Trong phạm vi đồ án này, em đã 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 nhi
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Tính cấp thiết của đề tài
Động cơ đạt hiệu quả cao khi nhận được sự hỗ trợ và phối hợp nhịp nhàng từ các hệ thống then chốt như hệ thống nhiên liệu, hệ thống bôi trơn, hệ thống khởi động và hệ thống làm mát Công suất, độ bền và tuổi thọ của động cơ phụ thuộc rất lớn vào hiệu quả làm việc của các hệ thống này, trong đó hệ thống làm mát đóng vai trò quan trọng hàng đầu Vì vậy, việc duy trì và tối ưu hóa hệ thống làm mát là yếu tố quyết định giúp động cơ vận hành ổn định, tiết kiệm nhiên liệu và tăng hiệu suất tổng thể.
Do đó đề tài “KHẢO SÁT, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG
CƠ 1TR – FE là nền tảng thiết yếu cho quá trình tìm hiểu, tính toán, thiết kế và thi công mô hình, giúp sinh viên nắm bắt kiến thức sâu về hệ thống Thông qua quá trình này, sinh viên được rèn luyện kỹ năng phân tích, mô phỏng và triển khai thực tế, từ đó nâng cao khả năng giải quyết các bài toán liên quan đến thiết kế, vận hành và tối ưu hóa hệ thống.
Tình hình nghiên cứu
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước
Một số đề tài trong nước có liên quan:
Bài viết trình bày khảo sát hệ thống làm mát của động cơ TOYOTA 1TR-FE, nhằm làm rõ cấu trúc động cơ và các thành phần của hệ thống làm mát liên quan đến hiệu suất và độ bền Tác giả Lê Ngọc Nhật, trường Đại học Đà Nẵng, công bố công trình này vào năm 2007 Nội dung đề tài tập trung vào mô tả và phân tích kết cấu động cơ 1TR-FE và hệ thống làm mát của nó, đồng thời nhận diện những yếu tố ảnh hưởng tới nhiệt độ vận hành và đề xuất biện pháp tối ưu hóa làm mát Nghiên cứu cung cấp cơ sở lý thuyết và dữ liệu thực nghiệm cho việc đánh giá hệ thống làm mát của động cơ TOYOTA 1TR-FE, góp phần hỗ trợ tối ưu hóa hiệu năng và độ bền của động cơ.
- Khảo sát hệ thống làm mát động cơ YC4G170-20 lắp trên xe bus thaco JB86L
Trương Văn Phụng, giảng viên Trường Đại học Đà Nẵng, là tác giả của công trình được xuất bản năm 2008, với nội dung đề tài tập trung vào khảo sát kết cấu động cơ và hệ thống làm mát động cơ.
1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Một số đề tài ngoài nước nghiên cứu trên động cơ 1TR-FE:
- Performance study on the modified single cylinder four stroke si engine: Before and after re-boring Tác giả: S Seralathan; T Micha Premkumar; K Yoga
- Impact of Methanol-Gasoline Fuel Blend on The Fuel Consumption and Exhaust Emission of A SI Engine Tác giả: Mohamad Rifal; Nazaruddin Sinaga Diponegoro University, 04/2016.
Mục tiêu đề tài
Với mong muốn vận dụng những kiến thức đã được học ở các bộ môn, đồng thời nghiên cứu sâu hơn về hệ thống làm mát trên xe ô tô mà ở đây nhóm đã chọn động cơ 1TR-FE làm đối tượng cụ thể để nghiên cứu Từ đó, nhóm đã đặt ra các mục tiêu cần hướng đến như sau:
- Tìm hiểu công dụng, yêu cầu, nguyên lý hoạt động của các loại hệ thống làm mát đã và đang được sử dụng;
- Tìm hiểu về hệ thống làm mát trên động cơ 1TR-FE;
- Thiết kế, xây dựng mô hình hệ thống làm mát động cơ 1TR-FE.
Nội dung đề tài
- Tìm hiểu tổng quan kết cấu động cơ 1TR-FE
- Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1TR-FE
- Tính toán nhiệt, vẽ đồ thị công của động cơ 1TR-FE
- Tính toán kiểm nghiệm hệ thống làm mát động cơ 1TR-FE
- Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống làm mát trên đông cơ đốt trong dựa trên những nghiên cứu lý thuyết trên động cơ 1TR-FE, xây dựng phương án chuyển đổi quạt làm mát từ dẫn động cơ khí sang điều khiển bằng điện hai chế độ.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:
Tiến hành tìm kiếm và rà soát các tài liệu liên quan đến đối tượng nghiên cứu để nắm bắt tình hình nghiên cứu hiện có và nhận diện các yếu tố ảnh hưởng Đồng thời tham khảo các công trình nghiên cứu tương tự nhằm rút ra bài học, phương pháp và hạn chế cần tránh Từ đó tổng hợp dữ liệu và đề xuất các phương án nghiên cứu sao cho hiệu quả, phù hợp và tiết kiệm chi phí Quá trình này giúp xác định khoảng trống tri thức và định hướng phương pháp tiếp cận một cách có hệ thống và khả thi.
- Đưa ra các phương án nghiên cứu dựa trên những kiến thức lý thuyết đã thu thập được
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:
- Khảo sát các chức năng trên mô hình.
Kết cấu của đồ án tốt nghiệp
Đồ án gồm có 5 chương:
- Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI;
- Chương 2: TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP;
- Chương 3: TÍNH TOÁN NHIỆT VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH;
- Chương 5: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN.
Kết quả đạt được của đề tài
Sau thời gian nghiên cứu nhóm đã đạt được các kết quả sau:
- Nắm rõ kết cấu và hệ thống làm mát động cơ 1TR-FE;
- Tính toán nhiệt động cơ 1TR-FE, đưa ra số liệu tham khảo phục vụ cho thiết kế mô hình;
- Tính toán hệ thống làm mát động cơ 1TR-FE, cho ra thông số cần cho quá trình thiết kế mô hình ;
Chúng tôi tiến hành thiết kế và chế tạo thành công một mô hình hệ thống làm mát cho động cơ đốt trong, nhằm cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống Quạt làm mát được chuyển từ hệ thống dẫn động bằng trục khuỷu - dây đai sang dẫn động điện hai chế độ, mang lại khả năng điều chỉnh lưu lượng gió và hiệu quả làm mát tối ưu tùy điều kiện vận hành.
TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP
Giới thiệu chung về động cơ 1TR-FE
Động cơ xăng 1TR-FE trên xe Toyota Innova là loại động cơ 4 xi-lanh thẳng hàng thế hệ mới, dung tích 2,0 lít, trục cam kép DOHC với 16 valve và được dẫn động bằng xích Nó tích hợp hệ thống van nạp biến thiên thông minh VVT-i và hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp được điều khiển bởi ECU, mang lại hiệu suất vận hành tối ưu Động cơ cho công suất khoảng 100 kW tại 5.600 vòng/phút và có hệ thống đánh lửa trực tiếp điều khiển bằng điện tử.
Hình 2.1: Mặt cắt ngang động cơ 1TR-FE [1]
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
Hình 2.2: Mặt cắt dọc động cơ 1TR-FE [1]
1- Bánh đà; 2- Áo nước; 3- Thanh truyền; 4- Piston; 5- Nắp Máy; 6- Dây phin; 7- Bobine; 8- Trục cam; 9- Lò xo xupap; 10- Xupap; 11- Bugi; 12- Lưới lộc dầu;
13- Cate; 14- Trục khuỷu Động cơ 1TR-FE là động cơ 4 xy lanh thẳng hàng có hệ thống cam kép (DOHC) gồm bốn xupap cho mỗi xylanh hai xupap nạp và hai xupap thải đặt lệch nhau một góc 22,85 0 với các góc phối khí:
Nạp Mở 52 0 ~0 0 BTDC Đóng 12 0 ~64 0 ABDC
Xả Mở 44 0 BTDC Đóng 8 0 ABDC
Do có con đội thủy lực nên khe hở xupap luôn được duy trì ở mức 0 nhờ áp lực của dầu và lực của lò xo Nắp quy lát được đúc bằng hợp kim nhôm nhẹ, các trục cam được phân bố trên đầu quy lát Thân máy có thiết kế tương tự các động cơ cổ điển.
7 thiện hơn Thân máy được chế tạo bằng thép đúc có dạng gân tăng cứng nhằm giảm rung động và tiếng ồn.
Giới thiệu chung về hệ thống làm mát động cơ
Việc đốt cháy hỗn hợp khí-nhiên liệu trong xy lanh động cơ sinh ra nhiệt độ đến
Nhiệt độ động cơ rất nóng, nhưng vách xi lanh không được nóng vượt quá khoảng 260°C; nhiệt độ quá cao có thể phá vỡ dầu bôi trơn và gây hỏng các chi tiết khác, vì vậy hệ thống làm mát được thiết kế để triệt tiêu một phần ba lượng nhiệt sinh ra trong buồng đốt và giữ cho động cơ hoạt động hiệu quả ở mọi điều kiện, kể cả khi khởi động mùa lạnh và đồng thời cung cấp nhiệt để sưởi ấm khoang hành khách Hầu hết các loại ô tô dùng dung dịch làm mát bằng nước, có áo nước bao quanh xilanh và buồng đốt; động cơ dẫn động bơm nước tuần hoàn dung dịch làm mát qua áo nước lên tới nắp máy và vào nóc dàn tản nhiệt, nơi nhiệt được hấp thụ và mang đi nhờ luồng không khí từ quạt làm mát Dòng dung dịch có thể theo hai hướng tuỳ thiết kế lồng ghép: từ bơm nước lên đầu xilanh và xuống thân máy hoặc ngược lại; vị trí van hằng nhiệt được bố trí tuỳ theo hướng chảy của dung dịch Hệ thống làm mát gồm năm phần cơ bản hoạt động đồng bộ để điều chỉnh nhiệt độ động cơ và tránh bị quá nhiệt: áo nước, bơm nước, van hằng nhiệt, dàn tản nhiệt và quạt gió Nước đóng băng ở 0°C, do đó nếu chỉ dùng nước làm mát sẽ bị đóng băng khi nhiệt độ xuống dưới 0°C, gây tắc nghẽn tuần hoàn và động cơ sẽ quá nhiệt; nước cũng nở thêm 9% thể tích khi đóng băng, có thể làm nứt vỡ các chi tiết của hệ thống làm mát và động cơ, vì vậy người ta phải trộn thêm chất chống đông để bảo vệ toàn bộ hệ thống.
Trong dung dịch làm mát, chất chống đóng băng được dùng phổ biến nhất là ethylene glycol Đối với hầu hết động cơ ô tô, dung dịch làm mát pha theo tỷ lệ 50:50 giữa chất chống đóng băng và nước được khuyến cáo, giúp hỗn hợp không đóng băng ở nhiệt độ -37°C Nếu dung dịch chứa tới 70% chất chống đóng băng, nó có thể chịu được nhiệt độ thấp hơn, xuống tới -64°C Tuy nhiên, các hỗn hợp có tỷ lệ chất chống đóng băng vượt quá 70% không nên sử dụng, vì điểm đóng băng sẽ quay trở lại ở khoảng -23°C.
Việc khuyến khích sử dụng dung dịch làm mát có tỉ lệ 50:50 giữa nước và chất chống đóng băng mang lại ba lý do cơ bản: Thứ nhất, tối ưu hóa khả năng chống đóng băng ở nhiệt độ thấp và ngăn ngắt làm mát khi trời lạnh; Thứ hai, tăng điểm sôi và cải thiện hiệu suất làm mát ở nhiệt độ cao, giảm nguy cơ động cơ quá nhiệt; Thứ ba, bảo vệ các thành phần kim loại và hệ thống làm mát khỏi ăn mòn, đồng thời duy trì độ nhớt phù hợp và tính tương thích vật liệu, từ đó kéo dài tuổi thọ động cơ.
- Vì sử dụng dung dịch làm mát trên điểm đóng băng của nó thấp -37 0 C
- Điểm sôi của dung dịch làm mát cũng tăng lên đến 108 0 C Nó tránh được hiện tượng sôi nước làm mát khi xe hoạt động trong thời tiết nóng
Chất làm mát bảo vệ phần kim loại trong hệ thống khỏi đóng cặn và ăn mòn, đồng thời chứa các chất phụ gia như chất ức chế ăn mòn và chất ức chế tạo bọt để ngăn ngừa sự ăn mòn và hình thành bọt, nhờ vậy duy trì trao đổi nhiệt hiệu quả Quá trình ăn mòn và gỉ làm giảm tuổi thọ các chi tiết kim loại và tạo lớp vỏ bọc làm giảm sự truyền nhiệt từ kim loại sang dung dịch làm mát Trong động cơ có những vùng bị ăn mòn có thể khiến dung dịch làm mát ở nhiệt độ bình thường trong khi 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 khoảng 50% là để 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 khi lưu thông qua bơm nước; bọt này gồm bong bóng khí làm giảm khả năng dẫn nhiệt của dung dịch và nếu quá nhiều sẽ khiến hệ thống làm mát kém hiệu quả, làm động cơ quá nóng Màu của chất đóng băng thường được nhuộm xanh để dễ phân biệt và phát hiện rò rỉ hệ thống làm mát.
Chất ức chế ăn mòn và chất tạo bọt trong dung dịch làm mát ô tô dần mất đi tính hiệu quả theo thời gian Vì vậy, các nhà sản xuất xe thường khuyến cáo thay thế dung dịch làm mát mỗi 2 năm một lần để duy trì hiệu suất làm mát và bảo vệ hệ thống làm mát.
Có hai loại chất chống đóng băng Ethylene-glycol: high silicate và low silicate
Hầu hết các động cơ ô tô sử dụng chất chống đóng băng có hàm lượng silicat cao (high silicate), nhằm bảo vệ các chi tiết bằng hợp kim nhôm Ngược lại, chất chống đóng băng có hàm lượng silicat thấp (low silicate) thường được dùng cho động cơ của các loại xe tải trọng lớn Việc chọn đúng loại chất chống đóng băng và tuân thủ khuyến cáo sử dụng được ghi trong owner’s manual (quyển hướng dẫn sử dụng) của từng loại xe sẽ giúp tối ưu hiệu suất làm mát và tuổi thọ hệ thống làm mát.
2.2.1 Mục đích và yêu cầu của hệ thống làm mát
2.2.1.1 Mục đích của hệ thống làm mát:
Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt lượng do quá trình cháy tỏa ra được truyền tới các chi tiết tiếp xúc với khí cháy như piston, xéc măng, xupáp, nắp xilanh và thành xilanh, chiếm khoảng 25–35% tổng lượng nhiệt sinh ra Vì vậy, các chi tiết này thường bị nung nóng ở mức rất cao: nhiệt độ đỉnh của pittông có thể lên tới 600°C, còn nhiệt độ của nấm xupáp có thể lên tới 900°C Nhiệt độ cao này gây ra những hậu quả xấu cho hệ thống cơ khí như mòn nhanh, mỏi nhiệt, biến dạng do giãn nở nhiệt bất đồng, giảm tuổi thọ và hiệu suất động cơ, cũng như làm tăng tiêu hao nhiên liệu và nguy cơ rò khí.
- 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
Động cơ xăng dễ bị cháy nổ nếu nhiệt độ vận hành không được kiểm soát, vì vậy hệ thống làm mát đóng vai trò then chốt trong việc truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháy tới chất làm mát để duy trì nhiệt độ của các chi tiết ở mức tối ưu; nếu động cơ quá nóng sẽ gây ra cháy nổ và hỏng hóc nghiêm trọng, còn làm mát quá mức lại làm tăng tổn thất nhiệt cho dung dịch làm mát, giảm lượng nhiệt được chuyển thành công và làm giảm hiệu suất nhiệt của động cơ; nhiệt độ quá thấp cũng khiến dầu bôi trơn trở nên đặc, tăng độ nhớt và giảm khả năng lưu động, từ đó tăng tổn thất cơ khí và ma sát, ảnh hưởng tới hiệu suất và chi phí vận hành; động cơ 1TR-FE có hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức nhằm đảm bảo quá trình tản nhiệt diễn ra hiệu quả và duy trì điều kiện làm việc ổn định cho động cơ.
2.2.1.2 Yêu cầu của hệ thống làm mát Đối với động cơ lắp trên xe ô tô khách thì hệ thống 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 khoảng 8395
0C và nhiệt độ của dầu bôi trơn trong động cơ khoảng 95÷115 0 C
- Bảo đảm động cơ làm việc tốt ở mọi chế độ và mọi điều kiện khí hậu cũng như điều kiện đường sá, kết cấu nhỏ gọn, dễ bố trí
2.2.2 Nhiệm vụ của hệ thống làm mát
Hệ thống làm mát của động cơ 1TR-FE có nhiệm vụ làm mát động cơ, máy nén và dầu bôi trơn
2.2.2.1 Làm mát động cơ và máy nén
Hệ thống làm mát động cơ có nhiệm vụ chính là hạ nhiệt và duy trì nhiệt độ ổn định cho động cơ trong suốt quá trình làm việc Ngoài ra, hệ thống này còn rút ngắn thời gian chạy ấm máy và đưa động cơ nhanh chóng lên nhiệt độ làm việc tối ưu Bên cạnh đó, hệ thống làm mát còn có tác dụng làm mát cho máy nén khí để tăng hiệu suất vận hành của cả hệ thống máy nén khí Đường nước làm mát máy nén khí được trích từ đường nước chính của hệ thống làm mát động cơ, nhằm đảm bảo cấp nước mát liên tục và đồng bộ cho cả hai thiết bị.
2.2.2.2 Làm mát dầu bôi trơn
Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt độ của dầu bôi trơn tăng lên không 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
Trong động cơ, dầu bôi trơn tiếp xúc trực tiếp với các chi tiết có nhiệt độ cao như cò mổ, đuôi xupáp và piston Để duy trì nhiệt độ làm việc của dầu ổn định, giảm sự biến thiên của độ nhớt và đảm bảo khả năng bôi trơn liên tục, hệ thống làm mát dầu bôi trơn phải được thiết kế hợp lý Đường dầu bôi trơn được khoan song song với đường nước làm mát động cơ để tăng cường trao đổi nhiệt và giảm nhiệt độ dầu Khi nước làm mát động cơ đồng thời làm mát dầu bôi trơn, nhiệt độ dầu được hạ xuống, từ đó cải thiện hiệu suất bôi trơn và kéo dài tuổi thọ của các chi tiết máy.
2.2.3 Hệ thống làm mát bằng nước
Hệ thống làm mát bằng nước được chia ra nhiều kiểu khác nhau như làm mát bằng nước kiểu bốc hơi, kiểu đối lưu tự nhiên, kiểu tuần hoàn cưỡng bức và làm mát ở nhiệt độ cao Mỗi kiểu làm mát đều có những ưu nhược điểm riêng và thích hợp cho từng điều kiện làm việc của từng động cơ.
2.2.3.1 Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi
Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi là loại đơn giản nhất Hệ thống này không cần bơm, quạt
Bộ phận chứa nước có hai phần- khoang nước bao quanh thành xilanh, khoang nắp xilanh và thùng chứa nước bay hơi ở phía trên
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống như sau:
Hình 2.3: Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi [1]
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;
Trong quá trình động cơ hoạt động, nước quanh buồng cháy sôi lên ở các vùng nước nóng lân cận Do nước sôi có mật độ thấp hơn nên chúng nổi lên trên bề mặt nước và bay hơi ra ngoài không khí Nước lạnh có mật độ cao hơn sẽ chìm xuống, nhường chỗ cho nước nóng ở phía trên tiếp tục nổi lên, từ đó hình thành lưu động đối lưu tự nhiên giúp tuần hoàn và làm mát nước trong hệ thống.
12 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 hệ thống làm mát bằng bốc hơi nước, lượng nước trong thùng giảm nhanh nên phải bổ sung nước thường xuyên và kịp thời Do tính chất tiêu hao nước cao, hệ thống này không phù hợp cho động cơ trên phương tiện vận tải, nơi yêu cầu vận hành ổn định và liên tục.
Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi có kết cấu đơn giản và đặc tính đối lưu linh hoạt, cho phép bố trí và bảo dưỡng dễ dàng Vì vậy, hệ thống này được dùng cho các động cơ đốt trong kiểu xilanh nằm ngang, đặc biệt là 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
2.2.3.2 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên
Trong hệ thống làm mát đối lưu tự nhiên, nước lưu động nhờ sự chênh lệch áp lực giữa hai cột nước nóng và lạnh mà không cần bơm Cột nước nóng nằm ở khu vực động cơ, nơi nhiệt độ cao làm nước nóng lên, còn cột nước lạnh ở thùng chứa hoặc trong két nước ở khu vực thấp áp suất hơn Sự khác biệt về áp lực giữa hai cột nước tạo ra dòng chảy tự nhiên, đẩy nước từ vùng nóng sang vùng lạnh và hình thành vòng tuần hoàn liên tục Nhờ đó hệ thống vẫn được làm mát hiệu quả mà không cần dùng máy bơm thêm.
Hình 2.4: Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên [1]
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 cơ
Khảo sát về hệ thống làm mát động cơ 1TR-FE
Két làm mát động cơ 1TR-FE gồm bình chứa nước phía trên và bình chứa nước phía dưới được nối với nhau bằng các ống nhôm mỏng có tiết diện dẹt, bố trí thành hàng với các cột thẳng hàng và có cánh tản nhiệt ở bên ngoài để tăng khả năng tản nhiệt; loại ống tiết diện dẹt có sức cản không khí thấp và diện tích tản nhiệt lớn hơn khoảng 2–3 lần so với ống tròn, giúp tăng hiệu quả làm mát, nhưng loại ống này không bền bằng ống tròn và khó sửa chữa; đường ống từ bơm nước đi vào bình chứa nước phía trên có đường kính Ф=40 mm, trong khi đường ống ở khoang phía dưới đi vào động cơ có đường kính Ф=35 mm.
Hình 2.19: Két cấu két nước [2]
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
Nguyên lý làm việc của két:
Trong quá trình hoạt động, nhiệt lượng sinh ra từ quá trình cháy được truyền vào nước làm mát, làm nước nóng lên và được bơm áp lực đẩy lên bình chứa ở phía trên két nước Tại đây, nước nóng tiếp tục trao đổi nhiệt với các ống và thành ống của hệ thống làm mát, nhiệt từ nước được truyền qua thành ống đến các cánh tản nhiệt và thoát ra môi trường nhờ luồng khí, cánh tản nhiệt tăng cường khả năng truyền nhiệt Sau khi đã trao đổi nhiệt, nước được làm mát và chảy xuống bình chứa ở phía dưới két nước, đi theo đường ống quay về làm mát động cơ và các bộ phận khác.
Bơm nước làm mát có chức năng hút nước nguội từ thùng dưới của két giải nhiệt và đẩy nước tới các mạch vào bọng nước trong động cơ để làm mát, duy trì nhiệt độ động cơ ở mức tối ưu Đối với động cơ 1TR-FE, bơm nước cung cấp nước tuần hoàn cho hệ thống làm mát với lưu lượng và áp suất xác định, đảm bảo dòng nước lưu thông liên tục qua két giải nhiệt, các ống dẫn và bọng nước để giữ động cơ vận hành ổn định.
Bơm nước phải cung cấp đủ lưu lượng cho vòng tuần hoàn và đảm bảo tạo được áp suất cột nước 12 m Bên cạnh đó, bơm nước cần làm việc ổn định với kết cấu gọn nhẹ và phù hợp với từng loại động cơ Những yêu cầu trên phối hợp để đảm bảo hệ thống vận hành hiệu quả, tin cậy và dễ lắp đặt.
Máy bơm nước được dẫn động bằng đai V (đai thang có răng), nhằm tạo dòng tuần hoàn nước làm mát cho hệ thống làm mát và bộ sưởi ấm Rôto và thân máy bơm có vòng bít (phớt làm kín) để chống rò rỉ nước.
Hình 2.20: Kết cấu bơm nước [2]
Trong quá trình lắp ráp bơm nước, các thành phần chủ chốt gồm Puli bơm nước kết nối động cơ, lổ ren và đai ốc cố định, miếng đệm tạo kín khít, then bán nguyệt và vú mở hỗ trợ căn chỉnh dòng nước, bánh công tác đảm nhận nhiệm vụ đẩy nước, bulong cố định các chi tiết lại với nhau, buồng đẩy và buồng hút phân tách thành hai ngăn cho quá trình bơm, trục bơm truyền động quay và dẫn nước từ buồng hút sang buồng đẩy, vòng phớt ngăn rò rỉ giữa trục và vỏ, ổ bi nâng đỡ và làm mượt chuyển động của trục, vòng chặn định vị các bộ phận và thâm bơm bảo vệ cấu trúc hệ thống.
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 bằng đai dẫn đến trục bơm quay Trục bơm quay khiến bánh công tác quay và được ngâm trong nước Lượng nước tích tụ nằm trong các rãnh giữa các cánh của bánh công tác dưới tác dụng của lực ly tâm.
Trong bơm ly tâm, lực ly tâm đẩy nước ra khỏi vùng nằm ngoài đường kính bánh công tác Không gian xả có dạng hình xoắn ốc, với chiều mở của hình xoắn ốc đồng nhất với chiều quay của bơm Khi nước tới không gian xả, vận tốc dòng chảy giảm dần khiến áp suất dòng chảy tăng lên Khu vực tại miệng đẩy, nối với cửa phân phối nước vào thân máy, có áp suất cao nhất Khi nước trong rãnh bị phóng ra xa tâm quay, phần gần tâm quay tạo ra chân không (áp suất hút), hút nước từ miệng hút, liên thông với khoang dưới két nước và với đường ống nối tắt của van hằng nhiệt.
Van hằng nhiệt có nhiệm vụ tự động khống chế lưu lượng nước làm mát qua két nước khi nhiệt độ động cơ chưa đạt mức quy định, đồng thời rút ngắn thời gian làm ấm máy Ở động cơ 1TR-FE, van hằng nhiệt có hai loại: loại có van chuyển dòng và loại không có van chuyển dòng Xi lanh bên trong van hằng nhiệt được đẩy bởi sự dịch chuyển của sáp trong xi lanh, và sự dịch chuyển này làm van chính mở ra để điều tiết lưu lượng nước làm mát đi qua két nước, từ đó duy trì nhiệt độ thích hợp Van chuyển dòng hoạt động cùng với van chính: khi van chính mở, van chuyển dòng đóng.
Hình 2.21: Kết cấu của van hằng nhiệt [2]
1- thân van hằng nhiệt; 2-ống chuyển; 3-ống nhánh 3 nối với bơm; 4- Lò xo van chuyển; 5- Lò xo van chính; 6- Lõi; 7-chất độn rắn; 8-ống bọc; 9-đệm cao su; 10- ống nhánh từ bộ tản nhiệt; 11-van chính; 12-van chuyển
Phần tử nhạy nhiệt của van hằng nhiệt được cấu thành từ ống bọc 8 (hình 2.21) và đệm cao su 9; giữa hai thành phần này là chất độn rắn, bên trong đệm cao su có lõi 6 bắt chặt vào trụ van chính 11 của van hằng nhiệt.
Khi nhiệt độ chất lỏng làm mát hạ xuống dưới 80°C, van chính đóng lại (hình 2.21a), và chất lỏng chỉ lưu thông theo chu trình hẹp gồm các thành phần: bơm nước, áo nước làm mát, ống chuyển 2, van chuyển 12 và ống nhánh 3 nối với bơm.
Khi nhiệt độ nước làm mát cao hơn 94 o C, Sáp nóng chảy và trong khi giãn nở, chuyển đẩy các van 11 và 12 lên trên Chất lỏng bắt đầu ra khỏi bơm (hình 2.21b) Lúc nhiệt độ hâm nóng nằm giữa 2 giai đoạn nới trên, chất lỏng sẽ đi qua cả hai van
Quạt gió dùng để tạo dòng khí đi qua giàn ống và cánh tản nhiệt của két làm mát để tăng khả năng tản nhiệt cho két Quạt gió làm tăng tốc độ lưu động của không khí đi qua két làm mát khiến cho hiệu quả làm mát cao hơn