Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xeToyota Landcruiser 200

Qua quá trình thực hiện đồ án sinh viên tự rút ra nhận xét và kinhnghiệm cho bản thân trước khi bước vào công việc thực tế.Em được nhận đề tài tốt nghiệp: “KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÀM MÁTĐỘNG

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI NÓI ĐẦU 3

1 Mục đích và ý nghĩa của đề tài 5

1.1 Mục đích 5

1.2 ý nghĩa 5

2 Giới thiệu khái quát về động cơ 1GR-FE 5

3 Giới thiệu chung về hệ thống làm mát động cơ 10

3.1 Mục đích và yêu cầu của hệ thống làm mát 10

3.1.1 Mục đích của hệ thống làm mát .10

3.1.2 Yêu cầu của hệ thống làm mát 11

3.2 Nhiệm vụ của hệ thống làm mát 11

3.2.1 Làm mát động cơ và máy nén .11

3.2.2 Làm mát dầu bôi trơn 12

3.3 Hệ thống làm mát bằng nước 12

3.3.1 Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi .12

3.3.2 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên 13

3.3.3 Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức .14

3.3.4 Hệ thống làm mát bằng nước ở nhiệt độ cao 18

3.4 Hệ thống làm mát động cơ bằng không khí (gió) 20

3.4.1 Hệ thống làm mát bằng không khí kiểu tự nhiên 20

3.4.2 Hệ thống làm mát không khí kiểu cưỡng bức 20

4 Kết cấu các cụm chi tiết chính của hệ thống làm mát bằng nước 22

4.1 Kết cấu két làm mát 22

4.2 Kết cấu của bơm nước 26

4.2.1 Bơm ly tâm 26

4.2.2 Bơm piston .28

4.2.3 Bơm bánh răng 28

4.2.4 Bơm cánh hút .29

4.2.5.Bơm guồng 31

4.3 Kết cấu quạt gió .32

4.3.1 Quạt gió dẫn động bằng đai 32

4.3.2 Quạt gió chạy bằng điện 33

4.4 Van hằng nhiệt .34

5 So sánh ưu khuyết điểm của kiểu làm mát bắng nươc và kiểu làm mát bằng không khí 36

6.1 Sơ đơ hệ thống làm mát Error! Bookmark not defined.

6.2 Các cụm chi tiết của hệ thống làm mát bằng nước động cơ 1GR-FE 38

6.2.1 Két làm mát 38

6.2.2 Nắp két .40

6.2.3 Bơm nước 42

6.2.4 Quạt gió dẫn động bằng đai 44

6.2.5 Van hằng nhiệt 46

6.2.6 Khớp chất lỏng 47

7 Tính toán nhiệt động cơ 1GR-FE 50

7.1 Các số liệu ban đầu 50

7.2 Các thông số chọn .51

7.3 Tính toán các quá trình công tác 51

7.3.1 Tính toán quá trình nạp 51

7.3.2 Tính toán quá trình nén .52

7.3.3 Tính toán quá trình cháy 53

7.3.4 Quá trình giãn nở 55

7.3.5 Tính toán các thông số của chu trình công tác 56

8 Tính toán hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE 57

8.1 Tổng quan về truyền nhiệt qua vách có cánh 57

8.2 Các thông số của két nước, bơm nước và quạt gió 61

8.5 Tính kiểm nghiệm quạt gió 67

8.5.1 Xác định lưu lượng không khí cần để làm mát hệ thống 67

8.6 Tính két giải nhiệt làm mát động cơ 70

8.6.1 Tính các thông số của két nước 70

8.6.2 Xác định lượng nhiệt của két làm mát truyền ra môi trường bên ngoài 73

9 Kết luận 76

Tài liệu tham khảo 77

LỜI NÓI ĐẦUSau quá trình học tập và trang bị những kiến thức về chuyên ngành động lực,sinh viên được giao nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp, nhằm giúp cho sinh viêntổng hợp và khái quát lại những kiến thức đã học, từ kiến thức cơ sở đến kiến thứcchuyên ngành Qua quá trình thực hiện đồ án sinh viên tự rút ra nhận xét và kinhnghiệm cho bản thân trước khi bước vào công việc thực tế.

Em được nhận đề tài tốt nghiệp: “KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÀM MÁTĐỘNG CƠ 1GR-FE lắp trên xe LAND CRUISER 2007”

Trong phạm vi đồ án này, em chỉ giới hạn tìm hiểu một cách tổng quát về cácphương pháp làm mát trong động cơ, các cơ cấu và hệ thống của động cơ 1GR-FE,trong đó đi sâu vào tính toán kiểm tra nhiệt động cơ và két làm mát

Do kiến thức còn hạn chế, tài liệu tham khảo còn ít và điều kiện thời giankhông cho phép nên đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi những thiếu sót, kínhmong các thầy cô trong bộ môn chỉ bảo để đồ án em được hoàn thiện hơn Cuốicùng, em xin chân thành cảm ơn cô giáo TS Phạm Thị Kim Loan, các thầy cô giáo

bộ môn, cùng các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này

Đà Nẵng, ngày 11 tháng 06 năm 2012.Sinh viên thực hiện

Phạm Văn Trọng

1 Mục đích và ý nghĩa của đề tài.

1.1 Mục đích

Một động cơ hoạt động đạt hiệu quả cao,chính là nhờ sự hỗ trợ và làm việctốt của các hệ thống như: hệ thống nhiên liệu, hệ thống bôi trơn, hệ thống khởiđộng, hệ thống làm mát… Vì vậy công suất, sức bền, tuổi thọ, hiệu suất làm việccủa động cơ phụ thuộc rất lớn vào sự làm việc của các hệ thống này Hệ thống làmmát là một trong những hệ thống quan trọng đó của động cơ

1.2 Ý nghĩa

- Để sinh viên cô đọng lại toàn bộ những kiến thức đã được trang bị

- Cơ hội để sinh viên tự tìm tòi những nguồn tài liệu trên mạng internet, sáchbáo, tạp chí Tiếp cận và cập nhật liên tục về những cái mới của ngành công nghiệp

ô tô thế giới cũng như Việt Nam

- Giúp sinh viên có thể nắm rõ cách hoạt động, khắc phục sự cố của hệ thốnglàm mát Tạo thuận lợi khi ra trường tiếp xúc công việc được tốt hơn

2 Giới thiệu khái quát về động cơ 1GR-FE

2.1 Giới thiệu chung

Ra đời vào năm 1951, do nhu cầu sử dụng xe đa dụng quân đội hạng nhẹ,Toyota đã phát triển dòng xe Toyota Jeep là mẫu xe đầu tiên thành công trong cuộcchinh phục chặng thứ 6 đỉnh núi Phú Sĩ Sau đó 2 năm, với qui mô sản xuất hàngloạt và chiến lược xây dựng hình ảnh công ty trên thị trường nước ngoài, Toyota đãđổi tên dòng xe này thành “Land Cruiser” cho phù hợp với đặc tính chạy đườngtrường trên toàn cầu của loại xe này (trong tiếng Anh “Land” là đất khô, “Cruiser”mang ý nghĩ như là một con tàu vượt đại dương lớn)

Tất cả các thế hệ Land Cruiser đều thống nhất những mục tiêu phát triển cơbản gồm: mục tiêu đầu tiên là luôn luôn vượt trên sự mong đợi của khách hàng toàncầu về độ tin cậy, sự bền bỉ cũng như khả năng chạy đường trường Mục tiêu thứhai là luôn có sự cải tiến, tiến bộ kỹ thuật cùng lúc tăng cường sự hài lòng chokhách hàng.

Và sự cam kết cho những mục tiêu này chính là chìa khóa then chốt tạo ra mộtchiếc xe có thương hiệu mạnh trên trường quốc tế Hiện nay, doanh số bán ra nướcngoài của loại xe này đã vượt trên 90%, và Land Cruiser đã có mặt tại hầu hết cáckhu vực trên thế giới Với sự ra đời của phiên bản Land Cruiser 200 mới, Toyotađảm bảo rằng dòng xe hai cầu này sẽ tiếp tục chinh phục mọi địa hình trên mọi lãnhthổ

Công suất tối đa [Hp/rpm] 236 HP/5200 rpm

Mômem xoắn tối đa [Nm/rpm] 361 Nm/4000 rpm

Điều khiển hệ thống nạp khí AIC Có

2.3 Các hệ thống trong động cơ 1GR-FE.

Toyota Landcruiser 2007 được trang bị động cơ 1GR- FE là động cơ sử dụngnhiên liệu xăng, 4 kỳ, là động cơ kiểu mới, phù hợp với các loại xe tính cơ độngtrên mọi địa hình, các hệ thống trong động cơ đều được điều khiển điện tử bằngECU động cơ điều khiển ECU nhận các tín hiệu từ các cảm biến xử lý và truyền tínhiệu điều khiển

Động cơ có 6 xilanh, bố trí chữ V6 góc nghiêng 600, dung tích công tác là

3956 cm3, thứ tự nổ 1-2-3-4-5-6 Tất cả các cụm, chi tiết cần được bảo dưỡng, điềuchỉnh thường xuyên nên đều được bố trí tại các vị trí dễ thao tác Động cơ cùng vớihộp số và hộp số phụ được lắp thành cụm động lực đặt dọc xe

Động cơ có hai trục cam trên nắp máy DOHC, gồm 24 xu páp (mỗi máy có 4

xu páp, hai nạp và hai thải) Trục cam đặt trên nắp máy cho phép làm giảm khốilượng các chi tiết trung gian chuyển động tịnh tiến (không có đũa đẩy) đảm bảohoạt động ổn định cho cơ cấu phân phối khí ngay cả tại số vòng quay cao Trục camđược dẫn động bằng xích từ trục khuỷu Với trục cam kép DHOC (Double overheadcamshafts), hệ thống VVT- i kép điều khiển đóng mở van nạp xả thông minh, điềukhiển đánh lửa thông minh Hệ thống nạp ACIS, đóng mở bướm ga là bướm ga điện

tử ETCS- i Với những đặc điểm nổi bật trên thì Toyota Landcruiser đã chiếm được

ưu thế vượt trội về mặt động học, động lực học Chinh phục mọi địa hình

Cùng với đó, Land Cruiser còn sử dụng hộp số bán tự động 5 cấp AI-ShiftControl, tuỳ theo điều kiện mặt đường và yêu cầu của người lái, nó có sẽ tự độngphán đoán để việc chuyển số trở nên tối ưu nhất, giúp quá trình điều khiển và phảnứng tăng tốc mượt mà, bình ổn Tiếng động cơ nhỏ, êm ái nên khi ngồi trong xe,hành khách rất khó có thể cảm nhận được rung chấn và tiếng nổ của động cơ

2.3.1 Hệ thống điểu khiển động cơ

ECU dùng trong các xe trang bị EFI kiểu thông thường bắt đầu đượcxuất khẩu ở Nhật Bản năm 1979 là loại mạch tương tự, loại này điều khiển lượngphun nhiên liệu dựa trên khoảng thời gian cần thiết để phóng và nạp một tụ điện.Loại điều khiển bằng vi xử lý được bắt đầu vào năm 1982 Đó là điểm khởiđầu của hệ thống điều khiển động cơ dùng TCCS Tuy nhiên, ngày nay hệ thốngđiều khiển động cơ không chỉ điều khiển EFI mà còn bao gồm ESA: điều khiển thờiđiểm đánh lửa, ISC: điều khiển tốc độ không tải và các hệ thống nâng cao khác nhưchẩn đoán, dự phòng và an toàn

Hệ thống điều khiển động cơ là hệ thống điều khiển điện tử ECU nhận các tín hiệu

từ các cảm biến, xử lý và truyền tín hiệu điều khiển các hệ thống trong động cơ, vớiviệc sử dụng điều khiển điện tử trên động cơ nhằm đáp ứng được các yêu cầu khắtkhe của động cơ, đồng thời nâng cao được công suất của động cơ

Hình 2-1 Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ

1 Cảm biến lưu lượng khí nạp, 2 Cảm biến nhiệt độ khí nạp,

3 Cảm biến nhiệt độ động cơ, 4 Cảm biến vị trí bướm ga, 5 Cảm biến vị trí trục cam,

6 Cảm biến vị trí trục khuỷu, 7-1,7-2 Cảm biến kích nổ, 8-1,8-2 Van điều chỉnh họng gió, 9-1,9-2,10-1,10-2 Cảm biến oxy.

*1 Kim phun; *2 Bôbin; *3 Cơ cấu điều khiển; *4 Van điều khiển khí nạp

7-2

PVC

*1

*2 8-2

1

*3 2

Thuìng xàng

Råle Båm Xàng

ECM

Båm xàng Loüc khäng khê

2.3.2 Hệ thống nhiín liệu

* Đặc điểm của hệ thống nhiín liệu động cơ 1GR-FE

Hệ thống nhiín liệu động cơ 1GR-FE đóng vai trò rất quan trọng, đảm bảo sựhoạt động của động cơ, lă một trong những phần của hệ thống điều khiển điện tửtrong động cơ, như hệ thống đânh lửa điện tử, điều khiển tốc độ động cơ, tạo ra sựtương trợ lẫn nhau, kim phun hoạt động như câc kim phun của câc xe đời mới, kimphun có nhiều lỗ có tâc dụng tạo nhiín liệu phun ra tơi dẫn đến dễ hòa trộn vớikhông khí tạo hỗn hợp chây tốt cho quâ trình chây Khả năng điều khiển tốt, côngsuất động cơ tăng, giảm tiíu hao nhiín liệu

Công tắc đánh lửa Vòi phun (No.1)

Vòi phun (No.2)

Vòi phun (No.3)

Vòi phun (No.4)

Vòi phun (No.5)

Vòi phun (No.6)

Hệ thống bình xăng đôi với hai bình chính phụ thông nhau có khả năng tựchuyển nhiên liệu từ bình xăng phụ sang bình xăng chính giúp gia tăng đáng kể

hành trình

2.3.3 Hệ thống bôi trơn

Hệ thống bôi trơn cung cấp dầu máy đến các chi tiết chuyển động quay và trượt củađộng cơ sao cho chúng có thể làm việc êm dịu Nó cũng đóng một vai trò quantrọng trong việc làm mát

Hệ thống bôi trơn gồm có các chi tiết chính sau: Bơm dầu, bầu lọc dầu, cạc tedầu, các đường ống Dầu sẽ từ cạc te được hút bằng bơm dầu, qua lọc dầu, vào cácđường dầu dọc thân máy vào trục khuỷu, lên trục cam, từ trục khuỷu vào các bạcbiên, theo các lỗ phun lên thành xy lanh, từ trục cam vào các bạc trục cam, rồi theocác đường dẫn dầu tự chảy về cạc te

Bơm dầu sử dụng trong động cơ là loại bơm bánh răng ăn khớp trong Dướiđây là sơ đồ kết cấu của bơm

Hệ thống bôi trơn dùng lọc dầu, phần tử lọc có thể thay thế được, đảm bảođược sự thay thế dễ dàng

2.3.4 Hệ thống đánh lữa

Hệ thống đánh lửa động cơ 1GR-FE sử dụng hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS(Direct ignition sytem) Dis cải thiện độ chính xác thời gian đánh lửa, giảm sự thấtthoát điện áp và tăng cường độ tin cậy của hệ thống bằng cách loại bỏ bộ phân phốiđánh lửa Hệ thống đánh lửa DIS độc lập trong đó một biến áp đánh lửa sử dụngcho một xilanh

Hình 2-3 Kết cấu của bơm bánh răng

Hình 2-4 Sơ đồ mạch đánh lửa động cơ 1GR-FE

Trong hệ thống đánh lửa động cơ 1GR-FE thì loại bugi lạnh (3/4 inch) được sửdụng Đây là loại bugi gắn ở đầu xilanh để nhận được tia lửa dày do đó áo khoácnước có thể mở rộng gần buồng đốt tăng hiệu suất hệ thống làm mát

Hình 2-5 bugi trong động cơ 1GR-FE

3 Giới thiệu chung về hệ thống làm mát động cơ

3.1 Mục đích và yêu cầu của hệ thống làm mát

- Phụ tải nhiệt làm giảm sức bền làm giảm sức bền, độ cứng vững và tuổithọ 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

- Giảm hệ số nạp

- Đối với động cơ xăng dễ phát sinh hiện tượng cháy kích nổ

Để khắc phục các hậu quả xấu trên Vì vậy cần thiết phải làm mát động cơ hệthống làm mát động cơ có nhiệm vụ thực hiện quá trình truyền nhiệt từ khí cháy quathành buồng cháy rồi đến môi chất làm mát để đảm bảo cho nhiệt độ của các chi tiếtkhông quá nóng nhưng cũng không quá nguội Động cơ quá nóng sẽ gây ra các hiệntượng như đã nói, còn quá nguội tức là động cơ được làm mát quá nhiều vì vậy tổnthất nhiệt cho dung dịch làm mát nhiều, nhiệt lượng dùng để sinh công ít do đó hiệusuất nhiệt của động cơ thấp, ngoài ra do nhiệt độ động cơ thấp ảnh hưởng đến chấtlượng dầu bôi trơn, độ nhớt của dầu bôi trơn tăng, dầu bôi trơn khó lưu động vì vậylàm 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 1GR-FE có hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức.3.1.2 Yêu cầu của hệ thống làm mát

Đối với động cơ 1GR-FE cũng như các động cơ lắp trên xe ô tô khách thì hệthống 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

80840C và nhiệt độ của dầu bôi trơn trong động cơ khoảng 95÷1150C

- Bảo đảm động cơ làm việc tốt ở mọi chế độ và mọi điều kiện khí hậu cũngnhư điều kiện đường sá, kết cấu nhỏ gọn, dễ bố trí

3.2.2 Làm mát dầu bôi trơn

Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt độ của dầu bôi trơn tăng lênkhông 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 vàđảm bảo khả năng bôi trơn, vì vậy cần phải làm mát dầu bôi trơn Đường dầu bôitrơn được khoan song song với đường nước làm mát động cơ Khi nước làm mátđộng cơ đồng thời làm mát luôn cho dầu bôi trơn, nhằm hạ nhiệt độ cho dầu bôitrơn

3.3 Hệ thống làm mát bằng nước

Hệ thống làm mát bằng nước được chia ra nhiều kiểu khác nhau như: làmmát bằng nước kiểu bốc hơi, kiểu đối lưu tự nhiên, kiểu tuần hoàn cưỡng bức vàlàm 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 1

3

4

Hình 3-1 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;

10- Cácte chứa dầu.

Khi động cơ làm việc, tại những vùng nước bao xung quanh buồng cháynước 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 chìmxuống dưới điền chỗ cho nước nóng nổi lên, do đó tạo thành lưư động đối lưu tựnhiên Căn cứ vào nhiệt lượng của động cơ và cách bố trí động cơ đứng hay nằm đểthiết kế hệ thống kiểu bốc hơi này

Với việc làm mát bằng kiểu bốc hơi nước, lượng nước trong thùng sẽ giảmnhanh, do đó cần phải bổ sung nước thường xuyên và kịp thời Vì vậy, kiểu làm mátnày 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 lưuđộng đối lưu đã nói ở trên nên hệ thống này được dùng cho các động cơ đốt trongkiểu 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 mònxilanh không đều

3.3.2 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 nướcnóng trong động cơ và cột nước nguội trong thùng chứa hoặc trong két nước

4 3

2

1

Hình 3-2 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 nướcgiảm nên nước nổi lên trên Trong khoang của nắp xilanh, nước tiếp tục nhận nhiệtcủa các chi tiết bao quanh buồng cháy- nắp xilanh, xupap… nhiệt độ của nước tiếptục tăng lên và khối lượng riêng nước tiếp tục giảm, nên nước nổi lên trên theođường dẫn ra khoang phía trên của két làm mát (5) Quạt gió (6) được dẫn độngbằng puly từ trục khuỷu động cơ hút không khí qua két Do đó, nước trong két đượclàm mát làm cho khối lượng riêng nước tăng, nước sẽ chìm xuống khoang dưới củakét 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 lựcgiữa hai cột nước bé Vì vậy, nước lưu động chậm, động cơ chóng đạt nhiệt độ ởchế độ làm việc Sau đó phụ tải tăng thì độ chênh lệch nhiệt độ của hai cột nướccũng tăng theo, tốc độ lưu động của nước cũng tăng theo Độ chênh áp lực cũng cònphụ thuộc vào hiệu độ chênh chiều cao trung bình của hai cột nước, do đó phải luônluôn 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 vậntốc bé vào khoảng V = 0,120,19 m/s Điều đó dẫn đến chênh lệch nhiệt độ nướcvào và nước ra lớn, vì vậy mà thành xilanh được làm mát không đều Muốn khắcphục nhược điểm này thì phải tăng tiết diện lưu thông của nước trong động cơ dẫnđến hệ thống làm mát nặng nề cồng kềnh Do vậy, hệ thống làm mát kiểu này khôngthích hợp cho động cơ ô tô máy kéo, mà thường được dùng trên động cơ tĩnh tại.3.3.3 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 cộtnước 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 vòngkín, kiểu cưỡng bức một vòng hở, kiểu cưỡng bức hai vòng tuần hoàn Mỗi kiểulàm mát có những nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm, phạm vi sử dụng khác nhau.3.3.3.1 Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng.

9

111

108

7

Hình 3-3 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 (3-3) là hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức của động cơ ô tômáy kéo một hàng xilanh Ở đây, nước tuần hoàn nhờ bơm ly tâm (3), qua ống phânphối nước đi vào các khoang chứa của các xilanh Để phân phối nước làm mát đồngđều cho mỗi xilanh, nước sau khi bơm vào thân máy (1) chảy qua ống phân phốiđúc sẵn trong thân máy Sau khi làm mát xilanh, nước lên làm mát nắp máy rồi theođường ống (2) ra khỏi động cơ với nhiệt độ cao rồi đến van hằng nhiệt (6) Khi vanhằng nhiệt (6) mở, một phần nước chảy qua đường ống (4) về đường ống hút củabơm nước (3), một phần lớn nước qua van hằng nhiệt (6) vào ngăn chứa phía trêncủa két nước

Tiếp theo, nước từ ngăn phía trên của két đi qua các ống mỏng có gắn cánhtản 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 ngănchứa phía dưới, nước có nhiệt độ thấp hơn lại được bơm nước (3) đẩy vào động cơthực hiện một chu kỳ làm mát tuần hoàn

Ưu điểm của hệ thống làm mát cưỡng bức một vòng kín là nước sau khi quakét làm mát lại trở về động cơ Do đó ít phải bổ sung nước, tận dụng việc trở lạinguồn nước để tiếp tục làm mát động cơ Vì vậy, hệ thống này rất thuận lợi đối vớicác loại xe đường dài, nhất là ở những vùng thiếu nguồn nước.

3.3.3.2 Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn hai vòng

Trong hệ thống này, nước được làm mát tại két nước không phải là dòngkhông khí do quạt gió tạo ra mà là bằng dòng nước có nhiệt độ thấp hơn, như nướcsông, biển Vòng thứ nhất làm mát động cơ như ở hệ thống làm mát cưỡng bức mộtvòng còn gọi là nước vòng kín Vòng thứ hai với nước sông hay nước biển đượcbơm 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 cơtàu thủy

1 2 3

4 5

6

7 8

9 10

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 nướcngọt (5) Nước ngọt trong hệ thống kín được làm mát bởi nước ngoài môi trườngbơm 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 kíncòn thấp, van hằng nhiệt (4) đóng đường nước đi qua két làm mát nước ngọt Vìvậy, nước làm mát ở vòng làm mát ngoài, nước được hút từ bơm (7) qua két làmmát (5) theo đường ống (6) đổ ra ngoài Van hằng nhiệt (4) có thể đặt trên mạchnước 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 vanhằng nhiệt (4) rồi theo đường ống đi vào bơm nước ngọt (10) để bơm trở lại độngcơ.

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 vàolàm mát động cơ, sau đó theo đường nước (5) đổ ra sông, biển Hệ thống này có ưuđiểm là đơn giản Tuy nhiên, ở một số kiểu động cơ nước làm mát đạt được ở 1000Choặc cao hơn Khi nước ở nhiệt độ cao, nước sẽ bốc hơi Hơi nước có thể tạo thànhngay trong áo nước làm mát (kiểu bốc hơi bên trong) hoặc hơi nước bị tạo ra trongmột thiết bị riêng (kiểu bốc hơi bên ngoài) Do đó, cần phải có một hệ thống làmmát riêng cho động cơ

So sánh hai hệ thống làm mát kín và hở của động cơ tàu thủy thì hệ thống hở

có kết cấu đơn giản hơn, nhưng nhược điểm của nó là nhiệt độ của nước làm mátphải giữ trong khoảng 500÷ 600C để giảm bớt sự đóng cặn của các muối ở thànhxilanh, nhưng với nhiệt độ này do sự làm mát không đều nên ứng suất nhiệt của cácchi tiết sẽ tăng lên Cũng do vách áo nước bị đóng cặn muối mà sự truyền nhiệt từxilanh vào nước làm mát cũng kém Ngoài ra, do ảnh hưởng của nhiệt độ nước ởngoài tàu thay đổi mà nhiệt độ nước trong hệ thống hở cũng dao động lớn Điều nàykhông có lợi cho chế độ làm mát

3.3.4 Hệ thống làm mát bằng nước ở nhiệt độ cao

Hệ thống làm mát ở nhiệt độ cao ở đây bao gồm hai hệ thống làm mát chính

là hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngoài và hệ thống làmmát cưỡng bức nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt hơi nước và nhiệt của khí thải

3.3.4.1 Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngoài

7 1

p2 , tra

6

p2 , tvaìo

Hình 3-6 Sơ đồ hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngoài

1- Động cơ; 2- Van tiết lưu; 3- Bộ tách hơi; 4- Quạt gió; 5- Bộ ngưng tụ nước;

6- Không khí làm mat; 7- Bơm nước.

Trong hệ thống này có hai vùng áp suất riêng khác nhau Vùng thứ nhất có ápsuất p1 truyền từ bộ tách hơi (3) qua bộ ngưng tụ (5) đến bơm tuần hoàn (7) Quạtgió (4) dùng để quạt mát bộ ngưng tụ (5) Vùng thứ hai có áp suất p2> p1 truyền từbơm tuần hoàn qua động cơ đến van tiết lưu (2) của bình tách hơi (3), độ chênh ápsuất p = p2- p1 được điều chỉnh bởi van tiết lưu (2) Nước trong vùng có áp suấtcao p2không sôi mà chỉ nóng lên (từ nhiệt độ tvào đến tra) Áp suất p2 tương ứng vớinhiệt độ sôi t2> tranên nước chỉ sôi ở bộ tách hơi có áp suất p1< p2

3.3.4.2 Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt của hơi nước vànhiệt của khí thải

10 11 12

13 14

15 16

Hình 3-7 Sơ đồ hệ thống làm mát nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt của hơi nước vànhiệt của khí thải

1- Động cơ; 2- Tuabin tăng áp; 3- Đường thải; 4- Bộ tăng nhiệt cho hơi nước; 5- Bộ tăng nhiệt cho nước ra; 6- Bộ tăng nhiệt cho nước trước khi vào bộ tách hơi; 7,9- Van tiết lưu; 8- Bộ tách hơi nước; 10- Tuabin hơi; 11- Bộ ngưng tụ;

12,14,15,16- Bơm nước; 13- Thùng chứa nước.

Hệ thống làm mát này có hai vòng tuần hoàn và quá trình hoạt động như sau:

- Vòng 1: Bộ tách hơi (8) đến bơm tuần hoàn (14) vào động cơ (1), bộ tăngnhiệt trước cho nước tuần hoàn (5) đến van tiết lưu (7), bộ tách hơi (8) Nước tuầnhoàn trong hệ thống tuần hoàn làm kín nhờ bơm (11) bơm lấy nước từ bộ tách hơivới áp suất p1 đưa vào động cơ với áp suất p2 Từ động cơ nước lưu động ra với ápsuất p2và nhiệt độ trarồi vào bộ tăng nhiệt (5), ở đây nhiệt độ nâng lên t’ra> tra

Nhưng do áp suất của p2 của nước tương ứng với với nhiệt độ sôi t2> t’ra> tra

nên nước không sôi trong động cơ và cả bộ tăng nhiệt Nước chỉ sôi ở bộ tách hơisau khi qua bơm tiết lưu, tại đây áp suất giảm từ p2 xuống p1với nhiệt độ t1

- Vòng 2: Hơi từ bộ tách hơi (8) qua bộ tăng nhiệt (4), sau đó vào tuabin (10),

rồi vào bộ ngưng tụ (11) Nước làm mát do hơi nước ngưng tụ trong bộ phận ngưng

tụ (11) được bơm (12) bơm vào buồng chứa (13) rồi qua bơm (15) để bơm vào bộtăng nhiệt (6), sau đó qua van điều tiết tự động (9) vào bộ tách hơi Nước làm mátcủa vòng tuần hoàn ngoài chảy vào bình làm mát dầu, đi làm mát đỉnh và qua bộ

ngưng tụ (11) đều do bơm (16) của hệ thống bơm cấp vào mạch hở để piston làmmát nước trong mạch kín.

Ưu điểm của hệ thống làm mát này là: Có thể nâng cao được hiệu suất làmviệc của động cơ lên 6-7%, giảm được lượng tiêu hao hơi nước và không khí làmmát, do đó ta rút gọn được kích thước bộ tản nhiệt, đốt cháy được nhiều lưu huỳnhtrong nhiên liệu này

Tuy nhiên, hệ thống làm mát này cũng có những nhược điểm cơ bản là nhiệt

độ của các chi tiết máy cao Do đó cần đảm bảo các khe hở công tác của các chi tiếtcũng như cần phải dùng loại dầu bôi trơn có tính chịu nhiệt tốt Ngoài ra đối vớiđộng cơ xăng cần phải chú ý đến hiện tượng kích nổ Khi tăng áp suất để nâng nhiệt

độ của nước làm mát trong hệ thống, cần phải đảm bảo các mối nối đường ống, cáckhe hở của bơm phải kín hơn, bộ tản nhiệt phải chắc chắn hơn

3.4 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 chủyếu- phiến tản nhiệt trên thân máy và nắp xilanh, quạt gió và bản dẫn gió Hệ thốnglàm mát bằng không khí chia làm hai loai: làm mát bằng không khí kiểu tự nhiên vàkiểu làm mát theo cưỡng bức (dùng quạt gió)

Tùy thuộc vào đặc điểm của từng loại động cơ mà trang bị hệ thống làm máthợp lý

3.4.1 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 trítrên nắp xilanh và thân máy Các phiến ở mặt trên nắp xilanh bao giờ cũng bố trídọc theo hướng di chuyển của xe, các phiến làm mát ở thân thường bố trí vuông gócvới đường tâm xilanh Đa số động cơ môtô và xe máy bố trí hệ thống làm mát kiểunày

Tuy nhiên, một vài loại xe máy đặt động cơ nằm ngang lại bố trí phiến tảnnhiệt dọc theo đường tâm xilanh để tạo điều kiện gió lùa qua rãnh giữa các phiếntản nhiệt Hệ thống làm mát kiểu tự nhiên lợi dụng nhiệt khi xe chạy trên đường đểlấy làm mát các phiến tản nhiệt

Do đó, khi xe lên dốc hay chở nặng hoặc chạy chậm thường động cơ bị quánóng do làm mát kém Để khắc phục nhược điểm này người ta đưa ra phương ánlàm mát bằng không khí kiểu cưỡng bức

3.4.2 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 chuyểncủa 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 cácphiến tản nhiệt.

Hiệu quả làm mát của hệ thống phụ thuộc nhiều về hình dạng, số lượng vàcách bố trí các phiến tản nhiệt trên thân máy và nắp xilanh

Hình 3-8 Hệ thống làm mát bằng không khí động cơ 4 xi lanh

(A)- Hệ thống làm mát bằng gió dùng quạt gió hướng trục.

(B)- 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 Nhưngquan trọng nhất là quạt gió, quạt gió cung cấp lượng gió cần thiết, có tốc độ cao đểlàm mát động cơ Quạt gió được dẫn động từ trục khuỷu cung cấp gió với lưu lượnglớn làm mát động cơ Để rút ngắn thời gian từ trạng thái nguội khi khởi khởi độngđến 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 bốnxilanh dung quạt gió hướng trục Từ hình vẽ ta thấy không khí qua cửa hút gió, quaquạt gió hướng trục rồi theo bản dẫn gió đi vào khu vực các phiến tản nhiệt của cácxilanh, sau đó theo ống thải thoát ra ngoài

Nhờ có bản dẫn gió nên dòng không khí làm mát được phân chia đều cho cácxilanh, khiến cho nhiệt độ các xilanh tương đối đồng đều Hơn nữa do khí có bảndẫn gió, dòng không khí đi sát mặt đỉnh của các phiến tản nhiệt vì vậy có thể nângcao hiệu suất truyền nhiệt Ngoài ra nhờ có bản dẫn gió, ta có thể bố trí ưu tiên chodòng 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, bảndẫn gió được cố định vào thân máy

1 2

4 Kết cấu các cụm chi tiết chính của hệ thống làm mát bằng nước

Trong hệ thống làm mát bằng chất lỏng thì sự tuần hoàn của chất lỏng đượcthực hiện một cách cưỡng bức dưới tác dụng của bơm nước bơm vào áo làm mát,nước bị hâm nóng và qua đường nước ở nắp máy trở về két nước Quạt gió có tácdụng làm nguội nước ở két làm mát được nhanh chóng

4.1 Kết cấu két làm mát

Két làm mát có tác dụng để chứa nước truyền nhiệt từ nước ra không khí để

hạ nhiệt độ của nước và cung cấp nước nguội cho động cơ khi làm việc Vì vậy yêucầu két nước phải hấp thụ và toả nhiệt nhanh Ðể đảm bảo yêu cầu đó thì bộ phậntản nhiệt của két nước thường được làm bằng đồng thau vì vật liệu này có hệ số tỏanhiệt cao

Kích thước bên ngoài và hình dáng của két làm mát phụ thuộc vào bố trí chung,chiều cao của động cơ, chiều cao của mui xe, kết cấu của bộ tản nhiệt Nhưng tốtnhất là bề mặt đón gió của két làm mát nên có dạng hình vuông để cho tỷ lệ giữadiện tích chắn gió của quạt đặt sau két làm mát và diện tích đón gió của két tiến gầnđến một Trên thực tế tỷ lệ đó chỉ chiếm 75 ÷ 80%

Két làm mát được phân làm hai loai: két làm mát kiểu “nước- nước” và kétlàm mát kiểu “nước - không khí”

Két làm mát kiểu “nước-nước” được dùng trên động cơ có hai vòng tuần hoàn,nước làm mát như đã nói trên trong đó nước ngọt đi trong ống, cấu tạo của két nướcnày cũng tương tự két làm mát dầu nhờn bằng nước

Két làm mát kiểu “nước- không khí”, thường dùng trên các loại ô tô máy kéobao gồm ba phần, ngăn trên chứa nước nóng từ động cơ ra, ngăn dưới chứa nướcnguội để vào làm mát động cơ, nối giữa ngăn trên và ngăn dưới là giàn ống truyềnnhiệt Giàn ống truyền nhiệt là bộ phận quan trọng nhất của két làm mát

Ðánh giá chất lượng két làm mát bằng hiệu quả làm mát cao tức hệ số truyềnnhiệt của bộ phận tản nhiệt lớn, công suất tiêu tốn ít để dẫn động bơm nước, quạtgió Cả hai chỉ tiêu đó đều phụ thuộc vào 3 yếu tố sau:

- Khả năng dẫn nhiệt của vật liệu làm két tản nhiệt

- Khả năng truyền nhiệt đối lưu của két

- Kết cấu của két.(diện tích bề mặt truyền nhiệt)

Tuy nhiên, tăng tốc độ lưu động đòi hỏi phải tăng công suất tiêu hao cho dẫnđộng bơm nước và quạt gió.

Vấn đề thứ ba bao gồm việc chọn hình dáng và kích thước của ống và lá tảnnhiệt, và cách bố trí ống trên két

Hình 4-2 Kết cấu một số ống nướcThông thường két làm mát được làm bằng các ống dẹt, cắm sâu trong các látản nhiệt bằng đồng thau (hình 4.2a) Ống nước dẹt làm bằng đồng có chiều dàythành ống là (0,13 - 0,20)mm và kích thước tiết diện ngang của ống là (13÷20) x(2÷4)mm Còn các lá tản nhiệt có chiều dày khoảng (0,08 ÷ 0,12)mm.

Các ống được bố trí theo kiểu song song (hình 4.2a) hoặc theo kiểu so le (hình4.2.d) Loại so le dùng phổ biến nhất vì hiệu quả truyền nhiệt của nó tốt hơn loạisong song Trong một số trường hợp, để tăng hiệu quả truyền nhiệt (tăng khôngđáng kể), người ta đặt ống chếch đi một góc nào đó (hình 4.2c)

Ðể tạo xoáy cho dòng không khí nhằm tăng hiệu quả truyền nhiệt, người tacòn dùng ống dẹt hàn với lá tản nhiệt gấp khúc (hình 4.2b), trên lá dập rãnh thủng,hoặc dùng ống dẹt hàn với lá tản nhiệt hình sóng (hình 4.2e) và trên phần sóng của

lá đó được dập lõm (chỗ có số 1) Hai loại này có hệ số truyền nhiệt khá cao, nêncũng được ứng dụng rộng rãi trên động cơ ô tô Trên một số máy kéo và tải nặng

i)

g)

người ta còn dùng ống tròn có gân tản nhiệt hình xoắn ốc (hình 4.2g) Loại này có

ưu điểm là thay thế do hỏng hóc của từng ống rất đơn giản vì các ống không phảihàn vào ngăn trên và ngăn nước dưới như các kiểu ống dẹt mà ghép và làm kín bằngcác đệm cao su chịu nhiệt

Các kiểu bộ phận tản nhiệt nêu trên đây dùng lá tản nhiệt hoặc gân tản nhiệtthì ống tản nhiệt đều là ống nước

Trên một số rất ít động cơ máy kéo người ta còn dùng bộ phận tản nhiệt ốngkhông khí hình tròn hoặc hình lục lăng, mang tên két nước hình “tổ ong” (hình 4-2.i) Loại này ít dùng vì hệ số truyền nhiệt kém

Muốn nâng cao hiệu quả truyền nhiệt của két làm mát thì phải giảm bước của

lá tản nhiệt, bước của ống cả theo chiều ngang (chiều đón gió) và cả chiều sâu(chiều gió) cũng như tăng chiều sâu của két (tức là tăng số dãy ống theo chiều sâu).Nhưng tăng chiều sâu nhiều cũng không có hiệu quả lớn vì rằng khi hệ số truyềnnhiệt của dãy ống đã ổn định thì nếu tăng chiều sâu lên 50%, khả năng tản nhiệt củakét tăng15% , còn nếu tăng chiều sâu lên 100% thì khả năng tản nhiệt cũng chỉ tăngthêm 20% Cần chú ý rằng các biện pháp nâng cao hiệu quả trên đây đều kéo theo

sự gia tăng sức cản khí động của két Thông thường két nước dùng trên ô tô sức cảnkhí động của không khí qua két không vượt quá 300 (N/m2)

Ðánh giá kết cấu két làm mát dùng trên ô tô máy kéo bằng hệ số hiệu quả và

hệ số thu gọn Theo [2] tập 3 ta có như sau:

0 20 40 60 80 100

1 2

3 Các ống dẫn nước bố trí song song

4 Loại két nước tổ ong

Giá trị của η và φ nằm trong khoảng sau:

+ η = (0,140,20).10-3m2/W - đối với ô tô du lịch

+ η = (0,200,41).10-3m2/W - đối với ô tô tải

+ φ = 9001100 (1/m) - trị số lớn nhất đối với ô tô du lịch, trị số nhỏ nhất đốivới ô tô tải

Flm- Diện tích tản nhiệt của bộ phận tản nhiệt (m2)

Ne- Công suất có ích, danh nghĩa của động cơ (W)

Vk- Thể tích tản nhiệt của bộ phận tản nhiệt (m3)

4.2 Kết cấu của bơm nước

Bơm nước có tác dụng tạo ra một áp lực để tăng tốc độ lưu thông của nước làmmát Bơm có nhiệm vụ cung cấp nước cho hệ thống làm mát với lưu lượng và ápsuất nhất định Lưu lượng nước làm mát tuần hoàn trong các loại động cơ thay đổitrong 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, bơmpiston, bơm bánh răng, bơm guồng được lần lượt giới thiệu ở phần sau

4.2.1 Bơm ly tâm

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 dồnnước từ trong ra ngoài rồi đi làm mát

12

1011

9

13

123457

Nắp bơm và thân bơm được chế tạo bằng gang, cánh bơm (8) thường được chế tạobằng 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 vớiđộng cơ tốc độ thấp) Nước ở chỗ vào cánh có áp suất (0,02 ÷ 0,04) Mpa và tốc độ1,0 m/s Cột áp do bơm tạo ra khoảng (0,05 ÷ 0,15) Mpa và tốc độ nước trên đườngống dẫn vào bơm không vượt quá (2,5 ÷ 3) m/s Công suất tiêu hao để dẫn độngbơm 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 dùngcác 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 đượcvùng áp thấp đủ khi hút nước (không quá (2,94 ÷ 4,9).104 N/m2), do đó không có

năng lực tự hút, nên trước khi khởi động phải nạp đầy nước vào ống hút và bơm,đồng thời phải xả không khí hết ra khỏi bơm.

4.2.2 Bơm piston

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 củacác khối lượng chuyển động của bơm và để tránh hiện tượng va đập thủy lực do chutrình cấp nước không liên tục của bơm nên người ta ít dùng loại này

Hình 4-5 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 đồngchuyển động trong xilanh dẫn hướng (2,4) của vỏ bơm (1) Piston nối với thanhtruyền (5) và chuyển động nhờ trục khuỷu (6) Khi piston (3) đi xuống, nước sẽ điqua van (8) vào khoang chứa bên trên piston (3) Khi piston đi lên, nước trongkhoang bị đẩy qua van (9) đi vào hệ thống làm mát

4.2.3 Bơm bánh răng

Trên tàu thủy cũng thường dùng loại bơm bánh răng để bơm nước cho hệthống 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 chóngmòn 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 đểgiảm mài mòn bánh răng bơm, người ta còn chế tạo một trong hai bánh răng bơmbằng vật liệu tec-tô-lit hoặc làm bằng cao su lưu hóa

8 10

13

14 10

6 9

D D

Hình 4-6 Kết cấu bơm nước kiểu bánh răng

1- Trục bơm; 2-Bánh răng dẫn động; 3- Ổ bi; 4- Vành chặn dầu; 5- Bạc lót, 6-Vành chặn nước; 7- Đệm lót, 8- Vòng cao su, 9- Lò xo, 10- Bánh răng bị động, 11- Cửa hút nước vào; 12- Bánh răng chủ động; 13- Vỏ bơm; 14- Cửa thoát nước ra.

Kết cấu bơm bánh răng dùng trên hệ thống làm mát của động cơ tàu thuỷ.Bơm quay nhờ bánh răng (2) ăn khớp với hệ thống bánh răng truyền động từ trụckhuỷu Trục truyền động bơm (1) một đầu dẫn động đặt trên ổ bi cầu (3), còn ở đầukia lắp bánh răng bơm tựa trên hai bạc lót (5) và (7), các bạc lót này được bôi trơnnhờ các đệm bằng tec- tô-lit (7) và vòng cao su (8) Còn bao kín dầu bôi trơn ổ bibằng vành chắn dầu (4) Bánh răng bị động (10) được làm bằng tec-tô-lit

4.2.4 Bơm cánh hút

Bơm cánh hút thường được dùng cho mạch ngoài (mạch hở) của hệ thốnglàm mát động cơ tàu thủy Nó hút nước từ bên ngoài vỏ tàu (nước sông hoặc nướcbiển) 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:

2-2

1-1

6 5 4

1-1IV

2-2III

1

III

3-3

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 dẫnđộng 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 đóthay đổi, ở giữa rãnh có chiều sâu lớn nhất và chiều sâu giảm dần đến không về haiphía đầu mút của rãnh (hình 4-7b)

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) Khicánh quay thì nước nằm giữa hai cánh cũng dịch chuyển theo (vị trí II) Do chiềusâu của rãnh (2) tăng dần nên dung tích giữa hai cánh tăng lên Do tăng dung tíchnên trong bơm hình thành độ chân không Nhờ có độ chân không nước được hútvào qua cửa (1), cánh quay tiếp tục được nửa vòng thì chiều sâu rãnh sẽ bắt đầugiảm 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 vớibơm 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 khôngdưới 1,5m với lưu lượng 8000 l/ph.

Hình 4-8: 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 4-8) 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 bánhcông 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 vàdưới tác dụng của lực li tâm, các phần tử nước chuyển động từ trong ra ngoài vàquay theo các cánh (5) rồi theo rãnh xoắn ốc (1) trên vỏ bơm đi qua cửa đẩy vào hệthống làm mát của động cơ

Loại bơm guồng của động cơ diesel 20 mã lực được dùng để cung cấp nướccho hệ thống làm mát hở (nước sau khi qua động cơ được thải ra ngoài ) Cột áp củaloại bơm guồng cao hơn cột áp của bơm ly tâm khoảng 3÷7 lần nhưng hiệu suấtthấp η = 0,25 ÷ 0,45, trong khi đó bơm li tâm η = 0,65 ÷0,9 Tuy vậy, so với bơmcánh hút thì hiệu suất của bơm guồng vẫn cao hơn khoảng 2 lần

4.3 Kết cấu quạt gió.

4.3.1 Quạt gió dẫn động bằng đai

1-Cánh quạt; 2-Xương đĩa bắt cánh quạt; 3-Mayơ; 4-Then bán nguyệt; 5-trục quạt;

6-Đai ốc; 7-Bulong bắt quạt; 8-Xương quạt.

Trong hệ thống làm mát bằng nước, dùng két làm mát bằng không khí, quạtgió dùng để tăng tốc độ của dòng không khí qua két nhằm nâng cao hiệu quả làmmát Quạt gió thường là quạt hướng trục

Quạt gió của động cơ có thể chạy bằng không khí hoặc điện Những động cơđặt dọc ở thân xe có trục sau là trục chủ động thường sử dụng là quạt cơ khí đượclắp cùng trục với bơm nước.Có hai chỉ tiêu để đánh giá chất lượng của quạt: đó lànăng suất (lưu lượng gió) của quạt và công suất tiêu tốn cho dẫn động quạt Ðối vớimột két nước cụ thể, năng suất thể hiện bằng tốc độ gió qua két làm mát Hai chỉtiêu trên phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: số vòng quay của quạt, kích thướccánh, 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 côngsuất dẫn động quạt tăng lên Thông thường góc nghiêng tốt nhất đối với quạt phẳng

là 40 ÷ 450 và với quạt cánh lồi là 380 Tăng góc nghiêng và tăng chiều rộng cánhquạt có làm cho lưu lượng tăng nhưng công suất dẫn động quạt tăng mãnh liệt, vìvậy đối với động cơ ô tô máy kéo đường kính quạt không vượt quá 0,65m và chiềurộng không vượt quá 70mm

Khoảng cách từ quạt đến két phụ thuộc vào việc tổ chức dòng khí làm mát tiếpcác 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 cánhtăng 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 vàomayơ, trước khi lắp phải cân bằng Loại cách quạt chế tạo bằng vật liệu polyme thìkhông 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÷1100 Quạt được dẫn động bằng đai truyền hìnhthang, tốc độ của đai truyền không vượt quá 30÷35 m/s Trên một số động cơ quạtđược dẫn động bằng xích, còn dẫn động bánh răng thì ít gặp Tỷ số truyền độngquạt nằm trong khoảng 1,0÷1.3 Ngoài ra còn có bộ phận áo làm mát Áo làm mátđược hình thành bởi khoang trống nằm giữa thành ngoài nắp máy với thành buồngđốt Ðặc biệt ở những chỗ bố trí đường xả thì cần được tăng cường làm mát

4.3.2 Quạt gió chạy bằng điện

4.3.2.1 Khái quát

Cần phải có một lưu lượng không khí lớn đi qua két nước để làm mát.Thôngthường, nếu xe chạy thì lưu lượng không khí đã đủ làm mát Nhưng khi xe dừnghoặc chậm thì lưu lượng không khí không đủ Vì vậy động cơ đã được trang bị quạtlàm mát để tạo ra lượng không khí cưỡng bức qua két làm mát

Hệ thống quạt điện nhạy cảm với nhiệt độ của nước làm mát, và nó chỉ cungcấp một lưu lượng không khí thích hợp khi nhiệt độ lên cao Ở nhiệt độ bình

thường, quạt ngừng quay để động cơ ấm lên và giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm tiếng

ồn Tốc độ quay của quạt điện có thể thay đổi trong ba cấp hoặc vô cấp, nhờ hiệuquả làm mát có thể điều chỉnh và phù hợp với nhiệt độ nước làm mát

Hình 4-10 Sơ đồ nguyên lý hoạt động quạt gió điều khiển bằng điện

1-Bình điện; 2-Công tắc nhiệt độ nước làm mát; 3-Lò xo; 4-Cuộn dây; 5-Quạt;

6-Khóa điện.

- Nhiệt độ nước làm mát thấp

Công tắc nhiệt độ nước làm mát đóng, và nhờ thế rơle quạt được nối mát.Lực từ trường của cuộn dậy của rơle sẽ giữ các tiếp điểm ở vị trí ngắt, và dòng điệnkhông đến quạt được

- Nhiệt độ nước làm mát cao.

Công tắc nhiệt độ nước làm mát mở, và mạch rơle bị ngắt Khi đó, các tiếp điểmtiếp xúc với nhau, cung cấp dòng điện cho quạt quay với tốc độ cao

4.4 Van hằng nhiệt

Van hằng nhiệt hoạt động tùy theo nhiệt độ dùng để điều chỉnh nhiệt độ nướclàm mát bằng cách điều khiển nước làm mát đi từ động cơ đến két làm mát Vanhằng nhiệt được lắp trên đường nước giữa nắp xilanh với bình làm mát Van hằngnhiệt đóng hay mở tùy theo nhiệt độ nước làm mát Khi động cơ còn lạnh van hằngnhiệt đóng, lúc này nước không qua két làm mát mà đi tắt về bơm Khi động cơnóng 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 lênnhanh chóng, khi đó nhiệt độ của động cơ vẫn được giữ lại trong động cơ thay vì rakét làm mát, nhờ đó rút ngắn thời gian hâm nóng động cơ, tiêu hao ít nhiên liệu vàgiảm được lượng khí xả Sau khi hâm nóng, van hằng nhiệt giữ cho động cơ làmviệc ở nhiệt độ cao hơn so với trường hợp không có van hằng nhiệt Nhiệt độ làmviệc càng cao sẽ cải thiện hiệu quả của động cơ và giảm được khí xả Van hằngnhiệt dùng trên hệ thống làm mát bằng nước chia làm hai loai: loại dùng chất lỏnglàm 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 quyđịnh trong trường hợp động cơ mới khởi động

VAN HẰ NG NHIỆ T KIỂ U BỘ T GIÃN NỞ

3 1 2

10 9

15 11

14 12

Hình 4-11 Kết cấu câc 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 kĩt lăm mât; 3- Đường nước nóng tới van; 4- Hộp xếp; 5- Giâ treo; 6- Trục van; 7,12- Nắp van; 8- Bầu chứa;9- Xíríirin; 10- Măng; 11 Lò xo hồi vị; 14- Thđn van; 15- Ống dẫn hướng.

Van hằng nhiệt kiểu hộp xếp (hình 4-9b) gồm có hộp xếp chứa một chất lỏng

dễ bay hơi Phần dưới của bầu bắt chặt văo trục (6) van hằng nhiệt Khi nhiệt độlăm mât thấp hơn 780C, van hằng nhiệt đóng lại (hình 4-9a) vă toăn bộ chất lỏng điqua ống (1) (ống hai ngê) để trở về bơm nước, âp suất trong hộp xếp tăng lín, lămcho hố (7) giên dăi ra vă nđng van (4) lín Nước nóng đi qua ống 3 văo bình tríncủa bộ tản nhiệt Van 4 mở rộng hoăn toăn ở nhiệt độ 910C

Van hằng nhiệt dùng chất rắn lăm chất giên:

Ở hình 4-9c có bầu (8) chứa đầy xírízin (9), lấy từ dầu mỏ vă đậy kín bằngmăng cao su (10) Ở nhiệt độ 700C, xírízin nóng chảy vă giên nở đẩy măng (10), cữchặn vă thanh (5) chuyển động lín phía trín Lúc năy van (14) mở ra vă nước bắtđầu chảy tuần hoăn qua bộ tản nhiệt (hình 4.9d)

Khi nhiệt độ giảm xuống, xírízin động đặc lại vă giảm bớt thể tích Dưới tâcdụng của lò xo hồi vị (11), van (14) đóng lại vă măng (10) hạ xuống (hình 4.9c)

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 hợpkim inva có hệ số nở dài 1,5.10-6, dải đồng có hệ số nở 20.10-6 Van hằng nhiệt dùng

lò xo bimêtan làm việc rất tốt nhưng đắt tiền

5 So sánh ưu khuyết điểm của kiểu làm mát bắng nươc và kiểu làm mát bằng

- Độ dài thân động cơ làm mát bằng nước ngắn hơn khoảng (1015), trọnglượng nhỏ hơn (810) so với động cơ làm mát bằng không khí Được như vậy là

ta có thể đúc các xilanh liền một khối nên khoảng cách giữa các xilanh có thể giảmđến mức tối thiểu

- Do giảm được độ dài của thân động cơ nên có thể tăng độ cứng vững củathân động cơ, trục khuỷu và trục cam

- Khi làm việc động cơ làm mát bằng nước có tiếng ồn nhỏ hơn

- Tổn thất công suất để dẫn động quạt gió của động cơ làm mát bằng nướcnhỏ hơn động cơ làm mát bằng gió

Tuy vậy, hệ thống làm mát bằng nước cũng có những nhược điểm sau đây:

- Kết cấu thân máy và nắp xilanh rất phức tạp và rất khó chế tạo

- Phải dùng két nước có cánh tản nhiệt bằng đồng Kết cấu của két nước cũngrất phức tạp, khó chế tạo và dùng vật liệu quý như đồng, thiết

- Dễ bị rò rỉ nước xuống cácte nên có thể ảnh hưởng xấu đến chất lượng dầubôi trơn ở dưới cácte

- Khi trời lạnh có thể bị đóng băng trong áo nước và két nước có thể làm vỡ

hệ thống làm mát Vì vậy khi động cơ làm việc ở vùng có nhiệt độ thấp, thườngphải dùng hỗn hợp nước có trộn glyxêrin hay glycôn để hạ thấp nhiệt độ đông đặccủa nước làm mát

- Phải thường xuyên súc rửa hệ thống làm mát vì nước bẩn hoặc nước cứngđóng cặn làm giảm khả năng truyền nhiệt

- Không thuận lợi khi sử dụng ở vùng khan hiếm nước

6 Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE

Khi động cơ nóng lên, hệ thống làm mát sẽ truyền nhiệt ra không khí chung

quanh để làm mát động cơ Ngược lại, khi động cơ còn lạnh, Hệ thống làm mát giúpđộng cơ dể nóng lên.

Bằng cách đó, Hệ thống làm mát giúp cho việc duy trì nhiệt độ động cơ thích hợp

Ở động cơ 1GR-FE hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức được sửdụng

Khi mới khởi động, nước làm mát của động có sẵn trong két được bơm nướchút qua ống hút của bơm rồi được đẩy vào khoang nước trong thân máy của động

cơ thông qua các đường lỗ khoan sẵn trong thân máy Nước được phân chia để làmmát đều cả sáu xilanh, làm mát dầu bôi trơn sau đó lên làm mát thân máy, rồi từthân máy nước chia làm 2 đường: đường thứ nhất là nước làm mát tới van hằngnhiệt và đường thứ 2 là nước đã làm mát xilanh bị nóng lên được đi tới giàn sưởi

ấm sau đó nước được tiếp tục làm mát xilanh, nắp máy nhờ bơm ly tâm

Đặc điểm : Có kiểu van hằng nhiệt lắp ở đầu vào của bơm nước Van hằngnhiệt này được trang bị van đi tắt, tùy theo sự thay đổi nhiệt độ của nước làm mát

mà van này đóng hoặc mở van hằng nhiệt để điều chỉnh nước làm mát đi qua mạchchính và qua mạch đi tắt.(1) khi nước làm mát còn thấp (dưới 80°C), van hằng nhiệt

sẽ đóng và van đi tắt mở.Khi đó nước làm mát sẽ tuần hoàn qua mạch rẽ mà không

đi qua van hằng nhiệt Nhờ vậy nhiệt độ của nước sẽ tăng lên và động cơ sẽ đạt đếnnhiệt độ thích hợp nhanh hơn.(2)Khi nhiệt độ nước làm lên cao ( 80 tới 84°C ), Vanhằng nhiệt mở van đi tắt đóng lại Toàn bộ nước làm mát sẽ chảy qua két nước, Ởđây nó được làm mát nhờ các cánh tản nhiệt và quạt làm mát, sau đó nó đi qua van

Hình 6-1 Sơ đồ hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE

hằng nhiệt và trở về bơm nước.Bằng cách này nhiệt độ động cơ được duy trì Hệthống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức, dung tích bình chứa 9,6 lít Quạtcủa hệ thống làm mát được điều khiển bằng khớp chất lỏng ba giai đoạn.

Hình 6-2 Hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE6.2 Các cụm chi tiết của hệ thống làm mát bằng nước động cơ 1GR-FE

6.2.1 Két làm mát

6.2.1.1 Công dụng và yêu cầu

Công dụng của két kàm mát dùng để hạ nhiệt độ của nước từ động cơ ra bằngcách tản nhiệt ra ngoài không khí qua thành ống nước và cánh tản nhiệt, rồi lại đưatrở vào làm mát động cơ

Yêu cầu két nước phải hấp thụ và tỏa nhiệt nhanh tức là hệ số truyền nhiệtcủa bộ phận tản nhiệt lớn

6.2.1.2 Kết cấu và nguyên lý làm việc

Kết cấu của két làm mát động cơ 1GR-FE gồm có bình chứa 2 bên hông củakét nước thông nhau qua các ống mỏng bằng nhôm, có tiết diện dẹt (giống hìnhôvan), được bố trí một hàng, trong hàng có các cột nằm ngang và thẳng hàng vớinhau Các ống này có cánh tản nhiệt ở bên ngoài để tăng khả năng tản nhiệt Loạiống này có ưu điểm là có sức cản không khí ít hơn và diện tích tản nhiệt lớn hơnkhoảng 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 nằm ở bình chứa nước phía trên

có đường kính là Ф= 34 mm, đường ống ở khoang phía dưới đi vào động cơ làФ= 34mm

Hình 6-2 Hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE