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
Một động cơ hoạt động hiệu quả nhờ sự phối hợp nhịp nhàng của 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 nhiều vào hiệu quả làm việc của những hệ thống này, trong đó hệ thống làm mát đóng vai trò quan trọng hàng đầu để duy trì nhiệt độ làm việc ở mức an toàn và ổn định Vì vậy, bảo dưỡng định kỳ và tối ưu hệ thống làm mát là yếu tố thiết yếu để tối ưu hiệu suất động cơ.
Do đó đề tài “KHẢO SÁT, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG
CƠ 1TR – FE là nền tảng thiết essential cho quá trình học tập, giúp sinh viên đi từ bước tìm hiểu đến tính toán, thiết kế và thi công mô hình, từ đó mang lại kiến thức sâu sắc hơn về hệ thống Quá trình này không chỉ củng cố kiến thức lý thuyết mà còn phát triển kỹ năng phân tích và giải quyết bài toán thực tế, tăng cường tự tin khi làm việc với các hệ thống phức tạp Việc áp dụng chuỗi bước từ nghiên cứu và mô phỏng đến thi công mô hình giúp sinh viên tiếp cận cả khía cạnh lý thuyết và thực tiễn một cách có hệ thống, tối ưu hóa quá trình học tập và nâng cao kết quả học tập cũng như triển vọng nghề nghiệp.
Tình hình nghiên cứu
Một số đề tài trong nước có liên quan:
Khảo sát hệ thống làm mát động cơ TOYOTA 1TR-FE là chủ đề chính của nghiên cứu do tác giả Lê Ngọc Nhật thực hiện tại Trường Đại học Đà Nẵng và xuất bản năm 2007 Nội dung đề tài thực hiện bao gồm khảo sát kết cấu động cơ và hệ thống làm mát động cơ 1TR-FE, nhằm làm rõ các đặc điểm kỹ thuật và nguyên lý vận hành của hệ thống làm mát, từ đó phục vụ công tác bảo dưỡng và nâng cao hiệu suất của động cơ TOYOTA 1TR-FE.
- 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, công bố công trình vào năm 2008 tập trung khảo sát kết cấu động cơ và hệ thống làm mát của động cơ YC4G170-20 Đề tài phân tích chi tiết kết cấu cơ khí của động cơ và các đặc tính của hệ thống làm mát, nhằm làm rõ vai trò của thiết kế và vận hành đối với hiệu suất, độ bền và tuổi thọ của YC4G170-20 Bài viết cung cấp cái nhìn tổng quan về quá trình khảo sát và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng tới hoạt động của động cơ trong thực tế.
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 Narasimhulu; N Naveen Hindustan University, 01/2015
- 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
Nhóm hướng tới việc vận dụng có hiệu quả những kiến thức đã học từ các môn học để phân tích hệ thống làm mát trên ô tô, và tiến hành nghiên cứu sâu với động cơ 1TR-FE làm đối tượng chính Các mục tiêu nghiên cứu được đặt ra nhằm làm rõ nguyên lý hoạt động và cấu trúc của hệ thống làm mát, đánh giá hiệu suất làm mát và độ tin cậy của động cơ dưới các điều kiện nhiệt độ và tải khác nhau, đồng thời đề xuất biện pháp tối ưu hóa luồng nước làm mát để nâng cao hiệu suất vận hành và tuổi thọ của động cơ 1TR-FE.
- 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
Bài viết trình bày quá trình thiết kế và chế tạo một mô hình hệ thống làm mát cho động cơ đốt trong dựa trên các nghiên cứu lý thuyết về động cơ 1TR-FE Phương pháp nghiên cứu kết hợp phân tích lý thuyết với thử nghiệm thực tế nhằm tối ưu hiệu suất làm mát và đáp ứng điều kiện vận hành của động cơ Đồng thời, bài viết đề xuất phương án chuyển đổi quạt làm mát từ dẫn động cơ khí sang điều khiển bằng điện với hai chế độ hoạt động, nhằm tăng tính linh hoạt và tiết kiệm nhiên liệu Kết quả cho thấy mô hình hệ thống làm mát phù hợp với đặc tính nhiệt của động cơ 1TR-FE và khả năng triển khai hai chế độ điều khiển điện cho quạt làm mát mang lại sự kiểm soát lưu lượng gió tốt hơn và hiệu quả làm mát được cải thiện.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:
Tiến hành tìm kiếm và rà soát kỹ lưỡng các tài liệu liên quan đến đối tượng nghiên cứu, tham khảo các công trình nghiên cứu tương tự để có căn cứ xây dựng các phương án nghiên cứu phù hợp Việc phân tích và so sánh các kết quả từ những nghiên cứu trước giúp xác định những khoảng trống và lựa chọn phương pháp phù hợp, đồng thời tối ưu hóa chi phí và nâng cao hiệu quả nghiên cứu.
- 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 ;
Đã thiết kế và chế tạo thành công một mô hình hệ thống làm mát động cơ đốt trong, thể hiện khả năng làm mát và kiểm soát nhiệt độ được tối ưu hóa trong điều kiện mô phỏng Mô hình này chuyển đổi quạt làm mát từ dẫn động bằng trục khuỷu - dây đai sang dẫn động điện hai chế độ, mang lại sự linh hoạt và dễ kiểm soát vận hành Với giải pháp dẫn động điện, hệ thống có thể điều chỉnh tốc độ quạt theo yêu cầu làm mát và tiết kiệm năng lượng, phù hợp cho nghiên cứu và ứng dụng thực tế trong thiết kế ô tô và xe máy.
TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP
Giới thiệu chung về động cơ 1TR-FE
Động cơ 1TR-FE lắp trên xe Innova của Toyota là động cơ xăng 4 xy-lanh thẳng hàng thế hệ mới, dung tích 2,0 lít, trang bị trục cam kép DOHC 16 van và dẫn động bằng xích với hệ thống van nạp biến thiên thông minh VVT-i Động cơ đạt công suất 100 kW tại 5.600 vòng/phút, có hệ thống đánh lửa trực tiếp điều khiển bằng điện tử và hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp được ECU điều khiển.
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 hệ thống xupap luôn duy trì khe hở bằng 0 nhờ áp lực dầu và lực của lò xo Nắp quy lát được đúc bằng hợp kim nhôm nhẹ, giúp giảm trọng lượng và tăng độ bền Các trục cam được phân bố trên đầu quy lát, tối ưu hóa phân bổ lực và vận hành của động cơ Thân máy giống các động cơ cổ điển nhưng có những cải tiến nhằm nâng cao hiệu suất và độ tin cậy.
6 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
Ở nhiệt độ lên tới 2000°C hoặc cao hơn, các chi tiết động cơ rất nóng; tuy nhiên vách xi lanh không được nóng quá 260°C Nhiệt độ vượt ngưỡng này là nguyên nhân làm cấu trúc dầu bôi trơn bị phá vỡ, mất khả năng bôi trơn và khiến các chi tiết động cơ khác bị hư hỏng Để phòng ngừa hiện tượng này, hệ thống làm mát được thiết kế để triệt tiêu một phần nhiệt thừa, chiếm khoảng một phần ba lượng nhiệt sinh ra trong buồng đốt Hệ thống làm mát giúp động cơ vận hành hiệu quả ở mọi điều kiện và tốc độ, đồng thời làm cho nhiệt độ làm việc trở về bình thường nhanh nhất khi bắt đầu khởi động vào mùa đông giá rét và cung cấp nguồn nhiệt sưởi ấm cho khoang hành khách.
Hầu hết các động cơ ô tô sử dụng hệ thống làm mát bằng dung dịch chất lỏng Trong động cơ có áo nước, một khoang bao quanh xy lanh và buồng đốt để hấp thụ nhiệt từ quá trình làm việc và giữ nhiệt độ ở mức tối ưu Khi động cơ hoạt động, bơm nước bơm tuần hoàn dung dịch làm mát qua áo nước, từ đó hấp thu nhiệt và đưa tới bộ tản nhiệt Tại bộ tản nhiệt, dung dịch nóng được làm mát trước khi quay trở lại động cơ, tiếp tục chu trình làm mát để duy trì hiệu suất và tuổi thọ của động cơ.
Hệ thống làm mát động cơ gồm năm thành phần cơ bản hoạt động đồng bộ để kiểm soát nhiệt độ và ngăn động cơ quá nóng: áo nước, bơm nước, van hằng nhiệt, dàn tản nhiệt và quạt gió Dòng dung dịch làm mát luân chuyển từ bơm nước qua đầu xilanh hoặc thân máy, lên nắp máy hoặc xuống nóc dàn tản nhiệt tùy theo thiết kế hệ thống; có những động cơ vận hành theo chiều ngược lại để tối ưu luồng dung dịch Vị trí của van hằng nhiệt được bố trí dựa trên hướng chảy của dung dịch làm mát nhằm điều chỉnh lưu lượng và nhiệt độ Dòng không khí chạy qua bộ tản nhiệt mang đi lượng nhiệt thừa giúp phòng ngừa động cơ bị quá nóng Nước làm mát có thể đóng băng ở 0 độ C khi nhiệt độ xuống dưới ngưỡng, ảnh hưởng đến hiệu suất làm mát.
Chỉ dùng nước để làm mát động cơ có thể dẫn đến đóng băng khi nhiệt độ xuống dưới 0°C Việc đóng băng làm tắc nghẽn hệ thống tuần hoàn và khiến động cơ bị quá nhiệt.
Nước sẽ nở thêm khoảng 9% thể tích khi bị đóng băng, làm nứt vỡ các chi tiết của hệ thống làm mát và động cơ; vì vậy cần trộn thêm chất chống đóng băng cho dung dịch làm mát Chất chống đóng băng được dùng phổ biến nhất là Ethylene glycol Dung dịch làm mát pha chất chống đóng băng theo tỉ lệ 50:50 được khuyến nghị cho hầu hết các động cơ ô tô, giúp dung dịch không bị đóng băng ở nhiệt độ -37°C Dung dịch có 70% chất chống đóng băng có thể chịu được nhiệt độ xuống tới -64°C Lưu ý, hỗn hợp dung dịch làm mát có tỉ lệ chất chống đóng băng vượt quá 70% không nên sử dụng vì điểm đóng băng có thể quay trở lại ở -23°C.
Việc khuyến khích sử dụng dung dịch làm mát có tỉ lệ chất chống đóng băng tương đương theo tỉ lệ 50:50 mang lại ba lý do cơ bản sau đây: thứ nhất, giữ cho nhiệt độ làm mát ở mức ổn định và ngăn ngừa đóng băng hoặc quá nhiệt cho động cơ; thứ hai, cân bằng giữa điểm đóng băng và điểm sôi, giúp hệ thống làm mát hoạt động hiệu quả ở nhiều điều kiện vận hành; thứ ba, tăng cường khả năng chống ăn mòn và bảo vệ các vật liệu kim loại, gioăng và các bộ phận khác khỏi hư hại do dung dịch làm mát, từ đó gia tăng 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
- Nó bảo vệ cho phần kim loại trong hệ thống làm mát không bị đóng cặn
Chất chống đóng băng trong dung dịch làm mát còn chứa các chất phụ gia quan trọng như chất ức chế ăn mòn và chất ức chế tạo bọt Chất ức chế ăn mòn giúp giảm ăn mòn và gỉ sét trên các chi tiết kim loại, đồng thời hình thành một lớp màng bảo vệ làm giảm sự truyền nhiệt từ kim loại sang dung dịch làm mát Trong động cơ, có những vùng dễ bị ăn mòn khiến dung dịch làm mát có thể 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% được cho là giúp đảm bảo hệ thống làm mát có đủ hàm lượng chất ức chế ăn mòn Chất ức chế tạo bọt ngăn dung dịch làm mát sinh khí bọt khi lưu thông qua bơm nước; bọt khí này làm giảm sự dẫn nhiệt của dung dịch và nếu lượng bọt quá nhiều, hệ thống làm mát sẽ kém hiệu quả và động cơ có nguy cơ quá nhiệt Màu của chất đóng băng thường được nhuộm xanh để dễ phân biệt và cũng giúp nhận diện rò rỉ hệ thống làm mát nhanh chóng.
Chất ức chế ăn mòn và chất tạo bọt khi đã sử dụng một thời gian sẽ dần mất đi hiệu quả, làm giảm khả năng bảo vệ hệ thống làm mát và gây hình thành bọt trong dung dịch Để duy trì hiệu quả làm mát và tăng tuổi thọ cho động cơ, các nhà sản xuất xe thường khuyến cáo thay thế dung dịch làm mát mỗi 2 năm một lần.
Có hai loại chất chống đóng băng Ethylene-glycol: high silicate và low silicate
Hầu hết các động cơ ô tô sử dụng loại chất chống đóng băng high silicate Nó có tác dụng bảo vệ các chi tiết bằng hợp kim nhôm Chất chống đóng băng low silicate thường sử dụng trong các động cơ của các loại xe tải trọng lớn Chất chống đóng băng khuyến cáo sử dụng được ghi trong các quyển owners manual cho mỗi loại xe đang được sử dụng hiện nay
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 truyền cho các chi tiết tiếp xúc với khí cháy như: piston, xecmăng, xupap, nắp xilanh, thành xilanh chiếm khoảng 25 35 % nhiệt lượng do nhiên liệu cháy toả ra Vì vậy các chi tiết đó thường bị đốt nóng mãnh liệt-nhiệt độ đỉnh pittông có thể lên tới 600 o C, còn nhiệt độ của nấm xupap có thể lên 900 o C [1] Nhiệt độ của các chi tiết máy cao gây ra những hậu quả xấu như:
- 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 phát sinh hiện tượng cháy kích nổ, vì vậy hệ thống làm mát động cơ có nhiệm vụ truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháy tới môi chất làm mát để duy trì nhiệt độ của các chi tiết ở mức tối ưu, tránh quá nóng hoặc quá nguội Động cơ quá nóng sẽ gây ra các hiện tượng xấu, còn làm mát quá mức khiến nhiệt lượng thất thoát cho dung dịch làm mát nhiều, nhiệt lượng sinh công giảm và hiệu suất nhiệt giảm; nhiệt độ động cơ thấp cũng ảnh hưởng đến chất lượng dầu bôi trơn, làm cho độ nhớt tăng và dầu khó lưu động, từ đó tăng tổn thất cơ giới và ma sát, ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế và công suất động cơ Động cơ 1TR-FE có hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức.
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 có nhiệm vụ chính là làm mát động cơ và duy trì nhiệt độ ổn định trong suốt quá trình làm việc Nó cũng rút ngắn thời gian chạy ấm máy, đưa động cơ nhanh chóng đạt đến nhiệt độ làm việc Bên cạnh đó, hệ thống còn làm mát cho máy nén khí để tăng hiệu suất làm việc của máy nén khí Đường nước làm mát cho máy nén khí được lấy từ đường nước chính của hệ thống làm mát động cơ.
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 hệ thống bôi trơn động cơ, dầu bôi trơn tiếp xúc trực tiếp với các chi tiết máy có nhiệt độ cao như cò mổ, đuôi xupáp và piston Để duy trì nhiệt độ làm việc của dầu ở mức ổn định, giữ độ nhớt ít thay đổi và đảm bảo khả năng bôi trơn, cần làm mát dầu bôi trơn Đường dầu bôi trơn được khoan song song với đường nước làm mát động cơ, nhằm để nước làm mát động cơ đồng thời làm mát cho dầu bôi trơn và hạ nhiệt độ của dầu.
2.2.3 Hệ thống làm mát bằng nước
Hệ thống làm mát bằng nước được chia thành nhiều kiểu như làm mát bằng nước kiểu bốc hơi, đối lưu tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức và làm mát ở nhiệt độ cao Mỗi kiểu có ưu nhược điểm riêng và thích hợp với từng điều kiện làm việc của động cơ; ví dụ, làm mát kiểu bốc hơi cho khả năng làm mát cao và hiệu quả ở tải lớn nhưng yêu cầu hệ thống phức tạp và bảo dưỡng khó khăn Làm mát kiểu đối lưu tự nhiên thì đơn giản, ít tốn kém và phù hợp với động cơ nhỏ hoặc tải nhẹ, nhưng khả năng làm mát bị giới hạn Làm mát bằng nước theo kiểu tuần hoàn cưỡng bức cho hiệu suất ổn định và kiểm soát nhiệt độ tốt hơn, trong khi làm mát ở nhiệt độ cao phù hợp với các động cơ công suất lớn hoặc điều kiện vận hành đặc thù.
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;
Khi động cơ làm việc, nước quanh buồng cháy bắt đầu sôi Nước sôi có mật độ thấp hơn nên nổi lên trên mặt thoáng của thùng chứa và thoát hơi ra ngoài không khí Nước lạnh có mật độ lớn hơn sẽ chìm xuống để nhường chỗ cho nước nóng nổi lên, từ đó hình thành lưu động đối lưu tự nhiên trong hệ thống.
4 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
Khảo sát về hệ thống làm mát động cơ 1TR-FE
Kết cấu két làm mát động cơ 1TR-FE gồm bình chứa nước phía trên và bình chứa nước phía dưới được liên thông với nhau bằng các ống mỏng bằng nhôm có tiết diện dẹt, bố trí thành một hàng với các cột thẳng hàng Các ống này có cánh tản nhiệt ở bên ngoài nhằm tăng khả năng tản nhiệt Ưu điểm của loại ống có tiết diện dẹt là ít cản trở không khí 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 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:
Khi động cơ hoạt động, nhiệt sinh ra từ quá trình cháy truyền ra môi trường và làm nước làm mát trong động cơ nóng lên Dưới áp lực của bơm nước, nước nóng được đẩy lên bình chứa ở phía trên của két nước; từ đây nước nóng lưu thông qua các ống của két nước và tỏa nhiệt qua thành ống, nhiệt được truyền tới các cánh tản nhiệt và ra môi trường không khí, nhờ cánh tản nhiệt mà quá trình truyền nhiệt được tăng lên Sau khi trao đổi nhiệt với môi trường, nước được làm lạnh và giảm nhiệt độ, rồi chảy xuống bình chứa phía dưới két nước, theo đường ống quay trở lại làm mát động cơ và các bộ phận khác, khép vòng tuần hoàn của hệ làm mát.
Bơm nước hút nước lạnh từ đáy két giải nhiệt và đẩy nước tới các mạch làm mát bên 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 là cung cấp đủ lưu lượng cho vòng tuần hoàn và đảm bảo áp suất cột nước 12 m, đồng thời bơm nước phải vận hành ổn định với kết cấu gọn nhẹ phù hợp cho từng loại động cơ.
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 được trang bị vòng bít (phớt làm kín) để ngăn ngừa rò rỉ và tăng độ tin cậy khi vận hành.
Hình 2.20: Kết cấu bơm nước [2]
1-Puli bơm nước; 2-Lổ ren; 3- đai ốc; 4-miếng đệm; 5-then bán nguyệt; 6-vú mở;
7-bánh công tác; 8-bulong; 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; do đó bánh công tác quay và có thể ngâm trong nước Lượng nước nằm trong các rãnh giữa các cánh của bánh công tác dưới tác dụng của áp lực nước.
4 ,3 ỉ26 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, và chiều mở của hình xoắn ốc đồng nhất với chiều quay của bơm Khi nước ra đến không gian xả, vận tốc dòng nước giảm dần khiến áp suất dòng chảy tăng lên Vị trí tại miệng đẩy nối với cửa phân phối nước vào thân máy có áp suất cao nhất Khi nước trong rãnh bị văng ra xa tâm quay, khu vực gần tâm quay tạo ra chân không (áp suất hút), hút nước từ miệng hút và liên thông với khoang dưới két nước cũng như với không gian đường ống nối tắt của van hằng nhiệt.
Van hằng nhiệt tự động khống chế lưu lượng nước làm mát qua két nước khi nhiệt độ động cơ chưa đạt tới mức làm việc, đồng thời rút ngắn thời gian làm ấm máy Trong động cơ 1TR-FE có hai loại van hằng nhiệt: loại có van chuyển dòng và loại không có van chuyển dòng Xi lanh trong van hằng nhiệt được di chuyển nhờ sự mở rộng của sáp bên trong xilanh, và sự dịch chuyển này làm cho van chính mở ra để điều tiết lưu lượng nước làm mát đi qua két nước, duy trì nhiệt độ phù 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-
Phần tử nhạy nhiệt của van hằng nhiệt gồm ống bọc 8 (hình 2.21) và đệm cao su 9; giữa các thành của chúng là chất độn rắn Bên trong miếng đệm cao su có lõi 6 bắt chặt vào trụ van chính 11 của van hằng nhiệt.
Khi nhiệt độ chất lỏng làm mát xuống dưới 80°C, van chính đóng lại (hình 2.21a), khiến chất lỏng chỉ lưu thông qua chu trình hẹp gồm 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 vượt quá 94 °C, sáp nóng chảy và quá trình giãn nở đẩy các van 11 và 12 lên trên Lúc này chất lỏng bắt đầu thoát khỏi bơm, như minh họa trong 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 được lắp đặt để tạo dòng khí đi qua giàn ống và cánh tản nhiệt của két làm mát, từ đó tăng khả năng tản nhiệt cho hệ két Nhờ quạt gió đẩy luồng không khí qua két, tốc độ lưu động của không khí được nâng lên, giúp quá trình làm mát diễn ra hiệu quả hơn.
Quạt gió dùng trong hệ thống làm mát của động cơ 1TR-FE là loại quạt hướng trục
Hiệu suất làm việc của quạt phụ thuộc vào số vòng quay và các đặc điểm kết cấu như số cánh, chiều dài, chiều rộng và góc nghiêng của quạt, cùng với khoảng cách từ quạt đến két nước; những yếu tố này quyết định lưu lượng gió, áp suất và hiệu quả làm mát của hệ thống Để tối ưu hiệu suất quạt và vòng làm mát, cần cân nhắc đồng thời số vòng quay, thiết kế cánh quạt và vị trí quạt so với két nước, nhằm tạo luồng gió trực tiếp đến két nước và tối ưu hóa sự trao đổi nhiệt.
Hình 2.22: Kết cấu quạt gió động cơ 1TR-FE [2]
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- Bulong; 12- Cánh tản nhiệt; 13- Cánh quạt gió; 14- Bầu quạt; 15-
Quạt gió sử dụng trong động cơ 1TR-FE có kết cấu đơn giản, gồm 7 cánh bằng nhựa được đúc liền với bầu quạt Quạt được dẫn động bằng đai từ trục khuỷu động cơ và lắp cố định trên trục của nó Trên trục có đầu lắp quạt gió, đầu kia lắp puly dẫn động, trên puly có rãnh lắp đai để truyền động từ trục khuỷu đến quạt Quạt gió được gắn vào khớp chất lỏng Tốc độ quạt được điều khiển bởi khớp chất lỏng, phụ thuộc vào nhiệt độ không khí qua két nước.