Khảo sát, chế tạo mô hình hệ thống làm mát động cơ 1tr fe

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT, CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ 1TR – FE NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Th.S HUỲNH QUANG THẢO Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Nguyễn Ngọc Thọ 1811250699 18DOTA3 Nguyễn Minh Thuận 1811251817 18DOTA3 Lê Thanh Tuấn 1811252875 18DOTA3 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2022 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT .ix DANH SÁCH CÁC BẢNG x DANH SÁCH CÁC HÌNH .xi LỜI MỞ ĐẦU Chương GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.2.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.3 Mục tiêu đề tài 1.4 Nội dung đề tài 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Kết cấu đồ án tốt nghiệp 1.7 Kết đạt đề tài Chương TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP 2.1 Giới thiệu chung động 1TR-FE 2.2 Giới thiệu chung hệ thống làm mát động 2.2.1 Mục đích yêu cầu hệ thống làm mát 2.2.1.1 Mục đích hệ thống làm mát: 2.2.1.2 Yêu cầu hệ thống làm mát 10 2.2.2 Nhiệm vụ hệ thống làm mát 10 2.2.2.1 Làm mát động máy nén 10 v 2.2.2.2 Làm mát dầu bôi trơn 10 2.2.3 Hệ thống làm mát nước 11 2.2.3.1 Hệ thống làm mát kiểu bốc 11 2.2.3.2 Hệ thống làm mát nước kiểu đối lưu tự nhiên 12 2.2.3.3 Hệ thống làm mát nước tuần hoàn cưỡng 13 2.2.3.4 Hệ thống làm mát cưỡng tuần hồn kín vòng 14 2.2.3.5 Hệ thống làm mát nước nhiệt độ cao 15 2.2.3.6 Hệ thống làm mát cưỡng nhiệt độ cao kiểu bốc bên 15 2.2.3.7 Hệ thống làm mát cưỡng nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt nước nhiệt khí thải 16 2.2.4 Hệ thống làm mát động khơng khí (gió) 17 2.2.4.1 Hệ thống làm mát khơng khí kiểu tự nhiên 17 2.2.4.2 Hệ thống làm mát khơng khí kiểu cưỡng 18 2.2.5 Kết cấu cụm chi tiết hệ thống làm mát nước 19 2.2.5.1 Kết cấu két làm mát 19 2.2.5.2 Kết cấu bơm nước 23 2.2.5.3 Bơm ly tâm 23 2.2.5.4 Bơm piston 25 2.2.5.5 Bơm bánh 26 2.2.5.6 Bơm cánh hút 27 2.2.5.7 Bơm guồng 28 2.2.6 Kết cấu quạt gió 29 2.2.6.1 Quạt gió dẫn động đai 29 2.2.6.2 Quạt gió chạy điện 30 2.2.7 Van nhiệt 31 2.2.8 So sánh ưu khuyết điểm kiểu làm mát nước kiểu làm mát khơng khí 33 2.3 Khảo sát hệ thống làm mát động 1TR-FE 34 2.3.1 Két làm mát 34 vi 2.3.2 Bơm nước 36 2.3.3 Van nhiệt 37 2.2.4 Quạt gió 38 Chương TÍNH TỐN KIỂM NGHIỆM VÀ THIẾT KẾ MƠ HÌNH 40 3.1 Kiểm nghiệm hệ thống làm mát động 1TR-FE 40 3.1.1 Tổng quan truyền nhiệt qua vách có cánh 40 3.1.2 Các thông số két nước, bơm nước quạt gió 44 3.1.3 Xác định lượng nhiệt động truyền cho nước làm mát 45 3.1.4 Tính kiểm nghiệm bơm nước 47 3.1.5 Tính kiểm nghiệm quạt gió 51 3.1.6 Tính két giải nhiệt làm mát động 56 3.1.6.1 Tính thơng số két nước 56 3.1.6.2 Xác định lượng nhiệt két làm mát truyền mơi trường bên ngồi 59 3.2 Ý tưởng thiết kế mơ hình 63 3.2.1 Ý tưởng thiết kế mạch điều khiển 63 3.2.2 Ý tưởng bố trí mơ hình 64 3.3 Các bước thiết kế, tính tốn 65 3.3.1 Bố trí mơ hình 65 3.3.2 Thiết kế mạch điện 65 3.3.3 Tính kiểm nghiệm lưu lượng quạt gió mơ hình 66 3.3.3 Thiết kế hệ thống làm mát 67 Chương THI CÔNG 68 4.1 Chuẩn bị vật tư thiết bị 68 4.2 Q trình thi cơng mơ hình 68 4.3 Chạy thử nghiệm mơ hình 71 Chương ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 73 5.1 Kết 73 5.2 Kết luận 73 vii 5.3 Hướng phát triển đề tài 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 Phụ lục 75 Phụ lục 77 viii DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT TỪ VIẾT DIỄN GIẢI DỊCH NGHĨA ABDC After bottom dead center Trước điểm chết BTDC Before top dead center Sau điểm chết DOHC Dual over head camshaft Hệ thống trục cam đôi ECU Electric control module Bộ điều khiển điện tử GVHD Giảng viên hướng dẫn MSSV Mã số sinh viên VVT Variable valve timing TẮT ix Hệ thống cam biến thiên DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: Góc phối khí [2] Bảng 4.1: Danh sách vật tư, thiết bị 68 x DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Mặt cắt ngang động 1TR-FE [1] Hình 2.2: Mặt cắt dọc động 1TR-FE [1] Hình 2.3: Hệ thống làm mát nước kiểu bốc [1] 11 Hình 2.4: Hệ thống làm mát nước kiểu đối lưu tự nhiên [1] 12 Hình 2.5: Hệ thống làm mát cưỡng tuần hồn kín vịng [1] 14 Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống làm mát cưỡng nhiệt độ cao kiểu bốc bên [1] 15 Hình 2.7: Sơ đồ hệ thống làm mát nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt nước nhiệt khí thải [1] 16 Hình 2.8: Hệ thống làm mát khơng khí động xi lanh [1] 18 Hình 2.9: Kết cấu số ống nước [1] 21 Hình 2.10: Quan hệ hệ số truyền nhiệt k với tích số vận tốc mật độ khơng khí (ωkk.ρkk) loại két làm mát tốc độ nước 0,4 m/s [1] 22 Hình 2.11: Kết cấu bơm nước ly tâm [1] 24 Hình 2.12: Kết cấu bơm nước kiểu piston [1] 25 Hình 2.13: Kết cấu bơm nước kiểu bánh [1] 26 Hình 2.14: Sơ đồ kết cấu nguyên lý làm việc bơm cánh hút [1] 27 Hình 2.15: Kết cấu bơm guồng [1] 28 Hình 2.16: Quạt gió [1] 29 Hình 2.17: Sơ đồ nguyên lý hoạt động quạt gió điều khiển điện [1] 31 Hình 2.18: Kết cấu loại van nhiệt [1] 32 Hình 2.19: Két cấu két nước [2] 35 Hình 2.20: Kết cấu bơm nước [2] 36 Hình 2.21: Kết cấu van nhiệt [2] 37 Hình 2.22: Kết cấu quạt gió động 1TR-FE [2] 38 Hình 3.2: Sơ đồ tính kiểm nghiệm bơm nước 48 Hình 3.3: Sơ đồ tính quạt gió 51 xi Hình 3.4: Quan hệ ηk với tỷ số fn 53 .R Hình 3.5: Sơ đồ kết cấu ống nước 56 Hình 3.6: Sơ đồ kết cấu két nước 56 Hình 3.7: Sơ đồ tính tốn két nước 57 Hình 3.8: Sơ đồ hoạt động hệ thống 64 Hình 3.9: Sơ đồ bố trí mơ hình 64 Hình 3.10: Mơ mơ hình hệ thống làm mát 65 Hình 3.11: Sơ đồ mạch điện điều khiển 65 Hình 3.11: Sơ đồ hệ thống làm mát 67 Hình 4.1: Lắp quạt vào két nước 69 Hình 4.2: Bộ phận tản nhiệt mơ hình 69 Hình 4.3: Lắp đặt hệ thống điện 70 Hình 4.4: Lắp ống nước 70 Hình 4.5: Mơ hình sau lắp đặt sơ 71 Hình 4.6: Chạy thử thành cơng 71 Hình 4.7: Mơ hình hồn thiện 72 xii LỜI MỞ ĐẦU Là sinh viên năm ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô, với ý muốn vận dụng kiến thức học suốt trình học tập trường vào nhiệm vụ gần với cơng việc kỹ sư tơ Do nhóm sinh viên lựa chọn đề tài “KHẢO SÁT, CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ 1TR – FE” làm đồ án tốt nghiệp, để nhằm cố lại kỹ năng- kiến thức suốt năm học góp phần nhỏ làm đa dạng mơ hình học tập cho bạn khóa sau Trong phạm vi đồ án này, em tìm hiểu cách tổng quát phương pháp làm mát động cơ, cấu hệ thống động 1TR-FE, sâu vào tính toán kiểm tra nhiệt két làm mát thực thiết kế, lắp ráp mơ hình mơ hệ thống làm mát động 1TR-FE động đốt loại tương tự Hình 3.8: Sơ đồ hoạt động hệ thống Cảm biến nhiệt độ gửi tín hiệu xử lý, xử lý nhận tín hiệu xử lý thơng tin điều khiển relay đóng ngắt dòng điện cấp nguồn cho quạt hoạt động 3.2.2 Ý tưởng bố trí mơ hình Sau tham khảo qua vẽ cụm chi tiết tổng thể hệ thống quan sát động thực tế trang bị xe Toyota innova Cuối nhóm đưa ý tưởng thiết kế bố trí chung ban đầu mơ hình Hình 3.9: Sơ đồ bố trí mơ hình Két nước; Động cơ; Ống nước; Nắp nước; Quạt 64 3.3 Các bước thiết kế, tính tốn 3.3.1 Bố trí mơ hình Dựa ý tướng ban đầu, đưa vào ứng dụng phần mềm Solidworks để dựng mơ 3D mơ hình, hỗ trợ trực quan cho khâu thi cơng mơ hình thật Hình 3.10: Mơ mơ hình hệ thống làm mát 3.3.2 Thiết kế mạch điện Với việc chuyển đổi sử dụng quạt điện làm quạt tản nhiệt nhóm ứng dụng arduino, nhập chương trình với chức điều khiển quạt với tốc độ thấp cao mức nhiệt độ 80 ℃ 90 ℃ Hình 3.11: Sơ đồ mạch điện điều khiển 65 Arduino nhận tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ, nhiệt độ đạt 80 ℃ mạch điểu khiển đóng Relay Relay lúc dòng điện qua điện trở cho quạt chạy tốc độ thấp Khi nhiệt độ động đặt mức 90 ℃, arduino nhả relay cho dòng điện qua mạch khơng có điện trở để quạt quạt tốc độ cao 3.3.3 Tính kiểm nghiệm lưu lượng quạt gió mơ hình Để kiểm nghiệm mức độ hiệu quạt quạt gió sử dụng mơ hình chúng em dựa vào cơng thức (3.73) để tính lưu lượng quạt gió Gq Gq =  k  ( R − r )nq bZ k sin  cos 60 (kg/s) Trong đó: kk - khối lượng riêng khơng khí theo điều kiện làm việc, khơng khí phía sau tản nhiệt có nhiệt độ tkkr = 66 0C Ta có ρkk = 1,029 (kg/m3) R, r – bán kính ngồi bán kính quạt (m) Theo kết đo đặc thực tế ta có R = 0,18 (m), r = 0,07 (m); b - bề rộng cánh, b = 50 (mm) nq - số vòng quay quạt nq = i.n (vòng/ phút) i: tỉ số truyền động quạt Do quạt dẫn động trực tiếp động điện ta có i = nq= 6700 (vịng/ phút) α – góc nghiêng cánh, α = 300 Z - số cánh quạt, Z = cánh ηk - hệ số tổn thất tính đến sức cản dịng khơng khí cửa nắp đầu xe (do động đặt phía trước xe) Chọn ηk = 0,7 Vậy lưu lượng quạt gió Gq là: Gq =  k  ( R − r )nq bZ k sin  cos 60 = 1,029.3,14.(0,182 - 0,072).6700.0,05.7.0,7 √sin 30 cos 30 60 Gq = 2,239 (kg/s) 66 Vậy quạt làm mát điện cho lưu lượng gió thấp không đáng kể so với quạt Tuy nhiên, ta điều khiển quạt theo ý muốn giúp động giải nhiệt hiệu trình hâm nóng động diễn nhanh chóng 3.3.3 Thiết kế hệ thống làm mát Sau tham khảo từ nhiều nguồn tài liệu khác với khảo sát động 1TR-FE với số động khác, nhóm sử dụng phần mềm AutoCAD để thực vẽ thiết kế hệ thống làm mát Hình 3.11: Sơ đồ hệ thống làm mát 1-Bánh đà; 2-Áo nước; 3-Thân máy; 4-Nắp máy; 5-Ống nước két tản nhiệt; 6-Nắp nước; 7-Két nước; 8-Quạt tản nhiệt; 9-Ống nước vào động cơ; 10-Van nhiệt; 11-Cacte 67 Chương THI CÔNG 4.1 Chuẩn bị vật tư thiết bị Dựa mạch điện thiết kế, nhóm đưa danh sách vật tư cần chuẩn bị để thực mơ hình Bảng 4.1: Danh sách vật tư, thiết bị STT Tên gọi Đơn vị Số lượng Relay chân Cái Cầu chì Cái Relay chân Cái Ống nước Cái Nắp nước Cái Quạt tản nhiệt Cái Két nước Cái Nước làm mát Bình Ống ruột gà Mét 10 Dây điện Mét 4.2 Quá trình thi cơng mơ hình Do điều kiên khơng cho phép thực mơ hình động 1TR-FE nên nhóm dựa sở lý thuyết nghiên cứu động 1TR-FE, tận dụng động 1NZFE từ đề tài “chế tạo mơ hình động 1NZ-FE” để chế tạo mơ hình hệ thống làm mát mơ hệ thống làm mát động 1TR-FE sử dụng quạt điện chế độ Q trình thi cơng mơ hình thực theo trình tự sau - Lắp đặt cụm chi tiết đơn lẻ; - Đưa cụm chi tiết lên mơ hình, lắp đặt sơ bộ; - Đánh giá điều chỉnh cho chi tiết vừa vặn có thể; - Lắp đặt hệ thống điện, điều khiển; 68 - Chạy thử hệ thống điện; - Kiểm tra sửa lỗi có; - Cố định chắn lại mơ hình Một số hình ảnh q trình thi cơng mơ hình Hình 4.1: Lắp quạt vào két nước Quạt cố định vào két nước trước đưa lên mơ hình thơng qua chân sắt khoan vào két nước Hình 4.2: Bộ phận tản nhiệt mơ hình 69 Hình 4.3: Lắp đặt hệ thống điện Lắp đặt cơng tắc nhiệt, relay, cầu chì,… Và tô chức hệ thống dây điện cho gọn gàng nhằm đảm bảo tính an tồn cho hệ thống điện tính thẫm mỹ mơ hình Các mối nối bọc ống gen co nhiệt để đảm bảo chống nước thẩm mĩ cho mơ hình Hình 4.4: Lắp ống nước Các mối nối đoạn ống nước trám keo tạo ron xiết cổ dê nhằm hạn chế tình trạng rị rỉ nước 70 Hình 4.5: Mơ hình sau lắp đặt sơ 4.3 Chạy thử nghiệm mơ hình Sau hồn thành lắp đặt mơ hình, nhóm tiến hành cho chạy thử mơ hình để đánh giá mức độ hồn thiện sửa lỗi có Khởi động động để động sinh nhiệt bơm nước hoạt động bơm nước tuần hồn tồn hệ thống Hình 4.6: Chạy thử thành công 71 Khi nhiệt độ động đạt đến ngưỡng hoạt động cài đặt, hệ thống khởi động quạt tản nhiệt chạy thành cơng Sau chạy thử nghiệm thành cơng, nhóm bắt đầu khâu hồn thiện lại mơ hình Hình 4.7: Mơ hình hồn thiện 72 Chương ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 5.1 Kết - Nắm rõ kết cấu hệ thống làm mát động 1TR-FE; - Tính toán nhiệt động 1TR-FE, đưa số liệu tham khảo phục vụ cho thiết kế mơ hình; - Tính toán hệ thống làm mát động 1TR-FE, cho thơng số cần cho q trình thiết kế mơ hình ; - Thiết kế, chế tạo thành cơng mơ hình hệ thống làm mát động đốt Chuyển đổi quạt làm mát từ dẫn động trục khuỷu - dây đai sang dẫn động điện 5.2 Kết luận Qua thời gian nghiên cứu thực hiện, chúng em phần nắm lý thuyết hệ thống làm mát động đốt trong, đặc biệt loại trang bị xe ô tô Đối với đối tượng nghiên cứu hệ thống làm mát động 1TR-FE nhóm nghiên cứu, tìm hiểu sâu thực tính tốn, thiết kế cải tiến mơ hình hệ thống làm mát động 1TR-FE Mặc dù cố gắng việc nghiên cứu thực đồ án, thời gian hiểu biết chúng em hạn chế nên đồ án dừng lại mức ứng dụng đơn giản Đồng thời, đồ án chắn không tránh khỏi thiếu sót, nên chúng em mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy 5.3 Hướng phát triển đề tài Các thơng số tính tốn đề tài dừng lại tính tốn lý thuyết, chưa kiểm nghiệm thực tế động thực tế Các thông số cần kiểm nghiệm động thực tế Mơ hình dựa thơng số lý thuyết để xây dựng nên, hệ thống quạt điện hoạt động chưa kiểm nghiệm độ hiệu hệ thống động thực tế Trong tương lai mơ hình cần đưa vào kiểm nghiệm động thực tế để đánh giá mức độ hiệu hệ thống 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Ngọc Nhật “Khảo sát hệ thống làm mát động 1TR-FE” Đồ án tốt nghiệp Đại học Đà Nẵng 2007 [2] Catalogue động 1TR-FE [3] GS.TS Nguyễn Tất Tiến Nguyên lý động đốt Nhà xuất giáo dục - 2000 [4] Hồ Tấn Chuẩn - Nguyễn Đức Phú - Trần Văn Tế - Nguyễn Tất Tiến Kết cấu tính tốn động đốt (Tập 1,2,3) Nhà xuất giáo dục - 1996 [5] PGS.TS Hồng Đình Tín Truyền nhiệt tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt Nhà xuất khoa học kỹ thuật – 2001 [6] Nguyễn Văn May Bơm, quạt, máy nén Nhà xuất khoa học kỹ thuật 74 Phụ lục CODE CHƯƠNG TRÌNH #include "max6675.h" int thermoDO = 4; int thermoCS = 5; int thermoCLK = 6; MAX6675 thermocouple(thermoCLK, thermoCS, thermoDO); int vccPin = 3; int gndPin = 2; void setup() { Serial.begin(9600); // use Arduino pins pinMode(vccPin, OUTPUT); digitalWrite(vccPin, HIGH); pinMode(gndPin, OUTPUT); digitalWrite(gndPin, LOW); pinMode(8, OUTPUT); pinMode(9, OUTPUT); // set pin 10 as output Serial.println("Robojax: MAX6675 test"); delay(500); } void loop() { Serial.print("C = "); Serial.println(thermocouple.readCelsius()); Serial.print("F = "); Serial.println(thermocouple.readFahrenheit()); if (thermocouple.readCelsius() < 80.00) { 75 digitalWrite(8, LOW); digitalWrite(9, LOW); } if (thermocouple.readCelsius() > 80.00 && thermocouple.readCelsius() < 90.00) { digitalWrite(8, HIGH); digitalWrite(9, HIGH); } if (thermocouple.readCelsius() > 90.00) { digitalWrite(8, HIGH); digitalWrite(9, LOW); } delay(1000); } 76 Phụ lục BẢN VẼ 77 78 ... Nhiệm vụ hệ thống làm mát Hệ thống làm mát động 1TR- FE có nhiệm vụ làm mát động cơ, máy nén dầu bôi trơn 2.2.2.1 Làm mát động máy nén Hệ thống làm mát có nhiệm vụ làm mát động cơ, bảo đảm động có... động 1TR- FE - Khảo sát hệ thống làm mát động 1TR- FE - Tính tốn nhiệt, vẽ đồ thị công động 1TR- FE - Tính tốn kiểm nghiệm hệ thống làm mát động 1TR- FE - Thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống làm mát đông... thọ, hiệu suất làm việc động phụ thuộc lớn vào làm việc hệ thống Hệ thống làm mát hệ thống quan trọng động Do đề tài “KHẢO SÁT, CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ 1TR – FE? ??, cần thiết để thông