn hệ thống làm mát bằng nước nên ít được sử dụng trên động cơ ô tô.
Hầu hết các động cơ đốt trong trên ô tô đều sử 25 dụng phương pháp làm mát bằng nước. Hệ thống làm mát bằng nước là hệ thống sử dụng môi chất làm mát có thành phần chính là nước. Hệ thống được phân biệt theo phương pháp tạo sự lưu thông của nước làm mát. Được chia thành 3 loại là: - Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi.
- Hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên. - Hệ thống làm mát kiểu tuần hoàn cưỡng bức. Theo số vòng tuần hoàn, hệ thống làm mát chia thành 2 loại: - 1 vòng tuần hoàn: Có hệ thống làm mát tuần hoàn kín và tuần hoàn hở. - 2 vòng tuần hoàn: Tương tự.
Mỗi kiểu làm mát đều có những ưu nhược điểm khác nhau và thích hợp cho từng điều kiện làm việc của từng động cơ. Hệ thống làm 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 nước và quạt làm mát. Hệ thống có thùng chứa nước làm mát (2) dùng để chứa nước và áo nước bao bọc xung quanh xi-lanh (8). 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 máy. Thùng nước được lắp với thân máy bằng các bu-lông.
Giữa thùng và thân máy có đệm làm kín nước. Sơ đồ kết cấu của hệ thống: 26 Hình 2. 2: Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi. 1- Thùng nhiên liệu; 2-Thùng nước; 3,4- Xu-páp; 5- Nắp xi-lanh; 6- Thân máy; 7- Piston; 8- Xi-lanh; 9- Thanh truyền; 10- Trục khuỷu; 11-Cacte dầu Nguyên lý làm việc: Khi động cơ làm việc, nhiệt trong buồng đốt sẽ truyền ra các chi tiết máy và truyền vào nước được bao bọc xung quanh buồng đốt.
Nước nhận nhiệt của buồng đốt sẽ sôi tạo thành bọt nước. Nước sôi có tỷ trọng nhỏ hơn sẽ nổi lên trên mặt thoáng của thùng chứa để bốc hơi ra ngoài khí trời. Nước nguội trong thùng chứa có tỉ trọng lớn hơn nên có xu hướng đi xuống dưới điền đầy vào chỗ nước nóng nổi lên, do đó tạo thành dòng đối lưu tự nhiên. - Ưu điểm: + Kết cấu đơn giản.
+ Do đặc tính lưu động đối lưu như đã nói ở trên nên hay dùng cho loại động cơ đốt trong kiểu xi-lanh nằm ngang, đặc biệt các động cơ trên các máy nông nghiệp cỡ nhỏ. - Nhược điểm: + Do làm mát bằng cách bốc hơi nên lượng nước trong thùng chứa sẽ giảm nhanh, do đó cần phải bổ sung nước thường xuyên và kịp thời nên không thích hợp với ô tô, máy kéo. + Do kiểu làm mát bốc hơi tự nhiên nên nguồn nước trong thùng giảm nhanh làm cho tiêu hao nước nhiều và mài mòn thành xi-lanh không đều. Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên.
Hệ thống bao gồm các áo nước bao bọc quanh xi-lanh (8). Nước làm mát được chứa trong két làm mát (3) và luân chuyển tuần hoàn với động cơ nhờ ống nước (1) và (5). Động cơ có thể trang bị thêm quạt gió (6) hoặc không. Trên két nước (3) có nắp két nước (4) dùng đậy kín két nước hoặc bổ sung nước làm mát.
Sơ đồ kết cấu của hệ thống : Hình 2. 3: Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên. 1,5- Ống dẫn nước ; 2- Gió làm mát; 3- Két nước ; 4- Nắp két nước; 6- Quạt gió, 7- Thân máy; 8- Xi-lanh; 9- Áo nước. Nguyên lý làm việc: Trong hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên, nước lưu động tuần hoàn nhờ sự chênh lệch áp lực giữa hai cột nước nóng và nguội.
Cột nước nóng trong động cơ và cột nước nguội trong trong két nước. Khi động làm việc, nhiệt độ từ buồng cháy tỏa ra làm cho nước nóng dần lên. Nước nóng có khối lượng riêng nhỏ hơn nên nổi lên trên theo đường dẫn ra khoang phía trên của két làm mát (3). Tại đây nước nóng được làm mát nhờ quạt (6) dẫn động bằng puly từ trục khuỷu của động cơ hút không khí qua két làm giảm nhiệt độ của nước trong két.
Nước sau khi tản nhiệt nên khối lượng riêng tăng và chìm xuống khoang dưới của két và sau đó đi vào làm mát cho 28 động cơ tạo thành một vòng tuần hoàn kín. Độ chênh áp lực được tính theo công thức sau: 𝛥𝑝 = 𝜌.