Thiết kế mô phỏng hệ thống làm mát trong động cơ đốt trong

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI……………………………………………………………………...5
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ……………………………………………………………………………………5
1.2.GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI …………………………….................................................................5
1.3. MỤC TIÊU ...……………………………………………………………………………………5
1.4.NỘI DUNG ĐỀ TÀI.…………………………………..................................................................5
1.5.CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨA …………………………………………..……………6
1.6.KẾT CẤU CỦA ĐÒ ÁN……………….………..…….................................................................6
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT TRÊN ĐỘNG CƠ...........................7
2.1. HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC....................................................................................7
2.2. CẤU TẠO HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC.................................................................8
2.2.1. KÉT NƯỚC ..........................................................................................................................8
2.2.2. BƠM NƯỚC.........................................................................................................................9
2.2.3. VAN HẰNG NHIỆT............................................................................................................9
2.3. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC...........................................................11
2.3.1. HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC KIỂU BỐC HƠI..............................................11
2.3.2. HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC KIỂU ĐỐI LƯU TỰ NHIÊN.........................12
2.3.3. HỆ THỐNG LÀM MÁT TUẦN HOÀN CƯỠNG BỨC..................................................13
2.3.4. HỆ THỐNG LÀM MÁT TUẦN HỒN KÍN MỢT VÒNG............................................14
2.3.5. HỆ THỐNG LÀM MÁT TUẦN HOÀN HAI VÒNG.......................................................15
2.3.6. HỆ THỐNG LÀM MÁT MỘT VÒNG HỞ.......................................................................17
2.3.7. HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC Ở NHIỆT ĐỘ CAO.........................................18
2.3.8. HỆ THỐNG LÀM MÁT CƯỠNG BỨC NHIỆT ĐỢ CAO KIỂU BỐC HƠI BÊN
NGỒI............................................................................................................................................18

1


2.3.9. HỆ THỐNG LÀM MÁT CƯỠNG BỨC NHIỆT ĐỘ CAO CĨ LỢI DỤNG NHIỆT
CỦA HƠI NƯỚC VÀ NHIỆT ĐỢ CỦA KHÍ THẢI.................................................................19
2.4. HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỢNG CƠ BẰNG KHƠNG KHÍ (GIĨ).......................................20

2.4.1. HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG KHƠNG KHÍ KIỂU TỰ NHIÊN..............................21
2.4.2. HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG KHƠNG KHÍ KIỂU CƯỠNG
BỨC................................................................................................................................................21
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ TOYOTA CAMRY

2006-2011 2AZ-FE....................................................................................................................................23
3.1. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỢNG CƠ TOYOTA CAMRY 2AZ-FE.........................23
3.2. NGUN LÍ LÀM VIỆC..........................................................................................................24
3.3. CÁC CỤM CHI TIẾT CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT TOYOTA CAMRY 2AZ-FE.........25
3.3.1. BƠM NƯỚC TOYOTA CAMRY 2AZ-FE......................................................................25
3.3.2. KÉT NƯỚC TOYOTA CAMRY 2AZ-FE.......................................................................27
3.3.3. NẮP KÉT NƯỚC TOYOTA CAMRY 2AZ-FE..............................................................29
3.3.4. VAN HẰNG NHIỆT...........................................................................................................31
3.4. HÌNH CHIẾU CÁC CHI TIẾT HỆ THỐNG LÀM MÁT.....................................................33

3.4.1. KÉT NƯỚC.......................................................................................................................33
3.4.2. BƠM NƯỚC......................................................................................................................36
3.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA HƯ HỎNG HỆ THỐNG LÀM MÁT..........................39
3.5.1. KIỂM TRA VÀ BỔ SUNG NƯỚC LÀM MÁT................................................................39
3.5.2. KIỂM TRA HIỆN TƯỢNG RÒ RỈ NƯỚC CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT..................40
3.5.3. KIỂM TRA HIỆN TƯỢNG TẮC KÉT NƯỚC.................................................................41
3.5.4. KIỂM TRA VAN HẰNG NHIỆT.......................................................................................42

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ.........................................................................................43
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................................................44

2


CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Đặt vấn đề
Động cơ đốt trong đóng vai trị quan trọng trong nền kinh tế, là nguồn
động lực cho các phương tiện vận tải như ôtô, máy kéo, xe máy, tàu thủy, máy
bay và các máy công tác như máy phát điện, bơm nước và lĩnh vực quân sự …
Mặt khác động cơ đốt trong đặc biệt là động cơ ôtô là một trong những ngun
nhân chính gây ơ nhiễm mơi trường, nhất là ở thành phố.
Sau khi học môn học ‘‘động cơ đốt trong’’, em đã vận dụng những kiến
thức đã học để làm bài tập lớn‘‘tính tốn đồ thị cong động cơ đốt trong’’. Trong
q trình tính tốn để hồn thành đồ án môn học chuyên nghành này, bước đầu
đã gặp khơng ít khó khăn bỡ ngỡ nhưng với sự nỗ lực của chính bản thân cùng
với sự hướng dẫn và giúp đỡ hết sức tận tình của các giáo viên hướng dẫn
Nguyễn Văn Nhanh, giờ đây sau một thời gian làm việc hết mình, nghiêm túc
trong nghiên cứu và tìm hiểu em đã hồn thành xong bài tập lớn mơn học động
cơ đốt trong. Tuy nhiên do đây là lần đầu tiên em vận dụng lý thuyết đã học, vào
tính tốn một bài tập cụ thể theo thơng số cho trước, nên gặp rất nhiều khó khăn
và khơng tránh khỏi những sai sót. Vì vậy em rất mong được sự xem xét, sự
giúp đỡ chỉ bảo và đưa ra ý kiến của các thầy để em hoàn thành đồ án một cách
tốt nhất, đồng thời cũng qua đó rút ra kinh nghiệm, bài học làm giàu kiến thức
chuyên môn và khả năng tự nghiên cứu của mình.
1.2 Giới hạn của đề tài:
Đề tài chỉ giới hạn ở việc giới thiệu về động cơ 2AZ-FE được sử sụng
trên xe Toyota Camry 2006 - 2011 và hệ thống làm mát trên động cơ.
1.3 Mục tiêu
-

Tìm hiểu cấu tạo và ngun lí hoạt động của hệ thống làm mát của động

-

cơ 2AZ-FE

Tính tốn đo đạc các thông số các chi tiết của hệ thống làm mát.
1.4 Nội dung đề tài

- Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lí hoạt động của hệ thống làm mát
3


- Tính tốn đo đạc các thơng số kĩ thuật của hệ thống làm mát.
- Vẽ các hình chiếu: chiếu đứng, chiếu bằng, chiếu cạnh, mặt cắt và mô phỏng,
chuyển động 3D.
1.5 Các phương pháp nghiên cứu
1.
2.
3.
4.
5.

Tìm hiểu các thơng tin liên quan
Nghiên cứu lại môn động cơ đốt trong
Tham khảo mơ hình
Sử dụng phầm mềm soạn thảo Word
Sử dụng phần mềm Solidwork 2019.
1.6 Kết cấu đồ án

-

Nội dung tiểu luận word gồm 4 chương.
Bản vẽ 2D, 3D và mô phỏng chuyển động của hệ thống sinh lực trên
Solidwork

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ
THỐNG LÀM MÁT TRÊN ĐỘNG CƠ
2.1 HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC

4


Hệ thống làm mát hoạt động bằng cách vận chuyển nước làm mát tuần hoàn
xung quanh thân máy và nắp quy lát. Khi nước làm mát tuần hồn qua chúng,
nó sẽ lấy nhiệt ra khỏi động cơ. Nước nóng sau đó sẽ được đẩy về két nước
làm mát, nước sẽ được chia nhỏ vào các ống nhỏ bên trong két nước và được
làm mát bằng sức gió do quạt làm mát tạo ra đồng thời cùng với gió do khi ô
tô chuyển động để làm mát nước. Khi nước nóng được làm mát, nó sẽ tiếp tục
tuần hồn trở lại vào bên trong động cơ để tiếp tục chu kỳ tuần hoàn liên tục
nhờ vào hoạt động của bơm nước.
Van hằng nhiệt được đặt giữa động cơ và két nước để đảm bảo nước làm mát
luôn được giữ ở một nhiệt độ làm việc nhất định. Nếu nước làm mát q thất,
van hằng nhiệt sẽ đóng lại khơng cho nước làm mát chảy về két nước, mục
đích của việc này là để tăng nhiệt độ nhanh chóng tới nhiệt độ làm việc. Khi
nhiệt độ nước đạt tới nhiệt độ làm việc ổn định, van hằng nhiệt sẽ mở ra để
thực hiện tuần hoàn nước về két nước.
Để tránh cho nước làm mát bị sôi, hệ thống làm mát được thiết kế để có khả
năng chịu được áp suất. Khi áp suất càng cao, nhiệt độ sôi của nước sẽ tăng
lên, nhưng nếu áp suất quá cao sẽ làm cho thân máy bị nứt hoặc các đường
ống nước bị nổ. Do đó, áp suất trong hệ thống làm mát sẽ được điều khiển
thích hợp bởi nắp két nước. Khi áp suất bên trong hệ thống làm mát cao quá
mức cho phép, nắp két nước sẽ mở ra để nước đi vào bình nước phụ, làm giảm
áp suất nước. Khi nhiệt độ nước làm mát giảm, nước trong bình nước phụ sẽ
được hút về trở lại hệ thống. Hệ thống làm mát này được gọi là hệ thống làm
mát tuần hồn kín.

5


2.2. Cấu tạo hệ thống làm mát bằng nước

2.2.1. Két nước:
Két nước có tác dụng để chứa nước và truyền nhiệt từ nước ra khơng khí để
hạ nhiệt độ của nước thông qua dàn trao đổi nhiệt và cung cấp nước mát cho
động cơ khi làm việc. Để đảm bảo yêu cầu làm mát tốt nhất, két nước được
cấu tạo từ những đường ống, xen lẫn là những lá nhôm mỏng nhằm tăng hiệu
quả tản nhiệt. Tùy theo các yêu cầu khác nhau mà két nước được các hãng xe
thiết kế với kích thước khác nhau.
1

2
3

4

247

5
6

7
8
156

69

6


Hình 2.2.1: Kết cấu két nước.
1- Đường ống vào; 2-Nắp két; 3- Ống thông hơi; 4- Ngăn trên; 5- Giàn ống;
6- Cánh tản nhiệt; 7-Ngăn dưới; 8- Đường ống ra.

2.2.2. Bơm nước:
45 6 7 8 9 10

3

A

2

11

1
15
14
13

A

A

A

12

HÌNH 2.2.2: K ẾT CẤU BƠM NƯỚC ĐỢNG CƠ
1- Bulơng; 2- Phớt làm kín; 3- Buly dẫn động; 4- Sạclíp; 5- Ổ bi đỡ; 6- Vú
mở;
7- Vỏ bơm; 8- Roan làm kín; 9- Lị xo; 10- Bánh công tá;, 11- Nắp vỏ bơm ;
12- Cửa ra; 13- Cửa vàoTrục bơm ; 14- Đệm; 15- Then bán nguyệt.
Bơm nước có tác dụng cung cấp lưu lượng nước với một áp suất nhất định
trong hệ thống để làm mát cho động cơ. Để hiệu quả làm mát tốt hơn thì bơm
có tốc độ quay nhanh hơn trục khuỷu 25-50%.
2.2.3. Van hằng nhiệt :
Van hằng nhiệt có nhiệm vụ tự động điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát khi
động cơ làm việc đảm bảo cho nhiệt độ nước làm mát trong giới hạn từ 8590oC, mặt khác còn làm nhiệm vụ rút ngắn thời gian đạt nhiệt độ tối ưu của
động cơ sau khi khởi động.
Các chi tiết của van hằng nhiệt đều được làm bằng đồng, bên trong chứa hỗn
hợp nước và rượu etylic dễ bay hơi.

7


Van hằng nhiệt được bố trí giữa két nước và động cơ, van đóng mở được tùy
theo nhiệt độ của nước làm mát. Khi nhiệt độ của nước làm mát thấp, van
đóng để ngăn khơng cho nước ra két làm mát. Khi nhiệt độ của nước làm mát
tăng, van mở để cho nước từ động cơ thoát ra két làm mát.

8


2.3. Phân loại hệ thống làm mát bằng nước
2.3.1. Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi: là loại đơn giản nhất. Hệ

thống này không cần bơm, quạt. Bộ phận chứa nước có hai phần: khoang nước
bao quanh thành xilanh (8), khoang nắp xilanh (5) và thùng chứa nước bay hơi
(2) ở phía trên.
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống như sau:
1

2

3

4
5

6

7

8

9

10

11

Hình 2.3.1: Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi.
1- Thùng nhiên liệu; 2- Khoang chứa nước bốc hơi;3,4 Xupap 5- Nắp xilanh;
6- Thân máy; 7- Piston 8- Xi lanh; 9- Thanh truyền; 10- Trục khuỷu;
10- Cácte chứa dầu.
Khi động cơ làm việc, tại những vùng nước bao xung quanh buồng cháy

nước sẽ sơi. Nước sơi có tỷ trọng bé hơn nên nổi lên trên mặt thoáng của thùng
chứa để bốc hơi ra ngồi khí trời. Nước nguội trong thùng chứa có tỷ trọng lớn
sẽ chìm xuống dưới điền chỗ cho nước nóng nổi lên, do đó tạo thành lưư động
đối lưu tự nhiên. Căn cứ vào nhiệt lượng của động cơ và cách bố trí động cơ
đứng hay nằm để thiết kế hệ thống kiểu bốc hơi này.

9


Với việc làm mát bằng kiểu bốc hơi nước, lượng nước trong thùng sẽ giảm
nhanh, do đó cần phải bổ sung nước thường xuyên và kịp thời. Vì vậy, kiểu làm
mát này khơng thích hợp cho động cơ dùng trên phương tiện vận tải.
Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi do kết cấu đơn giản và đặt tính
lưu động đối lưu đã nói ở trên nên hệ thống này được dùng cho các động cơ đốt
trong kiểu xilanh nằm ngang, đặc biệt các động cơ trên các máy nông nghiệp cỡ
nhỏ.
Nhược điểm của hệ thống làm mát này là thất thốt nước nhiều và hao
mịn xilanh khơng đều.

2.3.2. Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên:
Trong hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên, nước lưu động tuần hoàn
nhờ sự chênh lệch áp lực giữa hai cột nước nóng và lạnh mà khơng cần bơm.
Cột nước nóng trong động cơ và cột nước nguội trong thùng chứa hoặc trong két
nước.
4

5

6

7

8

9

3

2

1

Hình 2.3.2: Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên.
1- Đường nước; 2- Xilanh; 3- Đường dẫn nước vào két làm mát; 4- Nắp két;
5- Két nước; 6- Quạt gió; 7- Đường nước làm mát động cơ.
Nước nhận nhiệt của xilanh trong thân máy, làm cho khối lượng riêng
nước giảm nên nước nổi lên trên. Trong khoang của nắp xilanh, nước tiếp tục
nhận nhiệt của các chi tiết bao quanh buồng cháy: nắp xilanh, xupap… nhiệt độ
của nước tiếp tục tăng lên và khối lượng riêng nước tiếp tục giảm, nên nước nổi
10


lên trên theo đường dẫn ra khoang phía trên của két làm mát (5). Quạt gió (6)
được dẫn động bằng puly từ trục khuỷu động cơ hút khơng khí qua két. Do đó,
nước trong két được làm mát làm cho khối lượng riêng nước tăng, nước sẽ chìm
xuống khoang dưới của két và từ đây đi vào thân máy, thực hiện một vịng tuần
hồn.
Độ chênh áp lực phụ thuộc vào độ chênh lệch nhiệt độ của hai cột nước,
do đó cường độ làm mát có thể tự động điều chỉnh theo phụ tải. Khi mới khởi
động do sự chênh lệch nhiệt độ của hai cột nước nóng và nguội bé nên chênh

lệch áp lực giữa hai cột nước bé. Vì vậy, nước lưu động chậm, động cơ chóng
đạt nhiệt độ ở chế độ làm việc. Sau đó phụ tải tăng thì độ chênh lệch nhiệt độ
của hai cột nước cũng tăng theo, tốc độ lưu động của nước cũng tăng theo. Độ
chênh áp lực cũng còn phụ thuộc vào hiệu độ chênh chiều cao trung bình của hai
cột nước, do đó phải ln ln đảm bảo mức nước của thùng chứa phải cao hơn
ở nước ra của động cơ.
Tuy nhiên, hệ thống có nhược điểm là nước lưu động trong hệ thống có
vận tốc bé vào khoảng V = 0,12÷0,19 m/s. Điều đó dẫn đến chênh lệch nhiệt độ
nước vào và nước ra lớn, vì vậy mà thành xilanh được làm mát khơng đều.
Muốn khắc phục nhược điểm này thì phải tăng tiết diện lưu thông của nước
trong động cơ dẫn đến hệ thống làm mát nặng nề cồng kềnh. Do vậy, hệ thống
làm mát kiểu này khơng thích hợp cho động cơ ô tô máy kéo, mà thường được
dùng trên động cơ tĩnh tại.

2.3.3. Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức:
Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức khắc phục được nhược điểm trong
hệ thống làm mát kiểu đối lưu. Trong hệ thống này, nước lưu động do sức đẩy
cột nước của bơm nước tạo ra. Tùy theo số 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 hoàn.
11


Mỗi kiểu làm mát có những nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm, phạm vi sử
dụng khác nhau.

2.3.4.Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hồn kín một vịng:
6

5

4

3

2

1
7
11

8

10

9

Hình 2.3.4. Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hồn kín một vịng.
1- Thân máy; 2- Đường nước ra khỏi động cơ; 3- Bơm nước;
4- Ống nước nối tắt vào bơm; 5- Nhiệt kế; 6- Van hằng nhiệt; 7- Két làm mát;
8- Quạt gió; 9- Ống dẫn nước về bơm; 10- Bình làm mát dầu bơi trơn.
Trên hình (1.3.4) là hệ thống làm mát tuần hồn cưỡng bức của động cơ ơ
tơ máy kéo một hàng xilanh. Ở đây, nước tuần hoàn nhờ bơm ly tâm (3), qua
ống phân phối nước đi vào các khoang chứa của các xilanh. Để phân phối nước
làm mát đồng đều cho mỗi xilanh, nước sau khi bơm vào thân máy (1) chảy qua
ống phân phối đúc sẵn trong thân máy. Sau khi làm mát xilanh, nước lên làm
mát nắp máy rồi theo đường ống (2) ra khỏi động cơ với nhiệt độ cao rồi đến
van hằng nhiệt (6). Khi van hằng nhiệt (6) mở, một phần nước chảy qua đường
ống (4) về đường ống hút của bơm nước (3), một phần lớn nước qua van hằng
nhiệt (6) vào ngăn chứa phía trên của két nước.

12


Tiếp theo, nước từ ngăn phía trên của két đi qua các ống mỏng có gắn
cánh tản nhiệt. Tại đây, nước được làm mát bởi dịng khơng khí qua két do quạt
(8) tạo ra. Quạt được dẫn động bằng đai hay bánh răng từ trục khuỷu của động
cơ. Tại ngăn chứa phía dưới, nước có nhiệt độ thấp hơn lại được bơm nước (3)
đẩy vào động cơ thực hiện một chu kỳ làm mát tuần hoàn.
Ưu điểm của hệ thống làm mát cưỡng bức một vịng kín là nước sau khi
qua két làm mát lại trở về động cơ. Do đó ít phải bổ sung nước, tận dụng việc
trở lại nguồn nước để tiếp tục làm mát động cơ. Vì vậy, hệ thống này rất thuận
lợi đối với các loại xe đường dài, nhất là ở những vùng thiếu nguồn nước.

2.3.5. Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn hai vòng:
Trong hệ thống này, nước được làm mát tại két nước khơng phải là dịng
khơng khí do quạt gió tạo ra mà là bằng dịng nước có nhiệt độ thấp hơn, như
nước sơng, biển. Vịng thứ nhất làm mát động cơ như ở hệ thống làm mát cưỡng
bức một vòng cịn gọi là nước vịng kín. Vịng thứ hai với nước sông hay nước
biển được bơm chuyển đến két làm mát để làm mát nước vịng kín, sau đó lại
thải ra sơng, biển nên gọi là vịng hở. Hệ thống làm mát hai vòng được dùng phổ
biến ở động cơ tàu thủy.
−

13


6

5

4
3
2

8

7

1

9

10

Hình 2.3.5 Hệ thống làm mát cưỡng bức kiểu hai vịng tuần hồn
1-Đường nước phân phối; 2- Thân máy; 3- Nắp xilanh; 4- Van hằng
nhiệt;
5- Két làm mát; 6- Đường nước ra vòng hở; 7- Bơm nước vòng hở;
8- Đường nước vào bơm nước vòng hở; 9- Đường nước tắt về bơm vịng
kín; 10- Bơm nước vịng kín..
Hệ thống làm việc như sau: nước ngọt làm mát động cơ đi theo chu trình
kín, bơm nước (10) đến động cơ làm mát thân máy và nắp xilanh đến két làm
mát nước ngọt (5). Nước ngọt trong hệ thống kín được làm mát bởi nước ngồi
mơi trường bơm vào do bơm (7) qua lưới lọc, qua các bình làm mát dầu, qua két
làm mát (5) làm mát nước ngọt rồi theo đường ống (5) đổ ra ngồi mơi trường.
Khi động cơ mới khởi động, nhiệt độ của nước trong hệ thống tuần hồn
kín cịn thấp, van hằng nhiệt (4) đóng đường nước đi qua két làm mát nước ngọt.
Vì vậy, nước làm mát ở vịng làm mát ngồi, nước được hút từ bơm (7) qua két
làm mát (5) theo đường ống (6) đổ ra ngồi. Van hằng nhiệt (4) có thể đặt trên
mạch nước ngọt để khi nhiệt độ nước ngọt làm mát thấp, nó sẽ đóng đường ống

đi vào két làm mát (5). Lúc này nước ngọt có nhiệt độ thấp sau khi làm mát

14


động cơ qua van hằng nhiệt (4) rồi theo đường ống đi vào bơm nước ngọt (10)
để bơm trở lại động cơ.

15


2.3.6. Hệ thống làm mát một vòng hở:
Hệ thống làm mát kiểu này về mặt bản chất không khác nhiều so với hệ
thống làm mát cưỡng bức một vịng kín.
4

5

3

2
1

6

7

8

Hình 2.3.6. Hệ thống làm mát một vòng hở.

1-Đường nước phân phối; 2- Thân máy; 3- Nắp máy; 4- Van hằng nhiệt; 5- Đường
nước ra vòng hở; 6- Đường nước vào bơm; 7- Đường nước nối tắt về bơm; 8- Bơm
nước.
Trong hệ thống này nước làm mát là nước sông, biển được bơm (8) hút
vào làm mát động cơ, sau đó theo đường nước (5) đổ ra sông, biển. Hệ thống
này có ưu điểm là đơn giản. Tuy nhiên, ở một số kiểu động cơ nước làm mát đạt
được ở 1000C hoặc cao hơn. Khi nước ở nhiệt độ cao, nước sẽ bốc hơi. Hơi nước
có thể tạo thành ngay trong áo nước làm mát (kiểu bốc hơi bên trong) hoặc hơi
nước bị tạo ra trong một thiết bị riêng (kiểu bốc hơi bên 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
16


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.
2.3.7. Hệ thống làm mát bằng nước ở nhiệt độ cao :
Hệ thống làm mát ở nhiệt độ cao ở đây bao gồm hai hệ thống làm mát
chính là hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngoài và hệ
thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt hơi nước và nhiệt của
khí thải.
2.3.8. Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngồi:

2

3

4

5 6

p2 tra
,

p2 tvo
,

7
1

Hình 2.3.8 : 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.

17


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 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.
2.3.9. Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt của
hơi nước và nhiệt của khí thải:

1

3

2

5 6

4

7

8

9

PK > P1
p1 t1
p2

,

tra

t'ra

P1 t'1 >t1
P1

tr

10
11

p2 , t1

PK >P1

12

16

15 14

13

Hình 2.3.9: 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:

18

- Vòng 1: Bộ tách hơi (8) đến bơm tuần hoàn (14) vào động cơ (1), bộ
tăng nhiệt trước cho nước tuần hoàn (5) đến van tiết lưu (7), bộ tách hơi (8).
Nước tuần hoàn trong hệ thống tuần hoàn làm kín nhờ bơm (11) bơm lấy nước
từ bộ tách hơi với áp suất p1 đưa vào động cơ với áp suất p2. Từ động cơ nước
lưu động ra với áp suất p2 và nhiệt độ tra rồi vào bộ tăng nhiệt (5), ở đây nhiệt độ
nâng lên t’ra > tra.
Nhưng do áp suất của p2 của nước tương ứng với với nhiệt độ sôi t2> t’ra>
tra nên nước không sôi trong động cơ và cả bộ tăng nhiệt. Nước chỉ sôi ở bộ tách
hơi sau khi qua bơm tiết lưu, tại đây áp suất giảm từ p2 xuống p1 với nhiệt độ t1.
- Vòng 2: Hơi từ bộ tách hơi (8) qua bộ tăng nhiệt (4), sau đó vào tuabin
(10), rồi vào bộ ngưng tụ (11). Nước làm mát do hơi nước ngưng tụ trong bộ
phận ngưng tụ (11) được bơm (12) bơm vào buồng chứa (13) rồi qua bơm (15)
để bơm vào bộ tăng nhiệt (6), sau đó qua van điều tiết tự động (9) vào bộ tách
hơi. Nước làm mát của 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 này là: Có thể nâng cao được hiệu suất
làm việc của động cơ lên 6-7%, giảm được lượng tiêu hao hơi nước và khơng
khí làm mát, do đó ta rút gọn được kích thước bộ tản nhiệt, đốt cháy được nhiều
lưu huỳnh trong nhiên liệu này.
Tuy nhiên, hệ thống làm mát này cũng có những nhược điểm cơ bản là
nhiệt độ của các chi tiết máy cao. Do đó cần đảm bảo các khe hở công tác của
các chi tiết cũng như cần phải dùng loại dầu bơi trơn có tính chịu nhiệt tốt.
Ngoài ra đối với động cơ xăng cần phải chú ý đến hiện tượng kích nổ. Khi tăng
áp suất để nâng nhiệt độ của nước làm mát trong hệ thống, cần phải đảm bảo các
mối nối đường ống, các khe hở của bơm phải kín hơn, bộ tản nhiệt phải chắc
chắn hơn.
2.4. HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ BẰNG KHƠNG KHÍ

(GIĨ)
Hệ thống làm mát của động cơ làm mát bằng gió bao gồm ba bộ phận chủ
yếu: phiến tản nhiệt trên thân máy và nắp xilanh, quạt gió và bản dẫn gió. Hệ
thống làm mát bằng khơng khí chia làm hai loại: làm mát bằng khơng khí kiểu
tự nhiên và kiểu làm mát theo cưỡng bức (dùng quạt gió). Tùy thuộc vào đặc
điểm của từng loại động cơ mà trang bị hệ thống làm mát hợp lý.

19


2.4.1. Hệ thống làm mát bằng khơng khí kiểu tự nhiên.
Hệ thống làm mát kiểu này rất đơn giản. Nó chỉ gồm các phiến tản nhiệt
bố trí trên nắp xilanh và thân máy. Các phiến ở mặt trên nắp xilanh bao giờ cũng
bố trí dọc theo hướng di chuyển của xe, các phiến làm mát ở thân thường bố trí
vng góc với đường tâm xilanh. Đa số động cơ mơtơ và xe máy bố trí hệ thống
làm mát kiểu này.
Tuy nhiên, một vài loại xe máy đặt động cơ nằm ngang lại bố trí phiến tản
nhiệt dọc theo đường tâm xilanh để tạo điều kiện gió lùa qua rãnh giữa các phiến
tản nhiệt. Hệ thống làm mát kiểu tự nhiên lợi dụng nhiệt khi xe chạy trên đường
để lấy làm mát các phiến tản nhiệt.
Do đó, khi xe lên dốc hay chở nặng hoặc chạy chậm... thường động cơ bị
quá nóng do làm mát kém. Để khắc phục nhược điểm này người ta đưa ra
phương án làm mát bằng không khí kiểu cưỡng bức.
2.4.2. Hệ thống làm mát khơng khí kiểu cưỡng bức:
Hệ thống kiểu này có ưu điểm lớn là không phụ thuộc vào tốc độ di
chuyển của xe dù xe vẫn đứng một chỗ vẫn đảm bảo làm mát tốt cho động cơ.
Tuy nhiên, hệ thống làm mát kiểu này vẫn còn tồn tại nhược điểm là kết cấu
thân máy và nắp xilanh phức tạp, rất khó chế tạo do cách bố trí các phiến tản
nhiệt và hình dạng các phiến tản nhiệt.
Hiệu quả làm mát của hệ thống phụ thuộc nhiều về hình dạng, số lượng và

cách bố trí các phiến tản nhiệt trên thân máy và nắp xilanh.
4

6

3
2

5

1
(B)

(A)

Hình 2.4.2. Hệ thống làm mát bằng khơng khí động cơ 4 xi lanh.
(A)- Hệ thống làm mát bằng gió dùng quạt gió hướng trục.
(B)- Quạt gió hướng trục.
1- Tang trống có cánh quạt; 2- Nắp đầu trục; 3- Bulơng; 4- Trục quạt gió;
5- Tang trống có cánh dẫn; 6- Bánh đai truyền.

20


Hệ thống làm mát bằng gió kiểu cưỡng bức bao gồm ba bộ phận chủ yếu
đó là các phiến tản nhiệt trên thân máy và nắp xilanh, quạt gió và bản dẫn gió.
Nhưng quan trọng nhất là quạt gió, quạt gió cung cấp lượng gió cần thiết, có tốc
độ cao để làm mát động cơ. Quạt gió được dẫn động từ trục khuỷu cung cấp gió
với lưu lượng lớn làm mát động cơ. Để rút ngắn thời gian từ trạng thái nguội khi
khởi khởi động đến trạng thái nhiệt ổn định, quạt gió trang bị ly hợp thủy lực

hay điện từ.
Hình vẽ (A) giới thiệu hướng lưu động dịng khơng khí làm mát động cơ
bốn xilanh dung quạt gió hướng trục. Từ hình vẽ ta thấy khơng khí qua cửa hút
gió, qua quạt gió hướng trục rồi theo bản dẫn gió đi vào khu vực các phiến tản
nhiệt của các xilanh, sau đó theo ống thải thốt ra ngồi.
Nhờ có bản dẫn gió nên dịng khơng khí làm mát được phân chia đều cho
các xilanh, khiến cho nhiệt độ các xilanh tương đối đồng đều. Hơn nữa do khí có
bản dẫn gió, dịng khơng khí đi sát mặt đỉnh của các phiến tản nhiệt vì vậy có
thể nâng cao hiệu suất truyền nhiệt. Ngồi ra nhờ có bản dẫn gió, ta có thể bố trí
ưu tiên cho dịng khơng khí đến làm mát các vùng nóng nhất (xupáp thải, buồng
cháy…).
Bản dẫn gió được chế tạo bằng tơn dày 0,8 ÷ 1mm. Để tránh rung và ồn,
bản dẫn gió được cố định vào thân máy.
−

21


CHƯƠNG 3 : KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÀM
MÁT ĐỘNG CƠ TOYOTA CAMRY 2006-2011
2AZ-FE
Động cơ 2AZ-FE của TOYOTA sử dụng hệ thống làm mát bằng nước kiểu tuần
hoàn cưỡng bức dạng kín. Đây cũng là hệ thống làm mát đa số xe sedan hiện
nay.
3.1 Sơ đồ hệ thống làm mát TOYOTA CAMRY 2AZ-FE

*Cylinder head : đầu xilanh
*Bypass passage: đường ống tắt
*Cylinder block: thân xilanh
*Water pump: bơm nước

*Thermostat: van hằng nhiệt
*Reservoir tank: bình chứa nước làm mát
*Radiator: két nước
22


*Throttle body: van tiết lưu
*Heater core: dàn nóng
3.2. Ngun lí làm việc:
Khi nhiệt độ nước làm mát (NLM) nhỏ hơn nhiệt độ quy định

•

Van hằng nhiệt đóng đường ống khơng cho NLM về két nước , mở
hoàn toàn đường ống nước cho NLM về trước bơm nước.
o
Bơm nước đưa NLM vào làm mát động cơ.
Khi nhiệt độ nước làm mát (NLM) bằng nhiệt độ quy định
o

•

Van hằng nhiệt mở một phần đường ống cho NLM về két nước để
làm mát nước và mở một phần đường ống nước cho NLM về trước bơm
nước.
o
Bơm nước đưa NLM vào làm mát động cơ.
Khi nhiệt độ nước làm mát (NLM) lớn hơn nhiệt độ quy định
o

•

o

o

Van hằng nhiệt mở hồn tồn đường ống cho NLM về két nước đến
két làm mát để làm mát nước, đóng đường ống nước khơng cho NLM
về trước bơm nước.
Bơm nước đưa NLM vào làm mát động cơ.

23


3.3 Các cụm chi tiết của hệ thống làm mát động cơ TOYOTA CAMRY 2AZFE.
3.3.1. Bơm nước TOYOTA CAMRY 2AZ-FE

24


• Kết cấu và nguyên lí làm việc
Bơm nước được dẫn động bằng đai răng hoặc đai thang từ trục khuỷu của động
cơ, cấu tạo bơm nước gồm :
-Thân bơm được đúc bằng gang hoặc hợp kim nhôm , được đặt phía trước thân
máy.
-Cánh bơm được đúc bằng gang hoặc hợp kim đồng, cánh bơm được lắp trong
thân và cố định ở cuối trục bơm. Trục bơm được cố định trong thân bơm và
chuyển động trên các ổ bi. Phần đuôi trục lắp bánh công tác và đầu trục được lắp
puly để dẫn động bơm. Phớt chặn được lắp giữa bánh cơng tác và thân bơm, để
ngăn nước rị rỉ ra ngoài trục bơm.

Hoạt động của bơm : Khi trục của bơm quay dưới tác dụng của lực ly tâm, các
phân tử nước dồn từ trong ra ngoài và đẩy ra đường thải. Ở gần trục bơm tạo độ
chân không, nước từ dưới đường nạp vào chiếm chỗ và tiếp tục bị đẩy đi. Tốc độ
nước bơm vào không quá 2,5-3mm/s
• Các dạng hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa.
Trong quá trình làm việc, các chi tiết của bơm nước chịu nhiều tác dụng lý
hóa gây hư hỏng.
+ Hư hỏng:
- Rò rỉ nước qua lỗ thăm ở thân bơm và bề mặt lắp ghép thân bơm với thân
máy.
- Trục bơm bị rơ ngang do ổ bi bị hỏng.
- Ống bao kín có tác dụng ngăn ngừa dầu (mỡ) bơm trong các ổ bi với nước
làm mát, khi trục bơm quay sẽ làm mài mịn các phớt, ống bao kín làm cho khe
hở giữa trục và mặt trong của phớt tăng lên gây rò rỉ dầu (mỡ) vào nước làm mát
gây biến chất nước làm mát.
- Bánh công tác của bơm bị ăn mòn lớn, gãy vỡ.
+ Cách khắc phục, sửa chữa:
- Kiểm tra bộ phận phớt bao kín nếu hỏng phải thay thế, kiểm tra bề mặt đế
lắp phớt bao kín trên thân bơm nếu bị mịn rỗ có thể doa và mài bóng lại hoặc
doa rộng rồi đóng ống lót và mài bóng bề mặt tiếp xúc. Cần thay các roan đệm
mới giữa mặt lắp ghép thân bơm với thân máy để đảm bảo khơng rị rỉ nước.
- Thay ổ bi mới cùng tiêu chuẩn.

25