Đồ án Khảo sát hệ thống làm mát và tính toán kiểm tra két làm mát động cơ CA498

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 5 1.MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA ĐỀ TÀI. 6 2.GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ CA498 7 2.1.GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ CA498. 8 2.2.CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐỘNG CƠ CA498. 11 2.3.CÁC CƠ CẤU CỦA ĐỘNG CƠ CA498. 13 2.3.1. Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền 15 2.3.2. Cơ cấu phân phối 16 2.3.3. Hệ thống nhiên liệu của động cơ CA498 2.3.4. Hệ thống bôi trơn động cơ CA498 3. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ. 18 3.1.HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC 18 3.1.1. Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi: 18 3.1.2. Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên: 19 3.1.3. Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức: 21 3.1.3.1.Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng: 21 3.1.3.2. Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn hai vòng: 22 3.1.3.3.Hệ thống làm mát một vòng hở 23 3.2. HỆ THỐNG LÀM MÁT Ở NHIỆT ĐỘ CAO. 25 3.2.1. Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngoài: 25 3.2.2. Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt của hơi nước và nhiệt của khí thải: 26 3.3. KẾT CẤU CÁC CỤM CHI TIẾT CHÍNH CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC. 27 3.3.1. Kết cấu két làm mát. 27 3.3.2.Kết cấu của bơm nước. 32 3.3.2.1.Bơm ly tâm. 33 3.3.2.2.Bơm piston 34 3.3.2.3.Bơm bánh răng 35 3.3.2.4.Bơm cánh hút 36 3.3.2.5.Bơm guồng 38 3.3.3.Kết cấu quạt gió 3.3.4.Van hằng nhiệt 39 3.4. HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ BẰNG KHÔNG KHÍ (GIÓ). 41 3.4.1.Các phương án làm mát bằng không khí 41 3.4.1.1.Hệ thống làm mát bằng không khí kiểu tự nhiên 41 3.4.1.2.Hệ thống làm mát không khí kiểu cưỡng bức 41 3.4.2.Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống làm mát bằng không khí 42 3.4.2.1.Bản hướng dòng gió 41 3.4.2.2.Quạt gió 41 3.4.2.3.Gân tản nhiệt của xilanh và nắp xilanh 41 3.5. SO SÁNH ƯU KHUYẾT ĐIỂM CỦA KIỂU LÀM MÁT BẰNG NƯỚC VÀ KIỂU LÀM MÁT BẰNG KHÔNG KHÍ. 43 4. KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ CA498. 44 4.1. SƠ ĐỒ, MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU HỆ THỐNG LÀM MÁT. 44 4.1.1. Sơ đồ hệ thống làm mát: 44 4.1.2. Mục đích của hệ thống làm mát: 45 4.1.3. Yêu cầu của hệ thống làm mát: 46 4.2. CÁC BỘ PHẬN VÀ MÔI CHẤT LÀM MÁT TRONG ĐỘNG CƠ CA498 47 4.2.1. Két làm mát: 47 4.2.1.1.Công dụng và yêu cầu: 47 4.2.1.2.Kết cấu và nguyên lý làm việc: 47 4.2.2. Nắp két: 48 4.2.2.1.Công dụng và yêu cầu: 48 4.2.2.2.Kết cấu và nguyên lý làm việc: 49 4.2.3. Bơm nước: 50 4.2.3.1.Công dụng và yêu cầu: 50 4.2.3.2. Kết cấu và nguyên lý làm việc: 50 4.2.4. Van hằng nhiệt. 52 4.2.4.1. Công dụng và yêu cầu. 53 4.3.4.2. Kết cấu và nguyên lý hoạt động. 53 4.2.5. Quạt gió. 54 4.2.5.1. Công dụng và yêu cầu: 54 4.2.5.2.Kết cấu và nguyên lý làm việc: 54 4.2.6. Dung môi làm mát. 55 5. CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ CÁCH KHẮC PHỤC SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÀM MÁT. 56 5.1. CÁC ĐIỀU CẦN CHÚ Ý KHI LÀM VIỆC TRÊN HỆ THỐNG LÀM MÁT. 56 5.2. CÁC HƯ HỎNG VÀ CÁCH KHẮC PHỤC SỬA CHỮA. 56 5.2.1. Két làm mát: 56 5.2.2. Nắp két: 57 5.2.3. Bơm nước: 57 5.2.4. Van hằng nhiệt: 58 5.2.5. Quạt gió: 58 5.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA HƯ HỎNG HỆ THỐNG LÀM MÁT. 59 5.3.1. Kiểm tra và bổ sung nước làm mát: 59 5.3.2. Kiểm tra hiện tượng rò rỉ nước của hệ thống làm mát: 59 5.3.3. Kiểm tra hiện tượng tắc két nước: 60 5.3.4. Kiểm tra van hằng nhiệt: 61 5.3.5. Kiểm tra, điều chỉnh bộ truyền đai: 61 5.3.6. Thông rửa hệ thống làm mát: 61 5.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CẤP, XẢ NƯỚC TRONG HỆ THỐNG LÀM MÁT. 63 5.3.1. Cấp nước làm mát: 63 5.3.2. Xả nước làm mát: 63 6. TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM NHIỆT KÉT LÀM MÁT CỦA ĐỘNG CƠ CA498. 64 6.1. TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT TRUYỀN NHIỆT QUA VÁCH CÓ CÁNH. 64 6.2. CÁC THÔNG SỐ CỦA KÉT NƯỚC, BƠM NƯỚC VÀ QUẠT GIÓ 67 6.3. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KIỂM TRA KÉT NƯỚC. 72 6.4. XÁC ĐỊNH LƯỢNG NHIỆT ĐỘNG CƠ TRUYỀN CHO NƯỚC LÀM MÁT. 75 6.5. XÁC ĐỊNH LƯỢNG NHIỆT KÉT LÀM MÁT TRUYỀN RA MÔI TRƯỜNG 77 6.6. TÍNH KIỂM NGHIỆM QUẠT GIÓ: 68 6.7. TÍNH KIỂM NGHIỆM BƠM NƯỚC. 82 7. KẾT LUẬN 84 8.TÀI LIỆU THAM KHẢO. 85 LỜI NÓI ĐẦU Sau quá 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 được nhận đề tài tốt nghiệp: “KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÀM MÁT VÀ TÍNH TOÁN KIỂM TRA KÉT LÀM MÁT ĐỘNG CƠ CA498 ” 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 CA498, trong đó đi sâu vào tính toán kiểm tra két làm mát. Do kiến thức còn hạn chế, tài liệu tham khảo còn ít và điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy cô trong bộ môn chỉ bảo để đồ án em được hoàn thiện hơn. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn cô giáo KS Nguyễn Thị Băng Tuyền, thầy giáo TS Huỳnh Văn Hoàng, các thầy cô giáo bộ môn cùng các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này. Đà Nẵng, ngày tháng năm 2007. Sinh viên thực hiện. LÊ VĂN KHOA. MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA ĐỀ TÀI. Trong quá trình hoạt động của động cơ, nhiệt độ của buồng cháy tỏa ra rất lớn 2000÷2500
C. Với nhiệt độ như vậy nếu không làm mát hoặc làm mát không đủ sẽ gây ra nhiều tác hại như: cháy xupáp, dầu nhờn biến chất, gây bó piston và xecmăng trong xilanh, giảm hiệu suất và công suất của động cơ. Do vậy hệ thống làm mát động cơ là một trong các hệ thống để giải quyết những vấn đề đó. Mục đích của đề tài là: - Giúp cho sinh viên hiểu rõ về các phương án làm mát trong động cơ và vận dụng vào từng động cơ cụ thể. - Khảo sát hệ thống làm mát động cơ CA498. Phương pháp kiểm tra sửa chữa hệ thống làm mát. Vận dụng lý thuyết truyền nhiệt, tính toán kiểm tra nhiệt két làm mát theo các thông số thực tế và rút ra nhận xét. Với mục đích trên đề tài này có ý nghĩa không kém phần quan trọng đối với sinh viên ngành Cơ khí Giao thông chúng ta. Thông 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. 2. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ CA498. 2.1. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ CA498. Động cơ CA498 là động cơ diesel bốn kỳ, bốn xilanh được xếp thành một dãy thẳng hàng, dung tích các xilanh là 3,168lít, thứ tự nổ 1-3-4-2 và làm mát bằng chất lỏng theo phương pháp cưỡng bức tuần hoàn một vòng kín. Động cơ này do Trung Quốc sản xuất và được công ty cơ khí ô tô Đà Nẵng lắp ráp trên xe tải. 2.2. CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐỘNG CƠ CA498. Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của động cơ: Tên thông số  Ký hiệu  Giá trị  Đơn vị   Tên động cơ Cách bố trí xilanh Số xi lanh Thứ tự nổ Đường kính xilanh Hành trình piston Dung tích xilanh Tỉ số nén Công suất cực đại Số vòng quay ứng với công suất cực đại. Momen cực đại Tốc độ ứng với momen cực đại Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất khi đầy tải Chiều quay của động cơ Hệ thống bôi trơn Hệ thống làm mát Hệ thống khởi động Trọng lượng Dài x rộng x cao  D S Vh ε Ne nđm Memax nM ge G h  CA498 Thẳng hàng 4 1-3-4-2 98 105 3,168 18,5 62,5 3600 196 1900÷2100 ≤ 220 Ngược chiều kim đồng hồ Cưỡng bức Bằng nước kiểu tuần hoàn cưỡng bức Bằng điện 245 (684 x 603 x 722)  mm mm lít kW vòng/phút N.m vòng/phút g/kW.h Kg mm   2.3.CÁC CƠ CẤU CỦA ĐỘNG CƠ CA498.
Hình 2.1: Kết cấu động cơ CA498. 1-Thân máy , 2-Trục khuỷu, 3-Bộ điều tốc, 4-Thanh truyền, 5-Đường nạp không khí, 6-Vòi phun, 7-Lò xo xupáp, 8-Trục cò mổ, 9-Đường thải, 10-Xupáp, 11-Đũa đẩy, 12-Pittông, 13-Con đội, 14-Trục cam, 15-Đối trọng, 16-Chân máy, 17-Bầu lọc dầu, 18- Các te 2.3.1 Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền Trục khuỷu và thanh truyền được nối với nhau nhờ hai bulông tạo thành cơ cấu. Cơ cấu này là cơ cấu làm việc chính của động cơ. Nó có tác dụng biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu, biến đổi lực của môi chất công tác cháy tác dụng lên piston thành momen quay của trục khuỷu. Cơ cấu này gồm có: Piston, secmăng, chốt piston, thanh truyền, trục khuỷu và bánh đà. + Trục khuỷu của động cơ CA498:
Hình 2.2: Trục khuỷu động cơ CA498 Má khuỷu, 2- Chốt khuỷu, 3- Cổ trục khuỷu, 4- Đối trọng Trục khuỷu là chi tiết chịu lực chính của động cơ nên được đúc bằng gang đặc biệt có độ bền cao. Trục khuỷu của động cơ CA498 bao gồm có các khuỷu, phần đầu trục, đuôi trục và các đối trọng. Trên các má khuỷu có khoan các lỗ nghiêng để dẫn dầu từ cổ trục khuỷu lên bôi trơn chốt khuỷu. Phần đầu trục khuỷu có lắp puly nhờ then hình bán nguyệt để giúp trục khuỷu dẫn động cơ cấu phân phối khí và bơm dầu bôi trơn động cơ. Thanh truyền gồm có ba phần: đầu nhỏ, thân và đầu to. Đầu to thanh truyền có hai phần: một phần liền với thân thanh truyền, còn một phần được tháo rời, đó là nắp đầu to. Hai phần của đầu to được lắp với nhau nhờ hai bulông. Bên trong lỗ đầu to có lắp hai nửa bạc. Thân thanh truyền là hợp kim thép phủ một lớp 42CrMo. Phần thân mở rộng dần về phía đầu to. Đầu nhỏ thanh truyền dùng để lắp chốt cùng với lỗ bệ đỡ chốt trên piston tạo thành một cơ cấu bản lề. Ở hai đầu chốt piston có vòng hãm để chống chốt piston dịch chuyển ngang. + Piston và secmăng: Piston được đúc bằng hợp kim nhôm chịu tải trọng cao. Trên đỉnh piston có hình dạng ω để tạo thành buồng cháy thống nhất. Piston có ba secmăng, hai secmăng khí và một secmăng dầu. Piston được làm mát bằng dầu bôi trơn của hệ thống bôi trơn theo phương pháp vung tóe. Trên bệ chốt piston có khoét rãnh dầu vào làm mát đỉnh piston. 2.3.2. Cơ cấu phân phối khí. Cơ cấu phân phối khí có tác dụng điều chỉnh quá trình nạp, xả khí trong động cơ thông qua việc đóng mở xupáp nạp và xupáp thải. Cơ cấu phân phối khí gồm các chi tiết chính: trục cam, trục cò mổ, xupáp, đũa đẩy, cò mổ… Hình 2.3. Cơ cấu phân phối khí động cơ CA498. 1-Bulông cò mổ, 2-Cò mổ, 3-Giá đỡ trục cò mổ, 4-Lót lò xo cò mổ, 5-Lò xo định vị cò mổ, 6-Đai ốc, 7-then, 8- Vít chỉnh khe hở nhiệt, 9- Đũa đẩy, 10-Con đội, 11-Chốt, 12-Trục cò mổ, 13,14-Móng ngựa, 15- Chén chặn, 16-Lò xo xupáp, 17- 18-Vòng chặn lò xo, 19-ống dẫn, 20,22- Vòng xupáp, 21,23-Xupáp Nguyên lý làm việc làm việc của cơ cấu phân phối khí của động cơ CA498. Động cơ CA498 là động cơ bốn xilanh; mỗi xilanh có một xupáp nạp và một xupáp xả. Khi động cơ làm việc, trục khuỷu quay dẫn động trục cam nhờ một cơ cấu bánh răng gắn trên trục khuỷu và một bánh răng trên trục cam thông qua một bánh răng trung gian nhưng phải đảm bảo tỉ số truyền làm việc giữa hai trục là 2 (trục khuỷu quay hai vòng thì trục cam quay một vòng). Khi trục cam quay, nhờ cơ cấu cam biến chuyển động quay của trục cam thành chuyển động tịnh tiến lên xuống của đũa đẩy thông qua con đội. Đầu trên của đũa đẩy tiếp xúc trực tiếp với đuôi của cò mổ, đầu của cò mổ tiếp xúc với đuôi của xupáp tùy theo thời điểm làm việc của động cơ và thứ tự làm việc mà xupáp xả hay xupáp nạp mở hoặc đóng. Khi xupáp ở vị trí mở hết mức đúng thời điểm đầu của cơ cấu cam tiếp xúc với con đội. 2.3.3. Hệ thống nhiên liệu của động cơ CA498. Hệ thống nhiên liệu của động cơ có nhiệm vụ: chứa nhiên liệu dự trữ, đảm bảo cho động cơ hoạt động trong một khoảng thời gian quy định, lọc sạch nước và các tạp chất cơ học, cung cấp nhiên liệu sạch, đồng đều cho từng xilanh đúng trình tự làm việc của động cơ, đúng chính xác thời điểm theo quy luật đã định của động cơ, đồng thời bảo đảm áp suất phun tơi nhiên liệu tạo điều kiện thuận lợi cho sự hòa trộn tốt giữa nhiên liệu và không khí. Hệ thống nhiên liệu động cơ CA498 bao gồm có thùng chứa nhiên liệu, một bầu lọc dầu thô, bầu lọc tinh, vòi phun, các đường ống nhiên liệu cao áp và thấp áp, bộ phận phân phối nhiên liệu, một bơm chuyển nhiên liệu- bơm thấp áp, cụm bơm cao áp bao gồm có: bơm cao áp loại một dãy, bộ điều tốc, van cắt nhiên liệu (tắt động cơ).
Hình 2.4. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ CA498. 1- Đường dẫn nhiên liệu, 2- Bơm tiếp vận, 3- Bầu lọc tinh , 4- Bơm cao áp , 5- Đường dầu hồi, 6- Vòi phun, 7-Bình lọc dầu thừa. Hệ thống nhiên liệu trong động cơ CA498 hoạt động theo sơ đồ như trên, nhiên liệu được phun trực tiếp vào buồng cháy động cơ. Bơm chuyển nhiên liệu (2) hút nhiên liệu từ thùng chứa qua bầu lọc thô vào bơm chuyển nhiên liệu rồi đến bầu lọc tinh (3), tới bơm cao áp (4). Bầu lọc thô và lọc tinh lọc sạch nước và các chất bẩn cơ học trong nhiên liệu. Bơm cao áp đẩy nhiên liệu đi đến đường ống cao áp tới vòi phun (6) để phun nhiên liệu vào xilanh động cơ. Nhiên liệu dư thừa theo đường ống trở về thùng chứa và một phần trở về cửa hút của bơm chuyển nhiên liệu. 2.3.4. Hệ thống bôi trơn động cơ CA498. Động cơ CA498 dùng kiểu bôi trơn cưỡng bức và vung té. Nó có nhiệm vụ đưa dầu nhờn đến bôi trơn các bề mặt ma sát, lọc sạch những tạp chất cặn bã trong dầu nhờn và tẩy rửa các bề mặt ma sát này. Ngoài ra, hệ thống bôi trơn động cơ CA498 còn có nhiệm vụ làm mát động cơ đảm bảo các tính năng lý hóa của chúng trong giới hạn cho phép để cho động cơ hoạt động có hiệu quả. Hình 2.5. Sơ đồ hệ thống bôi trơn động cơ CA498 1- dầu bôi trơn, 2- đường dầu đi đến bơm, 3- bơm dầu, 3a,b- van an toàn, 4- bầu lọc thô, 5- bầu lọc tinh, 6- đường dầu chính, 7- cổ trục khuỷu, 8- chốt khuỷu, 9- trục cam, 10- đường dầu làm mát chốt piston, 11- vòi phun dầu làm mát piston, 12- đường dầu làm mát trục cam, 13- đũa đẩy, 14-cò mổ, 15- vòi phun nhiên liệu, 16-Cảm biến dầu 17-đường dầu ra làm mát tua bin, 18- tuabin, 19- đường dầu về, 20- đường dầu về từ trục cam Nguyên lý làm việc của hệ thống bôi trơn động cơ này, dầu bôi trơn (1) được hút vào qua lưới lọc sơ bộ nhờ bơm dầu (3), dưới áp suất do bơm dầu tạo ra, dầu bôi trơn đi qua bơm dầu đến bầu lọc thô (4) và lọc tinh (5) để tách nước và các cặn bẩn sau đó theo đường dầu khoan sẵn trong khối động cơ đến đường dầu chính (6) để chảy vào các ổ trục khuỷu, ổ trục cam... Đường dầu trong trục khuỷu dẫn dầu bôi trơn các chốt, đầu to thanh truyền, rồi theo đường dầu khoan sẵn trong thanh truyền lên bôi trơn chốt piston. Trên đường dầu chính còn có các đường dầu khác đi bôi trơn cơ cấu phân phối khí... 3. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ. Khi động cơ hoạt động, hỗn hợp nhiên liệu (nhiên liệu và không khí) cháy trong buồng đốt của động cơ tỏa ra với một nhiệt độ lớn khoảng 2000÷2500
C, một phần chuyển thành công, phần còn lại tỏa ra môi trường bên ngoài qua các chi tiết tiếp xúc với khí cháy tiếp nhận (xilanh, piston, nắp xilanh, các xupáp, vòi phun, xecmăng...), mặt khác cũng có nhiệt lượng sinh ra do ma sát giữa các bề mặt làm việc của các chi tiết trong động cơ. Nếu không làm mát động cơ hay làm mát không đủ, các chi tiết của động cơ sẽ nóng lên quá nhiệt độ cho phép, sẽ gây ra nhiều tác hại như: cháy xupáp, dầu nhớt mất hết tính chất nhờn gây nóng cháy bạc lót, bó piston và xecmăng trong xilanh… Bởi vậy, cần làm mát động cơ bằng các phương pháp sau: Bằng không khí hay bằng nước (chất lỏng) để duy trì nhiệt độ khoảng 80÷90
C để cho động cơ hoạt động làm việc một cách ổn định. 3.1. HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC. Trong hệ thống làm mát bằng nước được chia ra ba kiểu như: làm mát bằng nước kiểu bốc hơi, kiểu đối lưu tự nhiên, kiểu 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). Mỗi kiểu làm mát đều có những ưu nhược điểm khác nhau và thích hợp cho từng điều kiện làm việc của từng động cơ. 3.1.1. Hệ thống làm mát 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 bay hơi lắp với thân. Sơ đồ kết cấu:
Hình 3.1. Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi. 1-Xupáp; 2- Khoang chứa nước bốc hơi; 3- Thùng nhiên liệu; 4- Que thăm dầu; 5- Hộp cacte chứa dầu; 6- Thanh truyền ;7- Xy lanh; 8-Piston; 9- Thân máy; 10- Nắp xilanh. - Nguyên lý làm việc:
Khi động cơ làm việc, tại những vùng nước bao bọc chung quanh buồng cháy nhận nhiệt của buồng cháy sẽ sôi tạo thành bọt nước. Nước sôi có tỷ trọng bé sẽ nổi lên mặt thoáng của thùng chứa để bốc hơi ra ngoài khí trời. Nước nguội trong thùng chứa có tỉ trọng lớn nên có xu hướng đi xuống dưới điền chỗ cho nước nóng nổi lên, do đó tạo thành dòng đối lưu tự nhiên. + Ưu điểm của hệ thống làm mát kiểu bốc hơi - Kết cấu đơn giản. - Do đặc tính lưu động đối lưu như đã nói ở trên nên hay dùng cho loại động cơ đặt nằm dùng trong nông nghiệp. + Nhược điểm của hệ thống này là do kiểu làm mát bốc hơi tự nhiên nên nguồn nước trong thùng giảm nhanh làm cho tiêu hao nước nhiều và hao mòn thành xylanh không đều. 3.1.2. Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên: Trong hệ thống làm mát kiểu này, nước lưu động tuần hoàn nhờ sự chênh lệch áp lực giữa hai cột nước nóng và nguội mà không cần bơm. Cột nước nóng trong động cơ và cột nước nguội trong thùng chứa hoặc trong két nước. - Sơ đồ nguyên lý của hệ thống :
Hình 3.2: Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên. 1- Thân máy; 2- Xilanh; 3- Piston, 4- Nắp xilanh; 5- Đường nước ra két; 6- Nắp két, 7- Két nước; 8- Không khí làm mát; 9- Quạt gió; 10- Đường nước đi vào làm mát động cơ. - Nguyên lý làm việc: Khi động làm việc, nhiệt độ từ buồng cháy tỏa ra làm cho nước nóng dần lên. Nước nóng có khối lượng riêng nhỏ nên nổi lên trên và đi ra ngoài qua két làm mát. Tại đây nước nóng được làm mát nhờ quạt (9) dẫn động bằng puly từ trục khuỷu của động cơ hút không khí qua để tản nhiệt cho nước. Nước sau khi tản nhiệt nên khối lượng riêng tăng và đi xuống phía dưới két sau đó đi vào làm mát cho động cơ tạo thành một vòng tuần hoàn kín. Độ chênh áp lực được tính theo công thức sau: Δp=ρghαΔt. (N/m
) ρ - khối lượng riêng của nước (kg/m
). h - hiệu chiều cao trung bình của hai cột nước nóng và lạnh (m); α - hệ số giản nỡ của nước 0,00018m
/m
. độ Δt - độ chênh lệch nhiệt độ của hai cột nước nóng và lạnh. Như vậy, từ công thức ta thấy độ chênh áp lực phụ thuộc vào độ chênh nhiệt độ Δt của hai cột nước. Do vậy với hệ thống mát này có những 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 giữa hai cột nước nhỏ. Vì vậy, nước lưu động chậm, động cơ chóng đạt được nhiệt độ ở chế độ làm việc. 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 làm mát không đều. Muốn giảm chênh lệch nhiệt độ nước vào và nước ra của động cơ thì phải tăng kích thước thùng chứa nhưng làm như vậy kết cấu cồng kềnh. Do vậy, hệ thống làm mát kiểu này không thích hợp cho động cơ ô tô máy kéo, mà dùng trên động cơ tĩnh tại. 3.1.3. Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức: Do tốc độ lưu động của nước trong hệ thống tuần hoàn đối lưu tự nhiên bé. Vì vậy để tăng tốc độ lưu động của nước người ta dùng hệ thống tuần hoàn cưỡng bức. Trong hệ thống này, nước lưu động do sức đẩy cột nước của bơm nước tạo ra. Tùy theo số vòng tuần hoàn và kiểu tuần hoàn ta có các loại tuần hoàn cưỡng bức như: hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức một vòng kín, kiểu cưỡng bức một vòng hở, kiểu cưỡng bức hai vòng tuần hoàn. Mỗi kiểu làm mát có những nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm, phạm vi sử dụng khác nhau. 3.1.3.1. Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng: - Sơ đồ nguyên lý của hệ thống:
Hình 3.3. Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng. 1- Thân máy; 2- Nắp xilanh; 3- Đường nước ra khỏi động cơ; 4- Ống dẫn bọt nước; 5- Nhiệt kế; 6-Van hằng nhiệt; 7- Nắp rót nước; 8- Két làm mát; 9- Quạt gió; 10- Puly; 11- Ống nước nối tắt vào bơm; 12- Đường nước vào động cơ; 13- Bơm nước; 14- Két làm mát dầu; 15- Ống phân phối nước. - Nguyên lý làm việc. Khi động cơ làm việc, nước trong hệ thống tuần hoàn nhờ bơm ly tâm (13), qua ống phân phối nước (15) 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 (15) đúc sẵn trong thân máy. Sau khi làm mát xilanh, nước lên làm mát nắp máy rồi theo đường ống (3) ra khỏi động cơ đến van hằng nhiệt (6). Nước từ van hằng nhiệt được chia ra hai dòng: một dòng đi qua ống (11) tuần hoàn trở lại động cơ; một dòng đi qua két (7) để tản nhiệt . Nếu nhiệt độ của nước làm mát nhỏ hơn nhiệt độ cho phép thì van hằng nhiệt đóng lại không cho đi qua két mà theo đường tắc để đi vào làm mát động cơ. Nếu nhiệt độ của nước lớn hơn nhiệt độ cho phép thì van hằng nhiệt mở cho nước đi qua két. Tại đây, nước được làm mát bởi dòng không khí qua két do quạt (8) tạo ra. Quạt được dẫn động bằng puly từ trục khuỷu của 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 một chu kỳ làm mát tuần hoàn. Ưu điểm của hệ thống làm mát cưỡng bức một vòng kín là nước sau khi qua két làm mát lại trở về động cơ do đó ít bổ sung nước, tận dụng được trở lại nguồn nước làm mát tiếp động cơ. Do đó, hệ thống này rất thuận lợi đối với các loại xe đường dài, nhất là ở những vùng thiếu nguồn nước. 3.1.3.2. Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn hai vòng: Đặc điểm của hệ thống này là, nước được làm mát tại két nước không phải là dòng không khí do quạt gió tạo ra mà là bằng dòng nước có nhiệt độ thấp hơn, như nước sông, biển. Vòng thứ nhất làm mát động cơ như ở hệ thống làm mát cưỡng bức một vòng còn gọi là nước vòng kín. Vòng thứ hai với nước sông hay nước biển được bơm chuyển đến két làm mát để làm mát nước vòng kín, sau đó lại thải ra sông, biển nên gọi là vòng hở. Hệ thống làm mát hai vòng được dùng phổ biến ở động cơ tàu thủy. - Sơ đồ nguyên lý của hệ thống:
Hình 3.4. Hệ thống làm mát cưỡng bức kiểu hai vòng tuần hoàn 1-Đường nước phân phối; 2- Thân máy; 3- Nắp xilanh; 4- Bơm nước vòng kín; 5- Đường nước tắt về bơm vòng kín; 6- Van hằng nhiệt; 7- Két làm mát; 8- Đường nước ra vòng hở; 9- Bơm nước vòng hở; 10- Đường nước vào bơm nước vòng hở. - Nguyên lý làm việc như sau: Trong hệ thống này nước ngọt làm mát động cơ đi theo chu trình kín, bơm nước (4) dẫn nước đến động cơ làm mát thân máy và nắp xilanh sau đó đến két làm mát nước ngọt (7) để tản nhiệt cho nước. Nước ngọt trong hệ thống kín được làm mát bởi nguồn nước ngoài môi trường bơm vào do bơm (9) thông qua lưới lọc, qua các bình làm mát dầu, qua két làm mát (7) làm mát nước ngọt rồi theo đường ống (8) đổ ra ngoài môi trường. Khi động cơ mới khởi động, nhiệt độ của nước trong hệ thống tuần hoàn kín còn thấp, van hằng nhiệt (6) đóng đường nước đi qua két làm mát nước ngọt. Vì vậy, nước làm mát ở vòng làm mát ngoài, nước được hút từ bơm (9) qua két làm mát (7) theo đường ống (8) đổ ra ngoài. Van hằng nhiệt (6) đặt trên mạch nước ngọt để khi nhiệt độ nước ngọt làm mát thấp, nó sẽ đóng đường ống đi vào két làm mát (7). Lúc này nước ngọt có nhiệt độ thấp sau khi làm mát động cơ qua van hằng nhiệt (6) rồi theo đường ống đi vào bơm nước ngọt (4) để bơm trở lại động cơ. 3.1.3.3. Hệ thống làm mát một vòng hở: - Sơ đồ nguyên lý của hệ thống:
Hình 3.5. 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. - Nguyên lý làm việc như sau: Quá trình hoạt động của 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 ngoài). 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 nhiệt độ nước ở ngoài tàu thay đổi mà nhiệt độ nước trong hệ thống hở cũng dao động lớn. Điều này không có lợi cho chế độ làm mát.