HỆ THỐNG làm mát ĐỘNG cơ 1TR FE

Mục đích của hệ thống làm mát Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt truyền cho các chi tiết tiếp xúc với khí cháy như: piston, xecmăng, xupap, nắp xilanh, thành xilanh chiếm khoảng

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG I – TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÀM MÁT 4

1.1 Tìm hiểu chung về hệ thống làm mát 4

1.2 Mục đích và yêu cầu của hệ thống làm mát 6

1.2.1 Mục đích của hệ thống làm mát 6

1.2.2 Yêu cầu của hệ thống làm mát 6

1.3 Nhiệm vụ của hệ thống làm mát 7

1.3.1 Làm mát động cơ và máy nén 7

1.3.2 Làm mát dầu bôi trơn 7

1.4 Hệ thống làm mát bằng nước 8

1.4.1 Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi 8

1.4.2 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên 9

1.4.3 Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức 10

1.4.4 Hệ thống làm mát bằng nước ở nhiệt độ cao 14

1.5 Hệ thống làm mát động cơ bằng không khí (gió) 16

1.5.1 Hệ thống làm mát bằng không khí kiểu tự nhiên 16

1.5.2 Hệ thống làm mát không khí kiểu cưỡng bức 17

1.6 Kết cấu các cụm chi tiết chính của hệ thống làm mát bằng nước 18

1.6.1 Kết cấu két làm mát 18

1.6.2 Kết cấu của bơm nước 22

1.7 Kết cấu quạt gió 28

1.7.1 Quạt gió dẫn động bằng đai 28

1.7.2 Quạt gió chạy bằng điện 29

1.8 Van hằng nhiệt 30

1.9 So sánh ưu khuyết điểm của kiểu làm mát bắng nước và kiểu làm mát bằng không khí 32

CHƯƠNG II – KẾT CẤU NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CÁC BỘ PHẬN TRONG HỆ THỐNG LÀM MÁT CỦA ĐỘNG CƠ 1TR-FE 34

2.1 Giới thiệu về động cơ 1TR-FE 34

2.2 Két làm mát 38

2.2.1 Công dụng và yêu cầu 38

2.2.2 Kết cấu và nguyên lý làm việc 39

2.3 Bơm nước 40

2.3.1 Công dụng và yêu cầu 40

2.3.2 Kết cấu và nguyên lý làm việc 40

2.4 Van hằng nhiệt 41

2.4.1 Công dụng và yêu cầu 41

2.4.2 Kết cấu và nguyên lý hoạt động 42

2.5 Quạt gió 42

2.5.1 Công dụng và yêu cầu 42

2.5.2 Kết cấu và nguyên lý làm việc 43

CHƯƠNG III - TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐÔNG CƠ 1TR-FE 44

3.1 Tổng quan về truyền nhiệt qua vách có cánh 44

3.2 Các thông số của két nước, bơm nước và quạt gió 48

3.3 Xác định lượng nhiệt của động cơ truyền cho nước làm mát 48

3.4 Tính kiểm nghiệm bơm nước 50

3.5 Tính kiểm nghiệm quạt gió 54

3.6 Tính két giải nhiệt làm mát động cơ 58

3.6.1 Tính các thông số của két nước 58

3.6.2 Xác định lượng nhiệt của két làm mát truyền ra môi trường bên ngoài 61

3.7 Kết luận 65

CHƯƠNG 4: CÁC DẠNG HƯ HỎNG VÀ SỬA CHỮA 66

4.1.Một số dạng hư hỏng và cách khắc phục sữa chữa 66

4.2.Quy trình tháo lắp hệ thống làm mát 69

Tài liệu tham khảo 75

LỜI NÓI ĐẦU

Sau quá trình học tập và trang bị những kiến thức về chuyên ngành ô tô, 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 chọn đề tài tốt nghiệp: “ HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ 1TR-FE ”

Một động cơ hoạt động đạt hiệu quả cao,chính là nhờ sự hỗ trợ và làm việc tốt của các hệ thống như: hệ thống nhiên liệu, hệ thống bôi trơn, hệ thống khởi động, hệ thống làmmát… Vì vậy công suất, sức bền, tuổi thọ, hiệu suất làm việc của động cơ phụ thuộc rất lớn vào sự làm việc của các hệ thống này Hệ thống làm mát là một trong những hệ thống quan trọng đó của động cơ

Mục đích của đề tài là:

- Nắm vững các kiến thức về hệ thống làm mát cho động cơ động cơ đốt trong

- Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1TR-FE Phương pháp kiểm tra sửa chữa hệthống làm mát

- Tính toán nhiệt của động cơ 1TR-FE

- Vận dụng lý thuyết truyền nhiệt, tính toán kiểm tra nhiệt két làm mát theo cácthông số thực tế và rút ra nhận xét

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 và hệ thống của động cơ 1TR-FE, trong

đó đi sâu vào tính toán kiểm tra nhiệt két làm mát

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 giáo ThS Nguyễn Thành Bắc, các thầy cô giáo khoa Công nghệ Ô tô cùng các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

Vũ Phương Nam

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT

1.1 Tìm hiểu chung về hệ thống làm mát.

Việc đốt cháy hỗn hợp khí-nhiên liệu trong xy lanh động cơ sinh ra nhiệt độ đến

20000C hoặc cao hơn Điều đó có nghĩa các chi tiết động cơ rất nóng Tuy nhiên, vách của xy lanh động cơ không được nóng hơn 260 0C Nhiệt độ cao hơn là nguyênnhân làm cấu trúc dầu bôi trơn bị phá vỡ, mất khả năng bôi trơn Các chi tiết động

cơ khác cũng bị hư hỏng Để phòng ngừa hiện tượng này người ta phải sử dụng hệ thống làm mát để triệt tiêu một phần lượng nhiệt thừa, nó chiếm khoảng khoảng 1/3lượng nhiệt sinh ra trong buồng đốt Hệ thống làm mát giữ cho động cơ làm việc hiệu quả trong mọi điều kiện hoạt động cũng như ở mọi tốc độ Nó cũng cho động

cơ đạt được nhiệt làm việc bình thường một cách nhanh nhất khi bắt đầu khởi động trong mùa đông giá rét Và nó cũng cung cấp nguồn nhiệt sưởi ấm vào trong khoanghành khách Hầu hết các loại động cơ ô tô sử dụng làm mát bằng dung dịch chất lỏng Trong động cơ có những khoảng trống được gọi là áo nước, nó bao bọc xung quanh các xy lanh và buồng đốt Động cơ hoạt động dẫn động bơm nước bơm tuần hoàn dung dịch làm mát qua lớp áo nước Dung dịch làm mát hấp thu nhiệt và vận chuyển tới bộ tản nhiệt Dòng không khí chạy qua bộ tản nhiệt mang đi lượng nhiệt thừa giúp phòng ngừa động cơ bị quá nóng

Trong rất nhiều hệ thống làm mát, dung dịch làm mát chảy từ bơm nước qua thân máy lên nắp máy rồi chảy vào nóc dàn tản nhiệt Một vài động cơ lại có hệ thống vận hành theo chiều ngược lại Dung dịch làm mát chảy từ bơm nước qua đầu xy lanh và xuống thân máy Vị trí của van hằng nhiệt luôn được bố trí tuỳ theo hướng chảy của dung dịch làm mát Hệ thống làm mát gồm 5 phần cơ bản hoạt động cùng lúc để điều khiển nhiệt độ của động cơ tránh bị quá nóng

Đó là áo nước, bơm nước, van hằng nhiệt, dàn tản nhiệt và quạt gió

Chất chống đóng băng và dung dịch làm mát

Nước đóng băng ở 00C Nếu chỉ sử dụng nước để làm mát động cơ không thôi, nó

sẽ đóng băng ngay khi nhiệt độ hạ thấp dưới 00C Làm tắc nghẽn hệ thống tuần hoàn và động cơ sẽ bị quá nhiệt Nước cũng sẽ nở thêm 9% thể tích khi bị đóng băng Nó sẽ làm nứt vỡ các chi tiết của hệ thống làm mát cũng như động cơ Điều

đó buộc người ta phải trộn thêm một lượng chất chống đóng băng cho dung dịch làm mát.Chất chống đóng băng hay được dùng nhất là Ethylene glycol Dung dịch

làm mát có pha chất chống đóng băng theo tỷ lệ 50:50 được khuyến khích sử dụng cho hầu hết các động cơ ô tô Dung dịch này sẽ không bị đóng băng ở nhiệt độ -370C Dung dịch làm mát có 70% chất chống đóng băng sẽ chịu được nhiệt độ thấphơn ở - 640C (Chú ý: hỗn hợp dung dịch làm mát có tỉ lệ chất chống đóng băng caohơn 70% không nên sử dụng Vì điểm đóng băng sẽ quay ngược chở lại -230C) Việc khuyến khích sử dụng dung dịch làm mát có tỉ lệ chất chống đóng băng tương đương theo tỉ lệ là 50:50 vì có ba lý do cơ bản như sau:

1 Vì sử dụng dung dịch làm mát trên điểm đóng băng của nó thấp -370C

2 Điểm sôi của dung dịch làm mát cũng tăng lên đến 1080C Nó tránh được hiện tượng sôi nước làm mát khi xe hoạt động trong thời tiết nóng

3 Nó bảo vệ cho phần kim loại trong hệ thống làm mát không bị đóng cặn

Chất chống đóng băng còn bao gồm vài chất phụ gia khác như chất ức chế ăn mòn

và chất ức chế tạo bọt Sự ăn mòn và gỉ sét sẽ làm giảm tuổi thọ các chi tiết kim loại Nó cũng tạo ra một lớp vỏ bọc làm giảm sự chuyền nhiệt từ kim loại đến dung dịch làm mát Trong động cơ có những chỗ bị ăn mòn, dung dịch làm mát có thể ở nhiệt độ bình thường trong khi đó xy lanh và nắp máy lại bị quá nhiệt Một trong những lý do dung dịch làm mát có tỉ lệ chất chống đóng băng là 50% là đảm bảo hệ thống làm mát có đủ hàm lượng chất ức chế ăn mòn Chất ức chế tạo bọt giúp phòng ngừa dung dịch làm mát sinh ra bọt khí khi lưu thông qua bơm nước Bọt nàybao gồm những bong bong khí và chúng làm giảm sự dẫn nhiệt của dung dịch Nếu lượng bọt quá nhiều trong dung dịch, hệ thống làm mát trở nên kém hiệu quả dẫn đến động cơ quá nóng

Màu của chất đóng băng thường được nhuộm màu cho dễ phân biệt thường là màu xanh Nó còn có tác dụng dễ dàng được phát hiện ra nếu như hệ thống làm mát bị ròrỉ

Chất ức chế ăn mòn và tạo bọt dần dần mất đi tính hiệu quả của nó Các nhà sản xuất xe thường khuyến cáo thay thế dung dịch làm mát 2 năm một lần

Có hai loại chất chống đóng băng Ethylene-glycol: high silicate và low silicate Hầu hết các động cơ ô tô sử dụng loại chất chống đóng băng high silicate Nó có tácdụng bảo vệ các chi tiết bằng hợp kim nhôm Chất chống đóng băng low silicate thường sử dụng trong các động cơ của các loại xe tải trọng lớn Chất chống đóng

băng khuyến cáo sử dụng được ghi trong các quyển owners manual cho mỗi loại xe đang được sử dụng hiện nay.

Đây là hình ảnh dung dịch làm mát bị pha trộn đủ loại nước như nước máy, nước giếng khoan sau một thời gian chạy bị biến chất và bên cạnh là dung dịch làm mátchuẩn pha theo tỉ lệ 50:50

1.2 Mục đích và yêu cầu của hệ thống làm mát

1.2.1 Mục đích của hệ thống làm mát

Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt truyền cho các chi tiết tiếp xúc với khí cháy như: piston, xecmăng, xupap, nắp xilanh, thành xilanh chiếm khoảng 25  35% nhiệtlượng do nhiên liệu cháy toả ra Vì vậy các chi tiết đó thường bị đốt nóng mãnh liệt-nhiệt

độ đỉnh pittông có thể lên tới 600oC,còn nhiệt độ của nấm xupap có thể lên 900oC Nhiệt

độ của các chi tiết máy cao gây ra những hậu quả xấu như:

- Phụ tải nhiệt làm giảm sức bền làm giảm sức bền, độ cứng vững và tuổi thọ của các chi tiết máy

- Do nhiệt độ cao làm giảm độ nhớt của dầu bôi trơn nên làm tăng tổn thất ma sát

- Có thể gây bó kẹt piston trong cylinder do hiện tượng giản nở nhiệt

- Giảm hệ số nạp

- Đối với động cơ xăng dễ phát sinh hiện tượng cháy kích nổ

Để khắc phục các hậu quả xấu trên.Vì vậy cần thiết phải làm mát động cơ Hệ thống làm mát động cơ có nhiệm vụ thực hiện quá trình truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháy rồi đến môi chất làm mát để đảm bảo cho nhiệt độ của các chi tiết không quá nóng nhưng cũng không quá nguội Động cơ quá nóng sẽ gây ra các hiện tượng như đã nói,còn quá nguội tức là động cơ được làm mát quá nhiều vì vậy tổn thất nhiệt cho dung dịch làm mát nhiều, nhiệt lượng dùng để sinh công ít do đó hiệu suất nhiệt của động cơ thấp, ngoài ra do nhiệt độ động cơ thấp ảnh hưởng đến chất lượng dầu bôi trơn, độ nhớt của dầu bôi trơn tăng, dầu bôi trơn khó lưu động vì vậy làm tăng tổn thất cơ giới và tổn thất ma sát,ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế và công suất động cơ Động cơ 1TR-FE có hệ thốnglàm mát tuần hoàn cưỡng bức

1.2.2 Yêu cầu của hệ thống làm mát

Đối với động cơ 1TR-FE cũng như các động cơ lắp trên xe ô tô khách thì hệthống làm mát phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Làm việc êm dịu, tiêu hao công suất cho làm mát bé

- Bảo đảm nhiệt độ của môi chất làm mát tại cửa ra van hằng nhiệt ở khoảng83950C và nhiệt độ của dầu bôi trơn trong động cơ khoảng 95÷1150C

- Bảo đảm động cơ làm việc tốt ở mọi chế độ và mọi điều kiện khí hậu cũngnhư điều kiện đường sá, kết cấu nhỏ gọn, dễ bố trí

1.3 Nhiệm vụ của hệ thống làm mát

Hệ thống làm mát của động cơ 1TR-FE có nhiệm vụ làm mát động cơ, máynén và dầu bôi trơn

1.3.1 Làm mát động cơ và máy nén

Hệ thống làm mát có nhiệm vụ chính là làm mát động cơ, bảo đảm động cơ

có nhiệt độ ổn định trong suốt quá trình làm việc Ngoài ra, hệ thống cũng có nhiệm

vụ không kém phần quan trọng đó là rút ngắn thời gian chạy ấm máy, nhanh chóngđưa động cơ đạt đến nhiệt độ làm việc Bên cạnh đó hệ thống làm mát còn làm mátcho máy nén khí nhằm tăng hiệu suất cho máy nén khí Đường nước làm mát máynén khí được trích từ đường nước chính làm mát động cơ

1.3.2 Làm mát dầu bôi trơn.

Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt độ của dầu bôi trơn tăng lênkhông ngừng do các nguyên nhân cơ bản sau:

- Dầu bôi trơn phải làm mát các trục, tỏa nhiệt lượng sinh ra trong quá trình

ma sát các ổ trục ra ngoài

- Dầu bôi trơn tiếp xúc trực tiếp với các chi tiết máy có nhiệt độ cao như cò

mổ, đuôi xupáp, piston

Để đảm bảo nhiệt độ làm việc của dầu ổn định, giữ độ nhớt dầu ít thay đổi vàđảm bảo khả năng bôi trơn, vì vậy cần phải làm mát dầu bôi trơn Đường dầu bôitrơn được khoan song song với đường nước làm mát động cơ Khi nước làm mátđộng cơ đồng thời làm mát luôn cho dầu bôi trơn, nhằm hạ nhiệt độ cho dầu bôitrơn

1.4 Hệ thống làm mát bằng nước

Hệ thống làm mát bằng nước được chia ra nhiều kiểu khác nhau như: làmmát bằng nước kiểu bốc hơi, kiểu đối lưu tự nhiên, kiểu tuần hoàn cưỡng bức vàlàm mát ở nhiệt độ cao 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

10- Cácte chứa dầu

Khi động cơ làm việc, tại những vùng nước bao xung quanh buồng cháy nước sẽ sôi Nước sôi có tỷ trọng bé hơn nên nổi lên trên mặt thoáng của thùng chứa để bốc hơi ra ngoài khí trời Nước nguội trong thùng chứa có tỷ trọng lớn sẽ chìm xuống dưới điền chỗ cho nước nóng nổi lên, do đó tạo thành lưư động đối lưu tự nhiên Căn cứ vào nhiệt lượng của động cơ và cách bố trí động cơ đứng hay nằm để thiết kế hệ thống kiểu bốc hơi này

Với việc làm mát bằng kiểu bốc hơi nước, lượng nước trong thùng sẽ giảm nhanh,

do đó cần phải bổ sung nước thường xuyên và kịp thời Vì vậy, kiểu làm mát này không thích hợp cho động cơ dùng trên phương tiện vận tải

Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi do kết cấu đơn giản và đặt tính lưu động đối lưu đã nói ở trên nên hệ thống này được dùng cho các động cơ đốt trong kiểu xilanh nằm ngang, đặc biệt các động cơ trên các máy nông nghiệp cỡ nhỏ

Nhược điểm của hệ thống làm mát này là thất thoát nước nhiều và hao mòn xilanh không đều

1.4.2 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên

Trong hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên, nước lưu động tuần hoàn nhờ sự chênh lệch áp lực giữa hai cột nước nóng và lạnh mà không cần bơm Cột nước nóng trongđộng cơ và cột nước nguội trong thùng chứa hoặc trong két nước

4 3

5- Két nước; 6- Quạt gió; 7- Đường nước làm mát động cơ.

Nước nhận nhiệt của xilanh trong thân máy, làm cho khối lượng riêng nước giảm nên nước nổi lên trên Trong khoang của nắp xilanh, nước tiếp tục nhận nhiệt của các chi tiết bao quanh buồng cháy- nắp xilanh, xupap… nhiệt độ của nước tiếp tục tăng lên và khốilượng riêng nước tiếp tục giảm, nên nước nổi lên trên theo đường dẫn ra khoang phía trên của két làm mát (5) Quạt gió (6) được dẫn động bằng puly từ trục khuỷu động cơ hút không khí qua két Do đó, nước trong két được làm mát làm cho khối lượng riêng nước tăng, nước sẽ chìm xuống khoang dưới của két và từ đây đi vào thân máy, thực hiện một vòng tuần hoàn

Độ chênh áp lực phụ thuộc vào độ chênh lệch nhiệt độ của hai cột nước, do đó cường độ làm mát có thể tự động điều chỉnh theo phụ tải 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

bé Vì vậy, nước lưu động chậm, động cơ chóng đạt nhiệt độ ở chế độ làm việc Sau đó

phụ tải tăng thì độ chênh lệch nhiệt độ của hai cột nước cũng tăng theo, tốc độ lưu động của nước cũng tăng theo Độ chênh áp lực cũng còn phụ thuộc vào hiệu độ chênh chiều caotrung bình của hai cột nước, do đó phải luôn luôn đảm bảo mức nước của thùng chứa phải cao hơn ở nước ra của động cơ

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 được làm mát không đều Muốn khắc phục nhược điểm này thìphải tăng tiết diện lưu thông của nước trong động cơ dẫn đến hệ thống làm mát nặng nề cồng kềnh Do vậy, hệ thống làm mát kiểu này không thích hợp cho động cơ ô tô máy kéo,

mà thường được dùng trên động cơ tĩnh tại

1.4.3 Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức

Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức khắc phục được nhược điểm trong hệ thống làm mát kiểu đối lưu 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

1.4.3.1 Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng

7

Hình 2-3 Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng.

1- Thân máy; 2- Đường nước ra khỏi động cơ; 3- Bơm nước;

4- Ống nước nối tắt vào bơm; 5- Nhiệt kế; 6- Van hằng nhiệt; 7- Két làm mát;

8- Quạt gió; 9- Ống dẫn nước về bơm; 10- Bình làm mát dầu bôi trơn.

Trên hình (3-3) là hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức của động cơ ô tô máy kéomột hàng xilanh Ở đây, nước tuần hoàn nhờ bơm ly tâm (3), qua ống phân phối nước 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 đúc sẵn trong thân máy Sau khi làm mát xilanh, nước lên làm mát nắp máy rồi theo đường ống (2) ra khỏi động cơ với nhiệt độ cao rồi đến van hằng nhiệt (6) Khi van hằng nhiệt (6) mở, một phần nước chảy qua đường ống (4) về đường ống hút của bơm nước (3), một phần lớn nước qua van hằng nhiệt (6) vào ngăn chứa phía trên của két nước

Tiếp theo, nước từ ngăn phía trên của két đi qua các ống mỏng có gắn cánh tản nhiệt Tại đây, nước được làm mát bởi dòng không khí qua két do quạt (8) tạo ra Quạt được dẫn động bằng đai hay bánh răng từ trục khuỷu của động cơ Tại ngăn chứa phía dưới, nước có nhiệt độ thấp hơn lại được bơm nước (3) đẩy vào động cơ thực hiện một chu

1.4.3.2 Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn hai vòng

Trong hệ thống này, 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 đểlàm 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

1 2 3

4 5

6

7 8

Hình 2-4 Hệ thống làm mát cưỡng bức kiểu hai vòng tuần hoàn

1-Đường nước phân phối; 2- Thân máy; 3- Nắp xilanh; 4- Van hằng nhiệt;

5- Két làm mát; 6- Đường nước ra vòng hở; 7- Bơm nước vòng hở;

8- Đường nước vào bơm nước vòng hở; 9- Đường nước tắt về bơm vòng kín; 10- Bơm

nước vòng kín.

Hệ thống làm việc như sau: nước ngọt làm mát động cơ đi theo chu trình kín, bơm nước (10) đến động cơ làm mát thân máy và nắp xilanh đến két làm mát nước ngọt (5) Nước ngọt trong hệ thống kín được làm mát bởi nước ngoài môi trường bơm vào do bơm (7) qua lưới lọc, qua các bình làm mát dầu, qua két làm mát (5) làm mát nước ngọt rồi theođường ống (5) đổ ra ngoài môi trường

Khi động cơ mới khởi động, nhiệt độ của nước trong hệ thống tuần hoàn kín còn thấp, van hằng nhiệt (4) đóng đường nước đi qua két làm mát nước ngọt Vì vậy, nước làm mát ở vòng làm mát ngoài, nước được hút từ bơm (7) qua két làm mát (5) theo đường ống (6) đổ ra ngoài Van hằng nhiệt (4) có thể đặt trên mạch nước ngọt để khi nhiệt độ nước ngọt làm mát thấp, nó sẽ đóng đường ống đi vào két làm mát (5) Lúc này nước ngọt có nhiệt độ thấp sau khi làm mát động cơ qua van hằng nhiệt (4) rồi theo đường ống đi vào bơm nước ngọt (10) để bơm trở lại động cơ

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.

Trong hệ thống này nước làm mát là nước sông, biển được bơm (8) hút vào làm mátđộng cơ, sau đó theo đường nước (5) đổ ra sông, biển Hệ thống này có ưu điểm là đơn giản Tuy nhiên, ở một số kiểu động cơ nước làm mát đạt được ở 1000C hoặc cao hơn Khi nước ở nhiệt độ cao, 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) Do đó, cần phải có một hệ thống làm mát riêng cho động cơ.

So sánh hai hệ thống làm mát kín và hở của động cơ tàu thủy thì hệ thống hở có kết cấu đơn giản hơn, nhưng nhược điểm của nó là nhiệt độ của nước làm mát phải giữ trong khoảng 500 ÷ 600C để giảm bớt sự đóng cặn của các muối ở thành xilanh, nhưng với nhiệt

độ này do sự làm mát không đều nên ứng suất nhiệt của các chi tiết sẽ tăng lên Cũng do vách áo nước bị đóng cặn muối mà sự truyền nhiệt từ 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

1.4.4 Hệ thống làm mát bằng nước ở nhiệt độ cao

Hệ thống làm mát ở nhiệt độ cao ở đây bao gồm hai hệ thống làm mát chính là hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngoài và hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt hơi nước và nhiệt của khí thải

1.4.4.1 Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngoài

7 1

1- Động cơ; 2- Van tiết lưu; 3- Bộ tách hơi; 4- Quạt gió; 5- Bộ ngưng tụ nước;

6- Không khí làm mat; 7- Bơm nước.

Trong hệ thống này có hai vùng áp suất riêng khác nhau Vùng thứ nhất có

áp suất p1 truyền từ bộ tách hơi (3) qua bộ ngưng tụ (5) đến bơm tuần hoàn (7).Quạt gió (4) dùng để quạt mát bộ ngưng tụ (5) Vùng thứ hai có áp suất p2 > p1

truyền từ bơm tuần hoàn qua động cơ đến van tiết lưu (2) của bình tách hơi (3), độchênh áp suất p = p2 - p1 được điều chỉnh bởi van tiết lưu (2) Nước trong vùng có

áp suất cao p2 không sôi mà chỉ nóng lên (từ nhiệt độ tvào đến tra ) Áp suất p2 tươngứng với nhiệt độ sôi t2 > tra nên nước chỉ sôi ở bộ tách hơi có áp suất p1 < p2

1.4.4.2 Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt của hơi nước và nhiệt của khí thải

10 11 12

13 14

15 16

Hình 2-7 Sơ đồ hệ thống làm mát nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt của hơi nước và

nhiệt của khí thải 1- Động cơ; 2- Tuabin tăng áp; 3- Đường thải; 4- Bộ tăng nhiệt cho hơi nước; 5- Bộ tăng nhiệt cho nước ra; 6- Bộ tăng nhiệt cho nước trước khi vào bộ tách hơi; 7,9- Van tiết lưu; 8- Bộ tách hơi nước; 10- Tuabin hơi; 11- Bộ ngưng tụ;

12,14,15,16- Bơm nước; 13- Thùng chứa nước.

Hệ thống làm mát này có hai vòng tuần hoàn và quá trình hoạt động như sau:

- Vòng 1: Bộ tách hơi (8) đến bơm tuần hoàn (14) vào động cơ (1), bộ tăngnhiệt trước cho nước tuần hoàn (5) đến van tiết lưu (7), bộ tách hơi (8) Nước tuầnhoàn trong hệ thống tuần hoàn làm kín nhờ bơm (11) bơm lấy nước từ bộ tách hơivới áp suất p1 đưa vào động cơ với áp suất p2 Từ động cơ nước lưu động ra với ápsuất p2 và nhiệt độ tra rồi vào bộ tăng nhiệt (5), ở đây nhiệt độ nâng lên t’ra > tra.

Nhưng do áp suất của p2 của nước tương ứng với với nhiệt độ sôi t2> t’ra> tra

nên nước không sôi trong động cơ và cả bộ tăng nhiệt Nước chỉ sôi ở bộ tách hơisau khi qua bơm tiết lưu, tại đây áp suất giảm từ p2 xuống p1 với nhiệt độ t1

- Vòng 2: Hơi từ bộ tách hơi (8) qua bộ tăng nhiệt (4), sau đó vào tuabin (10),

rồi vào bộ ngưng tụ (11) Nước làm mát do hơi nước ngưng tụ trong bộ phận ngưng

tụ (11) được bơm (12) bơm vào buồng chứa (13) rồi qua bơm (15) để bơm vào bộtăng nhiệt (6), sau đó qua van điều tiết tự động (9) vào bộ tách hơi Nước làm mátcủa vòng tuần hoàn ngoài chảy vào bình làm mát dầu, đi làm mát đỉnh và qua bộngưng tụ (11) đều do bơm (16) của hệ thống bơm cấp vào mạch hở để piston làmmát nước trong mạch kín

Ưu điểm của hệ thống làm mát này là: Có thể nâng cao được hiệu suất làmviệc của động cơ lên 6-7%, giảm được lượng tiêu hao hơi nước và không khí làmmát, do đó ta rút gọn được kích thước bộ tản nhiệt, đốt cháy được nhiều lưu huỳnhtrong nhiên liệu này

Tuy nhiên, hệ thống làm mát này cũng có những nhược điểm cơ bản là nhiệt

độ của các chi tiết máy cao Do đó cần đảm bảo các khe hở công tác của các chi tiếtcũng như cần phải dùng loại dầu bôi trơn có tính chịu nhiệt tốt Ngoài ra đối vớiđộng cơ xăng cần phải chú ý đến hiện tượng kích nổ Khi tăng áp suất để nâng nhiệt

độ của nước làm mát trong hệ thống, cần phải đảm bảo các mối nối đường ống, cáckhe hở của bơm phải kín hơn, bộ tản nhiệt phải chắc chắn hơn

1.5 Hệ thống làm mát động cơ bằng không khí (gió)

Hệ thống làm mát của động cơ làm mát bằng gió bao gồm ba bộ phận chủyếu- phiến tản nhiệt trên thân máy và nắp xilanh, quạt gió và bản dẫn gió Hệ thốnglàm mát bằng không khí chia làm hai loai: làm mát bằng không khí kiểu tự nhiên vàkiểu làm mát theo cưỡng bức (dùng quạt gió)

Tùy thuộc vào đặc điểm của từng loại động cơ mà trang bị hệ thống làm máthợp lý.

1.5.1 Hệ thống làm mát bằng không khí kiểu tự nhiên

Hệ thống làm mát kiểu này rất đơn giản Nó chỉ gồm các phiến tản nhiệt bốtrí trên nắp xilanh và thân máy Các phiến ở mặt trên nắp xilanh bao giờ cũng bố trídọc theo hướng di chuyển của xe, các phiến làm mát ở thân thường bố trí vuông gócvới đường tâm xilanh Đa số động cơ môtô và xe máy bố trí hệ thống làm mát kiểunày

Tuy nhiên, một vài loại xe máy đặt động cơ nằm ngang lại bố trí phiến tảnnhiệt dọc theo đường tâm xilanh để tạo điều kiện gió lùa qua rãnh giữa các phiếntản nhiệt Hệ thống làm mát kiểu tự nhiên lợi dụng nhiệt khi xe chạy trên đường đểlấy làm mát các phiến tản nhiệt

Do đó, khi xe lên dốc hay chở nặng hoặc chạy chậm thường động cơ bị quánóng do làm mát kém Để khắc phục nhược điểm này người ta đưa ra phương ánlàm mát bằng không khí kiểu cưỡng bức

1.5.2 Hệ thống làm mát không khí kiểu cưỡng bức

Hệ thống kiểu này có ưu điểm lớn là không phụ thuộc vào tốc độ di chuyểncủa xe dù xe vẫn đứng một chỗ vẫn đảm bảo làm mát tốt cho động cơ Tuy nhiên,

hệ thống làm mát kiểu này vẫn còn tồn tại nhược điểm là kết cấu thân máy và nắpxilanh phức tạp, rất khó chế tạo do cách bố trí các phiến tản nhiệt và hình dạng cácphiến tản nhiệt

Hiệu quả làm mát của hệ thống phụ thuộc nhiều về hình dạng, số lượng vàcách bố trí các phiến tản nhiệt trên thân máy và nắp xilanh

1 2

(A)- Hệ thống làm mát bằng gió dùng quạt gió hướng trục.

(B)- Quạt gió hướng trục.

1- Tang trống có cánh quạt; 2- Nắp đầu trục; 3- Bulông; 4- Trục quạt gió;

5- Tang trống có cánh dẫn; 6- Bánh đai truyền.

Hệ thống làm mát bằng gió kiểu cưỡng bức bao gồm ba bộ phận chủ yếu đó

là các phiến tản nhiệt trên thân máy và nắp xilanh, quạt gió và bản dẫn gió Nhưngquan trọng nhất là quạt gió, quạt gió cung cấp lượng gió cần thiết, có tốc độ cao đểlàm mát động cơ Quạt gió được dẫn động từ trục khuỷu cung cấp gió với lưu lượnglớn làm mát động cơ Để rút ngắn thời gian từ trạng thái nguội khi khởi khởi độngđến trạng thái nhiệt ổn định, quạt gió trang bị ly hợp thủy lực hay điện từ

Hình vẽ (A) giới thiệu hướng lưu động dòng không khí làm mát động cơ bốnxilanh dung quạt gió hướng trục Từ hình vẽ ta thấy không khí qua cửa hút gió, quaquạt gió hướng trục rồi theo bản dẫn gió đi vào khu vực các phiến tản nhiệt của cácxilanh, sau đó theo ống thải thoát ra ngoài

Nhờ có bản dẫn gió nên dòng không khí làm mát được phân chia đều cho cácxilanh, khiến cho nhiệt độ các xilanh tương đối đồng đều Hơn nữa do khí có bảndẫn gió, dòng không khí đi sát mặt đỉnh của các phiến tản nhiệt vì vậy có thể nângcao hiệu suất truyền nhiệt Ngoài ra nhờ có bản dẫn gió, ta có thể bố trí ưu tiên chodòng không khí đến làm mát các vùng nóng nhất (xupáp thải, buồng cháy…)

Bản dẫn gió được chế tạo bằng tôn dày 0,8 ÷ 1mm Để tránh rung và ồn, bảndẫn gió được cố định vào thân máy

1.6 Kết cấu các cụm chi tiết chính của hệ thống làm mát bằng nước

Trong hệ thống làm mát bằng chất lỏng thì sự tuần hoàn của chất lỏng được thực hiện một cách cưỡng bức dưới tác dụng của bơm nước bơm vào áo làm mát, nước bị hâm nóng và qua đường nước ở nắp máy trở về két nước Quạt gió có tác dụng làm nguội nước

ở két làm mát được nhanh chóng

1.6.1 Kết cấu két làm mát

Két làm mát có tác dụng để chứa nước truyền nhiệt từ nước ra không khí để hạ nhiệt độ của nước và cung cấp nước nguội cho động cơ khi 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 tỏa nhiệt cao

Kích thước bên ngoài và hình dáng của két làm mát phụ thuộc vào bố trí chung, chiều cao của động cơ, chiều cao của mui xe, kết cấu của bộ tản nhiệt Nhưng tốt nhất là bề mặt đóngió của két làm mát nên có dạng hình vuông để cho tỷ lệ giữa diện tích chắn gió của quạt đặt sau két làm mát và diện tích đón gió của két tiến gần đến một Trên thực tế tỷ lệ đó chỉ chiếm 75 ÷ 80%.

Két làm mát được phân làm hai loai: két làm mát kiểu “nước- nước” và kétlàm mát kiểu “nước - không khí”

Két làm mát kiểu “nước-nước” được dùng trên động cơ có hai vòng tuần hoàn, nước làm mát như đã nói trên trong đó nước ngọt đi trong ống, cấu tạo của két nước này cũng tương tự két làm mát dầu nhờn bằng nước

Két làm mát kiểu “nước- không khí”, thường dùng trên các loại ô tô máy kéobao gồm ba phần, ngăn trên chứa nước nóng từ động cơ ra, ngăn dưới chứa nướcnguội để vào làm mát động cơ, nối giữa ngăn trên và ngăn dưới là giàn ống truyềnnhiệt Giàn ống truyền nhiệt là bộ phận quan trọng nhất của két làm mát

Ðánh giá chất lượng két làm mát bằng hiệu quả làm mát cao tức hệ số truyềnnhiệt của bộ phận tản nhiệt lớn, công suất tiêu tốn ít để dẫn động bơm nước, quạtgió Cả hai chỉ tiêu đó đều phụ thuộc vào 3 yếu tố sau:

- Khả năng dẫn nhiệt của vật liệu làm két tản nhiệt

- Khả năng truyền nhiệt đối lưu của két

- Kết cấu của két.(diện tích bề mặt truyền nhiệt)

Hình 2-9 Sơ đồ két nước

Ðể giải quyết vấn đề thứ nhất, người ta dùng vật liệu chế tạo ống và lá tảnnhiệt có hệ số dẫn nhiệt cao như: đồng, nhôm.

Vấn đề thứ hai được thực hiện bằng cách tăng tốc độ lưu động của môi chấtthải nhiệt (nước) và môi chất thu nhiệt (không khí) nhằm tăng hệ số truyền nhiệt đốilưu của chúng

Tuy nhiên, tăng tốc độ lưu động đòi hỏi phải tăng công suất tiêu hao cho dẫnđộng bơm nước và quạt gió

Vấn đề thứ ba bao gồm việc chọn hình dáng và kích thước của ống và lá tảnnhiệt, và cách bố trí ống trên két

Hình 2-10 Kết cấu một số ống nước

Thông thường két làm mát được làm bằng các ống dẹt, cắm sâu trong các látản nhiệt bằng đồng thau (hình 4.2a) Ống nước dẹt làm bằng đồng có chiều dàythành ống là (0,13 - 0,20)mm và kích thước tiết diện ngang của ống là (13÷20) x(2÷4)mm Còn các lá tản nhiệt có chiều dày khoảng (0,08 ÷ 0,12)mm

Các ống được bố trí theo kiểu song song (hình 4.2a) hoặc theo kiểu so le(hình 4.2.d) Loại so le dùng phổ biến nhất vì hiệu quả truyền nhiệt của nó tốt hơnloại song song Trong một số trường hợp, để tăng hiệu quả truyền nhiệt (tăng khôngđáng kể), người ta đặt ống chếch đi một góc nào đó (hình 4.2c)

Ðể tạo xoáy cho dòng không khí nhằm tăng hiệu quả truyền nhiệt, người tacòn dùng ống dẹt hàn với lá tản nhiệt gấp khúc (hình 4.2b), trên lá dập rãnh thủng,hoặc dùng ống dẹt hàn với lá tản nhiệt hình sóng (hình 4.2e) và trên phần sóng của

i)

g)

lá đó được dập lõm (chỗ có số 1) Hai loại này có hệ số truyền nhiệt khá cao, nêncũng được ứng dụng rộng rãi trên động cơ ô tô Trên một số máy kéo và tải nặngngười ta còn dùng ống tròn có gân tản nhiệt hình xoắn ốc (hình 4.2g) Loại này có

ưu điểm là thay thế do hỏng hóc của từng ống rất đơn giản vì các ống không phảihàn vào ngăn trên và ngăn nước dưới như các kiểu ống dẹt mà ghép và làm kínbằng các đệm cao su chịu nhiệt

Các kiểu bộ phận tản nhiệt nêu trên đây dùng lá tản nhiệt hoặc gân tản nhiệtthì ống tản nhiệt đều là ống nước

Trên một số rất ít động cơ máy kéo người ta còn dùng bộ phận tản nhiệt ốngkhông khí hình tròn hoặc hình lục lăng, mang tên két nước hình “tổ ong” (hình 4-2.i) Loại này ít dùng vì hệ số truyền nhiệt kém

Muốn nâng cao hiệu quả truyền nhiệt của két làm mát thì phải giảm bước của

lá tản nhiệt, bước của ống cả theo chiều ngang (chiều đón gió) và cả chiều sâu(chiều gió) cũng như tăng chiều sâu của két (tức là tăng số dãy ống theo chiều sâu).Nhưng tăng chiều sâu nhiều cũng không có hiệu quả lớn vì rằng khi hệ số truyềnnhiệt của dãy ống đã ổn định thì nếu tăng chiều sâu lên 50%, khả năng tản nhiệt củakét tăng15% , còn nếu tăng chiều sâu lên 100% thì khả năng tản nhiệt cũng chỉ tăngthêm 20% Cần chú ý rằng các biện pháp nâng cao hiệu quả trên đây đều kéo theo

sự gia tăng sức cản khí động của két Thông thường két nước dùng trên ô tô sức cảnkhí động của không khí qua két không vượt quá 300 (N/m2)

Ðánh giá kết cấu két làm mát dùng trên ô tô máy kéo bằng hệ số hiệu quả và

hệ số thu gọn Theo [2] tập 3 ta có như sau:

0 20 40 60 80 100

4 8 12 kk.kk

1 2

3 Các ống dẫn nước bố trí song song

4 Loại két nước tổ ong

F

Giá trị của η và φ nằm trong khoảng sau:

+ η = (0,14  0,20).10-3 m2/W) - đối với ô tô du lịch

+ η = (0,20  0,41).10-3 m2/W) - đối với ô tô tải

+ φ = 900  1100 (1/m) - trị số lớn nhất đối với ô tô du lịch, trị số nhỏ nhất đối với ô tôtải

Flm- Diện tích tản nhiệt của bộ phận tản nhiệt (m2)

Ne- Công suất có ích, danh nghĩa của động cơ (W))

Vk- Thể tích tản nhiệt của bộ phận tản nhiệt (m3)

1.6.2 Kết cấu của bơm nước

Bơm nước có tác dụng tạo ra một áp lực để tăng tốc độ lưu thông của nước làm mát Bơm có nhiệm vụ cung cấp nước cho hệ thống làm mát với lưu lượng và áp suất nhất định.Lưu lượng nước làm mát tuần hoàn trong các loại động cơ thay đổi trong phạm vi

(68÷245) l/Kwh và với tần số tuần hoàn khoảng (7 ÷ 12) lần /phút Các loại bơm dùng trong hệ thống làm mát động cơ bao gồm: bơm ly tâm, bơm piston, bơm bánh răng, bơm guồng được lần lượt giới thiệu ở phần sau.

1.6

.2.1 Bơm ly tâm

Bơm ly tâm được dùng phổ biến trong hệ thống làm mát các loại động cơ

Nguyên lý làm việc là lợi dùng lực ly tâm của nước nằm giữa các cánh để dồn nước

từ trong ra ngoài rồi đi làm mát

151614

12

1011

9

13

123457

Hình 2-11 Kết cấu bơm nước ly tâm 1- Phớt, 2- Vú mỡ, 3- Vòng chặn dầu, 4- Ống lót, 5- Vít cấy, 6- Vòng chặn lớn, 7- Lò xo, 8- Bánh công tác, 9- Mặt bích, 10- Trục bơm, 11- Đai ốc, 12- Đường nối với van hằng nhiệt, 13- Ổ bi, 14- Puly dẫn động, 15- Đệm điều chỉnh, 16- Then bán nguyệt.

Trên hình 4-4: giới thiệu kết cấu một loại bơm nước ly tâm dùng trên ô tô lắp ở mặtđầu của thân máy và dẫn động quay bơm nước bằng đai truyền nhờ puly (14), lắp chặt trên trục bơm nhờ then bán nguyệt (16) Rãnh lắp đai truyền có thể thay đổi kích thước nhờ sự thay đổi số lượng vòng đệm (15)

Nắp bơm và thân bơm được chế tạo bằng gang, cánh bơm (8) thường được chế tạo bằng đồng hoặc chất dẻo Ðể giảm kích thước, bơm tỷ số truyền giữa trục bơm nước (10) và trụckhuỷu thường chọn gần bằng 1 (đối với động cơ cao tốc) và 1,6 (đối với động cơ tốc độ thấp) Nước ở chỗ vào cánh có áp suất (0,02 ÷ 0,04) Mpa và tốc độ 1,0 m/s Cột áp do bơmtạo ra khoảng (0,05 ÷ 0,15) Mpa và tốc độ nước trên đường ống dẫn vào bơm không vượt quá (2,5 ÷ 3) m/s Công suất tiêu hao để dẫn động bơm chiếm khoảng (0,5-1,0) % công

suất có ích của động cơ tức là (0,005 ÷ 0,01)Ne Trục bơm được đặt trên hai ổ bi (13), để bao kín dầu mỡ bôi trơn ổ bi dùng các phớt (1) và bao kín bằng vòng chặn (6).

Bơm ly tâm có đặc tính cấp nước đồng đều, kích thước và khối lượng nhỏ, không ồn và hiệu suất cao Tuy nhiên nhược điểm của bơm li tâm là không tạo ra được vùng áp thấp đủ khi hút nước (không quá (2,94 ÷ 4,9).104 N/m2), do đó không có năng lực tự hút, nên trước khi khởi động phải nạp đầy nước vào ống hút và bơm, đồng thời phải xả không khí hết ra khỏi bơm

1.6

.2.2 Bơm piston

Bơm nước kiểu piston thường chỉ được dùng trong hệ thống làm mát của động cơ tàuthủy tốc độ thấp Ở động cơ tốc độ cao vì để tránh lực quán tính rất lớn của các khối lượng chuyển động của bơm và để tránh hiện tượng va đập thủy lực do chu trình cấp nước không liên tục của bơm nên người ta ít dùng loại này

8 10

piston; 7- Đường nước vào; 8,9- Van nước; 10- Lò xo van nước.

Bơm nước piston có quá trình hoạt động như sau: Piston bơm (3) bằng đồng

chuyển động trong xilanh dẫn hướng (2,4) của vỏ bơm (1) Piston nối với thanh truyền (5)

và chuyển động nhờ trục khuỷu (6) Khi piston (3) đi xuống, nước sẽ đi qua van (8) vào khoang chứa bên trên piston (3) Khi piston đi lên, nước trong khoang bị đẩy qua van (9) đivào hệ thống làm mát

.2.3 Bơm bánh răng

Trên tàu thủy cũng thường dùng loại bơm bánh răng để bơm nước cho hệ thống làm mát động cơ Nó có ưu điểm gọn nhẹ, song khi làm việc với nước hở (nếu dùng cho nước sông hoặc nước biển) thì do nước bẩn nên bánh răng chóng mòn Vì vậy, người ta bố trí trong trường hợp này một cặp bánh răng truyền lực ở vỏ ngoài của bơm, khi đó các răng trong vỏ bơm sẽ không chịu lực truyền, và để giảm mài mòn bánh răng bơm, người ta còn chế tạo một trong hai bánh răng bơm bằng vật liệu tec-tô-lit hoặc làm bằng cao su lưu hóa

Hình 2-13 Kết cấu bơm nước kiểu bánh răng

1- Trục bơm; 2-Bánh răng dẫn động; 3- Ổ bi; 4- Vành chặn dầu; 5- Bạc lót, Vành chặn nước; 7- Đệm lót, 8- Vòng cao su, 9- Lò xo, 10- Bánh răng bị động, 11- Cửa hút nước vào; 12- Bánh răng chủ động; 13- Vỏ bơm; 14- Cửa thoát nước ra.

6-Kết cấu bơm bánh răng dùng trên hệ thống làm mát của động cơ tàu thuỷ Bơm quay nhờ bánh răng (2) ăn khớp với hệ thống bánh răng truyền động từ trục khuỷu Trục truyền động bơm (1) một đầu dẫn động đặt trên ổ bi cầu (3), còn ở đầu kia lắp bánh răng bơm tựa trên hai bạc lót (5) và (7), các bạc lót này được bôi trơn nhờ các đệm bằng tec- tô-lit (7) và vòng cao su (8) Còn bao kín dầu bôi trơn ổ bi bằng vành chắn dầu (4) Bánh răng

65

4

1-1 IV

2-2 III

1

II I

3-3

Hình 2-14 Sơ đồ kết cấu và nguyên lý làm việc của bơm cánh hút.

1- C ửa nước vào bơm; 2- Rảnh chứa nước, 3- Cửa nước ra;

4- Bánh răng dẫn động; 5-Ổ trục bơm, 6- Hai nữa thân bơm.

Kết cấu của bơm gồm: hai nửa thân bơm (6) (nửa trước và nửa sau) Các nửa vỏ bơm lắp với hai nắp ở trục bơm Bánh công tác cố định trên trục và được dẫn động bằng bánh răng côn (4) Nửa vỏ sau có cửa vào (1) và nửa vỏ trước có cửa ra (3) Bên trong mỗi nửa vỏ có một rãnh vòng cung (2 ) Chiều sâu của các rãnh đó thay đổi, ở giữa rãnh có chiều sâu lớn nhất và chiều sâu giảm dần đến không về hai phía đầu mút của rãnh (hình 4-7b)

Nguyên lý làm việc của bơm cánh hút như sau:

Ban đầu, dung tích công tác giữa hai cánh được mồi đầy nước (vị trí I) Khicánh quay thì nước nằm giữa hai cánh cũng dịch chuyển theo (vị trí II) Do chiềusâu của rãnh (2) tăng dần nên dung tích giữa hai cánh tăng lên Do tăng dung tíchnên trong bơm hình thành độ chân không Nhờ có độ chân không nước được hútvào qua cửa (1), cánh quay tiếp tục được nửa vòng thì chiều sâu rãnh sẽ bắt đầugiảm dần nước bị nén theo cửa (3) đi vào hệ thống làm mát

Nhược điểm cơ bản của loại bơm cánh hút là hiệu suất bơm rất thấp So với bơm li tâm thì thua kém 3÷4 lần và khi bơm phải mồi nước Vì vậy, người ta chỉ dùng loại bơm

này để bơm nước ngoài tàu vào Chiều cao cột nước của bơm không dưới 1,5m với lưu lượng 8000 l/ph.

Hình 2-15 Kết cấu bơm guồng 1- Rảnh xoắn ốc; 2- Bánh công tác; 3- Rảnh xoắn ốc;

4- Rãnh guồng; 5- Cánh guồng; 6- Cửa hút.

Trên (hình 4-8) giới thiệu sơ đồ kết cấu bơm guồng dùng trong động cơdiezel Bơm gồm có: bánh công tác (2), bánh guồng quay trong vỏ bơm và nắp.Trên bánh công tác người ta phay các rãnh hướng kính (4) Vỏ và nắp có làm rãnhxoắn (1) thông với cửa hút (6) và cửa thoát Khi bánh công tác quay, nước vào cácrãnh và dưới tác dụng của lực li tâm, các phần tử nước chuyển động từ trong rangoài và quay theo các cánh (5) rồi theo rãnh xoắn ốc (1) trên vỏ bơm đi qua cửađẩy vào hệ thống làm mát của động cơ

Loại bơm guồng của động cơ diesel 20 mã lực được dùng để cung cấp nướccho hệ thống làm mát hở (nước sau khi qua động cơ được thải ra ngoài ) Cột áp củaloại bơm guồng cao hơn cột áp của bơm ly tâm khoảng 3÷7 lần nhưng hiệu suấtthấp η = 0,25 ÷ 0,45, trong khi đó bơm li tâm η = 0,65 ÷0,9 Tuy vậy, so với bơmcánh hút thì hiệu suất của bơm guồng vẫn cao hơn khoảng 2 lần

1.7 Kết cấu quạt gió

1.7.1 Quạt gió dẫn động bằng đai

1 2 3 4

5 6 7

ốc; 7-Bulong bắt quạt; 8-Xương quạt.

Trong hệ thống làm mát bằng nước, dùng két làm mát bằng không khí, quạt gió dùng để tăng tốc độ của dòng không khí qua két nhằm nâng cao hiệu quả làm mát Quạt gió thường là quạt hướng trục

Quạt gió của động cơ có thể chạy bằng không khí hoặc điện Những động cơ đặt dọc ở thân xe có trục sau là trục chủ động thường sử dụng là quạt cơ khí được lắp cùng trục với bơm nước.Có hai chỉ tiêu để đánh giá chất lượng của quạt: đó là năng suất (lưu lượng gió) của quạt và công suất tiêu tốn cho dẫn động quạt Ðối với một két nước cụ thể, năng suất thể hiện bằng tốc độ gió qua két làm mát Hai chỉ tiêu trên phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: số vòng quay của quạt, kích thước cánh, góc nghiêng của cánh và vị trí tương quan giữa quạt và két nước

Tăng góc nghiêng của cánh và tăng số vòng quay của quạt đều làm cho công suất dẫn động quạt tăng lên Thông thường góc nghiêng tốt nhất đối với quạt phẳng là 40 ÷ 450

và với quạt cánh lồi là 380 Tăng góc nghiêng và tăng chiều rộng cánh quạt có làm cho lưu lượng tăng nhưng công suất dẫn động quạt tăng mãnh liệt, vì vậy đối với động cơ ô tô máy kéo đường kính quạt không vượt quá 0,65m và chiều rộng không vượt quá 70mm

Khoảng cách từ quạt đến két phụ thuộc vào việc tổ chức dòng khí làm mát tiếp các

bộ phận dưới nắp xe Khi có lắp các bản hướng dòng khí thì khoảng cách đó cho phép đến 80-100mm Nếu không thì không nên vượt quá 10÷15mm Số cánh tăng làm năng suất tăng theo nhưng không nên vượt quá 8 cánh

Cách quạt được dập bằng thép tấm có chiều dày 1,2÷1,6mm rồi bắt chặt vàomayơ, trước khi lắp phải cân bằng Loại cách quạt chế tạo bằng vật liệu polyme thìkhông cần cân bằng Ðể giảm tiếng ồn loại quạt 4 cánh được chế tạo theo hình chữ

X với góc giữa hai cánh là 70÷1100 Quạt được dẫn động bằng đai truyền hìnhthang, tốc độ của đai truyền không vượt quá 30÷35 m/s Trên một số động cơ quạtđược dẫn động bằng xích, còn dẫn động bánh răng thì ít gặp Tỷ số truyền độngquạt nằm trong khoảng 1,0÷1.3 Ngoài ra còn có bộ phận áo làm mát Áo làm mátđược hình thành bởi khoang trống nằm giữa thành ngoài nắp máy với thành buồngđốt Ðặc biệt ở những chỗ bố trí đường xả thì cần được tăng cường làm mát

1.7.2 Quạt gió chạy bằng điện

1.7

.2.1 Khái quát

Cần phải có một lưu lượng không khí lớn đi qua két nước để làm mát.Thôngthường, nếu xe chạy thì lưu lượng không khí đã đủ làm mát Nhưng khi xe dừnghoặc chậm thì lưu lượng không khí không đủ Vì vậy động cơ đã được trang bị quạtlàm mát để tạo ra lượng không khí cưỡng bức qua két làm mát

Hệ thống quạt điện nhạy cảm với nhiệt độ của nước làm mát, và nó chỉ cungcấp một lưu lượng không khí thích hợp khi nhiệt độ lên cao Ở nhiệt độ bìnhthường, quạt ngừng quay để động cơ ấm lên và giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm tiếng

ồn Tốc độ quay của quạt điện có thể thay đổi trong ba cấp hoặc vô cấp, nhờ hiệuquả làm mát có thể điều chỉnh và phù hợp với nhiệt độ nước làm mát

Hình 2-17 Sơ đồ nguyên lý hoạt động quạt gió điều khiển bằng điện

1-Bình điện; 2-Công tắc nhiệt độ nước làm mát; 3-Lò xo; 4-Cuộn dây; 5-Quạt;

6-Khóa điện.

- Nhiệt độ nước làm mát thấp

Công tắc nhiệt độ nước làm mát đóng, và nhờ thế rơle quạt được nối mát

Lực từ trường của cuộn dậy của rơle sẽ giữ các tiếp điểm ở vị trí ngắt, và dòng điện không đến quạt được

- Nhiệt độ nước làm mát cao

Công tắc nhiệt độ nước làm mát mở, và mạch rơle bị ngắt Khi đó, các tiếp điểmtiếp xúc với nhau, cung cấp dòng điện cho quạt quay với tốc độ cao

1.8 Van hằng nhiệt

Van hằng nhiệt hoạt động tùy theo nhiệt độ dùng để điều chỉnh nhiệt độ nướclàm mát bằng cách điều khiển nước làm mát đi từ động cơ đến két làm mát Vanhằng nhiệt được lắp trên đường nước giữa nắp xilanh với bình làm mát Van hằngnhiệt đóng hay mở tùy theo nhiệt độ nước làm mát Khi động cơ còn lạnh van hằngnhiệt đóng, lúc này nước không qua két làm mát mà đi tắt về bơm Khi động cơnóng lên van hằng nhiệt mở, nước làm mát đi qua két, sau đó mới về bơm

Bằng cách đóng đường nước dẫn tới két khi động cơ lạnh, động cơ sẽ ấm lênnhanh chóng, khi đó nhiệt độ của động cơ vẫn được giữ lại trong động cơ thay vì rakét làm mát, nhờ đó rút ngắn thời gian hâm nóng động cơ, tiêu hao ít nhiên liệu vàgiảm được lượng khí xả Sau khi hâm nóng, van hằng nhiệt giữ cho động cơ làmviệc ở nhiệt độ cao hơn so với trường hợp không có van hằng nhiệt Nhiệt độ làmviệc càng cao sẽ cải thiện hiệu quả của động cơ và giảm được khí xả Van hằngnhiệt dùng trên hệ thống làm mát bằng nước chia làm hai loai: loại dùng chất lỏnglàm chất giãn nở và loại dùng chất rắn làm chất giãn nở

Van hằng nhiệt dùng chất lỏng làm chất giãn nở (van hằng nhiệt kiểu hộp xếp)

Van hằng nhiệt có tác dụng giúp cho động cơ nhanh chóng đạt tới nhiệt độ quyđịnh trong trường hợp động cơ mới khởi động

VAN HẰ NG NHIỆ T KIỂ U BỘ T GIÃN NỞ

14 12

Hình 2-18 Kết cấu câc loại van hằng nhiệt

(a,c)- Van đang đóng; (b,d)- Van đang mở.

1- Đường nước nối tắt về bơm; 2,13- Đường nước tới kĩt lăm mât; 3- Đường nước nóng tới van; 4- Hộp xếp; 5- Giâ treo; 6- Trục van; 7,12- Nắp van; 8- Bầu chứa;9- Xíríirin; 10- Măng; 11 Lò xo hồi vị; 14- Thđn van; 15- Ống dẫn hướng Van hằng nhiệt kiểu hộp xếp (hình 4-9b) gồm có hộp xếp chứa một chất lỏng dễ

bay hơi Phần dưới của bầu bắt chặt văo trục (6) van hằng nhiệt Khi nhiệt độ lăm mât thấp hơn 780C, van hằng nhiệt đóng lại (hình 4-9a) vă toăn bộ chất lỏng đi qua ống (1) (ống hai ngê) để trở về bơm nước, âp suất trong hộp xếp tăng lín, lăm cho hố (7) giên dăi ra vă nđng van (4) lín Nước nóng đi qua ống 3 văo bình trín của bộ tản nhiệt Van 4 mở rộng hoăn toăn ở nhiệt độ 910C

Van hằng nhiệt dùng chất rắn lăm chất giên:

Ở hình 4-9c có bầu (8) chứa đầy xírízin (9), lấy từ dầu mỏ vă đậy kín bằng măng

cao su (10) Ở nhiệt độ 700C, xírízin nóng chảy vă giên nở đẩy măng (10), cữ chặn vă thanh (5) chuyển động lín phía trín Lúc năy van (14) mở ra vă nước bắt đầu chảy tuần hoăn qua bộ tản nhiệt (hình 4.9d)

Khi nhiệt độ giảm xuống, xírízin động đặc lại vă giảm bớt thể tích Dưới tâc dụng của lò xo hồi vị (11), van (14) đóng lại vă măng (10) hạ xuống (hình 4.9c)

Van hằng nhiệt kiểu lò xo xoắn- sơ đồ kết cấu của loại van hằng nhiệt dùng lò xo bimítan gồm hai thanh dải kim loại có hệ số giên nở dăi khâc nhau Dải thĩp hợp kim 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.

1.9 So sánh ưu khuyết điểm của kiểu làm mát bắng nươc và kiểu làm mát bằng không khí

Xuất phát từ những yêu cầu kỹ thuật ta nhận thấy rằng động cơ làm mát bằngnước so với động cơ làm bằng không khí có những ưu điểm sau:

- Hiệu quả làm mát của hệ thống làm mát bằng nước cao hơn do đó trạng tháinhiệt của các chi tiết của động cơ làm mát bằng nước thấp Vì vậy, nếu các điềukiện phụ tải như nhau thì đối với động cơ xăng phải giảm tỉ số nén để tránh hiệntượng kích nổ

- Độ dài thân động cơ làm mát bằng nước ngắn hơn khoảng (1015), trọnglượng nhỏ hơn (810) so với động cơ làm mát bằng không khí Được như vậy là

ta có thể đúc các xilanh liền một khối nên khoảng cách giữa các xilanh có thể giảmđến mức tối thiểu

- Do giảm được độ dài của thân động cơ nên có thể tăng độ cứng vững củathân động cơ, trục khuỷu và trục cam

- Tổn thất công suất để dẫn động quạt gió của động cơ làm mát bằng nướcnhỏ hơn động cơ làm mát bằng gió

Tuy vậy, hệ thống làm mát bằng nước cũng có những nhược điểm sau đây:

- Kết cấu thân máy và nắp xilanh rất phức tạp và rất khó chế tạo

- Phải dùng két nước có cánh tản nhiệt bằng đồng Kết cấu của két nước cũngrất phức tạp, khó chế tạo và dùng vật liệu quý như đồng, thiết

- Dễ bị rò rỉ nước xuống cácte nên có thể ảnh hưởng xấu đến chất lượng dầubôi trơn ở dưới cácte

- Khi trời lạnh có thể bị đóng băng trong áo nước và két nước có thể làm vỡ

hệ thống làm mát Vì vậy khi động cơ làm việc ở vùng có nhiệt độ thấp, thườngphải dùng hỗn hợp nước có trộn glyxêrin hay glycôn để hạ thấp nhiệt độ đông đặccủa nước làm mát

- Phải thường xuyên súc rửa hệ thống làm mát vì nước bẩn hoặc nước cứngđóng cặn làm giảm khả năng truyền nhiệt

CHƯƠNG II

KẾT CẤU NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CÁC BỘ PHẬN TRONG HỆ

THỐNG LÀM MÁT CỦA ĐỘNG CƠ 1TR-FE 2.1 Giới thiệu về động cơ 1TR-FE.

Xe Toyota Innova là loại xe du lịch 8 chỗ ngồi Xe được trang bị động cơmới 1TR-FE, khung gầm xe cứng cáp cho hiệu quả lái xe ổn định Khả năng giảmxóc và chống rung tốt tạo cảm giác thoải mái và êm ả cho mọi hành khách trong xetrên mọi nẻo đường Toyota Innova có 2 loại: Innova G và Innova J

Bảng 1-1

Loại xe Innova G Innova JĐộng cơ 2.0 lít (1TR-FE) 2.0 lít (1TR-FE)

Động cơ 1TR-FE.

Bảng 1-3

Cơ cấu phối khí 16 xupap dẫn động bằng xích,có VVT-i

Độ nhớt /cấp độ của dầu bôi trơn 5W)-30/API SL, SJ, EC or ILSAC

Động cơ 1TR-FE lắp trên xe Innova của hãng Toyota là loại động cơ xăngthế hệ mới, 4 xy lanh thẳng hàng, dung tích xylanh 2,0 lít trục cam kép DOHC 16xupap dẫn động bằng xích thông qua con đội thuỷ lực với hệ thống van nạp biếnthiên thông minh VVT-i

Động cơ có công suất 100Kw/5600v/p có hệ thống đánh lửa trực tiếp điều khiển bằng điện

tử và hệ thống nhiên liệu phun trực tiếp điều khiển bởi ECU

2 3 4

8

9

9

Hình 1-5 Mặt cắt ngang động cơ 1TR-FE

1- Xupap; 2- Con độ thủy lực; 3- Cò mổ; 4- Cam; 5-Vòi phun; 6- Môtơ bước; 7- Que

thăm dầu; 8- Ống nạp

10

13 14