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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG 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 NƢỚC LÀM MÁT

Giảng viên hƣớng dẫn: TS. Nguyễn Văn Thuần
KS. Phạm Quang Tĩnh
Sinh viên thực hiện:

Đặng Hữu Phát

Mã số sinh viên:

57130413

Khánh Hòa - 2019


TRƢỜNG 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 NƢỚC LÀM MÁT

GVHD:

TS. Nguyễn Văn Thuần
KS. Phạm Quang Tĩnh

SVTH:

Đặng Hữu Phát

MSSV:

57130413

Khánh Hòa, tháng 07/2019


TRƢỜNG 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 nƣớc làm mát
Giảng viên hƣớng dẫn: TS. Nguyễn Văn Thuần và KS. Phạm Quang Tĩnh
Sinh viên ƣợc hƣớng dẫn: Đặng Hữu Phát
Khóa: 2015 – 2019
Lần KT

MSSV: 57130413

Ng nh: Cơng nghệ kỹ thuật Ơ tơ

Ng y

Nhận xét của GVHD

Nội dung

1

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

2

7/4/2019

3

10/5/2019 Thử nghiệm, điểu chỉnh

4

20/5/2019 Viết báo cáo

Lắp đặt thiết bị

Kiểm tra giữa tiến ộ của Trƣởng BM
Ngày kiểm tra: Đ Đánh giá công việc hồn thành: ……….%
……………...……

Đƣợc tiếp tục:

Khơng tiếp tục:

Ký tên
……………….

5
6
7
8
Nhận xét chung (sau khi sinh viên hoàn thành ĐA/KL):
……………………………………………………………………………………….…
……………………………………………………………………………………….…
Điểm h nh thức:……/10
Đồng ý cho sinh viên:

Điểm nội dung:......./10
Đƣợc bảo vệ:

Điểm tổng kết:………/10

Không đƣợc bảo vệ:

Khánh Hòa, ngày......., tháng......, năm.......
Cán bộ hƣớng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)


TRƢỜNG 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 ngƣời chấm:………………………………….
2. Sinh viên/ nhóm sinh viên thực hiện ĐA/KLTN

Họ và tên: Đặng Hữu Phát

MSSV: 57130413

Lớp: 57.CNOT-2

Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tơ

3. Tên ề t i: Nghiên cứu, chế tạo thiết bị điều khiển tự động quạt két nƣớc làm

mát
4. Nhận xét
-

H nh thức:...............................................................................................................

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
-

Nội dung:................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Điểm h nh thức:....../10

Điểm nội dung:....../10

Đồng ý cho sinh viên:

Đƣợc bảo vệ:

Điểm tổng kết:....../10
Khơng đƣợc bảo vệ:

Khánh Hịa, ngày.......,tháng.......,năm...........
Cán bộ chấm phản biện
(Ký và ghi rõ họ tên)


TRƢỜNG 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:

Thƣ ký:

Ủy viên:

2. Tên đề tài: Nghiên cứu, chế tạo thiết bị điều khiển tự động quạt két nƣớc 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, lƣu lốt, khơng q thời gian,…)

: ………

d) Trả lời các câu hỏi của ngƣời 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 hƣớng dẫn chỉ bảo tận t nh cho em có đƣợc định hƣớng, song các
thầy cịn góp ý bổ sung nhiều thiếu sót và chỉ những lỗi sai trong quá tr nh thực hiện

để em có thể hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp của m nh.
Em cũng xin chân thành cảm ơn Ban chủ nghiệm Khoa Kỹ thuật Giao thơng nói
chung và tồn thể q thầy trong Bộ mơn kỹ thuật ô tô đã tận t nh hƣớng dẫn, dạy dỗ
và trang bị cho em một nền tảng kiến thức chuyên môn quý báu để nắm rõ làm tốt đề
tài đƣợc 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!

vi


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
CHƢƠNG 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 phƣơng 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
CHƢƠNG 2 LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN CHẾ TẠO .................................................20
vii


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. Chƣơng tr nh điều khiển .................................................................................34
2.7. Lắp đặt hệ thống quạt tự động làm mát két nƣớc ..................................................35
2.7.1. Lắp đặt quạt với két nƣớc ...............................................................................35
2.7.2. Lắp đặt màn h nh LCD ...................................................................................35
2.7.3. Lắp đặt các thiết bị xử lý trung tâm ................................................................36
CHƢƠNG 3 THỬ NGHIỆM VÀ ĐIỀU CHỈNH .......................................................37

3.1. Thử nghiệm...........................................................................................................37
3.2. Điều chỉnh ............................................................................................................39
CHƢƠNG 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
viii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
H nh 1.1. Hệ thống làm mát bằng nƣớc kiểu bốc hơi [3] ...............................................4
H nh 1.2. Hệ thống làm mát bằng nƣớc kiểu đối lƣu tự nhiên [3]..................................5
H nh 1.3. Hệ thống làm mát bằng nƣớc loại tuần hoàn cƣỡng bức [3] ..........................6
H nh 1.4. Hệ thống làm mát bằng khơng khí sử dụng quạt gió [3] ................................7
H nh 1.5. Két nƣớc [3] ...................................................................................................9
H nh 1.6. Nắp két nƣớc [3] ..........................................................................................10
H nh 1.7. Van hằng nhiệt [3] .......................................................................................11
H nh 1.8. Bơm nƣớc [3] ...............................................................................................11
H nh 1.9. Áo nƣớc khoang lốc máy [3]........................................................................12
H nh 1.10. Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát [2] ..........................................................13
H nh 1.11. Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nƣớc 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 dƣơng [1] ....................................................................28
H nh 2.7. Module giao tiếp I2C [1]..............................................................................29
H nh 2.8 Quạt điện 12V [3] .........................................................................................29
ix


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. Chƣơng tr nh điều khiển của hệ thống .......................................................34
H nh 2.14. Quạt lắp với két nƣớc .................................................................................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

x

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

xi


PHẦN MỞ ĐẦU
Lời mở ầu
Ngày nay, khi xã hội ngày càng phát triển thói quen đi lại của con ngƣời cũng
đƣợc thay đổi, th ô tô đƣợc xem là phƣơng tiện thông dụng và đƣợc ƣa chuộng ở hầu
hết các nƣớc 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 nhƣ tất cả các hệ
thống trên một chiếc xe, từ hệ thống đơn giản có từ lâu đời nhƣ khởi động, cung cấp
điện, đánh lửa đến những hệ thống mới đƣợc nghiên cứu ứng dụng nhƣ phanh, lái,
treo, làm mát, cân bằng ESP….Với những tính năng này mà hầu hết các hãng ơ 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 nhƣ 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 nƣớc. Loại cảm biến này có
khả năng truyền tín hiệu đến ECU AUN, đo đƣợc nhiệt độ hiển thị ra màn h nh
LCD ngƣời lái có thể xử lý đƣợc.
- Bố trí, lắp đặt lên mơ 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 phƣơng 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 tốn và thiết kế
làm sao để tiết kiệm nhiên liệu và động cơ hoạt động cách tối ƣu nhất. Từ đó, các hệ
thống trên ơ tơ ngày càng đƣợc cải tiến và nâng cao chẳng hạn nhƣ hệ thống quạt tự
1


động làm mát két nƣớc, giúp cho ngƣời lái biết đƣợc 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. Nhƣng trong quá
tr nh nghiên cứu và thực hiện, do vốn kiến thức và thời gian hạn hẹp khơng thể tránh
khỏi những sai sót, kính mong q thầy và các bạn đồng học đóng góp ý kiến để đồ án
đƣợc bổ sung hồn thiện hơn nữa.
Nha Trang, ngày 14 tháng 1 năm 2019
Sinh viên thực hiện

Đặng Hữu Phát

2


CHƢƠNG 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 cịn lại tỏa ra mơi trƣờng bên ngồi qua các chi tiết tiếp xúc
với khí cháy tiếp nhận (xilanh, pit-tơng, nắp xilanh, các xupáp, vịi phun, xecmăng...),
mặt khác cũng có nhiệt lƣợng 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-tơng có thể tới 600°C,
nhiệt độ xupap thải tới 900°C ) sẽ gây ra nhiều tác hại nhƣ:
 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 bơi 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-tơng do hiện tƣợng giãn nở.
 Giảm hệ số nạp.
 Có thể gây ra hiện tƣợng kích nổ.
Nhƣng nếu động cơ đƣợc làm mát quá mức cần thiết cũng có những hậu quả xấu
nhƣ: hơi nhiên liệu bị ngƣng tụ và đọng bám trên các bề mặt chi tiết; độ nhớt của dầu
bôi trơn tăng làm khả năng lƣu động của nó giảm. Ngồi ra, cơng 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.

3

1.1.2. Yêu cầu
Để hệ thống làm mát hoạt động tốt, cần đảm bảo đƣợc một số yêu cầu sau:
 Truyền, dẫn nhiệt tốt.
 Dung dịch làm mát động cơ ít gây ăn mòn các chi tiết, bộ phận của hệ thống làm
mát.
 Khơng bị đóng băng ở nhiệt độ thấp.
 Không tạo cặn bám trên các thành vách, đƣờng 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 nƣớc và làm mát bằng khơng khí.
 Hệ thống l m mát bằng nƣớc
Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi
Hệ thống làm mát bằng nƣớc kiểu bốc hơi là loại đơn giản nhất. Hệ thống này
không cần bơm, quạt. Bộ phận chứa nƣớc có hai phần: phần khoang chứa nƣớc làm
mát của thân máy và phần thùng chứa nƣớc 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 nƣớc bốc hơi 3- Thùng nhiên liệu

4- Que thăm dầu

5- Hộp cacte chứa dầu

7- Xi lanh

8- Piston

9- Thân máy
4

6- Thanh truyền
10-Nắp xi lanh


Nguyên lý làm việc
Khi động cơ làm việc, tại những vùng nƣớc bao bọc chung quanh buồng cháy
nhận nhiệt của buồng cháy sẽ sôi tạo thành bọt nƣớc. Nƣớc sôi có tỉ trọng bé sẽ nổi lên
mặt thống của thùng chứa để bốc hơi ra ngồi khí trời. Nƣớc nguội trong thùng chứa
có tỉ trọng lớn nên có xu hƣớng đi xuống dƣới điền chỗ cho nƣớc nóng nổi lên, do đó
tạo thành dịng đối lƣu tự nhiên.
- Ƣu điểm của hệ thống làm mát bằng nƣớc kiểu bốc hơi:
+ Kết cấu đơn giản.
+ Do đặc tính lƣu động đối lƣu nhƣ đã nói ở trên nên hay dùng cho loại động cơ đặt
nằm dùng trong nông nghiệp.
- Nhƣợc điểm của hệ thống này là:
+ Do kiểu làm mát bốc hơi tự nhiên nên nguồn nƣớc trong thùng giảm nhanh làm
cho tiêu hao nƣớc 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, nƣớc lƣu động tuần hoàn nhờ sự chênh lệch áp
lực giữa hai cột nƣớc nóng và nguội mà khơng cần bơm. Cột nƣớc nóng trong động cơ
và cột nƣớc nguội trong thùng chứa hoặc trong két nƣớc (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

5- Đƣờng nƣớc ra két

6- Nắp két

7- Két nƣớc 8- Khơng khí làm mát

9- Quạt gió

10- Đƣờng nƣớc đi vào làm mát động cơ
5

4- Nắp xi lanh


Nguyên lý làm việc
Khi động cơ làm việc, nhiệt độ từ buồng cháy tỏa ra làm cho nƣớc nóng dần lên.
Nƣớc nóng có khối lƣợng riêng nhỏ nên nổi lên trên và đi ra ngoài qua két làm mát.
Tại đây nƣớc nóng đƣợc làm mát nhờ quạt (9) dẫn động bằng puli từ trục khuỷu của
động cơ hút khơng khí qua để tản nhiệt cho nƣớc. Nƣớc sau khi tản nhiệt nên khối
lƣợng riêng tăng và đi xuống phía dƣới két sau đó đi vào làm mát cho động cơ tạo
thành một vịng tuần hồn kín.
Hệ thống làm mát bằng nước loại tuần hoàn cưỡng bức
Trong rất nhiều hệ thống làm mát, nƣớc làm mát chảy từ bơm nƣớc 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 ngƣợc lại. Nƣớc làm mát chảy từ bơm nƣớc qua đầu xilanh và xuống thân
máy. Vị trí của van hằng nhiệt đƣợc bố trí tuỳ theo hƣớng chảy của nƣớc 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- Đƣờng nƣớc nóng ra khỏi động cơ

4- Van hằng nhiệt

5- Két nƣớc 6- Giàn ống của két nƣớc

7- Quạt gió

8- Ống nƣớc nối tắt về bơm

10- Bơm nƣớc

11- Ống phân phối nƣớc lạnh
6

9- Puli và đai truyền


Ngun lí làm việc
Nƣớc di chuyển một vịng quanh các ống và đƣờng dẫn trong động cơ. Khi nƣớc
di chuyển qua động cơ nóng, nó hút nhiệt và làm mát động cơ. Sau khi nƣớc rút ra
khỏi động cơ, nó di chuyển qua két nƣớc. Két nƣớc làm nhiệm vụ tản nhiệt từ nƣớc

thành dạng khí thốt ra ngồi mơi trƣờng.
Trong động cơ có những khoảng trống đƣợc gọi là áo nƣớc, nó bao bọc xung
quanh các xilanh và buồng đốt. Động cơ hoạt động dẫn động bơm nƣớc bơm tuần
hoàn dung dịch làm mát qua lớp áo nƣớc. Nƣớc làm mát hấp thu nhiệt và vận chuyển
tới bộ tản nhiệt. Dịng khơng khí chạy qua bộ tản nhiệt mang đi lƣợng 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 đƣợc lắp hệ thống làm mát này.
Thay v dùng nƣớc để làm mát, lốc máy đƣợc 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 ngồi
qua các lá nhơm này, làm mát động cơ (h nh 1.4).
Cấu tạo

Hình 1.4. Hệ thống làm mát bằng khơng khí sử dụng quạt gió [3]
1- Quạt gió

2- Cánh tản nhiệt
4- Vỏ bọc

3- Tấm hƣớng gió

5- Cửa thốt gió

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

7

Hệ thống sử dụng quạt gió khơng 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, nhƣng hiệu suất chuyển
đổi cơ năng thành điện năng vẫn không cao. Phần lớn năng lƣợng trong nhiên liệu
(khoảng 70%) đƣợc chuyển thành nhiệt và nhiệm vụ của hệ thống làm mát là phải xử
lý lƣợng nhiệt này.
Trên thực tế, hệ thống làm mát tản nhiệt từ động cơ ra ngồi mơi trƣờng. Ngồi
ra hệ thống làm mát cịn 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 thƣờng. Hiện tƣợng trên thƣờng
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 nhƣng do qn tính, pit-tơng khơng ngừng tức
khắc mà vẫn chuyển dịch. Do vậy, nịng xilanh sẽ bị xƣớc làm cơng suất xe yếu đi.
Ngày nay, các loại xe hiện đại đều đƣợc thiết kế máy ở nơi thoáng mát nhất và
yếm xe đƣợc cấu tạo để gió đƣợc thổi thẳng vào máy khi xe chạy. Các loại động cơ
đƣợc lắp phía sau nhƣ xe Scooter đều có quạt gió làm mát máy.
1.3.1. Nguyên lý cơ bản
Bên trong động cơ, nhiên liệu ln 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 khơng đƣợc nóng hơn
260°C. Nhiệt độ cao hơn là ngun nhân làm cấu trúc dầu bôi trơn bị phá vỡ, mất khả
năng bôi trơn. Các chi tiết động cơ khác cũng bị hƣ hỏng. Để phòng ngừa hiện tƣợng
này ngƣời ta phải sử dụng hệ thống làm mát để triệt tiêu một phần lƣợng nhiệt thừa,
khoảng 1/3 lƣợng nhiệt sinh ra trong buồng đốt.

Trong k cháy, một lƣợng nhiệt lớn thốt ra ngồi qua ống xả, nhƣng một lƣợng
nhiệt nhỏ tản ra ngồi qua động cơ, làm nóng động cơ. Động cơ hoạt động tốt nhất khi
nhiệt độ nƣớc làm mát là khoảng 200°F (93°C). Ở nhiệt độ này:
8


• Khoang cháy đủ nóng để làm cho nhiên liệu hóa hơi, tăng hiệu suất của k cháy và
giảm khí thải.
• Dầu bơi 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 cơng suất khi các bộ phận
của nó chuyển động.
• Các bộ phận bằng kim loại ít bị hao mịn.
Hệ thống làm mát giữ cho động cơ làm việc hiệu quả trong mọi điều kiện hoạt
động cũng nhƣ ở mọi tốc độ. Nó cũng giúp cho động cơ đạt đƣợc nhiệt độ làm việc
b nh thƣờng một cách nhanh nhất khi bắt đầu khởi động trong mùa đông giá rét. Và nó
cũng cung cấp nguồn nhiệt sƣởi ấm vào trong khoang hành khách.
1.3.2. Các bộ phận cấu th nh hệ thống l m mát ộng cơ
Két nước
Két nƣớc có tác dụng để chứa nƣớc truyền nhiệt từ nƣớc ra không khí để hạ
nhiệt độ của nƣớc và cung cấp nƣớc mát cho động cơ khi làm việc (h nh 1.5).

Hình 1.5. Két nước [3]
Để đảm bảo yêu cầu làm mát tốt nhất, két nƣớc đƣợc cấu tạo từ những đƣờng
ống nhỏ hẹp, xen lẫn là cái lá nhôm mỏng nhằm tăng hiệu quả tản nhiệt. Tùy theo các
yêu cầu khác nhau mà két nƣớc đƣợc các hãng xe thiết kế với kích thƣớc khác nhau.

9


Nắp két nước

Hệ thống làm mát đƣợc đóng kín và điều áp bằng một nắp két nƣớc làm mát.
Đóng kín làm giảm sự hao hụt nƣớc làm mát do bốc hơi, sự tăng áp làm tăng nhiệt độ
sôi của nƣớc làm mát do đó làm tăng hiệu quả làm mát. Nắp két nƣớc có hai van: Van
áp suất và van chân khơng (h nh 1.6).

Hình 1.6. Nắp két nước [3]
Khi nhiệt độ nƣớc làm mát tăng cao, áp suất trong két nƣớc làm mát tăng th van
áp suất sẽ tự động mở, giúp nƣớc làm mát chảy về b nh nƣớc phụ. Khi nhiệt độ nƣớc
làm mát tăng cao nhƣng áp suất trong két nƣớc thấp, van chân không sẽ tự động mở
nhằm hút nƣớc làm mát từ b nh nƣớc phụ về két nƣớc, đảm bảo hiệu quả làm mát cho
động cơ.
Van hằng nhiệt
Van hằng nhiệt hoạt động tùy theo nhiệt độ dùng để điều chỉnh nhiệt độ nƣớc
làm mát bằng cách điều khiển nƣớc làm mát đi từ động cơ đến két làm mát. Khi động
cơ mới hoạt động, van hằng nhiệt sẽ đóng, nƣớc làm mát chỉ đƣợc lƣu thông trong
động cơ, rút ngắn đƣợc thời gian hâm nóng động cơ, tiêu hao ít nhiên liệu hơn, giảm
đƣợc lƣợng khí xả. Sau khi hâm nóng động cơ, van hằng nhiệt đƣợc mở tự động nhằm
cho nƣớc làm mát đƣợc lƣu thông vào két nƣớc, giúp cho động cơ làm việc
ở mức nhiệt độ cho phép. Van hằng nhiệt đƣợc lắp trên đƣờng nƣớc giữa nắp xylanh
với b nh làm mát (h nh 1.7).

10


Hình 1.7. Van hằng nhiệt [3]
 Khi nhiệt độ nƣớc làm mát tăng lên 180-195°F (82-91°C), van hằng nhiệt bắt

đầu mở, để nƣớc chạy qua két nƣớc. Cùng thời điểm này, nƣớc làm mát lên tới
200 đến 218°F (93-103°C), van hằng nhiệt mở hoàn toàn.
Bơm nước

Bơm nƣớc là một loại bơm ly tâm đơn giản hoạt động bằng một dây đai nối với
trục khuỷu của động cơ. Khi động cơ hoạt động, nƣớc sẽ chuyển động theo một vòng
tròn. Bơm nƣớc sử dụng lực ly tâm để đẩy nƣớc hƣớng ra ngoài khi động cơ quay, làm
cho nƣớc liên tục bắn ra từ tâm máy. Ống nạp của bơm đƣợc đặt gần tâm máy. Do đó,
dịng nƣớc quay trở lại từ két nƣớc đập vào các cánh tuabin. Các cánh tuabin này đẩy
nƣớc hƣớng ra ngồi bơm (h nh 1.8).

Hình 1.8. Bơm nước [3]
1- Puly, 2- Then bán nguyệt, 3- Trục bơm, 4- Vú mỡ, 5- Vòng chặn , 6- Lị xo,
7- Bánh cơng tác, 8- Đai ốc, 9,10- Ổ bi, 11- Thân bơm, 12- Bulông
11


Áo nước
Lốc máy và mặt xilanh có nhiều đƣờng dẫn nƣớc. Những đƣờng dẫn này cho phép
nƣớc 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 nhƣng vẫn cần đƣợc làm mát. Nếu động cơ lâu không đƣợc làm mát th động
cơ sẽ bị kẹt. Khi đó, kim loại cũng đủ nóng để pittơng dính chặt vào xilanh. Tóm lại, nếu
khơng làm mát động cơ th nó sẽ bị hƣ 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
lƣợng nhiệt truyền từ khoang cháy sang các chi tiết kim loại khác của động cơ. Để làm
đƣợc việc này, thƣờng ngƣời ta lót một lớp gốm mỏng ở bên dƣới mặt xilanh. Gốm là
một chất cách nhiệt rất tốt nhờ đó lƣợng nhiệt truyền tới các chi tiết kim loại sẽ giảm
đi cịn lƣợng nhiệt thốt ra ngồi qua ống xả nhiều hơn.
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát có nhiệm vụ đo nhiệt độ của nƣớc làm mát
động cơ và truyền tín hiệu đến bộ xử lý trung tâm để tính tốn thời gian phun nhiên
liệu, góc đánh lửa sớm, tốc độ chạy khơng tải, …ở một số dịng xe, tín hiệu này cịn
đƣợc dùng để điều khiển hệ thống kiểm sốt khí xả, chạy quạt làm mát động cơ (h nh
1.10).

12


Hình 1.10. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát [2]
Cấu tạo
Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát có cấu tạo dạng trụ rỗng có ren ngồi, 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 đƣợc
làm bằng vật liệu bán dẫn nên có hệ số nhiệt điện trở âm. Khi nhiệt độ tăng điện trở
giảm và ngƣợc lại, khi nhiệt độ giảm th điện trở tăng. Các loại cảm biến nhiệt độ hoạt
động cùng nguyên lý nhƣng 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 đƣợc gửi đến
ECU động cơ trên nền tảng cầu phân áp.

13

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. Nhƣ vậy điện trở chuẩn và nhiệt điện trở trong cảm
biến tạo thành một cầu phân áp. Điện áp điểm giữa cầu đƣợc đƣa đến bộ chuyển đổi
tín hiệu tƣơng 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 đƣợc chuyển đổi thành một dãy xung vuông và đƣợc
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 phƣơng 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 thƣờng không sử dụng loại quạt chạy bằng
điện mà đƣợc 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 đƣợc điều khiển bởi cảm biến nhiệt
độ của luồng khơng khí đi qua két nƣớc (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 đƣợc điều khiển bằng cách điều chỉnh
lƣợng dầu trong buồng làm việc.

14