KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ KIA-HA

Ngày nay động cơ đốt trong (ĐCĐT) đã phát triển rộng khắp mọi lĩnh vực giao thông vận tải (đường bộ, đường sắt, đường thuỷ ...) nông nghiệp, lâm nghiệp, xây dựng quốc phòng ...

Trang 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU Sau quá trình học tập và trang bị những kiến thức về chuyên ngành động lực, sinh viên được giao nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp, nhằm giúp cho sinh viên tổng hợp và khái quát lại những kiến thức đã học, từ kiến thức cơ sở đến kiến thức chuyên ngành. Qua quá trình thực hiện đồ án sinh viên tự rút ra nhận xét và kinh nghiệm cho bản thân trước khi bước vào công việc thực tế. Em được nhận đề tài tốt nghiệp: “KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ KIA-HA ” Trong phạm vi đồ án này, em chỉ giới hạn tìm hiểu một cách tổng quát về các phương pháp làm mát trong động cơ, các cơ cấu hệ thống làm mát của động cơ KIA HA. Do kiến thức còn hạn chế, tài liệu tham khảo còn ít và điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy cô trong bộ môn chỉ bảo để đồ án em được hoàn thiện hơn. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Trí Xương, các thầy cô giáo bộ môn cùng các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này. . Trang 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… . . Trang 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 1. MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA ĐỀ TÀI. 1.1: Ý NGHĨA KINH TẾ: Ngày nay động cơ đốt trong (ĐCĐT) đã phát triển rộng khắp mọi lĩnh vực giao thông vận tải (đường bộ, đường sắt, đường thuỷ .) nông nghiệp, lâm nghiệp, xây dựng quốc phòng .ngoài việc sử dụng song hành với các loại động cơ nhiệt khác, một số lĩnh vực, cho đến nay chưa sử dụng được các loại động cơ khác, mà ĐCĐT là động lực duy nhất được sử dụng. Tổng công suất do động cơ đốt trong tạo ra chiếm khoảng 90% công suất thiết bị động lực do mọi nguồn năng lương tạo ra: bao gồm nhiệt năng, thuỷ năng, năng lượng nguyên tử ,năng lượng mặt trời Ngành công nghiệp chế tạo ĐCĐT được coi là bộ phận tất yếu của ngành cơ khí và nền kinh tế quốc dân của hầu hết các nước, vấn đề tạo đội ngủ kỷ thuật về ĐCĐT có số lượng và chất lượng nhất định phải được coi trọng. Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, người ta phân ra một ĐCĐT làm nhiều hệ thống đều có tầm quan trọng nhất định. Hệ thống làm mát (HTLM) động cơ là một trong những hệ thống chính của động cơ đốt trong. Có nhiệm vụ thực hiện quá trình truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháy đến môi chất làm mát để đảm bảo cho nhiệt độ các chi tiết không quá nóng, nhưng cũng không quá nguội. Quá nóng sẽ gây ra các hiện tượng xấu như: giảm sức bền, độ cứng vững và tuổi thọ của chúng ., nếu quá nguội cũng không tốt, vì rằng quá nguội có nghĩa động cơ được làm mát quá nhiều vì thế tổn thất nhiệt nhiều, nhiệt lượng dùng để sinh công ít do đó hiệu suất của động cơ nhỏ. Mặt khác, do nhiệt độ của động cơ thấp, độ nhớt của dầu nhờn tăng, khiến cho dầu nhờn khó lưu động vì vậy làm tăng tổn thất cơ giới và tổn thất ma sát. Hơn nữa khi nhiệt độ thành xylanh thấp quá, nhiên liệu sẽ ngưng tụ trên bề mặt xylanh làm cho màng dầu bôi trơn sẽ bị nhiên liệu rữa sạch. Nếu trong nhiên liệu có nhiều thành phần lưu huỳnh thì có thể tạo ra các axít do sự kết hợp của nhiên liệu và hơi nước ngưng tụ trên bề mặt thành xy lanh, các axít đó gây ra hiện tượng ăn mòn kim loại. Tóm lại HTLM động cơ đóng một vai trò rất quan trọng và cần thiết cho động cơ. Vì nó ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế và công suất của động cơ. Trang 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.2. Ý NGHĨA VỀ KỸ THUẬT: Trong quá trình học tập các môn học chuyên ngành về động cơ đốt trong, đồ án tốt nghiệp với đề tài khảo sát, mà cụ thể là khảo sát một hệ thống bất kỳ của động cơ đốt trong giúp cho sinh viên biết cách tìm hiểu một trong các hệ thống đó, trên cơ sở khảo sát tương tự sẽ nắm bắt sâu hơn các hệ thống khác của động cơ đốt trong. Ngoài ra, việc khảo sát này còn giúp cho sinh viên có thêm kinh nghiệm, biết hướng để đi sâu tìm hiểu một hệ thống bất kỳ trong động cơ đốt trong và thêm nhiều kinh nghiệm sau khi ra trường. Do vậy, đề tài khảo sát hệ thống bôi làm mát là một trong những đề tài đã nói trên. Trang 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ. Khi động cơ hoạt động, hỗn hợp nhiên liệu (nhiên liệu và không khí) cháy trong buồng đốt của động cơ tỏa ra với một nhiệt độ lớn khoảng 2000÷2500 0 C, một phần chuyển thành công, phần còn lại tỏa ra môi trường bên ngoài qua các chi tiết tiếp xúc với khí cháy tiếp nhận (xilanh, piston, nắp xilanh, các xupáp, vòi phun, xecmăng .), mặt khác cũng có nhiệt lượng sinh ra do ma sát giữa các bề mặt làm việc của các chi tiết trong động cơ. Nếu không làm mát động cơ hay làm mát không đủ, các chi tiết của động cơ sẽ nóng lên quá nhiệt độ cho phép, sẽ gây ra nhiều tác hại như: cháy xupáp, dầu nhớt mất hết tính chất nhờn gây nóng cháy bạc lót, bó piston và xecmăng trong xilanh… Bởi vậy, cần làm mát động cơ bằng các phương pháp sau: Bằng không khí hay bằng nước (chất lỏng) để duy trì nhiệt độ khoảng 80÷90 0 C để cho động cơ hoạt động làm việc một cách ổn định. 2.1. HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC. Trong hệ thống làm mát bằng nước được chia ra ba kiểu như: làm mát bằng nước kiểu bốc hơi, kiểu đối lưu tự nhiên, kiểu cưỡng bức. Căn cứ vào số vòng tuần hoàn và kiểu tuần hoàn, người ta chia hệ thống làm mát thành các loại: Một vòng tuần hoàn kín, một vòng tuần hoàn hở, hai vòng tuần hoàn (trong đó có một vòng kín một vòng hở). Mỗi kiểu làm mát đều có những ưu nhược điểm khác nhau và thích hợp cho từng điều kiện làm việc của từng động cơ. 2.1.1. Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi: Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi là loại đơn giản nhất. Hệ thống này không cần bơm, quạt. Bộ phận chứa nước có hai phần: phần khoang chứa nước làm mát của thân máy và phần thùng chứa nước bay hơi lắp với thân. Sơ đồ kết cấu: Trang 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2 3 10 8 7 6 5 1 4 9 Hình 3.1. Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi. 1-Xupáp; 2- Khoang chứa nước bốc hơi; 3- Thùng nhiên liệu; 4- Que thăm dầu; 5- Hộp cacte chứa dầu; 6- Thanh truyền ;7- Xy lanh; 8-Piston; 9- Thân máy; 10- Nắp xilanh. - Nguyên lý làm việc: Khi động cơ làm việc, tại những vùng nước bao bọc chung quanh buồng cháy nhận nhiệt của buồng cháy sẽ sôi tạo thành bọt nước. Nước sôi có tỷ trọng bé sẽ nổi lên mặt thoáng của thùng chứa để bốc hơi ra ngoài khí trời. Nước nguội trong thùng chứa có tỉ trọng lớn nên có xu hướng đi xuống dưới điền chỗ cho nước nóng nổi lên, do đó tạo thành dòng đối lưu tự nhiên. + Ưu điểm của hệ thống làm mát kiểu bốc hơi - Kết cấu đơn giản. - Do đặc tính lưu động đối lưu như đã nói ở trên nên hay dùng cho loại động cơ đặt nằm dùng trong nông nghiệp. + Nhược điểm của hệ thống này là do kiểu làm mát bốc hơi tự nhiên nên nguồn nước trong thùng giảm nhanh làm cho tiêu hao nước nhiều và hao mòn thành xylanh không đều. Trang 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.1.2. Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên: Trong hệ thống làm mát kiểu này, nước lưu động tuần hoàn nhờ sự chênh lệch áp lực giữa hai cột nước nóng và nguội mà không cần bơm. Cột nước nóng trong động cơ và cột nước nguội trong thùng chứa hoặc trong két nước. - Sơ đồ nguyên lý của hệ thống : 6 7 8 10 5 9 4 2 13 Hình 3.2: Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên. 1- Thân máy; 2- Xilanh; 3- Piston, 4- Nắp xilanh; 5- Đường nước ra két; 6- Nắp két, 7- Két nước; 8- Không khí làm mát; 9- Quạt gió; 10- Đường nước đi vào làm mát động cơ. - Nguyên lý làm việc: Khi động làm việc, nhiệt độ từ buồng cháy tỏa ra làm cho nước nóng dần lên. Nước nóng có khối lượng riêng nhỏ nên nổi lên trên và đi ra ngoài qua két làm mát. Tại đây nước nóng được làm mát nhờ quạt (9) dẫn động bằng puly từ trục khuỷu của động cơ hút không khí qua để tản nhiệt cho nước. Nước sau khi tản nhiệt nên khối lượng riêng tăng và đi xuống phía dưới két sau đó đi vào làm mát cho động cơ tạo thành một vòng tuần hoàn kín. Độ chênh áp lực được tính theo công thức sau: Δp=ρghαΔt. (N/m 2 ) ρ - khối lượng riêng của nước (kg/m 3 ). h - hiệu chiều cao trung bình của hai cột nước nóng và lạnh (m); α - hệ số giản nỡ của nước 0,00018m 3 /m 3 . độ Trang 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Δt - độ chênh lệch nhiệt độ của hai cột nước nóng và lạnh. Như vậy, từ công thức ta thấy độ chênh áp lực phụ thuộc vào độ chênh nhiệt độ Δt của hai cột nước. Do vậy với hệ thống mát này có những ưu điểm là chế độ làm mát phù hợp với chế độ không tải của động cơ. Khi mới khởi động do sự chênh lệch nhiệt độ của hai cột nước nóng và nguội bé nên chênh lệch áp lực giữa hai cột nước nhỏ. Vì vậy, nước lưu động chậm, động cơ chóng đạt được nhiệt độ ở chế độ làm việc. Tuy nhiên, hệ thống có nhược điểm là nước lưu động trong hệ thống có vận tốc bé vào khoảng V = 0,12÷0,19 m/s. Điều đó dẫn đến chênh lệch nhiệt độ nước vào và nước ra lớn, vì vậy mà thành xilanh làm mát không đều. Muốn giảm chênh lệch nhiệt độ nước vào và nước ra của động cơ thì phải tăng kích thước thùng chứa nhưng làm như vậy kết cấu cồng kềnh. Do vậy, hệ thống làm mát kiểu này không thích hợp cho động cơ ô tô máy kéo, mà dùng trên động cơ tĩnh tại. 2.1.3. Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức: Do tốc độ lưu động của nước trong hệ thống tuần hoàn đối lưu tự nhiên bé. Vì vậy để tăng tốc độ lưu động của nước người ta dùng hệ thống tuần hoàn cưỡng bức. Trong hệ thống này, nước lưu động do sức đẩy cột nước của bơm nước tạo ra. Tùy theo số vòng tuần hoàn và kiểu tuần hoàn ta có các loại tuần hoàn cưỡng bức như: hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức một vòng kín, kiểu cưỡng bức một vòng hở, kiểu cưỡng bức hai vòng tuần hoàn. Mỗi kiểu làm mát có những nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm, phạm vi sử dụng khác nhau. Trang 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.1.3.1. Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng: - Sơ đồ nguyên lý của hệ thống: 1 2 3 4 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 5 Hình 3.3. Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng. 1- Thân máy; 2- Nắp xilanh; 3- Đường nước ra khỏi động cơ; 4- Ống dẫn bọt nước; 5- Nhiệt kế; 6-Van hằng nhiệt; 7- Nắp rót nước; 8- Két làm mát; 9- Quạt gió; 10- Puly; 11- Ống 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 cơ làm việc, nước trong hệ thống tuần hoàn nhờ bơm ly tâm (13), qua ống phân phối nước (15) đi vào các khoang chứa của các xilanh. Để phân phối nước làm mát đồng đều cho mỗi xilanh, nước sau khi bơm vào thân máy (1) chảy qua ống phân phối (15) đúc sẵn trong thân máy. Sau khi làm mát xilanh, nước lên làm mát nắp máy rồi theo đường ống (3) ra khỏi động cơ đến van hằng nhiệt (6). Nước từ van hằng nhiệt được chia ra hai dòng: một dòng đi qua ống (11) tuần hoàn trở lại động cơ; một dòng đi qua két (7) để tản nhiệt . Nếu nhiệt độ của nước làm mát nhỏ hơn nhiệt độ cho phép thì van hằng nhiệt đóng lại không cho đi qua két mà theo đường tắc để đi vào làm mát động cơ. Nếu nhiệt Trang 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP độ của nước lớn hơn nhiệt độ cho phép thì van hằng nhiệt mở cho nước đi qua két. Tại đây, nước được làm mát bởi dòng không khí qua két do quạt (8) tạo ra. Quạt được dẫn động bằng puly từ trục khuỷu của động cơ. Tại bình chứa phía dưới, nước có nhiệt độ thấp hơn lại được bơm nước hút vào rồi đẩy vào động cơ thực hiện một chu kỳ làm mát tuần hoàn. Ưu điểm của hệ thống làm mát cưỡng bức một vòng kín là nước sau khi qua két làm mát lại trở về động cơ do đó ít bổ sung nước, tận dụng được trở lại nguồn nước làm mát tiếp động cơ. Do đó, hệ thống này rất thuận lợi đối với các loại xe đường dài, nhất là ở những vùng thiếu nguồn nước. 2.1.3.2. Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn hai vòng: Đặc điểm của hệ thống này là, nước được làm mát tại két nước không phải là dòng không khí do quạt gió tạo ra mà là bằng dòng nước có nhiệt độ thấp hơn, như nước sông, biển. Vòng thứ nhất làm mát động cơ như ở hệ thống làm mát cưỡng bức một vòng còn gọi là nước vòng kín. Vòng thứ hai với nước sông hay nước biển được bơm chuyển đến két làm mát để làm mát nước vòng kín, sau đó lại thải ra sông, biển nên gọi là vòng hở. Hệ thống làm mát hai vòng được dùng phổ biến ở động cơ tàu thủy. - Sơ đồ nguyên lý của hệ thống: 21 3 6 7 8 9 10 4 5 [...]... do làm mát kém Để khắc phục nhược điểm của hệ thống làm mát tự nhiên người ta đưa ra phương án làm mát bằng không khí kiểu cưỡng bức 2.4.1.2 Hệ thống làm mát không khí kiểu cưỡng bức Kiểu hệ thống làm mát không khí cưỡng bức có ưu điểm lớn là đảm bảo cường độ làm mát của động cơ, không phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của xe dù xe đứng một chỗ, vẫn đảm bảo làm mát tốt Nhược điểm của hệ thống làm mát. .. inva có hệ số nở dài 1,5.10-6, dải đồng có hệ số nở 20.10-6 Van hằng nhiệt dùng lò xo bimêtan làm việc rất tốt nhưng đắt tiền 2.4 HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ BẰNG KHÔNG KHÍ (GIÓ) Những năm gần đây đứng về quan điểm mài mòn xi lanh, người ta nhận thấy hệ thống làm mát bằng không khí ưu việt hơn hẳn động cơ làm mát bằng nước Hệ thống làm mát bằng không khí có cấu tạo đơn giản hơn so với hệ thống làm mát bằng... xilanh vào nước làm mát cũng kém Ngoài ra, do ảnh hưởng của nhiệt độ nước ở ngoài tàu thay đổi mà nhiệt độ nước trong hệ thống hở cũng dao động lớn Điều này không có lợi cho chế độ làm mát ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 13 2.2 HỆ THỐNG LÀM MÁT Ở NHIỆT ĐỘ CAO Các động cơ ngày nay, nhiệt độ làm mát của động cơ tăng lên rất nhiều; Ví dụ nhiệt độ làm mát động cơ tàu thủy từ 30÷32 0 lên 60÷65 0 C, ở động cơ cao tốc... số kiểu động cơ nhiệt độ trung bình của nước làm mát đã đạt 100 0 C hoặc cao hơn Khi làm mát động cơ với nhiệt độ nước cao hơn 100 0 C, nước sẽ bốc hơi Hơi nước có thể tạo thành ngay trong áo nước làm mát (kiểu bốc hơi bên trong); hoặc hơi nước bị tạo ra trong một thiết bị riêng (kiểu bốc hơi bên ngoài) Hệ thống làm mát ở nhiệt độ cao ở đây bao gồm hai hệ thống làm mát chính là hệ thống làm mát cưỡng... dẫn nước đến động cơ làm mát thân máy và nắp xilanh sau đó đến két làm mát nước ngọt (7) để tản nhiệt cho nước Nước ngọt trong hệ thống kín được làm mát bởi nguồn nước ngoài môi trường bơm vào do bơm (9) thông qua lưới lọc, qua các bình làm mát dầu, qua két làm mát (7) làm mát nước ngọt rồi theo đường ống (8) đổ ra ngoài môi trường Khi động cơ mới khởi động, nhiệt độ của nước trong hệ thống tuần hoàn... CHÍNH CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC 2.3.1 Kết cấu két làm mát Két làm mát có tác dụng chứa nước nóng từ động cơ ra, hạ nhiệt độ cho nước và cung cấp nước nguội vào trong động cơ khi động cơ làm việc Vì vậy yêu cầu két nước phải hấp thụ và toả nhiệt nhanh Ðể đảm bảo yêu cầu đó thì bộ phận tản nhiệt của két nước thường được làm bằng đồng thau vì vật liệu này có hệ số toả nhiệt cao Két làm mát dùng trên... tăng cường làm mát 2.3.4.Van hằng nhiệt Van hằng nhiệt hoạt động tùy theo nhiệt độ dùng để điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát bằng cách điều khiển nước làm mát đi từ động cơ đến két làm mát Van hằng nhiệt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 29 được lắp trên đường nước giữa nắp xilanh với bình làm mát Van hằng nhiệt đóng hay mở tùy theo nhiệt độ nước làm mát Khi động cơ còn lạnh van hằng nhiệt đóng Khi động cơ nóng lên... 4-Trục quạt; 5-Bulông bắt quạt Trong hệ thống làm mát bằng nước, két làm mát bằng không khí, quạt gió dùng để tăng tốc độ của không khí qua két nhằm nâng cao hiệu quả làm mát Quạt gió dùng trong hệ thống làm mát bằng nước thường là loại quạt chiều trục vì phù hợp với kết cấu và bố trí của động cơ Trong động cơ có thể dùng quạt cơ khí dẫn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 28 động bằng dây đai nối từ puly gắn từ... kiểu làm mát theo kiểu cưỡng bức (dùng quạt gió) Tùy vào đặc điểm của từng loại động cơ mà trang bị hệ thống làm mát hợp lý 2.4.1.1 Hệ thống làm mát bằng không khí kiểu tự nhiên: Hệ thống làm mát kiểu tự nhiên có ưu điểm là rất đơn giản Nó chỉ gồm các phiến tản nhiệt bố trí trên nắp xi lanh và thân máy Các phiến ở mặt trên nắp xi lanh bao giờ cũng bố trí dọc theo hướng di chuyển của xe, các phiến làm mát. .. lại động cơ 2.1.3.3 Hệ thống làm mát một vòng hở: - Sơ đồ nguyên lý của hệ thống: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4 5 6 7 Trang 12 3 2 1 8 Hình 3.5 Hệ thống làm mát một vòng hở 1-Đường nước phân phối; 2- Thân máy; 3- Nắp máy; 4- Van hằng nhiệt; 5- Đường nước ra vòng hở; 6- Đường nước vào bơm; 7- Đường nước nối tắt về bơm; 8- Bơm nước - Nguyên lý làm việc như sau: Quá trình hoạt động của hệ thống này, nước làm mát