CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT TRÊN Ô TÔ 1 Mục đích yêu cầu của hệ thống làm mát 1 1 Mục đích của hệ thống làm mát Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt truyền cho các chi tiết tiếp xúc[.]
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT TRÊN Ô TÔ Mục đích yêu cầu hệ thống làm mát 1.1 Mục đích hệ thống làm mát 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 600oC,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 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 khơng q nóng khơng q nguội Động q nóng gây tượng nói, cịn q 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, nhiệt độ động thấp ảnh hưởng đến chất lượng dầu bôi trơn, độ nhớt dầu bôi trơn tăng, dầu bôi trơn khó lưu động làm tăng tổn thất giới tổn thất ma sát, ảnh hưởng lớn đến tiêu kinh tế công suất động Động TOYOTA có hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng 1.2 Yêu cầu hệ thống làm mát Đối với động TOYOTA động lắp xe tơ khách 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 Nhiệm vụ hệ thống làm mát Hệ thống làm mát động TOYOTA INOVA có nhiệm vụ làm mát động cơ, máy nén dầu bôi trơn 2.1 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 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 2.2 Làm mát dầu bôi trơn Trong 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 bôi 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 Phân loại hệ thống làm mát 3.1 Hệ thống làm mát nước Trong hệ thống làm mát nước chia ba kiểu như: làm mát nước kiểu bốc hơi, kiểu đối lưu tự nhiên, kiểu cưỡng Căn vào số vịng tuần hồn kiểu tuần hồn, người ta chia hệ thống làm mát thành loại: Một vòng tuần hồn kín, vịng tuần hồn hở, hai vịng tuần hồn (trong có vịng kín vịng hở) Mỗi kiểu làm mát có ưu nhược điểm khác thích hợp cho điều kiện làm việc động 3.1.1 Hệ thống làm mát kiểu bốc Hệ thống làm mát nước kiểu bốc loại đơn giản Hệ thống khơng cần bơm, quạt Bộ phận chứa nước có hai phần: phần khoang chứa nước làm mát thân máy phần thùng chứa nước bay lắp với thân Sơ đồ kết cấu: 10 Hình 1.1 Hệ thống làm mát nước kiểu bốc 1-Xupáp; 2- Khoang chứa nước bốc hơi; 3- Thùng nhiên liệu; 4- Que thăm dầu; 5Hộp cacte chứa dầu; 6- Thanh truyền ;7- Xy lanh; 8-Piston; 9- Thân máy; 10- Nắp xilanh - Nguyên lý làm việc: Khi động làm việc, vùng nước bao bọc chung quanh buồng cháy nhận nhiệt buồng cháy sôi tạo thành bọt nước Nước sôi có tỷ trọng bé lên mặt thống thùng chứa để bốc ngồi khí trời Nước nguội thùng chứa có tỉ trọng lớn nên có xu hướng xuống điền chỗ cho nước nóng lên, tạo thành dịng đối lưu tự nhiên + Ưu điểm hệ thống làm mát kiểu bốc - Kết cấu đơn giản - Do đặc tính lưu động đối lưu nói nên hay dùng cho loại động đặt nằm dùng nông nghiệp + Nhược điểm hệ thống kiểu làm mát bốc tự nhiên nên nguồn nước thùng giảm nhanh làm cho tiêu hao nước nhiều hao mịn thành xylanh khơng 3.1.2 Hệ thống làm mát nước kiểu đối lưu tự nhiên: Trong hệ thống làm mát kiểu này, nước lưu động tuần hoàn nhờ chênh lệch áp lực hai cột nước nóng nguội mà khơng cần bơm Cột nước nóng động cột nước nguội thùng chứa két nước - Sơ đồ nguyên lý hệ thống : 10 Hình 1.2: Hệ thống làm mát nước kiểu đối lưu tự nhiên 1- Thân máy; 2- Xilanh; 3- Piston, 4- Nắp xilanh; 5- Đường nước két; 6- Nắp két, 7- Két nước; 8- Khơng khí làm mát; 9- Quạt gió; 10- Đường nước vào làm mát động - Nguyên lý làm việc: Khi động làm việc, nhiệt độ từ buồng cháy tỏa làm cho nước nóng dần lên Nước nóng có khối lượng riêng nhỏ nên lên qua két làm mát Tại nước nóng làm mát nhờ quạt (9) dẫn động puly từ trục khuỷu động hút khơng khí qua để tản nhiệt cho nước Nước sau tản nhiệt nên khối lượng riêng tăng xuống phía két sau vào làm mát cho động tạo thành vịng tuần hồn kín Độ chênh áp lực tính theo cơng thức sau: Δp=ρghαΔt (N/m ) ρ - khối lượng riêng nước (kg/m ) h - hiệu chiều cao trung bình hai cột nước nóng lạnh (m); 3 α - hệ số giản nỡ nước 0,00018m /m độ Δt - độ chênh lệch nhiệt độ hai cột nước nóng lạnh Như vậy, từ công thức ta thấy độ chênh áp lực phụ thuộc vào độ chênh nhiệt độ Δt hai cột nước Do với hệ thống mát có ưu điểm chế độ làm mát phù hợp với chế độ không tải động Khi khởi động chênh lệch nhiệt độ hai cột nước nóng nguội bé nên chênh lệch áp lực hai cột nước nhỏ Vì vậy, nước lưu động chậm, động chóng đạt nhiệt độ chế độ làm việc 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 khơng Muốn giảm chênh lệch nhiệt độ nước vào nước động phải tăng kích thước thùng chứa làm kết cấu cồng kềnh Do vậy, hệ thống làm mát kiểu khơng thích hợp cho động ô tô máy kéo, mà dùng động tĩnh 3.1.3 Hệ thống làm mát nước tuần hoàn cưỡng bức: Do tốc độ lưu động nước hệ thống tuần hoàn đối lưu tự nhiên bé Vì để tăng tốc độ lưu động nước người ta dùng hệ thống tuần hoàn cưỡng Trong hệ thống này, nước lưu động sức đẩy cột nước bơm nước tạo Tùy theo số vịng tuần hồn kiểu tuần hồn ta có loại tuần hoàn cưỡng như: hệ thống làm mát tuần hồn cưỡng vịng kín, kiểu cưỡng vòng hở, kiểu cưỡng hai vòng tuần hồn Mỗi kiểu làm mát có ngun lý làm việc, ưu nhược điểm, phạm vi sử dụng khác 3.1.3.1 Hệ thống làm mát cưỡng tuần hồn kín vòng: - Sơ đồ nguyên lý hệ thống: 10 11 15 13 14 12 Hình 1.3 Hệ thống làm mát cưỡng tuần hồn kín vịng 1- Thân máy; 2- Nắp xilanh; 3- Đường nước khỏi động cơ; 4- Ống dẫn bọt nước; 5- Nhiệt kế; 6-Van nhiệt; 7- Nắp rót nước; 8- Két làm mát; 9- Quạt gió; 10- Puly; 11Ống nước nối tắt vào bơm; 12- Đường nước vào động cơ; 13- Bơm nước; 14- Két làm mát dầu; 15- Ống phân phối nước - Nguyên lý làm việc Khi động làm việc, nước hệ thống tuần hoàn nhờ bơm ly tâm (13), qua ống phân phối nước (15) 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 (15) đúc sẵn thân máy Sau làm mát xilanh, nước lên làm mát nắp máy theo đường ống (3) khỏi động đến van nhiệt (6) Nước từ van nhiệt chia hai dòng: dịng qua ống (11) tuần hồn trở lại động cơ; dòng qua két (7) để tản nhiệt Nếu nhiệt độ nước làm mát nhỏ nhiệt độ cho phép van nhiệt đóng lại không cho qua két mà theo đường tắc để vào làm mát động Nếu nhiệt độ nước lớn nhiệt độ cho phép van nhiệt mở cho nước qua két Tại đây, nước làm mát dịng khơng khí qua két quạt (8) tạo Quạt dẫn động puly từ trục khuỷu động Tại bình chứa phía dưới, nước có nhiệt độ thấp lại bơm nước hút vào 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 bổ sung nước, tận dụng trở lại nguồn nước làm mát tiếp động Do đó, hệ thống thuận lợi loại xe đường dài, vùng thiếu nguồn nước 3.1.3.2 Hệ thống làm mát cưỡng tuần hồn hai vịng: Đặc điểm hệ thống là, 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 - Sơ đồ nguyên lý hệ thống: 10 Hình 1.4 Hệ thống làm mát cưỡng kiểu hai vịng tuần hồn 1-Đường nước phân phối; 2- Thân máy; 3- Nắp xilanh; 4- Bơm nước vịng kín; 5Đường nước tắt bơm vịng kín; 6- Van nhiệt; 7- Két làm mát; 8- Đường nước vòng hở; 9- Bơm nước vòng hở; 10- Đường nước vào bơm nước vòng hở - Nguyên lý làm việc sau: Trong hệ thống nước làm mát động theo chu trình kín, bơm nước (4) dẫn nước đến động làm mát thân máy nắp xilanh sau đến két làm mát nước (7) để tản nhiệt cho nước Nước hệ thống kín làm mát nguồn nước ngồi mơi trường bơm vào bơm (9) thơng qua lưới lọc, qua bình làm mát dầu, qua két làm mát (7) làm mát nước theo đường ống (8) đổ ngồi mơi trường Khi động khởi động, nhiệt độ nước hệ thống tuần hồn kín cịn thấp, van nhiệt (6) đóng đường nước qua két làm mát nước Vì vậy, nước làm mát vịng làm mát ngồi, nước hút từ bơm (9) qua két làm mát (7) theo đường ống (8) đổ Van nhiệt (6) đặt mạch nước để nhiệt độ nước làm mát thấp, đóng đường ống vào két làm mát (7) Lúc nước có nhiệt độ thấp sau làm mát động qua van nhiệt (6) theo đường ống vào bơm nước (4) để bơm trở lại động 3.1.3.3 Hệ thống làm mát vòng hở: - Sơ đồ nguyên lý hệ thống: Hình 1.5 Hệ thống làm mát vòng hở 1-Đường nước phân phối; 2- Thân máy; 3- Nắp máy; 4- Van nhiệt; 5- Đường nước vòng hở; 6- Đường nước vào bơm; 7- Đường nước nối tắt bơm; 8- Bơm nước - Nguyên lý làm việc sau: Quá trình hoạt động hệ thống này, nước làm mát nước sông, biển bơm (8) hút vào làm mát động sau theo đường nước (5) đổ sơng, biển Hệ thống có ưu điểm đơn giản Tuy nhiên, số kiểu động nước làm mát đạt 1000C cao Khi nước nhiệt độ cao, nước bốc Hơi nước tạo thành áo nước làm mát (kiểu bốc bên trong) nước bị tạo thiết bị riêng (kiểu bốc bên ngồi) Do đó, cần phải có hệ thống làm mát riêng cho động So sánh hai hệ thống làm mát kín hở động tàu thủy hệ thống hở có kết cấu đơn giản hơn, nhược điểm nhiệt độ nước làm mát phải giữ khoảng 500 ÷ 600C để giảm bớt đóng cặn muối thành xilanh, với nhiệt độ làm mát không nên ứng suất nhiệt chi tiết tăng lên Cũng vách áo nước bị đóng cặn muối mà truyền nhiệt từ xilanh vào nước làm mát Ngoài ra, ảnh hưởng nhiệt độ nước tàu thay đổi mà nhiệt độ nước hệ thống hở dao động lớn Điều khơng có lợi cho chế độ làm mát 3.1.4 Hệ thống làm mát nhiệt độ cao Các động ngày nay, nhiệt độ làm mát động tăng lên nhiều; Ví dụ nhiệt độ 0 làm mát động tàu thủy từ 30÷32 lên 60÷65 C, động cao tốc lên đến khoảng 80÷85 0 C số kiểu động nhiệt độ trung bình nước làm mát đạt 100 C cao Khi làm mát động với nhiệt độ nước cao 100 C, nước bốc Hơi nước tạo thành áo nước làm mát (kiểu bốc bên trong); nước bị tạo thiết bị riêng (kiểu bốc bên ngoài) Hệ thống làm mát nhiệt độ cao bao gồm hai hệ thống làm mát hệ thống làm mát cưỡng nhiệt độ cao kiểu bốc bên hệ thống làm mát cưỡng nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt nước nhiệt khí thải 3.1.4.1 Hệ thống làm mát cưỡng nhiệt độ cao kiểu bốc bên ngoài: - Sơ đồ nguyên lý hệ thống: P1 ,tvaìo P2 ,tra P2 ,tvaìo Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống làm mát cưỡng nhiệt độ cao kiểu bốc bên 1- Động cơ; 2- Van tiết lưu; 3- Bộ tách hơi; 4- Quạt gió; 5- Bộ ngưng tụ nước; 6- Khơng khí làm mat; 7- Bơm nước Trong hệ thống có hai vùng áp suất riêng khác Vùng thứ có áp suất p truyền từ tách (3) qua ngưng tụ (5) đến bơm tuần hồn (7) Quạt gió (4) dùng để quạt mát ngưng tụ (5) Vùng thứ hai có áp suất p > p1 truyền từ bơm tuần hoàn qua động đến van tiết lưu (2) bình tách (3), độ chênh áp suất ∆ p = p2 - p1 điều chỉnh van tiết lưu (2) Nước vùng có áp suất cao p khơng sơi mà nóng lên (từ nhiệt độ tvào đến tra ) Áp suất p2 tương ứng với nhiệt độ sôi t > tra nên nước sơi tách có áp suất p1 < p2 3.1.4.2 Hệ thống làm mát cưỡng nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt nước nhiệt khí thải: - Sơ đồ nguyên lý hệ thống: Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống làm mát nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt nước nhiệt khí thải 1- Động cơ; 2- Tuabin tăng áp; 3- Đường thải; 4- Bộ tăng nhiệt cho nước; 5- Bộ tăng nhiệt cho nước ra; 6- Bộ tăng nhiệt cho nước trước vào tách hơi; 7,9- Van tiết lưu; 8- Bộ tách nước; 10- Tuabin hơi; 11- Bộ ngưng tụ; 12,14,15,16- Bơm nước; 13- Thùng chứa nước Hệ thống làm mát có hai vịng tuần hồn q trình hoạt động sau: - Vòng 1: Bộ tách (8) đến bơm tuần hoàn (14) đến động Diezel (1), tăng nhiệt trước nước tuần hoàn (5) đến van tiết lưu (7), tách (8) Nước tuần hồn hệ thống tuần hồn làm kín nhờ bơm (14) bơm lấy nước từ tách với áp suất p đưa vào động với áp suất p2 Từ động nước lưu động với áp suất p nhiệt độ tra vào tăng nhiệt (5), nhiệt độ nâng lên t’ra > tra Nhưng áp suất p2 nước tương ứng với với nhiệt độ sôi t 2> t’ra> tra nên nước không sôi động tăng nhiệt Nước sôi tách sau qua bơm tiết lưu, áp suất giảm từ p2 xuống p1 với nhiệt độ t1 - Vòng 2: Hơi từ tách (8) qua tăng nhiệt (4), sau vào tuabin (10), vào ngưng tụ (11) Nước làm mát nước ngưng tụ phận ngưng tụ (11) bơm (12) bơm vào buồng chứa (13) qua bơm (15) để bơm vào tăng nhiệt (6), sau qua van điều tiết tự động (9) vào tách Nước làm mát vịng tuần hồn ngồi chảy vào bình làm mát dầu, làm mát đỉnh qua ngưng tụ (11) bơm (16) hệ thống bơm cấp vào mạch hở để piston làm mát nước mạch kín Ưu điểm hệ thống làm mát nhiệt độ cao là: - Có thể nâng cao hiệu suất làm việc động lên 6-7% (ví dụ dùng hệ thống làm mát nhiệt độ cao hiệu suất đạt 0,46÷0,47 dùng hệ thống làm mát thơng thường đạt 0,40÷0,42) - Giảm lượng tiêu hao nước khơng khí làm mát, ta rút gọn kích thước tản nhiệt - Đốt cháy nhiều lưu huỳnh nhiên liệu nặng Tuy nhiên, hệ thống làm mát có nhược điểm nhiệt độ chi tiết máy cao Do cần đảm bảo khe hở cơng tác chi tiết cần phải dùng loại dầu bơi trơn có tính chịu nhiệt tốt Ngồi động xăng cần phải ý đến tượng kích nổ Khi tăng áp suất để nâng nhiệt độ nước làm mát hệ thống, cần phải đảm bảo mối nối đường ống, khe hở bơm phải kín hơn, tản nhiệt phải chắn 3.1.5 Kết cấu cụm chi tiết hệ thống làm mát nước ô tô 3.1.5.1 Kết cấu két làm mát Két làm mát có tác dụng chứa nước nóng từ động ra, hạ nhiệt độ cho nước cung cấp nước nguội vào động động làm việc Vì yêu cầu két nước phải hấp thụ toả nhiệt nhanh Ðể đảm bảo u cầu phận tản nhiệt két nước thường làm đồng thau vật liệu có hệ số toả nhiệt cao Két làm mát dùng ô tô máy kéo gồm có ba phần là: ngăn chứa nước nóng từ động để làm mát, ngăn chứa nước nguội sau tản nhiệt cho môi trường để vào làm mát cho động giàn ống truyền nhiệt nối ngăn với ngăn Để đánh giá chất lượng két làm mát tức hệ số truyền nhiệt phận tản nhiệt lớn, cơng suất tiêu tốn để dẫn động bơm nước, quạt gió Cả hai tiêu phụ thuộc vào yếu tố sau: - Khả dẫn nhiệt từ nước vào khơng khí ống tản nhiệt - Tốc độ lưu động nước khơng khí làm mát - Kết cấu két (diện tích bề mặt truyền nhiệt) Ðể giải vấn đề thứ nhất, người ta dùng vật liệu chế tạo ống tản nhiệt có hệ số dẫn nhiệt cao đồng Vấn đề thứ hai thực cách tăng công suất bơm nước công suất quạt nhằm tăng hệ số truyền nhiệt đối lưu chúng Tuy nhiên, tăng tốc độ lưu động nước địi hỏi phải tăng cơng suất tiêu hao cho dẫn động bơm nước quạt gió Vấn đề thứ ba bao gồm việc chọn hình dáng kích thước ống tản nhiệt,và cách bố trí ống két Hình 1.8 Kết cấu két nước Thông thường két làm mát làm ống dẹt, cắm sau tản nhiệt đồng thau (hình 1.8a) Ống nước dẹt làm đồng có chiều dày thành ống (0,13÷0,20)mm kích thước tiết diện ngang ống (13 ÷20) x (2÷4)mm Cịn tản nhiệt có chiều dày khoảng (0,08 ÷ 0,12)mm Các ống bố trí theo kiểu song song hình 1.9.a bố trí theo kiểu so le hình 1.9b Nhưng kiểu bố trí theo kiểu so le dùng phổ biến hiệu g) Hình 1.9 Kết cấu số ống nước truyền nhiệt tốt Trong số trường hợp, để tăng hiệu truyền nhiệt (tăng không đáng kể), người ta đặt ống chếch góc hình 1.9c Ðể tạo xốy cho dịng khơng khí nhằm tăng hiệu truyền nhiệt, người ta dùng ống dẹt hàn với tản nhiệt gấp khúc (hình 1.9b), dập rãnh thủng, dùng ống dẹt hàn với tản nhiệt hình sóng (hình 1.9e) phần sóng dập lõm (chỗ có số 1) Hai loại có hệ số truyền nhiệt cao, nên ứng dụng rộng rãi động ô tô Trên số máy kéo tải nặng người ta cịn dùng ống trịn có gân tản nhiệt hình xoắn ốc (hình 1.9g) Loại có ưu điểm thay hỏng hóc ống đơn giản ống khơng phải hàn vào ngăn ngăn nước kiểu ống dẹt mà ghép làm kín đệm cao su chịu nhiệt 10 Các kiểu phận tản nhiệt nêu dùng tản nhiệt gân tản nhiệt ống tản nhiệt ống nước Trên số động máy kéo người ta cịn dùng phận tản nhiệt ống khơng khí hình trịn hình lục lăng, mang tên két nước hình “tổ ong” (hình 1.9h,i) Loại dùng hệ số truyền nhiệt Muốn nâng cao hiệu truyền nhiệt két làm mát phải giảm bước tản nhiệt, bước ống theo chiều ngang (chiều đón gió) chiều sâu (chiều gió) tăng chiều sâu két (tức tăng số dãy ống theo chiều sâu) Nhưng tăng chiều sâu nhiều khơng có hiệu lớn hệ số truyền nhiệt dãy ống ổn định tăng chiều sâu lên 50%, khả tản nhiệt két tăng 15%, tăng chiều sâu lên 100% khả tản nhiệt tăng thêm 20% Cần ý biện pháp nâng cao hiệu kéo theo gia tăng sức cản khí động két Thơng thường két nước dùng tơ sức cản khí động khơng khí qua két khơng vượt q 300 (N/m 2) Ðánh giá kết cấu két làm mát dùng ô tô máy kéo hệ số hiệu hệ số thu gọn theo [2] ta có sau: w/m2 k 100 80 60 40 20 12 ω ρ kk kk Kg/(m s) Hình 1.10 Quan hệ hệ số truyền nhiệt K với tốc độ khối khơng khí (ω kk.ρkk) loại két làm mát tốc độ nước 0,4 m/s Các ống dẫn nước bố trí chếch với hướng gió góc 450 Các ống dẫn nước so le Các ống dẫn nước bố trí song song Loại két nước tổ ong Flm Hệ số hiệu η = N e (m2/W) Flm Hệ số thu gọn φ = Vk (1/m) Giá trị η φ nằm khoảng sau: η = (0,14 ÷ 0,20).10-3 m2/W : tơ du lịch η = (0,20 ÷ 0,41).10-3 m2/W : ô tô tải φ = 900 ÷ 1100 (1/m) : trị số lớn ô tô du lịch, trị số nhỏ ô tô tải; Flm: diện tích tản nhiệt phận tản nhiệt (m 2); Ne: cơng suất có ích, danh nghĩa động (W); Vk: thể tích tản nhiệt phận tản nhiệt (m3) 3.1.5.2 Kết cấu bơm nước Bơm nước có tác dụng tạo áp lực để tăng tốc độ lưu thông nước làm mát Bơm có nhiệm vụ cung cấp nước cho hệ thống làm mát với lưu lượng áp suất định 11 Lưu lượng nước làm mát tuần hoàn loại động thay đổi phạm vi 68÷245[l/Kwh] (50÷180[l/ml.h]) với tần số tuần hồn khoảng (7÷12)lần/phút Các loại bơm dùng hệ thống làm mát động bao gồm: bơm ly tâm, bơm piston, bơm bánh răng, bơm guồng Tuy nhiên loại động ô tô thường sử dụng bơm lý tâm Bơm ly tâm dùng phổ biến hệ thống làm mát loại động ô tô máy kéo; động tĩnh tàu thủy Vì loại bơm có nhiều ưu điểm: -Kết cấu gọn nhẹ, chắn, làm việc tin cậy -Hiệu suất η bơm tương đối cao so với loại bơm khác -Giá thành tương đối rẻ -Bơm tạo cột áp tương đối lớn so với bơm cánh hút Nguyên lý làm việc lợi dụng lực ly tâm nước nằm cánh để dồn nước từ làm mát Kết cấu bơm ly (hình 3.11) gồm puly (1) lắp chặt trục bơm then bán nguyệt (2) Ổ bi (9), (10) dùng để đỡ trục bơm Bánh công tác (7) dùng để tạo cột áp đưa nước làm mát động Vú mỡ (4), vịng chặn (5) dùng để bơi trơn ổ bi ngăn khơng cho chất bơi trơn lọt ngồi 12 11 10 Hình 1.11 Kết cấu bơm nước ly tâm 1- Puly, 2- Then bán nguyệt, 3- Trục bơm, 4- Vú mỡ, 5- Vòng chặn , 6- Lò xo, 7- Bánh công tác, 8- Đai ốc, 9,10- Ổ bi, 11- Thân bơm, 12- Bulông, Nắp bơm thân bơm chế tạo gang, bánh công tác (7) thường chế tạo đồng chất dẻo Để đảm bảo hiệu suất bơm khe hở hướng kính bánh công tác (7) thân bơm (11) không lớn 1mm khe hở chiều trục không 0,2mm Ðể giảm kích thước bơm, tỷ số truyền trục bơm nước (3) trục khuỷu thường chọn gần 1(đối với động cao tốc) 1,6 (đối với động tốc độ thấp) Cột áp toàn phần bơm tạo khoảng 0,05 ÷ 0,15 MPa tốc độ nước đường ống dẫn vào bơm không vượt q 2,5 ÷ m/s Cơng suất tiêu hao để dẫn động bơm chiếm khoảng 0,512 1,0% công suất có ích động tức (0,005 ÷ 0,01)Ne Trục bơm đặt hai ổ bi (9,10), để bao kín dầu mỡ ổ bi dùng phớt bao kín vịng chặn (5) Bơm ly tâm có đặc tính cấp nước đồng đều, kích thước khối lượng nhỏ, không ồn hiệu suất cao Tuy nhiên nhược điểm bơm li tâm không tạo vùng áp thấp đủ hút nước (không q (2,94 ÷ 4,9).104 N/m2), khơng có lực tự hút, nên trước khởi động phải nạp đầy nước vào ống hút bơm, đồng thời phải xả khơng khí hết khỏi bơm 3.1.5.3.Kết cấu quạt gió A A-A A Hình 1.12 : Kết cấu quạt gió 1- Bầu quạt; 2- Cánh quạt; 3- Xương đĩa bắt chặt quạt; 4-Trục quạt; 5-Bulông bắt quạt Trong hệ thống làm mát nước, két làm mát khơng khí, quạt gió dùng để tăng tốc độ khơng khí qua két nhằm nâng cao hiệu làm mát Quạt gió dùng hệ thống làm mát nước thường loại quạt chiều trục phù hợp với kết cấu bố trí động Trong động dùng quạt khí dẫn động dây đai nối từ puly gắn từ trục khuỷu dùng quạt dẫn động điện tỳ theo mổi động Có hai tiêu để đánh giá chất lượng quạt: suất (lưu lượng gió) quạt cơng suất tiêu tốn cho dẫn động quạt Ðối với két nước cụ thể, suất thể tốc độ gió qua két làm mát Hai tiêu phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: số vòng quay quạt, kích thước cánh, góc nghiêng cánh vị trí tương quan quạt két nước Tăng góc nghiêng cánh tăng số vịng quay quạt làm cho công suất dẫn động quạt tăng lên Thơng thường góc nghiêng tốt quạt phẳng 40 ÷ 45 với quạt cánh lồi 380 Tăng góc nghiêng tăng chiều rộng cánh quạt có làm cho lưu lượng tăng cơng suất dẫn động quạt tăng mãnh liệt, động tơ máy kéo đường kính quạt không vượt 0,65m chiều rộng không vượt 70mm Khoảng cách từ quạt đến két phụ thuộc vào việc tổ chức dịng khí làm mát tiếp phận nắp xe Khi có lắp hướng dịng khí khoảng cách cho phép đến 13 80 - 100mm Nếu khơng khơng nên vượt 10 ÷ 15mm Số cánh tăng làm suất tăng theo không nên vượt cánh Cánh quạt dập thép có chiều dày 1,2 ÷ 1,6mm bắt chặt vào mayơ, trước lắp phải cân Loại cánh quạt chế tạo vật liệu polyme khơng cần cân Ðể giảm tiếng ồn loại quạt cánh chế tạo theo hình chữ X với góc hai cánh 70 ÷ 1100 Quạt dẫn động đai truyền hình thang, tốc độ đai truyền khơng vượt q 30 ÷ 35 m/s Trên số động quạt dẫn động xích, cịn dẫn động bánh gặp Tỷ số truyền động quạt nằm khoảng 1,0 ÷ 1,3 Ngồi cịn có phận áo làm mát Áo làm mát hình thành khoang trống nằm thành nắp máy với thành buồng đốt Ðặc biệt chỗ bố trí đường xả cần tăng cường làm mát 3.1.5.4.Van nhiệt Van nhiệt hoạt động tùy theo nhiệt độ dùng để điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát cách điều khiển nước làm mát từ động đến két làm mát Van nhiệt lắp đường nước nắp xilanh với bình làm mát Van nhiệt đóng hay mở tùy theo nhiệt độ nước làm mát Khi động cịn lạnh van nhiệt đóng Khi động nóng lên van nhiệt mở, điều cho phép hay không cho phép nước làm mát qua két Bằng cách đóng đường nước dẫn tới két động lạnh, động ấm lên nhanh chóng nhiệt độ động giữ lại động thay két làm mát, nhờ rút ngắn thời gian hâm nóng động cơ, tiêu hao nhiên liệu giảm lượng khí xả Sau hâm nóng, van nhiệt giữ cho động làm việc nhiệt độ cao so với trường hợp khơng có van nhiệt Nhiệt độ làm việc cao cải thiện hiệu động giảm khí xả Van nhiệt dùng hệ thống làm mát nước chia làm hai loại: loại dùng chất lỏng làm chất giãn nở loại dùng chất rắn làm chất giãn nở Van nhiệt dùng chất lỏng làm chất giãn nở (van nhiệt kiểu hộp xếp): Van nhiệt có tác dụng giúp cho động nhanh chóng đạt tới nhiệt độ quy định trường hợp động khởi động Hình 1.13 Kết cấu loại van nhiệt - Van nhiệt kiểu hộp xếp: a- Ở tư đóng: b- Ở tư mở - Van nhiệt dùng chất rắn: c- Ở tư đóng; d- Ở tư mở 14 1- Ống dẫn nạp; 2- Ống chuyển; 3- Ống; 4-Van nhiệt; 5- Thanh; 6- Thân van nhiệt; 7- Bầu chứa; 8-Xêrêzin; 9- Màng; 10- Ống dẫn hướng; 11- Lò xo trở về; 12Cữ chặn Van nhiệt kiểu hộp xếp (hình: 1.13b) gồm có bầu chứa chất lỏng dễ bay Phần bầu bắt chặt vào thân van nhiệt, van hàn vào phần bầu chứa Khi nhiệt độ làm mát thấp 78 0C, van nhiệt đóng lại (hình 1.13a) tồn chất lỏng qua ống chuyển (ống hai ngã) để trở bơm nước, áp suất bầu chứa tăng lên, làm cho bầu chứa giãn dài nâng van lên Nước nóng qua ống vào bình tản nhiệt Van mở rộng hoàn toàn nhiệt độ 910C Van nhiệt dùng chất rắn làm chất giãn: Ở (hình 1.17c) có bầu chứa đầy xêrêzin (lấy từ dầu mỏ) đậy kín màng cao su Ở nhiệt độ 700C, xêrêzin nóng chảy giãn nở đẩy màng 9, cữ chặn 12 chuyển động lên phía Lúc van mở nước bắt đầu chảy tuần hoàn qua tản nhiệt (hình 1.17c) Khi nhiệt độ giảm xuống, xêrêzin động đặc lại giảm bớt thể tích Dưới tác dụng lị xo trở 11, van đóng lại màng hạ xuống (hình 1.17c) Van nhiệt kiểu lò xo xoắn: sơ đồ kết cấu loại van nhiệt dùng lò xo bimêtan gồm hai dải kim loại có hệ số giãn nở dài khác Dải thép hợp kim inva có hệ số nở dài 1,5.10-6, dải đồng có hệ số nở 20.10-6 Van nhiệt dùng lò xo bimêtan làm việc tốt đắt tiền 3.2 Hệ thống làm mát động khơng khí (gió) Những năm gần đứng quan điểm mài mòn xi lanh, người ta nhận thấy hệ thống làm mát khơng khí ưu việt hẳn động làm mát nước Hệ thống làm mát khơng khí có cấu tạo đơn giản so với hệ thống làm mát nước, đồng thời tránh nguy nước hệ thống bị đóng băng Vì vậy, nhiều hãng sản xuất động làm mát khơng khí có cơng suất lớn dùng ô tô tàu thủy (cỡ từ 200 mã lực đến 1500 mã lực) hãng Chevrole (Mỹ), Komátsu, Hon Đa (Nhật), Tatra (Tiệp) 3.2.1 Các phương án làm mát khơng khí Hệ thống làm mát khơng khí chia làm hai loại: làm mát khơng khí kiểu tự nhiên kiểu làm mát theo kiểu cưỡng (dùng quạt gió) Tùy vào đặc điểm loại động mà trang bị hệ thống làm mát hợp lý 3.2.1.1 Hệ thống làm mát khơng khí kiểu tự nhiên: Hệ thống làm mát kiểu tự nhiên có ưu điểm đơn giản Nó gồm phiến tản nhiệt bố trí nắp xi lanh thân máy Các phiến mặt nắp xi lanh bố trí dọc theo hướng di chuyển xe, phiến làm mát thân thường bố trí thẳng góc với đường tâm xilanh Đại đa số động mô tô xe máy bố trí hệ thống làm mát theo kiểu Tuy vậy, vài loại xe máy đặt động nằm ngang lại bố trí phiến tản nhiệt thân máy dọc theo đường tâm xilanh để gió lùa qua khe phiến tản nhiệt Hệ thống làm mát kiểu tự nhiên lợi dụng nhiệt xe chạy đường để lấy làm mát phiến tản nhiệt Vì vậy, xe chở nặng, leo dốc, chạy chậm thường động bị nóng làm mát Để khắc phục nhược điểm hệ thống làm mát tự nhiên người ta đưa phương án làm mát khơng khí kiểu cưỡng 3.2.1.2 Hệ thống làm mát khơng khí kiểu cưỡng Kiểu hệ thống làm mát khơng khí cưỡng có ưu điểm lớn đảm bảo cường độ làm mát động cơ, không phụ thuộc vào tốc độ di chuyển xe dù xe đứng chỗ, 15 đảm bảo làm mát tốt Nhược điểm hệ thống làm mát kiểu cưỡng có kết cấu thân máy nắp xilanh phức tạp, khó chế tạo cách bố trí phiến tản nhiệt hình dạng phiến tản nhiệt Hiệu làm mát phụ thuộc vào nhiều hình dạng, số lượng cách bố trí phiến tản nhiệt thân máy nắp xilanh Sơ đồ, nguyên lý làm việc hệ thống làm mát khơng khí kiểu cưỡng sau: Hình 1.14 Hệ thống làm mát khơng khí 1- Xilanh; 2- Quạt; 3-Nắp xilanh; 4- Cái chụp; 5- Cánh tản nhiệt Hệ thống làm mát gió (hình3.14) bao gồm ba phận chủ yếu, phiến tản nhiệt thân máy nắp xi lanh, quạt gió dẫn gió Nhưng phận quan trọng quạt gió, cung cấp lượng gió cần thiết, có tốc độ cao để làm mát động Quạt gió dẫn động từ trục khuỷu cung cấp với lưu lượng lớn làm mát động Để rút ngắn trình độ từ trạng thái nguội khởi động đến trạng thái nhiệt ổn định, quạt gió trang bị li hợp điện từ thủy lực 3.2.2 Đặc điểm kết cấu phận hệ thống làm mát khơng khí 3.2.2.1.Bản hướng dịng gió Bản hướng gió có nhiệm vụ đảm bảo phân bố lượng gió hợp lý hướng dịng gió (khơng khí) sát bề mặt tản nhiệt Đánh giá chất lượng hướng gió hai tiêu sau đây: Mức độ đồng nhiệt độ vị trí khác thân nắp xi lanh Sức cản khí động dịng khí lưu động theo hướng gió (tức tổn thất cơng suất cho quạt gió) Bản hướng gió (hình 1.19) dập tơn dày 0,8÷1(mm) cố định chặt thân máy bắng bu lơng vít Do đặc thù động làm mát khơng khí động có nhiều kiểu khác 16 Hình 1.15 Hệ thống làm mát gió động xylanh dùng quạt hướng trục 1- Quạt gió; 2- Cánh tản nhiệt ; 3-Tấm hướng gió; 4- Vỏ; 5-Đường khơng khí Nhờ có dẫn gió nên dịng khơng khí phân chia cho xilanh, khiến cho nhiệt độ xilanh tương đối đồng Hơn có dẫn gió, dịng khơng khí sát mặt đỉnh phiến tản nhiệt nâng cao hiệu suất truyền nhiệt Ngồi nhờ có dẫn gió, ta bố trí ưu tiên cho dịng khơng khí đến làm mát vùng lớn xupáp thải, buồng cháy Theo sơ đồ hình (1.16.a), phần khơng khí sát phần lớn chu vi thành xilanh Ở phía gió vào phiến tản nhiệt làm mát tốt hơn, gây tượng làm mát không Độ chênh lệch nhiệt độ thành xilanh theo chu vi đến 51 C Sơ đồ nầy có đặc điểm nhiệt độ khơng khí làm mát cao sức cản khí động lớn Hình 1.16 Sơ đồ phân bố dịng khơng khí làm mát nắp xi lanh thân máy động làm mát gió a b- Cửa gió vào rộng cửa c- Cửa gió vào hẹp, hướng gió gây góc tạo xốy cho luồng gió; d-Bố trí cửa gió động nhiều xi lanh; e-Làm mát nắp xilanh Dạng hướng dịng gió dùng phổ biến hình (1.16.b) Loại thường dùng cho động có phiến tản nhiệt không lớn Độ chênh lệch nhiệt độ phiến tản nhiệt không vượt 23 C, sức cản khí động học nhỏ 15÷20% so với kiểu hình (1.16.a) Bố trí hướng dịng gió theo sơ đồ (1.16.c) dịng khơng khí làm mát vào cửa gió hẹp phân phiến tản nhiệt Khi va đập vào thành xilanh, dịng khí tạo thành xoáy tạo điều kiện cho phiến tản nhiệt, tản nhiệt cách dễ dàng Dù trạng thái nhiệt xilanh lượng khơng khí cần thiết so với sơ đồ hình (1.16.a) giảm 40% đồng thời sức cản giảm khoảng 25% Độ chênh lệch nhiệt độ thành xilanh không vượt 25 C Các dẫn gió có kết cấu phức tạp để tổ chức luồng gió làm mát phân bố đến xilanh giới thiệu hình (1.16.d) 17 Trong động có nhiều xilanh bố trí nguồn gió làm mát cho nhiệt độ xi lanh chênh lệch việc khó Vì kết cấu hướng gió, vị trí cửa gió vào cửa quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến nhiệt độ xi lanh 3.2.2.2.Quạt gió Quạt gió ly tâm Quạt gió dọc trục Hinh 1.17 Sơ đồ phương án dẫn động kết cấu quạt gió 1- Cánh quạt; 2-Bulơng; 3- Bánh đai dẫn động cấu phụ; 4- Vịng bít; 5-Ổ bi; 6Bánh răng; 7- Trục; 8-Bầu quạt; 9-Nắp đầu trục; 10- Trục quạt gió; 11-Bánh đai truyền; 12- Tang trống có cánh Quạt gió dùng động làm mát khơng khí quạt li tâm quạt hướng trục, thông dụng quạt hướng trục Quạt gió cung cấp lưu lượng gió cần thiết có tốc độ cao để làm mát động Ở động quạt gió thường dùng để làm mát quạt ly tâm, có cấu tạo bao ngồi cánh quạt vỏ, trục quạt quay hai ổ bi Vỏ cánh quạt gió thường chế tạo nhôm, lắp bên phải động cơ, phía vỏ quạt gắn với nắp xilanh, cịn phía gắn với cácte Khơng khí làm mát thổi quạt gió đặt phía trước động thổi vào phiến tản nhiệt hút qua phiến tản nhiệt quạt đặt phía bánh đà Khi lưu lượng khí tiêu hao sức cản khí động dịng khí dùng quạt hút cao 12÷23% cơng suất tổn thất cho làm mát trường hợp tăng lên 15÷32% Độ chênh lệch nhiệt độ tăng khoảng 4÷6 C Các kiểu bố trí quạt gió động hàng xilanh giới thiệu hình 1.18 kiểu bố trí động chữ V hình 1.19 18 Hình 1.18 Các phương án bố trí hướng gió dẫn động quạt gió động hàng xilanh 19 Hình 1.19 Bố trí quạt gió dẫn gió động làm mát gió, xi lanh bố trí theo hình chữ V Quạt gió động hàng xilanh động bố trí theo hình chữ V dẫn động nhiều cách: bánh răng, xích, đai truyền dẫn động trực tiếp trục khuỷu hình 1.23 Dẫn động quạt gió theo hai cách đầu tốt so với cách thứ ba khơng bị trượt dùng đai truyền dùng bánh xích có bị mịn, rão Hơn tỷ số truyền trục khuỷu trục quạt khơng đổi, nên tốc độ quạt gió thay đổi theo thay đổi số vòng quay truc khuỷu Dẫn động quạt gió bánh thường dùng động có số xilanh đường kính xi lanh nhỏ 120mm Dẫn động quạt gió xích, dùng loại xích đặc biệt (xích răng) giảm tiếng ồn so với dẫn động xích Nhưng sau thời gian làm việc, xích bị mịn rão, ta dùng bánh căng xích, nhiên, phần lớn động làm mát gió thường dẫn động quạt gió đai truyền Phương án dẫn động đơn giản, êm tương đối bền Nhưng dùng đai truyền để dẫn động quạt gió, đai truyền thường chóng bị rão gây nên tượng trượt đai ảnh hưởng đến số vịng quay quạt Vì dùng đai truyền để dẫn động quạt gió, phải dùng bánh căng đai để đảm bảo độ căng định đai truyền Đối với động làm mát khơng khí có số xilanh hai quạt gió thường dẫn động trực tiếp đuôi trục khuỷu 3.2.2.3 Gân tản nhiệt xi lanh nắp xi lan h Khi thiết kế hình dáng kích thước gân tản nhiệt thường giải hai vấn đề mâu thuẫn với nhau: tản nhiệt tốt tổn thất khí động bé Vấn đề thứ địi hỏi phải có bề mặt gân, chiều dày gân số lựơng gân lớn Nhưng vấn đề thứ hai ngược lại Bề mặt gân tản nhiệt, lý thuyết truyền nhiệt có dạng hình 1.20 Hình1.20.Các dạng bề mặt gân tản nhiệt động làm mát gió 20 ... phạm vi sử dụng khác 3 .1. 3 .1 Hệ thống làm mát cưỡng tuần hồn kín vịng: - Sơ đồ nguyên lý hệ thống: 10 11 15 13 14 12 Hình 1. 3 Hệ thống làm mát cưỡng tuần hồn kín vịng 1- Thân máy; 2- Nắp xilanh;... động hàng xilanh giới thiệu hình 1. 18 kiểu bố trí động chữ V hình 1. 19 18 Hình 1. 18 Các phương án bố trí hướng gió dẫn động quạt gió động hàng xilanh 19 Hình 1. 19 Bố trí quạt gió dẫn gió động... 1. 17 Sơ đồ phương án dẫn động kết cấu quạt gió 1- Cánh quạt; 2-Bulông; 3- Bánh đai dẫn động cấu phụ; 4- Vịng bít; 5-Ổ bi; 6Bánh răng; 7- Trục; 8-Bầu quạt; 9-Nắp đầu trục; 10 - Trục quạt gió; 11 -Bánh