Khảo sát hệ thống làm mát của động cơ 5vz fe được lắp trên xe toyota tacoma
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.03 MB, 75 trang )
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG
KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ 5VZ-FE LẮP
TRÊN XE TOYOTA TACOMA
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN HOÀI VĂN
Đà Nẵng – Năm 2019
TÓM TẮT
Tên đề tài: Khảo sát hệ thống làm mát của động cơ 5VZ-FE được lắp trên xe TOYOTA
TACOMA.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoài Văn.
Số thẻ SV: 103140133
Lớp: 14C4B.
Nội dung đồ án tốt nghiệp đề tài “Khảo sát hệ thống làm mát của động cơ 5VZ-FE được
lắm trên xe TOYOTA TACOMA” gồm ba chương:
CHƯƠNG 1: Giới thiệu tổng quan về hệ thống làm mát.
CHƯƠNG 2: Khảo sát và tính tốn hệ thống làm mát động cơ 5VZ-FE.
CHƯƠNG 3: Hư hỏng bảo trì và ảnh hưởng của hệ thống làm mát đến tính năng kỹ thuật
và kiểm tra.
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Nguyễn Hoài Văn
Số thẻ sinh viên: 103140133.
Lớp: 14C4B
Khoa: Cơ khí Giao thơng
Ngành: Kỹ thuật cơ khí.
1. Tên đề tài đồ án:
Khảo sát hệ thống làm mát của động cơ 5VZ-FE lắp trên xe TOYOLA TACOMA
2. Đề tài thuộc diện:
có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
Tham khảo mã động cơ: 5VZ-FE
Lắp trên xe bán tải TOYOTA TACOMA
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
Mở đầu: (Lý do chọn đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn, phương pháp thực hiện,…)
Chương 1: Tổng quan
- Hệ thống làm mát trên động cơ đốt trong.
- Sự phát triển hệ thống làm mát qua các giai đoạn
- Phân loại
- Hệ thống làm mát động cơ lắp trên ô tô
Chương 2: Khảo sát và tính tốn hệ thống làm mát động cơ 5VZ-FE
2.1. Giới thiệu chung về động cơ 5VZ-FE
- Đặc điểm, mơ tả kết cấu chính
2.2. Ngun lý hoạt động và yêu cầu của các chi tiết trong hệ thống làm mát
- Công dụng, yêu cầu
- Nguyên lý làm việc của hệ thống làm mát
- Kết cấu các bộ phận chính (Két làm mát, Nắp két nước, Bơm nước, Quạt gió, Van
hằng nhiệt,…)
2.3 Tính tốn hệ thống làm mát
- Tính tốn kích thước két làm mát
- Tính tốn bơm nước
- Tính tốn quạt gió
- Tính chọn đường ống dẫn
Chương 3: Ảnh hưởng của hệ thống làm mát động cơ 5VZ-FE đến tính năng kinh tế kỹ
thuật và kiểm tra
3.1. Ảnh hưởng hệ thống làm mát đến công suất và hiệu suất động cơ
3.2. Những hư hỏng và biện pháp khắc phục
Kết luận
5. Các bản vẽ đồ thị:
- Bản vẽ sơ đồ hệ thống làm mát (A3)
- Bản vẽ các chi tiết hệ thống làm mát (Két nước, bơm, quạt gió) (A0)
- Bản vẽ chi tiết nắp két nước (A4)
- Ảnh hưởng HTLM đến tính năng kinh tế kỹ thuật động cơ
Tổng cộng: 8-10 bản vẽ
6. Tài liệu tham khảo
[1]. TS. Trần Thanh Hải Tùng “Bài giảng kết cấu và tính tốn động cơ đốt trong” Đại
Học Bách Khoa Đà Nẵng. Năm 2008.
[2]. TS. Trần Thanh Hải Tùng, KS. Nguyễn Lê Châu Thành “Chẩn đốn trạng thái kỹ
thuật ơ tơ” Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng. Năm 2014.
[3]. Tài liệu hướng dẫn sửa chữa và đào tạo xe Toyota Tacoma.
[4]. [5]. Nguyễn Tất Tiến.“Nguyên lý động cơ đốt trong”. NXB giáo dục, 2000.
[6]. Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến. “Kết cấu và
tính tốn động cơ đốt trong”. Hà Nội: NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp,
1979.
7. Họ tên người hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam
8. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
9. Ngày hoàn thành đồ án:
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Đà Nẵng, ngày
tháng
năm 2019
SINH VIÊN THỰC HIỆN
THÔNG QUA BỘ MÔN
Ngày …. tháng …. năm 2019
Trưởng bộ môn
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 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 chọn đề tài tốt nghiệp: “KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ 5VZFE LẮP TRÊN XE TOYOTA TACOMA ”.
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 5VZ-FE, trong đó thực
hiện tính tốn các chi tiết của hệ thống làm mát và ảnh hưởng của hệ thống làm mát đến
tính năng kinh tế kĩ thuật của động cơ.
Do kiến thức còn hạn chế, tài liệu tham khảo cịn ít và điều kiện thời gian khơng 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 hồn thiện hơn. Cuối cùng, em xin chân thành cảm
ơn thầy giáo GS.TS Trần Văn Nam, các thầy cô giáo bộ môn, các thầy ở xưởng thí nghiệm
VAL cùng các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019.
Sinh viên thực hiện.
Nguyễn Hoài Văn.
i
CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp “Khảo sát hệ thống làm mát của động cơ 5VZ-FE lắp
trên xe TOYOTA TACOMA” là đề tài nghiên cứu của bản thân. Những phần sử dụng
tài liệu tham khảo trong đồ án đã được nêu rõ trong phần tài liệu tham khảo. Các số
liệu, kết quả trình bày trong đồ ánlà hồn tồn trung thực, nếu sai tơi xin chịu hồn tồn
trách nhiệm và chịu mọi kỷ luật của bộ mơn và nhà trường đề ra.
Đà Nẵng,ngày tháng 12 năm 2019
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Hoài Văn.
ii
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................................... i
CAM ĐOAN.........................................................................................................................ii
MỤC LỤC .......................................................................................................................... iii
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ .............................................................................. vi
MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 1
1. Lý do chọn đề tài .............................................................................................................. 1
2. Mục đích ý nghĩa .............................................................................................................. 1
3. Kết cấu của đồ án.............................................................................................................. 1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT ..................................................... 1
1.1 Mục đích ý nghĩa và phân loại ....................................................................................... 1
1.1.1 Mục đích ỹ nghĩa của hệ thống làm mát .................................................................. 1
1.1.2 Phân loại ................................................................................................................... 2
1.1.2.1 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi ........................................................ 2
1.1.2.2 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên .......................................... 3
1.1.2.3 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu tuần hoàn cưỡng bức .................................. 5
1.1.2.4 Hệ thống làm mát ở nhiệt độ cao ....................................................................... 8
1.1.2.5 Kết cấu một số bộ phận chính của hệ thống làm mát bằng nước .................... 11
1.1.2.6 Hệ thống làm mát bằng khơng khí (gió) .......................................................... 17
1.1.2.6.1 Hệ thống làm mát bằng khơng khí kiểu tự nhiên ......................................... 17
1.1.2.6.2 Hệ thống làm mát khơng khí kiểu cưỡng bức .............................................. 18
1.1.3 So sánh ưu khuyết điểm của kiểu làm mát bằng nước và kiểu làm mát bằng khơng
khí. ................................................................................................................................... 19
CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT VÀ TÍNH TỐN HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ 5VZFE........................................................................................................................................ 21
2.1 Giới thiệu chung về động cơ 5VZ-FE .......................................................................... 21
2.1.1 Thông số kỹ thuật của động cơ .............................................................................. 21
2.1.2 Đặc điểm kết cấu chính của các cụm chi tiết động cơ 5VZ-FE ............................. 22
2.1.2.1. Thân máy, nắp máy......................................................................................... 22
iii
2.1.2.2. Cơ cấu trục khuỷu, thanh truyền, piston, xéc măng. ...................................... 23
Hình 2-3: Trục khuỷu. ........................................................................................................ 23
2.1.2.3 Cơ cấu phân phối khí ....................................................................................... 25
2.1.2.4 Hệ thống bơi trơn ............................................................................................. 26
2.1.2.5. Hệ thống làm mát............................................................................................ 28
2.1.2.6. Hệ thống đánh lửa ........................................................................................... 29
2.1.2.7 Hệ thống khởi động ......................................................................................... 30
2.2 Các cụm chi tiết của hệ thống làm mát bằng nước động cơ 5VZ-FE .......................... 30
2.2.1 Két làm mát ............................................................................................................ 30
2.2.1.1 Công dụng và yêu cầu...................................................................................... 30
2.2.1.2 Kết cấu và nguyên lý hoạt động ...................................................................... 31
2.2.1.3 Tính tốn két làm mát ...................................................................................... 33
2.2.2 Nắp két nước làm mát ............................................................................................ 36
2.2.2.1 Kết cấu và nguyên lý làm việc ......................................................................... 36
2.2.3 Bơm nước ............................................................................................................... 38
2.2.3.1 Công dụng và yêu cầu...................................................................................... 38
2.2.3.2 Kết cấu và nguyên lý hoạt động ...................................................................... 38
2.2.3.3 Tính tốn bơm nước......................................................................................... 39
2.2.4 Quạt gió .................................................................................................................. 43
2.2.4.1 Cơng dụng và u cầu...................................................................................... 43
2.2.4.2 Kết cấu và nguyên lý làm việc ......................................................................... 43
2.2.4.3 Tính tốn quạt gió ............................................................................................ 44
2.2.5 Van hằng nhiệt ....................................................................................................... 47
2.2.5.1 Công dụng và yêu cầu...................................................................................... 47
2.2.5.2 Kết cấu và nguyên lý làm việc ......................................................................... 47
CHƯƠNG 3: HƯ HỎNG BẢO TRÌ VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT
ĐẾN TÍNH NĂNG KỸ THUẬT VÀ KIỂM TRA ............................................................ 49
3.1 Những hư hỏng thường gặp của hệ thống làm mát ...................................................... 49
3.1.1 Két làm mát ............................................................................................................ 49
iv
3.1.2 Nắp két ................................................................................................................... 50
3.1.3 Bơm nước ............................................................................................................... 50
3.1.4 Van hằng nhiệt ...................................................................................................... 50
3.1.5 Quạt gió .................................................................................................................. 51
3.1.6. Dung mơi làm mát ................................................................................................. 51
3.2 Các phương pháp kiểm tra hư hỏng hệ thống làm mát. ............................................... 51
3.2.1. Kiểm tra và bổ sung nước làm mát: ......................................................................... 51
3.2.2 Kiểm tra hiện tượng rò rỉ nước của hệ thống làm mát ........................................... 51
3.2.3 Kiểm tra hiện tượng tắc két nước ........................................................................... 52
3.2.4. Kiểm tra van hằng nhiệt ........................................................................................ 53
3.2.5 Kiểm tra, điều chỉnh bộ truyền đai ......................................................................... 53
3.2.6 Thông rửa hệ thống làm mát .................................................................................. 53
3.3 Các phương pháp cấp, xả nước trong hệ thống làm mát .............................................. 55
3.3.1 Cấp nước làm mát .................................................................................................. 55
3.3.2 Xả nước làm mát .................................................................................................... 55
3.4 Ảnh hưởng của hệ thống làm mát đến tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ ........... 55
3.4.1 Ảnh hưởng của hệ thống làm mát đến tiêu hao nhiên liệu và phát sinh khí thải của
động cơ ............................................................................................................................ 55
3.4.1.1 Động cơ thực nghiệm ...................................................................................... 55
3.4.1.2 Kết quả thực nghiệm ........................................................................................ 57
KẾT LUẬN: ....................................................................................................................... 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 62
v
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
Bảng 2-1: Thơng số kỹ thuật của động cơ. ......................................................................... 21
Bảng 3-1: Thông số kỹ thuật của động cơ thực nghiệm: ................................................... 56
Bảng 3-2: Thông số kỹ thuật của Dynamometer:............................................................... 56
Hình 1-1: Sơ đồ hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi................................................. 3
Hình 1-2: Sơ đồ hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên. .................................. 4
Hình 1-3: Sơ đồ hệ thống làm mát bằng nước kiểu tuần hoàn cưỡng bức. .......................... 5
Hình 1-4: Sơ đồ hệ thống làm mát bằng nước cưỡng bức một vịng hở. ............................. 6
Hình 1-5: Sơ đồ hệ thống làm mát bằng nước kiểu hai vòng tuần hồn. ............................. 8
Hình 1-6: Sơ đồ hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngoài. .......... 9
Hình 1-7: Sơ đồ hệ thống làm mát nhiệt độ cao có tận dụng nhiệt của hơi nước và nhiệt
của khí thải.......................................................................................................................... 10
Hình 1-8: Kết cấu giàn ống truyền nhiệt của két nước cho các loại động cơ ô tơ. ............ 12
Hình 1-9: Kết cấu bơm ly tâm. ........................................................................................... 13
Hình 1-10: Kết cấu bơm Pittong......................................................................................... 14
Hình 1-11: Sơ đồ kết cấu cánh hút. .................................................................................... 15
Hình 1-12: Kết cấu bơm guồng. ......................................................................................... 16
Hình 1-13: Quạt gió. ........................................................................................................... 17
Hình 1 -14: Hệ thống làm mát bằng khơng khí động cơ 4 xylanh. .................................... 18
Hình 2-1: Mặt cắt động cơ. ................................................................................................. 22
Hình 2-2: Nắp máy. ............................................................................................................ 23
Hình 2-3: Trục khuỷu. ........................................................................................................ 23
Hình 2-4: Thanh truyền. ..................................................................................................... 24
Hình 2-5: Piston. ................................................................................................................. 25
Hình 2-6: Sơ đồ bố trí cơ cấu phân phối khí ...................................................................... 26
Hình 2-7: Hệ thống bơi trơn. .............................................................................................. 27
Hình 2-8: Sơ đồ hệ thống bơi trơn. ..................................................................................... 27
Hình 2-10: Sơ đồ hệ thống đánh lửa................................................................................... 29
Hình 2-11: Sơ đồ điều khiển máy khởi động. .................................................................... 30
Hình 2-12: Kết cấu két làm mát. ........................................................................................ 31
Hình 2-13: Kết cấu nắp két nước........................................................................................ 37
Hình 2-14: Kết cấu bơm nước. ........................................................................................... 39
Hình 2- 15: Sơ đồ tính tốn bơm nước. .............................................................................. 40
Hình 2-16: Kết cấu quạt gió ............................................................................................... 44
Hình 2-17: Sơ đồ tính tốn quạt gió. .................................................................................. 45
vi
fn
2
Hình 2-18: Quan hệ ηkk = f( R ). ...................................................................................... 46
Hình 2-19: Kết cấu van hằng nhiệt. .................................................................................... 48
Hình 3-1: Sơ đồ bố trí thực nghiệm. ................................................................................... 56
Hình 3-2: Ảnh hưởng của nhiệt độ động cơ đến mức tiêu hao nhiên liệu và tốc độ động
cơ. ....................................................................................................................................... 57
Hình 3-3: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến phát sinh khí thải NOx của động cơ ở mơ men
xoắn 12 Nm. ....................................................................................................................... 58
Hình 3-4: Biểu đồ thể hiện mức phát thải NOx ở mơ men xoắn 75 Nm. ........................... 58
Hình 3-5: Biểu đồ ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát đếnmức phát thải CO của động
cơ ở mô men xoắn 12 Nm và 75 Nm.................................................................................. 59
Hình 3-6: Biểu đồ ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát đếnmức phát thải CO2 của động
cơ ở mô men xoắn 12 Nm và 75 Nm.................................................................................. 59
vii
Khảo sát hệ thống làm mát của động cơ 5VZ-FE lắp trên xe TOYOTA TACOMA
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong những năm gần đây ngành công nghiệp ô tô nước ta đã tăng dần tỉ lệ nội địa
hóa sản phẩm để phát triển cơng nghệ. Do tình hình kinh tế phát triển tăng nhanh, nhu cầu
đi lại và vận chuyển ngày càng tăng nên thị trường sản xuất và cung ứng ô tô ngày càng
được phát triển một cách mạnh mẽ. Đáp ứng nhu cầu đi lại cũng như vận chuyển thì ngày
nay, ơ tơ bán tải là một dịng ơ tơ đang rất được ưa chuộng vì đáp ứng được nhu cầu của
người dùng cũng như hợp lí về giá cả.
Để cho động cơ hoạt động hiệu quả, các hệ thống của động cơ như hệ thống nhiên
liệu, hệ thống bôi trơn, hệ thống làm mát… phải làm việc một cách ổn định. Ngoài ra, sự
làm việc của các hệ thống này cũng có tác động lớn về công suất, tuổi thọ, hiệu suất làm
việc của động cơ. Hệ thống làm mát là một trong những hệ thống quan trọng của động cơ.
Em quyết định chọn đề tài: “ Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 5VZ-FE được lắp
trên xe bán tải TOYOTA TACOMA” để tìm hiểu và xác định được tầm quan trọng của hệ
thống làm mát trên động cơ ô tô và ảnh hưởng của hệ thống này đến tính năng kinh tế kĩ
thuật của động cơ như thế nào.
2. Mục đích ý nghĩa
Mục đích của đề tài là:
- Hiểu rõ các phương án làm mát cho động cơ động cơ đốt trong;
- Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 5VZ-FE, phương pháp kiểm tra, sửa chữa hệ
thống làm mát;
- Vận dụng lý thuyết truyền nhiệt, tính tốn hệ thống làm mát theo các kiến thức đã
được học;
Với mục đích trên, đề tài này có ý nghĩa khơng kém phần quan trọng đối với sinh viên
ngành Cơ khí Động Lực chúng ta.
Thơng qua việc làm đề tài này đã góp phần cho sinh viên củng cố lại các kiến thức đã
được học và tập cho sinh viên cách nghiên cứu làm việc độc lập tạo điều kiện thuận lợi cho
công việc sau này của người kỹ sư tương lai.
3. Kết cấu của đồ án
Chương 1: Tổng quan về hệ thống làm mát
SVTH: Nguyễn Hoài Văn
Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam
Khảo sát hệ thống làm mát của động cơ 5VZ-FE lắp trên xe TOYOTA TACOMA
Sẽ giới thiệu chung về hệ thống làm mát, phân loại cũng như mục đích ý nghĩa của hệ thống
làm mát đối với động cơ.
Chương 2: Khảo sát và tính tốn hệ thống làm mát động cơ 5VZ-FE
Trong chương này sẽ giới thiệu chung về các kết cấu của động cơ. Các kết cấu của hệ thống
làm mát của động cơ 5VZ-FE. Tính tốn các thơng số của hệ thống làm mát.
Chương 3: Hư hỏng bảo trì và ảnh hưởng của hệ thống làm mát đến tính năng kinh tế kỹ
thuật.
Trong chương này sẽ giới thiệu những hư hỏng và cách khắc phục cũng như công tác bảo
trì bảo dưỡng hệ thống làm mát. Bên cạnh đó sẽ phân tích ảnh hưởng của hệ thống làm mát
đến tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ.
SVTH: Nguyễn Hoài Văn
Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT
1.1 Mục đích ý nghĩa và phân loại
1.1.1 Mục đích ỹ nghĩa của hệ thống làm mát
Trong quá trình làm việc của động cơ đốt trong, nhiệt truyền cho các chi tiết máy tiếp
xúc với khí cháy (pittơng, xecmăng, xupáp, nắp xylanh, thành xylanh) chiếm khoảng 25 30% nhiệt lượng do nhiên liệu trong buồng cháy tỏa ra. Vì vậy, các chi tiết đó thường bị
đốt nóng mãnh liệt: Nhiệt độ pittơng có thể lên đến 6000C, nhiệt độ nấm xupap có khi lên
đến 9000C.
Nhiệt độ các chi tiết máy cao sẽ gây ra các hậu quả xấu sau đây:
- Phụ tải nhiệt của các chi tiết máy lớn làm giảm sức bền, độ cứng và tuổi thọ của
chúng.
- Có thể gây bó kẹt pittơng trong xylanh do hiện tượng giãn nợ nhiệt.
- Giảm hệ số nạp.
- Đối với động cơ xăng dễ phát sinh hiệt tượng cháy kích nổ.
Để khắc phục hậu quả xấu trên, cần thiết làm mát động cơ. Hệ thống làm mát động
cơ có nhiệm vụ thực hiện q trình tuyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháy đến môi
chất làm mát để đảm bảo cho các chi tiết khơng q nóng nhưng cũng khơng q nguội.
Nếu q nóng thì sẽ gây ra những hậu quả xấu đã nêu trên, cịn q nguội cũng khơng tốt
vì q nguội nghĩa là động cơ được làm mát quá nhiều vì thế tổn thất nhiệt sẽ nhiều hơn,
nhiệt lượng dùng để sinh cơng bị hao hụt đi do đó hiệu suất nhiệt của động cơ bị giảm.
Mặt khác, do nhiệt độ của động cơ thấp, độ nhớt của dầu nhờn tăng khiến cho dầu
nhờn khó lưu thơng trong hệ thống bơi trơn vì vậy sẽ ảnh hưởng đến q trình bôi trơn và
sẽ gây ra tổn thất do ma sát. Hơn nữa, nếu nhiệt độ thành xylanh thấp quá, nhiên liệu sẽ
ngưng tụ trên bề mặt thành xylanh làm cho màng dầu bôi trơn sẽ bị nhiên liệu rửa sạch, nếu
trong thành phần nhiên liệu có nhiều lưu huỳnh, thì nó sẽ có thể tạo ra các axit do sự kết
hợp của nhiên liệu và hơi lước ngưng tụ bên ngồi thành xylanh gây ăn mịn các chi tiết
trong buồng cháy.
Tóm lại, mức độ làm mát động cơ có ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế và
công suất của động cơ.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoài Văn
Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam
1
1.1.2 Phân loại
Căn cứ vào môi chất làm mát, người ta chia hệ thống làm mát thành hai loại: hệ thống
làm mát bằng nước và hệ thống làm mát bằng khơng khí.
Trong hệ thống làm mát bằng nước, người ta lại chia ra thành ba loại: bốc hơi, đối lưu
tự nhiên và tuần hoàn cưỡng bức. Căn cứ vào số vịng tuần hồn và kiểu tuần hồn, người
ta lại chia hệ thống làm mát thành các loại: một vòng tuần hồn kín, một vịng tuần hồn
hở, hai vịng tuần hồn ( một vịng kín và một vịng hở). Dưới đây lần lượt là các hệ thống
làm mát trên:
1.1.2.1 Hệ thống làm mát bằng nước 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 bốc hơi lắp với thân.
Khi đông cơ làm việc, những vùng nước bao bọc quanh buồng cháy nhận nhiệt và
nước sẽ sôi. Nước sôi có tỷ trọng bé sẽ nổi trên mặt thống của thùng chứa để bốc hơi ra
ngồi. Nước nguội có tỷ trọng lớn hơn sẽ chìm xuống điền chỗ cho nước nóng đã nổi lên
do đó tạo thành lưu động đối lưu tự nhiên.
Ta biết rằng 1kg nước bốc hơi sẽ thu được một nhiệt lượng là 595kcal/kg vì vậy phụ
thuộc vào kiểu động cơ, công suất động cơ mà thiết kế hệ thống làm mát sao cho lượng
nước bốc hơi đảm bảo thu được nhiệt lượng cần thiết phải làm mát.
Do làm mát bằng cách bốc hơi, nếu khơng có nguồn nước bổ sung kịp thời thì mức
nước trong thùng chứa sẽ giảm nhanh và không đảm bảo được lượng nước. Vì vậy, kiểu
làm mát bốc hơi này khơng thích hợp đối với động cơ đặt trên ô tô máy kéo.
Sơ đồ của hệ thống làm mát bằng kiểu bốc hơi được biểu diễn như hình 1-1:
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoài Văn
Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam
2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Hình 1-1: Sơ đồ hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi.
1- Khoang chứa nước bốc hơi; 2- Thùng nhiên liệu; 3- Nắp xylanh; 4- Thân máy; 5Xylanh; 6- Thanh truyền; 7- Hộp cacte chứa dầu.
Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi có kết cấu đơn giản và do đặc tính lưu động đối lưu tự
nhiên đã nói ở trên thì nên dùng trong các loại động cơ đặt nằm dùng trong công nghiệp.
Nhược điểm của hệ thống làm mát bốc hơi này tiêu hao nước nhiều và gây mịn thành
xylanh khơng đều.
1.1.2.2 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên
Trong hệ thống làm mát bằng nước kểu đối lưu tự nhiên, nước lưu động tuần hồn
nhờ độ chênh áp lực tại hai cột nước nóng và lạnh mà không cần bơm.
Sơ đồ hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên được biểu diễn như hình 12:
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồi Văn
Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam
3
5
4
3
2
1
6
7
8
9
Hình 1-2: Sơ đồ hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên.
1- Thân máy; 2- Xylanh; 3- Nắp xylanh; 4- Đường nước ra két; 5- Nắp két nước; 6- Két
nước; 7- Khơng khí làm mát; 8- Quạt gió; 8- Đường nước làm mát động cơ.
Nước nhận nhiệt của xylanh trong thân máy (1), khối lượng riêng của nước giảm nên
nước nước nổi lên trên. Trong khoang của nắp xylanh (3), nước tiếp tục nhận nhiệt của các
chi tiết bao quanh buồng cháy, nhiệt độ của nước tiếp tục tăng và khối lượng riêng của nước
tiếp tục giảm, nước tiếp tục nổi lên theo đường dẫn ra khoang phía trên của két làm mát (6).
Quạt gió (8) được dẫn động bằng puly từ trục khuỷu động cơ hút khơng khí qua két. Do đó,
nước trong két được làm mát, khối lượng riêng nước giảm, nước nguội sẽ chìm xuống
khoang dưới của két và từ đó lại đi vào thân máy thực hiện vịng tuần hồn.
Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên có 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 của 2 cột nước bé. Vì vậy, nước lưu
động chậm, động cơ nhanh chóng đạt nhiệt độ ở chế độ làm việc.
Tuy nhiên, hệ thống có nhược điểm là lưu lượng nước làm mát có vận tốc bé V =
0,12-0,19m/s. Điều đó dẫn đến hiệu quả làm mát không được cao. Thành xy lanh làm mát
không đều. Do tốc độ nước bé mà muốn đảm bảo lưu lượng nước làm mát thì phải tăng tiết
diện lưu thông của nước trong động cơ dẫn đến hệ thống làm mát nặng nề, cồng kềnh.
Từ đó, hệ thống làm mát kiểu tuần hoàn đối lưu tự nhiên khơng thích hợp cho ơ tơ
máy kéo mà thường dùng trong động cơ tĩnh tải.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoài Văn
Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam
4
1.1.2.3 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu tuần hoàn cưỡng bức
1.1.2.3.1 Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức một vịng kín
Sơ đồ hệ thống làm mát bằng nước kiểu tuần hồn cưỡng bức được biểu diễn như hình
1-3:
6
5
3
4
2
7
1
8
9
10
11
12
13
14
Hình 1-3: Sơ đồ hệ thống làm mát bằng nước kiểu tuần hoàn cưỡng bức.
1- Thân máy; 2- Nắp xylanh; 3- Đường nước ra khỏi động cơ; 4- Ống dẫn hơi nước (bọt
nước); 5- Van hằng nhiệt; 6- Nắp két nước; 7- Két nước; 8- Quạt gió; 9- Puly; 10- Ống
nước nối tắt vào bơm; 11- Đường nước vào động cơ; 12- Bơm nước; 13- Két làm mát
dầu; 14- Ống phân phối nước.
Do tốc độ lưu động của nước trong hệ thống tuần hồn đối lưu bé. Vì vậy, để tăng tốc
độ lưu động của nước người ta thường dùng hệ thống tuần hoàn cưỡng bức.
Nguyên lý làm việc của hệ thống làm mát bằng nước kiểu tuần hồn một vịng kín
(Hình 1-3) như sau: Nước tuần hồn nhờ bơm ly tâm (12), được dẫn qua ống phân phối
nước (14) đúc sẵn trong thân máy. Sau khi làm mát xylanh, nước lên làm mát nắp máy rồi
theo đường ống (10) về lại trước ống hút của bơm nước (12), một phần lớn nước qua van
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoài Văn
Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam
5
vào bình chứa phía trên của két nước. Tiếp đó, nước từ bình chứa phía trên đi qua các ống
mỏng có gắn các cánh tản nhiệt. Tại đây, nước làm mát bởi dịng khơng khí qua két do quạt
(8) tạo ra. Quạt được dẫn động bằng puly từ trục khuỷu 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 chu
kỳ làm mát tuần hoàn.
Hệ thống làm mát này có ưu điểm là nước sau khi đi qua két làm mát trở lại động cơ,
do đó đỡ phải bổ sung nước, tận dụng được trở lại nguồn nước làm mát tiếp động cơ. Do
đó, hệ thống này được sử dụng rộng rãi trong các loại ô tô máy kéo.
1.1.2.3.2 Hệ thống làm mát cưỡng bức một vòng hở
Hệ thống làm mát này về mặt bản chất không khác nhiều so với hệ thống làm mát
cưỡng bức một vịng kín.
Sơ đồ hình 1-4 thể hiện hệ thống làm mát cưỡng bức một vịng hở:
6
5
4
3
2
8
7
1
9
10
Hình 1-4: Sơ đồ hệ thống làm mát bằng nước cưỡng bức 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.
So sánh hai hệ thống làm mát kín và hở của tàu thủy thì hệ thống làm mát hở có kết
cấu đơn giản hơn, nhưng nhược điểm của nó là nhiệt độ nước làm mát phải giữ trong khoảng
50 - 600C để giảm bớt sự đóng cặn của các muối ở thành xy lanh, nhưng với nhiệt độ này
do sự làm mát không đều nên ứng suất nhiệt của các chi tiết sẽ tăng lên. Cũng do vách áo
nước bị đóng cặn muối mà sự truyền nhiệt từ xylanh vào nước làm mát cũng kém. Ngoài
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoài Văn
Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam
6
ra, do ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát ở mơi trường ngồi thay đổi mà nhiệt độ nước
trong hệ thống cũng dao động lớn. Điều này khơng có lợi cho hệ thống làm mát.
Trong hệ thống này nước làm mát là nước sông, nước 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 1000C hoặc cao hơn. Khi
nước ở nhiệt độ cao, nước sẽ bốc hơi nên hơi nước có thể tạo thành ngay trong áo nước (
bốc hơi bên trong) hoặc hơi nước bị tạo ra trong một thiết bị riêng ( bốc hơi bên ngồi). Do
đó cần phải có một hệ thống làm mát riêng cho động cơ.
1.1.2.3.3 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu tuần hồn cưỡng bức hai vịng
Trong hệ thống này, nước được làm mát tại két nước không phải là dịng khơng khí
do quạt gió tạo nên mà là bằng dịng nước có nhiệt độ thấp hơn, như nước sơng, nước biển.
Vòng thứ nhất làm mát động cơ như ở hệ thống làm mát cưỡng bức một vịng kín. Vịng
thứ hai với nước sông hay nước biển được bơm chuyển đến két làm mát nước vịng kín, sau
đó lại thải ra sơng, biển nên gọi là vịng hở. Hệ thống làm mát này được dùng phổ biến
trong động cơ tàu thủy.
Nguyên lí làm việc của hệ thống: nước ngọt làm mát động cơ đi theo chu trình kín, từ
bơm nước (10) đến động cơ làm mát thân máy và nắp xylanh đến két làm mát nước ngọt
(5). Nước ngọt trong hệ thống kín được làm mát bởi nước ngồi mơi trường bơm vào do
bơm (7), qua lưới lọc đến các bình làm mát dầu và qua két làm mát (5) làm mát nước ngọt
rồi theo đường ống (6) đổ ra bên ngồi mơi trường. Khi động cơ mới khởi động, nhiệt độ
của nước trong hệ thống tuần hồn kín cịn thấp , van hằng nhiệt (4) đóng đường nước đi
qua két làm mát nước ngọt. Vì vậy, nước làm mát ở vịng làm mát ngồi được hút từ
bơm (7) qua két làm mát (5) theo đường ống (6) đổ ra ngồi. Van hằng nhiệt (4) có thể đặt
trên mach nước ngọt để khi nhiệt độ nước ngọt làm mát thấp, nó sẽ đóng đường ống đi vào
két làm mát (5). Lúc này, nước ngọt có nhiệt độ thấp sau khi làm mát động cơ qua van hằng
nhiệt (4) rồi theo đường ống đi vào bơm nước ngọt (10) để bơm trở lại động cơ.
Sơ đồ hệ thống được biểu diễn như hình 1-5:
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồi Văn
Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam
7
4
5
3
2
1
6
7
8
Hình 1-5: Sơ đồ hệ thống làm mát bằng nước kiểu hai vịng tuần hồn.
1- Đường nước phân phối; 2- Thân máy; 3- Nắp xylanh; 4- Van hằng nhiệt; 5- Két làm
mát; 6- Đường nước ra vòng hở; 7- Bơm nước vòng hở; 8- Đường nước vào bơm nước
vòng hở; 9- Đường nước tắt về bơm vịng kín; 10- Bơm nước vịng kín.
1.1.2.4 Hệ thống làm mát ở nhiệt độ cao
1.1.2.4.1 Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngồi
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
làm 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 khơng sơi mà chỉ nóng lên ( từ nhiệt
độ tvào đến tra). Áp suất p2 tương ứng với nhiệt độ sôi t2 > tra nên nước chỉ sơi ở bộ tách hơi
có áp suất p1 < p2.
Sơ đồ hệ thống được biểu diễn như hình 1-6:
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồi Văn
Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam
8
2
5
4
3
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 hơi nước; 6Khơng khí làm mát; 7- Bơm nước.
1.1.2.4.2 Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao có tận dụng nhiệt của hơi nước và
nhiệt của khí thải
Ưu điểm của hệ thống này là: có thể nâng cao được hiệu suất làm mát của động cơ
lên đến 6-7%; giảm được lượng tiêu hao hơi nước và khơng khí làm mát do đó 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 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 cao. 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.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoài Văn
Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam
9
Sơ đồ hệ thống được biểu diễn như hình 1-7:
6
5
8
9
7
t'ra
P
1, t1
P , tra
2
2
3
4
t ra
10
14
11
1
âỉåìng nỉåïc lm mạt
âäü
ng cå
âỉåìng nỉåïc lm mạt
dáư
u bäi trån
13
15
12
16
Hình 1-7: Sơ đồ hệ thống làm mát nhiệt độ cao có tận 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; 13Thùng chứa nước.
Nguyên lí hoạt động của hệ thống làm mát nhiệt độ cao có tận dụng nhiệt của hơi
nước và nhiệt của khí thải như sau: hệ thống này có hai vịng tuần hồn
- Vịng 1: Bộ tách hơi (8) đến bơm tuần hoàn (14) đến động cơ (1), bộ tăng nhiệt trước
của nước tuần hoàn (5) đến bơm tiết lưu (7), bộ tách hơi (8). Nước tuần hoàn trong hệ thống
tuần hoàn 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 được nâng lên t’ra > tra.
Nhưng do áp suất của p2 của nước tương ứng với nhiệt độ sôi t2 > t’ra > tra nên nước
không sôi trong động cơ và cả bộ hằng nhiệt. Nước chỉ sôi ở bộ tách hơi sau khi đi qua van
tiết lưu, tại đây áp suất giảm từ p2 xuống p1 với nhiệt độ t1.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoài Văn
Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam
10
- Vòng 2: Hơi từ bộ tách hơi (8) qua bộ tăng nhiệt (4), sau đó vào tuabin (10) rồi vào
bộ nưng 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
đi qua van điều tiết tự động (9) vào bộ tách hơi. Nước làm mát của vịng tuần hồn ngồi
lưu động qua 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 pittông làm mát bởi nước trong mạch kín.
1.1.2.5 Kết cấu một số bộ phận chính của hệ thống làm mát bằng nước
1.1.2.5.1 Két làm mát (két nước)
Két làm mát dùng để hạ nhiệt độ của nước từ trong động cơ ra rồi đưa trở lại vào làm
mát động cơ.
Trong động cơ ô tô, két làm mát gồm ba phần: ngăn trên chứa nước nóng, ngăn dưới
chứa nước nguội và giàn ống truyền nhiệt nối ngăn trên và ngăn dưới với nhau. Hiệu suất
truyền nhiệt của bộ phận truyền nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ lưu động của hai dịng
mơi chất (mơi chất tỏa nhiệt là nước và môi chất thu nhiệt là không khí). Vì vậy, để tăng hệ
số truyền nhiệt, phía sau két nước thường được bố trí quạt gió để hút gió đi qua giàn ống
truyền nhiệt (gốm ống và các lá tản nhiệt).
Loại két nước dùng ống dẹt có sức cản khơng khí ít hơn và diện tích tản nhiệt lớn hơn
khoảng 2 – 3% lần so với ống tròn nhưng loại ống này khơng bền vì có nhiều mối hàn và
khó sửa chữa. Kiểu ống trịn (hình 1-8g) có ưu điểm là đơn giản và dễ sửa chữa do làm
bằng những ống tháo lắp được mà không hàn vào hai ngăn chứa trên và dưới. Hơn nữa, nếu
tốc độ gió đi qua giàn ống truyền nhiệt lớn thì hiệu quả truyền nhiệt của loại ống trịn cũng
tốt. Do đó, kiểu ống tròn được dùng khá phổ biến trong các loại két nước của ô tô.
Thông thường, két nước hay dùng kiểu ống nướ dẹt, bố trí nhiều hàng so le, cắm trong
các lá tản nhiệt.
Hiệu quả tản nhiệt phụ thuộc vào những yếu tốt sau đây:
- Khả năng tản nhiệt từ nước vào khơng khí của các ống tản nhiệt.
- Tốc độ lưu thơng của nước và khơng khí làm mát.
trí ống nước trịn.
Muốn tản nhiệt tốt, vật liệu làm ống và lá tản nhiệt phải dẫn nhiệt tốt (đồng hay đồng
thau tốt hơn thép). Thành ống và lá tản nhiệt phải mỏng (chiều dày ống khoảng 0,13 –
0,20mm, chiều dày lá tản nhiệt khoảng 0,08 – 0,12mm).
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoài Văn
Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam
11
Kết cấu của bộ phận giàn ống tản nhiệt và các lá tản nhiệt của két làm mát được giới
thiệu trên hình 1-8.
Hình 1-8: Kết cấu giàn ống truyền nhiệt của két nước cho các loại động cơ ô tô.
a- Kiểu ống nước dẹt; b,c,d,e- Các kiểu bố trí ống dẫn nước; g- Kiểu ống nước tròn;
Tốc độ lưu động của nước phụ thuộc vào lưu lượng nước. Nếu ống bé thì tốc độ lưu
động đã xác định, muốn tăng lưu lượng nước phải tăng số ống lên. Nếu diện tích hút gió đã
xác định thì khi tăng số ống thì phải bố trí nhiều hàng ống do đó sức cản khơng khí sẽ tăng
lên, mặt khác diện tích tản nhiệt của các lá tản nhiệt sẽ nhỏ lại làm giảm sự tản nhiệt. Để
giảm bớt sức cản khơng khí khi lưu động, các dãy ống chắn gió phải bố trí cách nhau khoảng
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồi Văn
Hướng dẫn: GS.TS Trần Văn Nam
12
