عنوان:  پایان نامه بهينه سازی سيستم خنك کننده خودرو، مهندسي مکانیک

رشته:  پروژه پایانی دوره کارشناسی‌،مهندسی مکانيک گرايش حرارت و سيالات

فرمت فایل: WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحه: 90

چکیده:
این پایان نامه در مورد یک طراحی بهینه سازی شده از واتر پمپ سیستم خنک کاری خودرو است که بوسیله موتور DCکار می کند.موتورهای بنزینی گرچه تا حدزیادی بهبود یافته و اصلاح شدهاند، اما هنوز بازده بالایی الکتریکی برای تبدیل انرژی شیمیایی به توان مکانیکی ندارند. بیشترین میزان انرژی موجود در بنزین )شاید ۰۷ درصد( به گرما تبدیل میشود و مهمترین وظیفه سیستم خنککاری خودرو، مراقبت و استفاده صحیح از گرمای ایجاد شده است.
در واقع، نخستین وظیفه سیستم خنککاری خودرو، جلوگیری از گرمشدن بیش از حد مجاز خودرو ازطریق انتقال گرما به هوای بیرون خودرو است. موتور خودرو، بهترین عملکرد را در دمای مناسب و بهینه بالای خود دارد. وقتی موتور سرد است، عملکرد اجزای آن با نقصان مواجه میشود و بازده موتور کمتر و در نتیجه آلودگی ایجاد شده بیشتر میشود. بنابراین، دیگر وظیفه مهم سیستم خنککاری خودرو این است که به موتور اجازه دهد با سرعت ممکن به دمای بالای بهینه و مناسب برسد و گرم شود، سپس موتور را در دمایی ثابت نگه دارد.
درون موتور خودرو، سوخت به طور دائم میسوزد و عمل احتراق انجام میشود. گرمای حاصل از احتراق، به میزان زیادی از طریق اگزوز خارج میشود، اما مقداری از گرمای ایجاد شده به داخل موتور رسوخ کرده و باعث افزایش دما و در نهایت گرم شدن موتور میشود. موتور، زمانی خوب کار میکند که دمای مایع سردکننده، حدود ۳۹ درجه سانتیگراد یا حدود ۰۷۷ درجه فارنهایت باشد.
در این دما محفظه احتراق به اندازه کافی گرم میشود تا احتراقی بهتر و آلودگی کمترحاصل شود. لزجت روغن موتور کمتر)در اندازه استاندارد( و در نتیجه عملکرد اجزای آن روانتر و درنهایت میزان اتلاف توان موتور کمتر میشود. فرسایش قطعات و اجزای فلزی کمتر میشود.
در این دما محفظه احتراق به اندازه کافی گرم میشود تا احتراقی بهتر و آلودگی کمترحاصل شود. لزجت روغن موتور کمتر)در اندازه استاندارد( و در نتیجه عملکرد اجزای آن روانتر و درنهایت میزان اتلاف توان موتور کمتر میشود. فرسایش قطعات و اجزای فلزی کمتر میشود.
خنک کاری داخل موتور بوسیله مایع خنک کاری انجام می گیرد که در بیشتر موارد ترکیبی از آب و ضدیخ است.این مایع خنک کاری بوسیله واتر پمپ در داخل موتور به حرکت در می آید.در سیستم های که امروزه در تمام دنیا رایج است واتر پمپ بوسله تسمه و دو عدد پولی که یکی به واتر پمپ و دیگری به میل لنگ وصل شده است انرژی و توان لازم برای حرکت خودرا از میل لنگ خودرو تامین می کند و به همین دلیل مقداری از توان تولید شده توسط موتور باید صرف به حرکت درآوردن واتر پمپ می شود تا این قطعه بتواند آب را به خوبی داخل محفظه موتور و رادیاتور به حرکت در بیاورد. این امر بدین معنی است که در اینجا ما مقداری اتلاف انرژی داریم که هم بدلیل وجود تسمه و پولی ها است و دیگری اتلاف توانی است که واتر پمپ از موتور خودرو می گیرد تا به حرکت در بیاید.
سرعت حرکت واتر پمپ با سرعت شفت پمپ که بوسیله تسمه نیروی خود را از میل لنگ می گیرد برابر است و پس از اینکه موتور خودرو گرم شود واتر پمپ باید برای سرد کردن موتور با سرعت شفت بگردد. این نوع پمپ ها می تواند به شکل های گوناگون و برای مدل های مختلف طراحی شوند تا در کارکردهای متفاوت عمل کنند،اماراندمان و خنک کاری این پمپ ها در سرعت های بالا و پایین به همان اندازه خوب نمی باشد.یک پمپی که بوسیله موتور غیر الکتریکی به حرکت در می آید در بیشتر زمانهای کارکرد خود به شکل Off-Desing کار می کند که در نتیجه سرعت نوسانات زیاد است و به همین دلیل به قدرت ورودی زیادی نسبت به پمپ های دارد که با موتور الکتریکی کار می کنند.
یک پمپ با موتور الکتریکی میتواند سرعت هایی مختلفی را برای حالت های گوناگون فراهم آورد و همچنین مصرف سوخت کمتری هم به دلیل پمپ کردن در زمانی که نیاز هست داشته باشد.واتر پمپ های مکانیکی به طور متناوب کار می کنند و از یک ترموستات برای زمانی که نیاز به خنک کاری نیست استفاده می کنند تا جلوی جریان آبی که برای خنک کاری موتور به کار می رود را قطع کند. برای افزایش توان موتور و همچنین حذف کردن تلافات ایجاد شده توسط تسمه و پولی ها ما سیستم خنک کاری هوشمند خودرو با واتر پمپ الکتریکی را طراحی کرده ام که با افزایش کارایی واتر پمپ توان و بازده موتور خودرو را افزایش می دهد و خنک کاری موتور را به طور هوشمند و با توجه به دمای آب داخل موتور و رادیاتور انجام می دهد.
کلید واژه: سیستم خنک کاری، واتر پمپ الکتریکی، اتلاف توان، خودرو، مصرف سوخت

فهرست مطالب
عنوان
فصل اول: معرفی سیستم خنک کاری خودرو
1-1- سیستم خنک کاری
1-2- جهت عکس جریان به دو دلیل مناسب نیست
1-3- اثرات افزایش دمای کارکرد موتور
1-4- اثرات کاهش دمای کارکرد موتور
1-6- انواع سیستم خنک کاری
1-6-1- سیستم خنک‌کاری با هوا
1-6-2- سیستم خنک‌کاری با مایع
1-7- موتور، بلوک موتور و سرسیلندر
1-8- رادیاتور
1-8-1- لوله های رادیاتور
1-8-1-1- لوله با پره
1-8-1-2- رادیاتور لانه زنبوری
1-8-2- طرز قرار گرفتن رادیاتور خودرو
1-8-2-1- رادیاتور عمودی
1-8-2-2- رادیاتور افقی
1-8-3- ملاحظات طراحی رادیاتور
1-8-4- رادیاتور و نحوه انتقال حرارت از سیال گرم به هوا
1-8-5- انواع رادیاتور
1-8-6- درب رادیاتور
1-8-6-1- درب رادیاتورساده
1-8-6-2- درب فشاری رادیاتور
1-9- فن خنک کننده سیستم خنک کاری
1-10- واتر پمپ
1-11- سیستم لوله‌کشی یا مسیرها و مجراهای تعبیه شده در سیستم خنک‌کاری
1-12- مایع خنک کننده
1-12-1- طریقه امتحان ضدیخ
1-13- ترموستات
1-13-1- انواع ترموستات
1-13-1-1- ترموستات فانوسی
1-13-2- نصب و بازید ترموستات
1-13-3- ساختمان ترموستات
1-13-4- طرز بستن ترموستات
1-13-5- طریقه آزمایش ترموستات
1-14- بخاری یا سیستم گرمایش خودرو
1-15- منبع انبساط
1-16- تسمه
فصل دوم: پمپهای هیدرولیکی گریز از مرکز
2-1- ساختمان و طرز کار پمپ های هیدرولیکی
2-2- پمپ ها در صنعت هيدروليک به دو دسته کلى تقسيم مى شوند
2-2-1- پمپ هاى با جابجايى مثبت
2-2-2- پمپ ها با جا به جايى غير مثبت
2-4- پمپ گریز از مرکز چگونه کار می کند
2-5- دسته بندی پمپ های گریز از مرکز
2-5-1- پمپ های جریان شعاعی
2-5-2- پمپ های جریان مختلط
2-5-3- پمپ های جریان محوری
2-6- پروانه ها
2-7- تیغه
2-8- مزایا و معایب استفاده از پمپ گریز از مرکز
2-9- نابالانسی در پمپ های گریز از مرکز
2-10- دلایل بروز نابالانسی
2-11- نحوه انتخاب پمپ در سیستم های هیدرولیکی
2-12- نحوه انتخاب پمپهاي هيدروليك
2-13- نتیجه گیری
فصل سوم: واتر پمپ مکانیکی
3-1- ساختمان واترپمپ مکانیکی
3-2- وظیفه و کار واترپمپ
3-3- طراحی واتر پمپ
3-4- محاسبات مر بوط به واتر پمپ
3-4-1- محاسبه توان مصرفي واترپمپ
3-4-2- سرعت مخصوص واتر پمپ
3-4-3- راندمان حجمی
3-4-4- محاسبه راندمان هیدرولیکی واتر پمپ
3-4-5- راندمان مکانیکی
3-4-6- توان مصرفی واتر پمپ
فصل چهارم: موتور الکتریکی
4-1- مقدمه
4-2- انواع موتورهای الکتریکی
4-2-1- موتورهای DC
4-2-2- موتورهای میدان سیم پیچی شده
4-2-3- موتورهای یونیورسال
4-2-4- موتورهای پله‌ای
4-2-5- موتورهای خطی

فصل پنجم: واتر پمپ الکتریکی
5-1- شرح ساختمان و کار کرد واتر پمپ الکتریکی
5-2- نحوه کارکرد و اجزای سیستم خنک کاری هوشمند
5-3- ضریب اطمینان موجود در سیستم
5-4- مزایای این سیستم
5-5- مدارات الکتریکی و نحوه کار آن در سیستم شماتیک ساخته شده بدون واحد کنترل
5-6- اجزاء تشکیل دهنده سیستم
5-7- آزمایش با واتر پمپ الکتریکی در خودرو Roa (یکی از محصولات ایران خودرو)
5-8- محل نصب واتر پمپ الکتریکی
5-9- مقایسه پارامتر های واتر پمپ
5-10- محاسبه توان مصرفی واتر پمپ الکتریکی
فصل ششم: طراحی مدل بهینه سازی شده واتر پمپ الکتریکی برای خودرو
6-1- آنالیز پارامتر های مختلف در طراحی واتر پمپ الکتریکی
6-2- پارامتر های مدل مربوط به محاسبات واتر پمپ الکتریکی
6-3- هندسه اجزای موتور الکتریکی
6-4- هندسه و اجزای پمپ
6-5- آنالیز دمای واتر پمپ الکتریکی
6-5-1- مدل مقاومت گرمایی موتور الکتریکی
نتیجه گیری:
منابع :
فهرست اشکال
عنوان
شکل 1-1: سیستم خنک کاری
شکل 1-2: اجزای سیستم خنک کاری با مایع خنک کننده
شکل 1-3: سیکل مایع در داخل موتور
شکل 1-4: مسیرهای تعبیه شده در روی بلوکه سیلندر
شکل 1-5: رادیاتور سیستم خنک کاری
شکل 1-6: فن سیستم خنک کاری
شکل 1-7: واتر پمپ
شکل 1-8: پمپ گریز از مرکز
شکل 1-9: تر موستات در حالت بسته
شکل 1-10: ترموستات در حالت باز
شکل 1-11: ساختمان ترموستات
شکل 1-12: سیستم گرمایش خودرو
شکل 1-13: انتقال حرکت بوسیله تسمه
شکل 2-1: اجزای پمپ گریز از مرکز(سانتریفیوژ)
شکل 2-2: شبیه سازی جریان سیال در پمپ
شکل 2-3: پمپ با تیغه های توربینی و مارپیچی
شکل 2-4: نمونه ای از پروانه مارپیچ و عملکرد آن
شکل 2-5: انواع نابالانسی
شکل 3-1: شکل انفجاری واتر پمپ مکانیکی
شکل 3-2: واتر پمپ و پره های آن
شکل 4-1 انواع موتور الکتریکی DC
شکل 5-1: شماتیک ساخته شده واتر پمپ الکتریکی
شکل 5-2: واتر پمپ الکتریکی گریز از مرکز
شکل 5-3: موتور الکتریکی سیستم خنک کاری هوشمند
شکل5-4: مدل طراحی شده واتر پمپ الکتریکی در نرم افزار Catia
شکل 6-1: آنالیز فعل و انفعالات(پارامتر های مختلف) در واتر پمپ الکتریکی
شکل 6-2: شماتیک موتور الکتریکی DC
شکل 6-3: شماتیک پمپ گریز از مرکز واتر پمپ
شکل 6-4: مدل مقاومت گرمایی موتور الکتریکی DC

فهرست جداول
عنوان
جدول 1-1: مشخصات مایع خنک کننده
جدول 3-1: دبی واتر پمپ مکانیکی در خودرو
جدول 5-1: مشخصات موتور الکتریکی:
جدول 5-2: آزمایش در دمای 70 درجه سانتی گراد و دور موتور 900 دوردر دقیقه
جدول 5-3: آزمایش در دمای80 درجه سانتی گراد و دور موتور 3000 دوردر دقیقه
جدول 5-4: آزمایش در حالت ساسات در دمای 37 درجه سانتی گراد و دور موتور 1130دور در دقیقه
جدول 5-5: دستور العمل کنترل کیفیت عملکرد واتر پمپ مکانیکی
جدول5-6 مشخصات فنی واتر پمپ الکتریکی
جدول 6-1: آنالیزعملکرها واتر پمپ الکتریکی
جدول 6-2: طراحی متغییر های موجود در واتر پمپ الکتریکی
جدول 6-3: پارامتر های مدل

معرفی سیستم خنک کاری خودرو

بر اثر احتراق در موتورهای احتراق داخلی گرمای زیادی تولید می‌شود که حتی می‌تواند فلزات مجموعه سیلندر و پیستون را ذوب کند. سیستم خنک¬کاری به¬منظور پیشگیری از بالا رفتن دمای موتور به¬کار می‌رود. این سیستم برای مراقبت در برابر عملکرد مؤثر در تمام سرعت‌های موتور و کنترل شرایط مختلف مورد استفاده است. دما در طول مدت احتراق مخلوط سوخت و هوا در محفظه احتراق موتور بسیار بالا می‌رود و به بیش از ۲۰۰۰ درجه می‌رسد. میزان قابل توجهی از این حرارت توسط دیواره‌های سیلندر و پیستون‌ها جذب می‌شود بنابراین باید خنک‌کاری به اندازه‌ای صورت پذیرد که دما بیش از حدود ۲۳۰ درجه نشود.
دماهای بالاتر باعث کاهش ضخامت فیلم روغن می¬شود و خواص روغن به¬شدت افت می‌کند که این مسئله موجب افزایش استهلاک قطعات و ازدیاد دمای آنها خواهد شد.
در موتورهای احتراق داخلی مقدار محدودی از انرژی سوخت برای قوای محرکه موتور استفاده می‌شود. تقریبا حدود ۲۸ درصد انرژی سوخت به کار مفید تبدیل می‌شود. ۳۰ درصد به¬واسطه خنک¬کاری، ۳۲ درصد به¬وسیله خروج گازهای داغ از اگزوز و ۱۰ درصد باقیمانده توسط اصطکاک و عوامل دیگر به¬هدر می‌رود. میزان حقیقی و دقیق انرژی تبدیل¬شده به کار مفید در پروسه احتراق موتور به مشخصه‌های فیزیکی اجزای موتور بستگی دارد.
همان‌طور که گفته شد، دما در طول احتراق در سیلندر موتورهای درون¬سوز به بیش از ۲۰۰۰ درجه می‌رسد. این دما بیش از نقطه ذوب مواد مورد استفاده در ساختار موتور است بنابراین با بالارفتن دما به موتور خسارت وارد می‌شود و باید دمای کار موتور در محدوده¬ای خاص حفظ شود. در یک نمونه سیستم خنک¬کاری آبی موتور این دما در محدوده ۹۵-۷۵ قرار دارد که برای خنک¬کاری هوایی این میزان کمی بیشتر است.

این پایان نامه با آیین نامه نحوه نگارش و تدوین پایان نامه تهیه شده و آماده ارائه میباشد.