Bài giảng Kết cấu động cơ đốt trong - Chương V: Hệ thống làm mát

CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT CHƯƠNG 5 : HỆ THỐNG LÀM MÁT 1 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT 5.1.1Mục đích_ý nghĩa. - Trong quá trình làm việc của động cơ đốt trong, nhiệt truyền cho các chi tiết máy tiếp xúc với khí cháy (pittông, xecmăng, xupap, nắp xylanh, thành xylanh) chiếm khoảng 25  35% nhiệt lượng do nhiên liệu cháy trong buồng cháy toả ra. Vì vậy các chi tiết đó thường bị đốt nóng mãnh liệt: nhiệt độ đỉnh pittông có thể lên đến 6000C, còn nhiệt 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 vững và tuổi thọ của chúng. + Do nhiệt độ cao, độ nhớt của dầu bôi trơn giảm nên tổn thất ma sát tăng. + Có thể gây kẹt bó pittông trong xylanh do hiện tượng giãn nở nhiệt. + Giảm hệ số nạp. + Đối với động cơ xăng, dễ phát sinh hiện tượng cháy kích nổ. 2 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT 5.1.2 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 không 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 vòng tuần hoàn và kiểu tuần hoàn, người ta chia hệ thống làm mát thành các loại: một vòng tuần hoàn kín, một vòng tuần hoàn hở, hai vòng tuần hoàn (trong đó có một vòng kín, một vòng hở). Dưới đây lần lượt giới thiệu hệ thống làm mát nói trên. 3 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT 5.2 HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC 5.2.1 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi - Hê 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 có hai phần: phần khoang chứa nước làm mát của thân máy và phần thùng chứa nước bốc hơi lắp với thân. 4 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT 5.2.2 Hệ thống làm mát bằng nước, kiểu đối lưu tự nhiên - Trong hệ thống làm mát bằng phương pháp đối lưu tự nhiên, nước lưu động tuần hoàn nhờ độ chênh áp lực hai cột nước nóng và nước lạnh. - Độ chênh áp được tính theo công thức sau:  = ght, N/m2 (*) trong đó:  - khối lượng riêng của 3 nước (kg/m ); h – hiệu của chiều cao trung bình của hai cột nước nóng và lạnh (m);  - hệ số giản nở của nước 3 3 0 0,00018m /m C; t – độ chênh nhiệt độ của hai cột nước nóng và nước lạnh. 5 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT Trên thực tế  có giá trị bé, do chiều cao h bị hạn chế bởi kết cấu và bố trí chung nên nhược điểm của kiểu làm mát bằng đối lưu tự nhiên là vận tốc của nước bé: khi h = 0,2  0,5m; t = 200C thì  = 7  17,65 N/m2 và vận tốc nước lưu động  = 0,12  0,19 m/s. Điều đó dẫn đến chênh lệch nhiệt độ của nước vào và nước ra lớn, vì vậy mà thành xylanh được làm mát không đều. 6 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT 5.2.3 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu tuần hoàn cưỡng bức 7 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT - Nước làm mát từ thân động cơ lên nắp xylanh qua các ống đến van điều nhiệt. Nước từ van điều nhiệt được chia ra hai dòng: một ra két làm mát qua bơm ly tâm; một tuần hoàn trở lại động cơ. Sự phân chia lưu lượng cho các dòng này phụ thuộc vào nhiệt độ của nước làm mát và do van điều nhiệt tự động điều chỉnh, ống dẫn không khí và hơi nước khi động cơ bị nóng. - Kiểu làm mát tuần hoàn cưỡng bức dùng trên động cơ ô tô máy kéo phân làm hai loại: hệ thống tuần hoàn kín, nước sau khi qua két làm mát lại, trở về động cơ, còn trong hệ thống tuần hoàn hở thì ngược lại, nước làm mát sau khi đã làm mát động cơ thì thải ra ngoài. Hệ thống làm mát kín có rất nhiều ưu điểm nên được dùng rất rộng rãi trong các loại động cơ đốt trong. Trong hệ thống kín, nắp két làm mát có hai van: van xả hơi và van hút không khí. Van xả hơi nước làm việc khi áp suất trong hệ thống làm mát lớn hơn 0,15  0,125MN/m2 (1,15  1,25 kG/cm2) (hình a), còn van hút không khí sẽ mở khi trong hệ thống làm mát có áp suất nhỏ hơn 0,095  0,09MN/m2 (0,95  0,9kG/cm2) (hình b). Nhờ vậy mà hệ thống làm mát kiều kín có áp suất trong két làm mát cao hơn một ít so với kiều làm mát tuần hoàn hở. 8 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT 5.3 KẾT CẤU MỘT SỐ BỘ PHẬN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC 5.3.1 Két làm mát - Két làm mát dùng để hạ nhiệt độ của nước từ động cơ ra rồi lại đưa trở vào làm mát động cơ. - Trong động cơ ô tô máy kéo, két làm mát gồm có 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 dòng môi chất (môi chất toả 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 (gồm các ống và lá tản nhiệt). 9 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT - Hiệu quả tản nhiệt phụ thuộc vào những yếu tố sau đây: 1-Khả năng tản nhiệt từ nước vào không khí của các ống và lá tản nhiệt. 2-Tốc độ lưu động của nước và của không khí làm mát. 10 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT 11 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT - Thông thường két nước hay dùng kiểu ống dẫn nước dẹt, bố trí nhiều hàng so le, cắm trong các lá tản nhiệt. Loại két nước kiểu ống tròn, gió đi qua ống còn nước thì chảy bên ngoài ống nói chung ít được dùng. Tuy loại két nước này có ưu điểm là đường nước đi hẹp, diện tích thông gió tương đối lớn do đó làm mát tốt, nhưng cũng có nhược điểm là do đường nước hẹp nên hay bị tắc do cặn bẩn trong nước đọng lại; ống cũng dùng nhiều mối hàn nên không bền, sửa chữa không tiện lợi, giá thành cao. 12 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT - Kết cấu của bộ phận giàn ống tản nhiệt và lá tản nhiệt của két làm mát giới thiệu trên hình dưới. Loại két nước dùng ống dẹt có sức cản không khí ít hơn và diện tích tản nhiệt lớn hơn khoảng 2  3 lần so với ống tròn nhưng loại ống này không bền vì có nhiều mối hàn và khó sửa chữa. Kiểu ống tròn hình có ưu điểm là đơn giản 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 của loại ống tròn cũng tốt. Do đó kiểu ống tròn được dùng khá phổ biến trong các loại két nước xe vận tải và máy kéo. 13 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT - 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). Để tăng diện tích tản nhiệt, nên dùng loại ống nước dẹt (kích thước ống dẹt khoảng a = 13  20mm, b = 2  4mm đồng thời hàn vào ống nước dẹt nhiều lá tản nhiệt khoảng cách giữa các lá: tb = 2,5  4,5mm. Tốc độ lưu động của nước phụ thuộc vào lưu lượng nước. Nếu ống bé thì khi 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 phải bố trí nhiều hàng ống do đó sức cản không khí sẽ tăng lên, mặt khác diện tích tản nhiệt của các lá tản nhiệt sẽ nhỏ đi làm giảm sự tản nhiệt. 14 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT 15 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT * Bình nước phụ (bình giãn nở): - Hầu hết các hệ thống làm mát đều có bình nước phụ riêng biệt hay bình giãn nở. Nó được đổ nước làm mát ở một mức nào đó (không đầy) và nối với phần tràn của két nước bằng ống mềm. Khi động cơ nóng, nước làm mát dãn nở đầy và chảy tới bình nước phụ. Khi động cơ nguội, nước làm mát co lại. Điều này làm tăng không gian trống trong hệ thống làm mát, khi đó nước làm mát từ bình nước phụ chảy về két làm mát. 16 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT 17 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT 5.3.2 Bơm nước - Trong hệ thống làm mát bằng nước, bơm nước có nhiệm vụ cung cấp nước cho hệ thống làm mát với lưu lượng và áp suất nhất định. Lưu lượng của nước làm mát tuần hoàn cần cho các động cơ thay đổi trong phạm vi: 68  245l/kWh =(50  180l/ml.h) và số lần tuần hoàn 7  12 lần/ph. 18 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT - Bơm nước dùng trong các loại động cơ ô tô thường là bơm đẩy (hình bên). Nó được gắn phía trước động cơ và được dẫn động bởi dây cudoa từ puly trục khuỷu. Nước từ két nước đi vào trong bơm được các cánh bơm đẩy tới áo nước. Trục bơm được đỡ bởi ổ bi kín nên không cần bôi trơn. Vòng đệm (seal) ngăn cản nước làm mát đi ngang qua ổ bi. Bơm nước dẫn động bởi dây cudoa quạt. đôi khi bơm nước được dẫn động riêng (không chung với quạt gió) . 19 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT 5.3.3 Aùo nước - Aùo nước là khoảng không gian mở giữa vách xylanh và block máy và nắp quy nát. Nước làm mát từ bơm đầu tiên chảy vào áo nước ở block máy. Sau đó nước làm mát từ áo nước block máy đi lên áo nước trên nắp quy nát rồi trở về két làm mát. 20 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT 5.3.4 Van hằng nhiệt - Van hằng nhiệt là van dùng để điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát. Nó làm điều này bằng cách điều chỉnh dòng chảy từ động cơ tới két làm mát. Van hằng nhiệt được lắp giữa nắp quy nát và két làm mát. Khi động cơ nguội, van hằng nhiệt đóng. Khi động cơ nóng lên, van hằng nhiệt mở. Sự ngăn cản hay cho dòng chảy chảy qua két làm mát được biểu diễn trên dưới. 21 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT 22 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT 23 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT 5.3.5 Quạt gió - Két nước đôi khi cần dòng gió để ngăn cản sự qúa nhiệt của động cơ. Điều này thường xuất hiện khi xe đứng yên và vận tốc thấp. Khi xe chuyển động về phía trước với tốc độ cao không khí đi xuyên qua két làm mát giải nhiệt cho két nước và động cơ. Quạt gió kéo thêm không khí đi ngang két làm mát. Quạt gió có thể là quạt cơ khí hay quạt điện. - Động cơ đặt dọc dẫn động cầu sau thường dùng quạt cơ khí và quạt được gắn với trục của bơm nước. Quạt gió được làm bằng thép tấm hay nhựa tồng hợp có từ 4 đến 7 cánh và cùng quay với bơm nước. Để tăng hiệu suất của quạt ta thường dùng tấm chắn để hướng gió. 24 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT 5.3.5.1 Thay đổi tốc độ quạt gió - Nhiều loại động cơ đặt dọc dùng quạt gió thay đổi tốc độ bằng cách dùng ly hợp (hình 6.24). Ly hợp quạt gió là khớp nối thủy lực được điều khiển bởi nhiệt độ, bộ phận đó được lắp giữa puly bơm nước và quạt gió. - Khi động cơ còn lạnh, ly hợp trượt do đó quạt gió không quay. Điều này làm giảm tiếng ồn và không tốn công suất động cơ. Khi động cơ nóng, nhiệt độ làm cho dầu đi vào khớp nối thủy lực nhiều hơn. Khi đó ly hợp quạt gió bắt đầu kéo quạt gió quay. 25 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT 5.3.5.3 Quạt điện - Những xe có động cơ đặt ngang dẫn động cầu trước thường dùng quạt điện hình bên. Công tắc nhiệt chỉ mở quạt khi cần thiết. Ví dụ, trong động cơ công tắc sẽ đóng khi nhiệt độ nước làm mát khoảng 2000F (930C). Công tắc sẽ ngắt khi nhiệt độ nước làm mát nhỏ hơn nhiệt độ này. Trên những xe có gắn máy lạnh, việc mở máy lạnh cũng bằng công tắc nhiệt. Quạt máy lạnh sẽ quay khi máy lạnh mở. Trong các xe có hệ thống điều khiển tự động động cơ việc bật, tắt quạt được điều khiển bởi một modul điều khiển điện (ECM). 26 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT 27 CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT 28 CHƯƠNG I : KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ÔTÔ CỦNG CỐ CÂU 1 CÂU 2 CÂU 3 KQ XÓA 3. Động cơ Diesel được sử dụng trên xe 29