KHẢO sát hệ THỐNG làm mát ĐỘNG cơ TOYOTA INOVA

động cơ diesel, hệ thống trao đổi khí, hệ thống bôi trơn, khoa học kỹ thuật, công suất động cơ, sơ đồ trao đổi khí, rôto của máy nén, máy nén khí

Luận văn

Đề tài: KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ TOYOTA

INOVA

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 chuyên ngành, 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: “KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ

TOYOTA INOVA ”

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 hệ thống làm mát, các nguyên lý làm việc, các hư hỏng và cách sửa chữa của động cơ TOYOTA INOVA

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 thầy Nguyễn Huy Chiến và các thầy cô giáo bộ môn cùng các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này

Chương I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG

CƠ

Khi động cơ hoạt động, hỗn hợp nhiên liệu (nhiên liệu và không khí) cháytrong buồng đốt của động cơ tỏa ra với một nhiệt độ lớn khoảng 20000 C÷25000

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

Bởi vậy, cần làm mát động cơ bằng các phương pháp sau: Bằng không khí haybằng nước (chất lỏng) để duy trì nhiệt độ khoảng 80÷900C để cho động cơ hoạtđộng làm việc một cách ổn định

1.1 HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC.

Trong hệ thống làm mát bằng nước được chia ra ba kiểu như: làm mát bằngnước kiểu bốc hơi, kiểu đối lưu tự nhiên, kiểu cưỡng bức Căn cứ vào số vòng tuầnhoàn và kiểu tuần hoàn, người ta chia hệ thống làm mát thành các loại: Một vòngtuần hoàn kín, một vòng tuần hoàn hở, hai vòng tuần hoàn (trong đó có một vòngkín một vòng hở) Mỗi kiểu làm mát đều có những ưu nhược điểm khác nhau vàthích hợp cho từng điều kiện làm việc của từng động cơ

1.1.1 Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi

Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi là loại đơn giản nhất Hệ thống nàykhông cần bơm, quạt Bộ phận chứa nước có hai phần: phần khoang chứa nướclàm mát của thân máy và phần thùng chứa nước bay hơi lắp với thân

Sơ đồ kết cấu:

2 3

1

4 9

Hình 1.1 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 cháynhận nhiệt của buồng cháy sẽ sôi tạo thành bọt nước Nước sôi có tỷ trọng bé sẽnổi lên mặt thoáng của thùng chứa để bốc hơi ra ngoài khí trời Nước nguội trongthùng chứa có tỉ trọng lớn nên có xu hướng đi xuống dưới điền chỗ cho nước nóngnổi 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 cơđặt nằm dùng trong nông nghiệp

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

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

- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống :

Hình 1.2: 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/mp=ρghαΔt (N/mρghαΔt (N/mghαΔp=ρghαΔt (N/mt (N/m2 )ρghαΔt (N/m - 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

Δp=ρghαΔt (N/mt - 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 độΔp=ρghαΔt (N/mt của hai cột nước Do vậy với hệ thống mát này có những ưu điểm là chế độlàm mát phù hợp với chế độ không tải của động cơ Khi mới khởi động do sựchênh lệch nhiệt độ của hai cột nước nóng và nguội bé nên chênh lệch áp lực giữahai cột nước nhỏ Vì vậy, nước lưu động chậm, động cơ chóng đạt được nhiệt độ ởchế độ làm việc

Tuy nhiên, hệ thống có nhược điểm là nước lưu động trong hệ thống có vận tốc

bé vào khoảng V =ρghαΔt (N/m 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 lệchnhiệt độ nước vào và nước ra của động cơ thì phải tăng kích thước thùng chứanhưng làm như vậy kết cấu cồng kềnh Do vậy, hệ thống làm mát kiểu này khôngthích hợp cho động cơ ô tô máy kéo, mà dùng trên động cơ tĩnh tại

1.1.3 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 Vìvậy để tăng tốc độ lưu động của nước người ta dùng hệ thống tuần hoàn cưỡngbức 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 bứcnhư: hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức một vòng kín, kiểu cưỡng bức mộtvòng 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

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

- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống:

1 2

3 4 6 7

8 9 10 11

12 13

14 15

Hình 1.3 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 phốinước làm mát đồng đều cho mỗi xilanh, nước sau khi bơm vào thân máy (1) chảyqua ống phân phối (15) đúc sẵn trong thân máy Sau khi làm mát xilanh, nước lênlàm 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) tuầnhoàn 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 hằngnhiệt 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 phíadưới, nước có nhiệt độ thấp hơn lại được bơm nước hút vào rồi 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 khiqua két làm mát lại trở về động cơ do đó ít bổ sung nước, tận dụng được trở lạinguồn nước làm mát tiếp động cơ Do đó, hệ thống này rất thuận lợi đối với cácloại xe đường dài, nhất là ở những vùng thiếu nguồn nước

1.1.3.2 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 mátcưỡng bức một vòng còn gọi là nước vòng kín Vòng thứ hai với nước sông haynước biển được bơm chuyển đến két làm mát để làm mát nước vòng kín, sau đó lạithải ra sông, biển nên gọi là vòng hở Hệ thống làm mát hai vòng được dùng phổbiến ở động cơ tàu thủy

- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống:

2

9 10

4 5

Hình 1.4 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; 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.

5 Nguyên lý làm việc như sau:

Trong hệ thống này nước ngọt làm mát động cơ đi theo chu trình kín, bơmnước (4) dẫn nước đến động cơ làm mát thân máy và nắp xilanh sau đó đến kétlàm mát nước ngọt (7) để tản nhiệt cho nước Nước ngọt trong hệ thống kín đượclàm mát bởi nguồn nước ngoài môi trường bơm vào do bơm (9) thông qua lướilọc, qua các bình làm mát dầu, qua két làm mát (7) làm mát nước ngọt rồi theođường ống (8) đổ ra ngoài môi trường

Khi động cơ mới khởi động, nhiệt độ của nước trong hệ thống tuần hoànkín 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 kétlàm mát (7) theo đường ống (8) đổ ra ngoài Van hằng nhiệt (6) đặt trên mạchnước ngọt để khi nhiệt độ nước ngọt làm mát thấp, nó sẽ đóng đường ống đi vàokét làm mát (7) Lúc này nước ngọt có nhiệt độ thấp sau khi làm mát động cơ quavan hằng nhiệt (6) rồi theo đường ống đi vào bơm nước ngọt (4) để bơm trở lạiđộng cơ

1.1.3.3 Hệ thống làm mát một vòng hở:

- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống:

ở một số kiểu động cơ nước làm mát đạt được ở 1000C hoặc cao hơn Khi nước ởnhiệt độ cao, nước sẽ bốc hơi Hơi nước có thể tạo thành ngay trong áo nước làmmát (kiểu bốc hơi bên trong) hoặc hơi nước bị tạo ra trong một thiết bị riêng (kiểubốc 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 làmmát phải giữ trong khoảng 500 ÷ 600C để giảm bớt sự đóng cặn của các muối ởthành xilanh, nhưng với nhiệt độ này do sự làm mát không đều nên ứng suất nhiệtcủa 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 độnước 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.

1.2 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÷32 0 lên 60÷650C, ở động cơ caotốc lên đến khoảng 80÷850C và một số kiểu động cơ nhiệt độ trung bình củanước làm mát đã đạt 1000C hoặc cao hơn Khi làm mát động cơ với nhiệt độnước cao hơn 1000C, nước sẽ bốc hơi

Hơi nước có thể tạo thành ngay trong áo nước làm mát (kiểu bốc hơi bêntrong); 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 thốnglàm mát cưỡng bức nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt hơi nước và nhiệt của khí thải

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

- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống:

Hình 1.6: 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), độchênh áp suất Dp =ρghαΔt (N/m 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 tươngứng với nhiệt độ sôi t2 > tra nên nước chỉ sôi ở bộ tách hơi có áp suất p1 < p2

1.2.2 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:

Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống làm mát nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt của hơi nước và nhiệt 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) đến động cơ Diezel (1), bộ tăng

nhiệt trước của nước tuần hoàn (5) đến van tiết lưu (7), bộ tách hơi (8) Nước tuầnhoàn trong hệ thống tuần hoàn làm kín nhờ bơm (14) 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 p2 và nhiệt độ tra rồi 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 p1 với 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 bộngưng 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 nhiệt độ cao là:

- Có thể nâng cao được hiệu suất làm việc của động cơ lên 6-7% (ví dụdùng hệ thống làm mát nhiệt độ cao thì hiệu suất có thể đạt 0,46÷0,47 trong khi đónếu 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 rútgọn 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 chitiết cũng như cần phải dùng loại dầu bôi trơn có tính chịu nhiệt tốt Ngoài ra đốivới 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 đườngống, các khe hở của bơm phải kín hơn, bộ tản nhiệt phải chắc chắn hơn.

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

1.3.1 Kết cấu két làm mát.

Két làm mát có tác dụng chứa nước nóng từ động cơ ra, hạ nhiệt độ chonước và cung cấp nước nguội vào trong động cơ khi động cơ 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 sốtoả nhiệt cao

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

Để đánh giá chất lượng của két làm mát tức hệ số truyền nhiệt của bộ phậntản 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 tảnnhiệt có hệ số dẫn nhiệt cao như đồng

Vấn đề thứ hai được thực hiện bằng cách tăng công suất của bơm nước vàcông 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 tiêuhao 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 tảnnhiệt,và cách bố trí ống trên két

Hình 1.8 Kết cấu két nước

Thông thường két làm mát được làm bằng các ống dẹt, cắm sau trong các látản nhiệt bằng đồng thau (hình 1.8a) 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 có thể bố trí theo kiểu song song như hình 1.9.a hoặc bố trí theokiểu so le như hình 1.9b Nhưng kiểu bố trí theo kiểu so le dùng phổ biến nhất vìhiệu quả

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 nặngngười ta còn dùng ống tròn có gân tản nhiệt hình xoắn ốc (hình 1.9g) Loại này có

g)

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 kínbằng các 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 nhiệtống không khí hình tròn hoặc hình lục lăng, mang tên két nước hình “tổ ong”(hình 1.9h,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 bướccủa 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 chiềusâu) Nhưng tăng chiều sâu nhiều cũng không có hiệu quả lớn vì rằng khi hệ sốtruyền nhiệt của dãy ống đã ổn định thì nếu tăng chiều sâu lên 50%, khả năng tảnnhiệt của két tăng 15%, còn nếu tăng chiều sâu lên 100% thì khả năng tản nhiệtcũng chỉ tăng thêm 20% Cần chú ý rằng các biện pháp nâng cao hiệu quả trên đâyđều kéo theo sự gia tăng sức cản khí động của két Thông thường két nước dùngtrên 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

1 2

3

4

w/m 2

Hình 1.10 Quan hệ giữa hệ số truyền nhiệt K với tốc độ khối của không khí

(ωkk.ρghαΔt (N/mkk) của các loại két làm mát khi tốc độ nước là 0,4 m/s

k

Kg/(m2 s)

1 Các ống dẫn nước bố trí chếch với hướng gió một góc 450.

1 Các ống dẫn nước so le

2 Các ống dẫn nước bố trí song song

3 Loại két nước tổ ong

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

η =ρghαΔt (N/m (0,20 ¸ 0,41).10-3 m2/W) : đối với ô tô tải

φ =ρghαΔt (N/m 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)

1.3.2 Kết cấu của bơm nước.

Bơm nước có tác dụng tạo ra một áp lực để tăng tốc độ lưu thông của nướclàm 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 thayđổi trong phạm vi 68÷245[l/Kwh] (50÷180[l/ml.h]) và với tần số tuần hoànkhoảng (7÷12)lần/phút Các loại bơm dùng trong hệ thống làm mát động cơ baogồm: bơm ly tâm, bơm piston, bơm bánh răng, bơm guồng

1.3.2.1 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 đểdồn 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 thenbán 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 trơncác ổ bi và ngăn không cho chất bôi trơn lọt ra ngoài

9 10

Hình 1.11 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) thườngđược chế tạo bằng đồng hoặc chất dẻo Để đảm bảo hiệu suất của bơm thì khe hởhướng kính giữa bánh công tác (7) và thân bơm (11) không được lớn hơn 1mm vàkhe 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 ÷ 3m/s Công suất tiêu hao để dẫn động bơm chiếm khoảng 0,5-1,0% công suất có íchcủa động cơ tức là (0,005 ÷ 0,01)Ne Trục bơm được đặt trên hai ổ bi (9,10), đểbao 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 đượcvùng áp thấp đủ khi hút nước (không quá (2,94 ÷ 4,9).104 N/m2), do đó không cónăng 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

1.3.2.2.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

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) bằngđồng chuyển động trong hai xilanh dẫn hướng (3) và (5) của vỏ bơm (6) Pistonnối với thanh truyền (2) và chuyển động nhờ trục khuỷu (1) Khi piston (4) đixuống, nước sẽ đi qua van (9) vào khoang chứa bên trên piston (4) Khi piston đilên, 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 điểmcủa nó là chuyển động của chất lỏng qua bơm không đều, lưu lượng của bơm daođộng Kết cấu của bơm cồng kềnh nên ít được sử dụng

3

1

2

7 8

9

4 5

10

HHình 1.13 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, 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.

6-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 ởđầu kia lắp bánh răng bơm tựa trên hai bạc lót (5) và (7), các bạc lót này được bôitrơn 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

1.3.2.4 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 1.14: Kết cấu của bơm gồm: Hai nửa trước (4) và nửa sau (5) của bơm Các nửathân bơm lắp với hai nắp ổ trục (3) và (6) bằng các bu lông Bánh công tác (7) cốđịnh trên trục (9), trục (9) này được dẫn động bằng bánh răng côn (10)

C

10 9

2 1

3-32-2

IV1-1

2-2

5

7 8

6

Hình 1.14 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 cánhquay thì nước nằm giữa hai cánh cũng dịch chuyển theo (vị trí II) Do chiều sâucủa rãnh tăng dần nên dung tích giữa hai cánh tăng lên Do tăng dung tích nêntrong bơm hình thành độ chân không Nhờ có độ chân không nước được hút vàoqua cửa vào bơm Cánh quay tiếp tục được nửa vòng thì chiều sâu rãnh sẽ bắt đầugiảm 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 vớibơm li tâm thì thua kém 3÷4 lần và khi bơm phải mồi nước Vì vậy, người ta chỉdùng loại bơm này để bơm nước ngoài tàu vào Chiều cao cột nước của bơmkhông dưới 1,5m với lưu lượng 8000L/ph

Hình 1.15 Kết cấu bơm guồng

1- Nắp bơm; 2 Rãnh xoắn ốc; 3- Bánh công tác; 4- Vỏ bơm; 5-Vòng phớt; 6- Ổ bi; 7-Cửa thoát; 8- Rãnh xoắn ốc; 9- Rãnh guồng; 10- Cánh guồng; 11- Cửa hút; 12- Bánh 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) Trênbánh công tác người ta phay các rãnh hướng kính Vỏ và nắp có làm rãnh xoáythông với cửa hút (11) và cửa thoát (7) Khi bánh công tác quay, nước vào cácrãnh và dưới tác dụng của lực li tâm, các phần tử nước chuyển động từ trong rangoài và quay theo các cánh (10) rồi theo rãnh xoắn ốc trên vỏ bơm đi qua cửathoát (7) vào hệ thống làm mát của động cơ

Loại bơm guồng của động cơ diezel 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 ápcủa loại bơm guồng cao hơn cột áp của bơm ly tâm khoảng 3÷7 lần nhưng hiệu

suất thấp η =ρghαΔt (N/m 0,25 ÷ 0,45, trong khi đó bơm li tâm η =ρghαΔt (N/m 0,65 ÷0,9 Tuy vậy, so vớibơm cánh hút thì hiệu suất của bơm guồng vẫn cao hơn khoảng 2 lần.

1.3.3.Kết cấu quạt gió

Hình 1.16 : Kết cấu quạt gió

1- Bầu quạt; 2- Cánh quạt; 3- Xương đĩa bắt chặt quạt; 4-Trục quạt;

thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: số vòng quay của quạt, kích thước cánh, gócnghiêng 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 chocông suất dẫn động quạt tăng lên Thông thường góc nghiêng tốt nhất đối với quạtphẳng là 40 ÷ 450 và với quạt cánh lồi là 380 Tăng góc nghiêng và tăng chiều rộngcánh quạt có làm cho lưu lượng tăng nhưng công suất dẫn động quạt tăng mãnhliệt, 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 máttiếp 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 Sốcánh 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 chặtvào mayơ, trước khi lắp phải cân bằng Loại cánh quạt chế tạo bằng vật liệupolyme thì không cần cân bằng Ðể giảm tiếng ồn loại quạt cánh được chế tạo theohình chữ X với góc giữa hai cánh là 70 ÷ 1100 Quạt được dẫn động bằng đaitruyền hình thang, tốc độ của đai truyền không vượt quá 30 ÷ 35 m/s Trên một sốđộng cơ quạt được dẫn động bằng xích, còn dẫn động bánh răng thì ít gặp Tỷ sốtruyền động quạt nằm trong khoảng 1,0 ÷ 1,3 Ngoài ra còn có bộ phận áo làmmát Áo làm mát được hình thành bởi khoang trống nằm giữa thành ngoài nắp máyvới thành buồng đốt Ðặc biệt ở những chỗ bố trí đường xả thì cần được tăngcường làm mát

1.3.4.Van hằng nhiệt

Van hằng nhiệt hoạt động tùy theo nhiệt độ dùng để điều chỉnh nhiệt độnước 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 Vanhằng nhiệt đóng hay mở tùy theo nhiệt độ nước làm mát Khi động cơ còn lạnh

van hằng nhiệt đóng Khi động cơ nóng lên van hằng nhiệt mở, điều đó cho phéphay không cho phép nước làm mát đi qua két.

Bằng cách đóng đường nước dẫn tới két khi động cơ lạnh, động cơ sẽ ấmlên nhanh chóng khi nhiệt độ của động cơ vẫn được giữ lại trong động cơ thay vì

ra két làm mát, nhờ đó rút ngắn thời gian hâm nóng động cơ, tiêu hao ít nhiên liệu

và giảm được lượng khí xả Sau khi hâm nóng, van hằng nhiệt giữ cho động cơlàm việc ở nhiệt độ cao hơn so với trường hợp không có van hằng nhiệt Nhiệt độlàm việc càng cao sẽ cải thiện hiệu quả của động cơ và giảm được khí xả Vanhằng nhiệt dùng trên hệ thống làm mát bằng nước chia làm hai loại: loại dùng chấtlỏng làm chất giãn nở và loại dùng chất rắn làm chất giãn nở

Van hằng nhiệt dùng chất lỏng làm chất giãn nở (van hằng nhiệt kiểu hộpxếp):

Van hằng nhiệt có tác dụng giúp cho động cơ nhanh chóng đạt tới nhiệt độquy định trong trường hợp động cơ mới khởi động

Hình 1.17 Kết cấu các loại van hằng nhiệt

- Van hằng nhiệt kiểu hộp xếp: a- Ở tư thế đóng: b- Ở tư thế mở.

- Van hằng nhiệt dùng chất rắn: c- Ở tư thế đóng; d- Ở tư thế mở.