Đề tài KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ TOYOTA INOVA

Header Page 1 of 113.

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.

Footer Page 1 of 113.


Header Page 2 of 113.

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.

Footer Page 2 of 113.


Header Page 3 of 113.

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:
3

2

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; 10Nắp 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.

Footer Page 3 of 113.

Header Page 4 of 113.
- 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

Footer Page 4 of 113.


Header Page 5 of 113.
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 lực 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

Footer Page 5 of 113.


Header Page 6 of 113.
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:
3

4

5

6

7

2

1
8
9

10

11

15

14

13

12

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; 13Bơm 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).

Footer Page 6 of 113.


Header Page 7 of 113.
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 đẩy vào động cơ
thực hiện một chu kỳ làm mát tuần hoàn.
Ưu điểm của hệ thống làm mát cưỡng bức một vòng kín là nước sau khi
qua két làm mát lại trở về động cơ do đó ít 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 được dùng phổ
biến ở động cơ tàu thủy.
- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống:

Footer Page 7 of 113.


Header Page 8 of 113.
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; 5Đường 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 đến 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.

Footer Page 8 of 113.


Header Page 9 of 113.
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:
4

5

6

7

3

2

1

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; 5Đường nước ra vòng hở; 6- Đường nước vào bơm; 7- Đường nước nối tắt về bơm; 8Bơm 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,

Footer Page 9 of 113.


Header Page 10 of 113.
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:

Footer Page 10 of 113.


Header Page 11 of 113.
2

4

3

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 p1 < p2.

Footer Page 11 of 113.


Header Page 12 of 113.

1.2.2. Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt 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:

Footer Page 12 of 113.


Header Page 13 of 113.
- 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

Footer Page 13 of 113.


Header Page 14 of 113.
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.

Footer Page 14 of 113.


Header Page 15 of 113.
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

Footer Page 15 of 113.

Header Page 16 of 113.

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 số máy kéo và tải nặng
người ta còn dùng ống tròn có gân tản nhiệt hình xoắn ốc (hình 1.9g). Loại này có

Footer Page 16 of 113.


Header Page 17 of 113.
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:
2

kw/m

1

2

100
80

3

60
40

4

20
0

4

8

12

kk.kk

2

Kg/(m .s)
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.

Footer Page 17 of 113.


Header Page 18 of 113.
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.

Hệ số hiệu quả η =
Hệ số thu gọn φ =

Flm
Vk

Flm
(m2/W)
Ne

(1/m)

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 lưu thông của nước
làm mát. Bơm có nhiệm vụ cung cấp nước cho hệ thống làm mát với lưu lượng và
áp suất nhất định. 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.

Footer Page 18 of 113.


Header Page 19 of 113.
-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 để tạo
ra cột áp đưa nước làm mát động cơ. Vú mỡ (4), vòng chặn (5) dùng để bôi trơn
các ổ bi và ngăn không cho chất bôi trơn lọt ra ngoài.
2

1

12

3

11

10

4

5

6

7

8

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, 7Bánh 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

Footer Page 19 of 113.


Header Page 20 of 113.
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 được 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.

1.3.2.2.Bơm piston.
Bơm nước kiểu piston thường chỉ được dùng trong hệ thống làm mát của
động cơ tàu thủy tốc độ thấp. Ở động cơ tốc độ cao vì để tránh lực quán tính rất
lớn của các khối lượng chuyển động của bơm và để tránh hiện tượng va đập thủy
lực do chu trình cấp nước không liên tục của bơm nên người ta ít dùng loại này.
7

A-A

9

8

7

20

A

A
6
5

10

4

3

2

1

Hình 1.12. Kết cấu bơm nước kiểu piston

Footer Page 20 of 113.


Header Page 21 of 113.

1- Trục khuỷu của bơm piston; 2- Thanh truyền; 3,5- Xilanh dẫn hướng; 4- piston;
6- Vỏ bơm; 7- Lò xo Van nước; 8,9- Van nước; 10. Đường nước vào.
Quá trình hoạt động của bơm nước piston như sau: Piston bơm (4) bằng
đồng chuyển động trong hai xilanh dẫn hướng (3) và (5) của vỏ bơm (6). Piston
nối với thanh truyền (2) và chuyển động nhờ trục khuỷu (1). Khi piston (4) đi
xuống, nước sẽ đi qua van (9) vào khoang chứa bên trên piston (4). Khi piston đi
lên, nước trong khoang bị đẩy qua van (8) đi vào hệ thống làm mát.
Ưu điểm của bơm pittông là có thể tạo được áp suất lớn nhưng nhược điểm
của nó là chuyển động của chất lỏng qua bơm không đều, lưu lượng của bơm dao
động. Kết cấu của bơm cồng kềnh nên ít được sử dụng.

1.3.2.3.Bơm bánh răng.
Trên tàu thủy cũng thường dùng loại bơm bánh răng để bơm nước cho hệ
thống làm mát động cơ. Nó có ưu điểm gọn nhẹ, song khi làm việc với mạch nước

hở (nếu dùng cho nước sông hoặc nước biển) thì do nước bẩn nên bánh răng
chóng mòn.Vì vậy, người ta bố trí trong trường hợp này một cặp bánh răng truyền
lực ở vỏ ngoài của bơm, khi đó các răng trong vỏ bơm sẽ không chịu lực truyền,
và để giảm mài mòn bánh răng bơm, người ta còn chế tạo một trong hai bánh răng
bơm bằng vật liệu tec-tô-lit hoặc làm bằng cao su lưu hóa

10

D
3

4

D-D

5
14

2
1

13

D
9

8

7

6

Hình 1.13. Kết cấu bơm nước kiểu bánh răng.

Footer Page 21 of 113.

12

11

H


Header Page 22 of 113.
1- Trục bơm; 2-Bánh răng dẫn động; 3- Ổ bi; 4- Vành chặn dầu; 5- Bạc lót, 6Vành chặn nước; 7- Đệm lót, 8- Vòng cao su, 9- Lò xo, 10- Bánh răng bị động,
11- Cửa hút nước vào; 12- Bánh răng chủ động; 13- Vỏ bơm; 14- Cửa thoát nước
ra.
Kết cấu bơm bánh răng dùng trên hệ thống làm mát của động cơ tàu thuỷ.
Bơm quay nhờ bánh răng (2) ăn khớp với hệ thống bánh răng truyền động từ trục
khuỷu. Trục truyền động bơm (1) một đầu dẫn động đặt trên ổ bi cầu (3), còn ở
đầu kia lắp bánh răng bơm tựa trên hai bạc lót (5) và (7), các bạc lót này được bôi
trơn nhờ các đệm bằng tec- tô-lit (7) và vòng cao su (8). Còn bao kín dầu bôi trơn
ổ bi bằng vành chắn dầu (4). Bánh răng bị động (10) được làm bằng tec-tô-lit.

1.3.2.4. Bơm cánh hút.
Bơm cánh hút thường được dùng cho mạch ngoài (mạch hở) của hệ thống
làm mát động cơ tàu thủy. Nó hút nước từ bên ngoài vỏ tàu (nước sông hoặc nước
biển) để làm mát nước ngọt ở mạch trong của hệ thống làm mát.
Kết cấu và nguyên lý làm việc của bơm cánh hút được thể hiện ở hình 1.14:
Kết cấu của bơm gồm: Hai nửa trước (4) và nửa sau (5) của bơm. Các nửa

thân bơm lắp với hai nắp ổ trục (3) và (6) bằng các bu lông. Bánh công tác (7) cố
định trên trục (9), trục (9) này được dẫn động bằng bánh răng côn (10).

Footer Page 22 of 113.


Header Page 23 of 113.
C
2

1

3

C-C

4

5

6

17

10

I

a)

9

8
7

II

C

III

IV

1-1
2-2

2-2
b)

3-3

3-3
Hình 1.14. Sơ đồ kết cấu và nguyên lý làm việc của bơm cánh hút.
1- Cửa hút; 2- Cửa thoát; 3,6- Ổ trục bơm; 4,5- Hai nửa thân bơm, 7- Bánh công
tác; 8- Rãnh chứa nước; 9- Trục bơm; 10- Bánh răng côn.
Nguyên lý làm việc của bơm cánh hút như sau :
Ban đầu, dung tích công tác giữa hai cánh được mồi đầy nước (vị trí I). Khi cánh
quay thì nước nằm giữa hai cánh cũng dịch chuyển theo (vị trí II). Do chiều sâu
của rãnh tăng dần nên dung tích giữa hai cánh tăng lên. Do tăng dung tích nên
trong bơm hình thành độ chân không. Nhờ có độ chân không nước được hút vào

qua cửa vào bơm. Cánh quay tiếp tục được nửa vòng thì chiều sâu rãnh sẽ bắt đầu
giảm dần nước bị nén theo cửa ra đi vào hệ thống làm mát
Nhược điểm cơ bản của loại bơm cánh hút là hiệu suất bơm rất thấp. So với
bơm li tâm thì thua kém 3÷4 lần và khi bơm phải mồi nước. Vì vậy, người ta chỉ
dùng loại bơm này để bơm nước ngoài tàu vào. Chiều cao cột nước của bơm
không dưới 1,5m với lưu lượng 8000L/ph.

Footer Page 23 of 113.


Header Page 24 of 113.
1.3.2.5. Bơm guồng
Cũng như loại bơm cánh hút, bơm guồng dùng để cấp nước trong hệ thống
làm
mát tuần hoàn hở. Nhưng loại bơm guồng có áp suất cột nước khá cao.

1

B

2

B-B

3
4

5

6

8

7

9

10

12

11

13

.

B

Hình 1.15. Kết cấu bơm guồng
1- Nắp bơm; 2 Rãnh xoắn ốc; 3- Bánh công tác; 4- Vỏ bơm; 5-Vòng phớt; 6- Ổ bi;
7-Cửa thoát; 8- Rãnh xoắn ốc; 9- Rãnh guồng; 10- Cánh guồng; 11- Cửa hút; 12Bánh răng dẫn động; 13- Lò xo.
Hình trên giới thiệu sơ đồ kết cấu bơm guồng dùng trong động cơ diezel.
Bơm gồm có : bánh công tác (3) - bánh guồng quay trong vỏ (4) và nắp (1). Trên
bánh công tác người ta phay các rãnh hướng kính. Vỏ và nắp có làm rãnh xoáy
thông với cửa hút (11) và cửa thoát (7). Khi bánh công tác quay, nước vào các
rãnh và dưới tác dụng của lực li tâm, các phần tử nước chuyển động từ trong ra
ngoài và quay theo các cánh (10) rồi theo rãnh xoắn ốc trên vỏ bơm đi qua cửa
thoát (7) vào hệ thống làm mát của động cơ.
Loại bơm guồng của động cơ diezel 20 mã lực được dùng để cung cấp nước

cho hệ thống làm mát hở (nước sau khi qua động cơ được thải ra ngoài ). Cột áp
của loại bơm guồng cao hơn cột áp của bơm ly tâm khoảng 3÷7 lần nhưng hiệu

Footer Page 24 of 113.


Header Page 25 of 113.
suất thấp η = 0,25 ÷ 0,45, trong khi đó bơm li tâm η = 0,65 ÷0,9. Tuy vậy, so với
bơm cánh hút thì hiệu suất của bơm guồng vẫn cao hơn khoảng 2 lần.

1.3.3.Kết cấu quạt gió
A
A-A

5

4

3

A
1

2

Hình 1.16 : Kết cấu quạt gió
1- Bầu quạt; 2- Cánh quạt; 3- Xương đĩa bắt chặt quạt; 4-Trục quạt;
5-Bulông bắt quạt.

Trong hệ thống làm mát bằng nước, két làm mát bằng không khí, quạt gió

dùng để tăng tốc độ của không khí qua két nhằm nâng cao hiệu quả làm mát.
Quạt gió dùng trong hệ thống làm mát bằng nước thường là loại quạt chiều
trục vì phù hợp với kết cấu và bố trí của động cơ. Trong động cơ có thể dùng quạt
cơ khí dẫn động bằng dây đai nối từ puly gắn từ trục khuỷu hoặc có thể dùng quạt
dẫn động bằng điện tỳ theo mổi động cơ.
Có hai chỉ tiêu để đánh giá chất lượng của quạt: đó là năng suất (lưu lượng
gió) của quạt và công suất tiêu tốn cho dẫn động quạt. Ðối với một két nước cụ

Footer Page 25 of 113.