1
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
---------------------------------------
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Tên đề tài: Nghiên cứu hệ thống làm mát bằng nước
trên ô tô du lịch.
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Hoàng Quang Tuấn
Sinh viên thực hiện: Trần Quang Chiến
Mã sinh viên: 2018602215
Hà Nội - 2021
2
MỤC 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 8
1.1 Nhiệm vụ của hệ thống làm mát động cơ .................................................. 8
1.1.1 Làm mát động cơ và máy nén ............................................................. 8
1.1.2 Làm mát dầu bơi trơn .......................................................................... 9
1.2 Mục đích và u cầu của hệ thống làm mát ............................................ 9
1.2.1 Mục đích ......................................................................................... 9
1.2.2 Yêu cầu về hệ thống làm mát ........................................................ 10
1.3 Các loại hệ thống làm mát ...................................................................... 10
1.3.1 Hệ thống làm mát bằng nước ........................................................ 10
1.3.2 Hệ thống làm mát bằng khơng khí................................................. 18
1.4 Kết cấu các cụm chi tiết chính của hệ thống làm mát .............................. 20
1.4.1
Kết cấu két làm mát ..................................................................... 21
1.4.2 Kết cấu của bơm nước................................................................... 22
1.4.3 Kết cấu quạt gió ............................................................................ 23
1.4.4 Van hằng nhiệt .............................................................................. 25
1.5 So sánh ưu nhược điểm của kiểu làm mát bằng nước và kiểu làm mát bằng
khơng khí 26
3
CHƯƠNG 2 : ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA
HỆ THỐNG LÀM MÁT TRÊN XE TOYOTA VIOS 2014 ..................... 28
2.1 Giới thiệu về xe Toyota Vios 2014 ........................................................ 28
2.2 Hệ thống làm mát của xe toyota vios 2014.............................................. 32
2.2.1
Sơ đồ nguyên lý ........................................................................... 32
2.2.2 Kết cấu và nguyên lý làm việc các cụm chi tiết hệ thống làm mát xe
toyota vios 2014 ....................................................................................... 34
2.2.2.1 Két nước làm mát ........................................................................ 34
2.2.2.2 Nắp két
.................................................................................... 36
2.2.2.3 Bơm nước ................................................................................... 37
2.2.2.4 Quạt gió dẫn động bằng điện ....................................................... 39
2.2.2.5 Van hằng nhiệt ............................................................................ 42
2.2.2.6 Bình giãn nở................................................................................ 44
2.3 Kết luận ................................................................................................ 45
CHƯƠNG 3 : NHỮNG HƯ HỎNG, QUY TRÌNH KIỂM TRA, BẢO
DƯỠNG SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÀM MÁT ...................................... 46
3.1 Những hư hỏng thường gặp và nguyên nhân , cách khắc phục ................ 46
3.1.1 Két làm mát .................................................................................. 46
3.1.2 Nắp két ......................................................................................... 47
3.1.3 Bơm nước ..................................................................................... 47
3.1.4 Van hằng nhiệt .............................................................................. 48
3.1.5 Quạt gió ........................................................................................ 48
3.1.6 Dung mơi làm mát ........................................................................ 49
3.2 Nội dung bảo dưỡng ............................................................................... 49
3.2.1 Bảo dưỡng thường xuyên .............................................................. 49
4
3.2.2 Bảo dưỡng định kỳ ........................................................................ 50
3.3 Quy trình kiểm tra các chi tiết trong hệ thống làm mát ........................... 50
3.3.1 Kiểm tra hoạt động của quạt làm mát ............................................ 50
3.3.2 Kiểm tra cụm bơm nước ............................................................... 51
3.3.3 Kiểm tra két nước làm mát ............................................................ 51
3.3.4 Kiểm tra van hằng nhiệt ................................................................ 52
KẾT LUẬN ................................................................................................. 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................... 57
5
Danh mục các bảng
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của xe Toyota Vios 2014 ........................ 30
Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của xe Toyota Vios 2014 ........................ 31
6
Danh mục hình ảnh
Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống làm mát kiểu bốc hơi .................................... 11
Hình 1.2: Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên ............... 12
Hình 1.3: Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn một vịng ................ 14
Hình 1.4: Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hồn hai vịng ................. 16
Hình 1.5: Hệ thống làm mát một vịng hở ............................................. 17
Hình 1.6: Hệ thống làm mát bằng khơng khí động cơ 4 xi lanh ............ 19
Hình 1.7: Két nước làm mát ................................................................. 21
Hình 1.8: Kết cấu bơm ly tâm............................................................... 22
Hình 1.9: Kết cấu quạt gió .................................................................... 24
Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống quạt điện ............. 24
Hình 1.11: Kết cấu van hằng nhiệt ........................................................ 26
Hình 2.1: Tổng thể xe TOYOTA VIOS 2014 ....................................... 29
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm mát ........................................ 32
Hình 2.3: Két nước làm mát ................................................................. 35
Hình 2.4: Kết cấu nắp két nước làm mát ............................................... 36
Hình 2.5: Kết cấu bơm nước ................................................................. 38
Hình 2.6: Kết cấu quạt gió .................................................................... 40
Hình 2.7: Sơ đồ mạch điện quạt làm mát động cơ ................................ 41
Hình 2.8: Van hằng nhiệt ...................................................................... 43
Hình 2.9: Bình giãn nở ......................................................................... 44
7
Lời mở đầu
Ơ tơ 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 mơi trường,… Chính
vì thế các nhà chế tạo ơ tơ nói chung và hãng xe TOYOTA nói riêng đã khơng
ngừng cải tiến và hồn thiện chúng bằng việc đưa nhiều cơng 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 cơng
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 khơng 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 bằng nước trên ô tô du lịch” 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 Gv. Hồng Quang Tuấn, các thầy cơ giảng viên trong khoa
công nghệ ô tô cùng các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2021
Sinh viên thực hiện
Trần Quang Chiến
8
CHƯƠNG 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 khơng 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 đơng 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. Dịng khơng 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 q trình làm việc. Ngồi ra, hệ thống cũng có
nhiệm vụ khơng kém phần quan trọng đó là rút ngắn thời gian chạy ấm máy, nhanh
chóng đưa động cơ đạt đến nhiệt độ làm việc. Bên cạnh đó hệ thống làm mát còn
9
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 bơi trơn
Trong q 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 q trình
ma sát các ổ trục ra ngồi.
- Dầu bôi trơn tiếp xúc trực tiếp với các chi tiết máy có nhiệt độ cao như cị
mổ, đi 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 bơi 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
bơi trơn.
1.2 Mục đích và u cầu của hệ thống làm mát
1.2.1
Mục đích
Trong q 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, cịn 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.
- Do nhiệt độ cao làm giảm độ nhớt của dầu bơi 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.
10
- 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 q 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 khơng q 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 bơi 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
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- 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 sơi. Nước sơi có tỷ trọng bé hơn nên nổi lên trên mặt thoáng của thùng
11
chứa để bốc hơi ra ngồi 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.
Sơ đồ nguyên lý
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1- Thùng nhiên liệu; 2- Khoang chứa nước bốc hơi;3,4 Xupap 5- Nắp
Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống làm mát kiểu bốc hơi
xilanh; 6- Thân máy; 7- Piston 8- Xi lanh; 9- Thanh truyền; 10- Trục khuỷu;
10- Cácte chứa dầu.
Với 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 khơng 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.
12
Nhược điểm của hệ thống làm mát này là thất thốt nước nhiều và hao mịn
xilanh khơng 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 khơng cần bơm. Cột nước
nóng trong động cơ và cột nước nguội trong thùng chứa hoặc trong két nước.
1- Đường nước; 2- Xilanh; 3- Đường dẫn nước vào két làm mát; 4- Nắp
4
5
6
7
8
9
3
2
1
Hình 1.2: Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên
két; 5- Két nước; 6- Quạt gió; 7- Đường nước làm mát động cơ.
Nước 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 khơng 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
13
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 ln 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 khơng 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
khơng thích hợp cho động cơ ô tô máy kéo, mà thường được dùng trên động cơ
tĩnh tại.
14
c) Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hồn kín một vịng
6
5
4
3
2
1
7
11
8
9
10
Hình 1.3: Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hồn một vịng
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 bơi 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.
Tiếp 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 dịng khơng khí qua két do quạt (8) tạo
15
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 vịng 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
d) Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hồn hai vịng
16
Trong hệ thống này, nước được làm mát tại két nước khơng phải là dịng
khơng khí do quạt gió tạo ra mà là bằng dịng nước có nhiệt độ thấp hơn, như nước
sơng, biển. Vịng thứ nhất làm mát động cơ như ở hệ thống làm mát cưỡng bức
một vòng cịn gọi là nước vịng kín. Vịng thứ hai với nước sông hay nước biển
được bơm chuyển đến két làm mát để làm mát nước vịng kín, sau đó lại thải ra
sơng, biển nên gọi là vịng hở. Hệ thống làm mát hai vòng được dùng phổ biến ở
động cơ tàu thủy.
Hình 1.4: Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hồn hai vịng
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 vịng kín; 10- Bơm
nước vịng 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 ngồi mơi
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 ngồi mơi trường.
Khi động cơ mới khởi động, nhiệt độ của nước trong hệ thống tuần hồn kín
cịn thấp, van hằng nhiệt (4) đóng đường nước đi qua két làm mát nước ngọt. Vì
vậy, nước làm mát ở vịng làm mát ngồi, nước được hút từ bơm (7) qua két làm
17
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.
e) Hệ thống làm mát một vòng hở
Hệ thống làm mát kiểu này về mặt bản chất không khác nhiều so với hệ thống
làm mát cưỡng bức một vịng kín.
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; 5Đường nước ra vòng hở; 6- Đường nước vào bơm; 7- Đường nước nối tắt 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 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
18
tạo ra trong một thiết bị riêng (kiểu bốc hơi bên ngồi). 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 khơng có lợi cho chế độ làm mát.
1.3.2
Hệ thống làm mát bằng khơng 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 khơng khí chia làm hai loai: làm mát bằng khơng 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 khơng 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 vng
góc với đường tâm xilanh. Đa số động cơ mơtơ 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 phiến
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.
19
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 khơng khí kiểu cưỡng bức.
b) Hệ thống làm mát khơng khí kiểu cưỡng bức
Hệ thống kiểu này có ưu điểm lớn là khơng 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 khơng khí động cơ 4 xi lanh
(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- Bulơng; 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
20
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 dịng khơng khí làm mát động cơ
bốn xilanh dung quạt gió hướng trục. Từ hình vẽ ta thấy khơng 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 thốt ra ngồi.
Nhờ có bản dẫn gió nên dịng khơng 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, dịng khơng khí đi sát mặt đỉnh của các phiến tản nhiệt vì vậy có thể
nâng cao hiệu suất truyền nhiệt. Ngồi ra nhờ có bản dẫn gió, ta có thể bố trí ưu
tiên cho dịng khơng khí đến làm mát các vùng nóng nhất (xupáp thải, buồng
cháy…).
Bản dẫn gió được chế tạo bằng tơn dày 0,8 ÷ 1mm. Để tránh rung và ồn,
bản dẫn gió được cố định vào thân máy.
1.4 Kết cấu các cụm chi tiết chính của hệ thống làm mát
Trong hệ thống làm mát bằng chất lỏng thì sự tuần hồn 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.
21
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 khơng 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 u 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 ngồi 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 vng 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%.
Két làm mát được phân làm hai loai: két làm mát kiểu “nước- nước” và két
làm mát kiểu “nước - khơng khí” .
Két làm mát kiểu “nước-nước” được dùng trên động cơ có hai vịng tuần
hồn, 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- khơng khí”, thường dùng trên các loại ơ 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.
22
Ðánh giá chất lượng két làm mát bằng hiệu quả làm mát cao tức hệ số truyền
nhiệt của bộ phận tản nhiệt lớn, cơng 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 thơng 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
Nguyên 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.
12
13 14
15
16
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Hình 1.8: Kết cấu bơm ly tâm
1- Phớt, 2- Vú mỡ, 3- Vịng chặn dầu, 4- Ống lót, 5- Vít cấy, 6- Vịng chặn
lớn, 7- Lị xo, 8- Bánh cơng tác, 9- Mặt bích, 10- Trục bơm, 11- Đai ốc, 12-
23
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 q (2,94 ÷ 4,9).104 N/m2), do đó
khơng 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 khơng khí lớn đi qua két nước để làm mát.
Thơng thường, nếu xe chạy thì lưu lượng khơng khí đã đủ làm mát. Nhưng khi xe
dừng hoặc chậm thì lưu lượng khơng khí khơng đủ. Vì vậy động cơ đã được trang
bị quạt làm mát để tạo ra lượng khơng khí cưỡng bức qua két làm mát.Trong hệ
thống làm mát bằng nước, dùng két làm mát bằng khơng khí, quạt gió dùng để
tăng tốc độ của dịng khơng 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 khơng 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 cơng 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 vịng quay của quạt, kích thước cánh, góc nghiêng của cánh và vị trí tương
quan giữa quạt và két nước.
24
B
B
B
1
2
3
Ø310
Ø620
4
5
6
7
8
100
B
Hình 1.9: Kết cấu quạt gió
1-Cánh quạt; 2-Xương đĩa bắt cánh quạt; 3-Mayơ; 4-Then bán nguyệt; 5trục quạt; 6-Đai ốc; 7-Bulong bắt quạt; 8-Xương quạt.
Hệ thống quạt điện nhạy cảm với nhiệt độ của nước làm mát, và nó chỉ cung
cấp một lưu lượng khơng 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
6
3 4
1
5
2
Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống quạt điện
1-Bình điện; 2-Cơng tắc nhiệt độ nước làm mát; 3-Lị xo; 4-Cuộn dây; 5Quạt; 6-Khóa điện.
- Nhiệt độ nước làm mát thấp.
25
Cơng 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 dịng
điện khơng 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 cơ còn lạnh van
hằng nhiệt đóng, lúc này nước khơng 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 khơng 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)