Hệ Thống làm mát động cơ oto
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT 1.1 Tìm hiểu chung hệ thống làm mát Việc đốt cháy hỗn hợp khí-nhiên liệu xy lanh động sinh nhiệt độ đến 20000C cao Điều có nghĩa chi tiết động nóng Tuy nhiên, vách xy lanh động không nóng 260 0C Nhiệt độ cao nguyên nhân làm cấu trúc dầu bôi trơn bị phá vỡ, khả bôi trơn Các chi tiết động khác bị hư hỏng Để phòng ngừa tượng người ta phải sử dụng hệ thống làm mát để triệt tiêu phần lượng nhiệt thừa, chiếm khoảng khoảng 1/3 lượng nhiệt sinh buồng đốt Hệ thống làm mát giữ cho động làm việc hiệu điều kiện hoạt động tốc độ Nó cho động đạt nhiệt làm việc bình thường cách nhanh bắt đầu khởi động mùa đông giá rét Và cung cấp nguồn nhiệt sưởi ấm vào khoang hành khách Hầu hết loại động ô tô sử dụng làm mát dung dịch chất lỏng Trong động có khoảng trống gọi áo nước, bao bọc xung quanh xy lanh buồng đốt Động hoạt động dẫn động bơm nước bơm tuần hoàn dung dịch làm mát qua lớp áo nước Dung dịch làm mát hấp thu nhiệt vận chuyển tới tản nhiệt Dịng khơng khí chạy qua tản nhiệt mang lượng nhiệt thừa giúp phịng ngừa động bị q nóng Trong nhiều hệ thống làm mát, dung dịch làm mát chảy từ bơm nước qua thân máy lên nắp máy chảy vào dàn tản nhiệt Một vài động lại có hệ thống vận hành theo chiều ngược lại Dung dịch làm mát chảy từ bơm nước qua đầu xy lanh xuống thân máy Vị trí van nhiệt ln bố trí tuỳ theo hướng chảy dung dịch làm mát Hệ thống làm mát gồm phần hoạt động lúc để điều khiển nhiệt độ động tránh bị nóng Đó áo nước, bơm nước, van nhiệt, dàn tản nhiệt quạt gió Chất chống đóng băng dung dịch làm mát Nước đóng băng 00C Nếu sử dụng nước để làm mát động không thơi, đóng băng nhiệt độ hạ thấp 00C Làm tắc nghẽn hệ thống tuần hoàn động bị nhiệt Nước nở thêm 9% thể tích bị đóng băng Nó làm nứt vỡ chi tiết hệ thống làm mát động Điều buộc người ta phải trộn thêm lượng chất chống đóng băng cho dung dịch làm mát.Chất chống đóng băng hay dùng Ethylene glycol Dung dịch làm mát có pha chất chống đóng băng theo tỷ lệ 50:50 khuyến khích sử dụng cho hầu hết động ô tô Dung dịch không bị đóng băng nhiệt độ -370C Dung dịch làm mát có 70% chất chống đóng băng chịu nhiệt độ thấp - 640C (Chú ý: hỗn hợp dung dịch làm mát có tỉ lệ chất chống đóng băng cao 70% khơng nên sử dụng Vì điểm đóng băng 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 50:50 có ba lý sau: Vì sử dụng dung dịch làm mát điểm đóng băng thấp -370C Điểm sơi dung dịch làm mát tăng lên đến 1080C Nó tránh tượng sôi nước làm mát xe hoạt động thời tiết nóng Nó bảo vệ cho phần kim loại hệ thống làm mát khơng bị đóng cặn Chất chống đóng băng cịn bao gồm vài chất phụ gia khác chất ức chế ăn mòn chất ức chế tạo bọt Sự ăn mòn gỉ sét làm giảm tuổi thọ chi tiết kim loại Nó tạo lớp vỏ bọc làm giảm chuyền nhiệt từ kim loại đến dung dịch làm mát Trong động có chỗ bị ăn mịn, dung dịch làm mát nhiệt độ bình thường xy lanh nắp máy lại bị nhiệt Một lý dung dịch làm mát có tỉ lệ chất chống đóng băng 50% 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 bọt khí lưu thơng qua bơm nước Bọt bao gồm bong bong khí chúng làm giảm dẫn nhiệt dung dịch Nếu lượng bọt nhiều dung dịch, hệ thống làm mát trở nên hiệu dẫn đến động nóng Màu chất đóng băng thường nhuộm màu cho dễ phân biệt thường màu xanh Nó cịn có tác dụng dễ dàng phát hệ thống làm mát bị rò rỉ Chất ức chế ăn mòn tạo bọt tính hiệu Các nhà sản xuất xe thường khuyến cáo thay dung dịch làm mát năm lần Có hai loại chất chống đóng băng Ethylene-glycol: high silicate low silicate Hầu hết động tơ sử dụng loại chất chống đóng băng high silicate Nó có tác dụng bảo vệ chi tiết hợp kim nhơm Chất chống đóng băng low silicate thường sử dụng động loại xe tải trọng lớn Chất chống đóng băng khuyến cáo sử dụng ghi owners manual cho loại xe sử dụng Đây hình ảnh dung dịch làm mát bị pha trộn đủ loại nước nước máy, nước giếng khoan sau thời gian chạy bị biến chất bên cạnh dung dịch làm mát chuẩn pha theo tỉ lệ 50:50 1.2 Mục đích yêu cầu hệ thống làm mát 1.2.1 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 không nóng khơng q nguội Động q nóng gây tượng nói, cịn nguội tức động làm mát nhiều tổn thất nhiệt cho dung dịch làm mát nhiều, nhiệt lượng dùng để sinh cơng hiệu suất nhiệt động thấp, ngồi nhiệt độ động thấp ảnh hưởng đến chất lượng dầu bôi trơn, độ nhớt dầu bôi trơn tăng, dầu bơi trơn khó lưu động làm tăng tổn thất giới tổn thất ma sát, ảnh hưởng lớn đến tiêu kinh tế công suất động 1.2.2 Yêu cầu hệ thống làm mát Hệ thống làm mát phải thỏa mãn yêu cầu sau: - Làm việc êm dịu, tiêu hao công suất cho làm mát bé - Bảo đảm nhiệt độ môi chất làm mát cửa van nhiệt khoảng 83 ÷950C nhiệt độ dầu bơi trơn động khoảng 95÷1150C - Bảo đảm động làm việc tốt chế độ điều kiện khí hậu điều kiện đường sá, kết cấu nhỏ gọn, dễ bố trí 1.3 Nhiệm vụ hệ thống làm mát Hệ thống làm mát động có nhiệm vụ làm mát động cơ, máy nén dầu bôi trơn 1.3.1 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 1.3.2 Làm mát dầu bơi 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 q trình ma sát ổ trục ngồi - Dầu bôi trơn tiếp xúc trực tiếp với chi tiết máy có nhiệt độ cao cị mổ, đuôi xupáp, piston Để đảm bảo nhiệt độ làm việc dầu ổn định, giữ độ nhớt dầu thay đổi đảm bảo khả bôi trơn, cần phải làm mát dầu bơi trơn Đường dầu bôi trơn khoan song song với đường nước làm mát động Khi nước làm mát động đồng thời làm mát cho dầu bôi trơn, nhằm hạ nhiệt độ cho dầu bôi trơn 1.4 Hệ thống làm mát nước Hệ thống làm mát nước chia nhiều kiểu khác như: làm mát nước kiểu bốc hơi, kiểu đối lưu tự nhiên, kiểu tuần hoàn cưỡng làm mát nhiệt độ cao Mỗi kiểu làm mát có ưu nhược điểm khác thích hợp cho điều kiện làm việc động 1.4.1 Hệ thống làm mát kiểu bốc Hệ thống làm mát nước kiểu bốc loại đơn giản Hệ thống không cần bơm, quạt Bộ phận chứa nước có hai phần- khoang nước bao quanh thành xilanh (8), khoang nắp xilanh (5) thùng chứa nước bay (2) phía Sơ đồ nguyên lý hệ thống sau: 10 11 Hình 2-1 Hệ thống làm mát nước kiểu bốc 1- Thùng nhiên liệu; 2- Khoang chứa nước bốc hơi;3,4 Xupap 5- Nắp xilanh; 6- Thân máy; 7- Piston 8- Xi lanh; 9- Thanh truyền; 10- Trục khuỷu; 10- Cácte chứa dầu Khi động làm việc, vùng nước bao xung quanh buồng cháy nước sơi Nước sơi có tỷ trọng bé nên lên mặt thoáng thùng chứa để bốc ngồi khí trời Nước nguội thùng chứa có tỷ trọng lớn chìm xuống điền chỗ cho nước nóng lên, tạo thành lưư động đối lưu tự nhiên Căn vào nhiệt lượng động cách bố trí động đứng hay nằm để thiết kế hệ thống kiểu bốc Với việc làm mát kiểu bốc nước, lượng nước thùng giảm nhanh, cần phải bổ sung nước thường xuyên kịp thời Vì vậy, kiểu làm mát khơng thích hợp cho động dùng phương tiện vận tải Hệ thống làm mát nước kiểu bốc kết cấu đơn giản đặt tính lưu động đối lưu nói nên hệ thống dùng cho động đốt kiểu xilanh nằm ngang, đặc biệt động máy nông nghiệp cỡ nhỏ Nhược điểm hệ thống làm mát thất nước nhiều hao mịn xilanh khơng 1.4.2 Hệ thống làm mát nước kiểu đối lưu tự nhiên Trong hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên, nước lưu động tuần hoàn nhờ chênh lệch áp lực hai cột nước nóng lạnh mà khơng cần bơm Cột nước nóng động cột nước nguội thùng chứa két nước Hình 2-2 Hệ thống làm mát nước kiểu đối lưu tự nhiên 1- Đường nước; 2- Xilanh; 3- Đường dẫn nước vào két làm mát; 4- Nắp két; 5- Két nước; 6- Quạt gió; 7- Đường nước làm mát động Nước nhận nhiệt xilanh thân máy, làm cho khối lượng riêng nước giảm nên nước lên Trong khoang nắp xilanh, nước tiếp tục nhận nhiệt chi tiết bao quanh buồng cháy- nắp xilanh, xupap… nhiệt độ nước tiếp tục tăng lên khối lượng riêng nước tiếp tục giảm, nên nước lên theo đường dẫn khoang phía két làm mát (5) Quạt gió (6) dẫn động puly từ trục khuỷu động hút khơng khí qua két Do đó, nước két làm mát làm cho khối lượng riêng nước tăng, nước chìm xuống khoang két từ vào thân máy, thực vòng tuần hoàn Độ chênh áp lực phụ thuộc vào độ chênh lệch nhiệt độ hai cột nước, cường độ làm mát tự động điều chỉnh theo phụ tải Khi khởi động chênh lệch nhiệt độ hai cột nước nóng nguội bé nên chênh lệch áp lực hai cột nước bé Vì vậy, nước lưu động chậm, động chóng đạt nhiệt độ chế độ làm việc Sau phụ tải tăng độ chênh lệch nhiệt độ hai cột nước tăng theo, tốc độ lưu động nước tăng theo Độ chênh áp lực phụ thuộc vào hiệu độ chênh chiều cao trung bình hai cột nước, phải ln ln đảm bảo mức nước thùng chứa phải cao nước động Tuy nhiên, hệ thống có nhược điểm nước lưu động hệ thống có vận tốc bé vào khoảng V = 0,12÷0,19 m/s Điều dẫn đến chênh lệch nhiệt độ nước vào nước lớn, mà thành xilanh làm mát khơng Muốn khắc phục nhược điểm phải tăng tiết diện lưu thông nước động dẫn đến hệ thống làm mát nặng nề cồng kềnh Do vậy, hệ thống làm mát kiểu không thích hợp cho động tơ máy kéo, mà thường dùng động tĩnh 1.4.3 Hệ thống làm mát nước tuần hoàn cưỡng Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng khắc phục nhược điểm hệ thống làm mát kiểu đối lưu Trong hệ thống này, nước lưu động sức đẩy cột nước bơm nước tạo Tùy theo số vịng tuần hồn kiểu tuần hồn ta có loại tuần hoàn cưỡng như: hệ thống làm mát tuần hồn cưỡng vịng kín, kiểu cưỡng vịng hở, kiểu cưỡng hai vịng tuần hồn Mỗi kiểu làm mát có nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm, phạm vi sử dụng khác 1.4.3.1 Hệ thống làm mát cưỡng tuần hồn kín vòng 11 10 Hình 2-3 Hệ thống làm mát cưỡng tuần hồn kín vịng 1- Thân máy; 2- Đường nước khỏi động cơ; 3- Bơm nước; 4- Ống nước nối tắt vào bơm; 5- Nhiệt kế; 6- Van nhiệt; 7- Két làm mát; 8- Quạt gió; 9- Ống dẫn nước bơm; 10- Bình làm mát dầu bơi trơn Trên hình (3-3) hệ thống làm mát tuần hồn cưỡng động tơ máy kéo hàng xilanh Ở đây, nước tuần hoàn nhờ bơm ly tâm (3), qua ống phân phối nước vào khoang chứa xilanh Để phân phối nước làm mát đồng cho xilanh, nước sau bơm vào thân máy (1) chảy qua ống phân phối đúc sẵn thân máy Sau làm mát xilanh, nước lên làm mát nắp máy theo đường ống (2) khỏi động với nhiệt độ cao đến van nhiệt (6) Khi van nhiệt (6) mở, phần nước chảy qua đường ống (4) đường ống hút bơm nước (3), phần lớn nước qua van nhiệt (6) vào ngăn chứa phía két nước Tiếp theo, nước từ ngăn phía két qua ống mỏng có gắn cánh tản nhiệt Tại đây, nước làm mát dịng khơng khí qua két quạt (8) tạo Quạt dẫn động đai hay bánh từ trục khuỷu động Tại ngăn chứa phía dưới, nước có nhiệt độ thấp lại bơm nước (3) đẩy vào động thực chu kỳ làm mát tuần hoàn Ưu điểm hệ thống làm mát cưỡng vịng kín nước sau qua két làm mát lại trở động Do phải bổ sung nước, tận dụng việc trở lại nguồn nước để tiếp tục làm mát động Vì vậy, hệ thống thuận lợi loại xe đường dài, vùng thiếu nguồn nước 1.4.3.2 Hệ thống làm mát cưỡng tuần hồn hai vịng Trong hệ thống này, nước làm mát két nước 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 vòng 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 vịng hở Hệ thống làm mát hai vòng dùng phổ biến động tàu thủy 10 Hình 2-4 Hệ thống làm mát cưỡng kiểu hai vịng tuần hồn 1-Đường nước phân phối; 2- Thân máy; 3- Nắp xilanh; 4- Van nhiệt; 5- Két làm mát; 6- Đường nước vòng hở; 7- Bơm nước vòng hở; 8- Đường nước vào bơm nước vòng hở; 9- Đường nước tắt bơm vịng kín; 10- Bơm nước vịng kín Hệ thống làm việc sau: nước làm mát động theo chu trình kín, bơm nước (10) đến động làm mát thân máy nắp xilanh đến két làm mát nước (5) Nước hệ thống kín làm mát nước ngồi mơi trường bơm vào bơm (7) qua lưới lọc, qua bình làm mát dầu, qua két làm mát (5) làm mát nước theo đường ống (5) đổ ngồi mơi trường Khi động khởi động, nhiệt độ nước hệ thống tuần hồn kín cịn thấp, van nhiệt (4) đóng đường nước qua két làm mát nước Vì vậy, nước làm mát vịng làm mát ngoài, nước hút từ bơm (7) qua két làm mát (5) theo đường ống (6) đổ ngồi Van nhiệt (4) đặt mạch nước để nhiệt độ nước làm mát thấp, đóng đường ống vào két làm mát (5) Lúc nước có nhiệt độ thấp sau làm mát động qua van nhiệt (4) theo đường ống vào bơm nước (10) để bơm trở lại động 1.4.3.3 Hệ thống làm mát vòng hở Hệ thống làm mát kiểu mặt chất không khác nhiều so với hệ thống làm mát cưỡng vịng kín Hình 2-5 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; 6Đường nước vào bơm; 7- Đường nước nối tắt bơm; 8- Bơm nước Trong hệ thống nước làm mát nước sông, biển bơm (8) hút vào làm mát động cơ, 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 ngoài) 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 Két làm mát kiểu “nước-nước” dùng động có hai vịng tuần hồn, nước làm mát nói nước ống, cấu tạo két nước tương tự két làm mát dầu nhờn nước Két làm mát kiểu “nước- khơng khí”, thường dùng loại tơ máy kéo bao gồm ba phần, ngăn chứa nước nóng từ động ra, ngăn chứa nước nguội để vào làm mát động cơ, nối ngăn ngăn giàn ống truyền nhiệt Giàn ống truyền nhiệt phận quan trọng két làm mát Ðánh giá chất lượng két làm mát hiệu làm mát cao 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 vật liệu làm két tản nhiệt - Khả truyền nhiệt đối lưu két - Kết cấu két.(diện tích bề mặt truyền nhiệt) Hình 2-9 Sơ đồ két nước Ðể giải vấn đề thứ nhất, người ta dùng vật liệu chế tạo ống tản nhiệt có hệ số dẫn nhiệt cao như: đồng, nhôm Vấn đề thứ hai thực cách tăng tốc độ lưu động môi chất thải nhiệt (nước) môi chất thu nhiệt (khơng khí) nhằm tăng hệ số truyền nhiệt đối lưu chúng Tuy nhiên, tăng tốc độ lưu động 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, cách bố trí ống két Hình 2-10 Kết cấu số ống nước Thông thường két làm mát làm ống dẹt, cắm sâu tản nhiệt đồng thau (hình 4.2a) 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 4.2a) theo kiểu so le (hình g) tốt loại song 4.2.d) Loại so le dùng phổ biến hiệu truyền nhiệt song Trong số trường hợp, để tăng hiệu truyền nhiệt (tăng không đáng kể), i) người ta đặt ống chếch góc (hình 4.2c) Ðể tạo xốy cho dịng khơng khí nhằm tăng hiệu truyền nhiệt, người ta dùng ống dẹt hàn với tản nhiệt gấp khúc (hình 4.2b), dập rãnh thủng, dùng ống dẹt hàn với tản nhiệt hình sóng (hình 4.2e) 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 4.2g) 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 Các kiểu phận tản nhiệt nêu dùng tản nhiệt gân tản nhiệt ống tản nhiệt ống nước Trên số động máy kéo người ta dùng phận tản nhiệt ống khơng khí hình trịn hình lục lăng, mang tên két nước hình “tổ ong” (hình 4-2.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 tăng15% , cịn 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 Thông thường két nước dùng ô tô sức cản khí động khơng khí qua két khơng vượt 300 (N/m2) Ðánh giá kết cấu két làm mát dùng ô tô máy kéo hệ số hiệu hệ số thu gọn Theo [2] tập ta có sau: k w/m2 100 80 60 40 20 12 ωkk.ρkk Hình 4-3 Quan hệ hệ số truyền nhiệt k với tích số vận tốc mật độ khơng khí (ωkk.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 Hệ số hiệu η = Hệ số thu gọn φ = Flm Vk Flm Ne (m2/W) (1/m) (7-1) (7-2) Giá trị η φ nằm khoảng sau: + η = (0,14 ÷ 0,20).10-3 m2/W - ô tô du lịch + η = (0,20 ÷ 0,41).10-3 m2/W - tơ tải + φ = 900 ÷ 1100 (1/m) - trị số lớn ô tô du lịch, trị số nhỏ tơ tải Flm- Diện tích tản nhiệt phận tản nhiệt (m2) Ne- Công suất có ích, danh nghĩa động (W) Vk- Thể tích tản nhiệt phận tản nhiệt (m3) 1.6.2 Kết cấu bơm nước Bơm nước có tác dụng tạo áp lực để tăng tốc độ lưu thơng nước làm mát Bơm có nhiệm vụ cung cấp nước cho hệ thống làm mát với lưu lượng áp suất định Lưu lượng nước làm mát tuần hoàn loại động thay đổi phạm vi (68÷245) l/Kwh 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 giới thiệu phần sau 1.6.2.1 Bơm ly tâm Bơm ly tâm dùng phổ biến hệ thống làm mát loại động Nguyên lý làm việc lợi dùng lực ly tâm nước nằm cánh để dồn nước từ làm mát 12 13 14 15 16 11 10 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- Vịng chặn lớn, 7- Lị xo, 8- Bánh cơng tác, 9- Mặt bích, 10- Trục bơm, 11- Đai ốc, 12- Đường nối với van nhiệt, 13- Ổ bi, 14Puly dẫn động, 15- Đệm điều chỉnh, 16- Then bán nguyệt Trên hình 4-4: giới thiệu kết cấu loại bơm nước ly tâm dùng ô tô lắp mặt đầu thân máy dẫn động quay bơm nước đai truyền nhờ puly (14), lắp chặt trục bơm nhờ then bán nguyệt (16) Rãnh lắp đai truyền thay đổi kích thước nhờ thay đổi số lượng vòng đệm (15) Nắp bơm thân bơm chế tạo gang, cánh bơm (8) thường chế tạo đồng chất dẻo Ðể giảm kích thước, bơm tỷ số truyền trục bơm nước (10) trục khuỷu thường chọn gần (đối với động cao tốc) 1,6 (đối với động tốc độ thấp) Nước chỗ vào cánh có áp suất (0,02 ÷ 0,04) Mpa tốc độ 1,0 m/s Cột áp bơm tạo khoảng (0,05 ÷ 0,15) Mpa tốc độ nước đường ống dẫn vào bơm không vượt (2,5 ÷ 3) m/s Công suất tiêu hao để dẫn động bơm chiếm khoảng (0,5-1,0) % cơng suất có ích động tức (0,005 ÷ 0,01)Ne Trục bơm đặt hai ổ bi (13), để bao kín dầu mỡ bôi trơn ổ bi dùng phớt (1) bao kín vịng chặn (6) 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 (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 1.6.2.2 Bơm piston Bơm nước kiểu piston thường dùng hệ thống làm mát động tàu thủy tốc độ thấp Ở động tốc độ cao để tránh lực quán tính lớn khối lượng chuyển động bơm để tránh tượng va đập thủy lực chu trình cấp nước khơng liên tục bơm nên người ta dùng loại BÅM NỈÅÏC KIÃØ U PISTON 10 A -A 9 20 A A Hình 2-12 Kết cấu bơm nước kiểu piston 1- Vỏ bơm; 2,4- Xilanh dẫn hướng; 3- Piston; 5- Thanh truyền; Trục khuỷu bơm piston; 7Đường nước vào; 8,9- Van nước; 10- Lị xo van nước Bơm nước piston có trình hoạt động sau: Piston bơm (3) đồng chuyển động xilanh dẫn hướng (2,4) vỏ bơm (1) Piston nối với truyền (5) chuyển động nhờ trục khuỷu (6) Khi piston (3) xuống, nước qua van (8) vào khoang chứa bên piston (3) Khi piston lên, nước khoang bị đẩy qua van (9) vào hệ thống làm mát 1.6.2.3 Bơm bánh Trên tàu thủy thường dùng loại bơm bánh để bơm nước cho hệ thống làm mát động Nó có ưu điểm gọn nhẹ, song làm việc với nước hở (nếu dùng cho nước sơng nước biển) nước bẩn nên bánh chóng mịn Vì vậy, người ta bố trí trường hợp cặp bánh truyền lực vỏ ngồi bơm, vỏ bơm không chịu lực truyền, để giảm mài mòn bánh bơm, người ta chế tạo hai bánh bơm vật liệu tec-tơ-lit làm cao su lưu hóa D 10 D-D 14 D 13 12 11 Hình 2-13 Kết cấu bơm nước kiểu bánh 1- Trục bơm; 2-Bánh dẫn động; 3- Ổ bi; 4- Vành chặn dầu; 5- Bạc lót, 6-Vành chặn nước; 7- Đệm lót, 8- Vịng cao su, 9- Lò xo, 10- Bánh bị động, 11- Cửa hút nước vào; 12- Bánh chủ động; 13- Vỏ bơm; 14- Cửa thoát nước Kết cấu bơm bánh dùng hệ thống làm mát động tàu thuỷ Bơm quay nhờ bánh (2) ăn khớp với hệ thống bánh truyền động từ trục khuỷu Trục truyền động bơm (1) đầu dẫn động đặt ổ bi cầu (3), đầu lắp bánh bơm tựa hai bạc lót (5) (7), bạc lót bơi trơn nhờ đệm tec- tơ-lit (7) vịng cao su (8) Cịn bao kín dầu bơi trơn ổ bi vành chắn dầu (4) Bánh bị động (10) làm tec-tôlit 1.6.2.4 Bơm cánh hút Bơm cánh hút thường dùng cho mạch (mạch hở) hệ thống làm mát động tàu thủy Nó hút nước từ bên ngồi vỏ tàu (nước sơng nước biển) để làm mát nước mạch hệ thống làm mát Kết cấu nguyên lý làm việc bơm cánh hút thể hình sau: I II III 1- IV 1-1 22 3-3 2-2 3-3 Hình 2-14 Sơ đồ kết cấu nguyên lý làm việc bơm cánh hút 1- C ửa nước vào bơm; 2- Rảnh chứa nước, 3- Cửa nước ra; 4- Bánh dẫn động; 5-Ổ trục bơm, 6- Hai thân bơm Kết cấu bơm gồm: hai nửa thân bơm (6) (nửa trước nửa sau) Các nửa vỏ bơm lắp với hai nắp trục bơm Bánh công tác cố định trục dẫn động bánh côn (4) Nửa vỏ sau có cửa vào (1) nửa vỏ trước có cửa (3) Bên nửa vỏ có rãnh vịng cung (2 ) Chiều sâu rãnh thay đổi, rãnh có chiều sâu lớn chiều sâu giảm dần đến khơng hai phía đầu mút rãnh (hình 4-7b) Nguyên lý làm việc bơm cánh hút sau: Ban đầu, dung tích cơng tác hai cánh mồi đầy nước (vị trí I) Khi cánh quay nước nằm hai cánh dịch chuyển theo (vị trí II) Do chiều sâu rãnh (2) tăng dần nên dung tích hai cánh tăng lên Do tăng dung tích nên bơm hình thành độ chân khơng Nhờ có độ chân khơng nước hút vào qua cửa (1), cánh quay tiếp tục nửa vịng chiều sâu rãnh bắt đầu giảm dần nước bị nén theo cửa (3) vào hệ thống làm mát Nhược điểm loại bơm cánh hút hiệu suất bơm thấp So với bơm li tâm thua 3÷4 lần bơm phải mồi nước Vì vậy, người ta dùng loại bơm để bơm nước tàu vào Chiều cao cột nước bơm không 1,5m với lưu lượng 8000 l/ph 1.6.2.5.Bơm guồng Cũng loại bơm cánh hút, bơm guồng dùng để cấp nước hệ thống làm mát tuần hồn hở Nhưng loại bơm guồng có áp suất cột nước cao B B-B B 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 động diezel Bơm gồm có: bánh công tác (2), bánh guồng quay vỏ bơm nắp Trên bánh công tác người ta phay rãnh hướng kính (4) Vỏ nắp có làm rãnh xoắn (1) thơng với cửa hút (6) cửa Khi bánh công tác quay, nước vào rãnh tác dụng lực li tâm, phần tử nước chuyển động từ quay theo cánh (5) theo rãnh xoắn ốc (1) vỏ bơm qua cửa đẩy vào hệ thống làm mát động Loại bơm guồng động diesel 20 mã lực dùng để cung cấp nước cho hệ thống làm mát hở (nước sau qua động thải ) Cột áp loại bơm guồng cao cột áp bơm ly tâm khoảng 3÷7 lần hiệu suất thấp η = 0,25 ÷ 0,45, bơm li tâm η = 0,65 ÷0,9 Tuy vậy, so với bơm cánh hút hiệu suất bơm guồng cao khoảng lần 1.7 Kết cấu quạt gió 1.7.1 Quạt gió dẫn động đai B B B Ø310 Ø620 B 100 Hình 2-16 Quạt gió 1-Cánh quạt; 2-Xương đĩa bắt cánh quạt; 3-Mayơ; 4-Then bán nguyệt; 5-trục quạt; 6-Đai ốc; 7Bulong bắt quạt; 8-Xương quạt Trong hệ thống làm mát nước, dùng két làm mát khơng khí, quạt gió dùng để tăng tốc độ dịng khơng khí qua két nhằm nâng cao hiệu làm mát Quạt gió thường quạt hướng trục Quạt gió động chạy khơng khí điện Những động đặt dọc thân xe có trục sau trục chủ động thường sử dụng quạt khí lắp trục với bơm nước.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 vòng quay quạt làm cho công suất dẫn động quạt tăng lên Thông thường góc nghiêng tốt quạt phẳng 40 ÷ 450 với quạt cánh lồi 380 Tăng góc nghiêng tăng chiều rộng cánh quạt có làm cho lưu lượng tăng công suất dẫn động quạt tăng mãnh liệt, động ô tô 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 80- 100mm Nếu khơng khơng nên vượt q 10÷15mm Số cánh tăng làm suất tăng theo không nên vượt cánh Cách quạt dập thép có chiều dày 1,2÷1,6mm bắt chặt vào mayơ, trước lắp phải cân Loại cách 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 1.7.2 Quạt gió chạy điện 1.7.2.1 Khái quát Cần phải có lưu lượng khơng khí lớn qua két nước để làm mát.Thơng thường, xe chạy lưu lượng khơng khí đủ làm mát Nhưng xe dừng chậm lưu lượng khơng khí khơng đủ Vì động trang bị quạt làm mát để tạo lượng khơng khí cưỡng qua két làm mát Hệ thống quạt điện nhạy cảm với nhiệt độ nước làm mát, cung cấp lưu lượng khơng khí thích hợp nhiệt độ lên cao Ở nhiệt độ bình thường, quạt ngừng quay để động ấm lên giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm tiếng ồn Tốc độ quay quạt điện thay đổi ba cấp vơ cấp, nhờ hiệu làm mát điều chỉnh phù hợp với nhiệt độ nước làm mát 1.7.2.2 Nguyên lý hoạt động Hình 2-17 Sơ đồ nguyên lý hoạt động quạt gió điều khiển điện 1-Bình điện; 2-Cơng tắc nhiệt độ nước làm mát; 3-Lị xo; 4-Cuộn dây; 5-Quạt; 6-Khóa điện - Nhiệt độ nước làm mát thấp Công tắc nhiệt độ nước làm mát đóng, nhờ rơle quạt nối mát Lực từ trường cuộn dậy rơle giữ tiếp điểm vị trí ngắt, dịng điện khơng đến quạt - Nhiệt độ nước làm mát cao Công tắc nhiệt độ nước làm mát mở, mạch rơle bị ngắt Khi đó, tiếp điểm tiếp xúc với nhau, cung cấp dòng điện cho quạt quay với tốc độ cao 1.8 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 lạnh van nhiệt đóng, lúc nước khơng qua két làm mát mà tắt bơm Khi động nóng lên van nhiệt mở, nước làm mát qua két, sau bơm 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 loai: 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 VAN HÀÒ NG NHIÃÛ T KIÃØ U HÄÜ P XÃÚ P (a) 12 13 (b) VAN HÀÒ NG NHIÃÛ T KIÃØ U BÄÜ T GI N NÅÍ 14 11 15 10 (c) (d) Hình 2-18 Kết cấu loại van nhiệt (a,c)- Van đóng; (b,d)- Van mở 1- Đường nước nối tắt bơm; 2,13- Đường nước tới két làm mát; 3- Đường nước nóng tới van; 4- Hộp xếp; 5- Giá treo; 6- Trục van; 7,12- Nắp van; 8- Bầu chứa;9- Xêrêirin; 10- Màng; 11 Lò xo hồi vị; 14- Thân van; 15- Ống dẫn hướng Van nhiệt kiểu hộp xếp (hình 4-9b) gồm có hộp xếp chứa chất lỏng dễ bay Phần bầu bắt chặt vào trục (6) van nhiệt Khi nhiệt độ làm mát thấp 780C, van nhiệt đóng lại (hình 4-9a) toàn chất lỏng qua ống (1) (ống hai ngã) để trở bơm nước, áp suất hộp xếp tăng lên, làm cho hố (7) giãn dài nâng van (4) 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 4-9c có bầu (8) chứa đầy xêrêzin (9), lấy từ dầu mỏ đậy kín màng cao su (10) Ở nhiệt độ 700C, xêrêzin nóng chảy giãn nở đẩy màng (10), cữ chặn (5) chuyển động lên phía Lúc van (14) mở nước bắt đầu chảy tuần hoàn qua tản nhiệt (hình 4.9d) Khi nhiệt độ giảm xuống, xêrêzin động đặc lại giảm bớt thể tích Dưới tác dụng lị xo hồi vị (11), van (14) đóng lại màng (10) hạ xuống (hình 4.9c) 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 1.9 So sánh ưu khuyết điểm kiểu làm mát bắng nươc kiểu làm mát khơng khí Xuất phát từ u cầu kỹ thuật ta nhận thấy động làm mát nước so với động làm khơng khí có ưu điểm sau: - Hiệu làm mát hệ thống làm mát nước cao trạng thái nhiệt chi tiết động làm mát nước thấp Vì vậy, điều kiện phụ tải động xăng phải giảm tỉ số nén để tránh tượng kích nổ - Độ dài thân động làm mát nước ngắn khoảng (10÷15)%, trọng lượng nhỏ (8÷10)% so với động làm mát khơng khí Được ta đúc xilanh liền khối nên khoảng cách xilanh giảm đến mức tối thiểu - Do giảm độ dài thân động nên tăng độ cứng vững thân động cơ, trục khuỷu trục cam - Tổn thất công suất để dẫn động quạt gió động làm mát nước nhỏ động làm mát gió Tuy vậy, hệ thống làm mát nước có nhược điểm sau đây: - Kết cấu thân máy nắp xilanh phức tạp khó chế tạo - Phải dùng két nước có cánh tản nhiệt đồng Kết cấu két nước phức tạp, khó chế tạo dùng vật liệu quý đồng, thiết - Dễ bị rị rỉ nước xuống cácte nên ảnh hưởng xấu đến chất lượng dầu bôi trơn cácte - Khi trời lạnh bị đóng băng áo nước két nước làm vỡ hệ thống làm mát Vì động làm việc vùng có nhiệt độ thấp, thường phải dùng hỗn hợp nước có trộn glyxêrin hay glycơn để hạ thấp nhiệt độ đông đặc nước làm mát - Phải thường xuyên súc rửa hệ thống làm mát nước bẩn nước cứng đóng cặn làm giảm khả truyền nhiệt