nhiệt của động cơ thấp, ngoài ra do nhiệt độ động cơ thấp ảnh hưởng đến chất lượng dầu bôi trơn,độ nhớt của dầu bôi trơn tăng, dầu bôi trơn khó lưu động vì vậy làm tăng tổn thất cơ giới
GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ DAEWOO-DE12TIS
giới thiệu chung
Động cơ DE12TI là một trong những động cơ Diesel bốn kỳ, sáu xilanh thẳng hàng hiện đại và được sử dụng rộng rải hiện nay Động cơ được lắp trên xe bus DAEWOO 49 chỗ.
Xe DAEWOO có công thức lốp 4x2 là loại dùng chở khách, chủ yếu chạy trong đường thành thị Xe có kết cấu cứng vững, độ bền và độ tin cậy cao, đầy đủ tiện nghi cho người sử dụng đảm bảo an toàn, kết cấu, hình dáng bên ngoài và nội thất có tính mỹ thuật tương đối cao Được nhập và sử dụng phổ biến ở Việt Nam trong những năm gần đây.
Với trình độ kỹ thuật sản xuất tiên tiến của hãng DAEWOO đã cho ra đời loại động cơ DE12TIS Hệ thống làm mát, hệ thống bôi trơn đều được trang bị đầy đủ và tối ưu Với hệ thống làm mát bằng nước cưỡng bức một vòng tuần hoàn kín và hệ thống bôi trơn cưỡng bức. Động cơ này do hãng DAEWOO Hàn Quốc sản xuất và được nhà máy sản xuất và lắp ráp ôtôChu Lai Trường Hải nhập về lắp trên xe Bus 49 chỗ ngồi.
Nguyên lý làm việc và kết cấu động cơ DAEWOO-DE12TIS
Động cơ DAEWOO-DE12TIS hoạt động được chia ra làm bốn kỳ rõ ràng:
Không khí được hút vào xilanh trong kỳ nạp Như trong động cơ xăng, piston khi đi từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dưới (ĐCD) tạ ra độ chân không trong xilanh, xupáp nạp mở ra và cho phép không khí sạch đi vào xylanh Xupáp xả đóng trong kỳ nạp.
Trong kỳ nén, piston đi từ điểm chết dưới (ĐCD) lên điểm chết trên (ĐCT) Lúc này cả hai xupáp nạp và xả đều đóng Không khí được hút vào trong xilanh ở kỳ nạp bị nén lại cho đến khi áp suất tăng lên xấp xỉ 30 (kg/cm ) và nhiệt độ của nó tăng lên khoảng 500 đến 800 2 o C.
+ Kỳ cháy giãn nở sinh công:
Kỳ này xảy ra khi piston đi từ điểm chết trên (ĐCT) xuống (ĐCD) khi cả hai xupáp xả và nạp đều đóng kín, nó gồm quá trình cháy và quá trình giãn nở Không khí trong xilanh được nén vào trong buồng cháy xoáy lốc được đặt ở trên đỉnh của mỗi buồng cháy Ở cuối kỳ nén, vòi phun sẽ phun nhiên liệu ở dạng sương mù vào trong buồng cháy và hỗn hợp không khí-nhiên liệu sẽ bắt cháy do nhiệt độ tạo ra khi nén Cả áp suất và nhiệt độ tăng lên đột ngột và phần nhiên liệu còn lại trong buồng cháy xoáy lốc sẽ được phun ngược trở lại vào buồng cháy chính nằm ở trên piston Điều đó sẽ xé nhiên liệu thành các hạt nhỏ hơn và làm cho nó hoà trộn với không khí bên trong buồng cháy chính để bốc cháy được nhanh hơn Năng lượng của sự cháy nhanh chóng giãn nở đẩy piston đi xuống Lực đẩy piston thông qua thanh truyền và trục khuỷu được chuyển hoá thành chuyển động quay và tạo ra năng lượng cho ô tô.
Khi piston được ấn xuống đến điểm chết dưới (ĐCD), xupáp xả mở ra và khí cháy sẽ theo đó thoát ra ngoài khi piston đi lên Khí cháy sẽ thoát ra hoàn toàn khi piston đi lên đến điểm chết trên và chu kỳ lại bắt đầu Khi động cơ hoàn thành 4 kỳ trục khuỷu quay 2 vòng và tạo ra công suất. Đó là một chu kỳ làm việc của động cơ Diesel.
Kết cấu của động cơ DAEWOO-DE12TIS.
Hình 1.1: Mặt cắt ngang động cơ DE12TIS.
1- Lọc dầu; 2- Khối xilanh; 3- Bơm nhiên liệu; 4- Máy phát điện; 5- Làm mát dầu; 6- Nước làm mát đường ống thải; 7- Vòi phun nhiên liệu; 8- Cò mỗ; 9- Nắp đậy; 10- Nắp máy; 11- Đường ống thải; 12- Xecmăng; 13- Tuabin tăng áp;
14- Sọt hút dầu bôi trơn
Hình 1.2: Mặt cắt dọc động cơ DE12TIS.
1- Bơm nước; 2- Piston; 3- Xupap nạp; 4- Xupap xả; 5- Máy nén không khí;
6- Bình lọc không khí; 7- Nắp dậy giàn cò mổ; 8- Nắp máy; 9- Đũa đẩy;10- Thân máy; 11- Vỏ bánh đà;
12- Con đội; 13- Trục cam; 14- Bánh đà; 15- Trục khuỷu;
16- Phớt dầu; 17- Vành răng bánh đà; 18- Cácte; 19- Ống hút dầu; 20- Bơm dầu;
21- Bộ giảm rung; 22- Puly dẫn động.
CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ DE12TIS
Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Cách bố trí xi lanh
Thứ tự nổ Đường kính xi lanh
Số vòng quay ứng với công suất cực đại.
Tốc độ ứng với momen cực đại
Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất khi đầy tải
Chiều quay của động cơ
-Ngược chiều kim đồng hồ.
-Cưỡng bức kết hợp với vung té.
-Bằng nước kiểu tuần hoàn cưỡng bức.
(1368 x932 x 1151). mm mm cc kW vòng/ph
CƠ CẤU TRỤC KHUỶU THANH TRUYỀN
Trục khuỷu
Trục khuỷu là một trong những chi tiết máy quan trọng nhất, cường độ làm việc lớn nhất của động cơ đốt trong Công dụng của trục khuỷu là tiếp nhận lực tác dụng trên piston truyền qua thanh truyền và biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu để đưa công suất ra ngoài (dẫn động các máy công tác khác), trạng thái làm việc của trục khuỷu là rất nặng Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể, lực quán tính (quán tính chuyển động tịnh tiến và quán tính chuyển động quay) những lực này có trị số rất lớn thay đổi theo chu kỳ nhất định nên có tính chất va đập rất mạnh Ngoài ra các lực tác dụng nói trên còn gây ra hao mòn lớn trên các bề mặt ma sát của cổ trục và chốt khuỷu.Tuổi thọ của khuỷu trục, thanh truyền chủ yếu phụ thuộc vào tuổi thọ của trục khuỷu Có sức bền lớn, độ cứng vững lớn, trọng lượng nhỏ và ít mòn, có độ chính xác cao.
Không xảy ra hiện tượng dao động Kết cấu trục khuỷu phải đảm bảo tính cân bằng và đồng đều, dể chế tạo Đó là nói chung cho động cơ đốt trong còn xe DAEWOO nói riêng thì có các thành phần như sau: Trục khuỷu của động cơ DE12TIS được chế tạo gồm một khối liền, vật liệu chế tạo bằng thép cácbon có thành phần cácbon trung bình như các loại thép 40÷50, các bề mặt gia công đạt độ bóng cao Thứ tự làm việc các xi lanh 1-5-3-6-2-4
Hình 1.3: Kết cấu trục khuỷu động cơ DE12TIS
1- Cổ trụ khuỷu , 2- Chốt khuỷu, 3-Má khuỷu.
Thanh truyền
Thanh truyền là chi tiết nối piston với trục khuỷu hoặc guốc trượt của các piston (trong động cơ tỉnh tại tốc độ thấp) Nó có tác dụng truyền lực tác dụng trên piston xuống trục khuỷu, để làm quay trục khuỷu Khi động cơ làm việc, thanh truyền chịu tác dụng của các lực sau: lực khí thể trong xi lanh, lực quán tính chuyển động tịnh tiến của nhóm piston, lực quán tính của thanh truyền. Ngoài ra thanh truyền của động cơ DE12TIS được chế tạo bằng thép cácbon và thép hợp kim, thép cácbon được dùng rất nhiều vì giá thành rẻ dể gia công, đặc biệt gồm có các thành phần như
Mn, Ni,Vônphram, Tiết diện của thanh truyền có dạng chữ I, trên đầu to thanh truyền có khoan lỗ dầu để bôi trơn xilanh, bạc đầu to thanh truyền chế tạo hai nữa lắp ghép lại với nhau nắp đầu to thanh truyền lắp với thanh truyền nhờ hai bulông
Hình 1.4: Kết cấu thanh truyền động cơ DE12TIS.
1,2-Thân thanh truyền, 3- Nắp đầu to, 4- Bulông đầu to,
5- Bạc đầu nhỏ, 6- Lỗ dẫn dầu bôi trơn, 7- Hai nửa bạc.
2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ
2.1 MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT.
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 của các chi tiết máy cao gây ra những hậu quả xấu như: làm giảm sức bền, tuổi thọ của các chi tiết máy, giảm độ nhớt của dầu bôi trơn nên làm tăng tổn thất ma sát Vì vậy cần thiết phải làm mát động cơ Hệ thống làm mát động cơ có nhiệm vụ thực hiện quá trình truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháy rồi đến môi chất làm mát để đảm bảo cho nhiệt độ của các chi tiết không quá nóng nhưng cũng không quá nguội Động cơ quá nóng sẽ gây ra các hiện tượng như đã nói, còn quá nguội tức là động cơ được làm mát quá nhiều vì vậy tổn thất nhiệt cho dung dịch làm mát nhiều, nhiệt lượng dùng để sinh công ít do đó hiệu suất nhiệt của động cơ thấp, ngoài ra do nhiệt độ động cơ thấp ảnh hưởng đến chất lượng dầu bôi trơn, độ nhớt của dầu bôi trơn tăng, dầu bôi trơn khó lưu động vì vậy làm tăng tổn thất cơ giới và tổn thất ma sát, ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế và công suất động cơ. Động cơ DE12TS có hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức, một vòng kín, nước tuần hoàn trong hệ thống nhờ bơm ly tâm được dẫn động từ trục khuỷu.
2.1.2 Yêu cầu của hệ thống làm mát: Đối với động cơ DAEWOO-DE12TIS cũng như các 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 0 C 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 NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT.
Hệ thống làm mát của động cơ DAEWOO-DE12TIS có nhiệm vụ làm mát động cơ, máy nén khí và làm mát dầu bôi trơn.
2.2.1 Làm mát động cơ và máy nén khí.
Hệ thống làm mát có nhiệm vụ chính là làm mát động cơ, bảo đảm động cơ có nhiệt độ ổn định trong suốt quá trình làm việc Ngoài ra, hệ thống cũng có nhiệm vụ không kém phần quan trọng đó là rút ngắn thời gian chạy ấm máy, nhanh chóng đưa động cơ đạt đến nhiệt độ làm việc Bên cạnh đó hệ thống làm mát còn làm mát cho máy nén khí nhằm tăng hiệu suất cho máy nén khí Đường nước làm mát máy nén khí được trích từ đường nước chính làm mát động cơ.
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.
- Dầu bôi trơn tiếp xúc trực tiếp với các chi tiết máy có nhiệt độ cao như cò mổ, đuôi xupáp, piston Để đảm bảo nhiệt độ làm việc của dầu ổn định, giữ độ nhớt dầu ít thay đổi và đảm bảo khả năng bôi trơn, vì vậy cần phải làm mát dầu bôi trơn Đường dầu bôi trơn được khoan song song với đường nước làm mát động cơ Khi nước làm mát động cơ đồng thời làm mát luôn cho dầu bôi trơn, nhằm hạ nhiệt độ cho dầu bôi trơn.
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 khác nhau và thích hợp cho từng điều kiện làm việc của từng động cơ.
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 (8), khoang nắp xilanh (5) và thùng chứa nước bay hơi (2) ở phía trên.
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống như sau:
Hình 2.1 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi.
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, tại những vùng nước bao xung quanh buồng cháy nước sẽ sôi Nước sôi có tỷ trọng bé hơn nên nổi lên trên mặt thoáng của thùng chứa để bốc hơi ra ngoài khí trời Nước nguội trong thùng chứa có tỷ trọng lớn sẽ chìm xuống dưới điền chỗ cho nước nóng nổi lên, do đó tạo thành lưư động đối lưu tự nhiên Căn 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 việc làm mát bằng kiểu bốc hơi nước, lượng nước trong thùng sẽ giảm nhanh, do đó cần phải bổ sung nước thường xuyên và kịp thời Vì vậy, kiểu làm mát này không thích hợp cho động cơ dùng trên phương tiện vận tải.
Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi do kết cấu đơn giản và đặt tính lưu động đối lưu đã nói ở trên nên hệ thống này được dùng cho các động cơ đốt trong kiểu xilanh nằm ngang, đặc biệt 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.
2.3.2 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên:
Trong hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên, nước lưu động tuần hoàn nhờ sự chênh lệch áp lực giữa hai cột nước nóng và lạnh mà không cần bơm Cột nước nóng trong động cơ và cột nước nguội trong thùng chứa hoặc trong két nước
1 Hình 2.2: Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên.
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.
Nước nhận nhiệt của xilanh trong thân máy, làm cho khối lượng riêng nước giảm nên nước nổi lên trên Trong khoang của nắp xilanh, nước tiếp tục nhận nhiệt của các chi tiết bao quanh buồng cháy: nắp xilanh, xupap… nhiệt độ của nước tiếp tục tăng lên và khối lượng riêng nước tiếp tục giảm, nên nước nổi lên trên theo đường dẫn ra khoang phía trên của két làm mát (5) Quạt gió (6) được dẫn động bằng puly từ trục khuỷu động cơ hút không khí qua két Do đó, nước trong két được làm mát làm cho khối lượng riêng nước tăng, nước sẽ chìm xuống khoang dưới của két và từ đây đi vào thân máy, thực hiện một vòng tuần hoàn. Độ chênh áp lực phụ thuộc vào độ chênh lệch nhiệt độ của hai cột nước, do đó cường độ làm mát có thể tự động điều chỉnh theo phụ tải Khi mới khởi động do sự chênh lệch nhiệt độ của hai cột nước nóng và nguội bé nên chênh lệch áp lực giữa hai cột nước bé Vì vậy, nước lưu động chậm, động cơ chóng đạt nhiệt độ ở chế độ làm việc Sau đó phụ tải tăng thì độ chênh lệch nhiệt độ của hai cột nước cũng tăng theo, tốc độ lưu động của nước cũng tăng theo Độ chênh áp lực cũng còn phụ thuộc vào hiệu độ chênh chiều cao trung bình của hai cột nước, do đó phải luôn luôn đảm bảo mức nước của thùng chứa phải cao hơn ở nước ra của động cơ
Tuy nhiên, hệ thống có nhược điểm là nước lưu động trong hệ thống có vận tốc bé vào khoảng
V = 0,12 0,19 m/s Điều đó dẫn đến chênh lệch nhiệt độ nước vào và nước ra lớn, vì vậy mà thành xilanh được làm mát không đều Muốn khắc phục nhược điểm này thì phải tăng tiết diện lưu thông của nước trong động cơ dẫn đến hệ thống làm mát nặng nề cồng kềnh Do vậy, hệ thống làm mát kiểu này không thích hợp cho động cơ ô tô máy kéo, mà thường được dùng trên động cơ tĩnh tại.
2.3.3 Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức:
Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức khắc phục được nhược điểm trong hệ thống làm mát kiểu đối lưu Trong hệ thống này, nước lưu động do sức đẩy cột nước của bơm nước tạo ra Tùy theo số vòng tuần hoàn và kiểu tuần hoàn ta có các loại tuần hoàn cưỡng bức như: hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức một vòng kín, kiểu cưỡng bức một vòng hở, kiểu cưỡng bức hai vòng tuần hoàn.Mỗi kiểu làm mát có những nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm, phạm vi sử dụng khác nhau.
2.3.3.1.Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng:
Hình 2.3 Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng.
1- Thân máy; 2- Đường nước ra khỏi động cơ; 3- Bơm nước;
4- Ống nước nối tắt vào bơm; 5- Nhiệt kế; 6- Van hằng nhiệt; 7- Két làm mát;
8- Quạt gió; 9- Ống dẫn nước về bơm; 10- Bình làm mát dầu bôi trơn
Trên hình (2.3) là hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức của động cơ ô tô máy kéo một hàng xilanh Ở đây, nước tuần hoàn nhờ bơm ly tâm (3), qua ống phân phối nước đi vào các khoang chứa của các xilanh Để phân phối nước làm mát đồng đều cho mỗi xilanh, nước sau khi bơm vào thân máy (1) chảy qua ống phân phối đúc sẵn trong thân máy Sau khi làm mát xilanh, nước lên làm mát nắp máy rồi theo đường ống (2) ra khỏi động cơ với nhiệt độ cao rồi đến van hằng nhiệt (6) Khi van hằng nhiệt (6) mở, một phần nước chảy qua đường ống (4) về đường ống hút của bơm nước (3), một phần lớn nước qua van hằng nhiệt (6) vào ngăn chứa phía trên của két nước.
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ
MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT
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 của các chi tiết máy cao gây ra những hậu quả xấu như: làm giảm sức bền, tuổi thọ của các chi tiết máy, giảm độ nhớt của dầu bôi trơn nên làm tăng tổn thất ma sát Vì vậy cần thiết phải làm mát động cơ Hệ thống làm mát động cơ có nhiệm vụ thực hiện quá trình truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháy rồi đến môi chất làm mát để đảm bảo cho nhiệt độ của các chi tiết không quá nóng nhưng cũng không quá nguội Động cơ quá nóng sẽ gây ra các hiện tượng như đã nói, còn quá nguội tức là động cơ được làm mát quá nhiều vì vậy tổn thất nhiệt cho dung dịch làm mát nhiều, nhiệt lượng dùng để sinh công ít do đó hiệu suất nhiệt của động cơ thấp, ngoài ra do nhiệt độ động cơ thấp ảnh hưởng đến chất lượng dầu bôi trơn, độ nhớt của dầu bôi trơn tăng, dầu bôi trơn khó lưu động vì vậy làm tăng tổn thất cơ giới và tổn thất ma sát, ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế và công suất động cơ. Động cơ DE12TS có hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức, một vòng kín, nước tuần hoàn trong hệ thống nhờ bơm ly tâm được dẫn động từ trục khuỷu.
2.1.2 Yêu cầu của hệ thống làm mát: Đối với động cơ DAEWOO-DE12TIS cũng như các 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 0 C 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.
NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT
Hệ thống làm mát của động cơ DAEWOO-DE12TIS có nhiệm vụ làm mát động cơ, máy nén khí và làm mát dầu bôi trơn.
2.2.1 Làm mát động cơ và máy nén khí.
Hệ thống làm mát có nhiệm vụ chính là làm mát động cơ, bảo đảm động cơ có nhiệt độ ổn định trong suốt quá trình làm việc Ngoài ra, hệ thống cũng có nhiệm vụ không kém phần quan trọng đó là rút ngắn thời gian chạy ấm máy, nhanh chóng đưa động cơ đạt đến nhiệt độ làm việc Bên cạnh đó hệ thống làm mát còn làm mát cho máy nén khí nhằm tăng hiệu suất cho máy nén khí Đường nước làm mát máy nén khí được trích từ đường nước chính làm mát động cơ.
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.
- Dầu bôi trơn tiếp xúc trực tiếp với các chi tiết máy có nhiệt độ cao như cò mổ, đuôi xupáp, piston Để đảm bảo nhiệt độ làm việc của dầu ổn định, giữ độ nhớt dầu ít thay đổi và đảm bảo khả năng bôi trơn, vì vậy cần phải làm mát dầu bôi trơn Đường dầu bôi trơn được khoan song song với đường nước làm mát động cơ Khi nước làm mát động cơ đồng thời làm mát luôn cho dầu bôi trơn,nhằm hạ nhiệt độ cho dầu bôi trơn.
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 khác nhau và thích hợp cho từng điều kiện làm việc của từng động cơ.
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 (8), khoang nắp xilanh (5) và thùng chứa nước bay hơi (2) ở phía trên.
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống như sau:
Hình 2.1 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi.
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, tại những vùng nước bao xung quanh buồng cháy nước sẽ sôi Nước sôi có tỷ trọng bé hơn nên nổi lên trên mặt thoáng của thùng chứa để bốc hơi ra ngoài khí trời Nước nguội trong thùng chứa có tỷ trọng lớn sẽ chìm xuống dưới điền chỗ cho nước nóng nổi lên, do đó tạo thành lưư động đối lưu tự nhiên Căn 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 việc làm mát bằng kiểu bốc hơi nước, lượng nước trong thùng sẽ giảm nhanh, do đó cần phải bổ sung nước thường xuyên và kịp thời Vì vậy, kiểu làm mát này không thích hợp cho động cơ dùng trên phương tiện vận tải.
Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi do kết cấu đơn giản và đặt tính lưu động đối lưu đã nói ở trên nên hệ thống này được dùng cho các động cơ đốt trong kiểu xilanh nằm ngang, đặc biệt 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.
2.3.2 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên:
Trong hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên, nước lưu động tuần hoàn nhờ sự chênh lệch áp lực giữa hai cột nước nóng và lạnh mà không cần bơm Cột nước nóng trong động cơ và cột nước nguội trong thùng chứa hoặc trong két nước
1 Hình 2.2: Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên.
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.
Nước nhận nhiệt của xilanh trong thân máy, làm cho khối lượng riêng nước giảm nên nước nổi lên trên Trong khoang của nắp xilanh, nước tiếp tục nhận nhiệt của các chi tiết bao quanh buồng cháy: nắp xilanh, xupap… nhiệt độ của nước tiếp tục tăng lên và khối lượng riêng nước tiếp tục giảm, nên nước nổi lên trên theo đường dẫn ra khoang phía trên của két làm mát (5) Quạt gió (6) được dẫn động bằng puly từ trục khuỷu động cơ hút không khí qua két Do đó, nước trong két được làm mát làm cho khối lượng riêng nước tăng, nước sẽ chìm xuống khoang dưới của két và từ đây đi vào thân máy, thực hiện một vòng tuần hoàn. Độ chênh áp lực phụ thuộc vào độ chênh lệch nhiệt độ của hai cột nước, do đó cường độ làm mát có thể tự động điều chỉnh theo phụ tải Khi mới khởi động do sự chênh lệch nhiệt độ của hai cột nước nóng và nguội bé nên chênh lệch áp lực giữa hai cột nước bé Vì vậy, nước lưu động chậm, động cơ chóng đạt nhiệt độ ở chế độ làm việc Sau đó phụ tải tăng thì độ chênh lệch nhiệt độ của hai cột nước cũng tăng theo, tốc độ lưu động của nước cũng tăng theo Độ chênh áp lực cũng còn phụ thuộc vào hiệu độ chênh chiều cao trung bình của hai cột nước, do đó phải luôn luôn đảm bảo mức nước của thùng chứa phải cao hơn ở nước ra của động cơ
Tuy nhiên, hệ thống có nhược điểm là nước lưu động trong hệ thống có vận tốc bé vào khoảng
V = 0,12 0,19 m/s Điều đó dẫn đến chênh lệch nhiệt độ nước vào và nước ra lớn, vì vậy mà thành xilanh được làm mát không đều Muốn khắc phục nhược điểm này thì phải tăng tiết diện lưu thông của nước trong động cơ dẫn đến hệ thống làm mát nặng nề cồng kềnh Do vậy, hệ thống làm mát kiểu này không thích hợp cho động cơ ô tô máy kéo, mà thường được dùng trên động cơ tĩnh tại.
2.3.3 Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức:
Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức khắc phục được nhược điểm trong hệ thống làm mát kiểu đối lưu Trong hệ thống này, nước lưu động do sức đẩy cột nước của bơm nước tạo ra Tùy theo số vòng tuần hoàn và kiểu tuần hoàn ta có các loại tuần hoàn cưỡng bức như: hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức một vòng kín, kiểu cưỡng bức một vòng hở, kiểu cưỡng bức hai vòng tuần hoàn.Mỗi kiểu làm mát có những nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm, phạm vi sử dụng khác nhau.
2.3.3.1.Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng:
Hình 2.3 Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng.
1- Thân máy; 2- Đường nước ra khỏi động cơ; 3- Bơm nước;
4- Ống nước nối tắt vào bơm; 5- Nhiệt kế; 6- Van hằng nhiệt; 7- Két làm mát;
8- Quạt gió; 9- Ống dẫn nước về bơm; 10- Bình làm mát dầu bôi trơn
Trên hình (2.3) là hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức của động cơ ô tô máy kéo một hàng xilanh Ở đây, nước tuần hoàn nhờ bơm ly tâm (3), qua ống phân phối nước đi vào các khoang chứa của các xilanh Để phân phối nước làm mát đồng đều cho mỗi xilanh, nước sau khi bơm vào thân máy (1) chảy qua ống phân phối đúc sẵn trong thân máy Sau khi làm mát xilanh, nước lên làm mát nắp máy rồi theo đường ống (2) ra khỏi động cơ với nhiệt độ cao rồi đến van hằng nhiệt (6) Khi van hằng nhiệt (6) mở, một phần nước chảy qua đường ống (4) về đường ống hút của bơm nước (3), một phần lớn nước qua van hằng nhiệt (6) vào ngăn chứa phía trên của két nước.
Tiếp theo, nước từ ngăn phía trên của két đi qua các ống mỏng có gắn cánh tản nhiệt Tại đây, nước được làm mát bởi dòng không khí qua két do quạt (8) tạo ra Quạt được dẫn động bằng đai hay bánh răng từ trục khuỷu của động cơ Tại ngăn chứa phía dưới, nước có nhiệt độ thấp hơn lại được bơm nước (3) đẩy vào động cơ thực hiện một chu kỳ làm mát tuần hoàn. Ưu điểm của hệ thống làm mát cưỡng bức một vòng kín là nước sau khi qua két làm mát lại trở về động cơ Do đó ít phải bổ sung nước, tận dụng việc trở lại nguồn nước để tiếp tục làm mát động cơ Vì vậy, hệ thống này rất thuận lợi đối với các loại xe đường dài, nhất là ở những vùng thiếu nguồn nước.
2.3.3.2 Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn hai vòng:
Trong hệ thống này, nước được làm mát tại két nước không phải là dòng không khí do quạt gió tạo ra mà là bằng dòng nước có nhiệt độ thấp hơn, như nước sông, biển Vòng thứ nhất làm mát động cơ như ở hệ thống làm mát cưỡng bức một vòng còn gọi là nước vòng kín Vòng thứ hai với nước sông hay nước biển được bơm chuyển đến két làm mát để làm mát nước vòng kín, sau đó lại thải ra sông, biển nên gọi là vòng hở Hệ thống làm mát hai vòng được dùng phổ biến ở động cơ tàu thủy.
Hình 3.4 Hệ thống làm mát cưỡng bức kiểu hai vòng tuần hoàn
1-Đường nước phân phối; 2- Thân máy; 3- Nắp xilanh; 4- Van hằng nhiệt; 5- Két làm mát; 6- Đường nước ra vòng hở; 7- Bơm nước vòng hở;
8- Đường nước vào bơm nước vòng hở; 9- Đường nước tắt về bơm vòng kín; 10- Bơm nước vòng kín
Hệ thống làm việc như sau: nước ngọt làm mát động cơ đi theo chu trình kín, bơm nước (10) đến động cơ làm mát thân máy và nắp xilanh đến két làm mát nước ngọt (5) Nước ngọt trong hệ thống kín được làm mát bởi nước ngoài môi trường bơm vào do bơm (7) qua lưới lọc, qua các bình làm mát dầu, qua két làm mát (5) làm mát nước ngọt rồi theo đường ống (5) đổ ra ngoài môi trường
Khi động cơ mới khởi động, nhiệt độ của nước trong hệ thống tuần hoàn kín còn thấp, van hằng nhiệt (4) đóng đường nước đi qua két làm mát nước ngọt Vì vậy, nước làm mát ở vòng làm mát ngoài, nước được hút từ bơm (7) qua két làm mát (5) theo đường ống (6) đổ ra ngoài Van hằng nhiệt
(4) có thể đặt trên mạch nước ngọt để khi nhiệt độ nước ngọt làm mát thấp, nó sẽ đóng đường ống đi vào két làm mát (5) Lúc này nước ngọt có nhiệt độ thấp sau khi làm mát động cơ qua van hằng nhiệt (4) rồi theo đường ống đi vào bơm nước ngọt (10) để bơm trở lại động cơ.
2.3.3.3 Hệ thống làm mát một vòng hở:
Hệ thống làm mát kiểu này về mặt bản chất không khác nhiều so với hệ thống làm mát cưỡng bức một vòng kín
Hình 2.5 Hệ thống làm mát một vòng hở.
1-Đường nước phân phối; 2- Thân máy; 3- Nắp máy; 4- Van hằng nhiệt; 5- Đường nước ra vòng hở; 6- Đường nước vào bơm; 7- Đường nước nối tắt về bơm; 8- Bơm nước.
Trong hệ thống này nước làm mát là nước sông, biển được bơm (8) hút vào làm mát động cơ, sau đó theo đường nước (5) đổ ra sông, biển Hệ thống này có ưu điểm là đơn giản Tuy nhiên, ở một số kiểu động cơ nước làm mát đạt được ở 100 C hoặc cao hơn Khi nước ở nhiệt độ cao, nước sẽ bốc 0 hơi Hơi nước có thể tạo thành ngay trong áo nước làm mát (kiểu bốc hơi bên trong) hoặc hơi nước bị tạo ra trong một thiết bị riêng (kiểu bốc hơi bên ngoài) Do đó, cần phải có một hệ thống làm mát riêng cho động cơ.
HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ BẰNG KHÔNG KHÍ (GIÓ)
Hệ thống làm mát của động cơ làm mát bằng gió bao gồm ba bộ phận chủ yếu: phiến tản nhiệt trên thân máy và nắp xilanh, quạt gió và bản dẫn gió Hệ thống làm mát bằng không khí chia làm hai loại: làm mát bằng không khí kiểu tự nhiên và kiểu làm mát theo cưỡng bức (dùng quạt gió). Tùy thuộc vào đặc điểm của từng loại động cơ mà trang bị hệ thống làm mát hợp lý.
2.4.1 Hệ thống làm mát bằng không khí kiểu tự nhiên.
Hệ thống làm mát kiểu này rất đơn giản Nó chỉ gồm các phiến tản nhiệt bố trí trên nắp xilanh và thân máy Các phiến ở mặt trên nắp xilanh bao giờ cũng bố trí dọc theo hướng di chuyển của xe, các phiến làm mát ở thân thường bố trí vuông góc với đường tâm xilanh Đa số động cơ môtô và xe máy bố trí hệ thống làm mát kiểu này.
Tuy nhiên, một vài loại xe máy đặt động cơ nằm ngang lại bố trí phiến tản nhiệt dọc theo đường tâm xilanh để tạo điều kiện gió lùa qua rãnh giữa các phiến tản nhiệt Hệ thống làm mát kiểu tự nhiên lợi dụng nhiệt khi xe chạy trên đường để lấy làm mát các phiến tản nhiệt
Do đó, khi xe lên dốc hay chở nặng hoặc chạy chậm thường động cơ bị quá nóng do làm mát kém Để khắc phục nhược điểm này người ta đưa ra phương án làm mát bằng không khí kiểu cưỡng bức.
2.4.2 Hệ thống làm mát không khí kiểu cưỡng bức:
Hệ thống kiểu này có ưu điểm lớn là không phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của xe dù xe vẫn đứng một chỗ vẫn đảm bảo làm mát tốt cho động cơ Tuy nhiên, hệ thống làm mát kiểu này vẫn còn tồn tại nhược điểm là kết cấu thân máy và nắp xilanh phức tạp, rất khó chế tạo do cách bố trí các phiến tản nhiệt và hình dạng các phiến tản nhiệt.
Hiệu quả làm mát của hệ thống phụ thuộc nhiều về hình dạng, số lượng và cách bố trí các phiến tản nhiệt trên thân máy và nắp xilanh.
Hình 2.8 Hệ thống làm mát bằng không khí động cơ 4 xi lanh.
(A)- Hệ thống làm mát bằng gió dùng quạt gió hướng trục.
1- Tang trống có cánh quạt; 2- Nắp đầu trục; 3- Bulông; 4- Trục quạt gió;
5- Tang trống có cánh dẫn; 6- Bánh đai truyền.
Hệ thống làm mát bằng gió kiểu cưỡng bức bao gồm ba bộ phận chủ yếu đó là các phiến tản nhiệt trên thân máy và nắp xilanh, quạt gió và bản dẫn gió Nhưng quan trọng nhất là quạt gió, quạt gió cung cấp lượng gió cần thiết, có tốc độ cao để làm mát động cơ Quạt gió được dẫn động từ trục khuỷu cung cấp gió với lưu lượng lớn làm mát động cơ Để rút ngắn thời gian từ trạng thái nguội khi khởi khởi động đến trạng thái nhiệt ổn định, quạt gió trang bị ly hợp thủy lực hay điện từ.
Hình vẽ (A) giới thiệu hướng lưu động dòng không khí làm mát động cơ bốn xilanh dung quạt gió hướng trục Từ hình vẽ ta thấy không khí qua cửa hút gió, qua quạt gió hướng trục rồi theo bản dẫn gió đi vào khu vực các phiến tản nhiệt của các xilanh, sau đó theo ống thải thoát ra ngoài.Nhờ có bản dẫn gió nên dòng không khí làm mát được phân chia đều cho các xilanh, khiến cho nhiệt độ các xilanh tương đối đồng đều Hơn nữa do khí có bản dẫn gió, dòng không khí đi sát mặt đỉnh của các phiến tản nhiệt vì vậy có thể nâng cao hiệu suất truyền nhiệt Ngoài ra nhờ có bản dẫn gió, ta có thể bố trí ưu tiên cho dòng không khí đến làm mát các vùng nóng nhất (xupáp thải, buồng cháy…).
Bản dẫn gió được chế tạo bằng tôn dày 0,8 ÷ 1mm Để tránh rung và ồn, bản dẫn gió được cố định vào thân máy.
KẾT CẤU CÁC CỤM CHI TIẾT CHÍNH CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC 29 1 KẾT CẤU KÉT LÀM MÁT
KẾT CẤU CỦA BƠM NƯỚC
Bơm nước có tác dụng tạo ra một áp lực để tăng tốc độ lưu thông của nước làm mát Bơm có nhiệm vụ cung cấp nước cho hệ thống làm mát với lưu lượng và áp suất nhất định Lưu lượng nước làm mát tuần hoàn trong các loại động cơ thay đổi trong phạm vi (68÷245) l/Kwh và với tần số tuần hoàn khoảng (7 ÷ 12) lần /phút Các loại bơm dùng trong hệ thống làm mát động cơ bao gồm: bơm ly tâm, bơm piston, bơm bánh răng, bơm guồng được lần lượt giới thiệu ở phần sau.
Bơm ly tâm được dùng phổ biến trong hệ thống làm mát các loại động cơ.
Nguyên lý làm việc là lợi dùng lực ly tâm của nước nằm giữa các cánh để dồn nước từ trong ra ngoài rồi đi làm mát.
Hình 3.4 Kết cấu bơm nước ly tâm.
1- Phớt, 2- Vú mỡ, 3- Vòng chặn dầu, 4- Ống lót, 5- Vít cấy, 6- Vòng chặn lớn, 7- Lò xo, 8- Bánh công tác, 9- Mặt bích, 10- Trục bơm, 11- Đai ốc, 12- Đường nối với van hằng nhiệt, 13- Ổ bi, 14- Puly dẫn động, 15- Đệm điều chỉnh, 16- Then bán nguyệt.
Trên hình 3.4, giới thiệu kết cấu một loại bơm nước ly tâm dùng trên ô tô lắp ở mặt đầu của thân máy và dẫn động quay bơm nước bằng đai truyền nhờ puly (14), lắp chặt trên trục bơm nhờ then bán nguyệt (16) Rãnh lắp đai truyền có thể thay đổi kích thước nhờ sự thay đổi số lượng vòng đệm (15)
Nắp bơm và thân bơm được chế tạo bằng gang, cánh bơm (8) thường được chế tạo bằng đồng hoặc chất dẻo Ðể giảm kích thước, bơm tỷ số truyền giữa trục bơm nước (10) và trục khuỷu thường chọn gần bằng 1 (đối với động cơ cao tốc) và 1,6 (đối với động cơ tốc độ thấp) Nước ở chỗ vào cánh có áp suất (0,02 ÷ 0,04) Mpa và tốc độ 1,0 m/s Cột áp do bơm tạo ra khoảng (0,05 ÷ 0,15) Mpa và tốc độ nước trên đường ống dẫn vào bơm không vượt quá (2,5 ÷ 3) m/s Công suất tiêu hao để dẫn động bơm chiếm khoảng (0,5-1,0) % công suất có ích của động cơ tức là (0,005 ÷ 0,01)Ne. Trục bơm được đặt trên hai ổ bi (13), để bao kín dầu mỡ bôi trơn ổ bi dùng các phớt (1) và bao kín bằng vòng chặn (6).
Bơm ly tâm có đặc tính cấp nước đồng đều, kích thước và khối lượng nhỏ, không ồn và hiệu suất cao Tuy nhiên nhược điểm của bơm li tâm là không tạo ra được vùng áp thấp đủ khi hút nước(không quá (2,94 ÷ 4,9).10 N/m ), do đó không có năng lực tự hút, nên trước khi khởi động phải nạp 4 2 đầy nước vào ống hút và bơm, đồng thời phải xả không khí hết ra khỏi bơm
Bơm nước kiểu piston thường chỉ được dùng trong hệ thống làm mát của động cơ tàu thủy tốc độ thấp Ở động cơ tốc độ cao vì để tránh lực quán tính rất lớn của các khối lượng chuyển động của bơm và để tránh hiện tượng va đập thủy lực do chu trình cấp nước không liên tục của bơm nên người ta ít dùng loại này.
Hình 3.5 Kết cấu bơm nước kiểu piston
1- Vỏ bơm; 2,4- Xilanh dẫn hướng; 3- Piston; 5- Thanh truyền; 6 Trục khuỷu của bơm piston; 7- Đường nước vào; 8,9- Van nước; 10- Lò xo van nước.
Bơm nước piston có quá trình hoạt động như sau: Piston bơm (3) bằng đồng chuyển động trong xilanh dẫn hướng (2,4) của vỏ bơm (1) Piston nối với thanh truyền (5) và chuyển động nhờ trục khuỷu (6) Khi piston (3) đi xuống, nước sẽ đi qua van (8) vào khoang chứa bên trên piston (3) Khi piston đi lên, nước trong khoang bị đẩy qua van (9) đi vào hệ thống làm mát.
Trên tàu thủy cũng thường dùng loại bơm bánh răng để bơm nước cho hệ thống làm mát động cơ Nó có ưu điểm gọn nhẹ, song khi làm việc với nước hở (nếu dùng cho nước sông hoặc nước biển) thì do nước bẩn nên bánh răng chóng mòn Vì vậy, người ta bố trí trong trường hợp này một cặp bánh răng truyền lực ở vỏ ngoài của bơm, khi đó các răng trong vỏ bơm sẽ không chịu lực truyền, và để giảm mài mòn bánh răng bơm, người ta còn chế tạo một trong hai bánh răng bơm bằng vật liệu tec-tô-lit hoặc làm bằng cao su lưu hóa
Hình 3.6 Kết cấu bơm nước kiểu bánh răng.
1- Trục bơm; 2- Đai ốc; 3- Bánh răng bị động; 4- Cửa nước ra;
5- Bánh răng chủ động; 6- Vỏ bơm; 7- Cửa nước vào bơm.
Kết cấu bơm bánh răng dùng trên hệ thống làm mát của động cơ tàu thuỷ 413/18 Bơm quay nhờ bánh răng bên ngoài ăn khớp với hệ thống bánh răng truyền động từ trục khuỷu Trục truyền động bơm (1) một đầu dẫn động bánh răng chủ động (5) quay, làm cho bánh răng bị động (3) quay theo dẫn nước từ cửa vào đến cửa ra để vào động cơ thực hiện việc làm mát Bánh răng bị động (3) được làm bằng tec-tô-lit.
Bơm cánh hút thường được dùng cho mạch ngoài (mạch hở) của hệ thống làm mát động cơ tàu thủy Nó hút nước từ bên ngoài vỏ tàu (nước sông hoặc nước biển) để làm mát nước ngọt ở mạch trong của hệ thống làm mát Kết cấu và nguyên lý làm việc của bơm cánh hút được thể hiện ở hình sau:
Hình 4.7 Sơ đồ kết cấu và nguyên lý làm việc của bơm cánh hút.
1- C ửa nước vào bơm; 2- Rảnh chứa nước, 3- Cửa nước ra;
4- Bánh răng dẫn động; 5-Ổ trục bơm, 6- Hai nữa thân bơm.
Kết cấu của bơm gồm: hai nửa thân bơm (6) (nửa trước và nửa sau) Các nửa vỏ bơm lắp với hai nắp ở trục bơm Bánh công tác cố định trên trục và được dẫn động bằng bánh răng côn (4) Nửa vỏ sau có cửa vào (1) và nửa vỏ trước có cửa ra (3) Bên trong mỗi nửa vỏ có một rãnh vòng cung (2 ). Chiều sâu của các rãnh đó thay đổi, ở giữa rãnh có chiều sâu lớn nhất và chiều sâu giảm dần đến không về hai phía đầu mút của rãnh (hình 3.7b).
Nguyên lý làm việc của bơm cánh hút như sau :
Ban đầu, dung tích công tác giữa hai cánh được mồi đầy nước (vị trí I) Khi cánh quay thì nước nằm giữa hai cánh cũng dịch chuyển theo (vị trí II) Do chiều sâu của rãnh (2) tăng dần nên dung tích giữa hai cánh tăng lên Do tăng dung tích nên trong bơm hình thành độ chân không. Nhờ có độ chân không nước được hút vào qua cửa (1), cánh quay tiếp tục được nửa vòng thì chiều sâu rãnh sẽ bắt đầu giảm dần nước bị nén theo cửa (3) đi vào hệ thống làm mát.
Nhược điểm cơ bản của loại bơm cánh hút là hiệu suất bơm rất thấp So với bơm li tâm thì thua kém 3÷4 lần và khi bơm phải mồi nước Vì vậy, người ta chỉ dùng loại bơm này để bơm nước ngoài tàu vào Chiều cao cột nước của bơm không dưới 1,5m với lưu lượng 8000 l/ph.
Cũng như loại bơm cánh hút, bơm guồng dùng để cấp nước trong hệ thống làm mát tuần hoàn hở Nhưng loại bơm guồng có áp suất cột nước khá cao.
Hình 3.8 Kết cấu bơm guồng.
1- Rảnh xoắn ốc; 2- Bánh công tác; 3- Rảnh xoắn ốc;
4- Rãnh guồng; 5- Cánh guồng; 6- Cửa hút.
Trên (hình 3.8) giới thiệu sơ đồ kết cấu bơm guồng dùng trong động cơ diezel Bơm gồm có: bánh công tác (2), bánh guồng quay trong vỏ bơm và nắp Trên bánh công tác người ta phay các rãnh hướng kính (4) Vỏ và nắp có làm rãnh xoắn (1) thông với cửa hút (6) và cửa thoát Khi bánh công tác quay, nước vào các rãnh và dưới tác dụng của lực li tâm, các phần tử nước chuyển động từ trong ra ngoài và quay theo các cánh (5) rồi theo rãnh xoắn ốc (1) trên vỏ bơm đi qua cửa đẩy vào hệ thống làm mát của động cơ
KẾT CẤU QUẠT GIÓ
Trong hệ thống làm mát bằng nước, dùng két làm mát bằng không khí, quạt gió dùng để tăng tốc độ của dòng không khí qua két nhằm nâng cao hiệu quả làm mát Quạt gió thường là quạt chiều trục
Quạt gió của động cơ có thể chạy bằng không khí hoặc điện Những động cơ đặt dọc ở thân xe có trục sau là trục chủ động thường sử dụng là quạt cơ khí được lắp cùng trục với bơm nước.
Có hai chỉ tiêu để đánh giá chất lượng của quạt: đó là năng suất (lưu lượng gió) của quạt và công suất tiêu tốn cho dẫn động quạt Ðối với một két nước cụ thể, năng suất thể hiện bằng tốc độ gió qua két làm mát Hai chỉ tiêu trên phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: số vòng quay của quạt, kích thước cánh, góc nghiêng của cánh và vị trí tương quan giữa quạt và két nước.
Tăng góc nghiêng của cánh và tăng số vòng quay của quạt đều làm cho công suất dẫn động quạt tăng lên Thông thường góc nghiêng tốt nhất đối với quạt phẳng là 40 ÷ 45 và với quạt cánh lồi 0 là 38 Tăng góc nghiêng và tăng chiều rộng cánh quạt có làm cho lưu lượng tăng nhưng công suất dẫn 0 động quạt tăng mãnh liệt, vì vậy đối với động cơ ô tô máy kéo đường kính quạt không vượt quá 0,65m và chiều rộng không vượt quá 70mm.
Khoảng cách từ quạt đến két phụ thuộc vào việc tổ chức dòng khí làm mát tiếp các bộ phận dưới nắp xe Khi có lắp các bản hướng dòng khí thì khoảng cách đó cho phép đến 80-100mm Nếu không thì không nên vượt quá 10÷15mm Số cánh tăng làm năng suất tăng theo nhưng không nên vượt quá 8 cánh.
Cách quạt được dập bằng thép tấm có chiều dày 1,2÷1,6mm rồi bắt chặt vào mayơ, trước khi lắp phải cân bằng Loại cách quạt chế tạo bằng vật liệu polyme thì không cần cân bằng Ðể giảm tiếng ồn loại quạt 4 cánh được chế tạo theo hình chữ X với góc giữa hai cánh là 70÷110 Quạt được dẫn 0 động bằng đai truyền hình thang, tốc độ của đai truyền không vượt quá 30÷35 m/s Trên một số động cơ quạt được dẫn động bằng xích, còn dẫn động bánh răng thì ít gặp Tỷ số truyền động quạt nằm trong khoảng 1,0÷1.3 Ngoài ra còn có bộ phận áo làm mát Áo làm mát được hình thành bởi khoang trống nằm giữa thành ngoài nắp máy với thành buồng đốt Ðặc biệt ở những chỗ bố trí đường xả thì cần được tăng cường làm mát.
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 Van hằng nhiệt được lắp trên đường nước giữa nắp xilanh với bình làm mát Van hằng nhiệt đóng hay mở tùy theo nhiệt độ nước làm mát. Khi động cơ còn lạnh van hằng nhiệt đóng, lúc này nước không qua két làm mát mà đi tắt về bơm Khi động cơ nóng lên van hằng nhiệt mở, nước làm mát đi qua két, sau đó mới về bơm.
Bằng cách đóng đường nước dẫn tới két khi động cơ lạnh, động cơ sẽ ấm lên nhanh chóng, khi đó nhiệt độ của động cơ vẫn được giữ lại trong động cơ thay vì ra két làm mát, nhờ đó rút ngắn thời gian hâm nóng động cơ, tiêu hao ít nhiên liệu và giảm được lượng khí xả Sau khi hâm nóng, van hằng nhiệt giữ cho động cơ làm việc ở nhiệt độ cao hơn so với trường hợp không có van hằng nhiệt. Nhiệt độ làm việc càng cao sẽ cải thiện hiệu quả của động cơ và giảm được khí xả Van hằng nhiệt dùng trên hệ thống làm mát bằng nước chia làm hai loại: loại dùng chất lỏng làm chất giãn nở và loại dùng chất rắn làm chất giãn nở.
Van hằng nhiệt dùng chất lỏng làm chất giãn nở (van hằng nhiệt kiểu hộp xếp):
Van hằng nhiệt có tác dụng giúp cho động cơ nhanh chóng đạt tới nhiệt độ quy định trong trường hợp động cơ mới khởi động.
VAN HẰ NG NHIỆ T KIỂ U BỘ T GIÃN NỞ VAN HẰ NG NHIỆ T KIỂ U HỘ P XẾ P
Hình 3.9 Kết cấu các loại van hằng nhiệt (a,c): Van đang đóng; (b,d): Van đang mở
1 Đường nước nối tắt về bơm; 2,13 Đường nước tới két làm mát; 3 Đường nước nóng tới van; 4- Hộp xếp; 5 Giá treo; 6- Trục van; 7,12- Nắp van; 8- Bầu chứa;
9- Xêrêirin; 10- Màng; 11 Lò xo hồi vị; 14- Thân van; 15- Ống dẫn hướng.
Van hằng nhiệt kiểu hộp xếp (hình: 3.9b) gồm có hộp xếp chứa một chất lỏng dễ bay hơi Phần dưới của bầu bắt chặt vào trục (6) van hằng nhiệt Khi nhiệt độ làm mát thấp hơn 78 C, van hằng 0 nhiệt đóng lại (hình 3.9a) và toàn bộ chất lỏng đi qua ống (1) (ống hai ngã) để trở về bơm nước, áp suất trong hộp xếp tăng lên, làm cho hố (7) giãn dài ra và nâng van (4) lên Nước nóng đi qua ống 3 vào bình trên của bộ tản nhiệt Van 4 mở rộng hoàn toàn ở nhiệt độ 91 0 C.
Van hằng nhiệt dùng chất rắn làm chất giãn: Ở hình 3.9c có bầu (8) chứa đầy xêrêzin (9), lấy từ dầu mỏ và đậy kín bằng màng cao su (10). Ở nhiệt độ 70 C, xêrêzin nóng chảy và giãn nở đẩy màng (10), cữ chặn và thanh (5) chuyển động lên 0 phía trên Lúc này van (14) mở ra và nước bắt đầu chảy tuần hoàn qua bộ tản nhiệt (hình 3.9d).
Khi nhiệt độ giảm xuống, xêrêzin động đặc lại và giảm bớt thể tích Dưới tác dụng của lò xo hồi vị (11), van (14) đóng lại và màng (10) hạ xuống (hình 3.9c)
Van hằng nhiệt kiểu lò xo xoắn: sơ đồ kết cấu của loại van hằng nhiệt dùng lò xo bimêtan gồm hai thanh dải kim loại có hệ số giãn nở dài khác nhau Dải thép hợp kim inva có hệ số nở dài 1,5.10 , -6 dải đồng có hệ số nở 20.10 Van hằng nhiệt dùng lò xo bimêtan làm việc rất tốt nhưng đắt tiền -6
1.1 Yêu cầu về nước làm mát vòng h Đối với động cơ làm mát bằng nước, nhiệt độ tối ưu của nước từ động cơ đi ra là 75 + 85°C Nếu lớn hơn có thể tạo ra các bọc hơi trong hệ thống tuần hoàn kín, gây trở ngại cho tuần hoàn của nước và tạo nên những vùng quá nóng Trong hệ thống nước làm mát kiểu hở, để tránh hình thành các lớp muối khoáng mặt ngoài xilanh, nhiệt độ nước từ động cơ đi ra thường không quá 50 - 55°C, tuy không phải là chế độ nhiệt tối ưu, nhưng đó lại là đòi hỏi của điều kiện vận hành động cơ.
1.2 Xác định lượng nhiệt của động cơ truyền cho nước làm mát. vv Nhiệt lượng từ động cơ truyền cho nước làm mát có thể coi gần bằng số nhiệt lượng đưa qua két làm mát truyền vào không khí Lượng nhiệt truyền cho hệ thống làm mát của động cơ diesel DE12TIS chiếm khoảng 15 ÷ 35% tổng số nhiệt lượng do nhiên liệu tỏa ra Nhiệt lượng từ động cơ truyền cho nước làm mát có thể xác định bằng phương trình cân bằng nhiệt động cơ.
Qo = Q + Q + Q + Q + Q + Q lm e th ch d cl [ 1.1]
Qo - nhiệt lượng tổng cộng đưa vào động cơ khi động cơ làm việc ở một trạng thái phụ tải đã cho (J/s)
Qe - nhiệt lượng tương đương với công có ích của động cơ.(J/s)
Qth - nhiệt lượng do khí thải đem ra ngoài.(J/s)
Qch - nhiệt lượng do tổn thất cháy không hoàn toàn.(J/s)
Qd - nhiệt lượng truyền cho dầu bôi trơn.(J/s)
Qcl - nhiệt lượng tương ứng với các tổn thất nhiệt lượng khác không tính các thành phần nói trên của phương trình cân bằng nhiệt.(J/s)
+ Nhiệt lượng tổng cộng Q tiêu hao trong một đơn vị thời gian.0
QH - nhiệt trị thấp của nhiên liệu (J/kg). Động cơ đang khảo sát là động cơ điezel
Gnl - lượng nhiên liệu tiêu thụ trong một giây (kg/s)
Ne – Công suất định mức của động cơ N = 250 (kw).e ge - suất tiêu hao nhiên liệu Theo [5] có g = 186 (g/kw.h)e
Nhiệt lượng tổng cộng đưa vào động cơ khi động cơ làm việc ở một phụ tải đã cho (xét ở công suất định mức).
+ Nhiệt lượng từ động cơ truyền cho nước làm mát Q , nếu tính theo phần trăm toàn bộlm nhiệt lượng đưa vào động cơ Theo [1] ta có: qe Q e
Theo [1] trang 215, ta có: qlm + q + q + q + q + q = 100% e th cc d cl [ 1.5]. Động cơ chúng ta khảo sát là động cơ tăng áp trên đường ống thải nên có q cao Từ [1] tranglm
217, ta chọn: qlm= 30%; q = 30%; q 0%; q = 2%; q = 5%; q = 3% e th cc d cl
Qe = Qo.qe.100% ; Q = Qth o.qth.100% [1.6].
Qcc = Qo.qcc.100%; Qd = Qo.q 100%.d
Suy ra: Q = Q – (Q + Q + Q + Q + Q )lm o e th cc d cl
Qlm = Q (1 - q - q - q - q - qo e th cc d cl)
Glm: Lượng nước làm mát tuần hoàn trong hệ thống trong một đơn vị thời gian Theo [2] trang
Trong đó: cn - Tỷ nhiệt của nước làm mát (J/kg.độ) ứng với nhiệt độ 70 C 0
Theo [2] trang 259, ta có: c = 4,187(J / kg.độ).n Δ tn - Hiệu nhiệt độ nước vào và ra sau khi qua két làm mát
1.3 Tính toán trao đổi nhiệt bầu sinh hàn
Ta biết rằng làm mát là một quá trình truyền nhiệt và cân băng nhiệt Nếu bỏ qua những tôn thất trong quá trình truyền nhiệt ta có thể có nhiệt lượng Q được truyền hết cho nước làm mát.lm
Quá trình truyền nhiệt trong bộ tản nhiệt chủ yếu là tiếp xúc đối lưu còn truyền nhiệt bức xạ rất bé không đáng kể nên không tính Bộ trao đổi nhiệt ta xét ở đây là bộ sinh hàn dạng chùm ống trong ống, 1 pass; nước làm mát vòng kín (từ động cơ) sẽ chảy xung quanh qua chùm ống dẫn nước biển để làm mát
Hình 1,2,3 Bộ sinh hàn ống chùm
Như vậy theo [2] trang 259 quá trình truyền nhiệt có thể phân làm ba giai đoạn ứng với ba phương trình truyền nhiệt sau :
Từ nước đến mặt thành ống bên trong:
Từ mặt ngoài của thành ống đến nước sông, biển:
Giải các phương trình ta được:
[ 1.11] k – hệ số truyền nhiệt của két. k 1
Qlm - Nhiệt lượng của động cơ truyền cho nước làm mát bằng nhiệt lượng do nước làm mát dẫn qua bộ tản nhiệt (J/s);d
α 1 ,α 2 - Hệ số tản nhiệt từ nước vòng kín, vòng hở đến thành ống bộ tản nhiệt (W/m 2 độ );
δ - Chiều dày của thành ống (m);
F 1 ,F 2 - Diện tích bề mặt tiếp xúc với nước vòng kín, vòng hở (m 2 ¿;
tδ 1,tδ 2 - Nhiệt độ trung bình bề mặt trong và ngoài của thành ống(¿ ° C)¿;
T h ,T c - Nhiệt độ trung bình nước vòng kín, vòng hở qua bộ tản nhiệt(¿ ° C)¿;
k - Hệ số truyền nhiệt tổng
T h 1 ,T h2 - Nhiệt độ nước vòng kín đầu vào, ra (¿ ° C)¿;
T c1 ,T c 2 - Nhiệt độ nước vòng hở đầu vào, ra (¿ ° C)¿;
ω h ,ω c - Tốc độ dòng khối vòng kín, hở (kg/s);
Ch,Cc - Nhiệt dung riêng nước vòng kín, hở (kJ/kgK);
L - Chiều dài ống trao đổi nhiệt (m);
d 1 ,d 2 - Đường kính ống tiếp xúc nước vòng kín, hở (m);
λ – Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống tản nhiệt Ống tản nhiệt làm bằng đồng thau ta được: λ = 100 (W/ m 2 độ).
n - Số ống trong chùm ống
Ta chọn các thông số như sau:
Số ống trong chùm ống n = 58
Đường kính trong ống trao đổi nhiệt d 1 = 12mm
Đường kính ngoài ống trao đổi nhiệt d 2 =¿ 14mm
Độ dày ống trao đổi nhiệt δ = 1mm
Nhiệt dung riêng nước vòng kín C h =4,187 kJ/kgK
Nhiệt dung riêng nước vòng hở Cc = 3,9 kJ/kgK
Nhiệt độ nước đầu vào, ra vòng kín T h 1 = 90 ° C, T h 2 = 80 ° C
Nhiệt độ nước đầu vào vòng hở T c1 = 30 ° C, T c2 = 40 ° C
Nhiệt độ trung bình nước vòng kín, vòng hở qua bộ tản nhiệt được tính theo công thức: t h =th 1+th 2
Tính độ chênh nhiệt độ trung bình Logarit
Q – nhiệt lượng truyền của thiết bị trao đối nhiệt, W.
G1,G2 – lưu lượng khối lượng của chất lỏng nóng và lạnh, kg/s.
c p 1 ,c p 2 – nhiệt dung riêng của chất lỏng nóng và lạnh kJ/kg°C.
t' 1 ,t ' 2 – nhiệt độ chất lỏng nóng và lạnh ở đầu vào, °C.
t'' 1 ,t '' 2 – nhiệt độ chất lỏng nóng và lạnh ở đầu ra, °C.
Nhiệt dung riêng nước vòng kín Ch=4,187 kJ kgK/
Nhiệt dung riêng nước vòng hở Cc = 3,9 kJ/kgK
Nhiệt độ nước đầu vào, ra vòng kín T h 1 = 90 ° C, T h 2 = 80 ° C
Nhiệt độ nước đầu vào vòng hở Tc1= 30 ° C, Tc2= 40 ° C
Nhiệt độ trung bình nước vòng kín th=th 1+th 2
Tra bảng ở [1] trang 539 thu được các thông số của nước ở 85 độ λ 1 = 0,677 W/m ° C hệ số dẫn nhiệt
= 968,5 kg/ ρ m 3 kh i lố ượng riêng
T c đ nố ộ ướ c chuy n đ ng trong ng vòng kín ể ộ ố ω1 theo [1] trang 359
T c đ n c chuy n đ ng trong ng th ng đ c ch n trong m t ph m vi nh t đ nh đ đ m ố ộ ướ ể ộ ố ườ ượ ọ ộ ạ ấ ị ể ả b o v truy n nhi t nh ng công su t tiêu hao cho b m không đ c quá l n, thông th ng khi ả ề ề ệ ư ấ ơ ượ ớ ườ n c chuy n đ ng trong ng t c đ đ c kh ng ch trong kho ng ướ ể ộ ố ố ộ ượ ố ế ả ω =0,5- 2.0 m/s S b ta đãơ ộ ch n s ng trong m t pass là 42 ng nên t c đ tọ ố ố ộ ố ố ộ ươ ng ng là:ứ ω1=G1 ρ.f= 3,928
Tốc độ này nằm trong phạm vi yêu cầu thường chọn như đã nêu trên (nếu không đạt thì phải thay đổi lại số ống trong 1 pass) Tương ứng với tốc độ này trị số Re sẽ là
=0,618 0,012 0,34 10 −6 !811,76 10> 4 [1.16] Ở đây l 1 = d1=0,012mm (đường kính trong)
Việc xác định α 2 dựa vào thực nghiệm, với G 2 =4,217 kg s/, chọn α2 00 W/m 2 độ
Vì ống làm bằng đồng đó có hệ số dẫn nhiệt rất lớn, vả lại vách ống không dày nên nhiệt trở vách ống đồng có thể bỏ qua, trong trường hợp vách ống mỏng nên có thể cho phép sử dụng công thức vách phẳng như đã đề cập ở trên để tính: k= 1
Tính diện tích truyền nhiệt F và chiều dài ống L
F=Q lm k ∆t= 164475 1326,8 49,3=2,5145 m[1.18 2 ] Tổng số nX ống nên
L= F πdn= 2,5145 π 0,015.58=0,92 m Vậy ta có thông số bầu sinh hàn
1 Tính toán bơm nước cho vòng hở
Sức cản chuyển động của nước trong hệ thống làm mát thường được tính theo cột nước H Sức cản của hệ thống làm mát phụ thuộc vào sức cản của từng bộ phận : két nước, ống dẫn, vách nước trong thân và nắp máy v.v… thông thường sức cản tổng quát của hệ thống làm mát khi tính toán gần đúng có thể lấy = 3,5 ÷ 15mH H 2 O.
Sau khi xác định được lượng nước làm mát tiêu hao G n và cột áp H, ta có thể xác định đưược kích thước cơ bản của bơm nước.
Lưu lượng của bơm nước xác định theo công thức sau:
G b =G n η,kg s/ [1.19] Trong đó : η – hệ số tổn thất của bơm: η=0,8 ÷ 0,9
Trong đó : η eg – hiệu suât cơ giới của bơm : η eg =0,7 ÷ 0,9
Nđ=Nb.ηđ=7,16 1,3=9,308 kW (thương lấy công suất động cơ điện = 1,3 lần công suất bơm)
Từ các thông số đã có chọn máy bơm nước lưu lượng Lepono Acm 075B2 ( 750W) để bơm nước vòng hở
2 Tính toán bơm nước cho vòng kín
Lưu lượng nước tuần hoàn trong hệ thống làm mát vòng kín
G h ,G c : lưu lượng nước tuần hoàn vòng kín, hở.
C h ,C c : tỉ nhiệt nước làm mát
Cc=3,900 kJ/kg°C Sức cản chuyển động của nước trong hệ thống làm mát thường được tính theo cột nước H. Theo [2] trang 262 có thể lấy H = 3,5÷15mH 2 O.
Lưu lượng của bơm nước vòng kín
Với η là hệ số tổn thất của bơm, η=0,8 ÷ 0,9
Công suất tổn thất cho bơm nước
