Nghiên cứu đánh giá thực trạng hệ thống làm mát xe tay ga và đề xuất giải pháp khắc phục

LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 03 năm 2016
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Trang ii


CẢM TẠ
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành, sâu sắc nhất tới PGS. TS. Đặng Thành
Trung, TS Nguyễn Văn Trạng. Đặc biệt là TS Nguyễn Văn Trạng người đã tận tình

hướng dẫn sâu sắc về mặt khoa học và quan tâm, động viên, giúp đỡ, tạo mọi điều
kiện thuận lợi cho tơi trong suốt q trình thực hiện và hoàn thành luận văn:
“Nghiên cứu đánh giá thực trạng hệ thống làm mát xe tay ga và đề xuất giải
pháp khắc phục”.
Xin chân thành cám ơn tất cả quý thầy cơ khoa Cơ khí Động lực - Trường
Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, Trường Đại học Bách khoa TP. HCM, các anh
chị học viên khóa trước, các bạn học viên cùng khóa đã tận tình giúp đỡ để em hồn
thành đề tài.
Do trình độ và điều kiện nghiên cứu có hạn nên chắc chắn đề tài cịn nhiều
thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của tất cả quý thầy cô, anh chị và
các bạn.
Xin chân thành cám ơn!
TP. HCM, ngày 20 tháng 03 năm 2016

Nguyễn Đình Trung

Trang iii

TĨM TẮT
Đề tài trình bày một dạng kết cấu hồn tồn mới của bộ tản nhiệt sử dụng
cơng nghệ truyền nhiệt bằng kênh mini. Bộ tản nhiệt cải tiến có kích thước nhỏ gọn
hơn rất nhiều so với bộ tản nhiệt ban đầu của xe, công nghệ gia công chế tạo đơn
giản với giá thành thấp hơn. Thông qua kết quả thực nghiệm, bộ tản nhiệt kênh mini
hồn tồn có thể làm tăng hiệu quả làm mát mà không làm thay đổi đến kết cấu của
xe. Kết quả cho thấy, nhiệt độ của nước ra khỏi bộ tản nhiệt kênh mini thấp hơn so
với bộ tản nhiệt ban đầu của xe từ 60C đến 80C. Ngoài ra với một số giải pháp kỹ
thuật kết hợp sẽ làm tăng được công suất và hiệu suất của động cơ. Kết quả của đề
tài khẳng định tính khả thi và tính hiệu quả của bộ tản nhiệt kênh mini khi triển khai
sử dụng trên xe gắn máy.

Từ khóa: bộ tản nhiệt, xylanh, giải nhiệt, nhiệt độ, truyền nhiệt.

Trang iv


ABSTRACT

The theme presents a completely new structural form of the radiator using
heat transfer technology with mini channels. The minichannel radiator
improvements compact size more than the initial deposit of cars, technology simple
to fabricate a lower cost. The experimental results show that the mini -channel heat
sink completely can increase cooling efficiency without making changes to the
structure of the vehicle. Results showed that the temperature of the water out of the
mini -channel heat sinks lower than the original radiator from 60C to 80C vehicle. In
addition to some technical solutions are combined will increase the capacity and
performance of the engine. Results of the study confirmed the feasibility and

effectiveness of the mini -channel heat sinks when deployed for use on motorcycles.

Keywords : water tanks , cylinders , cooling , temperature , heat transfer .

Trang v


MỤC LỤC
Trang tựa

TRANG

Quyết định giao đề tài
Xác nhận của cán bộ hướng dẫn
LÝ LỊCH KHOA HỌC ............................................................................................... i
CẢM TẠ ................................................................................................................... iii
TÓM TẮT ................................................................................................................. iv
ABSTRACT ................................................................................................................v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................. viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ......................................................................................... ix
DANH MỤC CÁC BẢNG....................................................................................... xii
Chƣơng 1 ....................................................................................................................1
TỔNG QUAN ............................................................................................................1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài .....................................................................................1
1.2. Tổng quan kết quả nghiên cứu liên quan ...........................................................2
1.3. Mục đích của đề tài.............................................................................................9
1.4. Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài ...............................................................9
1.5. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................10
1.6. Kết cấu của đề tài .............................................................................................10
Chƣơng 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..........................................................................11

NHIỆT ĐỘNG HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG – LÝ THUYẾT TRUYỀN
NHIỆT ......................................................................................................................11
2.1. Nhiệt động học động cơ đốt trong. ...................................................................11
2.1.1Các khái niệm cơ bản ...............................................................................11
2.1.2.Chu trình lý tưởng tổng quát của động cơ đốt trong. ..............................11
2.1.3.Xác định lượng nhiệt từ động cơ truyền cho hệ thống làm mát ..............14
2.2. Lý thuyết truyền nhiệt ......................................................................................15

Trang vi


CHƢƠNG 3 : ...........................................................................................................19
THỰC TRẠNG HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT .............................19
TRÊN ĐỘNG CƠ XE TAY GA – ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC .......19
3.1. Mục đích và yêu cầu thống làm mát trên động cơ. ..........................................19
3.1.1.Mục đích của hệ thống làm mát ..............................................................19
3.1.2.Yêu cầu của hệ thống làm mát ................................................................20
3.2. Hệ thống làm mát trên động cơ xe tay ga. ........................................................20
3.3. Thực trạng và hiệu quả của hệ thống làm mát trên động cơ xe tay ga .............30
3.4. Đề xuất giải pháp khắc phục ............................................................................33
Chƣơng 4 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................34
4.1. Thiết kế két nước kênh mini .............................................................................34
4.2. Thiết lập hệ thống thí nghiệm và kết quả thực tế khi thay đổi mẫu két nước ..36
4.2.1.Thí nghiệm đánh giá khả năng tản nhiệt của hai mẫu két nước........ ......48
4.2.2.Thí nghiệm so sánh tiêu hao nhiên liệu khi thay đổi mẫu két nước........ 48
4.2.3.Thí nghiệm đo Moment, công suất động cơ khi thay đổi mẫu két nước. 52
CHƢƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................55
5.1. Kết luận ............................................................................................................55
5.2. Kiến nghị ..........................................................................................................55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................56

Trang vii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ac

:

diện tích mặt cắt, m2

BTĐN

:

bộ trao đổi nhiệt

Dh

:

đường kính quy ước, m

F

:

hệ số ma sát Fanning

H

:

hệ số tỏa nhiệt đối lưu, W/m2K

k

:

hệ số truyền nhiệt tổng, W/m2K

L

:

chiều dài kênh mini, m

m

:

lưu lượng khối lượng, kg/s

NTU

:

chỉ số truyền nhiệt đơn vị (Number of Transfer Unit)

Nu

:

chỉ số Nusselt

p

:

áp suất, Pa

P

:

đường kính ướt, m

Q

:

lượng nhiệt truyền qua thiết bị, W

q

:

mật độ dòng nhiệt, W/m2

Re

:

chỉ số Reynolds

T

:

nhiệt độ, K



:

độ nhớt động lực học, Ns/m2



:

khối lượng riêng, kg/m3



:

hệ số dẫn nhiệt, W/m K



:

vận tốc, m/s



:

hiệu suất



:

chỉ số hoàn thiện, W/kPa

T

:

nhiệt độ chênh lệch, K

p

:

tổn thất áp suất, Pa

Trang viii

DANH MỤC CÁC HÌNH

HÌNH

TRANG

Hình 1.1: Sự phân bố năng lƣợng trong xe .............................................................2
Hình 1.2: So sánh tính năng của áo nƣớc làm mát trên động cơ ..........................3
Hình 1.3: Mẫu thiết kế hình học áo nƣớc đầu xylanh ...........................................4
Hình 1.4: Mật độ dịng nhiệt tập trung trên đầu xylanh .......................................4
Hình 1.5: Hình vành khuyên gắn trên một xilanh .................................................5
Hình 1.6: Tốc độ truyền nhiệt phụ thuộc vào vận tốc của xe................................5
Hình 1.7: Khoảng cách giữa các cánh tản nhiệt .....................................................6
Hình 1.8: Hệ thống làm mát bằng gió cƣỡng bức ..................................................7
Hình 1.9: Mơ hình thực nghiệm đánh giá đặc tính tản nhiệt của hai mẫu két
nƣớc ...........................................................................................................................7
Hình 1.10: Hình ảnh nhiệt độ đầu ra áo nƣớc xẻ rãnh và không xẻ rãnh ...........8
ở nhiệt độ 500 0C và lƣu lƣợng nƣớc 1000 ml/phút. ..............................................8
Hình 2.1:Đồ thị P-V và T-s chu trình lý thuyết động cơ đốt trong cấp nhiệt
đẳng tích ...................................................................................................................12
Hình 3.1: Bố trí khoang động cơ và quạt gió cƣỡng bức đối với hệ thống làm
mát bằng gió.............................................................................................................20
Hình 3.2: Luồng khơng khí thổi cƣỡng bức vào làm mát động cơ .....................21
Hình 3.3: Cấu tạo hệ thống làm mát tuần hoàn cƣỡng bức một vịng kín.........21
Hình 3.4: Cấu tạo của hệ thống làm mát xe Nouvo LX 135cc ............................22
Hình 3.5: Cấu tạo bộ tản nhiệt của xe Nouvo LX ................................................23
Hình 3.6: Cấu tạo bơm nƣớc xe Nouvo LX ..........................................................24
Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm mát xe Nouvo LX ................................25

Hình 3.8: Bơm ly tâm ..............................................................................................26
Hình 3.9: Cấu tạo của két nƣớc ............................................................................27
Hình 3.10: Cấu tạo của nắp két nƣớc ....................................................................28

Trang ix


Hình 3.11: Nắp két nƣớc đƣợc tháo ra từ cổ rót nƣớc vào ở bộ tản nhiệt.........28
Hình 3.12: Cổ rót nƣớc của bộ tản nhiệt...............................................................29
Hình 3.13: Van hằng nhiệt......................................................................................29
Hình 3.14: Phần thùng yên thiết kế rộng rãi ........................................................30
Hình 3.15: Kết cấu hệ thống làm mát xe Shi 150cc ..............................................31
Hình 3.16: Khoang động cơ của các dòng xe tay ga đƣợc thiết kế bao kín .......32
Hình 3.17: Giải pháp thay thế két nƣớc mới ........................................................33
Hình 3.18: Giải pháp thay thế quạt gió cƣỡng bức ..............................................33
Hình 4.1: Bản vẽ thiết kế bộ tản nhiệt kênh mini................................................35
Hình 4.2: Mẫu thí nghiệm .....................................................................................35
Hình 4.3: Két nƣớc cũ của xe Nouvo LX ..............................................................35
Hình 4.4: Hệ thống thí nghiệm ...............................................................................36
Hình 4.5: Mơ hình két nƣớc cải tiến ......................................................................36
Hình 4.6: Mơ hình bố trí thí nghiệm. ....................................................................37
Hình 4.7: Cơng tắc nhiệt thời gian........................................................................38
Hình 4.8: Q trình thực hiện kiểm tra sự thay đổi nhiệt độ qua két nƣớc ......38
Hình 4.9: Đồ thị biểu diễn nhiệt độ nƣớc làm mát vào hai mẫu két nƣớc không
sử dụng quạt làm mát .............................................................................................41
Hình 4.10: Đồ thị biểu diễn nhiệt độ nƣớc làm mát ra khỏi hai mẫu két nƣớc
không sử dụng quạt làm mát..................................................................................43
Hình 4.11: Đồ thị biểu diễn nhiệt độ nƣớc làm mát vào hai mẫu két nƣớc có sử
dụng quạt làm mát ..................................................................................................45
Hình 4.12: Đồ thị biểu diễn nhiệt độ nƣớc làm mát ra khỏi hai mẫu két nƣớc có

sử dụng quạt làm mát .............................................................................................47
Hình 4.13: Mơ hình bố trí thí nghiệm đo tiêu hao nhiên liệu đối với hai mẫu két
nƣớc .........................................................................................................................48
Hình 4.14: Đồ thị biểu thị suất tiêu hao nhiên liệu cho hai mẫu két nƣớc ........51
Hình 4.15: Mơ hình bố trí thí nghiệm đo kiểm tra moment, công suất động cơ
.......... .........................................................................................................................52

Trang x


Hình 4.16: Đồ thị biểu thị sự thay đổi momet động cơ ở chế độ thử 20% tải cho
hai mẫu két nƣớc .....................................................................................................52
Hình 4.17: Đồ thị biểu thị sự thay đổi công suất động cơ ở chế độ thử 20% tải
cho hai mẫu két nƣớc .......... ...................................................................................53
Hình 4.18: Đồ thị biểu thị sự thay đổi momet động cơ ở chế độ thử 30% tải cho
hai mẫu két nƣớc .....................................................................................................53
Hình 4.19: Đồ thị biểu thị sự thay đổi công suất động cơ ở chế độ thử 30% tải
cho hai mẫu két nƣớc .......... ...................................................................................54

Trang xi


DANH MỤC CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 4.1. Dụng cụ đo và độ chính xác .....................................................................37
Bảng 4.2. Số liệu nhiệt độ nước vào két làm mát (trường hợp 1) ............................39
Bảng 4.3. Số liệu nhiệt độ nước ra khỏi két làm mát (trường hợp 1) .......................41

Bảng 4.4. Số liệu kết quả kéo dài thí nghiệm cho hai mẫu két nước .......................43
Bảng 4.5. Số liệu nhiệt độ nước vào két làm mát (trường hợp 2) ............................44
Bảng 4.6. Số liệu nhiệt độ nước ra khỏi két làm mát (trường hợp 2) ......................46
Bảng 4.7. Số lệu đo mức tiêu hao nhiên liệu khi xe dùng mẫu két nước nguyên bản.
...................................................................................................................................49
Bảng 4.8. Mức tiêu hao nhiên liệu trung bình khi xe dùng mẫu két nước nguyên
bản............................................................................................................................. 49
Bảng 4.9. Số lệu đo mức tiêu hao nhiên liệu xe dùng mẫu két nước kênh tản nhiệt
mini. .......................................................................................................................... 50
Bảng 4.10. Mức tiêu hao nhiên liệu trung bình xe dùng mẫu két nước kênh tản nhiệt
mini........................................................................................................................... 50

Trang xii


Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Ở Việt Nam, xe máy là phương tiện giao thông cá nhân không thể thiếu. Theo
thống kê của cục đường bộ hiện tại trên tồn quốc có khoảng 40 triệu xe máy ( đăng ký
lưu hành và không đăng ký lưu hành). Đối với loại phương tiện giao thông này đáp ứng
đến 90% nhu cầu đi lại của người dân. Tuy nhiên, do không phân biệt được sự khác nhau
giữa các hệ thống làm mát trên xe máy, đa phần người sử dụng bỏ qua việc theo dõi nhiệt
độ động cơ cho tới khi cơng suất của động cơ giảm thì người sử dụng mới đem xe đi bảo
dưỡng.
Công suất nhỏ, kết cấu thống, động cơ tiếp xúc trực tiếp với khí trời, đa phần xe
số sử dụng hệ thống làm mát bằng gió. Xe chuyển động, khơng khí đối lưu với tốc độ cao
thổi vào động cơ. Người sử dụng không phải lưu tâm tới vấn đề động cơ nóng. Hiện tại
các thành phố lớn, xe ga ngày càng được ưa chuộng nhờ kiểu dáng đẹp, hệ thống truyền

động vô cấp cho phép người sử dụng không cần sang số khi tăng tốc. Để có những ưu
điểm đó thì kết cấu xe tay ga cũng có nhiều khác biệt so với xe số. Tồn bộ thân động cơ
bao kín giành khoảng khơng cho việc bố trí tiện nghi trên xe (như thùng đựng đồ, cốp xe,
gác để chân…), tốc độ lưu thơng khơng khí thấp dù xe chuyển động ở tốc độ cao. Ngoài
ra, hầu hết xe tay ga đều sử dụng hệ truyền động vô cấp. So với loại truyền động xích trên
xe số thì hệ thống này tạo ra nhiều nhiệt hơn. Nhà sản xuất thường lựa chọn một trong hai
giải pháp: dùng quạt thổi gió cưỡng bức vào động cơ hoặc thiết kết hệ thống làm mát
bằng dung dịch. Với kiểu thổi gió cưỡng bức, động cơ truyền cơng suất làm quay quạt.
Khơng khí từ bên ngồi được hút vào, chạy theo các đường hướng gió làm mát thân máy.
Động cơ chạy thì quạt quay. Kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống làm mát cưỡng
bức này đơn giản. Tuy nhiên, cách làm mát này đã có từ lâu, động cơ chạy khơng êm
bằng loại sử dụng hệ thống làm mát bằng dung dịch trên một số dòng xe đời mới như: Air
Blade, SH, Lead, Nouvo LX… Hệ thống làm mát bằng dung dịch trên xe gắn máy không
Trang 1


giống như ơtơ, bình chứa nước phụ trên xe máy thường ở vị trí khuất, rất khó theo dõi để
chủ động châm thêm dung dịch làm mát trong khi vai trò lại rất quan trọng. Sau thời gian
sử dụng động cơ rất nóng làm cho nhiệt độ động cơ tăng lên, cơng suất làm việc động cơ
giảm, có thể dẫn đến cháy xe hoặc bó kẹt piston vào thành xylanh.
Bộ tản nhiệt của các dòng xe tay ga làm mát bằng dung dịch sau một thời gian hoạt
động thường bị đóng cặn, các cánh tản nhiệt bị hỏng. Do đó, Bộ tản nhiệt không thể bảo
dưỡng, phục hồi trạng thái tản nhiệt ổn định mà cần thay mới, chi phí sửa chữa tăng.
Vì lý do đó người thực hiện chọn đề tài “Nghiên cứu đánh giá thực trạng hệ
thống làm mát xe tay ga và đề xuất giải pháp khắc phục” nhằm mục đích tăng hiệu
suất làm mát động cơ, giúp động cơ tăng công suất làm việc, làm việc ổn định, kéo dài
tuổi thọ động cơ.
1.2. Tổng quan kết quả nghiên cứu liên quan
Xuất phát từ quá trình làm việc của động cơ đốt trong, nhiệt truyền cho các chi tiết
máy tiếp xúc với khí cháy (piston, xéc măng, nấm xupap, thành xylanh) chiếm khoảng

25%  35% nhiệt lượng do nhiên liệu cháy trong buồng cháy tỏa ra. Vì vậy các chi tiết
thường bị đốt nóng mãnh liệt: nhiệt độ đỉnh piston có thể lên tới 600o C, nhiệt độ nấm
xupap có thể lên tới 900oC. Hình 1.1 thể hiện sự phân bố năng lượng trên xe. Trong đó
bao gồm 30% là tải nhiệt làm mát, 35% là tải nhiệt theo khí thải và 35% là năng lượng
nhiệt có ít [1]

Hình 1.1: Sự phân bố năng lƣợng trong xe [1]
Trang 2


 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Khot và Santosh [2] đã sử dụng phần mềm mô phỏng số học CFD để đánh giá và so
sánh tính năng của hai áo nước làm mát khác nhau của động cơ Diesel 6 xylanh thẳng
hàng. Từ phân tích cho thấy rằng mơ hình 2 có vận tốc ở đầu áo nước được cải thiện và
tổn thất áp suất giảm đã được trình bày ở hình 1.2.

Hình 1.2: So sánh tính năng của áo nƣớc làm mát trên động cơ
Qingzhao wang [3] đã trình bày và phân tích sự phân bố áp suất, vận tốc, hệ số
truyền nhiệt và nhiệt độ cho áo nước ở đầu xylanh. Kết quả phân tích cho thấy rằng nước
làm mát trong đầu xylanh đã thực hiện phân phối lưu lượng dòng chảy tốt và sự phân phối
áp suất tương đối chấp nhận được. Sự bố trí của các phần trong đầu xylanh đã cung cấp sự
tác động cần thiết để tăng khả năng làm mát trong vùng nguy hiểm, như là xupap thải,
kim phun nhiên liệu. Vì vậy các chi tiết nóng sẽ khơng q nóng để phá hủy. Mẫu thiết kế
hình học áo nước đầu xylanh của nghiên cứu thể hiện ở hình 1.3.

Trang 3


Hình 1.3: Mẫu thiết kế hình học áo nƣớc đầu xylanh
Một phân tích trạng thái truyền nhiệt ổn trên phần đầu xylanh đã được thực hiện bởi

Andrew powell [4] tải nhiệt của mật độ dòng nhiệt tập trung trên đầu xylanh với phương
thức truyền nhiệt đối lưu từ khơng khí phía trên cánh tản nhiệt đầu xylanh và màng dầu
trên các bộ phận trục khuỷu. Mật độ dòng nhiệt tập trung trên đầu xylanh đã được thể
hiện trong hình 1.4.

Hình 1.4: Mật độ dòng nhiệt tập trung trên đầu xylanh
Trang 4


Paul cùng cộng sự [5] đã nghiên cứu việc dùng khơng khí để giải nhiệt cho xylanh
động cơ bằng cách giả định tập hợp các cánh là hình vành khuyên gắn trên một xilanh
được thể hiện ở hình 1.5 .

.
Hình 1.5: Hình vành khun gắn trên một xilanh
Mơ phỏng số đã được thực hiện để xác định các đặc tính truyền nhiệt của các thông
số cánh khác nhau như: cánh, độ dày cánh, sự thay đổi vận tốc dịng khơng khí khi độ dày
của cánh tăng lên. Khoảng cách giữa các cánh giảm dần, ảnh hưởng đến quá trình tạo rối
giúp tăng sự truyền nhiệt. Số lượng cánh lớn tương ứng độ dày cánh nhỏ để giải nhiệt cho
xe phân khối lớn thì dùng khá phổ biến, kết quả làm cho khả năng trao đổi nhiệt cao hơn.

Hình 1.6: Tốc độ truyền nhiệt phụ thuộc vào vận tốc của xe
Trang 5


Pulkit cùng cộng sự [6] đã nghiên cứu sự truyền nhiệt bằng phương pháp mô phỏng
số CFD. Tốc độ truyền nhiệt phụ thuộc vào vận tốc của xe, hình dạng cánh tản nhiệt và
nhiệt độ xung quanh. Ở vận tốc 40km/h, 60km/h và 72km/h hệ số truyền nhiệt đã được
tính tốn từ giá trị dịng nhiệt 724W, 933.56W và 1123.03W tương ứng được mơ phỏng
qua hình 1.6.

Masao cùng cộng sự [7] đã nghiên cứu ảnh hưởng của số lượng cánh, khoảng cách
cánh và tốc độ gió làm mát bằng khơng khí cho xylanh động cơ xe máy. Kết quả cho thấy
rằng nhiệt tỏa ra từ xylanh không được cải thiện khi thân xylanh có quá nhiều cánh và
khoảng cách giữa các cánh quá hẹp tại những tốc độ gió quá thấp, do vậy mà nhiệt độ
giữa chúng sẽ tăng lên. Ngồi ra kích thước cánh tối ưu khi xe đứng yên là 20mm và khi
xe di chuyển là 8mm được thể hiện như hình 1.7.

Hình 1.7: Khoảng cách giữa các cánh tản nhiệt
Nhiệt độ dầu động cơ có thể được điều khiển bằng cách cải tiến thiết kế phù hợp
trong hệ thống làm mát đã được thực hiện bởi Singh cùng cộng sự [8] thể hiện rõ trong
hình 1.8. Kết quả cho thấy rằng tấm ngăn trên nắp máy sau khi cải tiến đã làm cho nhiệt
độ dầu giảm khoảng 7oC, tiếp tục cải tiến thiết kế nắp máy để dịng chảy trực tiếp trên
thân máy thì nhiệt độ dầu giảm 12,5oC. Thêm vào đó, sau khi thiết kế lại các cánh quạt ly
tâm thì nhiệt độ dầu giảm tổng thể khoảng 24oC.
Trang 6


Hình 1.8: Hệ thống làm mát bằng gió cƣỡng bức
 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc
Theo kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả PGS- TS Đặng Thành Trung[9], Trần
Ngọc Tân, đề tài luận văn Thạc sỹ của tác giả Não Minh DaLy[10] đã nghiên cứu về đặc
tính truyền nhiệt và dòng chảy lưu chất cho những bộ tản nhiệt micrơ có kênh hình chữ
nhật. Kết quả thực nghiệm lẫn mô phỏng số học kiểm chứng trong cùng điều kiện thí
nghiệm cho thấy đặc tính truyền nhiệt của bộ tản nhiệt kênh mini tốt hơn. Tuy nhiên, kết
quả nghiên cứu là cơ sở bước đầu có thể áp dụng cơng nghệ truyền nhiệt mini/micrô tăng
hiệu quả làm mát cho động cơ đốt trong.

Hình 1.9: Mơ hình thực nghiệm đánh giá đặc tính tản nhiệt của hai mẫu két nƣớc.
Trang 7

Tác giả Huỳnh Tấn Đạt [11] đã nghiên cứu và chế tạo thành công áo nước xylanh sẻ
rãnh làm tăng hiệu quả làm mát. Trong nghiên cứu tác giả đã sử dụng phương pháp thực
nghiệm và mô phỏng số học để đánh giá. Kết quả mô phỏng cho thấy nhiệt độ trung bình
phía ngồi của áo nước xylanh xẻ rãnh thấp hơn 50C so với nhiệt độ trung bình phía ngồi
của áo nước xylanh khơng xẻ rãnh. Tuy nhiên, theo tác giả [nghiên cứu này chỉ tập trung
vào nghiên cứu các đặc tính truyền nhiệt chứ khơng nghiên cứu về cơ tính của xylanh khi
xẻ rãnh].

Hình 1.10: Hình ảnh nhiệt độ đầu ra áo nƣớc xẻ rãnh và không xẻ rãnh
ở nhiệt độ 500 0C và lƣu lƣợng nƣớc 1000 ml/phút.
 Điểm mới của đề tài
Một số đề tài trên thế giới có tính ứng dụng rất cao và đã được đưa vào cuộc sống. Ở
Việt Nam, về tình hình nghiên cứu giải nhiệt két nước và áo nước trên xe ơ tơ cũng như
xe máy rất ít nhà nghiên cứu đã đề cập vấn đề này và công bố kết quả trên các nguồn dữ
liệu chính thống. Một số đề tài nghiên cứu trong nước cũng đã đề cập đến đặc tính truyền
nhiệt và dịng chảy lưu chất cho những bộ tản nhiệt micrô bằng phần mềm mô phỏng số
học cũng như thực nghiệm trong phịng thí nghiệm. Tuy nhiên, điểm hạn chế của các đề
tài nêu trên là:
Trang 8


- Các đề tài chỉ tập trung nghiên cứu về đặc tính truyền nhiệt và dịng chảy của bộ
tản nhiệt mini trên cùng điều kiện trong phịng thí nghiệm chưa sát với điều kiện vận hành
thực tế của xe, đặc biệt trong điều kiện cơ sở hạ tầng giao thông ở nước ta.
- Việc thiết kế bộ tản nhiệt, một số tác giả chưa tính tốn thiết kế van khơng khí và
van cân bằng áp suất.
- Cơ sở lý thuyết để xác định thể tích cũng như kích thước của bộ tản nhiệt chưa
thuyết phục.
Điểm mới của đề tài:

- Nghiên cứu và chế tạo thành công bộ tản nhiệt kênh mini có kết cấu và chức
năng giống như bộ tản nhiệt trên thị trường.
- Đưa ra cơ sở lý thuyết nền tảng để xác định kích thước, thể tích cũng như số
kênh mini của bộ tản nhiệt.
- Kết hợp nhiều giải pháp, thay thế bộ tản nhiệt kênh mini cho bộ tản nhiệt
nguyên bản nhằm tăng hiệu quả làm mát, tăng công suất động cơ.
- Nghiên cứu đánh giá về đặc tính tản nhiệt và dịng chảy lưu chất trên điều kiện
vận hành thực tế của động cơ. Đặc biệt, ứng dụng thành công bộ tản nhiệt kênh mini
trên xe Nouvo LX 135cc.
1.3. Mục đích của đề tài
Đề tài này tập trung nghiên cứu đánh giá thực trạng hệ thống làm mát của động cơ
xe tay ga. Đưa ra giải pháp khắc phục để làm tăng hiệu suất làm mát, tăng hiệu suất nhiệt
cho động cơ. Giúp động cơ tăng công suất làm việc, hoạt động ổn định, kéo dài tuổi thọ
động cơ. Kiểm nghiệm thực tế động cơ xe Novou LX 135cc.
1.4. Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài
Tập trung nghiên cứu đánh giá quá trình trao đổi nhiệt ở két nước và thành xylanh
trên xe ô tô và xe gắn máy liên quan.
Đánh giá thực trạng hệ thống làm mát của động cơ xe tay ga. Đưa ra giải pháp khắc
phục để làm tăng hiệu suất làm mát, tăng hiệu suất nhiệt, công suất cho động cơ và thực
nghiệm trên động cơ xe Nouvo LX 135cc.
Nghiên cứu này thực hiện ở điều kiện truyền nhiệt ổn định, nắp máy không đổi.

Trang 9


1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Tổng quan các kết quả thí nghiệm liên quan tới giải pháp thay đổi két nước với kênh
tản nhiệt mini.
Phương pháp thực nghiệm: về việc thay đổi két nước với kênh tản nhiệt mini và thay
đổi các giải pháp làm tăng hiệu quả làm mát.

So sánh kết quả.
1.6. Kết cấu của đề tài
Đề tài gồm có : 5 Chƣơng
Chƣơng I : Tổng quan
Chƣơng II: Cơ sở lý thuyết
Chƣơng III: Đánh giá thực trạng hiệu quả của hệ thống làm mát
trên động cơ xe tay ga – Đề xuất giải pháp khắc phục.
Chƣơng IV: Kết quả và thảo luận.
Chƣơng V: kết luận và kiến nghị
TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 10


Chƣơng 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

NHIỆT ĐỘNG HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
LÝ THUYẾT TRUYỀN NHIỆT
2.1. Nhiệt động học động cơ đốt trong.
2.1.1Các khái niệm cơ bản
- Chu trình cơng tác: khi động cơ làm việc trong xilanh động cơ phải thực hiện các
q trình nạp mơi chất mới, nén môi chất, cháy – giãn nở sinh công và thải sản vật cháy ra
ngồi. Các q trình này được diễn ra theo một trình tự nhất định, lặp đi lặp lại và có tính
chu kỳ. Tổng hợp các q trình trên, hình thành nên chu trình cơng tác hay chu trình làm
việc thực tế của động cơ đốt trong.
Chu trình cơng tác của động cơ có thể được thực hiện trong hai vòng quay trục
khuỷu, một vòng quay trục cam hay bốn hành trình của piston đối với động cơ 4 kỳ hoặc
một vòng quay trục khuỷu, tức là hai hành trình của piston đối với động cơ 2 kỳ.
- Chu trình lý tƣởng: trong động cơ đốt trong, quá trình chuyển biến từ nhiệt năng
(do đốt cháy nhiên liệu ở dạng hố năng) sang cơ năng (cơng cơ học) của động cơ rất

phức tạp.
Chu trình lý tƣởng: là một chu trình kín, thuận nghịch trong đó khơng có một tổn
thất năng lượng phụ nào ngoài tổn thất do nhả nhiệt cho nguồn lạnh. Đặc điểm chính của
chu trình lý tưởng là:
Mơi chất cơng tác trong chu trình là lý tưởng.
Lượng mơi chất dùng trong chu trình khơng thay đổi. trong chu trình khơng có các
q trình thay đổi mơi chất.
Các quá trình nén và giãn nở là những quá trình đoạn nhiệt.
Quá trình cháy được thay bằng quá trình cấp nhiệt Q1 từ nguồn nóng và q trình
nhả nhiệt cho nguồn lạnh được thay bằng quá trình nhả nhiệt Q2 từ mơi chất tới nguồn
lạnh.
2.1.2. Chu trình lý tƣởng tổng quát của động cơ đốt trong.
Tham khảo nguồn tài liệu [12]Nguyễn Văn Trạng Động cơ đốt trong 1. NXB Đại
học sư phạm kỹ thuật T.P Hồ Chí Minh, 2005, tr. 119 – tr.122.

Trang 11


Chu trình lý tưởng tổng quát của động cơ đốt trong được thể hiện trên hai đồ thị P V và T – S gồm các quá trình sau:
b/ Chu trình lý thuyết:
Để tiện cho việc nghiên cứu ta dựa vào các giả thuyết sau:
- Môi chất được xem là khí lý tưởng.
- Các q trình là thuận nghịch.
- Q trình cháy là quá trình cấp nhiệt.
- Quá trình thải là quá trình nhả nhiệt.
- Quá trình nạp và thải triệt tiêu nhau về công, hệ được coi là hệ kín.

Hình 2.1: Đồ thị p-v và T-s chu trình lý thuyết động cơ đốt trong cấp nhiệt đẳng tích.
*Các quá trình:
1-2: quá trình nén đoạn nhiệt (gồm nhiên liệu và khơng khí)

2-3: q trình cấp nhiệt (q1) đẳng tích (q trình cháy)
3-4: quá trình giãn nở đoạn nhiệt
4-1: quá trình nhả nhiệt (q2) đẳng tích (q trình thải)
Hiệu suất nhiệt :
Ta có  t = 1 -

|q
q

2

(2.1)

1

Các đại lượng đặc trưng của chu trình gồm:
Trang 12


v = ɛ tỉ số nén
v
p
= λ tỉ số tăng áp khi cấp nhiệt
p
1

2

3

2

Mà q1 = Cv .(T3 – T2 )
q2 = Cv .(T4 – T1 )
Từ (2.1)   t = 1 -

Cv.(T4 - T1 )
Cv.(T3 - T2)

(T4 - T1 )

=1-

(T3 - T2 )

Quá trình 1 – 2: đoạn nhiệt
k 1

v 
Ta có : T =  1 
T  v 2 
1

2

 T2 = T 1 . ɛ

k -1

Q trình 2 – 3: đẳng tích

Ta có :

T
T

3

p
p

=

2

3
2

 T3 = T 2 . λ = T 1 . ɛ

k -1

.λ

Q trình 3 – 4: đoạn nhiệt
k 1

v 
Ta có T =  3 
T  v 4 
4

3

 T4 = T 3 .

1



k 1

k 1

v 
=  2
 
 v1 

= T1 . ɛ

k -1

. λ.

1



k 1

 T4 = T 1 . λ

Do đó
q1 = Cv .(T3 – T2 ) = Cv .( T1. ɛ k -1. λ - T1. ɛ k -1) = Cv . T1. ɛ k -1.(λ – 1)
q2 = Cv .(T4 – T1 ) = Cv .( T1. λ – T1) = Cv .T1 .(λ – 1)
Vậy
t= 1 -



 1
=1.(  1)

k 1

Trang 13

1



k 1

(2.2)


Nhận xét: Hiệu suất nhiệt của chu trình phụ thuộc vào tỉ số nén ɛ và chỉ số đoạn
nhiệt k. Tăng ɛ thì  t sẽ tăng lên.
2.1.3. Xác định lƣợng nhiệt từ động cơ truyền cho hệ thống làm mát
Nhiệt độ từ động cơ truyền cho nước làm mát có thể coi gần bằng số nhiệt lượng

đưa qua bộ tản nhiệt truyền vào khơng khí, lượng nhiệt truyền cho hệ thống làm mát của
động cơ xăng chiếm khoảng 20 ÷ 30% tổng số nhiệt lượng do nhiên liệu toả ra. Nhiệt
lượng Qlm có thể tính theo cơng thức kinh nghiệm sau đây:
Qlm = q’lm Ne, (J/s)

(2.3)

Trong đó: q’lm- Lượng nhiệt truyền cho nước làm mát ứng một đơn vị công suất
trong 1 đơn vị thời gian (J/kW.s);
Đối với động cơ xăng:
q’lm = 1263 ÷ 1360 J/kW.s (1300 ÷ 860 kcal/ml.h)
Có trị số Qlm, ta có thể xác định được lượng nước Glm tuần hoàn trong hệ thống trong
1 đơn vị thời gian:
(2.4)
Trong đó :
Cn - Tỷ nhiệt của nước làm mát (J/kg.độ );
Nước: Cn = 4187 J/kg.độ (1,0 kcal/kg.độ );
Êtylen glycon Cn= 2093J/kg.độ (0,5kcal/kg. độ);
∆tn - Hiệu nhiệt độ nước vào và ra bộ tản nhiệt.
Tính tốn hệ thống làm mát thường tính ở chế độ cơng suất cực đại.
 Tính tốn sự truyền nhiệt của két nƣớc
Sự truyền nhiệt từ nước ra khơng khí là sự truyền nhiệt từ môi chất này đến môi chất
khác qua thành mỏng. Như vậy q trình truyền nhiệt có thể phân ra làm ba giai đoạn ứng
với ba phương trình truyền nhiệt sau:
 Từ nước đến mặt thành ống bên trong:
Qlm = α1. F1. (tn – ts1),
 Qua thành ống :
Trang 14

(J/s)

(2.5)