Tải bản đầy đủ
CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÀM MÁT

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÀM MÁT

Tải bản đầy đủ

EBOOKBKMT.COM – THƯ VIỆN TÀI LIỆU KỸ THUẬT MIỄN PHÍ

- Với bất kỳ hệ thống làm mát kiểu nào, cần phải đảm bảo những yêu cầu kỹ
thuật sau:
+ Bảo đảm động cơ làm việc tốt ở mọi chế độ làm việc và mọi điều
kiện khí hậu cũng như điều kiện đường sá (đối với động cơ đặt trên xe);
+ Tiêu hao công suất cho việc làm mát phải tương đối bé;
+ Kết cấu của hệ thống làm mát phải gọn nhẹ, đơn giản, dễ chế tạo và lắp
ráp, sửa chữa;
+ Vật liệu phải đảm bảo truyền nhiệt tốt nhưng rẻ tiền.
3.2.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
+Hệ thống làm mát bằng không khí.
- Ở mỗi loại như vậy lại phân ra nhiều kiểu làm mát khác nhau, 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.
- Trong hệ thống làm mát bằng không khí, phải tạo ra xung quanh xylanh
một luồng không khí bao bọc để thu nhiệt. Muốn tăng bề mặt tỏa nhiệt thì bề
ngoài của động cơ phải có nhiều gân nổi lên hay còn gọi là cánh tản nhiệt. Hệ
thống làm mát bằng không khí có hai loại: Làm mát tự nhiên và làm mát cưỡng
bức.
- Trong hệ thống làm mát bằng nước thì người ta chia ra thành 3 loại: bốc
hơi, đối lưu tự nhiên, 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).

Trang 46

EBOOKBKMT.COM – THƯ VIỆN TÀI LIỆU KỸ THUẬT MIỄN PHÍ

3.3.Sơ đồ hệ thống làm mát động cơ.

3.4.Nguyên lí làm việc.
- Khi động cơ làm việc, nước làm mát từ bơm được đưa đến các áo nước quanh
xylanh làm mát các xylanh. Nước sẽ bao quanh bề mặt ngoài của sơ-mi xylanh rồi
đi qua các đường nước ở mặt trên thân xylanh rồi đi vào các đường nước ở trên
nắp máy. Từ nắp máy, nước sau khi làm mát (nước nóng) sẽ đi vào van hằng nhiệt.
Tùy theo nhiệt độ nước làm mát mà van hằng nhiệt sẽ cho nước đi đến két làm mát
hoặc đưa nước về lại đường hút của bơm.
- Các van hằng nhiệt và bộ ngắt khớp thủy lực tự động bảo đảm chế độ nhiệt trong
động cơ. Chúng có nhiệm vụ điều khiển hướng của dòng nước và hoạt động của
quạt gió phụ thuộc vào nhiệt độ của nước làm mát trong động cơ.
- Nhiệt độ của nước làm mát trong hệ thống được duy trì ở khoảng 80 - 90 0C.
3.5.Đặc điểm, kết cấu của các bộ phận trong hệ thống làm mát.
3.5.1.Két làm mát nước (Heater core).
- Két làm mát dùng để hạ nhiệt độ của nước từ động cơ ra rồi lại đưa vào làm mát
động cơ.
Trang 47

EBOOKBKMT.COM – THƯ VIỆN TÀI LIỆU KỸ THUẬT MIỄN PHÍ

- Trên động cơ ô tô máy kéo, két làm mát gồm 3 phần: ngăn trên chứa nước nóng,
ngăn dưới chứa nước nguội vào làm mát động cơ, giữa là dàn ống truyền nhiệt.
Dàn truyền nhiệt là bộ phận quan trọng nhất của két nước.Hiệu suất truyền nhiệt
phụ thuộc vào tốc độ lưu động của hai dòng môi chất.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.
- Thông thường két làm mát được làm bằng các ống dẹt, cắm sâu trong các lá tản
nhiệt bằng đồng thau. Ống nước dẹt làm bằng đồng có chiều dày thành ống là
0,13-0,22 mm và kích thước tiết diện ngang của ống là (13-20) x (2-4) mm. Còn
các lá tản nhiệt có chiều dày khoảng 0,08-0,12 mm. Các ống được bố trí theo kiểu
song song.

Trang 48

EBOOKBKMT.COM – THƯ VIỆN TÀI LIỆU KỸ THUẬT MIỄN PHÍ

3.5.2.Bơm nước.
- Trong hệ thống làm mát, bơm nước có nhiệm vụ cung cấp nước cho hệ thống làm
mát. Bơm dùng trong động cơ 1NZ-FE là loại bơm ly tâm. Vỏ bơm chế tạo bằng
gang, có mặt bích ghép với thân máy bằng bulông.
- Khi trục của bơm quay, dưới tác dụng của lực ly tâm, các phần tử nước bị dồn từ
phía trong ra ngoài với áp suất cao nên nước được bơm đi. Bơm nước được đặt
phía trước của thân máy về phía bên trái. Bơm được dẫn động từ puli khớp nối
thủy lực, momen xoắn được truyền tới puli của bơm nước nhờ hai dây curoa hình
thang.

1-Mayơ lắp puli

7-Phớt chắn dầu

2-Trục bơm

8-Chốt định vị

3-Nắp che

9-Puli bơm

4-Bánh công tác

10-Cánh quạt gió

5-Vỏ bơm

11-Tấm vỏ mỏng

6-Bạc chặn

12-Mayơ lắp cánh quạt
Trang 49

EBOOKBKMT.COM – THƯ VIỆN TÀI LIỆU KỸ THUẬT MIỄN PHÍ

3.5.3.Quạt gió.
- Trong hệ thống làm mát bằng nước dùng két làm mát bằng không khí, quạt dùng
để tăng tốc độ của không khí qua két nhằm nâng cao hiệu quả làm mát. Quạt gió là
loại quạt chiều trục.
Đánh giá chất lượng của quạt bằng hai chỉ tiêu:
+ Năng suất của quạt.
+ Công suất tiêu tốn cho quạt.
- Hai chỉ tiêu trên phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: số vòng quay của quạt, kích
thước của cánh, góc nghiêng của cánh và vị trí tương quan giữa quạt và két làm mát.
- Tăng góc nghiêng của cánh và tăng số vòng quay của quạt đều làm cho công suất
dẫn động quạt tăng nhanh (hàm mũ bậc 3 theo số vòng quay). Thường đối với loại
cánh phẳng chọn góc nghiêng từ 40o-45o, cánh lồi 38o.
- Tăng số cánh quạt không cần làm nhiều hơn 6, tăng đường kính ngoài Dq và tăng
chiều rộng b của các cánh quạt, hiệu suất quạt sẽ tăng, vì vậy đối với động cơ ôtô
máy kéo thì đường kính ngoài Dq không vượt quá 0,07m và chiều rộng không vượt
quá 70mm.
3.5.4.Van hằng nhiệt.
Trên động cơ sử dụng van hằng nhiệt để khống chế lưu lượng nước làm mát qua
két nước khi nhiệt độ của động cơ chưa đạt tới nhiệt độ quy định, nhằm làm giảm
thời gian chạy ấm máy của động cơ.

4
5
3

6

2
1

a)

b)
Trang 50

EBOOKBKMT.COM – THƯ VIỆN TÀI LIỆU KỸ THUẬT MIỄN PHÍ

a) Khi van đóng,

b) khi van mở.

1: Hộp xếp,

2: ống dẫn nước đến két nước,

3: ống dẫn nước không qua két nước về bơm,

4: van,

5: đế van,

6: vỏ van.

Nguyên lý làm việc của loại van này là lợi dụng sự thay đổi nhiệt độ của nước làm
mát để điều chỉnh lượng nước đi qua két làm mát. Động cơ mà ta khảo sát, lợi
dụng hiện tượng giãn nở do nhiệt của chất lỏng đặt trong thân van để điều khiển
đóng mở van, làm khống chế lượng nước đi qua két làm mát. Khi nhiệt độ của nước thấp hơn nhiệt độ qui định, van hằng nhiệt vẫn đóng kín nắp van (do thân van
chưa bị giãn nở), nước làm mát không đi qua két nước được nên chỉ tuần hoàn
trong bản thân động cơ. Khi nhiệt độ của nước làm mát tăng lên cao hơn nhiệt độ
qui định, thân van giãn nở mạnh, nắp van càng mở rộng, tiết diện lưu thông lớn,
nước đi qua két làm mát càng nhiều.

Trang 51

EBOOKBKMT.COM – THƯ VIỆN TÀI LIỆU KỸ THUẬT MIỄN PHÍ

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyên lý động cơ đốt trong - Nguyễn Tất Tiến
Nhà xuất bản Giáo Dục 2000.
2. Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong - Trần Thanh Hải Tùng (ĐHBK Đà
Nẵng).
3. Thiết kế chi tiết máy - Nguyễn Trọng Hiệp
Nhà xuất bản Giáo Dục 2001.
4. Dung sai và lắp ghép - Ninh Đức Tốn
Nhà xuất bản Giáo Dục 2001.

Trang 52

EBOOKBKMT.COM – THƯ VIỆN TÀI LIỆU KỸ THUẬT MIỄN PHÍ

MỤC LỤC

Trang 53

EBOOKBKMT.COM – THƯ VIỆN TÀI LIỆU KỸ THUẬT MIỄN PHÍ

3.6.Tính toán hệ thống làm mát.
3.6.1.Xác định lượng nhiệt động cơ truyền cho nước làm mát.
-Nhiệt lượng từ động cơ truyền cho nước làm mát có thể coi gần bằng số
nhiệt lượng đưa qua bộ tản nhiệt truyền vào không khí, lượng nhiệt truyền cho hệ
thống làm mát của động cơ xăng chiếm khoảng 20..30% tổng số nhiệt lượng do
nhiên liệu tỏa ra. Nhiệt lượng Qlm có thể tính theo công thức kinh nghiệm sau đây:
J 
Qlm = q'lm N e  
s
Trong đó:
q’lm: Lượng nhiệt truyền cho nước làm mát ứng với một đơn vị công suất
trong một đơn vị thời gian.
-Đối với động cơ xăng thì:
J
q’lm = 1263÷1360 KW.s
J
chọn q’lm =1300 KW.s

-Ta có:
Ne = 69,9 [KW]
-Suy ra:
Qlm= q’lm.Ne =1300.69,9 = 90870 [J/s]
-Từ đó ta có thể xác định lượng nước G lm tuần hoàn trong hệ thống trong một đơn
vị thời gian:

G lm =

Qlm
90870
 kg 
=
= 2,71 
C n ∆t n 4187.8
 s 
Trang 54

EBOOKBKMT.COM – THƯ VIỆN TÀI LIỆU KỸ THUẬT MIỄN PHÍ

Trong đó:
Cn: Tỷ nhiệt của nước làm mát, Cn= 4187J/kgđộ.
Δtn: hiệu nhiệt độ của nước vào và ra của bộ tản nhiệt.
Với động cơ ôtô-máy kéo Δtn = 5 ÷ 100C, chọn Δtn = 80C
Ta tính toán hệ thống làm mát ở chế độ công suất cực đại.
2.3.2.Tính két nước:
-Bao gồm việc xác định bề mặt tản nhiệt để truyền nhiệt từ nước ra môi
trường không khí xung quanh.
-Xác định kích thước của mặt tản nhiệt trên cơ sở lý thuyết truyền nhiệt.
-Truyền nhiệt trong bộ tản nhiệt chủ
yếu là đối lưu. Két tản nhiệt của động cơ
ôtô máy kéo có một mặt tiếp xúc với
nước nóng và mặt kia tiếp xúc với không
khí. Do đó truyền nhiệt từ nước ra không
khí là sự truyền nhiệt từ môi chất này
đến môi chất khác qua thành mỏng. Như
vậy quá trình truyền nhiệt có thể phân ra
thành 3 giai đoạn ứng với 3 quá trình
truyền nhiệt như sau:
+ Từ nước đến thành ống bên trong:
J 
Q lm = α1F1 ( t n − t δ1 )  
s 

+ Qua thành ống:
Q lm =

λF1 ( t δ1 − t δ 2 )  J 
 s 
δ

+ Từ mặt trong của thành ống đến không
khí:

Hình 16 : Quan hệ của hệ
số truyền nhiệt k với tốc
độ không khí ωkk
Trang 55

EBOOKBKMT.COM – THƯ VIỆN TÀI LIỆU KỸ THUẬT MIỄN PHÍ

J
Q lm = α 2 F2 ( t δ 2 − t kk )  
s 
Trong đó:
Qlm : Nhiệt lượng của động cơ truyền cho nước làm mát bằng nhiệt
lượng do nước dẫn qua bộ tản nhiệt (J/s).
α1 : Hệ số tản nhiệt của nước đến thành ống tản nhiệt (W/m2.độ).
λ : Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống tản nhiệt (W/m2.độ).
δ : Chiều dày thành ống (m).
α2 : Hệ số tản nhiệt từ thành ống tản nhiệt vào không khí (W/m2)
F1 : Diện tích tiếp xúc với nước nóng (m2).
F2 : Diện tích tiếp xúc với không khí (m2).
tδ1, tδ2 : Nhiệt độ trung bình của bề mặt trong và ngoài thành ống .
tn, tkk : Nhiệt độ trung bình của nước, không khí đi qua bộ tản nhiệt .
Giải các phương trình trên ta có:
Qlm =

k=

Đặt:

1
F (t − t )
1 F2 δ F2
1 2 n kk  J 
+
+
 s 
α1 F1 λ F1 α 2

1
1 F2 δ F2
1
+
+
α1 F1 λ F1 α 2 là hệ số truyền nhiệt tổng quát của két làm mát.

Suy ra: Q lm

J
= kF2 ( t n − t kk )  s 

Vậy ta tính được diện tích tiếp xúc với không khí F2 theo công thức:
F2 =

Q lm
k ( t n − t kk )

[m ]
2

Diện tích F2 thường lớn hơn diện tích F1 vì F2 còn tính đến diện tích các cánh
tản nhiệt.

Trang 56