ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: HỆ THỐNG LÀM MÁT OTOLàm mát động cơ và máy nén ............................................................. 7 1.1.2 Làm mát dầu bôi trơn .......................................................................... 8 1.2 Mục đích và yêu cầu của hệ thống làm mát ............................................ 81.2.1 Mục đích ......................................................................................... 81.2.2 Yêu cầu về hệ thống làm mát .......................................................... 91.3 Các loại hệ thống làm mát ........................................................................ 91.3.1 Hệ thống làm mát bằng nước .......................................................... 91.3.2 Hệ thống làm mát bằng không khí................................................. 171.4 Kết cấu các cụm chi tiết chính của hệ thống làm mát .............................. 201.4.1 Kết cấu két làm mát ..................................................................... 201.4.2 Kết cấu của bơm nước................................................................... 211.4.3 Kết cấu quạt gió ............................................................................ 221.4.4 Van hằng nhiệt .............................................................................. 241.5 So sánh ưu nhược điểm của kiểu làm mát bằng nước và kiểu làm mátbằng không khí ...........................
Trang 1MỤC LỤC
Danh mục các bảng 4
Danh mục các hình ảnh 5
Lời mở đầu 6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUÁT HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ Ô TÔ 7 1.1Nhiệm vụ của hệ thống làm mát động cơ 7
1.1.1Làm mát động cơ và máy nén 7
1.1.2Làm mát dầu bôi trơn 8
1.2Mục đích và yêu cầu của hệ thống làm mát 8
1.2.1 Mục đích 8
1.2.2 Yêu cầu về hệ thống làm mát 9
1.3Các loại hệ thống làm mát 9
1.3.1 Hệ thống làm mát bằng nước 9
1.3.2 Hệ thống làm mát bằng không khí 17
1.4Kết cấu các cụm chi tiết chính của hệ thống làm mát 20
1.4.1 Kết cấu két làm mát 20
1.4.2 Kết cấu của bơm nước 21
1.4.3 Kết cấu quạt gió 22
1.4.4 Van hằng nhiệt 24
1.5So sánh ưu nhược điểm của kiểu làm mát bằng nước và kiểu làm mát bằng không khí 26
Trang 2CHƯƠNG 2 : ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT TRÊN XE TOYOTA VIOS 2015 28
2.1 Giới thiệu về xe Toyota Vios 2015 28
2.2Hệ thống làm mát của xe toyota vios 2015 32
2.2.1 Sơ đồ nguyên lý 33
2.2.2 Kết cấu và nguyên lý làm việc các cụm chi tiết hệ thống làm mát xe toyota vios 2015 35
2.2.2.1Két nước làm mát 35
2.2.2.2Nắp két 37
2.2.2.3 Bơm nước 38
2.2.2.4Quạt gió dẫn động bằng điện 40
2.2.2.5Van hằng nhiệt 43
2.2.2.6Bình giãn nở 45
2.3Kết luận 47
CHƯƠNG 3 : NHỮNG HƯ HỎNG, QUY TRÌNH KIỂM TRA, BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÀM MÁT 48
3.1Những hư hỏng thường gặp và nguyên nhân , cách khắc phục 48
3.1.1 Két làm mát 48
3.1.2 Nắp két 49
3.1.3 Bơm nước 49
3.1.4 Van hằng nhiệt 50
3.1.5 Quạt gió 51
3.1.6 Dung môi làm mát 51
3.2Nội dung bảo dưỡng 51
Trang 33.2.1 Bảo dưỡng thường xuyên 51
3.2.2 Bảo dưỡng định kỳ 52
3.3Quy trình kiểm tra các chi tiết trong hệ thống làm mát 52
3.3.1 Kiểm tra hoạt động của quạt làm mát 52
3.3.2 Kiểm tra cụm bơm nước 53
3.3.3 Kiểm tra két nước làm mát 53
3.3.4 Kiểm tra van hằng nhiệt 54
KẾT LUẬN 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO 57
Trang 4Danh mục các bảng Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của xe Toyota Vios 2015 30Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của xe Toyota Vios 2015 31
Trang 5
Danh mục hình ảnh
Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống làm mát kiểu bốc hơi 10
Hình 1.2: Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên 11
Hình 1.3: Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn một vòng 13
Hình 1.4: Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn hai vòng 15
Hình 1.5: Hệ thống làm mát một vòng hở 16
Hình 1.6: Hệ thống làm mát bằng không khí động cơ 4 xi lanh 18
Hình 1.7: Két nước làm mát 20
Hình 1.8: Kết cấu bơm ly tâm 22
Hình 1.9: Kết cấu quạt gió 23
Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống quạt điện 24
Hình 1.11: Kết cấu van hằng nhiệt 25
Hình 2.1: Tổng thể xe TOYOTA VIOS 2015 29
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm mát 33
Hình 2.3: Két nước làm mát 36
Hình 2.4: Kết cấu nắp két nước làm mát 37
Hình 2.5: Kết cấu bơm nước 39
Hình 2.6: Kết cấu quạt gió 41
Hình 2.7: Sơ đồ mạch điện quạt làm mát động cơ 42
Hình 2.8: Van hằng nhiệt 44
Hình 2.9: Bình giãn nở 45
Trang 6Lời mở đầu
Ô tô đã trở thành một phương tiện vận chuyển thông dụng và hữu hiệu trong bất cứ ngành nghề nào của nền kinh tế quốc dân như: khai thác tài nguyên, dịch vụ công cộng, xây dựng, quân sự và đặc biệt là nhu cầu di chuyển ngày càng cao của con người Một chiếc ô tô hiện đại ngày nay phải đáp ứng được các nhu cầu về tính tiện nghi, an toàn, kinh tế, thẩm mỹ và thân thiện với môi trường,… Chính vì thế các nhà chế tạo ô tô nói chung và hãng
xe TOYOTA nói riêng đã không ngừng cải tiến và hoàn thiện chúng bằng việc đưa nhiều công nghệ mới nhằm đáp ứng những nhu cầu đó
Một động cơ hoạt động đạt hiệu quả cao, chính là nhờ sự hỗ trợ và làm việc tốt của các hệ thống như: hệ thống bôi trơn, hệ thống làm mát… Vì vậy công suất, sức bền, tuổi thọ, hiệu suất làm việc của động cơ phụ thuộc rất lớn vào sự làm việc của các hệ thống này Trong quá trình học tập em nhận thấy
hệ thống làm mát là một hệ thống rất quan trọng và không thể thiếu trong bất
cứ loại xe nào Nó không những giúp động cơ làm việc được ổn định mà còn giúp tăng tuổi thọ cho động cơ Chính vì vậy em lựa chọn đề tài “Nghiên cứu
hệ thống làm mát của động cơ trên xe Toyota Vios 2015” để tìm hiểu thêm và củng cố lại kiến thức về hệ thống giúp cho công việc sau này
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 chỉ bảo để đồ án em được hoàn thiện hơn Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S NGUYỄN MINH THẮNG , các thầy cô giáo trong khoa công nghệ ô tô cùng các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này
Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2021
Vương Văn Anh
Trang 7CHƯƠNG 1 : TỔNG QUÁT HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ Ô TÔ
* Đặt vấn đề:
Việc đốt cháy hỗn hợp khí-nhiên liệu trong xylanh động cơ sinh ra nhiệt
độ khoảng 20000C hoặc cao hơn Điều đó có nghĩa các chi tiết động cơ rất nóng Tuy nhiên, vách của xylanh động cơ không được nóng hơn 2600C Nhiệt độ cao hơn là nguyên nhân làm cấu trúc dầu bôi trơn bị phá vỡ, mất khả năng bôi trơn Các chi tiết động cơ khác cũng bị hư hỏng Để phòng ngừa hiện tượng này người ta phải sử dụng hệ thống làm mát để triệt tiêu một phần nhiệt lượng thừa, nó chiếm khoảng 1/3 lượng nhiệt sinh ra trong buồng đốt
Hệ thống làm mát giữ cho động cơ làm việc hiệu quả trong mọi điều kiện hoạt động cũng như ở mọi tốc độ Nó cũng cho động cơ đạt được nhiệt làm việc bình thường một cách nhanh nhất khi bắt đầu khởi động trong mùa đông giá lạnh Và nó cũng cung cấp nguồn nhiệt sưởi ấm vào trong khoang hành khách Hầu hết các loại động cơ ô tô sử dụng làm mát bằng dung dịch chất lỏng Trong động cơ có những khoảng trống được gọi là áo nước, nó bao bọc xung quanh các xylanh và buồng đốt Động cơ hoạt động dẫn động bơm nước bơm tuần hoàn dung dịch làm mát qua lớp áo nước Dung dịch làm mát hấp thu nhiệt và vận chuyển đến bộ tản nhiệt Dòng không khí chạy qua bộ tản nhiệt mang đi lượng nhiệt thừa giúp phòng ngừa động cơ bị quá nóng
1.1 Nhiệm vụ của hệ thống làm mát động cơ
Hệ thống làm mát của động cơ 1NZ-FE có nhiệm vụ làm mát động cơ, máy nén và dầu bôi trơn
1.1.1 Làm mát động cơ và máy nén
Hệ thống làm mát có nhiệm vụ chính là làm mát động cơ, bảo đảm động
cơ có nhiệt độ ổn định trong suốt quá trình làm việc Ngoài ra, hệ thống cũng
có nhiệm vụ không kém phần quan trọng đó là rút ngắn thời gian chạy ấm
Trang 8máy, nhanh chóng đưa động cơ đạt đến nhiệt độ làm việc Bên cạnh đó hệ thống làm mát còn làm mát cho máy nén khí nhằm tăng hiệu suất cho máy nén khí Đường nước làm mát máy nén khí được trích từ đường nước chính làm mát động cơ
1.1.2 Làm mát dầu bôi trơn
Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt độ của dầu bôi trơn tăng lên không ngừng do các nguyên nhân cơ bản sau:
- Dầu bôi trơn phải làm mát các trục, tỏa nhiệt lượng sinh ra trong quá trình ma sát các ổ trục ra ngoài
- Dầu bôi trơn tiếp xúc trực tiếp với các chi tiết máy có nhiệt độ cao như
cò mổ, đuôi xupáp, piston
Để đảm bảo nhiệt độ làm việc của dầu ổn định, giữ độ nhớt dầu ít thay đổi và đảm bảo khả năng bôi trơn, vì vậy cần phải làm mát dầu bôi trơn Đường dầu bôi trơn được khoan song song với đường nước làm mát động cơ Khi nước làm mát động cơ đồng thời làm mát luôn cho dầu bôi trơn, nhằm hạ nhiệt độ cho dầu bôi trơn
1.2 Mục đích và yêu cầu của hệ thống làm mát
1.2.1 Mục đích
Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt truyền cho các chi tiếp xúc với khí cháy như: piston, xecmang, xupap, nắp xylanh, thành xylanh chiếm khoảng 25~35% nhiệt lượng do nhiên liệu cháy toả ra Vì vậy các chi tiết thường bị đốt nóng mãnh liệt, nhiệt độ đỉnh piston có thể lên tới 6000C, còn nhiệt độ nấm xupap có thể lên tới 9000C Nhiệt độ của các chi tiết máy cao gây ra những hậu quả xấu như:
- Phụ tải nhiệt làm giảm sức bền, độ cứng vững và tuổi thọ của các chi tiết máy
Trang 9- Do nhiệt độ cao làm giảm độ nhớt của dầu bôi trơn nên làm tăng tổn thất ma sát
- Có thể gây bó kẹt piston trong xylanh do hiện tượng giãn nở nhiệt
- Giảm hệ số nạp
- Đối với động cơ xăng dễ phát sinh hiện tượng cháy kích nổ
Để khắc phục các hậu quả xấu trên, vì vậy cần thiết phải làm mát động
cơ Hệ thống làm mát động cơ có nhiệm vụ thực hiện quá trình truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng đốt rồi đến môi chất làm mát để đảm bảo cho nhiệt
độ của các chi tiết không quá nóng nhưng cũng không quá nguội Động cơ quá nguội tức là động cơ được làm mát quá nhiều vì vậy tổn thất nhiệt cho dung dịch làm mát nhiều, nhiệt lượng để sinh công ít do đó hiệu suất nhiệt của động cơ thấp, ngoài ra do nhiệt độ động cơ thấp ảnh hưởng đến chất lượng dầu bôi trơn, độ nhớt của dầu bôi trơn tăng, dầu bôi trơn khó lưu động vì vậy làm tổn thất cơ giới và tổn thất ma sát, ảnh hưởng lớn đến các chi tiêu kinh tế
và công suất động cơ
1.2.2 Yêu cầu về hệ thống làm mát
Đối với động cơ 1NZ-FE cũng như các động cơ lắp trên xe ô tô khác thì
hệ thống làm mát phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Làm việc êm dịu, tiêu hao công suất cho làm mát bé
- Bảo đảm nhiệt độ của môi chất làm mát tại cửa ra van hằng nhiệt ở khoảng 83950C và nhiệt độ của dầu bôi trơn trong động cơ khoảng 95÷1150C
- Bảo đảm động cơ làm việc tốt ở mọi chế độ và mọi điều kiện khí hậu cũng như điều kiện đường sá, kết cấu nhỏ gọn, dễ bố trí
1.3 Các loại hệ thống làm mát
1.3.1 Hệ thống làm mát bằng nước
a) Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi
Trang 10Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi là loại đơn giản nhất Hệ thống này không cần bơm, quạt
Bộ phận chứa nước có hai phần- khoang nước bao quanh thành xilanh (8), khoang nắp xilanh (5) và thùng chứa nước bay hơi (2) ở phía trên
Khi động cơ làm việc, tại những vùng nước bao xung quanh buồng cháy nước sẽ sôi Nước sôi có tỷ trọng bé hơn nên nổi lên trên mặt thoáng của thùng chứa để bốc hơi ra ngoài khí trời Nước nguội trong thùng chứa có tỷ trọng lớn sẽ chìm xuống dưới điền chỗ cho nước nóng nổi lên, do đó tạo thành lưư động đối lưu tự nhiên Căn cứ vào nhiệt lượng của động cơ và cách
bố trí động cơ đứng hay nằm để thiết kế hệ thống kiểu bốc hơi này
Trang 11Với việc làm mát bằng kiểu bốc hơi nước, lượng nước trong thùng sẽ giảm nhanh, do đó cần phải bổ sung nước thường xuyên và kịp thời Vì vậy, kiểu làm mát này không thích hợp cho động cơ dùng trên phương tiện vận tải
Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi do kết cấu đơn giản và đặt tính lưu động đối lưu đã nói ở trên nên hệ thống này được dùng cho các động
cơ đốt trong kiểu xilanh nằm ngang, đặc biệt các động cơ trên các máy nông nghiệp cỡ nhỏ
Nhược điểm của hệ thống làm mát này là thất thoát nước nhiều và hao mòn xilanh không đều
b) Hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên
Trong hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên, nước lưu động tuần hoàn nhờ sự chênh lệch áp lực giữa hai cột nước nóng và lạnh mà không cần bơm Cột nước nóng trong động cơ và cột nước nguội trong thùng chứa hoặc trong
Trang 12Nước nhận nhiệt của xilanh trong thân máy, làm cho khối lượng riêng nước giảm nên nước nổi lên trên Trong khoang của nắp xilanh, nước tiếp tục nhận nhiệt của các chi tiết bao quanh buồng cháy- nắp xilanh, xupap… nhiệt
độ của nước tiếp tục tăng lên và khối lượng riêng nước tiếp tục giảm, nên nước nổi lên trên theo đường dẫn ra khoang phía trên của két làm mát (5) Quạt gió (6) được dẫn động bằng puly từ trục khuỷu động cơ hút không khí qua két Do đó, nước trong két được làm mát làm cho khối lượng riêng nước tăng, nước sẽ chìm xuống khoang dưới của két và từ đây đi vào thân máy, thực hiện một vòng tuần hoàn
Độ chênh áp lực phụ thuộc vào độ chênh lệch nhiệt độ của hai cột nước,
do đó cường độ làm mát có thể tự động điều chỉnh theo phụ tải Khi mới khởi động do sự chênh lệch nhiệt độ của hai cột nước nóng và nguội bé nên chênh lệch áp lực giữa hai cột nước bé Vì vậy, nước lưu động chậm, động cơ chóng đạt nhiệt độ ở chế độ làm việc Sau đó phụ tải tăng thì độ chênh lệch nhiệt độ của hai cột nước cũng tăng theo, tốc độ lưu động của nước cũng tăng theo Độ chênh áp lực cũng còn phụ thuộc vào hiệu độ chênh chiều cao trung bình của hai cột nước, do đó phải luôn luôn đảm bảo mức nước của thùng chứa phải cao hơn ở nước ra của động cơ
Tuy nhiên, hệ thống có nhược điểm là nước lưu động trong hệ thống có vận tốc bé vào khoảng V = 0,120,19 m/s Điều đó dẫn đến chênh lệch nhiệt
độ nước vào và nước ra lớn, vì vậy mà thành xilanh được làm mát không đều Muốn khắc phục nhược điểm này thì phải tăng tiết diện lưu thông của nước trong động cơ dẫn đến hệ thống làm mát nặng nề cồng kềnh Do vậy, hệ thống làm mát kiểu này không thích hợp cho động cơ ô tô máy kéo, mà thường được dùng trên động cơ tĩnh tại
Trang 13c) Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng
1- Thân máy; 2- Đường nước ra khỏi động cơ; 3- Bơm nước;
4- Ống nước nối tắt vào bơm; 5- Nhiệt kế; 6- Van hằng nhiệt; 7- Két làm mát; 8- Quạt gió; 9- Ống dẫn nước về bơm; 10- Bình làm mát dầu bôi trơn Trên hình 1.3 là hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức của động cơ ô tô máy kéo một hàng xilanh Ở đây, nước tuần hoàn nhờ bơm ly tâm (3), qua ống phân phối nước đi vào các khoang chứa của các xilanh Để phân phối nước làm mát đồng đều cho mỗi xilanh, nước sau khi bơm vào thân máy (1) chảy qua ống phân phối đúc sẵn trong thân máy Sau khi làm mát xilanh, nước lên làm mát nắp máy rồi theo đường ống (2) ra khỏi động cơ với nhiệt
độ cao rồi đến van hằng nhiệt (6) Khi van hằng nhiệt (6) mở, một phần nước chảy qua đường ống (4) về đường ống hút của bơm nước (3), một phần lớn nước qua van hằng nhiệt (6) vào ngăn chứa phía trên của két nước
9
111
108
7
Hình 1.3: Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn một vòng
Trang 14Tiếp theo, nước từ ngăn phía trên của két đi qua các ống mỏng có gắn cánh tản nhiệt Tại đây, nước được làm mát bởi dòng không khí qua két do quạt (8) tạo ra Quạt được dẫn động bằng đai hay bánh răng từ trục khuỷu của động cơ Tại ngăn chứa phía dưới, nước có nhiệt độ thấp hơn lại được bơm nước (3) đẩy vào động cơ thực hiện một chu kỳ làm mát tuần hoàn
Ưu điểm của hệ thống làm mát cưỡng bức một vòng kín là nước sau khi qua két làm mát lại trở về động cơ Do đó ít phải bổ sung nước, tận dụng việc trở lại nguồn nước để tiếp tục làm mát động cơ Vì vậy, hệ thống này rất thuận lợi đối với các loại xe đường dài, nhất là ở những vùng thiếu nguồn nước
Trang 15d) Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn hai vòng
Trong hệ thống này, nước được làm mát tại két nước không phải là dòng không khí do quạt gió tạo ra mà là bằng dòng nước có nhiệt độ thấp hơn, như nước sông, biển Vòng thứ nhất làm mát động cơ như ở hệ thống làm mát cưỡng bức một vòng còn gọi là nước vòng kín Vòng thứ hai với nước sông hay nước biển được bơm chuyển đến két làm mát để làm mát nước vòng kín, sau đó lại thải ra sông, biển nên gọi là vòng hở Hệ thống làm mát hai vòng được dùng phổ biến ở động cơ tàu thủy
1-Đường nước phân phối; 2- Thân máy; 3- Nắp xilanh; 4- Van hằng nhiệt; 5- Két làm mát; 6- Đường nước ra vòng hở; 7- Bơm nước vòng hở; 8- Đường nước vào bơm nước vòng hở; 9- Đường nước tắt về bơm vòng kín; 10-
Bơm nước vòng kín
Hệ thống làm việc như sau: nước ngọt làm mát động cơ đi theo chu trình kín, bơm nước (10) đến động cơ làm mát thân máy và nắp xi lanh đến két làm mát nước ngọt (5) Nước ngọt trong hệ thống kín được làm mát bởi nước ngoài môi trường bơm vào do bơm (7) qua lưới lọc, qua các bình làm mát dầu, qua két làm mát (5) làm mát nước ngọt rồi theo đường ống (5) đổ ra ngoài môi trường
Hình 1.4: Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn hai vòng
Trang 16Khi động cơ mới khởi động, nhiệt độ của nước trong hệ thống tuần hoàn kín còn thấp, van hằng nhiệt (4) đóng đường nước đi qua két làm mát nước ngọt Vì vậy, nước làm mát ở vòng làm mát ngoài, nước được hút từ bơm (7) qua két làm mát (5) theo đường ống (6) đổ ra ngoài Van hằng nhiệt (4) có thể đặt trên mạch nước ngọt để khi nhiệt độ nước ngọt làm mát thấp, nó sẽ đóng đường ống đi vào két làm mát (5) Lúc này nước ngọt có nhiệt độ thấp sau khi làm mát động cơ qua van hằng nhiệt (4) rồi theo đường ống đi vào bơm nước ngọt (10) để bơm trở lại động cơ
về bơm; 8- Bơm nước
Trong hệ thống này nước làm mát là nước sông, biển được bơm (8) hút vào làm mát động cơ, sau đó theo đường nước (5) đổ ra sông, biển Hệ thống này có ưu điểm là đơn giản Tuy nhiên, ở một số kiểu động cơ nước làm mát
Hình 1.5: Hệ thống làm mát một vòng hở
Trang 17đạt 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 50 ÷ 600C để giảm bớt sự đóng cặn của các muối ở thành xi lanh, 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 xi lanh 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 1.3.2 Hệ thống làm mát bằng không khí
Hệ thống làm mát của động cơ làm mát bằng gió bao gồm ba bộ phận chủ yếu- phiến tản nhiệt trên thân máy và nắp xilanh, quạt gió và bản dẫn gió
Hệ thống làm mát bằng không khí chia làm hai loai: làm mát bằng không khí kiểu tự nhiên và kiểu làm mát theo cưỡng bức (dùng quạt gió)
Tùy thuộc vào đặc điểm của từng loại động cơ mà trang bị hệ thống làm mát hợp lý
a) Hệ thống làm mát bằng không khí kiểu tự nhiên
Hệ thống làm mát kiểu này rất đơn giản Nó chỉ gồm các phiến tản nhiệt
bố trí trên nắp xilanh và thân máy Các phiến ở mặt trên nắp xilanh bao giờ cũng bố trí dọc theo hướng di chuyển của xe, các phiến làm mát ở thân thường bố trí vuông góc với đường tâm xilanh Đa số động cơ môtô và xe máy bố trí hệ thống làm mát kiểu này
Tuy nhiên, một vài loại xe máy đặt động cơ nằm ngang lại bố trí phiến tản nhiệt dọc theo đường tâm xilanh để tạo điều kiện gió lùa qua rãnh giữa các
Trang 18phiến tản nhiệt Hệ thống làm mát kiểu tự nhiên lợi dụng nhiệt khi xe chạy trên đường để lấy làm mát các phiến tản nhiệt
Do đó, khi xe lên dốc hay chở nặng hoặc chạy chậm thường động cơ
bị quá nóng do làm mát kém Để khắc phục nhược điểm này người ta đưa ra phương án làm mát bằng không khí kiểu cưỡng bức
b) Hệ thống làm mát không khí kiểu cưỡng bức
Hệ thống kiểu này có ưu điểm lớn là không phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của xe dù xe vẫn đứng một chỗ vẫn đảm bảo làm mát tốt cho động cơ Tuy nhiên, hệ thống làm mát kiểu này vẫn còn tồn tại nhược điểm là kết cấu thân máy và nắp xilanh phức tạp, rất khó chế tạo do cách bố trí các phiến tản nhiệt và hình dạng các phiến tản nhiệt
Hiệu quả làm mát của hệ thống phụ thuộc nhiều về hình dạng, số lượng
và cách bố trí các phiến tản nhiệt trên thân máy và nắp xilanh
Hình 1.6: Hệ thống làm mát bằng không khí động cơ 4 xi lanh
Trang 19(A)- Hệ thống làm mát bằng gió dùng quạt gió hướng trục
(B)- Quạt gió hướng trục
1- Tang trống có cánh quạt; 2- Nắp đầu trục; 3- Bulông; 4- Trục quạt
gió;5- Tang trống có cánh dẫn; 6- Bánh đai truyền
Hệ thống làm mát bằng gió kiểu cưỡng bức bao gồm ba bộ phận chủ yếu
đó là các phiến tản nhiệt trên thân máy và nắp xilanh, quạt gió và bản dẫn gió Nhưng quan trọng nhất là quạt gió, quạt gió cung cấp lượng gió cần thiết, có tốc độ cao để làm mát động cơ Quạt gió được dẫn động từ trục khuỷu cung cấp gió với lưu lượng lớn làm mát động cơ Để rút ngắn thời gian từ trạng thái nguội khi khởi khởi động đến trạng thái nhiệt ổn định, quạt gió trang bị ly hợp thủy lực hay điện từ
Hình vẽ (A) giới thiệu hướng lưu động dòng không khí làm mát động
cơ bốn xilanh dung quạt gió hướng trục Từ hình vẽ ta thấy không khí qua cửa hút gió, qua quạt gió hướng trục rồi theo bản dẫn gió đi vào khu vực các phiến tản nhiệt của các xilanh, sau đó theo ống thải thoát ra ngoài
Nhờ có bản dẫn gió nên dòng không khí làm mát được phân chia đều cho các xilanh, khiến cho nhiệt độ các xilanh tương đối đồng đều Hơn nữa do khí có bản dẫn gió, dòng không khí đi sát mặt đỉnh của các phiến tản nhiệt vì vậy có thể nâng cao hiệu suất truyền nhiệt Ngoài ra nhờ có bản dẫn gió, ta có thể bố trí ưu tiên cho dòng không khí đến làm mát các vùng nóng nhất (xupáp thải, buồng cháy…)
Bản dẫn gió được chế tạo bằng tôn dày 0,8 ÷ 1mm Để tránh rung và
ồn, bản dẫn gió được cố định vào thân máy
Trang 201.4 Kết cấu các cụm chi tiết chính của hệ thống làm mát
Trong hệ thống làm mát bằng chất lỏng thì sự tuần hoàn của chất lỏng được thực hiện một cách cưỡng bức dưới tác dụng của bơm nước bơm vào áo làm mát, nước bị hâm nóng và qua đường nước ở nắp máy trở về két nước Quạt gió có tác dụng làm nguội nước ở két làm mát được nhanh chóng
1.4.1 Kết cấu két làm mát
Hình 1.7: Két nước làm mát Két làm mát có tác dụng để chứa nước truyền nhiệt từ nước ra không khí để hạ nhiệt độ của nước và cung cấp nước nguội cho động cơ khi làm việc Vì vậy 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 tỏa nhiệt cao
Kích thước bên ngoài và hình dáng của két làm mát phụ thuộc vào bố trí chung, chiều cao của động cơ, chiều cao của mui xe, kết cấu của bộ tản nhiệt Nhưng tốt nhất là bề mặt đón gió của két làm mát nên có dạng hình vuông để cho tỷ lệ giữa diện tích chắn gió của quạt đặt sau két làm mát và diện tích đón gió của két tiến gần đến một Trên thực tế tỷ lệ đó chỉ chiếm 75
÷ 80%
Trang 21Két làm mát được phân làm hai loai: két làm mát kiểu “nước- nước” và két làm mát kiểu “nước - không khí”
Két làm mát kiểu “nước-nước” được dùng trên động cơ có hai vòng tuần hoàn, nước làm mát như đã nói trên trong đó nước ngọt đi trong ống, cấu tạo của két nước này cũng tương tự két làm mát dầu nhờn bằng nước
Két làm mát kiểu “nước- không khí”, thường dùng trên các loại ô tô máy kéo bao gồm ba phần, ngăn trên chứa nước nóng từ động cơ ra, ngăn dưới chứa nước nguội để vào làm mát động cơ, nối giữa ngăn trên và ngăn dưới là giàn ống truyền nhiệt Giàn ống truyền nhiệt là bộ phận quan trọng nhất của két làm mát
Ðánh giá chất lượng két làm mát bằng hiệu quả làm mát cao tức hệ số 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 của vật liệu làm két tản nhiệt
- Khả năng truyền nhiệt đối lưu của két
- Kết cấu của két.(diện tích bề mặt truyền nhiệt)
1.4.2 Kết cấu của bơm nước
Bơm nước có tác dụng tạo ra một áp lực để tăng tốc độ lưu thông của nước làm mát Bơm có nhiệm vụ cung cấp nước cho hệ thống làm mát với lưu lượng và áp suất nhất định Các loại bơm dùng trong hệ thống làm mát động
cơ bao gồm: bơm ly tâm, bơm piston, bơm bánh răng, bơm guồng Bơm ly tâm là loại bơm được dùng phổ biến nhất trên các động cơ ô tô hiện nay
Trang 22Nguyên lý làm việc là lợi dùng lực ly tâm của nước nằm giữa các cánh
để dồn nước từ trong ra ngoài rồi đi làm mát
1- Phớt, 2- Vú mỡ, 3- Vòng chặn dầu, 4- Ống lót, 5- Vít cấy, 6- Vòng
chặn lớn, 7- Lò xo, 8- Bánh công tác, 9- Mặt bích, 10- Trục bơm, 11- Đai ốc,
12- Đường nối với van hằng nhiệt, 13- Ổ bi, 14- Puly dẫn động, 15- Đệm điều
chỉnh, 16- Then bán nguyệt
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
Bơm piston, bơm bánh răng và bơm cánh hút thường chỉ được sử dụng ở
hệ thống làm mát động cơ tàu thủy
1.4.3 Kết cấu quạt gió
Cần phải có một lưu lượng không khí lớn đi qua két nước để làm mát
Thông thường, nếu xe chạy thì lưu lượng không khí đã đủ làm mát Nhưng
khi xe dừng hoặc chậm thì lưu lượng không khí không đủ Vì vậy động cơ đã
151614
12
1011
9
13
123457
Hình 1.8: Kết cấu bơm ly tâm
Trang 23được trang bị quạt làm mát để tạo ra lượng không khí cưỡng bức qua két làm mát.Trong hệ thống làm mát bằng nước, dùng két làm mát bằng không khí, quạt gió dùng để tăng tốc độ của dòng không khí qua két nhằm nâng cao hiệu quả làm mát Quạt gió thường là quạt hướng trục Quạt gió của động cơ có thể chạy bằng không khí hoặc điện Những động cơ đặt dọc ở thân xe có trục sau
là trục chủ động thường sử dụng là quạt cơ khí được lắp cùng trục với bơm nước.Có hai chỉ tiêu để đánh giá chất lượng của quạt: đó là năng suất (lưu lượng gió) của quạt và công suất tiêu tốn cho dẫn động quạt Ðối với một két nước cụ thể, năng suất thể hiện bằng tốc độ gió qua két làm mát Hai chỉ tiêu trên phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: số vòng quay của quạt, kích thước cánh, góc nghiêng của cánh và vị trí tương quan giữa quạt và két nước
1-Cánh quạt; 2-Xương đĩa bắt cánh quạt; 3-Mayơ; 4-Then bán nguyệt; 5-trục quạt; 6-Đai ốc; 7-Bulong bắt quạt; 8-Xương quạt
1 2
3 4
5 6 7
Hình 1.9: Kết cấu quạt gió
Trang 24Hệ thống quạt điện nhạy cảm với nhiệt độ của nước làm mát, và nó chỉ cung cấp một lưu lượng không khí thích hợp khi nhiệt độ lên cao Ở nhiệt độ bình thường, quạt ngừng quay để động cơ ấm lên và giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm tiếng ồn Tốc độ quay của quạt điện có thể thay đổi trong ba cấp hoặc vô cấp, nhờ hiệu quả làm mát có thể điều chỉnh và phù hợp với nhiệt độ nước làm mát
1-Bình điện; 2-Công tắc nhiệt độ nước làm mát; 3-Lò xo; 4-Cuộn dây;
5-Quạt; 6-Khóa điện
- Nhiệt độ nước làm mát thấp
Công tắc nhiệt độ nước làm mát đóng, và nhờ thế rơle quạt được nối mát Lực từ trường của cuộn dậy của rơle sẽ giữ các tiếp điểm ở vị trí ngắt, và dòng điện không đến quạt được
- Nhiệt độ nước làm mát cao
Công tắc nhiệt độ nước làm mát mở, và mạch rơle bị ngắt Khi đó, các tiếp điểm tiếp xúc với nhau, cung cấp dòng điện cho quạt quay với tốc độ cao 1.4.4 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 làm mát Khi động
Trang 25cơ còn lạnh van hằng nhiệt đóng, lúc này nước không qua két làm mát mà đi tắt về bơm Khi động cơ nóng lên van hằng nhiệt mở, nước làm mát đi qua két, sau đó mới về bơm
Bằng cách đóng đường nước dẫn tới két khi động cơ lạnh, động cơ sẽ
ấm lên nhanh chóng, khi đó nhiệt độ của động cơ vẫn được giữ lại trong động
cơ thay vì ra két làm mát, nhờ đó rút ngắn thời gian hâm nóng động cơ, tiêu hao ít nhiên liệu và giảm được lượng khí xả Sau khi hâm nóng, van hằng nhiệt giữ cho động cơ làm việc ở nhiệt độ cao hơn so với trường hợp không
có van hằng nhiệt Nhiệt độ làm việc càng cao sẽ cải thiện hiệu quả của động
cơ và giảm được khí xả Van hằng nhiệt dùng trên hệ thống làm mát bằng nước chia làm hai loai: loại dùng chất lỏng làm chất giãn nở và loại dùng chất rắn làm chất giãn nở
Van hằng nhiệt dùng chất lỏng làm chất giãn nở (van hằng nhiệt kiểu hộp xếp)
Van hằng nhiệt có tác dụng giúp cho động cơ nhanh chóng đạt tới nhiệt độ quy định trong trường hợp động cơ mới khởi động
Hình 1.11: Kết cấu van hằng nhiệt
Trang 261- Van; 2- Xylanh; 3- Van đi tắt; 4- Sáp; 5- Van xả khí
1.5 So sánh ưu nhược điểm của kiểu làm mát bằng nước và kiểu làm mát bằng không khí
Xuất phát từ những yêu cầu kỹ thuật ta nhận thấy rằng động cơ làm mát bằng nước so với động cơ làm bằng không khí có những ưu điểm sau:
- Hiệu quả làm mát của hệ thống làm mát bằng nước cao hơn do đó trạng thái nhiệt của các chi tiết của động cơ làm mát bằng nước thấp Vì vậy, nếu các điều kiện phụ tải như nhau thì đối với động cơ xăng phải giảm
tỉ số nén để tránh hiện tượng kích nổ
- Độ dài thân động cơ làm mát bằng nước ngắn hơn khoảng 10~15%, trọng lượng nhỏ hơn 8~10% so với động cơ làm mát bằng không khí Được như vậy là ta có thể đúc các xilanh liền một khối nên khoảng cách giữa các xilanh có thể giảm đến mức tối thiểu
- Do giảm được độ dài của thân động cơ nên có thể tăng độ cứng vững của thân động cơ, trục khuỷu và trục cam
- Khi làm việc động cơ làm mát bằng nước có tiếng ồn nhỏ hơn
- Tổn thất công suất để dẫn động quạt gió của động cơ làm mát bằng nước nhỏ hơn động cơ làm mát bằng gió
Tuy vậy, hệ thống làm mát bằng nước cũng có những nhược điểm sau đây:
- Kết cấu thân máy và nắp xilanh rất phức tạp và rất khó chế tạo
- Phải dùng két nước có cánh tản nhiệt bằng đồng Kết cấu của két nước cũng rất phức tạp, khó chế tạo và dùng vật liệu quý như đồng, thiết
- Dễ bị rò rỉ nước xuống cácte nên có thể ảnh hưởng xấu đến chất lượng dầu bôi trơn ở dưới cácte
- Khi trời lạnh có thể bị đóng băng trong áo nước và két nước có thể làm
vỡ hệ thống làm mát Vì vậy khi động cơ làm việc ở vùng có nhiệt độ
Trang 27thấp, thường phải dùng hỗn hợp nước có trộn glyxerin hay glycon để hạ thấp nhiệt độ đông đặc của nước làm mát
- Phải thường xuyên súc rửa hệ thống làm mát vì nước bẩn hoặc nước cứng đóng cặn làm giảm khả năng truyền nhiệt
Không thuận lợi khi sử dụng ở vùng khan hiếm nước
Trang 28CHƯƠNG 2 : ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT TRÊN XE TOYOTA VIOS 2015 2.1 Giới thiệu về xe Toyota Vios 2015
