Đồ án 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 VÀTÍNH 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 cácphư

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 11

2.3.CÁC CƠ CẤU CỦA ĐỘNG CƠ CA498 13

2.3.1 Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền 15

2.3.2 Cơ cấu phân phối 16

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 18

3.1.HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC 18

3.1.1 Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi: 18

3.1.2 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên: 19

3.1.3 Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức: 21

3.1.3.1.Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng: 21

3.1.3.2 Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn hai vòng: 22

3.1.3.3.Hệ thống làm mát một vòng hở 23

3.2 HỆ THỐNG LÀM MÁT Ở NHIỆT ĐỘ CAO 25

3.2.1 Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngoài: 25

3.2.2 Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt của hơi nước và nhiệt của khí thải: 26

3.3 KẾT CẤU CÁC CỤM CHI TIẾT CHÍNH CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC 27

3.3.1 Kết cấu két làm mát 27

3.3.2.Kết cấu của bơm nước 32

3.3.2.1.Bơm ly tâm 33

3.3.2.2.Bơm piston 34

3.3.2.4.Bơm cánh hút 36

3.3.2.5.Bơm guồng 38

3.3.3.Kết cấu quạt gió 3.3.4.Van hằng nhiệt 39

3.4 HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ BẰNG KHÔNG KHÍ (GIÓ) 41

3.4.1.Các phương án làm mát bằng không khí 41

3.4.1.1.Hệ thống làm mát bằng không khí kiểu tự nhiên 41

3.4.1.2.Hệ thống làm mát không khí kiểu cưỡng bức 41

3.4.2.Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống làm mát bằng không khí 42 3.4.2.1.Bản hướng dòng gió 41

3.4.2.2.Quạt gió 41

3.4.2.3.Gân tản nhiệt của xilanh và nắp xilanh 41

3.5 SO SÁNH ƯU KHUYẾT ĐIỂM CỦA KIỂU LÀM MÁT BẰNG NƯỚC VÀ KIỂU LÀM MÁT BẰNG KHÔNG KHÍ 43

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: 46

4.2 CÁC BỘ PHẬN VÀ MÔI CHẤT LÀM MÁT TRONG ĐỘNG CƠ CA498.47 4.2.1 Két làm mát: 47

4.2.1.1.Công dụng và yêu cầu: 47

4.2.1.2.Kết cấu và nguyên lý làm việc: 47

4.2.2 Nắp két: 48

4.2.2.1.Công dụng và yêu cầu: 48

4.2.2.2.Kết cấu và nguyên lý làm việc: 49

4.2.3 Bơm nước: 50

4.2.3.1.Công dụng và yêu cầu: 50

4.2.3.2 Kết cấu và nguyên lý làm việc: 50

4.3.4.2 Kết cấu và nguyên lý hoạt động 53

4.2.5 Quạt gió 54

4.2.5.1 Công dụng và yêu cầu: 54

4.2.5.2.Kết cấu và nguyên lý làm việc: 54

4.2.6 Dung môi làm mát 55

5 CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ CÁCH KHẮC PHỤC SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÀM MÁT 56

5.1 CÁC ĐIỀU CẦN CHÚ Ý KHI LÀM VIỆC TRÊN HỆ THỐNG LÀM MÁT .56

5.2 CÁC HƯ HỎNG VÀ CÁCH KHẮC PHỤC SỬA CHỮA 56

5.2.1 Két làm mát: 56

5.2.2 Nắp két: 57

5.2.3 Bơm nước: 57

5.2.4 Van hằng nhiệt: 58

5.2.5 Quạt gió: 58

5.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA HƯ HỎNG HỆ THỐNG LÀM MÁT 59 5.3.1 Kiểm tra và bổ sung nước làm mát: 59

5.3.2 Kiểm tra hiện tượng rò rỉ nước của hệ thống làm mát: 59

5.3.3 Kiểm tra hiện tượng tắc két nước: 60

5.3.4 Kiểm tra van hằng nhiệt: 61

5.3.5 Kiểm tra, điều chỉnh bộ truyền đai: 61

5.3.6 Thông rửa hệ thống làm mát: 61

5.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP CẤP, XẢ NƯỚC TRONG HỆ THỐNG LÀM MÁT .63

5.3.1 Cấp nước làm mát: 63

5.3.2 Xả nước làm mát: 63

6 TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM NHIỆT KÉT LÀM MÁT CỦA ĐỘNG CƠ CA498 64 6.1 TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT TRUYỀN NHIỆT QUA VÁCH CÓ CÁNH.

6.3 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KIỂM TRA KÉT NƯỚC 72

6.4 XÁC ĐỊNH LƯỢNG NHIỆT ĐỘNG CƠ TRUYỀN CHO NƯỚC LÀM MÁT 75

6.5 XÁC ĐỊNH LƯỢNG NHIỆT KÉT LÀM MÁT TRUYỀN RA MÔI TRƯỜNG 77

6.6 TÍNH KIỂM NGHIỆM QUẠT GIÓ: 68

6.7 TÍNH KIỂM NGHIỆM BƠM NƯỚC 82

7 KẾT LUẬN 84

8.TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

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 tổnghợp và khái quát lại những kiến thức đã học, từ kiến thức cơ sở đến kiến thức chuyênngành Qua quá trình thực hiện đồ án sinh viên tự rút ra nhận xét và kinh nghiệm chobản thân trước khi bước vào công việc thực tế

Em được nhận đề tài tốt nghiệp: “KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÀM MÁT VÀTÍNH 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 cácphương 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 khôngcho phép nên đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mongcác thầy cô trong bộ môn chỉ bảo để đồ án em được hoàn thiện hơn Cuối cùng, em xinchân thành cảm ơn cô giáo KS Nguyễn Thị Băng Tuyền, thầy giáo TS Huỳnh VănHoàng, 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 lớn2000÷25000C Với nhiệt độ như vậy nếu không làm mát hoặc làm mát không đủ sẽgây ra nhiều tác hại như: cháy xupáp, dầu nhờn biến chất, gây bó piston và xecmăngtrong 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 dãythẳng hàng, dung tích các xilanh là 3,168lít, thứ tự nổ 1-3-4-2 và làm mát bằng chấtlỏng theo phương pháp cưỡng bức tuần hoàn một vòng kín Động cơ này do TrungQuốc 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

DS

1-3-4-2981053,16818,562,53600

1961900÷2100

≤ 220

Ngược chiều kimđồng hồ

mmmmlít

kWvòng/phút

N.mvòng/phút

g/kW.h

Bằng nước kiểu tuầnhoàn cưỡng bức

Bằng điện245 (684 x 603 x 722)

Kgmm

2.3.CÁC CƠ CẤU CỦA ĐỘNG CƠ CA498.

18

2 3 4

5

11 12

14

16

17 1

7

10

13

15

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, 6-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

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 chuyểnđộng tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu, biến đổi lực của môichất công tác cháy tác dụng lên piston thành momen quay của trục khuỷu Cơ cấu nàygồm 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 đặcbiệt có độ bền cao Trục khuỷu của động cơ CA498 bao gồm có các khuỷu, phần đầutrục, đuôi trục và các đối trọng Trên các má khuỷu có khoan các lỗ nghiêng để dẫndầu từ cổ trục khuỷu lên bôi trơn chốt khuỷu Phần đầu trục khuỷu có lắp puly nhờthen hình bán nguyệt để giúp trục khuỷu dẫn động cơ cấu phân phối khí và bơm dầubôi trơn động cơ

Thanh truyền gồm có ba phần: đầu nhỏ, thân và đầu to Đầu to thanh truyền cóhai phần: một phần liền với thân thanh truyền, còn một phần được tháo rời, đó là nắpđầu to Hai phần của đầu to được lắp với nhau nhờ hai bulông Bên trong lỗ đầu to cólắp 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 đỡchốt trên piston tạo thành một cơ cấu bản lề Ở hai đầu chốt piston có vòng hãm đểchống chốt piston dịch chuyển ngang

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

Piston được làm mát bằng dầu bôi trơn của hệ thống bôi trơn theo phương phápvung 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 cơthông qua việc đóng mở xupáp nạp và xupáp thải Cơ cấu phân phối khí gồm các chitiết chính: trục cam, trục cò mổ, xupáp, đũa đẩy, cò mổ…

Hình 2.3

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 mộtxupáp xả Khi động cơ làm việc, trục khuỷu quay dẫn động trục cam nhờ một cơ cấubánh răng gắn trên trục khuỷu và một bánh răng trên trục cam thông qua một bánh

chuyển động quay của trục cam thành chuyển động tịnh tiến lên xuống của đũa đẩythông 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 tựlàm việc mà xupáp xả hay xupáp nạp mở hoặc đóng Khi xupáp ở vị trí mở hết mứcđúng 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 bảocho động cơ hoạt động trong một khoảng thời gian quy định, lọc sạch nước và các tạpchất cơ học, cung cấp nhiên liệu sạch, đồng đều cho từng xilanh đúng trình tự làm việccủa động cơ, đúng chính xác thời điểm theo quy luật đã định của động cơ, đồng thờibảo đảm áp suất phun tơi nhiên liệu tạo điều kiện thuận lợi cho sự hòa trộn tốt giữanhiên liệu và không khí

Hệ thống nhiên liệu động cơ CA498 bao gồm có thùng chứa nhiên liệu, một bầulọc dầu thô, bầu lọc tinh, vòi phun, các đường ống nhiên liệu cao áp và thấp áp, bộphận phân phối nhiên liệu, một bơm chuyển nhiên liệu- bơm thấp áp, cụm bơm cao ápbao 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

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

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

Bơm chuyển nhiên liệu (2) hút nhiên liệu từ thùng chứa qua bầu lọc thô vàobơm chuyển nhiên liệu rồi đến bầu lọc tinh (3), tới bơm cao áp (4) Bầu lọc thô và lọctinh 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 củabơm 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 đưadầu nhờn đến bôi trơn các bề mặt ma sát, lọc sạch những tạp chất cặn bã trong dầunhờn và tẩy rửa các bề mặt ma sát này Ngoài ra, hệ thống bôi trơn động cơ CA498còn có nhiệm vụ làm mát động cơ đảm bảo các tính năng lý hóa của chúng trong giớihạn cho phép để cho động cơ hoạt động có hiệu quả

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 trongbuồng đốt của động cơ tỏa ra với một nhiệt độ lớn khoảng 2000÷25000C, một phầnchuyển thành công, phần còn lại tỏa ra môi trường bên ngoài qua các chi tiết tiếp xúcvới 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 chitiết trong động cơ Nếu không làm mát động cơ hay làm mát không đủ, các chi tiết củađộng 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 trongxilanh…

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 hoạt độnglàm 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 bằngnước kiểu bốc hơi, kiểu đối lưu tự nhiên, kiểu cưỡng bức Căn cứ vào số vòng tuần

hoàn kín, một vòng tuần hoàn hở, hai vòng tuần hoàn (trong đó có một vòng kín mộtvòng hở) Mỗi kiểu làm mát đều có những ưu nhược điểm khác nhau và thích hợp chotừng 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 nàykhông cần bơm, quạt Bộ phận chứa nước có hai phần: phần khoang chứa nước làmmát 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; Hộp cacte chứa dầu; 6- Thanh truyền ;7- Xy lanh; 8-Piston; 9- Thân máy; 10- Nắp

5-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 sẽ nổilên mặt thoáng của thùng chứa để bốc hơi ra ngoài khí trời Nước nguội trong thùngchứa 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

- Kết cấu đơn giản.

- Do đặc tính lưu động đối lưu như đã nói ở trên nên hay dùng cho loạiđộng cơ đặt 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 thành xylanhkhông 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 củađộng cơ hút không khí qua để tản nhiệt cho nước Nước sau khi tản nhiệt nên khối

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 độΔp=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 độ làm mátphù 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 Vìvậy, 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 =ρghαΔt (N/m 0,120,19 m/s Điều đó dẫn đến chênh lệch nhiệt độ nước vào vànước 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 làmnhư vậy kết cấu cồng kềnh Do vậy, hệ thống làm mát kiểu này không thích hợp chođộng 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 Vìvậy 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 Tùytheo số vòng tuần hoàn và kiểu tuần hoàn ta có các loại tuần hoàn cưỡng bức như: hệthống làm mát tuần hoàn cưỡng bức một vòng kín, kiểu cưỡng bức một vòng hở, kiểucưỡng bức hai vòng tuần hoàn Mỗi kiểu làm mát có những nguyên lý làm việc, ưunhược 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

8 9 10

11

12 13

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), quaống phân phối nước (15) đi vào các khoang chứa của các xilanh Để phân phối nướclàm mát đồng đều cho mỗi xilanh, nước sau khi bơm vào thân máy (1) chảy qua ốngphân phối (15) đúc sẵn trong thân máy Sau khi làm mát xilanh, nước lên làm mát nắpmáy rồi theo đường ống (3) ra khỏi động cơ đến van hằng nhiệt (6) Nước từ van hằngnhiệt được chia ra hai dòng: một dòng đi qua ống (11) tuần hoàn trở lại động cơ; mộtdòng đi qua két (7) để tản nhiệt

Nếu nhiệt độ của nước làm mát nhỏ hơn nhiệt độ cho phép thì van hằng nhiệtđóng 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 Tạiđây, nước được làm mát bởi dòng không khí qua két do quạt (8) tạo ra Quạt được dẫnđộng bằng puly từ trục khuỷu của động cơ Tại bình chứa phía dưới, nước có nhiệt độ

Ưu điểm của hệ thống làm mát cưỡng bức một vòng kín là nước sau khi qua kétlàm mát lại trở về động cơ do đó ít bổ sung nước, tận dụng được trở lại nguồn nướclàm 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 làdòng không khí do quạt gió tạo ra mà là bằng dòng nước có nhiệt độ thấp hơn, nhưnước sông, biển Vòng thứ nhất làm mát động cơ như ở hệ thống làm mát cưỡng bứcmột vòng 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, biểnnên gọi là vòng hở Hệ thống làm mát hai vòng được dùng phổ biến ở động cơ tàuthủy

- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống:

2

9 10

4 5

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

5 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 mátnước ngọt (7) để tản nhiệt cho nước Nước ngọt trong hệ thống kín được làm mát bởinguồn nước ngoài môi trường bơm vào do bơm (9) thông qua lưới lọc, qua các bìnhlàm mát dầu, qua két làm mát (7) làm mát nước ngọt rồi theo đường ống (8) đổ rangoài môi trường

Khi động cơ mới khởi động, nhiệt độ của nước trong hệ thống tuần hoàn kín cònthấp, van hằng nhiệt (6) đóng đường nước đi qua két làm mát nước ngọt Vì vậy, nướclàm mát ở vòng làm mát ngoài, nước được hút từ bơm (9) qua két làm mát (7) theođường ống (8) đổ ra ngoài Van hằng nhiệt (6) đặt trên mạch nước ngọt để khi nhiệt độnước ngọt làm mát thấp, nó sẽ đóng đường ống đi vào két làm mát (7) Lúc này nướcngọt có nhiệt độ thấp sau khi làm mát động cơ qua van hằng nhiệt (6) rồi theo đườngống đi vào bơm nước ngọt (4) để bơm trở lại động cơ

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

- Nguyên lý làm việc như sau:

Quá trình hoạt động của hệ thống này, nước làm mát là nước sông, biển đượcbơm (8) hút vào làm mát động cơ sau đó theo đường nước (5) đổ ra sông, biển Hệthống này có ưu điểm là đơn giản Tuy nhiên, ở một số kiểu động cơ nước làm mát đạtđược ở 1000C hoặc cao hơn Khi nước ở nhiệt độ cao, nước sẽ bốc hơi Hơi nước cóthể tạo thành ngay trong áo nước làm mát (kiểu bốc hơi bên trong) hoặc hơi nước bịtạo ra trong một thiết bị riêng (kiểu bốc hơi bên ngoài) Do đó, cần phải có một hệthống 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 cókết cấu đơn giản hơn, nhưng nhược điểm của nó là nhiệt độ của nước làm mát phải giữtrong khoảng 500 ÷ 600C để giảm bớt sự đóng cặn của các muối ở thành xilanh, nhưngvới nhiệt độ này do sự làm mát không đều nên ứng suất nhiệt của các chi tiết sẽ tănglên Cũng do vách áo nước bị đóng cặn muối mà sự truyền nhiệt từ xilanh vào nướclàm mát cũng kém Ngoài ra, do ảnh hưởng của nhiệt độ nước ở ngoài tàu thay đổi mànhiệt độ nước trong hệ thống hở cũng dao động lớn Điều này không có lợi cho chế độ làmmát

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 dụnhiệt độ làm mát động cơ tàu thủy từ 30÷320 lên 60÷650C, ở động cơ cao tốc lênđến khoảng 80÷850C và một số kiểu động cơ nhiệt độ trung bình của nước làm mát

đã đạt 1000C hoặc cao hơn Khi làm mát động cơ với nhiệt độ nước cao hơn 1000C,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)

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

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 ápsuất 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 bơmtuần hoàn qua động cơ đến van tiết lưu (2) của bình tách hơi (3), độ chênh áp suất p

=ρghαΔt (N/m p2 - p1 được điều chỉnh bởi van tiết lưu (2) Nước trong vùng có áp suất cao p2 khôngsôi 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 lăm mât cưỡng bức nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt của hơi nước

vă nhiệt của khí thải:

- Sơ đồ nguyín lý của hệ thống:

16

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

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 tuầnhoăn 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 áp suất của p2 của nước tương ứng với với nhiệt độ sôi t2> t’ra> tra nênnước không sôi trong động cơ và cả bộ tăng nhiệt Nước chỉ sôi ở bộ tách hơi sau khiqua 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 bộ tăngnhiệt (6), sau đó qua van điều tiết tự động (9) vào bộ tách hơi Nước làm mát của vòngtuần 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 trongmạch 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 đó nếudùng 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 độcủa các chi tiết máy cao Do đó cần đảm bảo các khe hở công tác của các chi tiết cũngnhư cần phải dùng loại dầu bôi trơn có tính chịu nhiệt tốt Ngoài ra đối với động cơxăng cần phải chú ý đến hiện tượng kích nổ Khi tăng áp suất để nâng nhiệt độ củanước làm mát trong hệ thống, cần phải đảm bảo các mối nối đường ống, các khe hởcủa 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 vàcung 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 kétnước 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 chứanước nóng từ động cơ ra để làm mát, ngăn dưới chứa nước nguội sau khi đã tản nhiệtcho môi trường để đi vào làm mát cho động cơ và giàn ống truyền nhiệt nối ngăn trênvới ngăn dưới

Để đánh giá chất lượng của két làm mát tức hệ số truyền nhiệt của bộ phận tảnnhiệt lớn, công suất tiêu tốn ít để dẫn động bơm nước, quạt gió Cả hai chỉ tiêu đó đềuphụ 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 côngsuất 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 haocho 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,vàcách bố trí ống trên két

Hình 3.8 Kết cấu két nướcThông thường két làm mát được làm bằng các ống dẹt, cắm sau trong các lá tảnnhiệt 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 Còncác 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)

ngăn nước dưới như các kiểu ống dẹt mà ghép và làm kín bằng các đệm cao su chịunhiệt.

Các kiểu bộ phận tản nhiệt nêu trên đây dùng lá tản nhiệt hoặc gân tản nhiệt thìống 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 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 látản nhiệt, bước của ống cả theo chiều ngang (chiều đón gió) và cả chiều sâu (chiềugió) cũng như tăng chiều sâu của két (tức là tăng số dãy ống theo chiều sâu) Nhưngtăng chiều sâu nhiều cũng không có hiệu quả lớn vì rằng khi hệ số truyền nhiệt của dãyống 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% Cầnchú ý rằng các biện pháp nâng cao hiệu quả trên đây đều kéo theo sự gia tăng sức cảnkhí động của két Thông thường két nước dùng trên ô tô sức cản khí động của khôngkhí 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

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 tôtải; Flm: diện tích tản nhiệt của bộ phận tản nhiệt (m2); Ne: công suất có ích, danhnghĩa 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 làmmát Bơm có nhiệm vụ cung cấp nước cho hệ thống làm mát với lưu lượng và áp suấtnhất định Lưu lượng nước làm mát tuần hoàn trong các loại động cơ thay đổi trongphạm 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 lytâm, 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 tômáy 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 dồnnước 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

đưa nước làm mát động cơ Vú mỡ (4), vòng chặn (5) dùng để bôi trơn các ổ bi vàngăn không cho chất bôi trơn lọt ra ngoài

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 đượcchế tạo bằng đồng hoặc chất dẻo Để đảm bảo hiệu suất của bơm thì khe hở hướngkính giữa bánh công tác (7) và thân bơm (11) không được lớn hơn 1mm và khe hởchiều trục không quá 0,2mm Ðể giảm kích thước bơm, tỷ số truyền giữa trục bơmnước (3) và trục khuỷu thường chọn gần bằng 1(đối với động cơ cao tốc) và 1,6 (đốivới động cơ tốc độ thấp) Cột áp toàn phần do bơm tạo ra khoảng 0,05 ÷ 0,15 MPa vàtốc độ nước trên đường ống dẫn vào bơm không vượt quá 2,5 ÷ 3 m/s Công suất tiêuhao 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 bidùng 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 cáckhối lượng chuyển động của bơm và để tránh hiện tượng va đập thủy lực do chu trìnhcấp nước không liên tục của bơm nên người ta ít dùng loại này

20

3 2 1

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 đồngchuyển động trong hai xilanh dẫn hướng (3) và (5) của vỏ bơm (6) Piston nối vớithanh 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 trongkhoang 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

3.3.2.3.Bơm bánh răng.

Trên tàu thủy cũng thường dùng loại bơm bánh răng để bơm nước cho hệ thốnglàm mát động cơ Nó có ưu điểm gọn nhẹ, song khi làm việc với mạch nước hở (nếudùng cho nước sông hoặc nước biển) thì do nước bẩn nên bánh răng chóng mòn.Vìvậy, người ta bố trí trong trường hợp này một cặp bánh răng truyền lực ở vỏ ngoài củabơm, khi đó các răng trong vỏ bơm sẽ không chịu lực truyền, và để giảm mài mònbánh 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 Bơmquay 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 lắpbánh răng bơm tựa trên hai bạc lót (5) và (7), các bạc lót này được bôi trơn nhờ cácđệm bằng tec- tô-lit (7) và vòng cao su (8) Còn bao kín dầu bôi trơn ổ bi bằng vànhchắn 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 làmmát động cơ tàu thủy Nó hút nước từ bên ngoài vỏ tàu (nước sông hoặc nước biển) đểlàm 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 nửathân bơm lắp với hai nắp ổ trục (3) và (6) bằng các bu lông Bánh công tác (7) cố địnhtrên trục (9), trục (9) này được dẫn động bằng bánh răng côn (10)

17

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 quaythì nước nằm giữa hai cánh cũng dịch chuyển theo (vị trí II) Do chiều sâu của rãnhtăng dần nên dung tích giữa hai cánh tăng lên Do tăng dung tích nên trong bơm hìnhthành 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 néntheo 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 chỉ dùngloại bơm này để bơm nước ngoài tàu vào Chiều cao cột nước của bơm không dưới1,5m với lưu lượng 8000L/ph

Hình 3.15 Kết cấu bơm guồng

1- Nắp bơm; 2 Rãnh xoắn ốc; 3- Bánh công tác; 4- Vỏ bơm; 5-Vòng phớt; 6- Ổ bi; Cửa thoát; 8- Rãnh xoắn ốc; 9- Rãnh guồng; 10- Cánh guồng; 11- Cửa hút; 12- Bánh

7-răng dẫn động; 13- Lò xo.

Hình trên giới thiệu sơ đồ kết cấu bơm guồng dùng trong động cơ diezel Bơmgồm có : bánh công tác (3) - bánh guồng quay trong vỏ (4) và nắp (1) Trên bánh côngtác 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 củalực 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 loạibơm guồng cao hơn cột áp của bơm ly tâm khoảng 3÷7 lần nhưng hiệu suất thấp η =ρghαΔt (N/m0,25 ÷ 0,45, trong khi đó bơm li tâm η =ρghαΔt (N/m 0,65 ÷0,9 Tuy vậy, so với bơm cánh hút thìhiệu 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 khídẫn động bằng dây đai nối từ puly gắn từ trục khuỷu hoặc có thể dùng quạt dẫn độngbằng 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, năngsuất thể hiện bằng tốc độ gió qua két làm mát Hai chỉ tiêu trên phụ thuộc vào nhiềuyếu 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 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 cánh quạt cólàm cho lưu lượng tăng nhưng công suất dẫn động quạt tăng mãnh liệt, vì vậy đối vớiđộng cơ ô tô máy kéo đường kính quạt không vượt quá 0,65m và chiều rộng khôngvượt 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 chophép đến 80 - 100mm Nếu không thì không nên vượt quá 10 ÷ 15mm Số cánh tănglàm 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

không cần cân bằng Ðể giảm tiếng ồn loại quạt cánh được chế tạo theo hình chữ X vớigóc giữa hai cánh là 70 ÷ 1100 Quạt được dẫn động bằng đai truyền hình thang, tốc độcủa đai truyền không vượt quá 30 ÷ 35 m/s Trên một số động cơ quạt được dẫn độngbằng xích, còn dẫn động bánh răng thì ít gặp Tỷ số truyền động quạt nằm trongkhoảng 1,0 ÷ 1,3 Ngoài ra còn có bộ phận áo làm mát Áo làm mát được hình thànhbởi khoang trống nằm giữa thành ngoài nắp máy với thành buồng đốt Ðặc biệt ởnhững 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 nướclàm mát bằng cách điều khiển nước làm mát đi từ động cơ đến két làm mát Van hằngnhiệt được lắp trên đường nước giữa nắp xilanh với bình làm mát Van hằng nhiệtđóng hay mở tùy theo nhiệt độ nước làm mát Khi động cơ còn lạnh van hằng nhiệtđóng Khi động cơ nóng lên van hằng nhiệt mở, điều đó cho phép hay không cho phépnước làm mát đi qua két

Bằng cách đóng đường nước dẫn tới két khi động cơ lạnh, động cơ sẽ ấm lênnhanh chóng khi nhiệt độ của động cơ vẫn được giữ lại trong động cơ thay vì ra kétlàm mát, nhờ đó rút ngắn thời gian hâm nóng động cơ, tiêu hao ít nhiên liệu và giảmđược lượng khí xả Sau khi hâm nóng, van hằng nhiệt giữ cho động cơ làm việc ởnhiệt độ cao hơn so với trường hợp không có van hằng nhiệt Nhiệt độ làm việc càngcao sẽ cải thiện hiệu quả của động cơ và giảm được khí xả Van hằng nhiệt dùng trên

hệ thống làm mát bằng nước chia làm hai loại: loại dùng chất lỏng làm chất giãn nở vàloại 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

a,c - Ở tư thế đóng b,d - Ở tư thế mở

8 9

567

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 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: 3.16b) 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 độ lămmât thấp hơn 800C, van hằng nhiệt đóng lại (hình 3.16a) vă toăn bộ chất lỏng đi quaống (1) (ống hai ngê) để trở về bơm nước, âp suất trong hộp xếp tăng lín, lăm cho hộp(7) giên dăi ra vă nđng van (4) lín Nước nóng đi qua ống 3 văo bình trín của bộ tảnnhiệt Van 4 mở rộng hoăn toăn ở nhiệt độ 910C

Van hằng nhiệt dùng chất rắn lăm chất giên:

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

măng cao su (9) Ở nhiệt độ 700C, xírízin nóng chảy vă giên nở đẩy măng (10), cữ

chặn (12) và thanh chuyển động lên phía trên Lúc này van mở ra và nước bắt đầuchảy tuần hoàn qua bộ tản nhiệt (hình 3.16c).

Khi nhiệt độ giảm xuống, xêrêzin động đặc lại và giảm bớt thể tích Dưới tácdụng 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 kiminva có hệ số nở dài 1,5.10-6, dải đồng có hệ số nở 20.10-6 Van hằng nhiệt dùng lò xobimêtan 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 hệthống làm mát bằng không khí ưu việt hơn hẳn động cơ làm mát bằng nước Hệ thốnglàm 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, nhiềuhãng 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 khíkiểu tự nhiên và kiểu làm mát theo kiểu cưỡng bức (dùng quạt gió) Tùy vào đặc điểmcủa 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 cácphiến tản nhiệt bố trí trên nắp xi lanh và thân máy Các phiến ở mặt trên nắp xi lanhbao 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

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

Hệ thống làm mát kiểu tự nhiên lợi dụng nhiệt của xe chạy trên đường để lấy làmmát 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 nhiênngười 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 mộtchỗ, vẫn đảm bảo làm mát tốt Nhược điểm của hệ thống làm mát kiểu cưỡng bức là cókết cấu thân máy và nắp xilanh phức tạp, rất khó chế tạo vì do cách bố trí các phiến tảnnhiệt và hình dạng các phiến tản nhiệt

Hiệu quả làm mát phụ thuộc vào rất nhiều về hình dạng, số lượng và cách bốtrí 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 cưỡngbức 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

12

345

trọng là quạt gió, cung cấp lượng gió cần thiết, có tốc độ cao để làm mát động cơ Quạtgió 2 được dẫn động từ trục khuỷu cung cấp với lưu lượng lớn làm mát động cơ Đểrút ngắn quá trình quá độ từ trạng thái nguội khi khởi động đến trạng thái nhiệt ổnđịnh, 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 dònggió đó (không khí) đi sát các bề mặt tản nhiệt Đánh giá chất lượng bản hướng gióbằng hai chỉ tiêu sau đây: Mức độ đồng đều của nhiệt độ của các vị trí khác nhau trênthân 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 trênthân máy bắng bu lông hoặc vít Do đặc thù của động cơ làm mát bằng không khíđộng cơ có nhiều kiểu khác nhau

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

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 hiệusuất truyền nhiệt Ngoài ra nhờ có bản dẫn gió, ta có thể bố trí ưu tiên cho dòng khôngkhí 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 vithành xilanh Ở phía gió vào các phiến tản nhiệt được làm mát tốt hơn, vì vậy gây ra

510C Sơ đồ nầy có đặc điểm là nhiệt độ không khí làm mát cao và sức cản khí độnglớn.

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 đivào cửa gió hẹp rồi phân đều các phiến tản nhiệt Khi va đập vào thành xilanh, dòngkhí tạo thành các xoáy tạo điều kiện cho các phiến tản nhiệt, tản nhiệt một cách dễdàng hơn Dù vậy nếu trạng thái nhiệt của các xilanh như nhau thì lượng không khícần thiết so với sơ đồ trên hình (3.19.a) sẽ giảm được 40% và đồng thời sức cản giảmkhoảng 25% Độ chênh lệch nhiệt độ trong thành xilanh không vượt quá 250C Cácbản dẫn gió có kết cấu phức tạp để tổ chức luồng gió làm mát phân bố đều đến cácxilanh giới thiệu trên hình (3.19.d)

Trong động cơ có nhiều xilanh bố trí nguồn gió làm mát sao cho nhiệt độ của xilanh ít chênh lệch nhau là một việc rất khó Vì vậy kết cấu của bản hướng gió, vị trícủa cửa gió vào và cửa ra hết sức quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp đến từng nhiệt độ