Bài giảng Kết cấu động cơ đốt trong: Chương 5 - Hệ thống làm mát

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

1

CHÖÔNG 5 : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

5.1.1Muïc ñích_yù nghóa.

- Trong quaù trình laøm vieäc cuûa ñoäng cô ñoát trong, nhieät truyeàn cho

caùc chi tieát maùy tieáp xuùc vôùi khí chaùy (pittoâng, xecmaêng, xupap, naép xylanh, thaønh xylanh) chieám khoaûng 25  35% nhieät löôïng do nhieân lieäu chaùy trong buoàng chaùy toaû ra. Vì vaäy caùc chi tieát ñoù thöôøng bò ñoát noùng maõnh lieät: nhieät ñoä ñænh pittoâng coù theå leân ñeán 6000C, coøn nhieät naám xupap coù khi leân ñeán 9000C.

- Nhieät ñoä caùc chi tieát maùy cao seõ gaây ra caùc haäu quaû xaáu sau

ñaây:

+ Phuï taûi nhieät cuûa caùc chi tieát maùy lôùn, laøm giaûm söùc beàn, ñoä

cöùng vöõng vaø tuoåi thoï cuûa chuùng.

+ Do nhieät ñoä cao, ñoä nhôùt cuûa daàu boâi trôn giaûm neân toån thaát ma

saùt taêng.

+ Coù theå gaây keït boù pittoâng trong xylanh do hieän töôïng giaõn nôû

nhieät.

2

+ Giaûm heä soá naïp. + Ñoái vôùi ñoäng cô xaêng, deã phaùt sinh hieän töôïng chaùy kích noå.

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

5.1.2 Phaân loaïi

- Caên cöù vaøo moâi chaát laøm

maùt, ngöôøi ta chia heä thoáng laøm maùt thaønh hai loaïi: heä thoáng laøm maùt baèng nöôùc vaø heä thoáng laøm maùt baèng khoâng khí.

- Trong heä thoáng laøm maùt

3

baèng nöôùc, ngöôøi ta laïi chia ra thaønh ba loaïi: boác hôi, ñoái löu töï nhieân vaø tuaàn hoaøn cöôõng böùc. Caên cöù vaøo soá voøng tuaàn hoaøn vaø kieåu tuaàn hoaøn, ngöôøi ta chia heä thoáng laøm maùt thaønh caùc loaïi: moät voøng tuaàn hoaøn kín, moät voøng tuaàn hoaøn hôû, hai voøng tuaàn hoaøn (trong ñoù coù moät voøng kín, moät voøng hôû). Döôùi ñaây laàn löôït giôùi thieäu heä thoáng laøm maùt noùi treân.

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

5.2 HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT BAÈNG NÖÔÙC

5.2.1 Heä thoáng laøm maùt baèng nöôùc kieåu boác hôi

laø

phaàn:

4

thoáng - Heâ laøm maùt baèng nöôùc loaïi kieåu boác hôi ñôn giaûn nhaát. Heä thoáng khoâng naøy caàn bôm, quaït. Boä phaän chöùa nöôùc coù phaàn hai khoang chöùa nöôùc coù hai phaàn: phaàn khoang chöùa nöôùc laøm maùt cuûa thaân maùy vaø phaàn thuøng chöùa nöôùc boác hôi laép vôùi thaân.

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

5.2.2 Heä thoáng laøm maùt baèng nöôùc, kieåu ñoái löu töï nhieân

- Trong heä thoáng laøm maùt baèng phöông phaùp ñoái löu töï nhieân, nöôùc löu ñoäng tuaàn hoaøn nhôø ñoä cheânh aùp löïc hai coät nöôùc noùng vaø nöôùc laïnh.

- Ñoä cheânh aùp ñöôïc tính theo

coâng thöùc sau:

(*)

 = ght, N/m2 trong ñoù:  - khoái löôïng rieâng cuûa

);

nöôùc (kg/m3

h – hieäu cuûa chieàu cao trung bình cuûa

3 0

hai coät nöôùc noùng vaø laïnh (m);  - heä soá giaûn nôû cuûa nöôùc

/m

C;

0,00018m3

t – ñoä cheânh nhieät ñoä cuûa hai coät

5

nöôùc noùng vaø nöôùc laïnh.

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

6

Treân thöïc teá  coù giaù trò beù, do chieàu cao h bò haïn cheá bôûi keát caáu vaø boá trí chung neân nhöôïc ñieåm cuûa kieåu laøm maùt baèng ñoái löu töï nhieân laø vaän toác cuûa nöôùc beù: khi h = 0,2  0,5m; t = 200C thì  = 7  17,65 N/m2 vaø vaän toác nöôùc löu ñoäng  = 0,12  0,19 m/s. Ñieàu ñoù daãn ñeán cheânh leäch nhieät ñoä cuûa nöôùc vaøo vaø nöôùc ra lôùn, vì vaäy maø thaønh xylanh ñöôïc laøm maùt khoâng ñeàu.

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

7

5.2.3 Heä thoáng laøm maùt baèng nöôùc kieåu tuaàn hoaøn cöôõng böùc

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

- Nöôùc laøm maùt töø thaân ñoäng cô leân naép xylanh qua caùc oáng ñeán van ñieàu nhieät. Nöôùc töø van ñieàu nhieät ñöôïc chia ra hai doøng: moät ra keùt laøm maùt qua bôm ly taâm; moät tuaàn hoaøn trôû laïi ñoäng cô. Söï phaân chia löu löôïng cho caùc doøng naøy phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä cuûa nöôùc laøm maùt vaø do van ñieàu nhieät töï ñoäng ñieàu chænh, oáng daãn khoâng khí vaø hôi nöôùc khi ñoäng cô bò noùng.

8

- Kieåu laøm maùt tuaàn hoaøn cöôõng böùc duøng treân ñoäng cô oâ toâ maùy keùo phaân laøm hai loaïi: heä thoáng tuaàn hoaøn kín, nöôùc sau khi qua keùt laøm maùt laïi, trôû veà ñoäng cô, coøn trong heä thoáng tuaàn hoaøn hôû thì ngöôïc laïi, nöôùc laøm maùt sau khi ñaõ laøm maùt ñoäng cô thì thaûi ra ngoaøi. Heä thoáng laøm maùt kín coù raát nhieàu öu ñieåm neân ñöôïc duøng raát roäng raõi trong caùc loaïi ñoäng cô ñoát trong. Trong heä thoáng kín, naép keùt laøm maùt coù hai van: van xaû hôi vaø van huùt khoâng khí. Van xaû hôi nöôùc laøm vieäc khi aùp suaát trong heä thoáng laøm maùt lôùn hôn 0,15  0,125MN/m2 (1,15  1,25 kG/cm2) (hình a), coøn van huùt khoâng khí seõ môû khi trong heä thoáng laøm maùt coù aùp suaát nhoû hôn 0,095  0,09MN/m2 (0,95  0,9kG/cm2) (hình b). Nhôø vaäy maø heä thoáng laøm maùt kieàu kín coù aùp suaát trong keùt laøm maùt cao hôn moät ít so vôùi kieàu laøm maùt tuaàn hoaøn hôû.

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

5.3 KEÁT CAÁU MOÄT SOÁ BOÄ PHAÄN CHÍNH CUÛA HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT BAÈNG NÖÔÙC

5.3.1 Keùt laøm maùt

- Keùt

laøm maùt duøng ñeå haï nhieät ñoä cuûa nöôùc töø ñoäng cô ra roài laïi ñöa trôû vaøo laøm maùt ñoäng cô.

9

- Trong ñoäng cô oâ toâ maùy keùo, laøm maùt goàm coù ba phaàn: ngaên keùt treân chöùa nöôùc noùng, ngaên döôùi chöùa nöôùc nguoäi vaø giaøn oáng truyeàn nhieät noái ngaên treân vaø ngaên döôùi vôùi nhau. Hieäu suaát truyeàn nhieät cuûa boä phaän truyeàn nhieät phuï thuoäc chuû yeáu vaøo toác ñoä löu ñoäng cuûa hai doøng moâi chaát (moâi chaát toaû nhieät laø nöôùc vaø moâi chaát thu nhieät laø khoâng khí). Vì vaäy ñeå taêng heä soá truyeàn nhieät, phía sau keùt nöôùc thöôøng ñöôïc boá trí quaït gioù ñeå huùt gioù ñi qua giaøn oáng truyeàn nhieät (goàm caùc oáng vaø laù taûn nhieät).

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

- Hieäu quaû taûn nhieät phuï thuoäc vaøo nhöõng yeáu toá sau ñaây:

10

1-Khaû naêng taûn nhieät töø nöôùc vaøo khoâng khí cuûa caùc oáng vaø laù taûn nhieät. 2-Toác ñoä löu ñoäng cuûa nöôùc vaø cuûa khoâng khí laøm maùt.

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

11

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

laøm maùt

12

- Thoâng thöôøng keùt nöôùc hay duøng kieåu oáng daãn nöôùc deït, boá trí nhieàu haøng so le, caém trong caùc laù taûn nhieät. Loaïi keùt nöôùc kieåu oáng troøn, gioù ñi qua oáng coøn nöôùc thì chaûy beân ngoaøi oáng noùi chung ít ñöôïc duøng. Tuy loaïi keùt nöôùc naøy coù öu ñieåm laø ñöôøng nöôùc ñi heïp, dieän tích thoâng gioù töông ñoái lôùn do ñoù toát, nhöng cuõng coù nhöôïc ñieåm laø do ñöôøng nöôùc heïp neân hay bò taéc do caën baån trong nöôùc ñoïng laïi; oáng cuõng duøng nhieàu moái haøn neân khoâng beàn, söûa chöõa khoâng tieän lôïi, giaù thaønh cao.

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

13

- Keát caáu cuûa boä phaän giaøn oáng taûn nhieät vaø laù taûn nhieät cuûa keùt laøm maùt giôùi thieäu treân hình döôùi. Loaïi keùt nöôùc duøng oáng deït coù söùc caûn khoâng khí ít hôn vaø dieän tích taûn nhieät lôùn hôn khoaûng 2  3 laàn so vôùi oáng troøn nhöng loaïi oáng naøy khoâng beàn vì coù nhieàu moái haøn vaø khoù söûa chöõa. Kieåu oáng troøn hình coù öu ñieåm laø ñôn giaûn deã söûa chöõa do laøm baèng nhöõng oáng thaùo laép ñöôïc maø khoâng haøn vaøo hai ngaên chöùa treân vaø döôùi. Hôn nöõa neáu toác ñoä gioù ñi qua giaøn oáng truyeàn nhieät lôùn thì hieäu quaû cuûa loaïi oáng troøn cuõng toát. Do ñoù kieåu oáng troøn ñöôïc duøng khaù phoå bieán trong caùc loaïi keùt nöôùc xe vaän taûi vaø maùy keùo.

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

14

- Muoán taûn nhieät toát, vaät lieäu laøm oáng vaø laù taûn nhieät phaûi daãn nhieät toát (ñoàng hay ñoàng thau toát hôn theùp). Thaønh oáng vaø laù taûn nhieät phaûi moûng (chieàu daøy oáng khoaûng 0,13  0,20mm, chieàu daøy laù taûn nhieät khoaûng 0,08  0,12mm). Ñeå taêng dieän tích taûn nhieät, neân duøng loaïi oáng nöôùc deït (kích thöôùc oáng deït khoaûng a = 13  20mm, b = 2  4mm ñoàng thôøi haøn vaøo oáng nöôùc deït nhieàu laù taûn nhieät khoaûng caùch giöõa caùc laù: tb = 2,5  4,5mm. Toác ñoä löu ñoäng thuoäc vaøo löu löôïng nöôùc. cuûa nöôùc phuï Neáu oáng beù thì khi toác ñoä löu ñoäng ñaõ xaùc ñònh, muoán taêng löu löôïng nöôùc phaûi taêng soá oáng leân. Neáu dieän tích huùt gioù ñaõ xaùc ñònh thì khi taêng soá oáng phaûi boá trí nhieàu haøng oáng do ñoù söùc caûn khoâng khí seõ taêng leân, maët khaùc dieän tích taûn nhieät cuûa caùc laù taûn nhieät seõ nhoû ñi laøm giaûm söï taûn nhieät.

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

15

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

* Bình nöôùc phuï (bình giaõn nôû):

- Haàu heát caùc heä thoáng laøm

16

maùt ñeàu coù bình nöôùc phuï rieâng bieät hay bình giaõn nôû. Noù ñöôïc ñoå nöôùc laøm maùt ôû moät möùc naøo ñoù (khoâng ñaày) vaø noái vôùi phaàn traøn cuûa keùt nöôùc baèng oáng meàm. Khi ñoäng cô noùng, nöôùc laøm maùt daõn nôû ñaày vaø chaûy tôùi bình nöôùc phuï. Khi ñoäng cô nguoäi, nöôùc laøm maùt co laïi. Ñieàu naøy laøm taêng khoâng gian troáng trong heä thoáng laøm maùt, khi ñoù nöôùc laøm maùt töø bình nöôùc phuï chaûy veà keùt laøm maùt.

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

17

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

5.3.2 Bôm nöôùc

- Trong heä thoáng laøm maùt baèng nöôùc, bôm nöôùc coù nhieäm vuï cung caáp nöôùc cho heä thoáng laøm maùt vôùi löu löôïng vaø aùp suaát nhaát ñònh. Löu löôïng cuûa nöôùc laøm maùt tuaàn hoaøn caàn cho caùc ñoäng cô thay ñoåi trong phaïm vi: 68  245l/kWh =(50  180l/ml.h) vaø soá laàn tuaàn hoaøn 7  12 laàn/ph.

18

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

19

- Bôm nöôùc duøng trong caùc loaïi ñoäng cô oâ toâ thöôøng laø bôm ñaåy (hình beân). Noù ñöôïc gaén phía tröôùc ñoäng cô vaø ñöôïc daãn ñoäng bôûi daây cudoa töø puly truïc khuyûu. Nöôùc töø keùt nöôùc ñi vaøo trong bôm ñöôïc caùc caùnh bôm ñaåy tôùi aùo nöôùc. Truïc bôm ñöôïc ñôõ bôûi oå bi kín neân khoâng caàn boâi trôn. Voøng ñeäm (seal) ngaên caûn nöôùc laøm maùt ñi ngang qua oå bi. Bôm nöôùc daãn ñoäng bôûi daây cudoa quaït. ñoâi khi bôm nöôùc ñöôïc daãn ñoäng rieâng (khoâng chung vôùi quaït gioù) .

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

5.3.3 Aùo nöôùc

20

- Aùo nöôùc laø khoaûng khoâng giöõa gian môû vaùch xylanh vaø block maùy vaø naép quy naùt. töø bôm Nöôùc laøm maùt ñaàu tieân chaûy vaøo aùo nöôùc ôû block maùy. Sau ñoù nöôùc laøm maùt töø aùo leân nöôùc block maùy ñi aùo nöôùc treân naép quy naùt roài trôû veà keùt laøm maùt.

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

5.3.4 Van haèng nhieät

21

- Van haèng nhieät laø van duøng ñeå ñieàu chænh nhieät ñoä nöôùc laøm maùt. Noù laøm ñieàu naøy baèng caùch ñieàu chænh doøng chaûy töø ñoäng cô tôùi keùt laøm maùt. Van haèng nhieät ñöôïc laép giöõa naép quy naùt vaø keùt laøm maùt. Khi ñoäng cô nguoäi, van haèng nhieät ñoùng. Khi ñoäng cô noùng leân, van haèng nhieät môû. Söï ngaên caûn hay cho doøng chaûy chaûy qua keùt laøm maùt ñöôïc bieåu dieãn treân döôùi.

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

22

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

23

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

5.3.5 Quaït gioù

- Keùt nöôùc ñoâi khi caàn doøng gioù ñeå ngaên caûn söï quùa nhieät cuûa ñoäng cô. Ñieàu naøy thöôøng xuaát hieän khi xe ñöùng yeân vaø vaän toác thaáp. Khi xe chuyeån ñoäng veà phía tröôùc vôùi toác ñoä cao khoâng khí ñi xuyeân qua keùt laøm maùt giaûi nhieät cho keùt nöôùc vaø ñoäng cô. Quaït gioù keùo theâm khoâng khí ñi ngang keùt laøm maùt. Quaït gioù coù theå laø quaït cô khí hay quaït ñieän.

taêng hieäu suaát cuûa quaït

24

- Ñoäng cô ñaët doïc daãn ñoäng caàu sau thöôøng duøng quaït cô khí vaø quaït ñöôïc gaén vôùi truïc cuûa bôm nöôùc. Quaït gioù ñöôïc laøm baèng theùp taám hay nhöïa toàng hôïp coù töø 4 ñeán 7 caùnh vaø cuøng quay vôùi bôm nöôùc. Ñeå ta thöôøng duøng taám chaén ñeå höôùng gioù.

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

5.3.5.1 Thay ñoåi toác ñoä quaït gioù

- Nhieàu loaïi ñoäng cô ñaët doïc duøng quaït gioù thay ñoåi toác ñoä baèng caùch duøng ly hôïp (hình 6.24). Ly hôïp quaït gioù laø thuûy löïc ñöôïc ñieàu khôùp noái khieån bôûi nhieät ñoä, boä phaän ñoù ñöôïc laép giöõa puly bôm nöôùc vaø quaït gioù.

25

- Khi ñoäng cô coøn laïnh, ly hôïp tröôït do ñoù quaït gioù khoâng quay. Ñieàu naøy laøm giaûm tieáng oàn vaø khoâng toán coâng suaát ñoäng cô. Khi ñoäng cô noùng, nhieät ñoä laøm cho daàu ñi vaøo khôùp noái thuûy löïc nhieàu hôn. Khi ñoù ly hôïp quaït gioù baét ñaàu keùo quaït gioù quay.

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

5.3.5.3 Quaït ñieän

- Nhöõng xe coù ñoäng cô ñaët ngang daãn ñoäng caàu tröôùc thöôøng duøng quaït ñieän hình beân. Coâng taéc nhieät chæ môû quaït khi caàn thieát. Ví duï, trong ñoäng cô coâng taéc seõ ñoùng khi nhieät ñoä nöôùc laøm maùt khoaûng 2000F (930C). Coâng taéc seõ ngaét khi nhieät ñoä nöôùc laøm maùt nhoû hôn nhieät ñoä naøy. Treân nhöõng xe coù gaén maùy laïnh, vieäc môû maùy laïnh cuõng baèng coâng taéc nhieät. Quaït maùy laïnh seõ quay khi maùy laïnh môû. Trong caùc xe coù heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng ñoäng cô vieäc baät, taét quaït ñöôïc ñieàu khieån bôûi moät modul ñieàu khieån ñieän (ECM).

26

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

27

CHÖÔNG IV : HEÄ THOÁNG LAØM MAÙT

28

CHÖÔNG I : KHAÙI QUAÙT CHUNG VEÀ OÂTOÂ

CUÛNG COÁ

KQ

29