Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xeToyota Landcruiser 200

Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xe
Toyota Landcruiser 2007

MỤC LỤC
MỤC LỤC...................................................................................................................... 1
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................... 3
1. Mục đích và ý nghĩa của đề tài................................................................................... 5
1.1. Mục đích.................................................................................................................. 5
1.2. ý nghĩa ..................................................................................................................... 5
2. Giới thiệu khái quát về động cơ 1GR-FE. ................................................................. 5
3. Giới thiệu chung về hệ thống làm mát động cơ. ...................................................... 10
3.1. Mục đích và yêu cầu của hệ thống làm mát.......................................................... 10
3.1.1. Mục đích của hệ thống làm mát. ........................................................................ 10
3.1.2. Yêu cầu của hệ thống làm mát ........................................................................... 11
3.2. Nhiệm vụ của hệ thống làm mát. .......................................................................... 11
3.2.1. Làm mát động cơ và máy nén. ........................................................................... 11
3.2.2. Làm mát dầu bôi trơn. ........................................................................................ 12
3.3. Hệ thống làm mát bằng nước. .............................................................................. 12
3.3.1. Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi. ......................................................................... 12
3.3.2. Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên........................................... 13
3.3.3. Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức. ......................................... 14
3.3.4. Hệ thống làm mát bằng nước ở nhiệt độ cao. ................................................... 18
3.4. Hệ thống làm mát động cơ bằng không khí (gió). ................................................ 20
3.4.1. Hệ thống làm mát bằng không khí kiểu tự nhiên. .............................................. 20
3.4.2. Hệ thống làm mát không khí kiểu cưỡng bức.................................................... 20
4. Kết cấu các cụm chi tiết chính của hệ thống làm mát bằng nước............................ 22
4.1. Kết cấu két làm mát............................................................................................... 22
4.2. Kết cấu của bơm nước........................................................................................... 26
4.2.1. Bơm ly tâm......................................................................................................... 26
4.2.2. Bơm piston. ........................................................................................................ 28
4.2.3. Bơm bánh răng. .................................................................................................. 28

4.2.4. Bơm cánh hút. .................................................................................................... 29
4.2.5.Bơm guồng. ......................................................................................................... 31
4.3. Kết cấu quạt gió. ................................................................................................... 32
4.3.1. Quạt gió dẫn động bằng đai. .............................................................................. 32
4.3.2. Quạt gió chạy bằng điện..................................................................................... 33
4.4. Van hằng nhiệt. ..................................................................................................... 34
5. So sánh ưu khuyết điểm của kiểu làm mát bắng nươc và kiểu làm mát bằng
không khí...................................................................................................................... 36
1


Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xe
Toyota Landcruiser 2007
6.1. Sơ đơ hệ thống làm mát. ....................................... Error! Bookmark not defined.
6.2. Các cụm chi tiết của hệ thống làm mát bằng nước động cơ 1GR-FE................... 38
6.2.1. Két làm mát. ....................................................................................................... 38
6.2.2. Nắp két. .............................................................................................................. 40
6.2.3. Bơm nước........................................................................................................... 42
6.2.4. Quạt gió dẫn động bằng đai. .............................................................................. 44
6.2.5. Van hằng nhiệt. .................................................................................................. 46
6.2.6. Khớp chất lỏng. .................................................................................................. 47
7. Tính toán nhiệt động cơ 1GR-FE............................................................................. 50
7.1. Các số liệu ban đầu. .............................................................................................. 50
7.2. Các thông số chọn. ................................................................................................ 51
7.3. Tính toán các quá trình công tác. .......................................................................... 51
7.3.1 Tính toán quá trình nạp. ...................................................................................... 51
7.3.2. Tính toán quá trình nén. ..................................................................................... 52
7.3.3 Tính toán quá trình cháy ..................................................................................... 53
7.3.4. Quá trình giãn nở................................................................................................ 55
7.3.5. Tính toán các thông số của chu trình công tác .................................................. 56

8. Tính toán hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE......................................................... 57
8.1. Tổng quan về truyền nhiệt qua vách có cánh........................................................ 57
8.2. Các thông số của két nước, bơm nước và quạt gió. .............................................. 61
8.5. Tính kiểm nghiệm quạt gió. .................................................................................. 67
8.5.1. Xác định lưu lượng không khí cần để làm mát hệ thống. .................................. 67
8.6. Tính két giải nhiệt làm mát động cơ. .................................................................... 70
8.6.1. Tính các thông số của két nước.......................................................................... 70
8.6.2. Xác định lượng nhiệt của két làm mát truyền ra môi trường bên ngoài. ........... 73
9. Kết luận. ................................................................................................................... 76
Tài liệu tham khảo........................................................................................................ 77

2


Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xe
Toyota Landcruiser 2007

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
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 tốt nghiệp: “KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÀM MÁT
ĐỘNG CƠ 1GR-FE lắp trên xe LAND CRUISER 2007”
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 và hệ thống của động cơ 1GR-FE,
trong đó đi sâu vào tính toán kiểm tra nhiệt động cơ và két làm mát.
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 cô giáo TS. Phạm Thị Kim Loan, các thầy cô giáo
bộ môn, cùng các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Đà Nẵng, ngày 11 tháng 06 năm 2012.
Sinh viên thực hiện.

Phạm Văn Trọng.

3


Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xe
Toyota Landcruiser 2007
1. Mục đích và ý nghĩa của đề tài.
1.1. Mục đích.
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 nhiên liệu, hệ thống bôi trơn, hệ thống khởi
động, 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. Hệ thống làm
mát là một trong những hệ thống quan trọng đó của động cơ.
Mục đích của đề tài là:
- Nắm vững các kiến thức về hệ thống làm mát cho động cơ động cơ đốt
trong.
- Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE. Tính toán nhiệt của động cơ
1GR-FE.
- Vận dụng lý thuyết truyền nhiệt, tính toán kiểm tra Bơm, Quạt, nhiệt két
làm mát theo các thông số thực tế và rút ra nhận xét.
Với mục đích trên đề tài này có ý nghĩa rất lớn đối với sinh viên ngành động
lực chúng ta.
Thông qua việc làm đề tài này đã góp phần cho sinh viên chúng em củng cố lại các

kiến thức đã được học và thực tập, giúp cho sinh viên chúng em cách nghiên cứu,
làm việc một cách độc lập. Từ đó, tạo điều kiện thuận lợi cho công việc sau này của
người kỹ sư tương lai.
1.2. Ý nghĩa
- Để sinh viên cô đọng lại toàn bộ những kiến thức đã được trang bị.
- Cơ hội để sinh viên tự tìm tòi những nguồn tài liệu trên mạng internet, sách
báo, tạp chí. Tiếp cận và cập nhật liên tục về những cái mới của ngành công nghiệp
ô tô thế giới cũng như Việt Nam.
- Giúp sinh viên có thể nắm rõ cách hoạt động, khắc phục sự cố của hệ thống
làm mát. Tạo thuận lợi khi ra trường tiếp xúc công việc được tốt hơn.
2. Giới thiệu khái quát về động cơ 1GR-FE.
2.1. Giới thiệu chung.
Ra đời vào năm 1951, do nhu cầu sử dụng xe đa dụng quân đội hạng nhẹ,
Toyota đã phát triển dòng xe Toyota Jeep là mẫu xe đầu tiên thành công trong cuộc
chinh phục chặng thứ 6 đỉnh núi Phú Sĩ. Sau đó 2 năm, với qui mô sản xuất hàng
loạt và chiến lược xây dựng hình ảnh công ty trên thị trường nước ngoài, Toyota đã
đổi tên dòng xe này thành “Land Cruiser” cho phù hợp với đặc tính chạy đường
trường trên toàn cầu của loại xe này (trong tiếng Anh “Land” là đất khô, “Cruiser”
mang ý nghĩ như là một con tàu vượt đại dương lớn).
4


Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xe
Toyota Landcruiser 2007
Tất cả các thế hệ Land Cruiser đều thống nhất những mục tiêu phát triển cơ
bản gồm: mục tiêu đầu tiên là luôn luôn vượt trên sự mong đợi của khách hàng toàn
cầu về độ tin cậy, sự bền bỉ cũng như khả năng chạy đường trường. Mục tiêu thứ
hai là luôn có sự cải tiến, tiến bộ kỹ thuật cùng lúc tăng cường sự hài lòng cho
khách hàng.
Và sự cam kết cho những mục tiêu này chính là chìa khóa then chốt tạo ra một

chiếc xe có thương hiệu mạnh trên trường quốc tế. Hiện nay, doanh số bán ra nước
ngoài của loại xe này đã vượt trên 90%, và Land Cruiser đã có mặt tại hầu hết các
khu vực trên thế giới. Với sự ra đời của phiên bản Land Cruiser 200 mới, Toyota
đảm bảo rằng dòng xe hai cầu này sẽ tiếp tục chinh phục mọi địa hình trên mọi lãnh
thổ.
2.2. Thông số kỹ thuật.
Bảng 2-1 Thông số động cơ 1GR- FE
Kiểu xe

Landcruiser 2007

Động cơ

1GR-FE

Số xy lanh và bố trí

6 xy lanh chữ V
24 xu páp DOHC, dẫn động

Cơ cấu xu páp

xích,
Dual VVT-i

Dung tích xy lanh [cm3]

3956

Đường kính xy lanh  Hành trình xi lanh

[mm]

94  95

Tỉ số nén

10,0

Công suất tối đa [Hp/rpm]

236 HP/5200 rpm

Mômem xoắn tối đa [Nm/rpm]

361 Nm/4000 rpm

VVT-i

VVT-i kép

Khe hở xu páp

Tự động điều chỉnh

Đĩa căng xích cam

Có cao su

Lọc dầu

Loại thay thế phần tử lọc

Van ACIS

Van quay điện từ

Điều khiển hệ thống nạp khí AIC

Có

Puli máy phát

Có ly hợp 1 chiều

Quạt làm mát

Quạt điện điều khiển vô cấp

ECU động cơ

Bố trí trong khoang động cơ

5


Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xe
Toyota Landcruiser 2007
2.3. Các hệ thống trong động cơ 1GR-FE.
Toyota Landcruiser 2007 được trang bị động cơ 1GR- FE là động cơ sử dụng
nhiên liệu xăng, 4 kỳ, là động cơ kiểu mới, phù hợp với các loại xe tính cơ động

trên mọi địa hình, các hệ thống trong động cơ đều được điều khiển điện tử bằng
ECU động cơ điều khiển. ECU nhận các tín hiệu từ các cảm biến xử lý và truyền tín
hiệu điều khiển.
Động cơ có 6 xilanh, bố trí chữ V6 góc nghiêng 600, dung tích công tác là
3956 cm3, thứ tự nổ 1-2-3-4-5-6. Tất cả các cụm, chi tiết cần được bảo dưỡng, điều
chỉnh thường xuyên nên đều được bố trí tại các vị trí dễ thao tác. Động cơ cùng với
hộp số và hộp số phụ được lắp thành cụm động lực đặt dọc xe.
Động cơ có hai trục cam trên nắp máy DOHC, gồm 24 xu páp (mỗi máy có 4
xu páp, hai nạp và hai thải). Trục cam đặt trên nắp máy cho phép làm giảm khối
lượng các chi tiết trung gian chuyển động tịnh tiến (không có đũa đẩy) đảm bảo
hoạt động ổn định cho cơ cấu phân phối khí ngay cả tại số vòng quay cao. Trục cam
được dẫn động bằng xích từ trục khuỷu. Với trục cam kép DHOC (Double overhead
camshafts), hệ thống VVT- i kép điều khiển đóng mở van nạp xả thông minh, điều
khiển đánh lửa thông minh. Hệ thống nạp ACIS, đóng mở bướm ga là bướm ga điện
tử ETCS- i. Với những đặc điểm nổi bật trên thì Toyota Landcruiser đã chiếm được
ưu thế vượt trội về mặt động học, động lực học. Chinh phục mọi địa hình.
Cùng với đó, Land Cruiser còn sử dụng hộp số bán tự động 5 cấp AI-Shift
Control, tuỳ theo điều kiện mặt đường và yêu cầu của người lái, nó có sẽ tự động
phán đoán để việc chuyển số trở nên tối ưu nhất, giúp quá trình điều khiển và phản
ứng tăng tốc mượt mà, bình ổn. Tiếng động cơ nhỏ, êm ái nên khi ngồi trong xe,
hành khách rất khó có thể cảm nhận được rung chấn và tiếng nổ của động cơ.
2.3.1. Hệ thống điểu khiển động cơ
ECU dùng trong các xe trang bị EFI kiểu thông thường bắt đầu được
xuất khẩu ở Nhật Bản năm 1979 là loại mạch tương tự, loại này điều khiển lượng
phun nhiên liệu dựa trên khoảng thời gian cần thiết để phóng và nạp một tụ điện.
Loại điều khiển bằng vi xử lý được bắt đầu vào năm 1982. Đó là điểm khởi
đầu của hệ thống điều khiển động cơ dùng TCCS. Tuy nhiên, ngày nay hệ thống
điều khiển động cơ không chỉ điều khiển EFI mà còn bao gồm ESA: điều khiển thời
điểm đánh lửa, ISC: điều khiển tốc độ không tải và các hệ thống nâng cao khác như
chẩn đoán, dự phòng và an toàn.

Hệ thống điều khiển động cơ là hệ thống điều khiển điện tử. ECU nhận các tín hiệu
từ các cảm biến, xử lý và truyền tín hiệu điều khiển các hệ thống trong động cơ, với
việc sử dụng điều khiển điện tử trên động cơ nhằm đáp ứng được các yêu cầu khắt
khe của động cơ, đồng thời nâng cao được công suất của động cơ
6


Kho sỏt h thng lm mỏt ng c 1GR-FE trờn xe
Toyota Landcruiser 2007
RồleBồmXng

Aẽcqui

+

Rolechờnh

EECU
CM
Cọngtừ
c
õaùnhlổ
ớa

Loỹ
cxng

2
*3
*2

*1

1
*4

8-2

4

8-1
5

ổ
ồỡgVan

PVC

9-1
7-2
9-2

.

6

Bồmxng

Loỹ
ckhọngkhờ

3
7-1

10-1
Thuỡngxng

10-2

Hỡnh 2-1 S h thng iu khin ng c
1. Cm bin lu lng khớ np, 2. Cm bin nhit khớ np,
3. Cm bin nhit ng c, 4. Cm bin v trớ bm ga, 5. Cm bin v trớ trc cam,
6. Cm bin v trớ trc khuu, 7-1,7-2. Cm bin kớch n,
8-1,8-2. Van iu chnh hng giú, 9-1,9-2,10-1,10-2. Cm bin oxy.
*1. Kim phun; *2. Bụbin; *3. C cu iu khin; *4. Van iu khin khớ np

7


Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xe
Toyota Landcruiser 2007
2.3.2. Hệ thống nhiên liệu
* Đặc điểm của hệ thống nhiên liệu động cơ 1GR-FE
Hệ thống nhiên liệu động cơ 1GR-FE đóng vai trò rất quan trọng, đảm bảo sự
hoạt động của động cơ, là một trong những phần của hệ thống điều khiển điện tử
trong động cơ, như hệ thống đánh lửa điện tử, điều khiển tốc độ động cơ, tạo ra sự
tương trợ lẫn nhau, kim phun hoạt động như các kim phun của các xe đời mới, kim
phun có nhiều lỗ có tác dụng tạo nhiên liệu phun ra tơi dẫn đến dễ hòa trộn với
không khí tạo hỗn hợp cháy tốt cho quá trình cháy. Khả năng điều khiển tốt, công
suất động cơ tăng, giảm tiêu hao nhiên liệu.

ECU
7 AM2

6

AG2

#10

Cängtàõ
c âaïnhlæ
ía

Voìi phun(No.1)
10AIGN

#20

Voìi phun(No.2)
5

1

5

1
C/OPN

EFI
2

3

Voìi phun(No.3)

2

3

Voìi phun(No.4)

#30

#40

#50

Voìi phun(No.5)
#60

Voìi phun(No.6)
FC
30A
AM2

20A
EFI

2

3

MREL

Båmnhiãuliãû
u
4

1

Fuel PumpResistor

5

FPR

ÀÕ
c quy

4

5

Båmnhiãnliãû
u

Hình 2-2 Sơ đồ điều khiển hệ thống phun xăng điện tử
…..EFI

8

Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xe
Toyota Landcruiser 2007
Hệ thống bình xăng đôi với hai bình chính phụ thông nhau có khả năng tự
chuyển nhiên liệu từ bình xăng phụ sang bình xăng chính giúp gia tăng đáng kể
hành trình .
2.3.3. Hệ thống bôi trơn.
Hệ thống bôi trơn cung cấp dầu máy đến các chi tiết chuyển động quay và trượt của
động cơ sao cho chúng có thể làm việc êm dịu. Nó cũng đóng một vai trò quan
trọng trong việc làm mát.
Hệ thống bôi trơn gồm có các chi tiết chính sau: Bơm dầu, bầu lọc dầu, cạc te
dầu, các đường ống...Dầu sẽ từ cạc te được hút bằng bơm dầu, qua lọc dầu, vào các
đường dầu dọc thân máy vào trục khuỷu, lên trục cam, từ trục khuỷu vào các bạc
biên, theo các lỗ phun lên thành xy lanh, từ trục cam vào các bạc trục cam, rồi theo
các đường dẫn dầu tự chảy về cạc te.
Bơm dầu sử dụng trong động cơ là loại bơm bánh răng ăn khớp trong. Dưới
đây là sơ đồ kết cấu của bơm.

Hình 2-3 Kết cấu của bơm bánh răng
Hệ thống bôi trơn dùng lọc dầu, phần tử lọc có thể thay thế được, đảm bảo
được sự thay thế dễ dàng.
2.3.4. Hệ thống đánh lữa.
Hệ thống đánh lửa động cơ 1GR-FE sử dụng hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS
(Direct ignition sytem). Dis cải thiện độ chính xác thời gian đánh lửa, giảm sự thất
thoát điện áp và tăng cường độ tin cậy của hệ thống bằng cách loại bỏ bộ phân phối
đánh lửa. Hệ thống đánh lửa DIS độc lập trong đó một biến áp đánh lửa sử dụng
cho một xilanh.

9

Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xe
Toyota Landcruiser 2007

Hình 2-4 Sơ đồ mạch đánh lửa động cơ 1GR-FE
Trong hệ thống đánh lửa động cơ 1GR-FE thì loại bugi lạnh (3/4 inch) được sử
dụng. Đây là loại bugi gắn ở đầu xilanh để nhận được tia lửa dày do đó áo khoác
nước có thể mở rộng gần buồng đốt tăng hiệu suất hệ thống làm mát.

Hình 2-5 bugi trong động cơ 1GR-FE
3. Giới thiệu chung về hệ thống làm mát động cơ
3.1. Mục đích và yêu cầu của hệ thống làm mát
3.1.1. Mục đích của hệ thống làm mát
Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt truyền cho các chi tiết tiếp xúc
với khí cháy như: piston, xecmăng, xupap, nắp xilanh, thành xilanh chiếm khoảng
25  35% nhiệt lượng do nhiên liệu cháy toả ra. Vì vậy các chi tiết đó thường bị đốt
nóng mãnh liệt-nhiệt độ đỉnh pittông có thể lên tới 600oC,còn nhiệt độ của nấm
xupap có thể lên 900oC. Nhiệt độ của các chi tiết máy cao gây ra những hậu quả
xấu như:

10


Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xe
Toyota Landcruiser 2007
- Phụ tải nhiệt làm giảm sức bền 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 bôi trơn nên làm tăng tổn thất
ma sát.

- Có thể gây bó kẹt piston trong cylinder do hiện tượng giản 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 cháy 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 nóng sẽ gây ra các hiện
tượng như đã nói, còn quá nguội tức là động cơ được làm mát quá nhiều vì vậy tổn
thất nhiệt cho dung dịch làm mát nhiều, nhiệt lượng dùng 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 tăng tổn thất cơ giới và tổn thất ma sát, ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế
và công suất động cơ. Động cơ 1GR-FE có hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức.
3.1.2. Yêu cầu của hệ thống làm mát
Đối với động cơ 1GR-FE cũng như các động cơ lắp trên xe ô tô khách 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
80840C 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.
3.2. Nhiệm vụ của hệ thống làm mát.
Hệ thống làm mát của động cơ 1GR-FE có nhiệm vụ làm mát động cơ, máy
nén và dầu bôi trơn.
3.2.1. 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 máy, 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.

11


Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xe
Toyota Landcruiser 2007
3.2.2. 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.
3.3. Hệ thống làm mát bằng nước
Hệ thống làm mát bằng nước được chia ra nhiều kiểu khác nhau như: làm
mát bằng nước kiểu bốc hơi, kiểu đối lưu tự nhiên, kiểu tuần hoàn cưỡng bức và
làm mát ở nhiệt độ cao. 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.
3.3.1. 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- khoang nước bao quanh thành xilanh (8), khoang
nắp xilanh (5) và thùng chứa nước bay hơi (2) ở phía trên.
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống như sau:

12


Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xe
Toyota Landcruiser 2007
1

2

3

4
5

6

7

8

9

10

11

Hình 3-1 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi
1- Thùng nhiên liệu; 2- Khoang chứa nước bốc hơi;3,4 Xupap 5- Nắp xilanh;
6- Thân máy; 7- Piston 8- Xi lanh; 9- Thanh truyền; 10- Trục khuỷu;

10- Cácte chứa dầu.
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.
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 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.
3.3.2. Hệ thống làm mát bằng nước 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 két nước.

13


Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xe
Toyota Landcruiser 2007
4

5

6

7

8

9

3

2
1

Hình 3-2 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên
1- Đường nước; 2- Xilanh; 3- Đường dẫn nước vào két làm mát; 4- Nắp 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 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 = 0,120,19 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.
3.3.3. Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức
Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức khắc phục được nhược điểm trong
hệ thống làm mát kiểu đối lưu. 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

14


Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xe
Toyota Landcruiser 2007
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.
3.3.3.1. Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng.
6

5

4

3

2

1

7

11

8

9

10

Hình 3-3 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 (3-3) 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 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.

15


Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xe
Toyota Landcruiser 2007
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.
3.3.3.2. 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.
6

5

4
3
2

8

7

1

9

10

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- 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; 10Bơm 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 xilanh 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.
Khi 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

16


Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xe
Toyota Landcruiser 2007
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.

3.3.3.3. 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 vòng kín.
4

5

3

2
1

6

7

8

Hình 3-5 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.
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 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.

17


Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xe
Toyota Landcruiser 2007
3.3.4. Hệ thống làm mát bằng nước ở nhiệt độ cao
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.
3.3.4.1. Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngoài

2

3

4

5 6

p2 tra
,

p2 tvaìo

,

7
1

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 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 p1 < p2.

18


Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xe
Toyota Landcruiser 2007
3.3.4.2. Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt của hơi nước và
nhiệt của khí thải

1

3

2

5 6

4

7

8

9

PK > P1
p1 t1
p2

,

tra

t'ra

P1 t'1 > t1

11

P1
p2 , t1

12

PK > P1

tr

16

15 14

10

13

Hình 3-7 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) vào động cơ (1), bộ tăng
nhiệt trước cho 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 (11) 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
19


Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xe
Toyota Landcruiser 2007
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 này là: Có thể nâng cao được hiệu suất làm
việc của động cơ lên 6-7%, 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 này.
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.
3.4. Hệ thống làm mát động cơ bằng không khí (gió)
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.
3.4.1. 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 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.
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.
3.4.2. 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
20


Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xe
Toyota Landcruiser 2007
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.
4

6

3
2

5

1
(A)

(B)

Hình 3-8 Hệ thống làm mát bằng không 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- 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.

21

Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xe
Toyota Landcruiser 2007
4. Kết cấu các cụm chi tiết chính của hệ thống làm mát bằng nước
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.
4.1. Kết cấu két 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%.
Két 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).

22


Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xe
Toyota Landcruiser 2007

Hình 4-1 Sơ đồ két nước
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, nhôm.
Vấn đề thứ hai được thực hiện bằng cách tăng tốc độ lưu động của môi chất
thải nhiệt (nước) và môi chất thu nhiệt (không khí) nhằm tăng hệ số truyền nhiệt đối
lưu của chúng.
Tuy nhiên, tăng tốc độ lưu động 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.

23


Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xe
Toyota Landcruiser 2007

g)
i)

Hình 4-2 Kết cấu một số ống nước
Thông thường két làm mát được làm bằng các ống dẹt, cắm sâu trong các lá
tản nhiệt bằng đồng thau (hình 4.2a). 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 được bố trí theo kiểu song song (hình 4.2a) hoặc theo kiểu so le (hình
4.2.d). Loại so le dùng phổ biến nhất vì hiệu quả truyền nhiệt của nó tốt hơn loại
song song. 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 (hình 4.2c).
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 4.2b), trên lá dập rãnh thủng,
hoặc dùng ống dẹt hàn với lá tản nhiệt hình sóng (hình 4.2e) 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 số máy kéo và tải nặng
24


Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE trên xe
Toyota Landcruiser 2007
người ta còn dùng ống tròn có gân tản nhiệt hình xoắn ốc (hình 4.2g). 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 42.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 tăng15% , 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] tập 3 kta có như sau:
w/m2

1

2

100
80

3

60
40

4

20
0

4

8

12

kk.kk

Hình 4-3 Quan hệ giữa hệ số truyền nhiệt k với tích số của vận tốc và mật độ
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.
25