Khảo sát hệ thống làm mát động cơ xe toyota inova

LỜI NĨI ĐẦU
Sau q 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 cơ trong bộ mơn chỉ bảo để đồ án em được hoàn thiện hơn. Cuối
cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Huy Chiến và các thầy cô giáo bộ
môn cùng các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này.


Chương I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG
CƠ.
Khi động cơ hoạt động, hỗn hợp nhiên liệu (nhiên liệu và khơng 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 cơng, phần cịn lại tỏa ra mơi trường bên ngồi qua các chi
tiết tiếp xúc với khí cháy tiếp nhận (xilanh, piston, nắp xilanh, các xupáp, vịi
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 khơng 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 vịng tuần
hồn và kiểu tuần hồn, người ta chia hệ thống làm mát thành các loại: Một vịng
tuần hồn kín, một vịng tuần hồn hở, hai vịng tuần hồn (trong đó có một vịng
kín một vịng hở). Mỗi kiểu làm mát đều có những ưu nhược điểm khác nhau và
thích hợp cho từng điều kiện làm việc của từng động cơ.


1.1.1. Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi
Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi là loại đơn giản nhất. Hệ thống này
không cần bơm, quạt. Bộ phận chứa nước có hai phần: phần khoang chứa nước
làm mát của thân máy và phần thùng chứa nước bay hơi lắp với thân.
Sơ đồ kết cấu:
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 sơi có tỷ trọng bé sẽ
nổi lên mặt thoáng của thùng chứa để bốc hơi ra ngồi 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 dịng đối lưu tự nhiên.
+ Ưu điểm của hệ thống làm mát kiểu bốc hơi
- Kết cấu đơn giản.


- Do đặc tính lưu động đối lưu như đã nói ở trên nên hay dùng cho loại động cơ
đặt nằm dùng trong nông nghiệp.
+ Nhược điểm của hệ thống này là do kiểu làm mát bốc hơi tự nhiên nên nguồn
nước trong thùng giảm nhanh làm cho tiêu hao nước nhiều và hao mịn thành
xylanh khơng 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 khơng 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- Khơng 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 ngồi 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 khơng khí qua để tản nhiệt cho nước. Nước sau khi tản


nhiệt nên khối lượng riêng tăng và đi xuống phía dưới két sau đó đi vào làm mát

cho động cơ tạo thành một vịng tuần hồn kín.
Độ chênh áp lực được tính theo cơng 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 cơng 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 khơng 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 khơng
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 hồn 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 vịng tuần hồn và kiểu tuần hồn ta có các loại tuần hồn cưỡng bức
như: hệ thống làm mát tuần hồn cưỡng bức một vịng kín, kiểu cưỡng bức một
vòng hở, kiểu cưỡng bức hai vòng tuần hồn. Mỗi kiểu làm mát có những ngun
lý làm việc, ưu nhược điểm, phạm vi sử dụng khác nhau.


1.1.3.1. Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hồn kín một vịng:
- Sơ đồ ngun 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 hồn 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).
Nước từ van hằng nhiệt được chia ra hai dòng: một dòng đi qua ống (11) tuần hồn
trở lại động cơ; một dịng 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 khơng 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 dịng khơng 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 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 vịng cịn gọi là nước vịng kín. Vịng thứ hai với nước sơng hay
nước biển được bơm chuyển đến két làm mát để làm mát nước vòng kín, sau đó lại
thải ra sơng, 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:


1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Hình 1.4. Hệ thống làm mát cưỡng bức kiểu hai vịng tuần hồn
1-Đường nước phân phối; 2- Thân máy; 3- Nắp xilanh; 4- Bơm nước vịng kín; 5Đường nước tắt về bơm vịng 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 ngồi mơi 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 ngồi mơi trường.
Khi động cơ mới khởi động, nhiệt độ của nước trong hệ thống tuần hồn
kín cịn thấp, van hằng nhiệt (6) 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 (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 vịng 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 sơng, biển. Hệ thống này có ưu điểm là đơn giản. Tuy nhiên,


ở một số kiểu động cơ nước làm mát đạt được ở 100 0C 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 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 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 khơng có lợi cho chế độ làm mát.

1.2. HỆ THỐNG LÀM MÁT Ở NHIỆT ĐỘ CAO.
Các động cơ ngày nay, nhiệt độ làm mát của động cơ tăng lên rất nhiều;
Ví dụ nhiệt độ làm mát động cơ tàu thủy từ 30÷32 0 lên 60÷65 0 C, ở động cơ cao
tốc lên đến khoảng 80÷85 0 C và một số kiểu động cơ nhiệt độ trung bình của nước
làm mát đã đạt 100 0 C hoặc cao hơn. Khi làm mát động cơ với nhiệt độ nước cao
hơn 100 0 C, nước sẽ bốc hơi.
Hơi nước có thể tạo thành ngay trong áo nước làm mát (kiểu bốc hơi bên
trong); hoặc hơi nước bị tạo ra trong một thiết bị riêng (kiểu bốc hơi bên ngoài).
Hệ thống làm mát ở nhiệt độ cao ở đây bao gồm hai hệ thống làm mát
chính là hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngoài và hệ
thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt hơi nước và nhiệt của khí
thải.
1.2.1. Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngoài:
- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống:


2

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- Khơng 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 hồn (7).
Quạt gió (4) dùng để quạt mát bộ ngưng tụ (5). Vùng thứ hai có áp suất p 2 > 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 khơng sơi mà chỉ nóng lên (từ nhiệt độ t vào 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.


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 vịng tuần hồn và q trình hoạt động như sau:

- Vòng 1: Bộ tách hơi (8) đến bơm tuần hoàn (14) đến động cơ Diezel (1), bộ tăng
nhiệt trước của nước tuần hoàn (5) đến van tiết lưu (7), bộ tách hơi (8). Nước tuần
hoàn trong hệ thống tuần hồn 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 t 2> 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 vịng tuần hồn ngồi 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 thơng thường chỉ đạt 0,40÷0,42)
- Giảm được lượng tiêu hao hơi nước và khơng 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 cơng tác của các chi
tiết cũng như cần phải dùng loại dầu bơi trơn có tính chịu nhiệt tốt. Ngồi ra đối
với động cơ xăng cần phải chú ý đến hiện tượng kích nổ. Khi tăng áp suất để nâng


nhiệt độ của nước làm mát trong hệ thống, cần phải đảm bảo các mối nối đường

ống, các khe hở của bơm phải kín hơn, bộ tản nhiệt phải chắc chắn hơn.

1.3. KẾT CẤU CÁC CỤM CHI TIẾT CHÍNH CỦA HỆ THỐNG LÀM
MÁT BẰNG NƯỚC.
1.3.1. Kết cấu két làm mát.
Két làm mát có tác dụng chứa nước nóng từ động cơ ra, hạ nhiệt độ cho
nước và cung cấp nước nguội vào trong động cơ khi động cơ làm việc. Vì vậy yêu
cầu két nước phải hấp thụ và toả nhiệt nhanh. Ðể đảm bảo u 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 ơ tơ 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, 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 từ nước vào khơng khí của các ống và lá tản nhiệt.
- Tốc độ lưu động của nước và của khơng khí làm mát.
- Kết cấu của két. (diện tích bề mặt truyền nhiệt)
Ðể giải quyết vấn đề thứ nhất, người ta dùng vật liệu chế tạo ống và lá tản
nhiệt có hệ số dẫn nhiệt cao như đồng.
Vấn đề thứ hai được thực hiện bằng cách tăng công suất của bơm nước và
công suất của quạt nhằm tăng hệ số truyền nhiệt đối lưu của chúng.
Tuy nhiên, tăng tốc độ lưu động của nước đòi hỏi phải tăng công suất tiêu
hao cho dẫn động bơm nước và quạt gió.


Vấn đề thứ ba bao gồm việc chọn hình dáng và kích thước của ống và lá tản
nhiệt,và cách bố trí ống trên két.

Hình 1.8. Kết cấu két nước
Thơng 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. Cịn các lá tản nhiệt có chiều dày khoảng (0,08 ÷ 0,12)mm.
Các ống có thể bố trí theo kiểu song song như hình 1.9.a hoặc bố trí theo
kiểu so le như hình 1.9b. Nhưng kiểu bố trí theo kiểu so le dùng phổ biến nhất vì
hiệu quả


g)

Hình 1.9. Kết cấu một số ống nước.
truyền nhiệt tốt nhất. Trong một số trường hợp, để tăng hiệu quả truyền nhiệt (tăng
không đáng kể), người ta đặt ống chếch đi một góc nào đó như hình 1.9c.
Ðể tạo xốy cho dịng khơng 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 cịn dùng ống trịn có gân tản nhiệt hình xoắn ốc (hình 1.9g). Loại này có


ưu điểm là thay thế do hỏng hóc của từng ống rất đơn giản vì các ống khơng 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 khơng khí hình trịn 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 khơng 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%, cịn 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 khơng khí qua két khơng vượt q 300 (N/m2).
Ðánh giá kết cấu két làm mát dùng trên ô tô máy kéo bằng hệ số hiệu quả
và hệ số thu gọn theo [2] ta có như sau:
k w/m2

1

2

100
80

3

60
40

4

20

0

4

8

12

2

ωkk.ρkk Kg/(m .s)

Hình 1.10. Quan hệ giữa hệ số truyền nhiệt K với tốc độ khối của khơng 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.

1.

Các ống dẫn nước so le.

2.

Các ống dẫn nước bố trí song song.

3.

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 ơ tơ tải.
φ = 900 ÷ 1100 (1/m) : trị số lớn nhất đối với ô tô du lịch, trị số nhỏ nhất đối với ơ
tơ tải; Flm: diện tích tản nhiệt của bộ phận tản nhiệt (m 2); 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 hồn
khoảng (7÷12)lần/phút. Các loại bơm dùng trong hệ thống làm mát động cơ bao
gồm: bơm ly tâm, bơm piston, bơm bánh răng, bơm guồng...
1.3.2.1. Bơm ly tâm.
Bơm ly tâm được dùng phổ biến trong hệ thống làm mát các loại động cơ ô

tô máy kéo ; động cơ tĩnh tại và tàu thủy. Vì loại bơm này có nhiều ưu điểm:
-Kết cấu gọn nhẹ, chắc chắn, làm việc tin cậy.
-Hiệu suất η của bơm tương đối cao so với các loại bơm khác.


-Giá thành tương đối rẻ
-Bơm tạo ra cột áp tương đối lớn so với bơm cánh hút
Nguyên lý làm việc là lợi dụng lực ly tâm của nước nằm giữa các cánh để
dồn nước từ trong ra ngoài rồi đi làm mát.
Kết cấu của bơm ly ở (hình 3.11) gồm puly (1) lắp chặt trên trục bơm then
bán nguyệt (2). Ổ bi (9), (10) dùng để đỡ trục bơm. Bánh công tác (7) dùng 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 bơi trơn lọt ra ngồi.
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 cơng tác (7) và thân bơm (11) không được lớn hơn 1mm và
khe hở chiều trục không quá 0,2mm. Ðể giảm kích thước bơm, tỷ số truyền giữa


trục bơm nước (3) và trục khuỷu thường chọn gần bằng 1(đối với động cơ cao tốc)
và 1,6 (đối với động cơ tốc độ thấp). Cột áp toàn phần do bơm tạo ra khoảng 0,05
÷ 0,15 MPa và tốc độ nước trên đường ống dẫn vào bơm không vượt quá 2,5 ÷ 3
m/s. Cơng suất tiêu hao để dẫn động bơm chiếm khoảng 0,5-1,0% cơng 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 vịng chặn (5).
Bơm ly tâm có đặc tính cấp nước đồng đều, kích thước và khối lượng nhỏ,
khơng
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).10 4 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 khơng 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 qn 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 khơng 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


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 pittơng 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 sơng hoặc nước biển) thì do nước bẩn nên bánh răng
chóng mịn.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 khơng chịu lực truyền,
và để giảm mài mịn 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.

12

11

H

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- Vịng cao su, 9- Lị 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 bơi
trơn nhờ các đệm bằng tec- tơ-lit (7) và vịng cao su (8). Cịn bao kín dầu bơi 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 ngồi 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).


C
2

1

3

C-C

4

5

6

17

10

I

a)

II

C

9

8
7

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 cơng 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 khơng. Nhờ có độ chân không nước được hút vào
qua cửa vào bơm. Cánh quay tiếp tục được nửa vịng 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.


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 cơng tác; 4- Vỏ bơm; 5-Vịng phớt; 6- Ổ
bi; 7-Cửa thoát; 8- Rãnh xoắn ốc; 9- Rãnh guồng; 10- Cánh guồng; 11- Cửa hút;
12- Bánh răng dẫn động; 13- Lị xo.
Hình trên giới thiệu sơ đồ kết cấu bơm guồng dùng trong động cơ diezel.
Bơm gồm có : bánh cơng 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 xốy
thơng với cửa hút (11) và cửa thốt (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


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 khơng 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 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