VÀ KIỂU LÀM MÁT BẰNG KHÔNG KHÍ
* Xuất phát từ những yêu cầu kỹ thuật ta nhận thấy rằng động cơ làm
mát bằng nước 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 thái nhiệt của các chi tiết của động cơ làm mát bằng nước thấp. Vì vậy, nếu các điều kiện phụ tải như nhau thì đối với động cơ xăng phải giảm tỉ số nén để tránh hiện tượng kích nổ;
- Độ dài thân động cơ làm mát bằng nước ngắn hơn khoảng 1015, trọng lượng nhỏ hơn 810 so với động cơ làm mát bằng không khí. Được như vậy là ta có thể đúc các xylanh liền một khối nên khoảng cách giữa các xylanh có thể giảm đến mức tối thiểu;
- Do giảm được độ dài của thân động cơ nên có thể tăng độ cứng vững của thân động cơ, trục khuỷu và trục cam;
- Khi làm việc động cơ làm mát bằng nước có tiếng ồn nhỏ hơn;
- Tổn thất công suất để dẫn động quạt gió của động cơ làm mát bằng nước nhỏ hơn động cơ làm mát bằng gió.
* Tuy vậy, hệ thống làm mát bằng nước cũng có những nhược điểm sau
- Kết cấu thân máy và nắp xylanh rất phức tạp và rất khó chế tạo;
- Phải dùng két nước có cánh tản nhiệt bằng đồng. Kết cấu của két nước cũng rất phức tạp, khó chế tạo và dùng vật liệu quý như đồng, thiếc...;
- Dễ bị rò rỉ nước xuống các te nên có thể ảnh hưởng xấu đến chất lượng dầu bôi trơn ở dưới các te;
- 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, thường phải dùng hỗn hợp nước có trộn glyxêrin hay glycôn để hạ thấp nhiệt độ đông đặc của nước làm mát;
- Phải thường xuyên súc rửa hệ thống làm mát vì nước bẩn hoặc nước cứng đóng cặn làm giảm khả năng truyền nhiệt;
- Không thuận lợi khi sử dụng ở vùng khan hiếm nước. 2.3. ĐỘNG CƠ LÀM MÁT BẰNG NƯỚC
Đây là hệ thống làm mát phổ biến nhất trong các mẫu xe hơi hiện đại ngày nay với độ tin cậy cao, khắc phục được các nhược điểm của các hệ thống khác như hiệu quả làm mát và khả năng làm việc linh hoạt. Nhược điểm là kết cấu phức tạp, giá thành cao, thường xuyên phải được bảo dưỡng. Được biết tới với cái tên hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức. Bao gồm các bộ phận sau:
* Két nước làm mát
Két nước có tác dụng để chứa nước truyền nhiệt từ nước ra không khí để hạ nhiệt độ của nước và cung cấp nước mát cho động cơ khi làm việc. Để đảm bảo yêu cầu làm mát tốt nhất, két nước được cấu tạo từ những đường ống nhỏ hẹp, xen lẫn là cái lá nhôm mỏng nhằm tăng hiệu quả tản nhiệt. Tùy theo các yêu cầu khác nhau mà két nước được các hãng xe thiết kế với kích thước khác nhau.
Hệ thống làm mát được đóng kín và điều áp bằng một nắp két nước làm mát. Đóng kín làm giảm sự hao hụt nước làm mát do bốc hơi, sự tăng áp làm tăng nhiệt độ sôi của nước làm mát do đó làm tăng hiệu quả làm mát. Nắp két nước có hai van: Van áp suất và van chân không.
Khi nhiệt độ nước làm mát tăng cao, áp suất trong két nước làm mát tăng thì van áp suất sẽ tự động mở, giúp nước làm mát chảy về bình nước phụ. Khi nhiệt độ nước làm mát tăng cao nhưng áp suất trong két nước thấp, van chân không sẽ tự động mở nhằm hút nước làm mát từ bình nước phụ về két nước, đảm bảo hiệu quả làm mát cho động cơ.
* 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. Khi động cơ mới hoạt động, van hằng nhiệt sẽ đóng, nước làm mát chỉ được lưu thông trong động cơ, rút ngắn được thời gian hâm nóng động cơ, tiêu hao ít nhiên liệu hơn, giảm được lượng khí xả. Sau khi hâm nóng động cơ, van hằng nhiệt được mở tự động nhằm cho nước làm mát được lưu thông vào két nước, giúp cho động cơ làm việc ở mức nhiệt độ cho phép. Van hằng nhiệt được lắp trên đường nước giữa nắp xylanh với bình làm mát.
* Quạt làm mát
Trong hệ thống làm mát bằng nước, quạt gió dùng để tăng tốc độ không khí qua két nước nhằm nâng cao hiệu quả làm mát. Quạt làm mát hiện nay hoạt động bằng điện với chế độ bật tự động khi nhiệt độ nước làm mát tới ngưỡng nhất định, hoặc bằng khớp chất lỏng khi động cơ quay đủ vòng tua máy.
2.4. CẤU TẠO HỆ THỐNG LÀM MÁT TRÊN XE INNOVA
Khi động cơ nóng lên, hệ thống làm mát sẽ truyền nhiệt ra không khí xung quanh để làm mát động cơ. Ngược lại, khi động cơ còn lạnh, hệ thống làm mát giúp động cơ dễ nóng lên.
Bằng cách đó, hệ thống làm mát giúp cho việc duy trì nhiệt độ động cơ thích hợp. Ở động cơ 1TR-FE hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức được sử dụng. 8 3 4 6 2 9 7 13 10 11 12 14 1 18 17 16 15 5
Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo hệ thống làm mát
1- Bánh đà; 2- Đường phân phối nước; 3- Thân máy; 4- Nắp máy; 5- Ống dẫn nước nóng về két; 6- Ống dẫn bọt khí; 7- Ống chuyển; 8- Ống dẫn về
két nước; 9- Nắp két nước; 10- Quạt gió; 11- Puly bơm nước; 12- Khớp chất lỏng; 13- Két nước làm mát; 14- Puly trục khuỷu; 15- Ống nhánh từ bộ tản nhiệt; 16- Van hằng nhiệt; 17- Ống nhánh nối với bơm; 18- Bơm nước; 19-
Các te. - Hệ thống bao gồm:
+ Bơm nước: tạo áp suất để nước lưu thông trong hệ thống;
+ Két nước: là nơi trao đổi nhiệt độ của nước nóng với không khí bên ngoài;
+ Quạt gió: hút gió qua các khe hở của két để tăng hiệu quả trao đổi nhiệt của nước làm mát;
+ Van hằng nhiệt: điều khiển nước làm mát trực tiếp trở lại động cơ hoặc qua két nước làm mát mới vào động cơ tuỳ theo nhiệt độ làm việc của động cơ;
+ Các đường nối mềm bằng cao su từ động cơ tới két nước làm mát. - Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức kín ở đầu ống nước tràn có lắp bình giãn nở (bình nước phụ).
2.5. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
Khi mới khởi động, nước làm mát của động có sẵn trong két được bơm nước hút qua ống hút của bơm rồi được đẩy vào khoang nước trong thân máy của động cơ thông qua các đường lỗ khoan sẵn trong thân máy. Nước được phân chia để làm mát đều cả bốn xylanh, làm mát dầu bôi trơn sau đó lên làm mát thân máy, rồi từ thân máy nước làm mát đến van hằng nhiệt.
1- Van hằng nhiệt; 2- Đường nước đi tắt; 3- Két nước; 4- Bơm nước. Khi nhiệt độ nước làm mát nhỏ hơn nhiệt độ quy định: Khi nước làm mát còn thấp, van hằng nhiệt sẽ đóng và van đi tắt mở. Khi đó nước làm mát sẽ tuần hoàn qua mạch rẽ mà không đi qua van hằng nhiệt. Nhờ vậy nhiệt độ của nước sẽ tăng lên và động cơ sẽ đạt đến nhiệt độ thích hợp nhanh hơn.
Khi nhiệt độ nước làm mát bằng nhiệt độ quy định: Van hằng nhiệt mở một phần đường ống cho nước làm mát về két nước để làm mát nước và một phần đường ống nước cho nước làm mát về trước bơm nước.
Khi nhiệt độ nước làm mát lớn hơn nhiệt độ quy định: Khi nhiệt độ nước làm mát lên cao, van hằng nhiệt mở van đi tắt đóng lại. Toàn bộ nước làm mát sẽ chảy qua két nước. Ở đây nó được làm mát, sau đó nó đi qua van hằng nhiệt và trở về bơm nước. Bằng cách này nhiệt độ động cơ được duy trì.
2.5. KẾT LUẬN
Qua nội dung nghiên cứu ta thấy được xe Toyota Innova là một dòng xe có nhiều ưu điểm vượt trội. Sự tiện dụng cũng như tính kinh tế cao nên đã thu hút được sự quan tâm của nhiều khách hàng.
Hệ thống làm mát bằng nước có ưu điểm vượt trội hơn hẳn so với hệ thống làm mát bằng không khí. Nó giúp động cơ có thể hoạt động tốt ở mọi môi trường, mọi thời tiết. Nhưng cũng có những nhược điểm kém so với hệ thống làm mát bằng không khí là kết cấu phức tạp, giá thành cao hơn rất nhiều.
Ở từng khoảng thời gian khác nhau như: mới khởi động, chạy ấm máy và chạy liên tục thì hệ thống phải thay đổi đường đi của dòng nước làm mát liên tục thông qua van hằng nhiệt để giúp cho nước làm mát luôn luôn phải ở nhiệt độ thích hợp cho động cơ hoạt động tốt, tránh nước làm mát quá nóng dẫn đến động cơ làm việc không ổn định và có thể gây hư hỏng cho hệ thống làm mát và ảnh hưởng đến các hệ thống khác của xe.
Mỗi hãng xe và loại xe nhà sản xuất lại có những thiết kế riêng cho các bộ phận cấu tạo nên các hệ thống của họ. Nội dung tiếp theo ta sẽ tìm hiểu đặc điểm kết cấu của từng chi tiết có trong hệ thống làm mát
ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ 1TR- FE TRÊN XE INNOVA
3.1. SƠ ĐỒ ĐƯỜNG ĐI CỦA NƯỚC LÀM MÁT
1- Két nước; 2- Van hằng nhiệt; 3- Đường nước đến cổ họng gió; 4- Đường nước về
Đặc điểm: Có kiểu van hằng nhiệt lắp ở đầu vào của bơm nước. Van hằng nhiệt này được trang bị van đi tắt, tùy theo sự thay đổi nhiệt độ của nước làm mát mà van này đóng hoặc mở van hằng nhiệt để điều chỉnh nước làm mát đi qua mạch chính và qua mạch đi tắt.
Hình 3.2. Sơ đồ đường đi của nước làm mát
3.1. KÉT NƯỚC LÀM MÁT
3.1.1. Két nước
Kết cấu của két làm mát động cơ 1TR-FE gồm có bình chứa nước phía trên và bình chứa nước phía dưới thông nhau qua các ống mỏng bằng nhôm, có tiết diện dẹt (giống hình ô van), được bố trí một hàng, trong hàng có các cột thẳng hàng với nhau. Các ống này có cánh tản nhiệt ở bên ngoài để tăng khả năng tản nhiệt. Loại ống này có ưu điểm là có sức cản không khí ít hơn và diện tích tản nhiệt lớn hơn khoảng 2÷3 lần so với ống tròn. Tuy nhiên loại ống này không bền bằng ống tròn và khó sửa chữa. Đường ống từ bơm nước đi vào nằm ở bình chứa nước phía trên có đường kính là Ф=40mm, đường ống ở khoang phía dưới đi vào động cơ là Ф=35mm.
Hình 3.3. Két cấu két nước làm mát
1- Ống nước nguội đi vào làm mát động cơ; 2- Ngăn duới; 3- Nước nguội; 4- Ống tản nhiệt; 5- Khoang nước trên; 6- Nắp két; 7- Ống nước nóng
từ động cơ ra két nước để tản nhiệt; 8- Khoang nước dưới.
3 2 5 8 0 4 6 5 8 7 660 50 1
3.1.2. Nắp két nước
Công dụng của nắp két là duy trì áp suất trong hệ thống làm mát cao hơn áp suất không khí, nhằm nâng nhiệt độ sôi nước cao hơn bình thường. Cho phép động cơ làm việc với nhiệt cao hơn mà không bị sôi trào gây hao hụt nước làm mát. Ngoài ra nắp két còn làm để bịt kín miệng đổ nước của két làm mát.
1- Nắp; 2- Vòng đàn hồi; 3- Lò xo van xả hơi nước; 4- Thân của van xả hơi nước; 5- Lỗ thoát hơi; 6- Đĩa cao su của van xả; 7- Đệm cao su của van xả; 8-
Mũ van không khí; 9- Đệm van không khí; 10- Thân van hút không khí; 11- Lò xo van hút không khí; 12- Thân nắp két.
Nắp két nước có cấu tạo như sau: Trên nắp két nước có một van xả hơi nước (van áp suất) và một van hút không khí (van chân không). Van xả hơi nước gồm có lò xo van (3) có xu hướng ép chặt đĩa cao su của van xả (6) và đệm cao su (7) xuống, thân của van xả có nhiệm vụ định hướng cho lò xo (3). Van hút không khí bao gồm: mũ van (8), lò xo van hút không khí (11) có xu hướng đẩy chặt vòng đệm (9) lên phía trên, lò xo hút không khí (11) được được dẫn hướng bởi thân van hút không khí (10).
Van xả hơi nước duy trì áp suất trong hệ thống ổn định ở chế độ nhất định tùy thuộc vào nhiệt độ làm mát tối đa quy định của động cơ khi làm việc,
A - Mở van xả B - Mở van nạp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Hình 3.4. Kết cấu nắp két nước
còn van hút không khí đảm bảo áp suất trong hệ thống không thấp hơn nhiều so với áp suất bên ngoài khi động cơ nguội. Khi áp suất trong két nằm ngoài giới hạn cho phép thì một trong hai van được mở để thoát bớt hơi nước ra ngoài hoặc hút khí vào. Nếu áp suất trong hệ thống làm mát cao quá 0,15÷0,125 MN/m2 thắng áp lực do lò xo (3) tạo ra thì van xả khí mở để thoát hơi ra ngoài môi trường. Nếu áp suất trong hệ thống làm mát nhỏ hơn áp suất khí trời khoảng 0,095÷0,09 MN/m2
, do đó áp suất chân không phía dưới van hút không khí có xu hướng làm mở van hút, áp suất chân không này phải thắng được áp lực do lò xo (11) gây ra thì mới làm mở van hút này, để hút không khí vào.
Do đó, hai van này cũng có tác dụng hạn chế sự bay hơi của nước trong hệ thống làm mát nhằm giảm sự hao hụt nước làm mát. Vì vậy, kiểu làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng được dùng rộng rãi trong các loại động cơ đốt trong nhất là đối với ô tô máy kéo chạy trên đường dài nhất là những vùng hiếm nguồn nước.
3.2. BƠM NƯỚC
Công dụng của bơm nước là hút nước nguội từ thùng dưới của két nước làm mát và đẩy nước tới các mạch trong động cơ để làm mát động cơ.Trong động cơ 1TR-FE, bơm nước có nhiệm vụ cung cấp nước tuần hoàn cho hệ thống làm mát với lưu lượng và áp suất nhất định.
Yêu cầu của bơm nước phải cung cấp đủ lưu lượng cho vòng tuần hoàn và đảm bảo tạo được áp suất cột nước là 12m. Ngoài ra bơm nước phải làm việc một cách ổn định, kết cấu gọn nhẹ phù hợp với từng loại động cơ.
Máy bơm nước được dẫn động bằng đai chữ V (đai thang có răng), để tạo dòng tuần hoàn nước làm mát trong hệ thống làm mát và bộ sưởi ấm. Rô to và thân của máy bơm nước có các vòng bít (phớt làm kín) để chống rò rỉ.
Hình 3.4. Kết cấu bơm nước
1- Puly bơm nước; 2- Lỗ ren; 3- Đai ốc; 4- Miếng đệm; 5- Then bán nguyệt; 6- Vú mỡ; 7- Bánh công tác; 8- Bu lông; 9- Buồng đẩy; 10- Buồng hút; 11- Trục bơm; 12- Vòng phớt; 13- Ổ bi; 14- Vòng chặn; 15- Thâm bơm.
Nguyên lý hoạt động của bơm nước:
Bánh công tác được gắn trên trục bơm, khi động cơ làm việc trục khuỷu quay nhờ truyền động đai dẫn đến trục bơm quay. Trục bơm quay nên bánh công tác quay và ngâm trong nước thì lượng nước nằm trong các rãnh giữa của cánh dưới tác dụng của lực ly tâm bị đẩy ra không gian nằm bên ngoài đường kính của bánh công tác (7). Không gian xả có dạng hình xoắn ốc, chiều mở của hình xoắn ốc cùng chiều với chiều quay của bơm. Khi nước ra tới