Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống làm mát ô tô điều khiển điện tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG LÀM MÁT
Ơ TƠ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ

Giảng viên hướng dẫn: ThS. Mai Sơn Hải
TS. Nguyễn Văn Thuần
Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Văn Đăng
Võ Duy Vương

Mã số sinh viên:

58131889
58132056

Khánh Hòa – 2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG LÀM MÁT Ơ TƠ
ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ

GVHD:

ThS. Mai Sơn Hải
TS. Nguyễn Văn Thuần

SVTH:

Nguyễn Văn Đăng
Võ Duy Vương

MSSV:

58131889
58132056

Khánh Hòa – 2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Khoa: Kỹ thuật Giao thông
PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
(Dùng cho CBHD và nộp cùng báo cáo ĐATN của sinh viên)
Tên đề tài: Nghiên cứu, chế tạo mơ hình hệ thống làm mát điều khiển điện tử
Giảng viên hướng dẫn:

ThS. Mai Sơn Hải

TS. Nguyễn Văn Thuần

Sinh viên được hướng dẫn: Nguyễn Văn Đăng

MSSV: 58131889

Võ Duy Vương
Khóa: 2016 – 2020

58132056

Ngành: Kỹ thuật Ơ tơ

Lần KT

Ngày

Nội dung

1

9/3/2020

2

15/3/2020 Lắp đặt thiết bị

3

20/3/2020 Thử nghiệm, điều chỉnh

4

1/4/2020

Nhận xét của GVHD

Chuẩn bị thiết bị, làm khung.

Viết báo cáo
Kiểm tra giữa tiến độ của Trưởng BM

Ngày kiểm tra: Đ Đánh giá cơng việc hồn thành: ……….%
……………...……

Được tiếp tục:

Không tiếp tục:

Ký tên
……………….

5
6
7
8
Nhận xét chung (sau khi sinh viên hồn thành ĐA/KL):
……………………………………………………………………………………….…
……………………………………………………………………………………….…
Điểm hình thức:……/10

Đồng ý cho sinh viên:

Điểm nội dung:......./10
Được bảo vệ:

Điểm tổng kết:………/10

Khơng được bảo vệ:

Khánh Hịa, ngày......., tháng......, năm.......
Cán bộ hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
i


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Khoa: Kỹ thuật Giao thông
PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho cán bộ chấm phản biện)
1. Họ tên người chấm:………………………………….
2. Sinh viên/ nhóm sinh viên thực hiện ĐATN

Họ và tên: Nguyễn Văn Đăng

MSSV: 58131889

Võ Duy Vương
Lớp: 58.CNOT-3

58132056

Ngành: Kỹ thuật Ơ tơ

3. Tên đề tài: Nghiên cứu, chế tạo mơ hình hệ thống làm mát điều khiển điện tử
4. Nhận xét
-

Hình thức:...............................................................................................................

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

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

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Điểm hình thức:....../10

Điểm nội dung:....../10

Đồng ý cho sinh viên:

Được bảo vệ:

Điểm tổng kết:....../10
Không được bảo vệ:

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

ii


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Khoa: Kỹ thuật Giao thông
PHIẾU CHẤM CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ ĐATN
(Dùng cho thành viên Hội đồng bảo vệ ĐATN)
1. Họ tên thành viên HĐ:..................................................................................................

Chủ tịch:

Thư ký:

Ủy viên:

2. Tên đề tài: Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống làm mát điều khiển điện tử
3. Họ tên sinh viên thực hiện:

(1) Nguyễn Văn Đăng

MSSV: 58131889

(2) Võ Duy Vương

58132056

4. Phần đánh giá và cho điểm của thành viên hội đồng (theo thang điểm 10)
a) Hình 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) Trình bày (đầy đủ, ngắn gọn, lưu lốt, khơng q 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 điểm trên:……./10 (làm tròn đến 1 số lẻ)
Cán bộ chấm điểm
(Ký và ghi rõ họ tên)

iii


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên cho chúng em chân thành gửi lời cảm ơn tới quý Thầy, Cô của Khoa
Kỹ Thuật Giao Thơng nói chung và bộ mơn Kỹ Thuật Ơ tơ nói riêng của trường Đại
Học Nha Trang. Trong q trình học tập đã ln dành cho chúng em những điều kiện
thuận lợi tốt nhất, luôn truyền đạt và trang bị cho chúng em đầy đủ kiến thức để có thể
thực hiện đề tài tốt nghiệp này cũng như hỗ trợ cho công việc sau này của chúng em.
Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn thầy TS. Nguyễn Văn Thuần và Th.S Mai
Sơn Hải đã dành nhiều thời gian hướng dẫn chỉ bảo cho chúng em có được định hướng
tốt nhất trong quá trình thực hiện đề tài.
Sau cùng chúng 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 đề tài tốt
nghiệp.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

iv


PHỤ LỤC
Trang
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ...............................................................
PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP ....................... i
PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .............................................................ii
PHIẾU CHẤM CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ ĐATN .................................................. iii
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ iv
PHỤ LỤC .................................................................................................................... v
DANH MỤC HÌNH ẢNH ......................................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. ix
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................... x
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. Giới thiệu tổng quan về hệ thống làm mát ............................................................. 3
1.2. Nhiệm vụ, yêu cầu của hệ thống làm mát .............................................................. 3
1.2.1. Nhiệm vụ ........................................................................................................... 3
1.2.2. Yêu cầu .............................................................................................................. 4
1.3. Phân loại hệ thống làm mát ................................................................................... 5
1.3.1. Hệ thống làm mát bằng khơng khí ...................................................................... 5
1.3.2. Hệ thống làm mát bằng nước.............................................................................. 6
1.4. Nguyên tắc hoạt động của hệ thống làm mát ....................................................... 10
1.5. Các bộ phận của hệ thống làm mát ...................................................................... 11

CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHẾ TẠO MÔ HÌNH .................................... 19
2.1. Lựa chọn mạch điều khiển .................................................................................. 19
2.1.1. Arduino Nano V3 ............................................................................................. 20
2.1.2. Arduino Uno R3............................................................................................... 21
2.1.3. Arduino Pro Mini ............................................................................................. 23
2.2. Lựa chọn màn hình LCD ..................................................................................... 24
v


2.3. Lựa chọn cảm biến .............................................................................................. 25
2.3.1. Cảm biến nhiệt độ DS18B20 ............................................................................ 26
2.3.2. Cảm biến nhiệt độ LM75 ................................................................................. 26
2.4. Lựa chọn quạt điện.............................................................................................. 28
2.5. Lựa chọn các linh kiện điện tử phụ...................................................................... 28
2.5.1. Bộ mã hóa vịng quay AB 400 xung ................................................................. 28
2.5.2. Mạch hạ áp....................................................................................................... 29
2.6. Lựa chọn các thiết bị khác................................................................................... 30
2.6.1. Bơm nước ........................................................................................................ 30
2.6.2. Dụng cụ đun nước ............................................................................................ 31
2.7. Lập trình hệ thống xử lý ...................................................................................... 31
2.7.1. Sơ đồ mạch điện tử và sơ đồ hệ thống làm mát................................................. 31
2.7.2 Nguyên lý hoạt động tồn hệ thống ................................................................... 33
2.7.3 Chương trình điều khiển của hệ thống ............................................................... 33
2.8. Quy trình lắp đặt hệ thống ................................................................................... 35
2.8.1. Lắp đặt két làm mát và quạt ............................................................................. 35
2.8.2. Lắp đặt bộ mã hóa vịng quay AB .................................................................... 35
2.8.3. Lắp đặt các thiết bị xử lý chung của hệ thống ................................................... 36
2.8.4. Lắp đặt màn hình LCD ..................................................................................... 36
2.8.5. Lắp đặt bảng mạch điều khiển .......................................................................... 37
2.8.6. Lắp đặt bơm nước ............................................................................................ 38

2.8.7. Lắp đặt bình chưa nước và dụng cụ đun nước .................................................. 38
CHƯƠNG 3. THỬ NGHIỆM VÀ ĐIỀU CHỈNH ...................................................... 39
3.1. Thử nghiệm......................................................................................................... 39
3.1.1. Yêu cầu trước khi thử nghiệm .......................................................................... 39
3.1.2. Quy trình thử nghiệm ....................................................................................... 39
3.2. Điều chỉnh .......................................................................................................... 42
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................. 42
4.1. Kết luận .............................................................................................................. 44
4.2. Khuyến nghị ....................................................................................................... 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 45
PHỤ LỤC PHỤ ......................................................................................................... 46
vi


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Hệ thống làm mát bằng khơng khí sử dụng quạt gió ..................................... 5
Hình 1.2. Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi.................................................... 6
Hình 1.3. Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên ...................................... 7
Hình 1.4. Hệ thống làm mát bằng nước loại tuần hồn cưỡng bức ............................... 8
Hình 1.5. Hệ thống làm mát tuần hồn cưỡng bức hai vịng ......................................... 9
Hình 1.6. Két làm mát ................................................................................................ 12
Hình 1.7. Nắp két làm mát ......................................................................................... 12
Hình 1.8. Bơm nước .................................................................................................. 13
Hình 1.9. Van hằng nhiệt ........................................................................................... 14
Hình 1.10. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát .............................................................. 15
Hình 1.11. Sơ đồ mạch cảm biến ............................................................................... 16
Hình 1.12. Áo nước ................................................................................................... 16
Hình 1.13. Quạt khớp chất lỏng ................................................................................. 17
Hình 1.14. Hệ thống quạt làm mát chạy điện ............................................................. 18
Hình 2.1. Sơ đồ khối của hệ thống ............................................................................. 19

Hình 2.2. Arduino Nano V3 ....................................................................................... 20
Hình 2.3. Bảng mạch Arduino Uno R3 ...................................................................... 22
Hình 2.4. Bảng mạch Arduino Pro Mini..................................................................... 23
Hình 2.5. Màn hình LCD 18062 nền xanh lá .............................................................. 24
Hình 2.6. Module giao tiếp I2C.................................................................................. 25
Hình 2.7. Cảm biến nhiệt độ DS18B20 ...................................................................... 26
Hình 2.8. Cảm biến nhiệt độ LM75 ............................................................................ 27
Hình 2.9. Quạt điện 12V ............................................................................................ 28
Hình 2.10. Bộ mã hóa vịng quay AB 400 xung ......................................................... 29
Hình 2.11. Mạch hạ áp ............................................................................................... 30
Hình 2.12. Bơm nước nóng 8L 3M G12-ZYB ........................................................... 30
Hình 2.13. Dụng cụ đun nước .................................................................................... 31
Hình 2.14. Sơ đồ khối mạch điều khiển ..................................................................... 31
Hình 2.15. Sơ đồ khối hệ thống làm mát .................................................................... 33
Hình 2.16. Chương trình điều khiển mạch điều khiển ................................................ 34
vii


Hình 2.17. Két làm mát khi được lắp lên mơ hình ...................................................... 35
Hình 2.18. Quạt làm mát được lắp sau két nước ......................................................... 35
Hình 2.19. Bộ mã hóa vịng quay AB khi lắp lên mơ hình ......................................... 36
Hình 2.20. Mạch điều khiển ....................................................................................... 36
Hình 2.21. Màn hình LCD lắp trên hộp đen ............................................................... 37
Hình 2.22. Hình ảnh bên trong của LCD .................................................................... 37
Hình 2.23. Bảng mạch điều khiển .............................................................................. 37
Hình 2.24. Bơm nước ................................................................................................ 38
Hình 2.25. Bên ngồi và bên trong của bình chứa nước ............................................. 38
Hình 3.1. Mạch khi được cấp nguồn .......................................................................... 39
Hình 3.2. Bảng mạch điều khiển ................................................................................ 40
Hình 3.3. Màn hình LCD khi mới cấp nguồn ............................................................. 41

Hình 3.4. Màn hình LCD hiển thị nhiệt độ nước ở điều kiện 1 ................................... 41
Hình 3.5. Màn hình LCD hiển thị nhiệt độ nước ở điều kiện 2 ................................... 42
Hình 3.6. Đầu cắm rắc nguồn ..................................................................................... 42
Hình 3.7. Chọn Port khi kết nối mạch với arduino ..................................................... 43
Hình 3.8. Màn hình nối tiếp ....................................................................................... 43

viii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Bảng thông số kỹ thuật của Arduino nano V3 ............................................ 21
Bảng 2.2. Bảng thông số kỹ thuật của Arduino Uno R3 ............................................. 22
Bảng 2.3. Chân kết nối I2C với Arduino Nano V3 ..................................................... 25
Bảng 2.4. So sánh cảm biến DS18B20 và LM75 ........................................................ 27
Bảng 2.5. Kết nối chân cảm biến với mạch điều khiển ............................................... 32
Bảng 2.6. Kết nối chân Module I2C với mạch điều khiển .......................................... 32
Bảng 2.7. Kết nối chân Encoder AB với mạch điều khiển .......................................... 32

ix


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ECT (Engine Coolant TEmperature): cảm biến nhiệt độ nước làm mát
ADC (Analog to Digital converter): bộ chuyển đổi
LCD (Liquid Crystal Display): màn hình tinh thể lỏng
SDA (Serial Data line): chân đường dữ liệu
SCL (Serial clock line): chân đường xung nhịp
GND (Ground): chân mass
Vcc (Voltage colector to colector): điện thế cực dương

x


PHẦN MỞ ĐẦU
Lời mở đầu
Ngày nay, khi xã hội ngày càng phát triển thói quen đi lại của con người cũng
được thay đổi thì ơ tơ là phương tiện thơng dụng và được nhiều người ưa chuộng nhiều
nhất ở hầu hết các nước. Cùng với sự phát triển của kỹ thuật, ngành Ơ tơ cũng khơng
ngừng đưa đến cho người tiêu dùng nhiều công nghệ mới, tiện nghi, hiện đại hơn.
Ở Việt Nam, ngành Ơ tơ ngày càng phát triển nhưng vẫn còn khá nhiều hạn chế.
Tuy vậy, với sự phát triển khơng ngừng của thế giới thì ở Việt Nam cũng có nhiều
cơng ty đã dần đưa các cơng nghệ hiện đại, tiên tiến ứng dụng vào chế tạo và lắp ráp ơ
tơ, điển hình đó là Vinfast.
Tại Trường Đại Học Nha Trang, những năm gần đây bộ môn Kỹ Thuật Ơ tơ của
Khoa Kỹ Thuật Giao Thơng đã có nhiều đổi mới về cơng tác phục vụ giảng dạy. Bộ
mơn đã đưa vào giảng dạy nhiều mơ hình và tài liệu hiện đại và tiên tiến giúp cho sinh
viên có điều kiện tiếp xúc và học tập tốt nhất. Bên cạnh đó, bộ mơn cũng đưa ra nhiều
đề tài nhằm cho sinh viên tham gia để tạo ra nhiều mơ hình tốt và giúp ích cho cơng
việc giảng dạy. Nhận thấy đây là việc cần thiết và quan trọng thì chúng em đã định
hướng và thực hiện đồ án “Nghiên cứu chế tạo mơ hình hệ thống làm mát ơ tơ điều
khiển điện tử”.
Mục tiêu
- Mơ hình hệ thống làm mát điểu khiển được 2 điều kiện nhiệt độ (85C≤
t<95C và t≥95C)
- Màn hình LCD hiện thị được 2 thơng số đó là nhiệt độ của nước và số vòng
quay của quạt.
- Quạt điện quay theo 2 chế độ của 2 điều kiện nhiệt độ nước.
- Nhiệt độ của nước cả 2 điều kiện sẽ xuống dưới 85C trong cùng một thời gian.
Nội dung thực hiện

1. Tổng quan 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 đề tài
1


Các hệ thống làm mát trên ô tô ngày càng được phát triển, cải tạo và nâng cao.
Trong đó có hệ thống làm mát sử dụng quạt tự động làm mát két nước quay ở 2 chế độ
khác nhau. Thì với mơ hình này, chúng em muốn đưa đến người xem mô phỏng về hệ
thống làm mát ô tô điều khiển điện tử sử dụng quạt ở 2 chế độ.
Sau khi thực hiện đồ án, chúng em đã hoàn thành nội dung của đề tài đưa ra.
Nhưng trong quá trình nghiên cứu và thực hiện thì do kiến thức cịn hạn hẹp nên
khơng thể tránh khỏi những sai sót. Kính mong quý Thầy, các bạn sinh viên đóng góp
ý kiến để đồ án được bổ sung và cải thiện tốt hơn.
Nha Trang, Ngày

Tháng

Năm 2020

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Đăng

2

Võ Duy Vương

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

1.1. Giới thiệu về hệ thống làm mát
Trong thời gian hoạt động của động cơ muốn hoạt động êm ái và hiệu quả điều
đầu tiên phải địi hỏi tính ổn định của động cơ, các quá trình truyền nhiệt xilanh của
động cơ, các q trình nạp xả khí của phần phân phối khí, hệ thống đánh lửa đối với
động cơ xăng và bôi trơn các thành phần cấu tạo trên giúp xe có thể nổ được nhưng
hoạt động êm ái và có bền bỉ được khơng thì chưa nói trước được chính vì vậy phải có
thêm hệ thống làm mát. Khi hỗn hợp nhiên liệu (nhiên liệu và không khí) cháy trong
buồng đốt của động cơ tỏa ra với một nhiệt độ lớn khoảng 600oC hoặc nhiệt độ có thể
cao hơn, chỉ có 25% sẽ được chuyển hóa thành cơng, phần cịn lại là hao tổn sẽ được
tỏa ra bên ngồi qua các chi tiết tiếp xúc với khí cháy (xilanh, piston, nắp xupap, vòi
phun, xéc măng…) thêm vào đó là nhiệt lượng chính bản thân sự ma sát của piston vào
thành xilanh cũng sinh ra nhiệt lớn, cộng hưởng các nhiệt đó lại với nhau thì sẽ sinh ra
một lượng nhiệt vượt giới hạn cho phép của các chi tiết [1].
Bởi vậy, hệ thống làm mát được sinh ra để làm giảm nhiệt độ ở các bề mặt sinh
nhiệt để tăng tuổi thọ của các chi tiết giúp động cơ bền bỉ hơn, hiệu suất động cơ cao
hoặc động cơ làm việc ổn định, tránh sự hư hại các chi tiết trong động cơ như bó kẹt
piston và xéc măng, gây xước bạc lót, các ổ đỡ và dầu nhớt nóng q sẽ mất đi tính
chất nhờn của nó. Ngược lại, nếu nhiệt độ các chi tiết trong động cơ q thấp thì nhiên
liệu sẽ khó bốc hơi làm q trình cháy xảy ra khó và q trình bôi trơn kém. Các
phương pháp thường được sử dụng là làm mát bằng khơng khí (lấy khí tự nhiên), làm
mát bằng chất lỏng để duy trì nhiệt độ trong khoảng 80 đến 95oC giúp động cơ hoạt
động ổn định và tiết kiệm nhiên liệu nhất [2].
1.2. Nhiệm vụ, yêu cầu của hệ thống làm mát
1.2.1. Nhiệm vụ
Động cơ đốt trong làm việc hiệu quả ở một nhiệt độ nhất định nào đó. Trong
khi động cơ vận hàng, nhiên liệu được đốt cháy trong xilanh với tần suất tới trên 50
lần trong mỗi giây, nhiệt độ lớn nhất ở trong các xilanh có chỗ đạt đến 2200oC hoặc
hơn [2].

Do vậy, nhiệm vụ của hệ thống làm mát là:
3


Nhiệm vụ của hệ thống làm mát được trình bày trong tài liệu tham khảo [1].
 Động cơ nóng hệ thống có nhiệm vụ giải nhiệt cho động cơ.
 Duy trì nhiệt độ làm việc thích hợp nhất phù hợp với mọi chế độ tải trọng của
động cơ.
 Đảm bảo động cơ sẽ vẫn hoạt động bình thường và ổn định trong bất kỳ điều
kiện gì.
 Khi động cơ đang lạnh hệ thống làm mát phải có nhiệm vụ giữ nhiệt cho động
cơ và đến nhiệt độ thích hợp thì mở van hằng nhiệt để có thể giải nhiệt cho động cơ.
 Với thiết kế của hệ thống làm mát để đảm bảo tạo ra một môi trường nhiệt độ
ổn định ở mức cho phép.
Khi động cơ không được làm mát hoặc làm mát khơng đủ thì sẽ dẫn đến nhiều tác
hại như sau:
 Dầu bôi trơn khi nhiệt độ cao quá sẽ làm mất đi tính nhờn cho nên tính chất làm
giảm ma sát giữa các bề mặt cũng mất đi.
 Các chi tiết trong động cơ nóng lên và độ giản nở của các chi tiết cũng không
đều nhau gây kẹt piston, cháy xupap, cam cò, xước trục khuỷu và một số chi tiết khác.
 Các chi tiết nằm trong ngưỡng chịu đựng nhiệt lâu ngày sẽ giảm sức bền, giảm
độ cứng và tuổi thọ sẽ đi xuống theo thời gian.
 Đường ống nạp nóng lên sẽ làm cho khí nạp nóng và bóc hơi làm cho q trình
cháy sẽ khơng tốt.
1.2.2. u cầu
Để hệ thống làm mát hoạt động tốt thì cần đạt được những yêu cầu sau:
Phần này được trình bày trong tài liệu tham khảo [1].
 Phải duy trì nhiệt độ thích hợp cho động cơ.
 Dung dịch làm mát khơng gây mịn các chi tiết và bộ phận của hệ thống làm
mát.

 Hệ thống làm mát phải kín, ít bay hơi và hao hụt trong khi hoạt động.
 Tránh sự tạo ra bọt khí trong hệ thống.
 Làm việc ổn định ở nhiệt độ cao và cả nhiệt độ thấp.
 Tránh sự đông đặc ở nhiệt độ thấp.
 Dung dịch làm mát không tạo thành cặn bẩn bám trên đường ống và vách ngăn.
4


1.3. Phân loại hệ thống làm mát
Hiện nay động cơ sử dụng phổ biến hai loại hệ thống làm mát là hệ thống làm
mát bằng nước và hệ thống làm mát bằng khơng khí. Dưới đây là phần trình bày về hai
hệ thống làm mát ở trên để chúng ta hiểu rỏ hơn [2].
1.3.1. Hệ thống làm mát bằng không khí
Hệ thống làm mát bằng khơng khí đa phần sẽ được lắp đặt trên một số động cơ
cỡ nhỏ, động cơ xe máy hoặc một số động cơ ô tô làm việc thường xuyên trong vùng
thiếu nước, xa mạc,…
Hệ thống làm mát bằng khơng khí chủ yếu gồm có quạt gió, hộp chắn hướng
luồng gió và cánh tản nhiệt ở phía ngồi và nắp xilanh. Những động cơ làm mát bằng
khơng khí quanh xilanh được làm các cánh tản nhiệt để tăng tiết diện tiếp xúc với
khơng khí, đồng thời truyền nhiệt từ buồng đốt ra ngoài động cơ được nhanh hơn.
Khoảng cách giữa các tấm tản nhiệt khoảng từ 2-4mm hoặc lớn hơn, chúng nằm theo
phương vng góc với đường tâm của các xylanh.
Hệ thống làm mát bằng không khí có cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ, hiệu quả làm
mát khơng được cao (hình 1.1).

Hình 1.1. Hệ thống làm mát bằng khơng khí sử dụng quạt gió
Ngun lý làm việc:
Khi động cơ làm việc, thân máy với các cánh tản nhiệt bao bên ngoài sẽ truyền
lượng nhiệt từ bên trong buồng đốt ra ngồi mơi trường. Nhờ vỏ xe với thiết kế hướng
gió vào các cánh tản nhiệt và cánh tản nhiệt có diện tích tiếp xúc với khơng khí lớn khi

5


gió được thổi vào các cánh tản nhiệt tạo ra các luồng gió xoắn nên tốc độ làm mát
được tăng cao. Hệ thống sử dụng quạt gió khơng chỉ tăng tốc độ làm mát mà còn đảm
bảo làm mát đồng đều hơn [4].
1.3.2. Hệ thống làm mát bằng nước
Trong hệ thống này, nước hoặc các dung dịch chuyên dụng được dùng làm môi
chất trung gian tản nhiệt khỏi các chi tiết. Tùy thuộc vào tính chất chuyển động của
nước trong hệ thống làm mát mà người ta chia thành các loại: kiểu bốc hơi, kiểu đối
lưu tự nhiên và kiểu tuần hoàn cưỡng bức.
 Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi
Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi là loại đơn giản nhất khơng cần bơm nước, quạt
gió. Bộ phận chứa nước bao gồm khoang chứa nước làm mát của thân máy và thùng
chứa nước bốc hơi lắp ở trên thân máy hoặc trên nắp. Hệ thống này thường được dùng
trên động cơ cỡ nhỏ (hình 1.2).

Hình 1.2. Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi
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

10-Nắp xi lanh

9- Thân máy

Nguyên lý làm việc:
Khi động cơ làm việc nước ở áo nước xung quanh buồng đốt sẽ nóng dần lên và
sơi. Nước sơi có tỷ trọng nhỏ hơn so với nước nguội nên sẽ nổi lên trên của thùng chứa
nước để bốc hơi ra ngồi. Nước nguội có tỷ trọng lớn hơn nên chìm xuống dưới điền
đầy chỗ nước nóng đã nổi lên tạo thành sự đối lưu tự nhiên.
6


Ưu điểm:
+ Kết cấu của hệ thống đơn giản.
Nhược điểm:
+ Do làm mát kiểu bốc hơi tự nhiên nên nước trong thùng chứa nước hao hụt
nhanh làm cho tiêu hao nước nhiều.
+ Do tính chất chuyển động của nước kém nên kiểu này dùng cho loại động cơ cỡ
nhỏ hoặc dùng cho loại động cơ đặt nằm.
+ Do tốc độ chuyển động của nước nóng và lạnh rất nhỏ nên làm mát không đều
dẫn tới hiện tượng chênh lệch về nhiệt độ giữa các phần được làm mát [4].
 Hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên
Hệ thống làm mát kiểu này, nước chuyển động tuần hoàn nhờ sự chênh lệch áp
lực giữa hai cột nước nóng và nguội mà khơng cần bơm. Nước nóng trong động cơ và
tổng số nước nguội trong thùng chứa hoặc trong két nước (hình 1.3).

Hình 1.3. Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên
4- Nắp xi lanh

1- Thân máy

2- Xi lanh

3- Piston

5- Đường nước ra két

6- Nắp két

7- Két nước 8- Khơng 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 đốt tỏa ra làm cho nước ở áo nước
nóng dần lên. Nước nóng có tỷ trọng nhỏ nên nổi lên trên theo đường ống dẫn đi ra
ngoài và vào két làm mát. Nước được làm mát nhờ quạt dẫn động bằng puli từ trục
khuỷu của động cơ, hút khơng khí qua để tản nhiệt cho nước. Nước sau khi qua két
làm mát nhiệt độ giảm xuống nên khối lượng riêng tăng và đi xuống phía dưới két sau
đó đi vào làm mát cho động cơ tạo thành một vịng tuần hồn kín.
7


Ưu điểm:
 Kết cấu hệ thống đơn giản.
 Hệ thống dễ sửa chữa và bảo dưởng ít hư hỏng.

Nhược điểm: Hiệu quả làm mát thấp do tốc độ lưu thông nước chậm, chỉ sử
dụng cho động cơ vận tải như ô tô, máy kéo… mà chỉ dùng ở động cơ tĩnh tại [1].
 Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức
Trong hệ thống tuần hoàn cưỡng bức khắc phục được nhược điểm của hệ thống
làm mát kiếu đối lưu tự nhiên đó là vận tốc chuyển động của dịng nước thấp, làm tăng
hiệu quả làm mát cho động cơ. Tốc độ nước được tăng đáng kể bởi một bơm nước
được lắp trong hệ thống dẫn động bởi trục khuỷu động cơ. Hệ thống này được sử dụng
cho các động cơ ô tô hiện nay.
Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức có 2 loại:
 Hệ thống làm mát tuần hồn cưỡng bức một vịng kín
Do tốc độ chuyển động của nước trong hệ thống tuấn hoàn đối lưu tự nhiên thấp
vì vậy để tăng tốc độ chuyển động của nước người ta dùng hệ thống làm mát tuần hoàn
cưỡng bức trong hệ thống này nước chuyển động nhờ sức đẩy của bơm nước tạo ra.
(Hình 1.4) trình bày sơ đồ cấu tạo của hệ thống làm mát bằng nước loại tuần hồn
cưỡng bức.

Hình 1.4. Hệ thống làm mát bằng nước loại tuần hoàn cưỡng bức
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

10- Bơm nước

11- Ống phân phối nước lạnh
8

9- Puli và đai truyền


Nguyên lí làm việc:
Khi động cơ làm việc nước trong hệ thống tuần hoàn nhờ bơm ly tâm qua ống
phân phối nước đi vào các khoang chứa của các xilanh, để phân phối nước làm mát
đồng đều cho mỗi xilanh nước sau khi bơm vào thân máy sẽ chạy qua đường trong
thân máy, sau khi làm mát xilanh nước làm mát nắp máy rồi theo đường ống chạy ra
khỏi động cơ đến van hằng nhiệt. Nếu nước chưa đạt nhiệt độ mở của van hằng nhiệt
(85oC) thì nước sẽ chạy trở lại động cơ và tiếp tục lấy nhiệt của động cơ. Nếu nước
vượt mức 85oC thì van hằng nhiệt sẽ mở ra nước sẽ đi qua két và được làm mát tại đây
bằng gió hoặc được làm mát bằng quạt sau đó quay trở lại động cơ tiếp tục 1 chu trình
như trước.
Ưu điểm của hệ thống làm mát cưỡng bức một vịng kín là nước sau khi làm
mát ở két thì trở về động cơ do đó thất thốt nước rất ít, do đó hệ thống này rất phù
hợp đối với các loại xe đường dài và nhất là các vùng thiếu nước [1].
 Hệ thống làm mát tuần hồn cưỡng bức hai vịng
Hình 1.5 trình bày cấu tạo của hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn hai vịng.

Hình 1.5. Hệ thống làm mát tuần hồn cưỡng bức hai vòng
1- Thân máy

2- Nắp máy

4- Két làm mát

5- Đường nước ra vòng hở 6- Bơm vòng hở

7- Đường nước vào vòng hở

3- Van hằng nhiệt
8- Bơm nước vòng kín
9


Nguyên lí làm việc:
Hệ thống làm mát này gồm 1 vịng kín và 1 vịng hở. Nước làm mát của động
cơ sẽ đi theo một chu trình kín, bơm nước sẽ bơm 1 lượng nước đến động cơ làm mát
từ thân máy, nắp xilanh, làm mát nhớt và các chi tiết khác, sau đó đến két làm mát
nước để tản nhiệt cho nước. Nước làm mát động cơ sẽ được làm mát bởi nguồn nước
ngồi mơi trường bơm vào do bơm thơng qua lưới lọc qua các bình làm mát dầu qua
két làm mát nước rồi theo đường ống đổ ra ngồi mơi trường.
Khi động cơ mới hoạt động nhiệt độ của động cơ và nhiệt động của nước trong
hệ thống tuần hồn kín cịn thấp, lúc này van hằng nhiệt chưa mở đường nước đi qua
két làm mát nước. Vì vậy nước làm mát ở vịng làm mát ngồi nước được hút từ bơm
qua két làm mát theo đường ống đổ ra ngoài. Van hằng nhiệt đặt trên mạch nước để
khi nhiệt độ nước làm mát thấp nó sẽ đóng đường ống đi vào két làm mát, lúc này
nước có nhiệt độ thấp sau khi làm mát động cơ qua van hằng nhiệt rồi theo đường ống
đi vào bơm nước để bơm trở lại động cơ [1].
1.4. Nguyên tắc hoạt động của hệ thống làm mát
Mặc dù các động cơ xăng và diesel đã có những cải tiến đáng kể, nhưng hiệu
suất chuyển đổi nhiệt năng thành cơ năng vẫn không cao. Chủ yếu năng lượng trong
nhiên liệu khi cháy (khoảng 70%) được chuyển thành nhiệt, nhiệt này không có ích
cho động cơ vì vậy 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 ngồi mơi trường. Ngồi
ra hệ thống làm mát cịn có một vài nhiệm vụ quan trọng khác. Động cơ đốt trong chỉ

có thể hoạt động tốt nhất tại mức nhiệt độ phụ hợp không nên cao quá và cũng không
nên thấp nhất.
Khi động cơ bị lạnh, các bộ phận bị mòn nhanh hơn, hiệu suất hoạt động của
động cơ thấp hơn và động cơ xả hơi nước. Vì vậy, 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, động cơ sẽ
bị bó kẹt làm các chi tiết ngừng hoạt động, các chi tiết bị xước, dầu bôi trơn kém. Khi
nguội bớt, động cơ lại hoạt động bình thường.
Hiện tượng trên thường xảy ra đối với các động cơ đang trong thời kỳ chạy rô
đai hoặc động cơ mới làm lại hơi. Do vậy, nịng xilanh sẽ bị xước làm cơng suất động
cơ yếu đi, nếu nặng động cơ có thể ra khói đen.
10


Nguyên tắc 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 2200°C hoặc cao hơn. Điều đó có nghĩa các
chi tiết động cơ rất nóng. Tuy nhiên, vách của xilanh động cơ khơng 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 kì cháy, một lượng nhiệt lớn thốt ra ngoài qua ống xả, nhưng một lượng
nhiệt nhỏ tản ra ngồi qua động cơ, làm nóng động cơ. Động cơ hoạt động tốt nhất khi
nhiệt độ nước làm mát là khoảng 85°C. Ở nhiệt độ này:
• Buồng đốt đủ nóng để làm cho nhiên liệu hóa hơi, tăng hiệu suất của kì 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 mất nhiều công 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, êm ái trong mọi điều kiện
hoạt động cũng như ở mọi tốc độ. Nó cũng giúp cho động cơ đạt được nhiệt độ làm
việc bình thường một cách nhanh nhất khi bắt đầu khởi động và nó cũng cung cấp
nguồn nhiệt sưởi ấm vào trong khoang hành khách [1].
1.5. Các bộ phận của hệ thống làm mát
 Két làm mát
Két làm mát có tác dụng chứa nước nóng từ động cơ ra, hạ nhiệt độ cho nước
và cung cấp nước nguội vào trong động cơ khi động cơ làm việc. Vì vậy yêu cầu két
làm mát phải hấp thụ và tỏa nhiệt nhanh. Để đảm bảo u cầu đó thì bộ phận tản nhiệt
của két thường được làm mát bằng đồng hoặc nhôm.
Két làm mát được chia thành 3 phần chính: ngăn chứa phía trên thường được
làm bằng đồng hoặc tôn dập. Ở động cơ diesel và động cơ cỡ lớn ngăn trên được làm
bằng gang đúc. Ngăn trên có cổ để rót nước và có nắp đậy két. Ngăn chứa phía dưới
cũng được làm đồng hoặc tơn dập. Ngăn dưới của két có đường dẫn nước từ két tới
bơm nước và đi làm mát động cơ. Phía dưới của ngăn dưới có khóa để tháo nước khi
11


xúc rửa hoặc thay nước trong két. Ngăn giữa của két làm mát làm thành các ống nối
liền ngăn trên và ngăn dưới của két [4].
Tùy theo các yêu cầu khác nhau mà két nước được các hãng xe thiết kế với kích
thước khác nhau. Dưới đây là hình của két nước làm mát (hình 1.6).

Hình 1.6. Két làm mát
1- Nắp két làm mát

2- Ống dẫn nước vào két

4-Ngăn giữa của két

5- Ngăn chứa nước

3- Ống dẫn nước vào động cơ

 Nắp két làm mát
Nắp két làm mát được bố trí trên đỉnh của két, với sự kết hợp của 2 bộ phận là
van áp suất và van chân không sẽ giúp làm kín két nước cũng như điều áp cho két
nước một cách hiệu quả (hình 1.7).

Hình 1.7. Nắp két làm mát
Khơng những thế nắp két nước cịn giúp giảm hao hụt lượng nước trong két do
sự bay hơi. Nếu nắp két làm mát yếu lị xo khơng thể giữ được áp suất trong hệ thống
12


thì sẽ làm cho nước sơi thổi bong bóng, động cơ nóng hơn bình thường và bay hơi
nhanh hơn, nhiệt độ sôi giảm xuống [3].
Nguyên lý làm việc:
Van áp suất sẽ tự động mở và truyền nước làm mát từ két nước về bình nước
phụ khi nhiệt độ nước làm mát tăng và áp suất trong két nước tăng cao. Nhưng ngược
lại nếu nhiệt độ nước làm mát tăng cao trong khi đó thì áp suất trong bình chứa nước
lại thấp thì van chân khơng sẽ tự động mở ra để có thể đưa nước làm mát từ bình nước
phụ về két nước, quá trình này sẽ giúp cho hoạt động làm mát của động cơ trở lại bình
thường [1].
 Bơm nước
Bơm nước có tác dụng tạo ra một áp lực để tăng tốc độ lưu thông của nước làm
mát. Bơm nước có nhiệm vụ cung cấp nước cho hệ thống làm mát với lưu lượng và áp
suất nhất định. Lưu lượng nước làm mát tuần hoàn trong các loại động cơ thay đổi
trong phạm vị 68÷245 (l/kwh) và với tần số tuần hồn khoảng 7÷12 lần/phút.

Các loại bơm dùng trong hệ thống làm mát động cơ gồm có: bơm ly tâm, bơm
piston, bơm bánh răng, bơm guồng... nhưng chủ yếu là bơm ly tâm được lai nhờ trục
khuỷu.
Dưới đây là hình ảnh của kết cấu bơm nước (hình 1.8).

Hình 1.8. Bơm nước
1- Thân bơm, 2- Trục bơm, 3- Cánh bơm
13