Trong hệ thớng lăm mât bằng chất lỏng thì sự tuần hoăn của chất lỏng được thực hiện một câch cưỡng bức dưới tâc dụng của bơm nước bơm văo âo lăm mât, nước bị hđm nóng vă qua đường nước ở nắp mây trở về kĩt nước. Quạt gió có tâc dụng lăm nguội nước ở kĩt lăm mât được nhanh chóng.
105 Kĩt lăm mât có tâc dụng để chứa nước truyền nhiệt từ nước ra khơng khí để hạ nhiệt độ của nước vă cung cấp nước nguội cho động cơ khi lăm việc. Vì vậy u cầu kĩt nước phải hấp thụ vă toả nhiệt nhanh. Ðể đảm bảo u cầu đó thì bộ phận tản nhiệt của kĩt nước thường được lăm bằng đờng thau vì vật liệu năy có hệ sớ tỏa nhiệt cao.
Kích thước bín ngoăi vă hình dâng của kĩt lăm mât phụ thuộc văo bớ trí chung, chiều cao của động cơ, chiều cao của mui xe, kết cấu của bộ tản nhiệt... Nhưng tốt nhất lă bề mặt đón gió của kĩt lăm mât nín có dạng hình vng để cho tỷ lệ giữa diện tích chắn gió của quạt đặt sau kĩt lăm mât vă diện tích đón gió của kĩt tiến gần đến một. Trín thực tế tỷ lệ đó chỉ chiếm 75 ÷ 80%.
Kĩt lăm mât được phđn lăm hai loai: kĩt lăm mât kiểu “nước- nước” vă kĩt lăm mât kiểu “nước - khơng khí” .
Kĩt lăm mât kiểu “nước-nước” được dùng trín động cơ có hai vòng tuần hoăn, nước lăm mât như đã nói trín trong đó nước ngọt đi trong ớng, cấu tạo của kĩt nước năy cũng tương tự kĩt lăm mât dầu nhờn bằng nước.
Kĩt lăm mât kiểu “nước- khơng khí”, thường dùng trín câc loại ơ tơ mây kĩo bao gờm ba phần, ngăn trín chứa nước nóng từ động cơ ra, ngăn dưới chứa nước nguội để văo lăm mât động cơ, nới giữa ngăn trín vă ngăn dưới lă giăn ớng truyền nhiệt. Giăn ống truyền nhiệt lă bộ phận quan trọng nhất của kĩt lăm mât.
Ðânh giâ chất lượng kĩt lăm mât bằng hiệu quả lăm mât cao tức hệ số truyền nhiệt của bộ phận tản nhiệt lớn, cơng suất tiíu tớn ít để dẫn động bơm nước, quạt gió. Cả hai chỉ tiíu đó đều phụ thuộc văo 3 yếu tớ sau:
- Khả năng dẫn nhiệt của vật liệu lăm kĩt tản nhiệt. - Khả năng truyền nhiệt đới lưu của kĩt.
106 Hình 4-1 Sơ đờ kĩt nước
Ðể giải quyết vấn đề thứ nhất, người ta dùng vật liệu chế tạo ống vă lâ tản nhiệt có hệ số dẫn nhiệt cao như: đồng, nhôm.
Vấn đề thứ hai được thực hiện bằng câch tăng tốc độ lưu động của môi chất thải nhiệt (nước) vă mơi chất thu nhiệt (khơng khí) nhằm tăng hệ sớ truyền nhiệt đới lưu của chúng.
Tuy nhiín, tăng tớc độ lưu động đòi hỏi phải tăng cơng suất tiíu hao cho dẫn động bơm nước vă quạt gió.
Vấn đề thứ ba bao gờm việc chọn hình dâng vă kích thước của ớng vă lâ tản nhiệt, vă câch bớ trí ớng trín kĩt.
107 Hình 4-2 Kết cấu một sớ ớng nước
Thông thường kĩt lăm mât được lăm bằng câc ống dẹt, cắm sđu trong câc lâ tản nhiệt bằng đờng thau (hình 4.2a). Ống nước dẹt lăm bằng đờng có chiều dăy thănh ớng lă (0,13 - 0,20)mm vă kích thước tiết diện ngang của ớng lă (13÷20) x (2÷4)mm. Còn câc lâ tản nhiệt có chiều dăy khoảng (0,08 ÷ 0,12)mm.
Câc ớng được bớ 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 tớt hơn loại song song. Trong một số trường hợp, để tăng hiệu quả truyền nhiệt (tăng không đâng kể), người ta đặt ống chếch đi một góc năo đó (hình 4.2c).
Ðể tạo xơy cho dòng khơng khí nhằm tăng hiệu quả truyền nhiệt, người ta còn dùng ống dẹt hăn với lâ tản nhiệt gấp khúc (hình 4.2b), trín lâ dập rãnh thủng, hoặc dùng ớng dẹt hăn với lâ tản nhiệt hình sóng (hình 4.2e) vă trín phần sóng của lâ đó được dập lõm (chỗ có sớ 1). Hai loại năy có hệ sớ truyền nhiệt khâ cao, nín cũng được ứng dụng rộng rãi trín động cơ ơ tơ. Trín một sớ mây kĩo vă
i)
108 k
tải nặng người ta còn dùng ớng tròn có gđn tản nhiệt hình xoắn ớc (hình 4.2g). Loại năy có ưu điểm lă thay thế do hỏng hóc của từng ớng rất đơn giản vì câc ớng khơng phải hăn văo ngăn trín vă ngăn nước dưới như câc kiểu ống dẹt mă ghĩp vă lăm kín bằng câc đệm cao su chịu nhiệt.
Câc kiểu bộ phận tản nhiệt níu trín đđy dùng lâ tản nhiệt hoặc gđn tản nhiệt thì ớng tản nhiệt đều lă ớng nước.
Trín một sớ rất ít động cơ mây kĩo người ta còn dùng bộ phận tản nhiệt ớng khơng khí hình tròn hoặc hình lục lăng, mang tín kĩt nước hình “tổ ong” (hình 4-2.i). Loại năy ít dùng vì hệ sớ truyền nhiệt kĩm.
Muốn nđng cao hiệu quả truyền nhiệt của kĩt lăm mât thì phải giảm bước của lâ tản nhiệt, bước của ớng cả theo chiều ngang (chiều đón gió) vă cả chiều sđu (chiều gió) cũng như tăng chiều sđu của kĩt (tức lă tăng số dãy ống theo chiều sđu). Nhưng tăng chiều sđu nhiều cũng khơng có hiệu quả lớn vì rằng khi hệ sớ truyền nhiệt của dãy ớng đã ổn định thì nếu tăng chiều sđu lín 50%, khả năng tản nhiệt của kĩt tăng15% , còn nếu tăng chiều sđu lín 100% thì khả năng tản nhiệt cũng chỉ tăng thím 20%. Cần chú ý rằng câc biện phâp nđng cao hiệu quả trín đđy đều kĩo theo sự gia tăng sức cản khí động của kĩt. Thơng thường kĩt nước dùng trín ô tô sức cản khí động của không khí qua kĩt không vượt quâ 300 (N/m2). Ðânh giâ kết cấu kĩt lăm mât dùng trín ơ tơ mây kĩo bằng hệ số hiệu quả vă hệ sớ thu gọn ta có như sau:
Hình 4-3 Quan hệ giữa hệ sớ truyền nhiệt k với tích sớ của vận tớc vă mật độ khơng khí (ωkk.ρkk) của câc loại kĩt lăm mât khi tốc độ nước lă 0,4 m/s.
0 20 40 60 80 100 4 8 12 kk.kk 1 2 3 4 w/m2
109 1. Câc ống dẫn nước bớ trí chếch với hướng gió một góc 450.
2. Câc ống dẫn nước so le.
3. Câc ống dẫn nước bớ trí song song. 4. Loại kĩt nước tổ ong.
5. Hệ số hiệu quả η =
e lm
N F
(m2/W) (7-1)
Hệ số thu gọn φ =
k lm
V F
(1/m) (7-2)
Giâ trị của η vă 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 tô tải.
Flm- Diện tích tản nhiệt của bộ phận tản nhiệt (m2). Ne- Cơng suất có ích, danh nghĩa của động cơ (W). Vk- Thể tích tản nhiệt của bộ phận tản nhiệt (m3).
2.2- Bơm nước:
Bơm nước có tâc dụng tạo ra một âp lực để tăng tốc độ lưu thơng của nước lăm mât. Bơm có nhiệm vụ cung cấp nước cho hệ thống lăm mât với lưu lượng vă âp suất nhất định. Lưu lượng nước lăm mât tuần hoăn trong câc loại động cơ thay đổi trong phạm vi (68÷245) l/Kwh vă với tần sớ tuần hoăn khoảng (7 ÷ 12) lần /phút. Câc loại bơm dùng trong hệ thống lăm mât động cơ bao gồm: bơm ly tđm, bơm piston, bơm bânh răng, bơm guồng...được lần lượt giới thiệu ở phần sau.
- Bơm ly tđm
Bơm ly tđm được dùng phổ biến trong hệ thống lăm mât câc loại động cơ.
Nguyín lý lăm việc lă lợi dùng lực ly tđm của nước nằm giữa câc cânh để dồn nước từ trong ra ngoăi rời đi lăm mât.
110 Hình 4-4 Kết cấu bơm nước ly tđm
1-Buly dẫn động bơm nước, 2- Lỗ để bắt bu lông, 3- Đai ốc, 4- Miếng đệm,
5- Then bân nguyệt, 6- Vít mở, 7- Bu lông, 8- Bânh công tâc, 9- Buồng đẩy,
10- B̀ng hút, 11- Trục bơm, 12- Lị xo, 13- Vòng phớt, 14- Ổ bi trục quạt
15- Chĩn chận , 16-Thđn bơm
Trín hình giới thiệu kết cấu một loại bơm nước ly tđm dùng trín ơ tơ lắp ở mặt đầu của thđn mây vă dẫn động quay bơm nước bằng đai truyền nhờ puly (14), lắp chặt trín trục bơm nhờ then bân nguyệt (16). Rênh lắp đai truyền có thể thay đổi kích thước nhờ sự thay đổi sớ lượng vòng đệm (15).
Nắp bơm vă thđn bơm được chế tạo bằng gang, cânh bơm (8) thường được chế tạo bằng đờng hoặc chất dẻo. Ðể giảm kích thước, bơm tỷ sớ truyền giữa trục bơm nước (10) vă trục khuỷu thường chọn gần bằng 1 (đối với động cơ cao tốc) vă 1,6 (đối với động cơ tốc độ thấp). Nước ở chỗ văo cânh có âp suất (0,02 ÷ 0,04) Mpa vă tốc độ 1,0 m/s. Cột âp do bơm tạo ra khoảng (0,05 ÷ 0,15) Mpa vă tớc độ nước trín đường ớng dẫn văo bơm khơng vượt q (2,5 ÷ 3) m/s. Cơng suất tiíu hao để dẫn động bơm chiếm khoảng (0,5-1,0) % cơng suất có ích của động cơ tức lă (0,005 ÷ 0,01)Ne. Trục bơm được đặt trín hai ổ bi (13), để bao kín dầu mỡ bơi trơn ổ bi dùng câc phớt (1) vă bao kín bằng vịng chặn (6).
111 Bơm ly tđm có đặc tính cấp nước đờng đều, kích thước vă khới lượng nhỏ, khơng ờn vă hiệu suất cao. Tuy nhiín nhược điểm của bơm li tđm lă không tạo ra được vùng âp thấp đủ khi hút nước (không quâ (2,94 ÷ 4,9).104 N/m2), do đó khơng có năng lực tự hút, nín trước khi khởi động phải nạp đầy nước văo ống hút vă bơm, đồng thời phải xả khơng khí hết ra khỏi bơm.
2.3: Quạt gió
a, Quạt gió dẫn động bằng đai:
Trong hệ thống lăm mât bằng nước, dùng kĩt lăm mât bằng khơng khí, quạt gió dùng để tăng tớc độ của dịng khơng khí qua kĩt nhằm nđng cao hiệu quả lăm mât. Quạt gió thường lă quạt hướng trục .
Quạt gió của động cơ có thể chạy bằng khơng khí hoặc điện. Những động cơ đặt dọc ở thđn xe có trục sau lă trục chủ động thường sử dụng lă quạt cơ khí được lắp cùng trục với bơm nước.Có hai chỉ tiíu để đânh giâ chất lượng của quạt: đó lă năng suất (lưu lượng gió) của quạt vă cơng suất tiíu tớn cho dẫn động quạt. Ðối với một kĩt nước cụ thể, năng suất thể hiện bằng tớc độ gió qua kĩt lăm mât. Hai chỉ tiíu trín phụ thuộc văo nhiều yếu tớ khâc nhau: sớ vịng
112 quay của quạt, kích thước cânh, góc nghiíng của cânh vă vị trí tương quan giữa quạt vă kĩt nước.
Tăng góc nghiíng của cânh vă tăng sớ vịng quay của quạt đều lăm cho cơng suất dẫn động quạt tăng lín. Thơng thường góc nghiíng tớt nhất đới với quạt phẳng lă 40 ÷ 450 vă với quạt cânh lời lă 380. Tăng góc nghiíng vă tăng chiều rộng cânh quạt có lăm cho lưu lượng tăng nhưng cơng suất dẫn động quạt tăng mãnh liệt, vì vậy đới với động cơ ơ tơ mây kĩo đường kính quạt khơng vượt quâ 0,65m vă chiều rộng không vượt quâ 70mm.
Khoảng câch từ quạt đến kĩt phụ thuộc văo việc tổ chức dịng khí lăm mât tiếp câc bộ phận dưới nắp xe. Khi có lắp câc bản hướng dịng khí thì khoảng câch đó cho phĩp đến 80-100mm. Nếu khơng thì khơng nín vượt q 10÷15mm. Sớ cânh tăng lăm năng suất tăng theo nhưng khơng nín vượt quâ 8 cânh.
Câch quạt được dập bằng thĩp tấm có chiều dăy 1,2÷1,6mm rời bắt chặt văo mayơ, trước khi lắp phải cđn bằng. Loại câch quạt chế tạo bằng vật liệu polyme thì khơng cần cđn bằng. Ðể giảm tiếng ồn loại quạt 4 cânh được chế tạo theo hình chữ X với góc giữa hai cânh lă 70÷1100. Quạt được dẫn động bằng đai truyền hình thang, tớc độ của đai truyền khơng vượt q 30÷35 m/s. Trín một sớ động cơ quạt được dẫn động bằng xích, còn dẫn động bânh răng thì ít gặp. Tỷ sớ truyền động quạt nằm trong khoảng 1,0÷1.3. Ngoăi ra còn có bộ phận âo lăm mât. Âo lăm mât được hình thănh bởi khoang trớng nằm giữa thănh ngoăi nắp mây với thănh buồng đốt. Ðặc biệt ở những chỗ bớ trí đường xả thì cần được tăng cường lăm mât.
b, Quạt gió dẫn động bằng điện:
Cần phải có một lưu lượng khơng khí lớn đi qua kĩt nước để lăm mât.Thơng thường, nếu xe chạy thì lưu lượng khơng khí đã đủ lăm mât. Nhưng khi xe dừng hoặc chậm thì lưu lượng khơng khí khơng đủ. Vì vậy động cơ đã được trang bị quạt lăm mât để tạo ra lượng khơng khí cưỡng bức qua kĩt lăm mât.
Hệ thớng quạt điện nhạy cảm với nhiệt độ của nước lăm mât, vă nó chỉ cung cấp một lưu lượng khơng khí thích hợp khi nhiệt độ lín cao. Ở nhiệt độ bình thường, quạt ngừng quay để động cơ ấm lín vă giảm tiíu hao nhiín liệu,
113 giảm tiếng ờn. Tớc độ quay của quạt điện có thể thay đổi trong ba cấp hoặc vô cấp, nhờ hiệu quả lăm mât có thể điều chỉnh vă phù hợp với nhiệt độ nước lăm mât.
Hình 4-10 Sơ đờ ngun lý hoạt động quạt gió điều khiển bằng điện 1-Bình điện; 2-Cơng tắc nhiệt độ nước lăm mât; 3-Lị xo; 4-Cuộn dđy; 5-Quạt;
6-Khóa điện. - Nhiệt độ nước lăm mât thấp.
Công tắc nhiệt độ nước lăm mât đóng, vă nhờ thế rơle quạt được nới mât. Lực từ trường của cuộn dậy của rơle sẽ giữ câc tiếp điểm ở vị trí ngắt, vă dịng điện không đến quạt được.
- Nhiệt độ nước lăm mât cao.
Công tắc nhiệt độ nước lăm mât mở, vă mạch rơle bị ngắt. Khi đó, câc tiếp điểm tiếp xúc với nhau, cung cấp dòng điện cho quạt quay với tốc độ cao.
2.4- Van hằng nhiệt:
Van hằng nhiệt hoạt động tùy theo nhiệt độ dùng để điều chỉnh nhiệt độ nước lăm mât bằng câch điều khiển nước lăm mât đi từ động cơ đến kĩt lăm mât. Van hằng nhiệt được lắp trín đường nước giữa nắp xilanh với bình lăm mât. Van hằng nhiệt đóng hay mở tùy theo nhiệt độ nước lăm mât. Khi động cơ còn lạnh van hằng nhiệt đóng, lúc năy nước khơng qua kĩt lăm mât mă đi tắt về bơm. Khi động cơ nóng lín van hằng nhiệt mở, nước lăm mât đi qua kĩt, sau đó mới về bơm.
Bằng câch đóng đường nước dẫn tới kĩt khi động cơ lạnh, động cơ sẽ ấm lín nhanh chóng, khi đó nhiệt độ của động cơ vẫn được giữ lại trong động cơ thay
3 4 5
6
1
114 vì ra kĩt lăm mât, nhờ đó rút ngắn thời gian hđm nóng động cơ, tiíu hao ít nhiín liệu vă giảm được lượng khí xả. Sau khi hđm nóng, van hằng nhiệt giữ cho động cơ lăm việc ở nhiệt độ cao hơn so với trường hợp khơng có van hằng nhiệt. Nhiệt độ lăm việc căng cao sẽ cải thiện hiệu quả của động cơ vă giảm được khí xả. Van hằng nhiệt dùng trín hệ thống lăm mât bằng nước chia lăm hai loai: loại dùng chất lỏng lăm chất giãn nở vă loại dùng chất rắn lăm chất giãn nở.
Van hằng nhiệt dùng chất lỏng lăm chất giên nở (van hằng nhiệt kiểu hộp xếp)
Van hằng nhiệt có tâc dụng giúp cho động cơ nhanh chóng đạt tới nhiệt độ quy định trong trường hợp động cơ mới khởi động.
Van hằng nhiệt kiểu hộp xếp (hình 4-9b) gờm 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 ngã) để trở về bơm nước, âp suất trong hộp xếp tăng lín, lăm cho hớ (7) giãn dăi ra vă nđng van (4) lín. Nước nóng đi qua ớng 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 x́ng, xírízin động đặc lại vă giảm bớt thể tích. Dưới tâc dụng của lị xo hời vị (11), van (14) đóng lại vă măng (10) hạ x́ng (hình 4.9c)
Van hằng nhiệt kiểu lị xo xoắn- sơ đồ kết cấu của loại van hằng nhiệt dùng lị xo bimítan gờm hai thanh dải kim loại có hệ sớ giên nở dăi khâc nhau. Dải thĩp hợp kim inva có hệ sớ nở dăi 1,5.10-6, dải đờng có hệ sớ nở 20.10-6.