Kilpa-ajoneuvon jäähdytysjärjestelmän suunnittelu

Abstract

Opinnäytetyössä tutkittiin polttomoottorikäyttöisen ajoneuvon jäähdytysjärjestelmän lämmönsiirtoa, sen teoriaa ja toimintaa. Työn tavoitteena oli mitoittaa riittävän luotettavasti drifting-kilpasarjan ajoneuvoon kisakäyttöön soveltuva vesipumppu sekä jäähdytin hyödyntäen iteratiivista teknistä laskentaa.

Työn tilaajana toimi Juho Härkönen, jonka ajoneuvoa varten mitoitus suoritettiin. Autolla on tarkoitus kilpailla Suomen drifting-sarjan pro 2 -luokassa. Jäähdytysjärjestelmän komponenttien on tarkoitus pitää viritetyn polttomoottorin toimintalämpötila mahdollisimman otollisena moottorin tehokkaalle toiminnalle ja pitkäaikaiselle luotettavuudelle. Moottorin toimintalämpötilalla on myös merkittävä vaikutus syntyneisiin päästöihin. Tästä syystä moottorin kaasunvaihdon on toimittava mahdollisimman korkeassa lämpötilassa ilman että moottorin komponenttien kestoikä alkaa merkittävästi laskea.

Lämpötehoarvioinnin ja mitoituksen tuloksena ajoneuvoon voitiin valita kilpailukäyttöön soveltuvat komponentit ja jäähdytysjärjestelmä rakennettiin loppuun keväällä 2021. Komponenttien mitoitukseen sisällytettiin varmuuskerrointa, sillä suuri osa laskennassa käytetyistä arvoista pohjautui oletuksiin. Järjestelmän toimivuutta ei pystytty simuloimaan eikä testaamaan käytännössä ennen opinnäytetyön valmistumista, joten testaus jäi itsenäisesti suoritettavaksi toimenpiteeksi myöhemmälle ajankohdalle.

Topic of this bachelor’s thesis was the heat transfer theory and its practice in an internal combustion engine which had been customized for racing. The purposes of the thesis were to determine the size of the radiator and the water pump for the drifting race vehicle by creating an iterative technical calculating tool based on the basic heat transfer formulas and correlations.

The sponsor for the thesis was Juho Härkönen, whose vehicle was to be customised for the racing use in Finnish drifting series´ pro 2 -class. The purpose of the customised cooling system is to maintain the efficient engine operating temperature and to prevent the engine and its components from overheating. Engine´s operating temperature has also an impact on the generated pollution. For these reasons, the engine's gas exchange operations are supposed to happen at the highest possible temperature without reducing the service life of the engine or its components.

After the thermal power estimation and sizing, the appropriate components could be chosen for the car. Cooling system was finished and ready for testing in spring 2021. In the sizing part a suitable safety factor was used because of the many assumptions of factors that were needed in the heat transfer calculations. The functionality of the system couldn´t be simulated or tested in practice before the completion of the thesis, so testing part was left to be performed independently as a later time.