Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát của động cơ xe TOYOTA INNOVA 2020

Khai thác kỹ thuật, hệ thống làm mát ,của động cơ xe, TOYOTA INNOVA 2020

Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÀ MÁT Giới thiệu khái quát động 1TR-FE 2.1 Giới thiệu chung 2.1.1 Trọng lượng kích thước xe 2.1.2 Động 2.1.3 Khung xe 1.1 Nhiệm, yêu cầu phân loại hệ thống làm mát động 1.1.1 Nhiệm vụ hệ thống làm mát 1.1.1.1 Làm mát động máy nén .8 1.1.1.2 Làm mát dầu bôi trơn 1.1.2 Yêu cầu hệ thống làm mát 1.1.3 Phân loại hệ thống làm mát 1.1.3.1 Hệ thống làm mát nước a Hệ thống làm mát kiểu bốc b Hệ thống làm mát nước kiểu đối lưu tự nhiên 10 c Hệ thống làm mát nước tuần hoàn cưỡng 11 * Hệ thống làm mát cưỡng tuần hồn kín vòng 12 11 10 12 * Hệ thống làm mát cưỡng tuần hoàn hai vòng 13 * Hệ thống làm mát vòng hở 14 d Hệ thống làm mát nước nhiệt độ cao 15 Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 * Hệ thống làm mát cưỡng nhiệt độ cao kiểu bốc bên 15 * Hệ thống làm mát cưỡng nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt nước nhiệt khí thải 16 1.1.3.2 Hệ thống làm mát động khơng khí (gió) 17 a Hệ thống làm mát khơng khí kiểu tự nhiên 17 b Hệ thống làm mát không khí kiểu cưỡng .17 1.1.3.3 So sánh ưu khuyết điểm kiểu làm mát bắng nươc kiểu làm mát khơng khí 19 1.2 Kết cấu cụm chi tiết hệ thống làm mát nước .20 1.2.1 Kết cấu két làm mát 20 1.2.2 Kết cấu bơm nước 24 1.2.2.1 Bơm ly tâm 24 1.2.2.2 Bơm piston 26 1.2.2.3 Bơm bánh 26 1.2.2.4 Bơm cánh hút 27 1.2.2.5.Bơm guồng 29 1.2.3 Kết cấu quạt gió 30 1.2.3.1 Quạt gió dẫn động đai 30 1.2.3.2 Quạt gió chạy điện 31 * Khái quát .31 * Nguyên lý hoạt động .31 1.2.4 Van nhiệt 32 Chương Khảo sát hệ thống làm mát động 1TR-FE 34 2.1 Sơ hệ thống làm mát 34 2.2 Các cụm chi tiết hệ thống làm mát nước động 1TR-FE 36 2.2.1 Két làm mát .36 2.2.1.1 Công dụng yêu cầu 36 2.2.1.2 Kết cấu nguyên lý làm việc 36 2.2.1.3 Các dạng hư hỏng cách khắc phục sửa chữa 37 2.2.2 Nắp két 38 2.2.2.1 Công dụng yêu cầu .38 2.2.2.2 Kết cấu nguyên lý làm việc 38 2.2.2.3 Các dạng hư hỏng cách khắc phục sửa chữa 39 2.2.3 Bơm nước 39 2.2.3.1 Công dụng yêu cầu 39 Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 2.2.3.2 Kết cấu nguyên lý làm việc 40 2.2.3.3 Các dạng hư hỏng cách khắc phục sửa chữa 41 2.2.4 Quạt gió dẫn động đai 41 2.2.4.1 Công dụng yêu cầu 41 2.2.4.2 Kết cấu nguyên lý làm việc 42 2.2.4.3 Các dạng hư hỏng cách khắc phục sửa chữa 42 2.2.4 Van nhiệt 43 2.2.4.1 Công dụng yêu cầu 43 2.2.4.2 Kết cấu nguyên lý hoạt động 43 2.2.4.3 Các dạng hư hỏng cách khắc phục sửa chữa 44 2.2.5 Khớp chất lỏng 44 2.2.5.1 Công dung yêu cầu 44 2.2.5.2 Kết cấu nguyên lý hoạt động 45 2.2.5.3 Nguyên lý hoạt động .46 2.2.5.4 Các dạng hư hỏng cách khắc phục sửa chữa 47 Chương Tính tốn kiểm nghiệm nhiệt động 1TR-FE .47 3.1 Tính tốn q trình cơng tác 48 3.1.1 Tính tốn q trình nạp 48 3.1.2 Tính tốn q trình nén 50 3.1.3 Tính tốn q trình cháy 51 3.1.4 Quá trình giãn nở 53 3.1.5 Tính tốn thơng số chu trình cơng tác 53 3.2 Xây dựng đồ thị công 55 3.2.1 Xây dựng đường cong áp suất đường nén 55 3.2.2 Xây dựng đường cong áp suất đường giãn nở 55 3.2.3 Lập bảng tính .56 3.2.4 Xác định điểm đặc biệt hiệu chỉnh đồ thị công 56 3.2.5 Vẽ đồ thị công 57 3.3 Tính tốn hệ thống làm mát động 1TR-FE 58 3.3.1 Tổng quan truyền nhiệt qua vách có cánh 58 3.3.2 Các thông số két nước, bơm nước quạt gió 62 3.3.3 Xác định lượng nhiệt động truyền cho nước làm mát 63 3.3.4 Tính kiểm nghiệm bơm nước 65 3.3.5 Tính kiểm nghiệm quạt gió 68 3.3.6 Tính két giải nhiệt làm mát động 73 3.3.6.1 Tính thơng số két nước 73 Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 3.3.6.2 Xác định lượng nhiệt két làm mát truyền môi trường bên .75 Kết luận 80 Tài liệu tham khảo .81 LỜI NÓI ĐẦU Sau trình học tập trang bị kiến thức chuyên ngành động lực, em giao nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp, nhằm giúp cho sinh viên tổng hợp khái quát lại kiến thức học, từ kiến thức sở đến kiến thức chuyên ngành Qua trình thực đồ án sinh viên tự rút nhận xét kinh nghiệm cho thân trước bước vào công việc thực tế Em nhận đề tài tốt nghiệp: “Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 ” Trong phạm vi đồ án này, em giới hạn tìm hiểu cách tổng quát phương pháp làm mát động cơ, cấu hệ thống động 1TR-FE trang bị xe TOYOTA INNOVA 2020, sâu vào tính tốn kiểm nghiệm nhiệt động két làm mát Do kiến thức hạn chế, tài liệu tham khảo cịn điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án tốt nghiệp em khơng tránh khỏi thiếu sót, kính mong thầy cô môn bảo để đồ án em hoàn thiện Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS.Dương Việt Dũng, thầy cô giáo mơn,các thầy xưởng thí nghiệm VAL bạn giúp em hoàn thành đồ án Thái Nguyên, ngày tháng năm 2022 Sinh viên thực Lê Sỹ Tú Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÀ MÁT Một động hoạt động đạt hiệu cao,chính nhờ hỗ trợ làm việc tốt hệ thống như: hệ thống nhiên liệu, hệ thống bôi trơn, hệ thống khởi động, hệ thống làm mát… Vì cơng suất, sức bền, tuổi thọ, hiệu suất làm việc động phụ thuộc lớn vào làm việc hệ thống Hệ thống làm mát hệ thống quan trọng động Trong trình làm việc động cơ, nhiệt truyền cho chi tiết tiếp xúc với khí cháy như: piston, xecmăng, xupap, nắp xilanh, thành xilanh chiếm khoảng 25  35% nhiệt lượng nhiên liệu cháy toả Vì chi tiết thường bị đốt nóng mãnh liệt-nhiệt độ đỉnh pittơng lên tới 600 oC,cịn nhiệt độ nấm xupap lên 900oC Nhiệt độ chi tiết máy cao gây hậu xấu như: - Phụ tải nhiệt làm giảm sức bền làm giảm sức bền, độ cứng vững tuổi thọ chi tiết máy - Do nhiệt độ cao làm giảm độ nhớt dầu bôi trơn nên làm tăng tổn thất ma sát - Có thể gây bó kẹt piston cylinder tượng giản nở nhiệt - Giảm hệ số nạp - Đối với động xăng dễ phát sinh tượng cháy kích nổ Để khắc phục hậu xấu trên.Vì cần thiết phải làm mát động 1.1 Nhiệm, yêu cầu phân loại hệ thống làm mát động 1.1.1 Nhiệm vụ hệ thống làm mát Hệ thống làm mát động có nhiệm vụ thực q trình truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháy đến môi chất làm mát để đảm bảo cho nhiệt độ chi tiết không nóng khơng q nguội Động q nóng gây tượng nói, cịn nguội tức động làm mát nhiều tổn thất nhiệt cho dung dịch làm mát nhiều, nhiệt lượng dùng để sinh cơng hiệu suất nhiệt động thấp, ngồi nhiệt độ động thấp ảnh hưởng đến chất lượng dầu bôi trơn, độ nhớt dầu bôi trơn tăng, dầu bơi trơn khó lưu động làm tăng tổn thất giới tổn thất ma sát, ảnh hưởng lớn đến tiêu kinh tế công suất động Hệ thống làm mát động 1TR-FE có nhiệm vụ làm mát động cơ, máy nén dầu bôi trơn Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 1.1.1.1 Làm mát động máy nén Hệ thống làm mát có nhiệm vụ làm mát động cơ, bảo đảm động có nhiệt độ ổn định suốt q trình làm việc Ngồi ra, hệ thống có nhiệm vụ khơng phần quan trọng rút ngắn thời gian chạy ấm máy, nhanh chóng đưa động đạt đến nhiệt độ làm việc Bên cạnh hệ thống làm mát cịn làm mát cho máy nén khí nhằm tăng hiệu suất cho máy nén khí Đường nước làm mát máy nén khí trích từ đường nước làm mát động 1.1.1.2 Làm mát dầu bơi trơn Trong q trình làm việc động cơ, nhiệt độ dầu bôi trơn tăng lên không ngừng nguyên nhân sau: - Dầu bôi trơn phải làm mát trục, tỏa nhiệt lượng sinh trình ma sát ổ trục ngồi - Dầu bơi trơn tiếp xúc trực tiếp với chi tiết máy có nhiệt độ cao cị mổ, xupáp, piston Để đảm bảo nhiệt độ làm việc dầu ổn định, giữ độ nhớt dầu thay đổi đảm bảo khả bơi trơn, cần phải làm mát dầu bôi trơn Đường dầu bôi trơn khoan song song với đường nước làm mát động Khi nước làm mát động đồng thời làm mát cho dầu bôi trơn, nhằm hạ nhiệt độ cho dầu bôi trơn 1.1.2 Yêu cầu hệ thống làm mát Đối với động 1TR-FE động lắp xe ơtơ khác hệ thống làm mát phải thỏa mãn yêu cầu sau: - Làm việc êm dịu, tiêu hao công suất cho làm mát bé - Bảo đảm nhiệt độ môi chất làm mát cửa van nhiệt khoảng 83950C nhiệt độ dầu bơi trơn động khoảng 95÷1150C - Bảo đảm động làm việc tốt chế độ điều kiện khí hậu điều kiện đường sá, kết cấu nhỏ gọn, dễ bố trí 1.1.3 Phân loại hệ thống làm mát 1.1.3.1 Hệ thống làm mát nước Hệ thống làm mát nước chia nhiều kiểu khác như: làm mát nước kiểu bốc hơi, kiểu đối lưu tự nhiên, kiểu tuần hoàn cưỡng làm mát nhiệt độ cao Mỗi kiểu làm mát có ưu nhược điểm khác thích hợp cho điều kiện làm việc động a Hệ thống làm mát kiểu bốc Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 Hệ thống làm mát nước kiểu bốc loại đơn giản Hệ thống không cần bơm, quạt Bộ phận chứa nước có hai phần- khoang nước bao quanh thành xilanh (8), khoang nắp xilanh (5) thùng chứa nước bay (2) phía Sơ đồ nguyên lý hệ thống sau: 10 11 Hình 3-1 Hệ thống làm mát nước kiểu bốc 1- Thùng nhiên liệu; 2- Khoang chứa nước bốc hơi;3,4 Xupap 5- Nắp xilanh; 6- Thân máy; 7- Piston 8- Xi lanh; 9- Thanh truyền; 10- Trục khuỷu; 10- Cácte chứa dầu Khi động làm việc, vùng nước bao xung quanh buồng cháy nước sôi Nước sơi có tỷ trọng bé nên lên mặt thoáng thùng chứa để bốc ngồi khí trời Nước nguội thùng chứa có tỷ trọng lớn chìm xuống điền chỗ cho nước nóng lên, tạo thành lưư động đối lưu tự nhiên Căn vào nhiệt lượng động cách bố trí động đứng hay nằm để thiết kế hệ thống kiểu bốc Với việc làm mát kiểu bốc nước, lượng nước thùng giảm nhanh, cần phải bổ sung nước thường xuyên kịp thời Vì vậy, kiểu làm mát khơng thích hợp cho động dùng phương tiện vận tải Hệ thống làm mát nước kiểu bốc kết cấu đơn giản đặt tính lưu động đối lưu nói nên hệ thống dùng cho động đốt kiểu xilanh nằm ngang, đặc biệt động máy nông nghiệp cỡ nhỏ Nhược điểm hệ thống làm mát thất thoát nước nhiều hao mịn xilanh khơng Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 b Hệ thống làm mát nước kiểu đối lưu tự nhiên Trong hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên, nước lưu động tuần hoàn nhờ chênh lệch áp lực hai cột nước nóng lạnh mà khơng cần bơm Cột nước nóng động cột nước nguội thùng chứa két nước Hình 3-2 Hệ thống làm mát nước kiểu đối lưu tự nhiên 1- Đường nước; 2- Xilanh; 3- Đường dẫn nước vào két làm mát; 4- Nắp két; 5- Két nước; 6- Quạt gió; 7- Đường nước làm mát động Nước nhận nhiệt xilanh thân máy, làm cho khối lượng riêng nước giảm nên nước lên Trong khoang nắp xilanh, nước tiếp tục nhận nhiệt chi tiết bao quanh buồng cháy- nắp xilanh, xupap… nhiệt độ nước tiếp tục tăng lên khối lượng riêng nước tiếp tục giảm, nên nước lên theo đường dẫn khoang phía két làm mát (5) Quạt gió (6) dẫn động puly từ trục khuỷu động hút khơng khí qua két Do đó, nước két làm mát làm cho khối lượng riêng nước tăng, nước chìm xuống khoang két từ vào thân máy, thực vịng tuần hồn Độ chênh áp lực phụ thuộc vào độ chênh lệch nhiệt độ hai cột nước, cường độ làm mát tự động điều chỉnh theo phụ tải Khi khởi động chênh lệch nhiệt độ hai cột nước nóng nguội bé nên chênh lệch áp lực hai cột nước bé Vì vậy, nước lưu động chậm, động chóng đạt nhiệt độ chế độ làm việc Sau phụ tải tăng độ chênh lệch nhiệt độ hai cột nước tăng theo, tốc độ lưu động nước tăng theo Độ chênh áp lực phụ thuộc vào hiệu độ chênh chiều cao trung bình hai cột nước, phải ln đảm bảo mức nước thùng chứa phải cao nước động Tuy nhiên, hệ thống có nhược điểm nước lưu động hệ thống có vận tốc bé vào khoảng V = 0,120,19 m/s Điều dẫn đến chênh lệch nhiệt độ nước vào nước lớn, mà thành xilanh làm mát không Muốn khắc phục nhược điểm phải tăng tiết diện lưu thơng nước động dẫn Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 đến hệ thống làm mát nặng nề cồng kềnh Do vậy, hệ thống làm mát kiểu khơng thích hợp cho động ô tô máy kéo, mà thường dùng động tĩnh c Hệ thống làm mát nước tuần hoàn cưỡng Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng khắc phục nhược điểm hệ thống làm mát kiểu đối lưu Trong hệ thống này, nước lưu động sức đẩy cột nước bơm nước tạo Tùy theo số vòng tuần hồn kiểu tuần hồn ta có loại tuần hoàn cưỡng như: hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng vịng kín, kiểu cưỡng vịng hở, kiểu cưỡng hai vịng tuần hồn Mỗi kiểu làm mát có nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm, phạm vi sử dụng khác * Hệ thống làm mát cưỡng tuần hồn kín vịng 11 10 Hình 3-3 Hệ thống làm mát cưỡng tuần hồn kín vịng 1- Thân máy; 2- Đường nước khỏi động cơ; 3- Bơm nước; 4- Ống nước nối tắt vào bơm; 5- Nhiệt kế; 6- Van nhiệt; 7- Két làm mát; 8- Quạt gió; 9- Ống dẫn nước bơm; 10- Bình làm mát dầu bơi trơn Trên hình (3-3) hệ thống làm mát tuần hồn cưỡng động ô tô máy kéo hàng xilanh Ở đây, nước tuần hoàn nhờ bơm ly tâm (3), qua ống phân phối nước vào khoang chứa xilanh Để phân phối nước làm mát đồng cho xilanh, nước sau bơm vào thân máy (1) chảy qua ống phân phối đúc sẵn thân máy Sau làm mát xilanh, nước lên làm mát nắp máy theo đường ống (2) khỏi động với nhiệt độ cao đến van nhiệt (6) Khi van nhiệt (6) mở, phần nước chảy qua đường ống (4) đường ống hút bơm nước (3), phần lớn nước qua van nhiệt (6) vào ngăn chứa phía két nước Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 Tiếp theo, nước từ ngăn phía két qua ống mỏng có gắn cánh tản nhiệt Tại đây, nước làm mát dịng khơng khí qua két quạt (8) tạo Quạt dẫn động đai hay bánh từ trục khuỷu động Tại ngăn chứa phía dưới, nước có nhiệt độ thấp lại bơm nước (3) đẩy vào động thực chu kỳ làm mát tuần hoàn Ưu điểm hệ thống làm mát cưỡng vòng kín nước sau qua két làm mát lại trở động Do phải bổ sung nước, tận dụng việc trở lại nguồn nước để tiếp tục làm mát động Vì vậy, hệ thống thuận lợi loại xe đường dài, vùng thiếu nguồn nước * Hệ thống làm mát cưỡng tuần hồn hai vịng Trong hệ thống này, nước làm mát két nước khơng phải dịng khơng khí quạt gió tạo mà dịng nước có nhiệt độ thấp hơn, nước sơng, biển Vịng thứ làm mát động hệ thống làm mát cưỡng vịng cịn gọi nước vịng kín Vịng thứ hai với nước sông hay nước biển bơm chuyển đến két làm mát để làm mát nước vịng kín, sau lại thải sơng, biển nên gọi vòng hở Hệ thống làm mát hai vòng dùng phổ biến động tàu thủy 10 Hình 3-4 Hệ thống làm mát cưỡng kiểu hai vịng tuần hồn 1-Đường nước phân phối; 2- Thân máy; 3- Nắp xilanh; 4- Van nhiệt; 5- Két làm mát; 6- Đường nước vòng hở; 7- Bơm nước vòng hở; 8- Đường nước vào bơm nước vòng hở; 9- Đường nước tắt bơm vịng kín; 10Bơm nước vịng kín Hệ thống làm việc sau: nước làm mát động theo chu trình kín, bơm nước (10) đến động làm mát thân máy nắp xilanh đến két làm mát nước (5) Nước hệ thống kín làm mát nước ngồi mơi trường 10 Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 Trong đó: GH: Lưu lượng nước cấp từ bơm; GH=1,97   :Góc phương vận tốc u theo hướng ngược lại; chọn   12o Z- số cánh bơm z = 12; ta chọn z =6  - Chiều dày cánh nơi vào bơm  =3 5(mm), chọn  =4,3 (mm) cr- Tốc độ ly tâm nước lối (m/s)  cl -Mật độ nước (kg/m3)  cl =1000(Kg/m3 cr  Hg tg  tg12 1,63(m / s) u  b 18,8 0,68 1,97 b2  0,0014(m) 14(mm) 0,0043   1000 1,63  2 0,033   sin 12   + Công suất tiêu hao cho bơm nước xác định Theo [2] tập trang 265, ta có: Gb H 9,81.10  Nb = (KW)  b  cg (8-31) Trong đó: ηb : hiệu suất bơm, ηb = 0,6-0,7 ηcg : hiệu suất giới bơm, ηcg = 0,7-0,9 H : cột áp bơm, theo [45) có H = 8(m cột nước) Nb  Gbtt H 9,81.10  1,97 8 9,81.10  = = 0,289 (KW)  b  cg 0,7.0,8 + Nhận xét: Ta thấy công suất bơm tiêu tốn nhỏ so với công suất động chiếm nhỏ 1% không ảnh hưởng đến động 67 Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 3.3.5 Tính kiểm nghiệm quạt gió  l 2r 2R y Hình 8-2 Sơ đồ tính quạt gió Lưu lượng khơng khí quạt cung cấp, áp suất động quạt tạo công suất tổn thất cho quạt phụ thuộc số vòng quay trục quạt (phụ thuộc vào số vòng quay trục khuỷu) Lượng khơng khí tỉ lệ bậc nhất, áp suất tỉ lệ bậc hai công suất tỉ lệ bậc ba với số vịng quay Khi tính tốn quạt gió động này, ta phải tính đến ảnh hưởng tốc độ gió gây tốc độ chuyển động tơ Do đó, lưu lượng thực tế quạt Gq thường lớn lưu lượng tính tốn Gkk Mức độ lớn bé lưu lượng thực tế quạt phụ thuộc vào tốc độ ô tô Khi tốc độ tơ lớn, lưu lượng gió thực tế qua két nước tăng lên, nên lưu lượng khơng khí quạt gió cung cấp giảm xuống rõ rệt Lưu lượng quạt gió Gq phụ thuộc vào kích thước quạt gió xác định theo sơ đồ hình (8-2) Theo [2] tập trang 226 ta có: Gq  k  ( R  r )nq bZ k sin  cos 60 (kg/s) (8-32) Trong đó: kk - khối lượng riêng khơng khí theo điều kiện làm việc, khơng khí phía sau tản nhiệt có nhiệt độ t kkr = 660C Theo [3] trang 225 ta có ρ kk = 1,029 (kg/m3) R, r – bán kính ngồi bán kính quạt (m) Theo kết đo đặc thực tế ta có R = 0,22 (m), r = 0,115 (m);b - bề rộng cánh, b = 80 (mm) 68 Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 nq - số vòng quay quạt nq = i.n (vòng/ phút) (8-33) i: tỉ số truyền động quạt, Theo [2] tập trang 266 ta có i = (1÷2) Chọn i = 1,02 n- số vịng quay trục khuỷu tính số vòng quay cực đại n = 5600(v/p) nq= i.n = 1,02.5600 = 5712 (vịng/ phút) α – góc nghiêng cánh, α = 400 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 fn - diện tích tiết diện cửa khơng khí nắp đầu xe Theo [2] tập trang 266 ta có quan hệ hệ số ηk với tỷ số fn sau: .R ηk 0,6 fn .R 0,4 0,25 0,5 0,75 Hình 8-3 Quan hệ ηk với tỷ số fn .R Vậy lưu lượng quạt gió Gq là: Gq  k  ( R  r )nq bZ k sin  cos 60 = 1,029.3,14.(0,222 - 0,1152).5712.0,08.7.0,7 sin 40 cos 40 60 Gq = 2,976 (kg/s) Công suất quạt gió Theo [4] trang 107 ta có: 69 Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 Nq =  kk g Q.H k 1000. (KW) (8-34) Trong đó: Q - Lưu lượng quạt, (m3/s); Hk - Áp suất quạt, tính theo chiều cao cột chất khí, (m cột khí); ρkk- Khối lượng riêng chất khí điều kiện làm việc quạt (kg/m3) Xét điều kiện nhiệt độ không khí phía sau tản nhiệt có tkkr = 660C Theo [3] trang 225 ta có ρkk = 1,029 (kg/m3) g - gia tốc trọng trường, (m/s2); g = 9,81 (m/s2); η - hệ số hiệu dụng quạt, η = 0,6 ÷ 0,75 Chọn η = 0,7; Ta tính thơng số cịn lại cơng thức (8-34) sau: + Xác định lưu lượng quạt Q= Q= Gq (m3/s);  kk (8-35) 2,976 = 2,892 (m3/s); 1,029 + Xác định vận tốc hướng trục quạt: Theo [4] trang 117 ta có: De = 1,3 Q Cm (8-36) 1,3 2.Q Do đó: Cm = (m/s) De2 Trong đó: (8-37) Q - lưu lượng quạt (m3/s) De - đường kính đỉnh cánh quạt (m); De = 0,44(m) Vậy ta có: Cm = 1,32.2,892 = 25,25(m/s) 0,44 + Xác định áp suất quạt Theo [4] trang 117 ta có: Ue = 2,8.φ H , (m/s) (8-38) Suy ra: 70 Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 U e2 H= , (mm cột H2O) (2,8. ) (8-39) Trong đó: φ - hệ số phụ thuộc dạng cánh Theo [4] trang 118 ta có: φ = 2,8 ÷ 3,5; chọn φ = 3,2 Ue- vận tốc vịng quạt; (m/s) Theo [4] trang 118, ta có: Ue = .nq De 30 (8-40) De - đường kính đỉnh cánh, De = 0,44 (m); Do đó: Ue = .nq De 3,14.5712 0,44 = =130 (m/s) 30 30 Thay giá trị Ue vào phương trình (8-39) ta U e2 130 H= = = 205 (mm cột H2O) = 0,205 (m cột H2O) (2,8. ) (2,8.3,3) Ta đổi áp lực chất khí sang chiều cao m cột nước H 20, Theo [4] trang 122, ta có: g.ρkk.Hk = g.ρ.H Do đó, Hk =  H (m cột H2O)  kk (8-41) (8-42) Thay giá trị g, Q, H vào (8-19) ta công suất trục quạt Nq =  kk g Q.H k 1,029.9,81.2,976.0,205.1000 = = 8,34 (KW) 1000.0,7 1000. * Xác định công suất động Nđ tiêu tốn để dẫn động quạt gió Theo [4] trang 114, ta có: Nđ = a.N q t , (KW) (8-43) Trong đó: Nq - cơng suất đặt trục quạt, tính Nq = 8,34 (KW); 71 Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 a - hệ số tương ứng công suất Nq Theo [4] trang 115, ta có: a = 1,02 quạt hướng trục ηt - hệ số truyền động hiệu dụng Theo [4] trang 114, ta có: ηt = 0,9 Vậy cơng suất động cần tiêu tốn cho dẫn động quạt là: Nđ = a.N q t = 1,02.8,34 = 9,46 (KW) 0,9 + Nhận xét: Ta nhận thấy công suất động tiêu tốn cho việc dẫn động quạt gió tương đối nhỏ so với cơng suất động chiếm nhỏ cơng suất động cơ,quạt gió điều khiển bơi khớp chất lỏng tiết kiêm công suất động cơ.Đây ưu điểm hệ thống làm mát 3.3.6 Tính két giải nhiệt làm mát động 3.3.6.1 Tính thơng số két nước a b 0,2 c 20 Hình 8-5 Sơ đồ kết cấu ống nước Ta có: b = - 2.0,2 = 1,6 (mm) a = 20 - 2.0,2 = 19,6 (mm) c = 20 - = 18 (mm) + Diện tích tiếp xúc với chất lỏng F1: 72 Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 Hình 8-6 Sơ đồ kết cấu két nước F1 = F0.n (8-44) F0 - diện tích tiếp xúc chất lỏng ống (m2) n - số ống két nước F0 = h P0 (8-45) h - chiều dài làm việc ống P0 - chu vi thành ống P0 = 2.c + π.b = 18+ 3,14.1,6 = 41,024 (mm) F0 = h.P0 = 500 41,024 = 20512 (mm2) F1 = n.F0 = 108.20512 = 2215296 (mm2) Vậy F1 = 2,215296 (m2) + Tiết diện lưu thông chất lỏng két S = n S0 (m2) (8-46) Trong đó: S0- tiết diện lưu thơng chất lỏng qua ống nước n- số ống nước két b S0 =    + b.c 2 (8-47)  1,6  S0 = 3,14   + 1,6.18 = 30,8096 (mm2)   Vậy: S = 78.30,8096 = 2403,15(mm2) = 0,0240315 (m2) + Tính diện tích két nước tiếp xúc với khơng khí F2 73 Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 mm 500 mm 77 cạnh tn nhiãû t 618 mm Hình 8-7 Sơ đồ tính tốn két nước F2 = F3 + F4 (8-48) F3 - diện tích ống nước tiếp xúc với khơng khí F4 - diện tích cánh tản nhiệt tiếp xúc với khơng khí - Tính F3: F3 = F3’ –F3’’ (8-49) F3’- Diện tích mặt ngồi ống nước F3’ = P1.h.n (8-50) P1 - chu vi tiết diện ống P1 = 2.c + π.2 = 2.18 + 3,14.2 = 42,28 (mm) h - chiều dài làm việc ống h = 500 (mm) F3’ = P1.h.n = 42,28.500.78 =2283120 (mm2) F3’ = 2,28312 (m2) F3’’- Diện tích mặt ngồi ống tiếp xúc với cánh tản nhiệt F3’’ = P1.n δ’.m (8-51) δ’ - Độ dày cánh tản nhiệt Theo thông số thực tế δ’ = 0,2 (mm) m - Số lớp cánh tản nhiệt, m = 390 F3’’ = P1.n δ’.m = 42,28.78.0,2.390 = 257231 (mm2) F3’’ = 0.257(m2) Vậy F3 = F3’– F3’’ =2,28312 – 0,257 = 2,03 (m2) 74 Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 - Tính F4: F4 = m.b’.l.i.k (8-52) k - số cánh tản nhiệt Đo đạc thực tế ta có: k = 77 b’ - bề rộng cánh tản nhiệt Thực tế xe b’= l - chiều dài cánh tản nhiệt.Tính theo bề dày két l = B = 20 (mm) i – số bề mặt tiếp xúc khơng khí cánh tản nhiệt i = F4= m.b’.l.i.k = 390.6.20.2.77 = 7989700 (mm2) Hay F4 = (m2) Vậy diện tích két nước tiếp xúc với khơng khí là: F2 = F3 + F4 = 2,03 + 8= 10,03 (m2) 3.3.6.2 Xác định lượng nhiệt két làm mát truyền mơi trường bên ngồi + Việc xác định nhiệt lượng két làm mát truyền môi trường nhằm kiểm nghiệm khả tản nhiệt két nước thông qua thông số thực tế két nước + Xác định kích thước mặt tản nhiệt dựa sở lý thuyết truyền nhiệt + Quá trình truyền nhiệt tản nhiệt chủ yếu tiếp xúc đối lưu, truyền nhiệt xạ bé không đáng kể, két nước mặt tiếp xúc với nước nóng từ động vào, mặt tiếp xúc với khơng khí Do đó, truyền nhiệt từ nước ngồi khơng khí truyền nhiệt từ môi chất đến môi chất khác qua thành mỏng Như vậy, trình truyền nhiệt hệ thống phân thành ba giai đoạn ứng với ba phương trình truyền nhiệt, Theo [2] tập có sau: + Giai đoạn một: truyền nhiệt từ nước nóng đến thành ống bên Q’lm = α1.F1.(tn - tδ1) (J / s) (8-53) + Giai đoạn hai- truyền nhiệt từ bề mặt thành ống thành ống Q’lm =  F1.(tδ1 – tδ2)  ( J/s) (8-54) + Giai đoạn ba- truyền nhiệt từ mặt ngồi thành ống ngồi khơng khí Q’lm = α2.F2.(tδ2 - tδkk) ( J/s) (8-55) Giải phương trình (8-53), (8-54), (8-55) ta được: F2 (t n  t kk ) Q’lm = 1.F2   F2  = k.F2.(tn - tkk);  F1 .F1  (8-56) 75 Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 Trong đó: k – hệ số truyền nhiệt két k = 1.F2   F2   F1 .F1  (8-57) Trong đó: Q’lm - Nhiệt lượng truyền cho nước làm mát nhiệt lượng nước dẫn qua két nước làm mát - tản nhiệt ( J / s) F1 - Diện tích tiếp xúc với chất lỏng F1 = 2,03 (m2) F2 - Diện tích két nước tiếp xúc với khơng khí F2 = 10,03 (m2) λ – Hệ số dẫn nhiệt vật liệu làm ống tản nhiệt Ống tản nhiệt làm nhôm Theo [2] tập trang 261, ta được: λ = 100 (W/ m2.độ) δ - Chiều dày thành ống Theo số liệu thực tế, ta có δ = 0,2.10-3 (m) tδ1 - Nhiệt độ trung bình bề mặt thành ống tδ2 - Nhiệt độ trung bình bề mặt ngồi thành ống  - Hệ số tản nhiệt từ nước làm mát đến thành ống két làm mát (W/ m2.độ) Việc xác định hệ số tản nhiệt từ nước α1 phức tạp khó xác Xác định 1 sau: Theo [3] trang 99, ta có: Từ:  l  Nu = 1 Từ phương trình (8-58) ta có: α1 = (8-58) Nu.1 l* Trong đó: λ1 - hệ số dẫn nhiệt nước làm mát két ứng với nhiệt độ t n = 830C Theo [3] trang 224 có λ1 = 6740 (W/m độ) l* - chiều cao làm việc tổng ống (m) l*= n.h = 78 500 = 39000 (mm) = 39 (m) Nu - tiêu chuẩn Nusself Từ [3] trang 99, ta có hệ số tỏa nhiệt đối lưu Nu = 0,33 Re Pr (8-59) 76 Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 Trong đó: Re– tiêu chuẩn Reynolds Từ [3] trang 99, ta có: Re = .l  (8-60)  - tốc độ dòng chảy ống, (m/s) 1,58.10  Glm = = = 0,65 (m/s) 0,0024 S l - chiều cao làm việc ống, (m) l = 500 (mm)  - độ nhớt động học, (m2/s) Theo [3] trang 224, ta có:  = 0,365.10-6 (m2/s) 830C 0,65.500.10  Do đó: Re = = 898437 0,365.10  Re = 898437 > 2320 Dòng chảy ống dòng chảy rối Pr – tiêu chuẩn Prandtl, Theo [3] trang 224, ta có: Pr = 2,21 Do đó: Nu = 0,33 Re Pr = 0,33 898437 2,21 = 407,43 Vậy α1= Nu.1 407,43.6740 = = 70412 (W/m2 độ) 39 l* α2 - Hệ số tản nhiệt từ thành ống két làm mát vào khơng khí; (W/ m 2.độ) Hệ số phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ lưu động khơng khí ω kk Khi thay đổi ωkk từ ÷ 60 m/s hệ số α2 thay đổi đồng biến từ 40,6 ÷ 303 (W/ m2 độ) Bên cạnh tốc độ lưu động khơng khí ω kk phụ thuộc vào tốc độ xe v xe tốc độ hút khơng khí quạt gió (đối với loại quạt khảo sát vận tốc gió quạt tạo theo chiều hướng trục vht = Cm = 25,25 m/s) Khi ta tính tốn thiết kế hay tính tốn kiểm nghiệm hệ thống làm mát ta thường tính chế độ cơng suất cực đại động Do động đặt phía trước xe, nên vận tốc khơng khí lưu động qua két cịn phụ thuộc vào tốc độ xe.Vì vậy, ta chọn tốc độ lưu động khơng khí ωkk vht quạt gió ωkk = vht = 25,25 (m/s) Theo [2] tập trang 216, ta có: α2 = 11,38.ωkk0,8 (W/ m2 độ) (8-61) 77 Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 thay ωkk = 25,25(m/s) α2 = 11,38 25,250,8 = 150,63 (W/ m2 độ) Vậy hệ số truyền nhiệt két k = 1.F2   F2   F1 .F1   10,03 0,2.10  3.10,3 k= 165 (W/ m2 độ)   70412.2,215 100.2,215 150,63 tn - Nhiệt độ trung bình nước làm mát két làm mát tn = t nv  t nr (8-62) Trong đó, tnv, tnr nhiệt độ nước vào két nước lấy nhiệt độ nước nước vào động Theo [1] trang 216, ta có: tn = 80 ÷ 850C tkk - Nhiệt độ trung bình khơng khí qua tản nhiệt tkk = t kkv  t kkr (8-63) Trong đó, nhiệt độ khơng khí vào (tkkv) phía trước tản nhiệt ta lấy tkkv= 400C Chênh lệch nhiệt độ khơng khí qua tản nhiệt t kk = 20 ÷ 300C Chọn t kk = 250C Với tkkr = tkkv + t kk (8-64) tkkr= 40 + 25 = 65 (0C); tkk = 40  65 t kkv  t kkr = = 52,5 (0C) 2 Mặt khác, khả tản nhiệt két làm mát Q’ lm tỉ lệ thuận với nhiệt độ trung bình tn nước làm mát két Do đó, ta kiểm nghiệm khả tản nhiệt két làm mát ta lấy giá trị cận biên trái tn (tức lấy giá trị giới hạn nhỏ thơng số đó) để tính Q’lm Chọn tn = 830C 78 Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 Nếu như, Q’lm nhận có giá trị lớn Q lm nhiệt lượng động truyền cho nước làm mát két tản nhiệt đảm bảo khả tản nhiệt cho nước làm mát Thay giá trị thông số k, tn, tkk, F2 vào công thức (8-58) Ta được: Q’lm = 165.10,3.(83 – 52,5) = 51392 (J/s) + NHẬN XÉT: Nhiệt lượng tối đa tỏa cho nước làm mát động số vòng quay định mức là: Qlm = 46195 (J/s) Trong khả tản nhiệt két làm mát tối thiểu mơi trường bên ngồi là: Q’lm = 51392(J /s) Vậy két làm mát có thừa khả đảm bảo làm mát cho động động hoạt động số vòng quay định mức Điều cho biết thừa khả đảm bảo cho động làm mát tốt chế độ làm việc động 79 Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 Kết luận Sau khảo sát tính toán kiểm tra nhiệt két làm mát hệ thống làm mát động 1TR-FE trang bị xe INNOVA chỗ em nhận thấy rằng: Các cụm chi tiết hệ thống làm mát làm việc đảm bảo cho động làm mát tốt chế độ làm việc Công suất tiêu tốn cho việc dẫn động bơm quạt gió tương đối nhỏ khả cung cấp nước làm mát bơm không khí với quạt gió cho hệ thống đảm bảo 80 Khai thác kỹ thuật hệ thống làm mát động xe TOYOTA INNOVA 2020 Tài liệu tham khảo [1]- GS.TS Nguyễn Tất Tiến Nguyên lý động đốt Nhà xuất giáo dục - 2000 [2]- Hồ Tấn Chuẩn - Nguyễn Đức Phú - Trần Văn Tế - Nguyễn Tất Tiến Kết cấu tính toán động đốt (Tập 1,2,3) Nhà xuất giáo dục - 1996 [3] - PGS.TS Hồng Đình Tín Truyền nhiệt tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt Nhà xuất khoa học kỹ thuật – 2001 [4] - Nguyễn Văn May Bơm, quạt , máy nén Nhà xuất khoa học kỹ kỹ thuật [5]- Catalogue động 1TR-FE [6]- Cẩm nang sửa chữa xe INNOVA tập [7]- Cẩm nang sửa chữa xe INNOVA tập [8]- Đinh Ngọc Ái – Đặng Huy Chi – Nguyễn Phước Hoàng – Phạm Đức Nhuận Thủy lực máy thủy lực tập Nhà xuất đại học trung học chuyên nghiệp Hà Nội - 1972 81 ... INNOVA 2020 A-A 20 10 A 16 4,3 ? ?66 11 12 18 18 26 Ø 26 A 11 15 14 13 12 17 Hình 6- 5 Kết cấu bơm nước 1-Puli bơm nước; 2-Lổ ren; 3- đai ốc; 4-miếng đệm; 5-then bán nguyệt; 6- vú mở; 7-bánh công tác;... 19,8 06  298 =20,4303[KJ/Kmol.K] 2 (7 -6) Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản phẩm cháy m Cv : m C v a v  bv Tr [KJ/Kmol.K] (7-7) Trong đó: a"v 19, 867  1 ,63 4 1 ,63 4 = a"v 19, 867 ... nước quạt gió 62 3.3.3 Xác định lượng nhiệt động truyền cho nước làm mát 63 3.3.4 Tính kiểm nghiệm bơm nước 65 3.3.5 Tính kiểm nghiệm quạt gió 68 3.3 .6 Tính két giải nhiệt