Đề tài KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÀM MÁT VÀ TÍNH TOÁN KIỂM TRA KÉT LÀM MÁT ĐỘNG CƠ CA498

Em được nhận đề tài tốt nghiệp: “KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÀM MÁT VÀ TÍNH TOÁN KIỂM TRA KÉT LÀM MÁT ĐỘNG CƠ CA498 ” Trong phạm vi đồ án này, em chỉ giới hạn tìm hiểu một cách tổng quát về các p

Đồ án tốt nghiệp

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Error! Bookmark not defined.

1.MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA ĐỀ TÀI 6

2.GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ CA498 7

2.1.GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ CA498 8

2.2.CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐỘNG CƠ CA498 9

2.3.CÁC CƠ CẤU CỦA ĐỘNG CƠ CA498 10

2.3.1 Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền 11

2.3.2 Cơ cấu phân phối 12

2.3.3 Hệ thống nhiên liệu của động cơ CA498 2.3.4 Hệ thống bôi trơn động cơ CA498 3 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ 13

3.1.HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC 13

3.1.1 Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi: 14

3.1.2 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên: 15

3.1.3 Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức: 16

3.1.3.1.Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng: 16

3.1.3.2 Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn hai vòng: 18

3.1.3.3.Hệ thống làm mát một vòng hở 19

3.2 HỆ THỐNG LÀM MÁT Ở NHIỆT ĐỘ CAO 20

3.2.1 Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngoài: 20

3.2.2 Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt của hơi nước và nhiệt của khí thải: 21

3.3 KẾT CẤU CÁC CỤM CHI TIẾT CHÍNH CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC 23

3.3.1 Kết cấu két làm mát 23

3.3.2.Kết cấu của bơm nước 27

3.3.2.1.Bơm ly tâm 27

3.3.2.2.Bơm piston 29

3.3.2.3.Bơm bánh răng 29

3.3.2.4.Bơm cánh hút 30

3.3.2.5.Bơm guồng 32

3.3.3.Kết cấu quạt gió 3.3.4.Van hằng nhiệt 33

3.4 HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ BẰNG KHÔNG KHÍ (GIÓ) 35

3.4.1.Các phương án làm mát bằng không khí Error! Bookmark not defined 3.4.1.1.Hệ thống làm mát bằng không khí kiểu tự nhiên Error! Bookmark not defined 3.4.1.2.Hệ thống làm mát không khí kiểu cưỡng bức Error! Bookmark not defined. 3.4.2.Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống làm mát bằng không khí Error! Bookmark not defined 3.4.2.1.Bản hướng dòng gió Error! Bookmark not defined 3.4.2.2.Quạt gió Error! Bookmark not defined 3.4.2.3.Gân tản nhiệt của xilanh và nắp xilanh Error! Bookmark not defined. 3.5 SO SÁNH ƯU KHUYẾT ĐIỂM CỦA KIỂU LÀM MÁT BẰNG NƯỚC VÀ KIỂU LÀM MÁT BẰNG KHÔNG KHÍ 42

4 KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ CA498 44

4.1 SƠ ĐỒ, MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU HỆ THỐNG LÀM MÁT 44

4.1.1 Sơ đồ hệ thống làm mát: 44

4.1.2 Mục đích của hệ thống làm mát: 45

4.1.3 Yêu cầu của hệ thống làm mát: 45

4.2 CÁC BỘ PHẬN VÀ MÔI CHẤT LÀM MÁT TRONG ĐỘNG CƠ CA498 45 4.2.1 Két làm mát: 45

4.2.1.1.Công dụng và yêu cầu: 45

4.2.1.2.Kết cấu và nguyên lý làm việc: 46

4.2.2 Nắp két: 47

4.2.2.1.Công dụng và yêu cầu: 47

4.2.2.2.Kết cấu và nguyên lý làm việc: 47

4.2.3 Bơm nước: 48

4.2.3.1.Công dụng và yêu cầu: 48

4.2.3.2 Kết cấu và nguyên lý làm việc: 49

4.2.4 Van hằng nhiệt 50

4.2.4.1 Công dụng và yêu cầu 50

4.3.4.2 Kết cấu và nguyên lý hoạt động 50

4.2.5 Quạt gió 52

4.2.5.1 Công dụng và yêu cầu: 52

4.2.5.2.Kết cấu và nguyên lý làm việc: 52

4.2.6 Dung môi làm mát 53

5 CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ CÁCH KHẮC PHỤC SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÀM MÁT 53

5.1 CÁC ĐIỀU CẦN CHÚ Ý KHI LÀM VIỆC TRÊN HỆ THỐNG LÀM MÁT 54

5.2 CÁC HƯ HỎNG VÀ CÁCH KHẮC PHỤC SỬA CHỮA 54

5.2.1 Két làm mát: 54

5.2.2 Nắp két: 55

5.2.3 Bơm nước: 55

5.2.4 Van hằng nhiệt: 56

5.2.5 Quạt gió: 56

5.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA HƯ HỎNG HỆ THỐNG LÀM MÁT 56 5.3.1 Kiểm tra và bổ sung nước làm mát: 57

5.3.2 Kiểm tra hiện tượng rò rỉ nước của hệ thống làm mát: 57

5.3.3 Kiểm tra hiện tượng tắc két nước: 58

5.3.4 Kiểm tra van hằng nhiệt: 58

5.3.5 Kiểm tra, điều chỉnh bộ truyền đai: 59

5.3.6 Thông rửa hệ thống làm mát: 59

5.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP CẤP, XẢ NƯỚC TRONG HỆ THỐNG LÀM MÁT 61

5.3.1 Cấp nước làm mát: 61

5.3.2 Xả nước làm mát: 61

6 TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM NHIỆT KÉT LÀM MÁT CỦA ĐỘNG CƠ CA498 61

6.1 TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT TRUYỀN NHIỆT QUA VÁCH CÓ CÁNH.

61

6.2 CÁC THÔNG SỐ CỦA KÉT NƯỚC, BƠM NƯỚC VÀ QUẠT GIÓ 66

6.3 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KIỂM TRA KÉT NƯỚC 67

6.4 XÁC ĐỊNH LƯỢNG NHIỆT ĐỘNG CƠ TRUYỀN CHO NƯỚC LÀM MÁT 70

6.5 XÁC ĐỊNH LƯỢNG NHIỆT KÉT LÀM MÁT TRUYỀN RA MÔI TRƯỜNG 72

6.6 TÍNH KIỂM NGHIỆM QUẠT GIÓ: 76

6.7 TÍNH KIỂM NGHIỆM BƠM NƯỚC 80

7 KẾT LUẬN 82

8.TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

LỜI NÓI ĐẦU

Sau 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 viên tổng hợp và khái quát lại những kiến thức đã học, từ kiến thức cơ sở đến kiến thức chuyên ngành Qua quá trình thực hiện đồ án sinh viên tự rút ra nhận xét và kinh nghiệm cho bản thân trước khi bước vào công việc thực tế

Em được nhận đề tài tốt nghiệp: “KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÀM MÁT VÀ TÍNH TOÁN KIỂM TRA KÉT LÀM MÁT ĐỘNG CƠ CA498 ”

Trong phạm vi đồ án này, em chỉ giới hạn tìm hiểu một cách tổng quát về các phương pháp làm mát trong động cơ, các cơ cấu và hệ thống của động cơ CA498, trong đó đi sâu vào tính toán kiểm tra két làm mát

Do kiến thức còn hạn chế, tài liệu tham khảo còn ít và điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy cô trong bộ môn chỉ bảo để đồ án em được hoàn thiện hơn Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn cô giáo KS Nguyễn Thị Băng Tuyền, thầy giáo TS Huỳnh Văn Hoàng, các thầy cô giáo bộ môn cùng các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2007

LÊ VĂN KHOA

1 MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA ĐỀ TÀI

Trong quá trình hoạt động của động cơ, nhiệt độ của buồng cháy tỏa ra rất lớn 2000÷25000C Với nhiệt độ như vậy nếu không làm mát hoặc làm mát không đủ sẽ gây ra nhiều tác hại như: cháy xupáp, dầu nhờn biến chất, gây bó piston và xecmăng trong xilanh, giảm hiệu suất và công suất của động cơ Do vậy hệ thống làm mát động

cơ là một trong các hệ thống để giải quyết những vấn đề đó

2 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ CA498

2.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ CA498

Động cơ CA498 là động cơ diesel bốn kỳ, bốn xilanh được xếp thành một dãy thẳng hàng, dung tích các xilanh là 3,168lít, thứ tự nổ 1-3-4-2 và làm mát bằng chất lỏng theo phương pháp cưỡng bức tuần hoàn một vòng kín Động cơ này do Trung Quốc sản xuất và được công ty cơ khí ô tô Đà Nẵng lắp ráp trên xe tải

2.2 CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐỘNG CƠ CA498

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của động cơ:

- Công suất cực đại

- Số vòng quay ứng với công

suất cực đại

- Momen cực đại

- Tốc độ ứng với momen cực

đại

Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ

nhất khi đầy tải

- Chiều quay của động cơ

4 1-3-4-2

98

105 3,168 18,5 62,5

3600

196 1900÷2100

kW vòng/phút

N.m vòng/phút

g/kW.h

Bằng điện

245 (684 x 603 x 722)

5

6

8

11 12

14

16

17 1

Hình 2.1: Kết cấu động cơ CA498

1-Thân máy , 2-Trục khuỷu, 3-Bộ điều tốc, 4-Thanh truyền, 5-Đường nạp không khí, Vòi phun, 7-Lò xo xupáp, 8-Trục cò mổ, 9-Đường thải, 10-Xupáp, 11-Đũa đẩy, 12- Pittông, 13-Con đội, 14-Trục cam, 15-Đối trọng, 16-Chân máy, 17-Bầu lọc dầu,

18- Các te

2.3.1 Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

Trục khuỷu và thanh truyền được nối với nhau nhờ hai bulông tạo thành cơ cấu

Cơ cấu này là cơ cấu làm việc chính của động cơ Nó có tác dụng biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu, biến đổi lực của môi chất công tác cháy tác dụng lên piston thành momen quay của trục khuỷu Cơ cấu này gồm có: Piston, secmăng, chốt piston, thanh truyền, trục khuỷu và bánh đà

+ Trục khuỷu của động cơ CA498:

Hình 2.2: Trục khuỷu động cơ CA498

1- Má khuỷu, 2- Chốt khuỷu, 3- Cổ trục khuỷu, 4- Đối trọng

Trục khuỷu là chi tiết chịu lực chính của động cơ nên được đúc bằng gang đặc biệt có độ bền cao Trục khuỷu của động cơ CA498 bao gồm có các khuỷu, phần đầu trục, đuôi trục và các đối trọng Trên các má khuỷu có khoan các lỗ nghiêng để dẫn dầu từ cổ trục khuỷu lên bôi trơn chốt khuỷu Phần đầu trục khuỷu có lắp puly nhờ then hình bán nguyệt để giúp trục khuỷu dẫn động cơ cấu phân phối khí và bơm dầu bôi trơn động cơ

Thanh truyền gồm có ba phần: đầu nhỏ, thân và đầu to Đầu to thanh truyền có hai phần: một phần liền với thân thanh truyền, còn một phần được tháo rời, đó là nắp đầu to Hai phần của đầu to được lắp với nhau nhờ hai bulông Bên trong lỗ đầu to có lắp hai nửa bạc Thân thanh truyền là hợp kim thép phủ một lớp 42CrMo Phần thân

mở rộng dần về phía đầu to Đầu nhỏ thanh truyền dùng để lắp chốt cùng với lỗ bệ đỡ chốt trên piston tạo thành một cơ cấu bản lề Ở hai đầu chốt piston có vòng hãm để chống chốt piston dịch chuyển ngang

+ Piston và secmăng:

Piston được đúc bằng hợp kim nhôm chịu tải trọng cao Trên đỉnh piston có hình dạng ω để tạo thành buồng cháy thống nhất Piston có ba secmăng, hai secmăng khí và một secmăng dầu

Piston được làm mát bằng dầu bôi trơn của hệ thống bôi trơn theo phương pháp vung tóe Trên bệ chốt piston có khoét rãnh dầu vào làm mát đỉnh piston

2.3.2 Cơ cấu phân phối khí

Cơ cấu phân phối khí có tác dụng điều chỉnh quá trình nạp, xả khí trong động cơ thông qua việc đóng mở xupáp nạp và xupáp thải Cơ cấu phân phối khí gồm các chi tiết chính: trục cam, trục cò mổ, xupáp, đũa đẩy, cò mổ…

Hình 2.3 Cơ cấu phân phối khí động cơ CA498

1-Bulông cò mổ, 2-Cò mổ, 3-Giá đỡ trục cò mổ, 4-Lót lò xo cò mổ, 5-Lò xo định vị cò

mổ, 6-Đai ốc, 7-then, 8- Vít chỉnh khe hở nhiệt, 9- Đũa đẩy, 10-Con đội, 11-Chốt, Trục cò mổ, 13,14-Móng ngựa, 15- Chén chặn, 16-Lò xo xupáp, 17- 18-Vòng chặn lò

12-xo, 19-ống dẫn, 20,22- Vòng xupáp, 21,23-Xupáp

Nguyên lý làm việc làm việc của cơ cấu phân phối khí của động cơ CA498

Động cơ CA498 là động cơ bốn xilanh; mỗi xilanh có một xupáp nạp và một xupáp xả Khi động cơ làm việc, trục khuỷu quay dẫn động trục cam nhờ một cơ cấu bánh răng gắn trên trục khuỷu và một bánh răng trên trục cam thông qua một bánh răng trung gian nhưng phải đảm bảo tỉ số truyền làm việc giữa hai trục là 2 (trục khuỷu quay hai vòng thì trục cam quay một vòng) Khi trục cam quay, nhờ cơ cấu cam biến

chuyển động quay của trục cam thành chuyển động tịnh tiến lên xuống của đũa đẩy thông qua con đội Đầu trên của đũa đẩy tiếp xúc trực tiếp với đuôi của cò mổ, đầu của

cò mổ tiếp xúc với đuôi của xupáp tùy theo thời điểm làm việc của động cơ và thứ tự làm việc mà xupáp xả hay xupáp nạp mở hoặc đóng Khi xupáp ở vị trí mở hết mức đúng thời điểm đầu của cơ cấu cam tiếp xúc với con đội

2.3.3 Hệ thống nhiên liệu của động cơ CA498

Hệ thống nhiên liệu của động cơ có nhiệm vụ: chứa nhiên liệu dự trữ, đảm bảo cho động cơ hoạt động trong một khoảng thời gian quy định, lọc sạch nước và các tạp chất cơ học, cung cấp nhiên liệu sạch, đồng đều cho từng xilanh đúng trình tự làm việc của động cơ, đúng chính xác thời điểm theo quy luật đã định của động cơ, đồng thời bảo đảm áp suất phun tơi nhiên liệu tạo điều kiện thuận lợi cho sự hòa trộn tốt giữa nhiên liệu và không khí

Hệ thống nhiên liệu động cơ CA498 bao gồm có thùng chứa nhiên liệu, một bầu lọc dầu thô, bầu lọc tinh, vòi phun, các đường ống nhiên liệu cao áp và thấp áp, bộ phận phân phối nhiên liệu, một bơm chuyển nhiên liệu- bơm thấp áp, cụm bơm cao áp bao gồm có: bơm cao áp loại một dãy, bộ điều tốc, van cắt nhiên liệu (tắt động cơ)

Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ CA498

1- Đường dẫn nhiên liệu, 2- Bơm tiếp vận, 3- Bầu lọc tinh , 4- Bơm cao áp ,

5- Đường dầu hồi, 6- Vòi phun, 7-Bình lọc dầu thừa

SVTH: Lê Văn Khoa- Lớp: 02C4 Trang 12

Hệ thống nhiên liệu trong động cơ CA498 hoạt động theo sơ đồ như trên, nhiên liệu được phun trực tiếp vào buồng cháy động cơ

Bơm chuyển nhiên liệu (2) hút nhiên liệu từ thùng chứa qua bầu lọc thô vào bơm chuyển nhiên liệu rồi đến bầu lọc tinh (3), tới bơm cao áp (4) Bầu lọc thô và lọc tinh lọc sạch nước và các chất bẩn cơ học trong nhiên liệu Bơm cao áp đẩy nhiên liệu

đi đến đường ống cao áp tới vòi phun (6) để phun nhiên liệu vào xilanh động cơ Nhiên liệu dư thừa theo đường ống trở về thùng chứa và một phần trở về cửa hút của bơm chuyển nhiên liệu

2.3.4 Hệ thống bôi trơn động cơ CA498

Động cơ CA498 dùng kiểu bôi trơn cưỡng bức và vung té Nó có nhiệm vụ đưa dầu nhờn đến bôi trơn các bề mặt ma sát, lọc sạch những tạp chất cặn bã trong dầu nhờn và tẩy rửa các bề mặt ma sát này Ngoài ra, hệ thống bôi trơn động cơ CA498 còn có nhiệm vụ làm mát động cơ đảm bảo các tính năng lý hóa của chúng trong giới hạn cho phép để cho động cơ hoạt động có hiệu quả

Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống bôi trơn động cơ CA498

1- dầu bôi trơn, 2- đường dầu đi đến bơm, 3- bơm dầu, 3a,b- van an toàn, 4- bầu lọc thô, 5- bầu lọc tinh, 6- đường dầu chính, 7- cổ trục khuỷu, 8- chốt khuỷu, 9- trục cam, 10- đường dầu làm mát chốt piston, 11- vòi phun dầu làm mát piston, 12- đường dầu làm mát trục cam, 13- đũa đẩy, 14-cò mổ, 15- vòi phun nhiên liệu, 16-Cảm biến dầu

17-đường dầu ra làm mát tua bin, 18- tuabin, 19- đường dầu về, 20- đường dầu về từ

3 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ

Khi động cơ hoạt động, hỗn hợp nhiên liệu (nhiên liệu và không khí) cháy trong buồng đốt của động cơ tỏa ra với một nhiệt độ lớn khoảng 2000÷25000

C, một phần chuyển thành công, phần còn lại tỏa ra môi trường bên ngoài qua các chi tiết tiếp xúc với khí cháy tiếp nhận (xilanh, piston, nắp xilanh, các xupáp, vòi phun, xecmăng ), mặt khác cũng có nhiệt lượng sinh ra do ma sát giữa các bề mặt làm việc của các chi tiết trong động cơ Nếu không làm mát động cơ hay làm mát không đủ, các chi tiết của động cơ sẽ nóng lên quá nhiệt độ cho phép, sẽ gây ra nhiều tác hại như: cháy xupáp, dầu nhớt mất hết tính chất nhờn gây nóng cháy bạc lót, bó piston và xecmăng trong xilanh…

Bởi vậy, cần làm mát động cơ bằng các phương pháp sau: Bằng không khí hay bằng nước (chất lỏng) để duy trì nhiệt độ khoảng 80÷900

C để cho động cơ hoạt động làm việc một cách ổn định

3.1 HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC

Trong hệ thống làm mát bằng nước được chia ra ba kiểu như: làm mát bằng nước kiểu bốc hơi, kiểu đối lưu tự nhiên, kiểu cưỡng bức Căn cứ vào số vòng tuần hoàn và kiểu tuần hoàn, người ta chia hệ thống làm mát thành các loại: Một vòng tuần hoàn kín, một vòng tuần hoàn hở, hai vòng tuần hoàn (trong đó có một vòng kín một

vòng hở) 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

3.1.1 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: phần khoang chứa nước làm mát của thân máy và phần thùng chứa nước bay hơi lắp với thân

Hình 3.1 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi

1-Xupáp; 2- Khoang chứa nước bốc hơi; 3- Thùng nhiên liệu; 4- Que thăm dầu; 5- Hộp cacte chứa dầu; 6- Thanh truyền ;7- Xy lanh; 8-Piston; 9- Thân máy; 10- Nắp

xilanh

- Nguyên lý làm việc:

Khi động cơ làm việc, tại những vùng nước bao bọc chung quanh buồng cháy nhận nhiệt của buồng cháy sẽ sôi tạo thành bọt nước Nước sôi có tỷ trọng bé sẽ nổi lên mặt thoáng của thùng chứa để bốc hơi ra ngoài khí trời Nước nguội trong thùng chứa có tỉ trọng lớn nên có xu hướng đi xuống dưới điền chỗ cho nước nóng nổi lên,

do đó tạo thành dòng đối lưu tự nhiên

+ Ưu điểm của hệ thống làm mát kiểu bốc hơi

- Kết cấu đơn giản

- Do đặc tính lưu động đối lưu như đã nói ở trên nên hay dùng cho loại động cơ đặt nằm dùng trong nông nghiệp

+ Nhược điểm của hệ thống này là do kiểu làm mát bốc hơi tự nhiên nên nguồn nước trong thùng giảm nhanh làm cho tiêu hao nước nhiều và hao mòn thành xylanh không đều

3.1.2 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên:

Trong hệ thống làm mát kiểu này, nước lưu động tuần hoàn nhờ sự chênh lệch

áp lực giữa hai cột nước nóng và nguội mà không cần bơm Cột nước nóng trong động

cơ và cột nước nguội trong thùng chứa hoặc trong két nước

- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống :

Hình 3.2: Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên

1- Thân máy; 2- Xilanh; 3- Piston, 4- Nắp xilanh; 5- Đường nước ra két; 6- Nắp két, 7- Két nước; 8- Không khí làm mát; 9- Quạt gió; 10- Đường nước đi vào làm mát

động cơ

- Nguyên lý làm việc:

Khi động làm việc, nhiệt độ từ buồng cháy tỏa ra làm cho nước nóng dần lên Nước nóng có khối lượng riêng nhỏ nên nổi lên trên và đi ra ngoài qua két làm mát Tại đây nước nóng được làm mát nhờ quạt (9) dẫn động bằng puly từ trục khuỷu của động cơ hút không khí qua để tản nhiệt cho nước Nước sau khi tản nhiệt nên khối lượng riêng tăng và đi xuống phía dưới két sau đó đi vào làm mát cho động cơ tạo thành một vòng tuần hoàn kín

Độ chênh áp lực được tính theo công thức sau:

Δp=ρghαΔt (N/m2

)

ρ - khối lượng riêng của nước (kg/m3

)

h - hiệu chiều cao trung bình của hai cột nước nóng và lạnh (m);

α - hệ số giản nỡ của nước 0,00018m3

/m3

độ

Δt - độ chênh lệch nhiệt độ của hai cột nước nóng và lạnh

Như vậy, từ công thức ta thấy độ chênh áp lực phụ thuộc vào độ chênh nhiệt độ

Δt của hai cột nước Do vậy với hệ thống mát này có những ưu điểm là chế độ làm mát phù hợp với chế độ không tải của động cơ 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 nhỏ Vì vậy, nước lưu động chậm, động cơ chóng đạt được nhiệt độ ở chế độ làm việc

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 làm mát không đều Muốn giảm chênh lệch nhiệt

độ nước vào và nước ra của động cơ thì phải tăng kích thước thùng chứa nhưng làm như vậy kết cấu cồng kềnh Do vậy, hệ thống làm mát kiểu này không thích hợp cho động cơ ô tô máy kéo, mà dùng trên động cơ tĩnh tại

3.1.3 Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức:

Do tốc độ lưu động của nước trong hệ thống tuần hoàn đối lưu tự nhiên bé Vì vậy để tăng tốc độ lưu động của nước người ta dùng hệ thống tuần hoàn cưỡng bức 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

3.1.3.1 Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng:

- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống:

1 2

14 15

5

Hình 3.3 Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng

1- Thân máy; 2- Nắp xilanh; 3- Đường nước ra khỏi động cơ; 4- Ống dẫn bọt nước; 5- Nhiệt kế; 6-Van hằng nhiệt; 7- Nắp rót nước; 8- Két làm mát; 9- Quạt gió; 10- Puly; 11- Ống nước nối tắt vào bơm; 12- Đường nước vào động cơ; 13- Bơm nước; 14- Két

làm mát dầu; 15- Ống phân phối nước

- Nguyên lý làm việc

Khi động cơ làm việc, nước trong hệ thống tuần hoàn nhờ bơm ly tâm (13), qua ống phân phối nước (15) 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 (15) đúc sẵn trong thân máy Sau khi làm mát xilanh, nước lên làm mát nắp máy rồi theo đường ống (3) ra khỏi động cơ đến van hằng nhiệt (6) Nước từ van hằng nhiệt được chia ra hai dòng: một dòng đi qua ống (11) tuần hoàn trở lại động cơ; một dòng đi qua két (7) để tản nhiệt

Nếu nhiệt độ của nước làm mát nhỏ hơn nhiệt độ cho phép thì van hằng nhiệt đóng lại không cho đi qua két mà theo đường tắc để đi vào làm mát động cơ Nếu nhiệt

độ của nước lớn hơn nhiệt độ cho phép thì van hằng nhiệt mở cho nước đi qua két Tại đây, nước được làm mát bởi dòng không khí qua két do quạt (8) tạo ra Quạt được dẫn động bằng puly từ trục khuỷu của động cơ Tại bình chứa phía dưới, nước có nhiệt độ thấp hơn lại được bơm nước hút vào rồi 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 bổ sung nước, tận dụng được trở lại nguồn nước làm mát tiếp động cơ Do đó, hệ thống này rất thuận lợi đối với các loại xe đường dài, nhất là ở những vùng thiếu nguồn nước

3.1.3.2 Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn hai vòng:

Đặc điểm của hệ thống này là, 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

- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống:

2

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- Bơm nước vòng kín; 5- Đường nước tắt về bơm vòng kín; 6- Van hằng nhiệt; 7- Két làm mát; 8- Đường nước

ra vòng hở; 9- Bơm nước vòng hở; 10- Đường nước vào bơm nước vòng hở

- Nguyên lý làm việc như sau:

Trong hệ thống này nước ngọt làm mát động cơ đi theo chu trình kín, bơm nước (4) dẫn nước đến động cơ làm mát thân máy và nắp xilanh sau đó đến két làm mát nước ngọt (7) để tản nhiệt cho nước Nước ngọt trong hệ thống kín được làm mát bởi nguồn nước ngoài môi trường bơm vào do bơm (9) thông qua lưới lọc, qua các bình làm mát dầu, qua két làm mát (7) làm mát nước ngọt rồi theo đường ống (8) 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 (6) 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 (9) qua két làm mát (7) theo đường ống (8) đổ ra ngoài Van hằng nhiệt (6) đặt trên mạch nước ngọt để khi nhiệt độ nước ngọt làm mát thấp, nó sẽ đóng đường ống đi vào két làm mát (7) Lúc này nước ngọt có nhiệt độ thấp sau khi làm mát động cơ qua van hằng nhiệt (6) rồi theo đường ống đi vào bơm nước ngọt (4) để bơm trở lại động cơ

Quá trình hoạt động của 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 1000C hoặc cao hơn Khi nước ở nhiệt độ cao, nước sẽ bốc 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

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 mát phải giữ

trong khoảng 500 ÷ 600C để giảm bớt sự đóng cặn của các muối ở thành xilanh, nhưng

với nhiệt độ này do sự làm mát không đều nên ứng suất nhiệt của các chi tiết sẽ tăng

lên Cũng do vách áo nước bị đóng cặn muối mà sự truyền nhiệt từ xilanh vào nước

làm mát cũng kém Ngoài ra, do ảnh hưởng của nhiệt độ nước ở ngoài tàu thay đổi mà

nhiệt độ nước trong hệ thống hở cũng dao động lớn Điều này không có lợi cho chế độ làm

mát

3.2 HỆ THỐNG LÀM MÁT Ở NHIỆT ĐỘ CAO

Các động cơ ngày nay, nhiệt độ làm mát của động cơ tăng lên rất nhiều; Ví dụ

nhiệt độ làm mát động cơ tàu thủy từ 30÷320

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)

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 làm mát

cưỡng bức nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt hơi nước và nhiệt của khí thải

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

- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống:

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 áp suất p1 truyền từ bộ tách hơi (3) qua bộ ngưng tụ (5) đến bơm tuần hoàn (7) Quạt gió (4) dùng để quạt mát bộ ngưng tụ (5) Vùng thứ hai có áp suất p2 > p1 truyền từ bơm tuần hoàn qua động cơ đến van tiết lưu (2) của bình tách hơi (3), độ chênh áp suất p

= p2 - p1 được điều chỉnh bởi van tiết lưu (2) Nước trong vùng có áp suất cao p2 không sôi mà chỉ nóng lên (từ nhiệt độ tvào đến tra ) Áp suất p2 tương ứng với nhiệt độ sôi t2 >

tra nên nước chỉ sôi ở bộ tách hơi có áp suất p1 < p2

3.2.2 Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt của hơi nước

và nhiệt của khí thải:

- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống:

Đường nước làm mát độ ng cơ Đường nước làm mát dầ u bôi trơn

P 2 , t' ra

t ra

t' ra

Độ ng Cơ 1

Hình 3.7: Sơ đồ hệ thống lăm mât nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt của hơi nước vă nhiệt

của khí thải

1- Động cơ; 2- Tuabin tăng âp; 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 văo bộ tâch hơi; 7,9- Van tiết lưu; 8- Bộ tâch hơi nước; 10- Tuabin hơi; 11- Bộ ngưng tụ; 12,14,15,16-

Bơm nước; 13- Thùng chứa nước

Hệ thống lăm mât năy có hai vòng tuần hoăn vă quâ trình hoạt động như sau:

- Vòng 1: Bộ tâch hơi (8) đến bơm tuần hoăn (14) đến động cơ Diezel (1), bộ

tăng nhiệt trước của nước tuần hoăn (5) đến van tiết lưu (7), bộ tâch hơi (8) Nước tuần hoăn trong hệ thống tuần hoăn lăm kín nhờ bơm (14) bơm lấy nước từ bộ tâch hơi với

âp suất p1 đưa văo động cơ với âp suất p2 Từ động cơ nước lưu động ra với âp suất p2

vă nhiệt độ tra rồi văo bộ tăng nhiệt (5), ở đđy nhiệt độ nđng lín t’ra > tra

Nhưng do âp suất của p2 của nước tương ứng với với nhiệt độ sôi t2> t’ra> tra nín nước không sôi trong động cơ vă cả bộ tăng nhiệt Nước chỉ sôi ở bộ tâch hơi sau khi qua bơm tiết lưu, tại đđy âp suất giảm từ p2 xuống p1 với nhiệt độ t1

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

rồi văo bộ ngưng tụ (11) Nước lăm mât do hơi nước ngưng tụ trong bộ phận ngưng tụ (11) được bơm (12) bơm văo buồng chứa (13) rồi qua bơm (15) để bơm văo bộ tăng nhiệt (6), sau đó qua van điều tiết tự động (9) văo bộ tâch hơi Nước lăm mât của 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 làm mát nước trong mạch kín

Ưu điểm của hệ thống làm mát nhiệt độ cao là:

- Có thể nâng cao được hiệu suất làm việc của động cơ lên 6-7% (ví dụ dùng hệ thống làm mát nhiệt độ cao thì hiệu suất có thể đạt 0,46÷0,47 trong khi đó nếu dùng hệ thống làm mát thông thường chỉ đạt 0,40÷0,42)

- Giảm được lượng tiêu hao hơi nước và không khí làm mát, do đó ta rút gọn được kích thước bộ tản nhiệt

- Đốt cháy được nhiều lưu huỳnh trong nhiên liệu nặng

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 tiết cũng như cần phải dùng loại dầu bôi trơn có tính chịu nhiệt tốt Ngoài ra đối với động 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, các khe hở của bơm phải kín hơn, bộ tản nhiệt phải chắc chắn hơn

3.3 KẾT CẤU CÁC CỤM CHI TIẾT CHÍNH CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC

3.3.1 Kết cấu két làm mát

Két làm mát có tác dụng chứa nước nóng từ động cơ ra, hạ nhiệt độ cho nước và cung cấp nước nguội vào trong động cơ khi động cơ làm việc Vì vậy yêu cầu két nước phải hấp thụ và toả nhiệt nhanh Ðể đảm bảo yêu cầu đó thì bộ phận tản nhiệt của két nước thường được làm bằng đồng thau vì vật liệu này có hệ số toả nhiệt cao

Két làm mát dùng trên ô tô máy kéo gồm có ba phần chính là: ngăn trên chứa nước nóng từ động cơ ra để làm mát, ngăn dưới chứa nước nguội sau khi đã tản nhiệt cho môi trường để đi vào làm mát cho động cơ và giàn ống truyền nhiệt nối ngăn trên với ngăn dưới

Để đánh giá chất lượng của két làm mát tức hệ số truyền nhiệt của bộ phận tản nhiệt lớn, công suất tiêu tốn ít để dẫn động bơm nước, quạt gió Cả hai chỉ tiêu đó đều phụ thuộc vào 3 yếu tố sau:

- Khả năng dẫn nhiệt từ nước vào không khí của các ống và lá tản nhiệt

- Tốc độ lưu động của nước và của không khí làm mát

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

Ðể giải quyết vấn đề thứ nhất, người ta dùng vật liệu chế tạo ống và lá tản nhiệt

có hệ số dẫn nhiệt cao như đồng

Vấn đề thứ hai được thực hiện bằng cách tăng công suất của bơm nước và công suất của quạt nhằm tăng hệ số truyền nhiệt đối lưu của chúng

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

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

Hình 3.8 Kết cấu két nước Thông thường két làm mát được làm bằng các ống dẹt, cắm sau trong các lá tản nhiệt bằng đồng thau (hình 6.9a) Ống nước dẹt làm bằng đồng có chiều dày thành 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 có thể bố trí theo kiểu song song như hình 3.9a hoặc bố trí theo kiểu so

le như hình 3.9d Nhưng kiểu bố trí theo kiểu so le dùng phổ biến nhất vì hiệu quả

g)

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

Trên một số rất ít động cơ máy kéo người ta còn dùng bộ phận tản nhiệt ống không khí hình tròn hoặc hình lục lăng, mang tên két nước hình “tổ ong” (hình 3.9h,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 truyền nhiệt của dãy ống

đã ổn định thì nếu tăng chiều sâu lên 50%, khả năng tản nhiệt của két tăng 15%, còn nếu tăng chiều sâu lên 100% thì khả năng tản nhiệt cũng chỉ tăng thêm 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 cản khí 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] ta có như sau:

0 20 40 60 80 100

4 8 12 kk.kk

1 2

3 Các ống dẫn nước bố trí song song

4 Loại két nước tổ ong

Hệ số thu gọn φ =

k

lmV

F

(1/m)

Giá trị của η và φ nằm trong khoảng sau:

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

η = (0,20  0,41).10-3 m2/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 đối với 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)

3.3.2 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] (50÷180[l/ml.h]) 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

3.3.2.1 Bơm ly tâm

Bơm ly tâm được dùng phổ biến trong hệ thống làm mát các loại động cơ ô tô máy kéo ; động cơ tĩnh tại và tàu thủy Vì loại bơm này có nhiều ưu điểm:

-Kết cấu gọn nhẹ, chắc chắn, làm việc tin cậy

-Hiệu suất η của bơm tương đối cao so với các loại bơm khác

-Giá thành tương đối rẻ -Bơm tạo ra cột áp tương đối lớn so với bơm cánh hút Nguyên lý làm việc là lợi dụng lực ly tâm của nước nằm giữa các cánh để dồn nước từ trong ra ngoài rồi đi làm mát

Kết cấu của bơm ly ở (hình 3.11) gồm puly (1) lắp chặt trên trục bơm then bán nguyệt (2) Ổ bi (9), (10) dùng để đỡ trục bơm Bánh công tác (7) dùng để tạo ra cột áp đưa nước làm mát động cơ Vú mỡ (4), vòng chặn (5) dùng để bôi trơn các ổ bi và ngăn không cho chất bôi trơn lọt ra ngoài

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10

12 11

Hình 3.11 Kết cấu bơm nước ly tâm

1- Puly, 2- Then bán nguyệt, 3- Trục bơm, 4- Vú mỡ, 5- Vòng chặn , 6- Lò xo, 7- Bánh

công tác, 8- Đai ốc, 9,10- Ổ bi, 11- Thân bơm, 12- Bulông,

Nắp bơm và thân bơm được chế tạo bằng gang, bánh công tác (7) thường được chế tạo bằng đồng hoặc chất dẻo Để đảm bảo hiệu suất của bơm thì khe hở hướng kính giữa bánh công tác (7) và thân bơm (11) không được lớn hơn 1mm và khe hở chiều trục không quá 0,2mm Ðể giảm kích thước bơm, tỷ số truyền giữa trục bơm nước (3) và trục khuỷu thường chọn gần bằng 1(đối với động cơ cao tốc) và 1,6 (đối với động cơ tốc độ thấp) Cột áp toàn phần 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 (9,10), để bao kín dầu mỡ ở ổ bi dùng các phớt và bao kín bằng vòng chặn (5)

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).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

3.3.2.2.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 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

20

9 7

6

7

A - A

A A

5

8

4

10

Hình 3.12 Kết cấu bơm nước kiểu piston

1- Trục khuỷu của bơm piston; 2- Thanh truyền; 3,5- Xilanh dẫn hướng; 4- piston; 6-

Vỏ bơm; 7- Lò xo Van nước; 8,9- Van nước; 10 Đường nước vào

Quá trình hoạt động của bơm nước piston như sau: Piston bơm (4) bằng đồng chuyển động trong hai xilanh dẫn hướng (3) và (5) của vỏ bơm (6) Piston nối với thanh truyền (2) và chuyển động nhờ trục khuỷu (1) Khi piston (4) đi xuống, nước sẽ

đi qua van (9) vào khoang chứa bên trên piston (4) Khi piston đi lên, nước trong khoang bị đẩy qua van (8) đi vào hệ thống làm mát

Ưu điểm của bơm pittông là có thể tạo được áp suất lớn nhưng nhược điểm của

nó là chuyển động của chất lỏng qua bơm không đều, lưu lượng của bơm dao động Kết cấu của bơm cồng kềnh nên ít được sử dụng

3.3.2.3.Bơm bánh răng

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 mạch 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

3

1

2

7 8

10

Hình 3.13 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 trục khuỷu Trục truyền động bơm (1) một đầu dẫn động đặt trên ổ bi cầu (3), còn ở đầu kia lắp bánh răng bơm tựa trên hai bạc lót (5) và (7), các bạc lót này được bôi trơn nhờ các đệm bằng tec- tô-lit (7) và vòng cao su (8) Còn bao kín dầu bôi trơn ổ bi bằng vành chắn dầu (4) Bánh răng bị động (10) được làm bằng tec-tô-lit

3.3.2.4 Bơm cánh hút

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 3.14: Kết cấu của bơm gồm: Hai nửa trước (4) và nửa sau (5) của bơm Các nửa thân bơm lắp với hai nắp ổ trục (3) và (6) bằng các bu lông Bánh công tác (7) cố định trên trục (9), trục (9) này được dẫn động bằng bánh răng côn (10)

C

2 1

3-32-2

IV1-1

2-2

5

7 8

6

Hình 3.14 Sơ đồ kết cấu và nguyên lý làm việc của bơm cánh hút

1- Cửa hút; 2- Cửa thoát; 3,6- Ổ trục bơm; 4,5- Hai nửa thân bơm, 7- Bánh công tác;

8- Rãnh chứa nước; 9- Trục bơm; 10- Bánh răng côn

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 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 vào bơm Cánh quay tiếp tục được nửa vòng thì chiều sâu rãnh sẽ bắt đầu giảm dần nước bị nén theo cửa ra 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 8000L/ph

3.3.2.5 Bơm guồng

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

răng dẫn động; 13- Lò xo

Hình trên giới thiệu sơ đồ kết cấu bơm guồng dùng trong động cơ diezel Bơm gồm có : bánh công tác (3) - bánh guồng quay trong vỏ (4) và nắp (1) Trên bánh công tác người ta phay các rãnh hướng kính Vỏ và nắp có làm rãnh xoáy thông với cửa hút (11) và cửa thoát (7) 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 (10) rồi theo rãnh xoắn ốc trên vỏ bơm đi qua cửa thoát (7) vào hệ thống làm mát của động

cơ

Loại bơm guồng của động cơ diezel 20 mã lực được dùng để cung cấp nước cho

hệ thống làm mát hở (nước sau khi qua động cơ được thải ra ngoài ) Cột áp của loại bơm guồng cao hơn cột áp của bơm ly tâm khoảng 3÷7 lần nhưng hiệu suất thấp η = 0,25 ÷ 0,45, trong khi đó bơm li tâm η = 0,65 ÷0,9 Tuy vậy, so với bơm cánh hút thì hiệu suất của bơm guồng vẫn cao hơn khoảng 2 lần

3.3.3.Kết cấu quạt gió

Trong hệ thống làm mát bằng nước, két làm mát bằng không khí, quạt gió dùng

để tăng tốc độ của không khí qua két nhằm nâng cao hiệu quả làm mát

Quạt gió dùng trong hệ thống làm mát bằng nước thường là loại quạt chiều trục

vì phù hợp với kết cấu và bố trí của động cơ Trong động cơ có thể dùng quạt cơ khí

dẫn động bằng dây đai nối từ puly gắn từ trục khuỷu hoặc có thể dùng quạt dẫn động bằng điện tỳ theo mổi động cơ

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 ÷ 450 và với quạt cánh lồi là 380 Tăng góc nghiêng và tăng chiều rộng cánh quạt có làm cho lưu lượng tăng nhưng công suất dẫn 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

Cánh 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 cánh quạt chế tạo bằng vật liệu polyme thì không cần cân bằng Ðể giảm tiếng ồn loại quạt cánh được chế tạo theo hình chữ X với góc giữa hai cánh là 70 ÷ 1100 Quạt được dẫn 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

3.3.4.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 lăm mât Khi động cơ còn lạnh van hằng nhiệt đóng Khi động cơ nóng lín van hằng nhiệt mở, điều đó cho phĩp hay không cho phĩp nước lăm mât đi qua kĩt

Bằng câch đóng đường nước dẫn tới kĩt khi động cơ lạnh, động cơ sẽ ấm lín nhanh chóng khi nhiệt độ của động cơ vẫn được giữ lại trong động cơ thay vì ra kĩt lăm mât, nhờ đó rút ngắn thời gian hđm nóng động cơ, tiíu hao ít nhiín liệu vă giảm được lượng khí xả Sau khi hđm nóng, van hằng nhiệt giữ cho động cơ lăm việc ở nhiệt độ cao hơn so với trường hợp không có van hằng nhiệt Nhiệt độ lăm việc căng cao sẽ cải thiện hiệu quả của động cơ vă giảm được khí xả Van hằng nhiệt dùng trín

hệ thống lăm mât bằng nước chia lăm hai loại: loại dùng chất lỏng lăm chất giên nở vă loại dùng chất rắn lăm chất giên nở

Van hằng nhiệt dùng chất lỏng lăm chất giên nở (van hằng nhiệt kiểu hộp xếp):

Van hằng nhiệt có tâc 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

a,c - Ở tư thế đóng b,d - Ở tư thế mở 8

12

14 15 3

5 6 7

d)c)

b)a)

10

Hình 3.16 Kết cấu câc loại van hằng nhiệt

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: 3.16b) 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 800C, van hằng nhiệt đóng lại (hình 3.16a) 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 hộp (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 910C

Van hằng nhiệt dùng chất rắn làm chất giãn:

Ở hình 3.16c có bầu (7) chứa đầy xêrêzin - lấy từ dầu mỏ (8) và đậy kín bằng

màng cao su (9) Ở nhiệt độ 700C, xêrêzin nóng chảy và giãn nở đẩy màng (10), cữ chặn (12) và thanh chuyển động lên phía trên Lúc này van mở ra và nước bắt đầu chảy tuần hoàn qua bộ tản nhiệt (hình 3.16c)

Khi nhiệt độ giảm xuống, xêrêzin động đặc lại và giảm bớt thể tích Dưới tác dụng của lò xo hồi vị (11), van đóng lại và màng (10) hạ xuống (hình 3.16c)

Van hằng nhiệt kiểu lò xo xoắn: sơ đồ kết cấu của loại van hằng nhiệt dùng lò

xo bimêtan gồm hai thanh 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 20.10-6 Van hằng nhiệt dùng lò xo bimêtan làm việc rất tốt nhưng đắt tiền

3.4 HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ BẰNG KHÔNG KHÍ (GIÓ)

Những năm gần đây đứng về quan điểm mài mòn xi lanh, người ta nhận thấy hệ thống làm mát bằng không khí ưu việt hơn hẳn động cơ làm mát bằng nước Hệ thống làm mát bằng không khí có cấu tạo đơn giản hơn so với hệ thống làm mát bằng nước, đồng thời nó tránh được nguy cơ nước trong hệ thống bị đóng băng Vì vậy, nhiều hãng đã sản xuất các động cơ làm mát bằng không khí có công suất lớn dùng trên ô tô

và cả trên tàu thủy (cỡ từ 200 mã lực đến 1500 mã lực) như hãng Chevrole (Mỹ), Komátsu, Hon Đa (Nhật), Tatra (Tiệp)

3.4.1 Các phương án làm mát bằng không khí

Hệ thống làm mát bằng không khí chia làm hai loại: làm mát bằng không khí kiểu tự nhiên và kiểu làm mát theo kiểu cưỡng bức (dùng quạt gió) Tùy vào đặc điểm của từng loại động cơ mà trang bị hệ thống làm mát hợp lý

3.4.1.1 Hệ thống làm mát bằng không khí kiểu tự nhiên:

Hệ thống làm mát kiểu tự nhiên có ưu điểm là rất đơn giản Nó chỉ gồm các phiến tản nhiệt bố trí trên nắp xi lanh và thân máy Các phiến ở mặt trên nắp xi lanh bao giờ cũng bố trí dọc theo hướng di chuyển của xe, các phiến làm mát ở thân thường

bố trí thẳng góc với đường tâm xilanh Đại đa số động cơ mô tô và xe máy bố trí hệ thống làm mát theo kiểu này Tuy vậy, một vài loại xe máy đặt động cơ nằm ngang lại

bố trí phiến tản nhiệt trên thân máy dọc theo đường tâm xilanh để gió lùa qua khe giữa các phiến tản nhiệt

Hệ thống làm mát kiểu tự nhiên lợi dụng nhiệt của xe chạy trên đường để lấy làm mát các phiến tản nhiệt Vì vậy, khi xe chở nặng, leo dốc, chạy chậm thường động cơ

bị quá nóng do làm mát kém Để khắc phục nhược điểm của hệ thống làm mát tự nhiên người ta đưa ra phương án làm mát bằng không khí kiểu cưỡng bức

3.4.1.2 Hệ thống làm mát không khí kiểu cưỡng bức

Kiểu hệ thống làm mát không khí cưỡng bức có ưu điểm lớn là đảm bảo cường

độ làm mát của động cơ, không phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của xe dù xe đứng một chỗ, vẫn đảm bảo làm mát tốt Nhược điểm của hệ thống làm mát kiểu cưỡng bức là có kết cấu thân máy và nắp xilanh phức tạp, rất khó chế tạo vì do cách bố trí các phiến tản nhiệt và hình dạng các phiến tản nhiệt

Hiệu quả làm mát phụ thuộc vào rất nhiều về hình dạng, số lượng và cách bố trí các phiến tản nhiệt trên thân máy và nắp xilanh

Sơ đồ, nguyên lý làm việc của hệ thống làm mát bằng không khí kiểu cưỡng bức như sau:

Hình 3.17 Hệ thống làm mát bằng không khí

1- Xilanh; 2- Quạt; 3-Nắp xilanh; 4- Cái chụp; 5- Cánh tản nhiệt

Hệ thống làm mát bằng gió (hình3.17) bao gồm ba bộ phận chủ yếu, các phiến tản nhiệt trên thân máy và nắp xi lanh, quạt gió và bản dẫn gió Nhưng bộ phận quan trọng là quạt gió, cung cấp lượng gió cần thiết, có tốc độ cao để làm mát động cơ Quạt gió 2 được dẫn động từ trục khuỷu cung cấp với lưu lượng lớn làm mát động cơ Để rút ngắn quá trình quá độ từ trạng thái nguội khi khởi động đến trạng thái nhiệt ổn định, quạt gió trang bị li hợp điện từ hoặc thủy lực

3.4.2 Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống làm mát bằng không khí

3.4.2.1.Bản hướng dòng gió

Bản hướng gió có nhiệm vụ đảm bảo phân bố lượng gió hợp lý và hướng dòng gió đó (không khí) đi sát các bề mặt tản nhiệt Đánh giá chất lượng bản hướng gió bằng hai chỉ tiêu sau đây: Mức độ đồng đều của nhiệt độ của các vị trí khác nhau trên thân và nắp xi lanh Sức cản khí động của dòng khí lưu động theo bản hướng gió (tức

là tổn thất công suất cho quạt gió)

Bản hướng gió (hình 3.18) được dập bằng tôn dày 0,8÷1(mm) cố định chặt trên thân máy bắng bu lông hoặc vít Do đặc thù của động cơ làm mát bằng không khí động cơ có nhiều kiểu khác nhau

Hình 3.18 Hệ thống làm mát bằng gió của động cơ 4 xylanh dùng quạt hướng trục

12

345

1- Quạt gió; 2- Cánh tản nhiệt ; 3-Tấm hướng gió; 4- Vỏ; 5-Đường thoát không khí

Nhờ có bản dẫn gió nên dòng không khí được phân chia đều cho các xilanh, khiến cho nhiệt độ các xilanh tương đối đồng đều Hơn nữa do khi 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 lớn nhất như xupáp thải, buồng cháy

Theo sơ đồ hình (3.19.a), thì phần không khí đi sát trên một phần lớn của chu vi thành xilanh Ở phía gió vào các phiến tản nhiệt được làm mát tốt hơn, vì vậy gây ra hiện tượng làm mát không đều Độ chênh lệch nhiệt độ trên thành xilanh theo chu vi đến 510C Sơ đồ nầy có đặc điểm là nhiệt độ không khí làm mát cao và sức cản khí động lớn

Hình 3.19.Sơ đồ phân bố dòng không khí làm mát nắp xi lanh và thân máy của động

Bố trí bản hướng dòng gió theo sơ đồ (3.19.c) thì dòng không khí làm mát đi vào cửa gió hẹp rồi phân đều các phiến tản nhiệt Khi va đập vào thành xilanh, dòng khí tạo thành các xoáy tạo điều kiện cho các phiến tản nhiệt, tản nhiệt một cách dễ dàng hơn Dù vậy nếu trạng thái nhiệt của các xilanh như nhau thì lượng không khí

cần thiết so với sơ đồ trín hình (3.19.a) sẽ giảm được 40% vă đồng thời sức cản giảm khoảng 25% Độ chính lệch nhiệt độ trong thănh xilanh không vượt quâ 250

C Câc bản dẫn gió có kết cấu phức tạp để tổ chức luồng gió lăm mât phđn bố đều đến câc xilanh giới thiệu trín hình (3.19.d)

Trong động cơ có nhiều xilanh bố trí nguồn gió lăm mât sao cho nhiệt độ của xi lanh ít chính lệch nhau lă một việc rất khó Vì vậy kết cấu của bản hướng gió, vị trí của cửa gió văo vă cửa ra hết sức quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp đến từng nhiệt độ của câc xi lanh

3.4.2.2.Quạt gió

Quạ t gió ly tâm Quạ t gió hướng trụ c

Hinh 3.20 Sơ đồ câc phương ân dẫn động vă kết cấu quạt gió

1- Cânh quạt; 2-Bulông; 3- Bânh đai dẫn động cơ cấu phụ; 4- Vòng bít; 5-Ổ bi; 6- Bânh răng; 7- Trục; 8-Bầu quạt; 9-Nắp đầu trục; 10- Trục của quạt gió; 11-Bânh đai

truyền; 12- Tang trống có cânh

Quạt gió dùng trín động cơ lăm mât bằng không khí có thể lă quạt li tđm hoặc

có thể lă quạt hướng trục, nhưng thông dụng nhất lă quạt hướng trục

Quạt gió cung cấp lưu lượng gió cần thiết vă có tốc độ cao để lăm mât động cơ

Ở động cơ quạt gió thường dùng để lăm mât lă quạt ly tđm, có cấu tạo bao ngoăi cânh quạt lă vỏ, trục quạt được quay trín hai ổ bi Vỏ vă cânh quạt gió thường được chế tạo bằng nhôm, được lắp ở bín phải động cơ, phía trín của vỏ quạt gắn với nắp xilanh, còn phía dưới gắn với câcte Không khí lăm mât được thổi do quạt gió đặt phía trước

động cơ thổi vào phiến tản nhiệt hoặc được hút qua phiến tản nhiệt bởi quạt đặt ở phía bánh đà

Khi lưu lượng khí tiêu hao như nhau thì sức cản khí động của dòng khí khi dùng quạt hút cao hơn 12÷23% và công suất tổn thất cho làm mát trong trường hợp này cũng tăng lên 15÷32% Độ chênh lệch nhiệt độ tăng khoảng 4÷60C Các kiểu bố trí quạt gió của động cơ một hàng xilanh giới thiệu trên hình 3.21 và kiểu bố trí của động cơ chữ V trên hình 3.22

Hình 3.21.Các phương án bố trí bản hướng gió và dẫn động quạt gió trên động cơ một

hàng xilanh