INNOVA
Hình 2. 1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống làm mát
1.Nắp két nước 2.Lá nhôm tản nhiệt 3.Ống dẫn nước nóng 4.Cánh quạt 5.Khớp chất lỏng 6.Puly căng đai 7.Puly bơm 8.Buồng đốt 9.Pittong 10.Áo
nước 11.Bánh đà 12.Các te 13.Ống dẫn nước từ van hằng nhiệt về bơm 14.Bơm nước 15.Van hằng nhiệt 16.Puly trục cơ 17.Ống dẫn nước đã làm
- Hệ thống bao gồm:
+ Bơm nước: tạo ra áp suất để cho nước làm mát có thể lưu thơng trong hệ thống;
+ Két nước: tại đây, luồng gió sẽ thổi qua để làm mát nước làm mát; + Quạt gió: hút gió xuyên qua các khe hở của két làm mát để tăng hiệu quả trao đổi nhiệt giữa nước làm mát và khơng khí;
+ Van hằng nhiệt: Quyết định sự làm mát của nước làm mát có đi qua két nước làm mát hay khơng;
+ Từ động cơ ra tới két nước gồm các đường ống nối bằng cao su.
- Bình giãn nở được lắp thêm ở đầu ống nước tràn trong hệ thống làm mát tuần hồn cưỡng mức một vịng kín.
2.2.1. KÉT NƯỚC LÀM MÁT Két nước
Các phiến tản nhiệt có dạng dẹt, tấm mỏng được làm bằng nhơm được bố trí thẳng hàng với nhau. Khoang trên của két nước sẽ nối thông với khoang dưới của két nước qua các phiến tản nhiệt này. Trong quá trình làm mát, nước sẽ được làm mát khi đi qua các phiến tản nhiệt được bố trí một hàng, trong hàng có các cột thẳng hàng với nhau. Khả năng tản nhiệt sẽ được tăng lên nhờ sự trang bị cánh tản nhiệt bên ngoài. Ưu điểm của tản nhiệt dạng tấm này là sức cản khơng khí nhở hơn đối với tản nhiệt dạng ống tròn. Còn nhược điểm của loại ống tản nhiệt này là khó sửa chữa và độ bền kém. Đường ống nước đầu vào khoang trên là 40mm, đường ống đầu ra khoang dưới là 35mm.
Hình 2. 2 Két cấu két nước làm mát
1.Ống dẫn nước đầu ra 2.Khoang dưới 3.Nước nguội; 4.Ống tản nhiệt 5.Khoang nước trên 6.Nắp két 7.Ống nước nóng đầu vào 8.cánh tản nhiệt.
Nắp két nước
Nhiệt độ sôi của nước có thể cao hơn mức cho phép bởi áp suất trong hệ thống luôn cao hơn áp suất khơng khí nhờ nắp két nước. Nước mát ở két nước và bình nước phụ sẽ được điều tiết nhờ hai van của nắp két nước. Giảm thiểu sự hao hụt nước làm mát do sự bốc hơi nước khi nước làm mát sôi ở nhiệt độ cao. 3 2 580 4 6 5 8 7 1
Hình 2. 3 Kết cấu nắp két nước
1.Nắp 2.Vòng đàn hồi 3.Lò xo van xả hơi nước 4.Thân van xả hơi nước 5.Lỗ thoát hơi 6.Đĩa cao su của van xả 7.Đệm cao su van xả 8.Mũ van khơng khí 9.Đệm van khơng khí 10.Thân van hút khơng khí 11.Lị xo van
hút khơng khí 12.Thân nắp két.
Nắp két nước có cấu tạo như sau: Van xả hơi nước hay còn gọi là van áp suất gồm lò xo van xả(3) sẽ đẩy đĩa cao su van xả(6) và đệm cao su(7) đi xuống theo sự dẫn dướng của thân van. Van chân khơng hay cịn gọi là van hút khơng khí gồm mũ van(8) và lị xo van hút khơng khí(11) sẽ đẩy vịng đệm(9) lên phía trên theo sự dẫn hướng bởi thân van hút khơng khí(10).
Nhiệt độ làm việc tối đa của động cơ khi làm việc là cơ sở để van xả hơi nước làm việc để duy trì áp suất ổn định cho hệ thống, khi động cơ ở trạng thái nguội, khi mới khởi động động cơ thì va nhút khơng khí có nhiệm vụ giữ cho áp suất trong hệ thống không nhở hơn quá nhiều so với áp suất bên ngoài động cơ. Q trình thốt hơi nước ra ngồi hay hút khơng khí vào bên trong xảy ra khi áp suất trong két làm mát cao hơn áp suất quy định. Van xả khí hoạt động khi áp suất trong hệ thống lớn hơn từ 0,125 đến 0,15 MN/m2 đẩy được lò xo đi xuống vfa van xả khí sẽ mở ra để thốt hơi ra ngồi mơi trường. Tương tự, trong trường hợp áp suất trong hệ thống nhỏ hơn từ 0,09 đến 0,095 MN/m2 , khi đó
áp suất chân khơng này sẽ thắng được áp lực lò xo(11) và đẩy lò xo đi xuống, van hút này sẽ mở ra để hút khơng khí vào bên trong.
Từ nguyên lý hoạt động trên, ta thấy sự quan trọng của hai van này trong vai trò giảm thiểu sự bay hơi của nước làm mát nhờ đó giảm sự hao hụt nước làm mát. Sự hiệu quả của hệ thống này là rất lớn nên được thiết kế ở hầu hết các loại động cơ tiêu biểu là trên các động cơ ô tô, máy kéo nhất là ở vùng khan hiếm nguồn nước. [2]
2.2.2. BƠM NƯỚC
Hình 2. 4 Kết cấu bơm nước
1.Bulong 2.Then hãm 3.Phần tĩnh 4.Thân bơm 5.Lỗ phớt chắn nước 6.Cánh quạt 7.Phần động 8.Lỗ thơng hơi 9.Mỡ vịng bi 10.Trục bơm
Trong quá trình làm mát động cơ, lượng nước làm mát sẽ được đẩy đi để làm mát động cơ nhờ sự đẩy của bơm nước. Bơm nước đảm bảo sự tuần hoàn và lưu lượng áp suất luôn luổn ổn định.
Áp suất cột nước của bơm phải đảm bào 12m và trong qua trình làm mát ln đảm bảo lưu lượng nước làm mát cho hệ thống. Trong quá trình vận hành đảm bảo sự êm dịu, công suất tiêu thụ nhỏ và kết cấu phù hợp, gọn nhẹ phù hợp với động cơ.
Dây đai dẫn động hình chữ v dẫn động mãy bơm để tuần hoàn nước làm mát cho hệ thống làm mát và bộ sưởi. Vịng bít trên roto và thân máy sẽ ngăn cho dòng nước xâm nhập vào qua đó tránh hiện tượng rị rỉ.
Nguyên lý hoạt động của bơm nước:
Trục bơm quay là do sự dẫn động của trục khuỷu thông qua đai dẫn động có bánh răng dẫn động. Dưới tác dụng của lực ly tâm, khi trục bơm quay dẫn đến cánh bơm quay, lượng nước nằm trong các rãnh của cánh bơm sẽ bị đẩy đi ra xa nằm ngồi khơng gian đường kính cánh quạt(6). Hình dạng xoắn ốc của không gian xả và chiều mở của không gian xả lại cùng chiều với chiều quay của trục bơm. Áp suất dòng chảy tăng lên khi nước làm mát ra tới không gian xả, ngược lại tốc độ dịng chảy khi đó lại bị giảm đi .Tại khu vực nối giữa miệng đẩy và các đường ống phân phổi nước làm mát vào động cơ thì ở đấy có áp suất lớn nhất. Nước làm mát tại các rãnh nước ở cánh bơm khi bị văng ra xa tâm quay thì khu vực gần tâm quay sẽ tạo ra chân không tức là áp suất hút sẽ hút nước từ miệng hút nối thông với đường ống dẫn với khoang dưới két nước và đường ống lối tắt của văn hằng nhiệt. [2] [7]
2.2.3. QUẠT LÀM MÁT
Sản sinh ra luồng gió đi xuyên qua cái ống tản nhiệt của két nước làm mát ở mọi chế độ chạy của xe.
Ở mọi chế độ tải của xe thì động cơ sẽ giữ được nhiệt độ ổn định và khả năng làm mát của hệ thống được tăng lên.
* Quạt gió
- Quạt gió hướng trục được sử dụng trọng hệ thống làm mát. kết cấu của quạt và số vòng quay sẽ làm cơ sở đánh giá hiệu suất của quạt.
- Có tác dụng giảm khả năng làm việc của quạt ở tốc độ động cơ cao. - Trong khoang ly hợp thuỷ lực chứa đầy dầu silicol.
- Khi tốc độ động cơ thấp, quạt gió được kéo quay bình thường do lực cản chưa thắng nổi lực ma sát trong bộ ly hợp. Khi tốc độ động cơ cao ma sát giữa bộ ly hợp không thắng nổi lực cản của cánh quạt, ly hợp bị trượt đi cánh quạt quay chậm lại và giảm tiêu hao công suất động cơ.
Hình 2. 5 Kết cấu quạt làm mát
1.Đai ốc 2.Trục của ly hợp 3.Vòng chặn 4.Ổ bi đỡ 5.Đĩa bị dẫn 1 6.Đĩa bị dẫn 2 7.Tấm lưỡng kim 8.Lò xo 9.Đĩa bi dẫn 3 10.Đĩa dẫn 11.Bu
lông 12.Cánh tản nhiệt 13.Cánh quạt gió 14.Bầu quạt 15.Khớp chất lỏng 16.Bu lông.
Với kết cấu đơn giản,bao gồm 7 cánh được làm từ nhựa dẻo và được đúc liền với bầu quạt. Trục khuỷu động cơ sẽ dẫn động trực tiếp với trục của quạt. Để truyền động từ trục khuỷu đến quạt, một đầu của trục sẽ lắp quạt gió, cịn đầu cịn lại sẽ lắp puly có rãnh. Quạt gió sẽ được gắn vào khớp chất lỏng vì thế
tốc độ của quạt sẽ được điều khiển bởi khớp chất lỏng dựa trên nhiệt độ của khơng khí khi khơng khí đi qua két nước để làm mát nước làm mát. [2] [8]
* Khớp chất lỏng
Hình 2. 6 Kết cấu khớp chất lỏng
1.Đai ốc 2.Trục của ly hợp 3.Vòng chặn 4.Ổ bi đỡ 5.Đĩa bị dẫn 1 6.Đĩa bị dẫn 2 7.Tấm lưỡng kim 8.Lò xo 9.Đĩa bi dẫn 3 10.Đĩa dẫn 11.Bu lông 12.Cánh tản nhiệt 13.Lị xo lưỡng kim 14.Bu lơng quạt 15.Buồng làm
việc phía sau.
Bộ ly hợp thủy lực chúa dầu silicon trong đó sẽ điều khiển quá trình chuyển động quay của quạt qua đai dẫn động khi điều khiển lượng dầu silicon trong buồng làm việc.
Nhiệt độ động cơ tăng lên và tiếng ồn bị giảm đi khi tốc độ quay của quạt được giảm xuống ở trạng thái xe chạy tốc độ thấp. Khi nhiệt độ động cơ tăng, để tăng hiệu suất làm mát thì lượng khơng khí đi qua két nước nhằm làm mát nước làm mát phải tăng lên, khi đó tốc độ quạt cũng tăng.
Hình 2. 7 Đồ thị tốc độ quạt và tốc độ khớp chất lỏng
- Khi tốc độ của xe chậm, nhiệt động khơng khí nóng lên: Tốc độ quay của quạt sẽ nhận hết từ trục khớp chất lỏng.
- Khi tốc độ xe nhanh, nhiệt độ khơng khí nóng: Tốc độ quay của quạt sẽ chậm hơn tốc độ quay của khớp chất lỏng và độ ì của quạt sẽ tăng lên.
- Khi tốc độ xe nhanh, nhiệt độ khơng khí ấm:Lượng dầu silicon trong buồng làm việc sẽ bị giảm đi vì sự ngắt đường dầu bởi tấm lưỡng kim. Khi đó tốc độ quay cuat quạt sẽ bị giảm đi bởi hệ số trượt của khớp nối tăng lên.
- Khi tốc độ xe nhanh, nhiệt độ khơng khí lạnh: Tốc độ quay của quạt sẽ ở chế độ chậm nhất và hệ số trượt sẽ là lớn nhất do đường dầu bị ngắt và lưu lượng dầu công tác liên tục bị giảm đi.
Tốc độ của trục khớp chất lỏng Tốc độ của quạt Khí lạnh Khí ấm Khí nóng Khơng có khớp chất lỏng n1(v/p) n(v/p)
2.2.4. VAN HẰNG NHIỆT
Van hằng nhiệt có nhiệm vụ tự động khống chế lưu lượng nước làm mát qua két nước khi nhiệt độ của động cơ chưa đạt tới nhiệt độ quy định. Mặt khác, van hằng nhiệt còn làm nhiệm vụ rút ngắn thời gian chạy ấm máy.
Hình 2. 8 Kết cấu của van hằng nhiệt
1.Thân van 2.Sáp 3.Lị xo 4.Trục 5.Phớt làm kín 6.Van chính 7.Xylanh 8.Van đi tắt
Ở động cơ 1TR-FE sử dụng van hằng nhiệt loại có van chuyển dịng (van đi tắt). Khi nhiệt độ nước làm mát lớn hơn nhiệt độ cho phép, lượng sáp trong van sẽ tan ra và sẽ làm xylanh dịch chuyển. Sự dịch chuyển của xylanh làm cho van chính mở ra và nước làm mát sẽ được đi qua van để tới két nước làm mát, tại đây nước làm mát sẽ được làm mát nhờ sự xun qua của dịng khơng khí tạo ra bởi quạt gió để đưa nước làm mát về nhiệt độ thích hợp. Khi van chính mở ra thì van đi tắt sẽ đóng lại.
Phần tử nhạy nhiệt của van hằng nhiệt có Xylanh và trục nằm giữa các thành của chúng là chất độn rắn.
Khi nhiệt độ nước làm mát dưới 80oC, van chính đóng lại cịn nước làm mát thì chảy theo chu trình hẹp: bơm nước, áo nước làm mát, đường nước đi tắt, van đi tắt, ống nhánh nối với bơm.
Khi nhiệt độ nước làm mát cao hơn 94oC, sáp nóng chảy và trong khi giãn nở, chuyển đẩy các van chính và van đi tắt lên trên. Nước làm mát bắt đầu ra khỏi bơm. Lúc nhiệt độ nằm giữa 2 giai đoạn nới trên, nước làm mát sẽ đi qua cả hai van chính và van đi tắt.
2.2.5. BÌNH GIÃN NỞ
Là chi tiết quan trọng trong hệ thống làm mát. Bình nước này như một ngăn chứa phụ giúp cung cấp thêm nước làm mát cho động cơ khi két nước hụt nước và là bình chứa khi nước làm mát nóng và giãn nở.
Ở các hệ thống dẫn nước kín trên hệ thống làm mát động cơ xe Toyota Innova có trang bị bình giãn nở. Mục đích của bình giãn nở đó là tạo nên một thể tích dự trữ nhằm điều hịa những ảnh hưởng do giãn nở nhiệt của nước gây ra, ngồi ra bình cịn có chức năng bổ sung nước cho hệ thống trong trường hợp bị rị rỉ.
Bình giãn nở trên hệ thống làm mát động cơ trên xe Toyota Innova là bình kiểu kín nó đươc sử dụng trong hệ thống nước nóng và nhiệt độ cao. Bình nước phụ khơng mở ra khi quyển mà nó vận hành ở áp suất khí quyển. Bình cần trang bị van xả khí. Trong q trình vận hành thì áp suất hút của bơm ln ổn định nhờ sự trang bị bình giãn nở cho hệ thống làm mát.
* Kết cấu bình giãn nở:
Hình 2. 9 Cấu tạo bình giãn nở
1- Nắp bình; 2- Đường từ nắp két nước vào; 3- Đường nước ra két nước làm mát.
Khi động cơ hoạt động lâu nước làm mát nóng lên và đi vào két nước làm mát với nhiệt độ và áp suất cao nên nước nóng khơng thể thốt được xuống khoang dưới của két nước. Khi đó nắp két nước mở cho nước nóng đi vào bình giãn nở.