Xem mẫu
- 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) cháy
trong buồng đốt của động cơ tỏa ra với một nhiệt độ lớn khoảng 2000 0 C÷2500 0
C, một phần chuyển thành công, phần còn lại tỏa ra môi trường bên ngoài qua
các chi tiết tiếp xúc với khí cháy tiếp nhận (xilanh, piston, nắp xilanh, các xupáp,
vòi phun, xecmăng...), mặt khác cũng có nhiệt lượng sinh ra do ma sát giữa các bề
mặt làm việc của các chi tiết trong động cơ. Nếu không làm mát động cơ hay làm
mát không đủ, các chi tiết của động cơ sẽ nóng lên quá nhiệt độ cho phép, sẽ gây
ra nhiều tác hại như: cháy xupáp, dầu nhớt mất hết tính chất nhờn gây nóng cháy
bạc lót, bó piston và xecmăng trong xilanh…
Bởi vậy, cần làm mát động cơ bằng các phương pháp sau: Bằng không khí
hay bằng nước (chất lỏng) để duy trì nhiệt độ khoảng 80÷90 0 C để cho động cơ
hoạt động 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 bằng
nước kiểu bốc hơi, kiểu đối lưu tự nhiên, kiểu cưỡng bức. Căn cứ vào số vòng
tuần hoàn và kiểu tuần hoàn, người ta chia hệ thống làm mát thành các loại: Một
vòng tuần hoàn kín, một vòng tuần hoàn hở, hai vòng tuần hoàn (trong đó có một
vòng kín một vòng hở). Mỗi kiểu làm mát đều có những ưu nhược điểm khác
nhau và thích hợp cho từng điều kiện làm việc của từng động cơ.
- 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
này không cần bơm, quạt. Bộ phận chứa nước có hai phần: phần khoang chứa
nước làm mát của thân máy và phần thùng chứa nước bay hơi lắp với thân.
Sơ đồ kết cấu:
2 3
1
10 9 8 7 6 5 4
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 cháy
nhận nhiệt của buồng cháy sẽ sôi tạo thành bọt nước. Nước sôi có tỷ trọng bé sẽ
nổi lên mặt thoáng của thùng chứa để bốc hơi ra ngoài khí trời. Nước nguội
trong thùng chứa có tỉ trọng lớn nên có xu hướng đi xuống dưới điền chỗ cho
nước nóng nổi lên, do đó tạo thành dòng đối lưu tự nhiên.
+ Ưu điểm của hệ thống làm mát kiểu bốc hơi
- Kết cấu đơn giản.
- - Do đặc tính lưu động đối lưu như đã nói ở trên nên hay dùng cho loại động cơ
đặt nằm dùng trong nông nghiệp.
+ Nhược điểm của hệ thống này là do kiểu làm mát bốc hơi tự nhiên nên nguồn
nước trong thùng giảm nhanh làm cho tiêu hao nước nhiều và hao mòn thành
xylanh không đều.
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 trong
động cơ và cột nước nguội trong thùng chứa hoặc trong két nước.
- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống :
6 5 4 3 2 1
7
8
9
10
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/m 2 )
ρ - khối lượng riêng của nước (kg/m 3 ).
h - hiệu chiều cao trung bình của hai cột nước nóng và lạnh (m);
α - hệ số giản nỡ của nước 0,00018m 3 /m 3 . độ
Δt - độ chênh lệch nhiệt độ của hai cột nước nóng và lạnh.
Như vậy, từ công thức ta thấy độ chênh áp lực phụ thuộc vào độ chênh nhiệt
độ Δt của hai cột nước. Do vậy với hệ thống mát này có những ưu điểm là chế
độ làm mát phù hợp với chế độ không tải của động cơ. Khi mới khởi động do sự
chênh lệch nhiệt độ của hai cột nước nóng và nguội bé nên chênh lệch áp l ực
giữa hai cột nước nhỏ. Vì vậy, nước lưu động chậm, động cơ chóng đạt được
nhiệt độ ở chế độ làm việc.
Tuy nhiên, hệ thống có nhược điểm là nước lưu động trong hệ thống có vận
tốc bé vào khoảng V = 0,12÷ 0,19 m/s. Điều đó dẫn đến chênh lệch nhiệt độ
nước vào và nước ra lớn, vì vậy mà thành xilanh làm mát không đều. Muốn giảm
chênh lệch nhiệt độ nước vào và nước ra của động cơ thì phải tăng kích thước
thùng chứa nhưng làm như vậy kết cấu cồng kềnh. Do vậy, hệ thống làm mát
kiểu này không thích hợp cho động cơ ô tô máy kéo, mà dùng trên động cơ tĩnh
tại.
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.
Vì vậy để tăng tốc độ lưu động của nước người ta dùng hệ thống tuần hoàn
cưỡng bức. Trong hệ thống này, nước lưu động do sức đẩy cột nước của bơm
nước tạo ra. Tùy theo số vòng tuần hoàn và kiểu tuần hoàn ta có các loại tuần
hoàn cưỡng bức như: hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức một vòng kín, kiểu
- cưỡng bức một vòng hở, kiểu cưỡng bức hai vòng tuần hoàn. Mỗi kiểu làm mát
có những nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm, phạm vi sử dụng khác nhau.
1.1.3.1. Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng:
- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống:
5 6 7
3 4
2
1
8
9
10
11
13 12
15 14
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 phối nước làm mát đồng đều cho mỗi xilanh, nước sau khi bơm vào thân
máy (1) chảy qua ống phân phối (15) đúc sẵn trong thân máy. Sau khi làm mát
xilanh, nước lên làm mát nắp máy rồi theo đường ống (3) ra khỏi động cơ đến
- van hằng nhiệt (6). Nước từ van hằng nhiệt được chia ra hai dòng: một dòng đi
qua ống (11) tuần hoàn trở lại động cơ; một dòng đi qua két (7) để tản nhiệt .
Nếu nhiệt độ của nước làm mát nhỏ hơn nhiệt độ cho phép thì van hằng
nhiệt đóng lại không cho đi qua két mà theo đường tắc để đi vào làm mát động
cơ. Nếu nhiệt độ của nước lớn hơn nhiệt độ cho phép thì van hằng nhiệt mở cho
nước đi qua két. Tại đây, nước được làm mát bởi dòng không khí qua két do quạt
(8) tạo ra. Quạt được dẫn động bằng puly từ trục khuỷu của động cơ. Tại bình
chứa phía dưới, nước có nhiệt độ thấp hơn lại được bơm nước hút vào rồi đ ẩy
vào động cơ thực hiện một chu kỳ làm mát tuần hoàn.
Ưu điểm của hệ thống làm mát cưỡng bức một vòng kín là nước sau khi
qua két làm mát lại trở về động cơ do đó ít bổ sung nước, tận dụng được trở lại
nguồn nước làm mát tiếp động cơ. Do đó, hệ thống này rất thuận lợi đối với các
loại xe đường dài, nhất là ở những vùng thiếu nguồn nước.
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
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 đ ược
dùng phổ biến ở động cơ tàu thủy.
- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống:
- 1 2 3 4 5 6 7 8
9 10
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; 5-
Đường nước tắt về bơm vòng kín; 6- Van hằng nhiệt; 7- Két làm mát; 8- Đường
nước ra vòng hở; 9- Bơm nước vòng hở; 10- Đường nước vào bơm nước vòng
hở.
- Nguyên lý làm việc như sau:
Trong hệ thống này nước ngọt làm mát động cơ đi theo chu trình kín, bơm
nước (4) dẫn nước đến động cơ làm mát thân máy và nắp xilanh sau đó đ ến két
làm mát nước ngọt (7) để tản nhiệt cho nước. Nước ngọt trong hệ thống kín
được làm mát bởi nguồn nước ngoài môi trường bơm vào do bơm (9) thông qua
lưới lọc, qua các bình làm mát dầu, qua két làm mát (7) làm mát nước ngọt rồi
theo đường ống (8) đổ ra ngoài môi trường.
- Khi động cơ mới khởi động, nhiệt độ của nước trong hệ thống tuần hoàn
kín còn thấp, van hằng nhiệt (6) đóng đường nước đi qua két làm mát nước ngọt.
Vì vậy, nước làm mát ở vòng làm mát ngoài, nước được hút từ bơm (9) qua két
làm mát (7) theo đường ống (8) đổ ra ngoài. Van hằng nhiệt (6) đặt trên mạch
nước ngọt để khi nhiệt độ nước ngọt làm mát thấp, nó sẽ đóng đường ống đi
vào két làm mát (7). Lúc này nước ngọt có nhiệt độ thấp sau khi làm mát động cơ
qua van hằng nhiệt (6) rồi theo đường ống đi vào bơm nước ngọt (4) để bơm trở
lại động cơ.
1.1.3.3. Hệ thống làm mát một vòng hở:
- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống:
5 4 3 2 1
6 7 8
Hình 1.5. Hệ thống làm mát một vòng hở.
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 được bơm (8) hút vào làm mát động cơ sau đó theo
đường nước (5) đổ ra sông, biển. Hệ thống này có ưu điểm là đơn giản. Tuy
nhiên, ở một số kiểu động cơ nước làm mát đạt được ở 1000C hoặc cao hơn. Khi
nước ở nhiệt độ cao, nước sẽ bốc hơi. Hơi nước có thể tạo thành ngay trong áo
nước làm mát (kiểu bốc hơi bên trong) hoặc hơi nước bị tạo ra trong một thiết bị
riêng (kiểu bốc hơi bên ngoài). Do đó, cần phải có một hệ thống làm mát riêng
cho động cơ.
So sánh hai hệ thống làm mát kín và hở của động cơ tàu thủy thì hệ thống
hở có kết cấu đơn giản hơn, nhưng nhược điểm của nó là nhiệt độ của nước
làm mát phải giữ trong khoảng 500 ÷ 600C để giảm bớt sự đóng cặn của các
muối ở thành xilanh, nhưng với nhiệt độ này do sự làm mát không đều nên ứng
suất nhiệt của các chi tiết sẽ tăng lên. Cũng do vách áo nước bị đóng cặn muối
mà sự truyền nhiệt từ xilanh vào nước làm mát cũng kém. Ngoài ra, do ảnh
hưởng của nhiệt độ nước ở ngoài tàu thay đổi mà nhiệt độ nước trong hệ thống
hở cũng dao động lớn. Điều này không có lợi cho chế độ làm mát.
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÷65 0 C, ở động cơ cao
tốc lên đến khoảng 80÷85 0 C và một số kiểu động cơ nhiệt độ trung bình của
nước làm mát đã đạt 100 0 C hoặc cao hơn. Khi làm mát động cơ với nhiệt độ
nước cao hơn 100 0 C, 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 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:
2 3 4 5 6
P1 ,tvaìo
P2 ,tra
P2 ,tvaìo
7
1
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),
- độ chênh áp suất ∆p = p2 - p1 được điều chỉnh bởi van tiết lưu (2). Nước trong
vùng có áp suất cao p2 không sôi mà chỉ nóng lên (từ nhiệt độ tvào đến tra ). Áp suất
p2 tương ứng với nhiệt độ sôi t2 > tra nên nước chỉ sôi ở bộ tách hơi có áp suất p 1
< p2.
1.2.2. Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao có l ợi d ụng nhi ệt
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 tuần hoàn trong hệ thống tuần hoàn làm kín nhờ bơm (14) bơm lấy nước
từ bộ tách hơi với áp suất p1 đưa vào động cơ với áp suất p2. Từ động cơ nước
lưu động ra với áp suất 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
hơi sau 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
bộ tăng nhiệt (6), sau đó qua van điều tiết tự động (9) vào bộ tách hơi. Nước làm
mát của vòng tuần hoàn ngoài chảy vào bình làm mát dầu, đi làm mát đỉnh và qua
bộ ngưng tụ (11) đều do bơm (16) của hệ thống bơm cấp vào mạch hở để piston
làm mát nước trong mạch kín.
Ưu điểm của hệ thống làm mát nhiệt độ cao là:
- Có thể nâng cao được hiệu suất làm việc của động cơ lên 6-7%. (ví dụ
dùng hệ thống làm mát nhiệt độ cao thì hiệu suất có thể đạt 0,46÷0,47 trong khi
đó nếu dùng hệ thống làm mát thông thường chỉ đạt 0,40÷0,42)
- Giảm được lượng tiêu hao hơi nước và không khí làm mát, do đó ta rút
gọn được kích thước bộ tản nhiệt.
- Đốt cháy được nhiều lưu huỳnh trong nhiên liệu nặng.
- Tuy nhiên, hệ thống làm mát này cũng có những nhược điểm cơ bản là
nhiệt độ của các chi tiết máy cao. Do đó cần đảm bảo các khe hở công tác của
các chi tiết cũng như cần phải dùng loại dầu bôi trơn có tính chịu nhiệt tốt.
Ngoài ra đối với động cơ xăng cần phải chú ý đến hiện tượng kích nổ. Khi tăng
áp suất để nâng nhiệt độ của nước làm mát trong hệ thống, cần phải đảm bảo
các mối nối đường ống, các khe hở của bơm phải kín hơn, bộ tản nhiệt phải
chắc chắn hơn.
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 cho
nước và cung cấp nước nguội vào trong động cơ khi động cơ làm việc. Vì vậy
yêu cầu két nước phải hấp thụ và toả nhiệt nhanh. Ðể đảm bảo yêu cầu đó thì
bộ phận tản nhiệt của két nước thường được làm bằng đồng thau vì vật liệu này
có hệ số toả nhiệt cao.
Két làm mát dùng trên ô tô máy kéo gồm có ba phần chính là: ngăn trên
chứa nước nóng từ động cơ ra để làm mát, ngăn dưới chứa nước nguội sau khi
đã tản nhiệt cho môi trường để đi vào làm mát cho động cơ và giàn ống truyền
nhiệt nối ngăn trên với ngăn dưới
Để đánh giá chất lượng của két làm mát tức hệ số truyền nhiệt của bộ
phận tản nhiệt lớn, công suất tiêu tốn ít để dẫn động bơm nước, quạt gió. Cả
hai chỉ tiêu đó đều phụ thuộc vào 3 yếu tố sau:
- Khả năng dẫn nhiệt từ nước vào không khí của các ống và lá tản nhiệt.
- Tốc độ lưu động của nước và của không khí làm mát.
- Kết cấu của két. (diện tích bề mặt truyền nhiệt)
Ðể giải quyết vấn đề thứ nhất, người ta dùng vật liệu chế tạo ống và lá
tản nhiệt có hệ số dẫn nhiệt cao như đồng.
- Vấn đề thứ hai được thực hiện bằng cách tăng công suất của bơm nước
và công suất của quạt nhằm tăng hệ số truyền nhiệt đối lưu của chúng.
Tuy nhiên, tăng tốc độ lưu động của nước đòi hỏi phải tăng công suất tiêu
hao cho dẫn động bơm nước và quạt gió.
Vấn đề thứ ba bao gồm việc chọn hình dáng và kích thước của ống và lá tản
nhiệt,và cách bố trí ống trên két.
Hình 1.8. Kết cấu két nước
Thông thường két làm mát được làm bằng các ống dẹt, cắm sau trong các
lá tản nhiệt bằng đồng thau (hình 1.8a). Ống nước dẹt làm bằng đồng có chiều
dày thành ống là (0,13÷0,20)mm và kích thước tiết diện ngang của ống là (13
÷20) x (2÷4)mm. Còn các lá tản nhiệt có chiều dày khoảng (0,08 ÷ 0,12)mm.
Các ống có thể bố trí theo kiểu song song như hình 1.9.a hoặc bố trí theo
kiểu so le như hình 1.9b. Nhưng kiểu bố trí theo kiểu so le dùng phổ biến nhất vì
hiệu quả
- g)
Hình 1.9. Kết cấu một số ống nước.
truyền nhiệt tốt nhất. Trong một số trường hợp, để tăng hiệu quả truyền nhiệt
(tăng không đáng kể), người ta đặt ống chếch đi một góc nào đó như hình 1.9c.
Ðể tạo xoáy cho dòng không khí nhằm tăng hiệu quả truyền nhiệt, người
ta còn dùng ống dẹt hàn với lá tản nhiệt gấp khúc (hình 1.9b), trên lá dập rãnh
thủng, hoặc dùng ống dẹt hàn với lá tản nhiệt hình sóng (hình 1.9e) và trên phần
sóng của lá đó được dập lõm (chỗ có số 1). Hai loại này có hệ số truyền nhiệt
khá cao, nên cũng được ứng dụng rộng rãi trên động cơ ô tô. Trên một s ố máy
- kéo và tải nặng người ta còn dùng ống tròn có gân tản nhiệt hình xoắn ốc (hình
1.9g). Loại này có ưu điểm là thay thế do hỏng hóc của từng ống rất đơn giản vì
các ống không phải hàn vào ngăn trên và ngăn nước dưới như các kiểu ống dẹt
mà ghép và làm kín bằng các đệm cao su chịu nhiệt.
Các kiểu bộ phận tản nhiệt nêu trên đây dùng lá tản nhiệt hoặc gân tản
nhiệt thì ống tản nhiệt đều là ống nước.
Trên một số rất ít động cơ máy kéo người ta còn dùng bộ phận tản nhiệt
ống không khí hình tròn hoặc hình lục lăng, mang tên két nước hình “tổ ong”
(hình 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 bước
của lá tản nhiệt, bước của ống cả theo chiều ngang (chiều đón gió) và cả chiều
sâu (chiều gió) cũng như tăng chiều sâu của két (tức là tăng số dãy ống theo
chiều sâu). Nhưng tăng chiều sâu nhiều cũng không có hiệu quả lớn vì rằng khi
hệ số truyền nhiệt của dãy ống đã ổn định thì nếu tăng chiều sâu lên 50%, khả
năng tản nhiệt của két tăng 15%, còn nếu tăng chiều sâu lên 100% thì khả năng
tản nhiệt cũng chỉ tăng thêm 20%. Cần chú ý rằng các biện pháp nâng cao hiệu
quả trên đây đều kéo theo sự gia tăng sức cản khí động của két. Thông thường
két nước dùng trên ô tô sức cản khí động của không khí qua két không vượt quá
300 (N/m2).
Ðánh giá kết cấu két làm mát dùng trên ô tô máy kéo bằng hệ số hiệu quả
và hệ số thu gọn theo [2] ta có như sau:
k w/m2 1
2
100
80
3
60
40
4
20
0 4 8 12 2
ω .ρkk Kg/(m .s)
kk
- Hình 1.10. Quan hệ giữa hệ số truyền nhiệt K với tốc độ khối của không khí
(ωkk.ρkk) của các loại két làm mát khi tốc độ nước là 0,4 m/s.
1. Các ống dẫn nước bố trí chếch với hướng gió một góc 450.
2. Các ống dẫn nước so le.
3. Các ống dẫn nước bố trí song song.
4. Loại két nước tổ ong.
Flm
Hệ số hiệu quả η = (m2/W)
Ne
Flm
Hệ số thu gọn φ = (1/m)
Vk
Giá trị của η và φ nằm trong khoảng sau:
η = (0,14 ÷ 0,20).10-3 m2/W : đối với ô tô du lịch.
η = (0,20 ÷ 0,41).10-3 m2/W : đối với ô tô tải.
φ = 900 ÷ 1100 (1/m) : trị số lớn nhất đối với ô tô du lịch, trị số nhỏ nhất đối với
ô tô tải; Flm: diện tích tản nhiệt của bộ phận tản nhiệt (m2); Ne: công suất có
ích, danh nghĩa của động cơ (W); Vk: thể tích tản nhiệt của bộ phận tản nhiệt
(m3)
1.3.2. Kết cấu của bơm nước.
Bơm nước có tác dụng tạo ra một áp lực để tăng tốc độ l ưu thông c ủa
nước làm mát. Bơm có nhiệm vụ cung cấp nước cho hệ thống làm mát với lưu
lượng và áp suất nhất định. Lưu lượng nước làm mát tuần hoàn trong các loại
động cơ thay đổi trong phạm vi 68÷245[l/Kwh] (50÷180[l/ml.h]) và với tần số
tuần hoàn khoảng (7÷12)lần/phút. Các loại bơm dùng trong hệ thống làm mát
động cơ bao gồm: bơm ly tâm, bơm piston, bơm bánh răng, bơm guồng...
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 để
dồn nước từ trong ra ngoài rồi đi làm mát.
Kết cấu của bơm ly ở (hình 3.11) gồm puly (1) lắp chặt trên trục bơm then
bán nguyệt (2). Ổ bi (9), (10) dùng để đỡ trục bơm. Bánh công tác (7) dùng đ ể
tạo ra cột áp đưa nước làm mát động cơ. Vú mỡ (4), vòng chặn (5) dùng đ ể bôi
trơn các ổ bi và ngăn không cho chất bôi trơn lọt ra ngoài.
1 2 3 4 5 6 7 8
12 11 10 9
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) thường
được chế tạo bằng đồng hoặc chất dẻo. Để đảm bảo hiệu suất của bơm thì khe
hở hướng kính giữa bánh công tác (7) và thân bơm (11) không được lớn hơn 1mm
và khe hở chiều trục không quá 0,2mm. Ðể giảm kích thước bơm, tỷ số truyền
giữa trục bơm nước (3) và trục khuỷu thường chọn gần bằng 1(đối với động cơ
cao tốc) và 1,6 (đối với động cơ tốc độ thấp). Cột áp toàn phần do bơm tạo ra
khoảng 0,05 ÷ 0,15 MPa và tốc độ nước trên đường ống dẫn vào bơm không
vượt quá 2,5 ÷ 3 m/s. Công suất tiêu hao để dẫn động bơm chiếm khoảng 0,5-
1,0% công suất có ích của động cơ tức là (0,005 ÷ 0,01)Ne. Trục bơm đ ược đặt
trên hai ổ bi (9,10), để bao kín dầu mỡ ở ổ bi dùng các phớt và bao kín bằng
vòng chặn (5).
Bơm ly tâm có đặc tính cấp nước đồng đều, kích thước và khối lượng nhỏ,
không
ồn và hiệu suất cao. Tuy nhiên nhược điểm của bơm li tâm là không tạo ra được
vùng áp thấp đủ khi hút nước (không quá (2,94 ÷ 4,9).104 N/m2), do đó không có
năng lực tự hút, nên trước khi khởi động phải nạp đầy nước vào ống hút và
bơm, đồng thời phải xả không khí hết ra khỏi bơm.
nguon tai.lieu . vn