Đồ án Khảo sát hệ thống làm mát động cơ toyota 1tr-Fe

o xoắn- sơ đồ kết cấu của loại van hằng nhiệt dùng lò xo bimêtan gồm hai thanh dải kim loại có hệ số giãn nở dài khác nhau. Dải thép hợp kim inva có hệ số nở dài 1,5.10-6, dải đồng có hệ số nở 20.10-6. Van hằng nhiệt dùng lò xo bimêtan làm việc rất tốt nhưng đắt tiền. 5. So sánh ưu khuyết điểm của kiểu làm mát bắng nươc và kiểu làm mát bằng không khí Xuất phát từ những yêu cầu kỹ thuật ta nhận thấy rằng động cơ làm mát bằng nước so với động cơ làm bằng không khí có những ưu điểm sau: - Hiệu quả làm mát của hệ thống làm mát bằng nước cao hơn do đó trạng thái nhiệt của các chi tiết của động cơ làm mát bằng nước thấp. Vì vậy, nếu các điều kiện phụ tải như nhau thì đối với động cơ xăng phải giảm tỉ số nén để tránh hiện tượng kích nổ. - Độ dài thân động cơ làm mát bằng nước ngắn hơn khoảng (10¸15)%, trọng lượng nhỏ hơn (8¸10)% so với động cơ làm mát bằng không khí. Được như vậy là ta có thể đúc các xilanh liền một khối nên khoảng cách giữa các xilanh có thể giảm đến mức tối thiểu. - Do giảm được độ dài của thân động cơ nên có thể tăng độ cứng vững của thân động cơ, trục khuỷu và trục cam. - Khi làm việc động cơ làm mát bằng nước có tiếng ồn nhỏ hơn. - Tổn thất công suất để dẫn động quạt gió của động cơ làm mát bằng nước nhỏ hơn động cơ làm mát bằng gió. Tuy vậy, hệ thống làm mát bằng nước cũng có những nhược điểm sau đây: - Kết cấu thân máy và nắp xilanh rất phức tạp và rất khó chế tạo. - Phải dùng két nước có cánh tản nhiệt bằng đồng. Kết cấu của két nước cũng rất phức tạp, khó chế tạo và dùng vật liệu quý như đồng, thiết... - Dễ bị rò rỉ nước xuống cácte nên có thể ảnh hưởng xấu đến chất lượng dầu bôi trơn ở dưới cácte. - Khi trời lạnh có thể bị đóng băng trong áo nước và két nước có thể làm vỡ hệ thống làm mát. Vì vậy khi động cơ làm việc ở vùng có nhiệt độ thấp, thường phải dùng hỗn hợp nước có trộn glyxêrin hay glycôn để hạ thấp nhiệt độ đông đặc của nước làm mát. - Phải thường xuyên súc rửa hệ thống làm mát vì nước bẩn hoặc nước cứng đóng cặn làm giảm khả năng truyền nhiệt. - Không thuận lợi khi sử dụng ở vùng khan hiếm nước. 6. Khảo sát hệ thống làm mát động cơ 1TR-FE Khi động cơ nóng lên, hệ thống làm mát sẽ truyền nhiệt ra không khí chung quanh để làm mát động cơ. Ngược lại, khi động cơ còn lạnh, Hệ thống làm mát giúp động cơ dể nóng lên. Bằng cách đó, Hệ thống làm mát giúp cho việc duy trì nhiệt độ động cơ thích hợp. Ở động cơ 1TR-FE hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức được sử dụng. 6.1. Sơ đơ hệ thống làm mát Hình 6-1 Sơ đồ hệ thống làm mát 1-Bánh đà; 2- Đường phân phối nước; 3-Thân máy; 4-Nắp máy; 5-Ống dẫn nước nóng về két;6-Ống dẫn bọt khí; 7-Ống chuyển; 8-Ống dẫn về két nước; 9- Nắp két nước; 10-két nước; 11-Quạt gió; 12-Puly quạt ;13-Khớp chất lỏng; 14-Puly trục khuỷu; 15- Ống nhánh từ bộ tản nhiệt; 16-Van hằng nhiệt; 17-Ống nhánh nối với bơm; 18-Bơm nước; 19-Catte. Khi mới khởi động, nước làm mát của động có sẵn trong két được bơm nước hút qua ống hút của bơm rồi được đẩy vào khoang nước trong thân máy của động cơ thông qua các đường lỗ khoan sẵn trong thân máy. Nước được phân chia để làm mát đều cả bốn xilanh, làm mát dầu bôi trơn sau đó lên làm mát thân máy, rồi từ thân máy nước làm mát đến van hằng nhiệt. Đặc điểm : Có kiểu van hằng nhiệt lắp ở đầu vào của bơm nước .Van hằng nhiệt này được trang bị van đi tắt, tùy theo sự thay đổi nhiệt độ của nước làm mát mà van này đóng hoặc mở van hằng nhiệt để điều chỉnh nước làm mát đi qua mạch chính và qua mạch đi tắt.(1) khi nước làm mát còn thấp, van hằng nhiệt sẽ đóng và van đi tắt mở.Khi đó nước làm mát sẽ tuần hoàn qua mạch rẽ mà không đi qua van hằng nhiệt . Nhờ vậy nhiệt độ của nước sẽ tăng lên và động cơ sẽ đạt đến nhiệt độ thích hợp nhanh hơn.(2)Khi nhiệt độ nước làm lên cao, Van hằng nhiệt mở van đi tắt đóng lại. Toàn bộ nước làm mát sẽ chảy qua két nước, Ở đây nó được làm mát, sau đó nó đi qua van hằng nhiệt và trở về bơm nước.Bằng cách này nhiệt độ động cơ được duy trì. Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức, dung tích bình chứa 7,8lít. Quạt của hệ thống làm mát được điều khiển bằng khớp chất lỏng ba giai đoạn Hình 6-2 Hệ thống làm mát động cơ 1TR-FE 1-Két nước; 2-Van hằng nhiệt; 3-Đường nước đến cổ họng gió; 4-Đường nước về. 6.2. Các cụm chi tiết của hệ thống làm mát bằng nước động cơ 1TR-FE 6.2.1. Két làm mát 6.2.1.1. Công dụng và yêu cầu Công dụng của két kàm mát dùng để hạ nhiệt độ của nước từ động cơ ra bằng cách tản nhiệt ra ngoài không khí qua thành ống nước và cánh tản nhiệt, rồi lại đưa trở vào làm mát động cơ. Yêu cầu két nước phải hấp thụ và tỏa nhiệt nhanh tức là hệ số truyền nhiệt của bộ phận tản nhiệt lớn. 6.2.1.2. Kết cấu và nguyên lý làm việc Kết cấu của két làm mát động cơ 1TR-FE gồm có bình chứa nước phía trên và bình chứa nước phía dưới thông nhau qua các ống mỏng bằng nhôm, có tiết diện dẹt (giống hình ôvan), được bố trí một hang, trong hàng có các cột thẳng hàng với nhau. Các ống này có cánh tản nhiệt ở bên ngoài để tăng khả năng tản nhiệt. Loại ống này có ưu điểm là có sức cản không khí ít hơn và diện tích tản nhiệt lớn hơn khoảng 2 ÷ 3 lần so với ống tròn . Tuy nhiên loại ống này không bền bằng ống tròn và khó sửa chữa. Đường ống từ bơm nước đi vào nằm ở bình chứa nước phía trên có đường kính là Ф= 40mm, đường ống ở khoang phía dưới đi vào động cơ là Ф= 35mm. Hình 6-3 Két cấu két nước 1- Ống nước nguội đi vào làm mát động cơ , 2- Ngăn duới ,3- Nước nguội , 4- Ống tản nhiệt, 5- Khoang nước trên, 6- Nắp két, 7- Ống nước nóng từ động cơ ra két nước để tản nhiệt, 8- Khoang nước dưới. Nguyên lý làm việc của két: Khi động cơ làm việc, nhiệt độ sinh ra do quá trình cháy truyền ra môi trường xung quanh, làm cho nước làm mát trong động cơ nóng dần lên. Dưới áp lực của bơm nước, nước nóng được đẩy vào bình chứa nước phía trên của két nước. Nước nóng chảy trong các ống, đồng thời tỏa nhiệt ra thành ống, nhiệt từ thành ống truyền ra cho các cánh tản nhiệt và truyền ra môi trường không khí, cánh tản nhiệt có tác dụng tăng khả năng truyền nhiệt. Nước sau khi trao đổi nhiệt với môi trường, nhiệt độ được giảm xuống. Nước nguội chảy theo đường ống của két xuống bình chứa ở phía dưới két làm mát, đi theo đường ống thoát đi vào làm mát động cơ và các bộ phận khác. 6.2.1.3. Các dạng hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa + Các hư hỏng: - Két nước bị tắc (tắc một phần) do sự đóng cặn của các chất khoáng trên thành ống. - Các ống nước tản nhiệt bị bẹp làm cản trở nước lưu thông qua két và giảm sự truyền nhiệt của thành ống hoặc ống nước bị thủng làm rò rỉ nước. - Cánh tản nhiệt của giàn ống bị dập do va đập làm cản trở khí thổi qua két để làm mát két. - Các ống nối dẫn nước vào két hoặc ra từ két bị bẹp làm cản trở lưu thông tuần hoàn của nước qua két. + Cách khắc phục, sửa chữa: - Thông rửa két nước, tẩy sạch các chất bám trên thành ống thông qua phương pháp tẩy rửa bằng nước rửa hóa chất kết hợp tạo dòng nước mạnh lưu thông qua hệ thống làm mát. Chú ý, khi thông rửa phải tháo van hằng nhiệt ra khỏi hệ thống làm mát. Có thể tháo cả hai ống nối giữa két và động cơ rồi rửa riêng cho từng cụm két và động cơ. Phương pháp này tuy tốn nước hơn nhưng sạch hơn phương pháp rửa chung cho toàn hệ thống. - Gò, hàn lại ống nước tản nhiệt. Số lượng hàn lấp không quá 10% tổng số ống. - Nắn thẳng lại các cánh tản nhiệt. - Thử nghiệm thời gian nước chảy qua két làm mát, nếu lưu lượng giảm cỡ 15% so với thiết kế phải sửa chữa hoặc thay thế két mới. Phải thay két mới nếu: - Số ống nước móp méo lớn hơn 20%. - Số đường ống bị tắc lớn hơn 10%. - Số cánh tản nhiệt bị hỏng lớn hơn 20%. Sau khi sửa chữa xong phải thử độ kín khít các bộ phận. 6.2.2. Nắp két 6.2.2.1. Công dụng và yêu cầu Công dụng của nắp két là duy trì áp suất trong hệ thống làm mát cao hơn áp suất không khí, nhằm nâng nhiệt độ sôi nước cao hơn bình thường. Cho phép động cơ làm việc với nhiệt cao hơn mà không bị sôi trào gây hao hụt nước làm mát. Ngoài ra nắp két còn làm để bịt kín miệng đổ nước của két làm mát. 6.2.2.2. Kết cấu và nguyên lý làm việc. Hình 6-4 Kết cấu nắp két nước 1- Nắp; 2- Vòng đàn hồi; 3- Lò xo van xả hơi nước; 4- Thân của van xả hơi nước; 5- Lỗ thoát hơi; 6- Đĩa cao su của van xả; 7- Đệm cao su của van xả; 8- Mũ van không khí; 9- Đệm van không khí; 10- Thân van hút không khí; 11- Lò xo van hút không khí; 12- Thân nắp két. Nắp két nước có cấu tạo như sau: Trên nắp két nước có một van xả hơi nước (van áp suất) và một van hút không khí (van chân không). Van xả hơi nước gồm có lò xo van (3) có xu hướng ép chặt đĩa cao su của van xả (6) và đệm cao su (7) xuống, thân của van xả có nhiệm vụ định hướng cho lò xo (3). Van hút không khí bao gồm: mũ van (8), lò xo van hút không khí (11) có xu hướng đẩy chặt vòng đệm (9) lên phía trên, lò xo hút không khí (11) được được dẫn hướng bởi thân van hút không khí (10). Van xả hơi nước duy trì áp suất trong hệ thống ổn định ở chế độ nhất định tùy thuộc vào nhiệt độ làm mát tối đa quy định của động cơ khi làm việc, còn van hút không khí đảm bảo áp suất trong hệ thống không thấp hơn nhiều so với áp suất bên ngoài khi động cơ nguội. Khi áp suất trong két nằm ngoài giới hạn cho phép thì một trong hai van được mở để thoát bớt hơi nước ra ngoài hoặc hút khí vào. Nếu áp suất trong hệ thống làm mát cao quá 0,15 ÷ 0,125 MN/m2 thắng áp lực do lò xo (3) tạo ra thì van xả khí mở để thoát hơi ra ngoài môi trường. Nếu áp suất trong hệ thống làm mát nhỏ hơn áp suất khí trời khoảng 0,095 ÷ 0,09 MN/m2, do đó áp suất chân không phía dưới van hút không khí có xu hướng làm mở van hút, áp suất chân không này phải thắng được áp lực do lò xo (11) gây ra thì mới làm mở van hút này, để hút không khí vào. Do đó, hai van này cũng có tác dụng hạn chế sự bay hơi của nước trong hệ thống làm mát nhằm giảm sự hao hụt nước làm mát. Vì vậy, kiểu làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng được dùng rộng rãi trong các loại động cơ đốt trong nhất là đối với ô tô máy kéo chạy trên đường dài nhất là những vùng hiếm nguồn nước. 6.2.2.3. Các dạng hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa + Hư hỏng: - Vòng đệm cao su làm kín bị hỏng. - Lò xo của áp suất và van chân không bị giảm đàn hồi hay kẹt, dẫn đến sai lệch áp suất điều chỉnh. + Cách khắc phục, sửa chữa: - Thay vòng đệm cao su mới đảm bảo kín khít của két. - Thay thế nắp két mới cùng chủng loại. 6.2.3. Bơm nước 6.2.3.1. Công dụng và yêu cầu Công dụng của bơm nước là hút nước nguội từ thùng dưới của két giải nhiệt và đẩy nước tới các mạch vào bọng nước trong động cơ để làm mát động cơ .Trong động cơ 1TR-FE, bơm nước có nhiệm vụ cung cấp nước tuần hoàn cho hệ thống làm mát với lưu lượng và áp suất nhất định. Yêu cầu của bơm nước phải cung cấp đủ lưu lượng cho vòng tuần hoàn và đảm bảo tạo được áp suất cột nước là 12m. Ngoài ra bơm nước phải làm việc một cách ổn định, kết cấu gọn nhẹ phù hợp với từng loại động cơ. 6.2.3.2. Kết cấu và nguyên lý làm việc Máy bơm nước được dẫn động bằng đai chữ V(đai thang có răng), để tạo dòng tuần hoàn nước làm mát trong hệ thống làm mát và bộ sưởi ấm. Rôto và thân của máy bơm nước có các vòng bít (phớt làm kín) để chống rò rỉ Hình 6-5 Kết cấu bơm nước 1-Puli bơm nước; 2-Lổ ren; 3- đai ốc; 4-miếng đệm; 5-then bán nguyệt; 6-vú mở; 7-bánh công tác; 8-bulong; 9-buồng đẩy; 10-buồng hút; 11-trục bơm; 12-vòng phớt; 13-ổ bi; 14-vòng chặn; 15-thâm bơm. Nguyên lý hoạt động của bơm nước: - Bánh công tác được gắn trên trục bơm, khi động cơ làm việc trục khuỷu quay nhờ truyền động đai dẫn đến trục bơm quay. Trục bơm quay nên bánh công tác quay và ngâm trong nước thì lượng nước nằm trong các rãnh giữa của cánh dưới tác dụng của lực ly tâm bị đẩy ra không gian nằm bên ngoài đường kính của bánh công tác (7). Không gian xả có dạng hình xoắn ốc, chiều mở của hình xoắn ốc cùng chiều với chiều quay của bơm. Khi nước ra tới không gian xả tốc độ dòng nước giảm dần làm cho áp suất dòng chảy tăng dần. Khu vực tại miệng đẩy nối với cửa phân phối nước vào thân máy có áp suất lớn nhất. Khi nước trong rãnh bị văng ra xa tâm quay thì phần gần tâm quay, tại khu vực này tạo ra chân không (áp suất hút) hút nước từ miệng hút, nối thông với khoang dưới của két nước và với không gian đường ống nối tắt của van hằng nhiệt. 6.2.3.3. Các dạng hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa Trong quá trình làm việc, các chi tiết của bơm nước chịu nhiều tác dụng lý hóa gây hư hỏng. + Hư hỏng: - Vòng bít bi hư hỏng. Nếu vòng bít bị hư hỏng nước làm mát bị rò ra ngoài thì lượng rò rỉ được thoát ra ngoài qua lỗ xả trên thân máy bơm, để nước làm mát không thâm nhập vào các vòng bi. Vì vậy khi có hiện tượng rò rỉ hoặc có nước làm mát thoát ra ngoài qua lổ xả thì nguyên nhân có thể là do vòng bít hoặc vòng bi bị hỏng. - Rò rỉ nước qua lỗ thăm ở thân bơm và bề mặt lắp ghép thân bơm với thân máy. - Trục bơm bị rơ ngang do ổ bi bị hỏng. - Bánh công tác của bơm bị ăn mòn lớn, gãy vỡ. + Cách khắc phục, sửa chữa. Thông thường máy bơm không thể sửa chữa bằng cách tháo rời nó ra, mà thường phải thay cả bộ. Tuy nhiên, cũng có một số kiểu máy bơm nước tháo ra để sửa chữa. - Kiểm tra bộ phận phớt bao kín nếu hỏng phải thay thế, kiểm tra bề mặt đế lắp phớt bao kín trên thân bơm nếu bị mòn rỗ có thể doa và mài bóng lại hoặc doa rộng rồi đóng ống lót và mài bóng bề mặt tiếp xúc. Cần thay các roan đệm mới giữa mặt lắp ghép thân bơm với thân máy để đảm bảo không rò rỉ nước. - Thay ổ bi mới cùng tiêu chuẩn. - Thay thế bánh công tác mới phù hợp hoặc thay thế bơm mới. Cho phép sửa chữa bánh công tác nhưng phải đảm bảo độ cứng vững. 6.2.4. Quạt gió dẫn động bằng đai 6.2.4.1. Công dụng và yêu cầu Quạt gió dùng để tạo dòng khí đi qua giàn ống và cánh tản nhiệt của két làm mát để tăng khả năng tản nhiệt cho két. Quạt gió làm tăng tốc độ lưu động của không khí đi qua két làm mát khiến cho hiệu quả làm mát cao hơn. Quạt gió dùng trong hệ thống làm mát của động cơ 1TR-FE là loại quạt hướng trục. Hiệu suất làm việc của quạt phụ thuộc vào số vòng quay của quạt, đặc điểm kết cấu của quạt (số cánh, chiều dài, chiều rộng, góc nghiêng của quạt) và khoảng cách từ quạt đến két nước được thể hiện như sau: 6.2.4.2. Kết cấu và nguyên lý làm việc Hình 6-6 Kết cấu quạt gió động cơ 1TR-FE 1- Đai ốc; 2- Trục của ly hợp; 3- Vòng chặn; 4- Ổ bi đỡ 5- Đĩa bị dẫn 1; 6- Đĩa bị dẫn 2; 7- Tấm lưỡng kim; 8- Lò xo; 9-Đĩa bi dẫn 3; 10-Đĩa dẫn; 11-Bulong; 12-Cánh tản nhiệt; 13-Cánh quạt gió; 14-Bầu quạt; 15-Khớp chất lỏng; 16-Bulong. Quạt gió được sử dụng trong động cơ 1TR-FE có kết cấu đơn giản. Quạt gió có 7 cánh, các cánh của quạt được làm bằng nhựa và được đúc liền với bầu quạt. Quạt gió được dẫn động bằng đai từ trục khuỷu động cơ và được lắp cứng với trục của nó. Trên trục một đầu lắp quạt gió, đầu kia lắp puly dẫn động, trên puly có rãnh lắp đai để truyền động từ trục khuỷu đến quạt. Quạt gió được gắn vào khớp chất lỏng. Tốc độ quạt được điều khiển bởi Khớp chất lỏng, phụ thuộc vào nhiệt độ không khí qua két nước. 6.2.4.3. Các dạng hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa + Hư hỏng: - Cánh quạt gió nứt, gãy,cong vênh. + Cách khắc phục, sửa chữa: - Nếu bị nứt, gãy phải thay mới cùng thông số kỹ thuật, có thể hàn các vết nứt. Thông thường nếu cánh quạt gió có bị hư hỏng điều gì đều được thay mới vì giá thành của cánh quạt rẻ, dễ thay thế. 6.2.4. Van hằng nhiệt 6.2.4.1. Công dụng và yêu cầu Van hằng nhiệt có nhiệm vụ tự động khống chế lưu lượng nước làm mát qua két nước khi nhiệt độ của động cơ chưa đạt tới nhiệt độ quy định. Mặt khác, van hằng nhiệt còn làm nhiệm vụ rút ngắn thời gian chạy ấm máy. Ở động cơ 1TR-FE Có 2 loại van hằng nhiệt, loại có van chuyển dòng và loại không có van chuyển dòng. Xi lanh trong van hằng nhiệt được dịch chuyển do sự dịch chuyển của sáp trong xylanh. Sự dich chuyển này làm cho van chính mở ra, điều tiết lưu lượng nước làm mát đi qua két nước, nhiệt độ thích hợp được duy trì.Van chuyển dòng hoạt động cùng với van chính (khi van chính mở, van chuyển dòng đóng). 6.2.4.2. Kết cấu và nguyên lý hoạt động Hình 6-7 Kết cấu của van hằng nhiệt 1- thân van hằng nhiệt; 2-ống chuyển ; 3-ống nhánh 3 nối với bơm; 4- Lò xo van chuyển; 5- Lò xo van chính; 6- Lõi; 7-chất độn rắn; 8-ống bọc; 9-đệm cao su; 10-ống nhánh từ bộ tản nhiệt; 11-van chính; 12-van chuyển. Phần tử nhạy nhiệt của van hằng nhiệt có ống bọc 8 (hình 6-7) và đệm cao su 9; nằm giữa các thành của chúng là chất độn rắn. Bên trong miếng đệm cao su có lõi 6 bắt chặt vào trụ van chính 11 của van hằng nhiệt. Khi nhiệt độ chất lỏng làm mát dưới 80oC, van chính đóng lại (hình 6-7,a), còn chất lỏng thì chảy theo chu trình hẹp: bơm nước, áo nước làm mát, ống chuyển 2, van chuyển 12, ống nhánh 3 nối với bơm. Khi nhiệt độ nước làm mát cao hơn 94oC, Sáp nóng chảy và trong khi giãn nở, chuyển đẩy các van 11 và 12 lên trên. Chất lỏng bắt đầu ra khỏi bơm (hình 6-7,b). Lúc nhiệt độ hâm nóng nằm giữa 2 giai đoạn nới trên, chất lỏng sẽ đi qua cả hai van 11 và 12. 6.2.4.3. Các dạng hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa + Hư hỏng - Van hằng nhiệt bị liệt hay kẹt luôn ở vị trí đóng hoặc không mở to đường nước qua két, làm cho nước không được làm nguội, động cơ quá nóng. Nếu nếu van bị liệt hay kẹt ở vị trí mở to thì dẫn đến thời gian chạy ấm máy lâu, hiện tượng này kéo dài gây mòn nhanh động cơ, tốn nhiên liệu và tăng ô nhiễm môi trường. + Cách khắc phục, sửa chữa: - tháo van ra khỏi động cơ, tẩy rửa và làm sạch các cáu bẩn bám trên van, kiểm tra sự đóng mở của van theo nhiệt độ, nếu van đóng, mở ở nhiệt độ không đúng với yêu cầu cần phải thay thế. 6.2.5. Khớp chất lỏng 6.2.5.1. Công dung và yêu cầu Đối với quạt làm mát được dẫn động bằng đai chữ V thì tốc độ của nó tăng lên tỷ lệ với sự tăng tốc độ của động cơ. Đối với quạt có khớp chất lỏng điều khiển bằng nhiệt độ, thì tốc độ quạt được điều khiển bằng nhiệt độ, thì tốc độ quạt được điểu khiển bởi cảm biến nhiệt độ của luồng không khí đi qua két nước. Tham khảo [6] [7] [8] Khớp chất lỏng này bao gồm một bộ li hợp thuỷ lực chứa dầu silicon. Sự chuyển động quay của quạt thông qua đại chữ V được điều khiển bằng cách điều chỉnh lượng dầu trong buồng làm việc. Khi nhiệt độ thấp, tốc độ quay được giảm xuống để giúp động cơ nóng lên và giảm tiếng ồn. Khi nhiệt độ động cơ tăng lên, tốc độ quạt tăng lên, tốc độ quạt tăng lên để cung cấp đủ lượng không khí cho két nước, tăng hiệu quả làm mát. 6.2.5.2. Kết cấu và nguyên lý hoạt động Hình 6-8 Kết cấu Khớp chất lỏng 1- Đai ốc; 2- Trục của ly hợp; 3- Vòng chặn; 4- Ổ bi đỡ 5- Đĩa bị dẫn 1; 6- Đĩa bị dẫn 2; 7- Tấm lưỡng kim; 8- Lò xo; 9-Đĩa bi dẫn 3; 10-Đĩa dẫn; 11-Bulong; 12-Cánh tản nhiệt; 13-Lò xo lưỡng kim; 14-Bulong quạt; 15-Buồng làm việc phía sau. 6.2.5.2. Nguyên lý hoạt động Hình 6-9 Đồ thị biểu thị quan hệ tốc độ quạt gió và tốc độ khớp chất lỏng - Nhiệt độ không khí (nóng) trong khi xe chạy chậm Chuyển động quay của trục khớp chất lỏng được truyền hết sang quạt. - Nhiệt độ không khí (nóng) trong khi xe chạy nhanh Sức ỳ của quạt tăng lên và sự trượt trong khớp chất lỏng làm cho quạt quay với tốc độ thấp hơn tốc độ quay của trục khớp chất lỏng. - Nhiệt độ không khí (ấm) trong khi xe chạy nhanh Tấm lưỡng kim sẽ ngắt đường dầu, làm giảm lượng dầu trong buồng làm việc. Điều này làm tăng hệ số trượt của khớp nối, dẫn đến làm giảm tốc độ quay của quạt. - Nhiệt độ không khí lạnh (lạnh) trong khi xe chạy nhanh Đường dầu bị ngắt và mức dầu công tác tiếp tục giảm. Lúc này hệ số trượt là lớn nhất và tốc độ quạt là thấp nhất. 6.2.5.3. Các dạng hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa + Hư hỏng - Dầu silicon trong khớp chất lỏng dùng một thời gian sẽ bi biến chất, do đó tốc độ của quạt không thay đổi theo quy luật trước + Cách khắc phục, sửa chữa: - Thay thế khớp chất lỏng mới cùng kích cở 7. Tính toán nhiệt động cơ 1TR-FE 7.1. Các số liệu ban đầu Bảng 7-1 Thông số ban đầu Tên thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị Công suất có ích Ne Kw 100 Tỷ số nén e 9,8 Số vòng quay n Vòng/ phút 5600 Đường kính xi lanh D mm 86 Hành trình piston S mm 86 Số xi lanh i 4 Số kỳ t 4 Góc mở sớm xupáp nạp j1 Độ 520~00 Góc đóng muộn xupáp nạp j2 Độ 120~640 Góc mở sớm xupáp thải j3 Độ 440 Góc đóng muộn xupáp thải j4 Độ 80 7.2. Các thông số chọn Bảng 7-2 Thông số chọn Tên thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị Áp suất khí nạp Pk MN/m2 0,1 Nhiệt độ khí nạp Tk K 335 Hệ số dư lượng không khí a 1 Áp suất cuối kỳ nạp Pa MN/m2 0,0847 Áp suất khí sót Pr MN/m2 0,11 Nhiệt độ khí sót Tr K 900 Độ sấy nóng khí nạp mới DT 8 Chỉ số đoạn nhiệt m 1,5 Hệ số lợi dụng nhiệt tại z xz 0,865 Hệ số lợi dụng nhiệt tại b xb 0,95 Tỷ số tăng áp l 4 Hệ số nạp thêm l1 1,02 Hệ số quét buồng cháy l2 1 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt lt 1,17 Hệ số điền đầy đồ thị jđ 0,968 7.3. Tính toán các quá trình công tác 7.3.1 Tính toán quá trình nạp. Hệ số khí sót: (7-1) Hệ số nạp: (7-2) Nhiệt độ cuối qúa trình nạp Ta[oK): Ta = (7-3) Ta = = 338,1786[oK] Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu: (7-4) Trong đó: Nhiên liêu Thành phần trong 1 kg nhiên liệu [kg) Khối lượng phân tử mnl [kg/kmol) Nhiệt trị thấp QH [kj/kg) C H O Xăng 0,855 0,145 0 110 - 120 43.995 Mo = =0, 512 [kmol không khí/kg nhiên liệu] Tính số mol khí nạp mới M1 [kmol không khí/kg nhiên liệu] Do động cơ 1TR-FE là động cơ phun xăng == 0,512[kmol không khí/kg nhiên liệu] (7-5) 7.3.2. Tính toán quá trình nén. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí[KJ/Kmol.K]. =20,4303[KJ/Kmol.K]. (7-6) Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy : [KJ/Kmol.K]. (7-7) Trong đó: = = 21,501 = 0,0031 = 22,8960[KJ/Kmol.K]. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp cháy[KJ/Kmol.K]. [KJ/Kmol.K). (7-8) Trong đó: Vậy: =19,8887+338,1786 = 20,6132[KJ/Kmol.K]. Chỉ số nén đa biến trung bình n1: n1 = 1 + (7-9) n1 = Giải phương trình trên theo phương pháp chia đôi ta được: n1 = 1,3741 Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc: Tc = T0. = 335. 9, 81, 369 -1 = 777,69[oK] (7-10) - Áp suất cuối quá trình nén Pc: Pc = pa. 0, 0847. 9, 81, 369 =1.927 [MN/m2]. (7-11) 7.3.3 Tính toán quá trình cháy Tính DM: Động cơ xăng khi a³ 1 thì (7-12) = 0,0279 Tính số mol sản phẩm cháy M2 [kmol/kg nhiên liệu]: (7-13) = 0,5398 [kmol/kg nhiên liệu]. Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết. =1,0545 (7-14) Hệ số biến đổi phân tử thực tế. ==1,0516 (7-15) Hệ số biến đổi phân tử tại z. =1,047 (7-16) Tính hệ số toả nhiệt xz tại z. =0,9105 (7-17) Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn DQH. DQH = 120000(1-a)M0 (7-18) Do động cơ phun xăng a = 1 nên DQH = 0 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất tại z. (7-19) Trong đó: =20,431 =0,00382 Nhiệt độ cực đại của chu trình Tz [oK] (7-20) Đưa về dạng phương trình bậc hai: A = = 1,0473.0,00382 = 0,004 B = = 1,0473. 20,431= 21,397 C = = = -70615,0549 Vậy phương trình bậc hai: Giải phương trình ta có: Tz = 2306,076 [oK]. Áp suất cực đại chu trình Pz [MN/m2]. [MN/m2]. (7-21) Pz = = 5,983[MN/m2]. 7.3.4. Quá trình giãn nở Tỷ số giãn nở sớm r : r = 1 (7-22) Tỷ số giãn nở sau d: d = e =9,8. (7-23) Kiểm nghiệm lại trị số n2: Chọn trước n2, tính lặp n2 theo công thức: (7-24) Trong đó: [oK]. Giải phương trình trên theo phương pháp chia đôi ta được: n2 = 1,2325 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb [oK]. =1356,48[oK]. (7-25) Áp suất cuối quá trình giãn nở Pb [MN/m2]. ==0,359[MN/m2]. (7-26) Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót [oK). == 914,416[oK] (7-27) Sai số: 7.3.5. Tính toán các thông số của chu trình công tác Tính toán các thông số chỉ thị: Áp suất chỉ thị trung bình[MN/m2] (7-28) Áp suất chỉ thị trung bình thực tế[MN/m2] [MN/m2] (7-29) =1,18 [MN/m2] Hiệu suất chỉ thị động cơ : (7-30) Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi [g/kw.h]. ==185,92[g/kw.h]. (7-31) Tính toán các thông số có ích: Tổn thất cơ giới pm [MN/m2] Theo công thức kinh nghiệm: (7-32) Trong đó:= = 16,0533 [m/s] Tuỳ theo động cơ và tỷ số S/D, loại buồng cháy tra các giá trị a, b Vậy: = 0,1344[MN/m2] Áp suất có ích trung bình [MN/m2] = 1,1844 - 0,1344= 1,1844 - 0,1344 = 1,05 [MN/m2] (7-33) - Hiệu suất cơ giới: = = 0,88 (7-34) Suất tiêu hao nhiên liệu có ích [g/kw.h] = 210.[g/kw.h]. (7-35) - Hiêu suất có ích . =0,88. 0,44= 0,3888 (7-36) - Thể tích công tác của động cơ[dm3] ==0,5[dm3] (7-37) Kiểm nghiệm đường kính xi lanh[dm]. == 0,86038[dm] (7-38) Sai lệch: =0,038 ≤ 0,1[mm] 7.4. Xây dựng đồ thị công 7.4.1. Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén pa - áp suất đầu quá trình nén. Động cơ không tăng áp: pa = (0,8 ÷ 0,9)pk Chọn: pa = 0,847pk Trong đó: Chọn pk = p0 = 0,1Þ [MN/m2] n1- chỉ số nén đa biến trung bình. Động cơ Xăng n1 = (1,34¸1,38). Theo tính toán nhiệt ta có: n1 = 1,369. Þ Pc = pa. = 0,0847.9,8 1,369 = 1,927[MN/m2]. 7.4.2. Xây dựng đường cong áp suất trên đường giãn nở Phương trình của đường giãn nở đa biến là:, do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì (7-39) Từ đó rút ra: Ở đây: pz- áp suất cực đại, pz = 5,9826 [MN/m2). Vz = r.Vc Trong đó: r- tỷ số giãn nở sớm Động cơ xăng chu trình cấp nhiệt là đẳng tích r = 1 n2- Chỉ số giản nở đa biến trung bình. Đối với động cơ xăng: n2 = (1,23¸1,34). Chọn n2 = 1,2325 Ta đặt:Suy ra[MN/m2] (7-40) 7.4.3. Lập bảng tính Bảng 7-3 Các điểm áp suất trên đường nén và đường giãn nở Vx = Vc.i, với Vc= 0.0568[l) i Vx Pnx Pgnx 1 0.0568 1.9270 5.9826 2 0.1135 0.7460 2.5461 3 0.1703 0.4282 1.5447 4 0.2271 0.2888 1.0835 5 0.2838 0.2128 0.8230 6 0.3406 0.1658 0.6574 7 0.3974 0.1343 0.5436 8 0.4541 0.1118 0.4611 9 0.5109 0.0952 0.3988 9,8 0.5563 0.0847 0.3591 7.4.4. Xác định các điểm đặc biệt và hiệu chỉnh đồ thị công. Vẽ hệ trục tọa độ (V, p) với các tỷ lệ xích: mv= 0,003 [lít/mm) mp= 0,03519 [MN/m2.mm). Xác định các điểm đặc biệt: -Điểm r (Vc,pr) Þ r (0,0585 [l); 0,11MN/m2)) - Điểm a (Va,pa) Þ a (0,5735[l);0,0847[MN/m2]) - Điểm b (Va, pb) Þ b (0,5735[l); 0,3591[MN/m2]). - Điểm c (Vc, pc) Þ c (0,0585l); 1,927[MN/m2]). - Điểm y (Vc, pz) Þ y (0,0585l);5,9826m2]) - Điểm z (Vz, pz) Þ z (0.0585[l);5,9826N/m2]) Nối các điểm trung gian của đường nén và đường giãn nở với các điểm đặc biệt, sẽ được đồ thị công lý thuyết. Dùng đồ thị Brick xác định các điểm Động cơ Xăng lấy áp suất cực đại bằng (0,8-0,9)pz. Xác định các điểm trung gian - Trên đoạn cy lấy điểm c’’ với c’’c = 1/3 cy. - Trên đoạn yz lấy điểm z’’ với yz’’ = 1/2 yz. - Trên đoạn ba lấy điểm b’’ với bb’’ = 1/2 ba. Nối các điểm c’c’’z’’ và đường giãn nở thành đường cong liên tục tại ĐCT và ĐCD và tiếp xúc với đường thải, ta sẽ nhận được đồ thị công đã hiệu chỉnh. 7.4.5 Vẽ đồ thị công Hình 7-1 Đồ thị công 8. Tính toán hệ thống làm mát động cơ 1TR-FE 8.1. Tổng quan về truyền nhiệt qua vách có cánh + Lập phương trình vi phân dẫn nhiệt, các dạng đặt biệt của phương trình và mô tả các điều kiện đơn trị. Độ tăng dI của dV bằng hiệu số dòng nhiệt (vào – ra )dv ρdVCp= qv.dV- div.dV (8-1) = ) (8-2) Theo định luật Fourier- =-λ (8-3) Thay phương trình (8-3) vào (8-1) ta có div= div(-λ)=- λdiv() với = div=-λ[)=-λdt (8-4) vậy - =(qv +λdt) = (dt +) với - = a (m/s) - Hệ số khuếch tán nhiệt. khí đó - = a(dt +) (8-5) Nếu nhiệt độ trong vật thể không thay đổi theo thời gian (trường ổn định) phương trình Fourier trở thành phương trình Poisson: adt +=0 (8-6) Khi không có nguồn nhiệt bên trong, qv = 0, ta có phương trình Laplace: dt = 0 (8-7) Các phương trình trên đúng với mọi hệ tọa độ, sự khác nhau chỉ ở ý nghĩa của các toán tử vi phân, cụ thể: - Đối với hệ tọa độ Đềcác : d - Đối với hệ tọa độ trụ : d + Đối với vách phẳng: (8-8) ; Nghiệm tổng quát của phương trình có dạng t=C1x+C2 Từ điều kiện biên ta xác định các hằng số tích phân C1,C2 C1=-; C2= -tw1+x1 Phân bố nhiệt độ trong vách được biểu diễn bằng phương trình t=tw1-(x-x1) (8-9) thay x2-x1 bằng δ và cho x1=0 phương trình trở thành t= tw1-( tw1- tw2) (8-10) Lượng nhiệt truyền qua vách trong thời gian một giây Q=-λF=( tw1- tw2)F (w) (8-11) + Truyền nhiệt qua vách có cánh Giả sử có một vách có cánh làm bằng vật liệu có hệ số dẫn nhiệt l, vách dày d, phía vách phẳng có diện tích F1 tiếp xúc với môi trường có nhiệt độ tf1, hệ số tỏa nhiệt từ môi trường đến bề mặt phẳng là a1. Phía làm cánh có diện tích F2 tiếp xúc với môi trường có nhiệt độ tf2, hệ số tỏa nhiệt từ bề mặt có cánh vào môi trường là a2. Gọi tw1 là nhiệt độ bề mặt không có cánh, tw2 là nhiệt độ trung bình của phía làm cánh. Cần xác định dòng nhiệt truyền qua vách có cánh, dòng nhiệt này có thể dùng 3 phương trình sau để biểu thị: Q = α1.F1.(tf1 - t w1) (8-12) Q = .F1.(t w1 - t w2) (8-13) Q = α2.F2.(t w2 - t f2) (8-14) Giải các phương trình trên ta xác định được Q, t w1, t w2 : tf1 - t w1 = Q (8-15) t w1 - t w2 = Q (8-16) t w2 - t f2 = Q (8-17) Do đó: Q = (W) (8-18) Ký hiệu: kc = (W/K) (8-19) là hệ số truyền nhiệt của vách có cánh. Khi đó: Q = kc.(tf1 – tf2) (W) (8-20) Biết Q ta có thể xác định tw1, tw2: tw1 = tf1 - Q tw2 = tw1 - Q = tf2 + Q Mật độ dòng nhiệt phía không làm cánh q1 và ở phía làm cánh q2 được xác định theo các công thức sau: q1 = = (W/m2) (8-21) q2 = = (W/m2) (8-22) Khi đó: tw1 = tf1 - tw2 = tw2 - = tf2 + Trong đó: gọi là hệ số cánh. Việc làm cánh là nhằm mục đích tăng cường sự truyền nhiệt. Để thấy rõ hiệu quả của việc làm cánh, ta chỉ cần so sánh mật độ dòng nhiệt truyền qua bề mặt phẳng trong trường hợp vách không có cánh và vách có cánh. Khi vách không làm cánh, mật độ dòng nhiệt được xác định theo công thức tính đối với vách phẳng: q10 = Khi làm cánh: q1 = Vì , do đó q1 > q10. Khi làm cánh, người ta sẽ bố trí cánh ở phía có hệ số tỏa nhiệt nhỏ và cánh bố trí sao cho không cản trở đến sự chuyển động của môi trường trao đổi nhiệt. 8.2. Các thông số của két nước, bơm nước và quạt gió Quạt gió: Bán kính ngoài của quạt R = 220(mm);Bán kính trong của quạt r =115 (mm). Góc nghiêng đặt cánh α = 400;Số cánh Z = 7 Bề rộng lớn nhất của cánh b = 80 (mm). Két nước : Bề rộng làm việc két nước L = 618 (mm);Bề dày của két nước B = 50 (mm) Chiều cao két nước H = 580 (mm). Chiều cao làm việc của ống nước h = 500 (mm). Độ dày của thành ống δ = 0,2 (mm);Kích thước ngoài của ống (20 x 2)mm Số hàng ống: 1 hàng;Số lượng ống trong một hang: 78 ống. Số ống trên toàn bộ két làm mát n = 1.78 = 78. Số cánh tản nhiệt k = 77; một cánh gồm 390 lớp. Một lớp có các thông số sau: Bề rộng 1 lớp cánh tản nhiệt 6 (mm);Chiều dài 1 lớp cánh tản nhiệt 20 (mm). Bề dày cánh tản nhiệt δ’ = 0,2 (mm);Vật liệu làm ống : Nhôm. Bơm nước: Lưu lượng định mức Gb = 2 (kg/s);Cột áp H = 8 (m cột nước). Bán kính ngoài của bánh công tác r2 = 33 (mm). Bán kính trong của bánh công tác r1 = 25 (mm). Bán kính ở bánh công tác r0 = 12 (mm). Số cánh bánh công tác Z = 6. 8.3. Xác định lượng nhiệt của động cơ truyền cho nước làm mát. Tính cân bằng nhiệt là giai đoạn cuối của tính nhiệt đối với động cơ nhằm mục đích sau: + Tính những tổn thất nhiệt trong động cơ, trên cơ sở đó có thể tìm biện pháp giảm các tổn thất để dùng nhiệt vào những việc có ích. Ví dụ- biết các tổn thất nhiệt đem theo khí thải và nước làm mát có thể lắp đặt các thiết bị để sử dụng số nhiệt đó , như đặt nồi hơi để sản xuất nhiệt của toàn bộ thiết bị lớn hơn hiệu suất nhiệt của bản thân động cơ. + Kết quả tính cân bằng nhiệt cho ta cơ sở để tính và thiết kế các thiết bị phụ của động cơ. + Xác định cân bằng nhịêt nhơ số liệu thực nghiệm đo được trực tiếp trên băng thử động cơ, là phượng tiện tốt để đo đạc Nhiệt lượng từ động cơ truyền cho nước làm mát có thể coi gần bằng số nhiệt lượng đưa qua két làm mát truyền vào không khí. Lượng nhiệt truyền cho hệ thống làm mát của động cơ xăng 1TR-FE chiếm khoảng 15 ÷ 35% tổng số nhiệt lượng do nhiên liệu tỏa ra. Nhiệt lượng từ động cơ truyền cho nước làm mát có thể xác định bằng phương trình cân bằng nhiệt động cơ. Theo [1] trang 214, ta có: Qo = Qlm + Qe + Qth + Qch + Qd + Qcl (8-23) Trong đó: Qo - nhiệt lượng tổng cộng đưa vào động cơ khi động cơ làm việc ở một trạng thái phụ tải đã cho. (J/s) Qe - nhiệt lượng tương đương với công có ích của động cơ.(J/s) Qth - nhiệt lượng do khí thải đem ra ngoài.(J/s) Qch - nhiệt lượng do tổn thất cháy không hoàn toàn.(J/s) Qd - nhiệt lượng truyền cho dầu bôi trơn.(J/s) Qcl - nhiệt lượng tương ứng với các tổn thất nhiệt lượng khác không tính các thành phần nói trên của phương trình cân bằng nhiệt.(J/s) + Nhiệt lượng tổng cộng Q0 tiêu hao trong một đơn vị thời gian. Qo = QH.Gnl (J/s) (8-24) QH - nhiệt trị thấp của nhiên liệu (J/kg). Động cơ đang khảo sát là động cơ xăng. Theo [1] trang 51, có QH = 43,995.106 (J/kg) Gnl - lượng nhiên liệu tiêu thụ trong một giây (kg/s) Gnl = ge.Ne (kg/s) (8-25) Ne – Công suất định mức của động cơ. Ne = 100 (kw). ge - suất tiêu hao nhiên liệu. Theo [5) có ge = 210 (g/kw.h) Gnl = ge.Ne = 210.100 = 21000 (g/h) = 5,38.10-3 (kg/s) Nhiệt lượng tổng cộng đưa vào động cơ khi động cơ làm việc ở một phụ tải đã cho (xét ở công suất định mức). Q0 = QH.Gnl = 43,995.106.5,38.10-3 = 256637,5 (J/s). + Nhiệt lượng từ động cơ truyền cho nước làm mát Qlm, nếu tính theo phần trăm toàn bộ nhiệt lượng đưa vào động cơ. Theo [1] ta có: qe = qth = qcc = qd = (8-26) qcl = Theo [1] trang 215, ta có: qlm + qe + qth + qcc + qd + qcl = 100%. (8-27) Từ [1] trang 217, ta chọn: qe= 32%; qth=32%; qcc= 7%; qd= 5%; qcl= 6%. Ta có: Qe = Qo.qe.100% ; Qth = Qo.qth.100%. (8-28) Qcc = Qo.qcc.100%; Qd = Qo.qd.100%. Qcl = Qo.qcl.100%. Suy ra: Qlm = Qo – (Qe + Qth + Qcc + Qd + Qcl) Qlm = Qo(1 - qe - qth- qcc - qd - qcl) = 256637,5 .(1 – 0,32 – 0,32 – 0,07 – 0,06-0,05) = 46195 (J/s). 8.4. Tính kiểm nghiệm bơm nước Lưu lượng của bơm nước trong hệ thống phụ rất nhiều vào nhiệt lượng do nước mang đi và chênh lệch nhiệt độ của nước ra vào két. Để tính toán kiểm nghiệm bơm nước ta dựa vào các thông số kết cấu thực tế của bơm để tính và so sánh với giá trị của các thông số lý thuyết của bơm (thông số này có trong catalogue). Hình 8-1 Sơ đồ tính kiểm nghiệm bơm nước. Glm: Lượng nước làm mát tuần hoàn trong hệ thống trong một đơn vị thời gian. Theo [2] tập 3 trang 259, ta có: Glm = (kg / s) (8-28) Trong đó: cn - Tỷ nhiệt của nước làm mát (J/kg.độ) ứng với nhiệt độ 830C. Theo [2] tập 3 trang 259, ta có: cn = 4,187(J / kg.độ). - Hiệu nhiệt độ nước vào và ra sau khi qua két làm mát. Với động cơ ô tô máy kéo = 5 ÷ 100C. Chọn = 70C. Suy ra: Glm = = (g / s) = 1,58 (kg/s). Lưu lượng của bơm nước xác định theo công thức sau: Theo [2] tập 3 trang 262 Trong đó :Hệ số tổn thất của bơm. Vậy ta có lưu lượng của bơm + Lưu lượng tính toán của bơm nước. Theo [2] tập 3 trang 263 ta có: Gbtt = c1.ρn.π.(r12 - r02).(Kg/s) (8-29) Trong đó: ρn - mật độ nước làm mát. r1- bán kính trong của bánh công tác. r0 - bán kính ở bánh công tác. c1 - vận tốc tuyệt đối của nước khi đi vào cánh. Theo [2] tập 3 trang 263 ta có: c1 = 2-5 (m/s), chọn c1 = 3 (m/s). Dựa theo tài liệu về kết cấu bơm nước và đo đặc thực tế về bơm nước động cơ 1TR-FE, ta có được bán kính bánh công tác ro =12 (mm). Từ [2] trang 263 ta có: Tốc độ ra u2cần thiết để tạo nên áp lực chất lỏng (8-30) Trong đó: H- Cột áp của bơm (m). H = 3,515 mH20. Chọn H =8 mH2O. - Hiệu suất của bơm . Chọn - Góc giữa các phương vận tốc và ; thường 8.Chọn Góc giữa các phương vận tốc và ; thường 12.Chọn - Bán kính ngoài của cánh bơm nước r2 (mm) - Chiều rộng b2(mm) của cánh bơm ở miệng vào: Trong đó: GH- Lưu lượng nước cấp từ bơm; GH=1,97 - Góc giữa các phương vận tốc của theo hướng ngược lại; chọn 12o Z: số cánh của bơm z = 3 12; ta chọn z =6 :Chiều dày cánh tại nơi vào của bơm =35(mm), chọn =4,3(mm) - Chiều rộng b2(mm) của cánh bơm ơ miệng cửa ra: Trong đó: GH: Lưu lượng nước cấp từ bơm; GH=1,97 :Góc giữa các phương vận tốc của theo hướng ngược lại; chọn 12o. Z- số cánh của bơm z = 312; ta chọn z =6. - Chiều dày cánh tại nơi vào của bơm =35(mm), chọn =4,3 (mm) cr- Tốc độ ly tâm của nước ở lối ra (m/s) -Mật độ của nước (kg/m3).=1000(Kg/m3 + Công suất tiêu hao cho bơm nước được xác định Theo [2] tập 3 trang 265, ta có: Nb = (KW) (8-31) Trong đó: ηb : hiệu suất của bơm, ηb = 0,6-0,7. ηcg : hiệu suất cơ giới của bơm, ηcg = 0,7-0,9 H : cột áp của bơm, theo [45) có H = 8(m cột nước) = = 0,289 (KW) + Nhận xét: Ta thấy răng công suất của bơm tiêu tốn rất nhỏ so với công suất động cơ chiếm nhỏ hơn 1% không ảnh hưởng đến động cơ. 8.5. Tính kiểm nghiệm quạt gió Hình 8-2 Sơ đồ tính quạt gió. Lưu lượng không khí do quạt cung cấp, áp suất động do quạt tạo ra và công suất tổn thất cho quạt phụ thuộc số vòng quay của trục quạt (phụ thuộc vào số vòng quay của trục khuỷu). Lượng không khí tỉ lệ bậc nhất, áp suất tỉ lệ bậc hai và công suất tỉ lệ bậc ba với số vòng quay. Khi tính toán quạt gió của động cơ này, ta phải tính đến ảnh hưởng của tốc độ gió gây ra do tốc độ chuyển động của ô tô. Do đó, lưu lượng thực tế của quạt Gq thường lớn hơn lưu lượng tính toán Gkk. Mức độ lớn bé lưu lượng thực tế của quạt phụ thuộc vào tốc độ ô tô. Khi tốc độ ô tô lớn, lưu lượng gió thực tế đi qua két nước tăng lên, nên lưu lượng không khí do quạt gió cung cấp giảm xuống rõ rệt. Lưu lượng của quạt gió Gq phụ thuộc vào kích thước của quạt gió và được xác định theo sơ đồ hình (8-2). Theo [2] tập 3 trang 226 ta có: (kg/s) (8-32) Trong đó: rkk - khối lượng riêng của không khí theo điều kiện làm việc, không khí đi ra ở phía sau bộ tản nhiệt có nhiệt độ là tkkr = 660C. Theo [3] trang 225 ta có ρkk = 1,029 (kg/m3) R, r – bán kính ngoài và bán kính trong của quạt (m). Theo kết quả đo đặc thực tế ta có R = 0,22 (m), r = 0,115 (m);b - bề rộng cánh, b = 80 (mm) nq - số vòng quay của quạt. nq = i.n (vòng/ phút) (8-33) i: tỉ số truyền động quạt, Theo [2] tập 3 trang 266 ta có i = (1÷2) Chọn i = 1,02 n- số vòng quay trục khuỷu tính ở số vòng quay cực đại n = 5600(v/p). nq= i.n = 1,02.5600 = 5712 (vòng/ phút). α – góc nghiêng của cánh, α = 400. Z - số cánh quạt, Z = 7 cánh. ηk - hệ số tổn thất tính đến sức cản của dòng không khí ở cửa ra dưới nắp đầu xe.(do động cơ đặt phía trước xe).Chọn ηk = 0,7. fn - diện tích tiết diện cửa ra của không khí dưới nắp đầu xe. Theo [2] tập 3 trang 266 ta có quan hệ giữa hệ số ηk với tỷ số như sau: ηk Hình 8-3 Quan hệ giữa ηk với tỷ số Vậy lưu lượng của quạt gió Gq là: = 1,029.3,14.(0,222 - 0,1152).5712.0,08.7.0,7. Gq = 2,976 (kg/s). Công suất của quạt gió. Theo [4] trang 107 ta có: Nq = (KW) . (8-34) Trong đó: Q - Lưu lượng của quạt, (m3/s); Hk - Áp suất của quạt, tính theo chiều cao cột chất khí, (m cột khí); ρkk- Khối lượng riêng của chất khí ở điều kiện làm việc của quạt (kg/m3). Xét điều kiện nhiệt độ không khí ở phía sau bộ tản nhiệt có tkkr = 660C. Theo [3] trang 225 ta có ρkk = 1,029 (kg/m3) g - gia tốc trọng trường, (m/s2); g = 9,81 (m/s2); η - hệ số hiệu dụng của quạt, η = 0,6 ÷ 0,75. Chọn η = 0,7; Ta lần lượt tính các thông số còn lại ở công thức (8-34) như sau: + Xác định lưu lượng của quạt Q = (m3/s); (8-35) Q = = 2,892 (m3/s); + Xác định vận tốc hướng trục của quạt: Theo [4] trang 117 ta có: De = 1,3. (8-36) Do đó: Cm = (m/s) (8-37) Trong đó: Q - lưu lượng của quạt (m3/s). De - đường kính đỉnh cánh quạt (m); De = 0,44(m). Vậy ta có: Cm = = 25,25(m/s). + Xác định áp suất của quạt. Theo [4] trang 117 ta có: Ue = 2,8.φ., (m/s) (8-38) Suy ra: H = , (mm cột H2O). (8-39) Trong đó: φ - hệ số phụ thuộc dạng cánh. Theo [4] trang 118 ta có: φ = 2,8 ÷ 3,5; chọn φ = 3,2 Ue- vận tốc vòng của quạt; (m/s). Theo [4] trang 118, ta có: Ue = (8-40) De - đường kính đỉnh cánh, De = 0,44 (m); Do đó: Ue = = =130 (m/s). Thay giá trị Ue vào phương trình (8-39) ta được H = = = 205 (mm cột H2O) = 0,205 (m cột H2O). Ta đổi áp lực của chất khí sang chiều cao là m cột nước H20, Theo [4] trang 122, ta có: g.ρkk.Hk = g.ρ.H (8-41) Do đó, Hk = (m cột H2O). (8-42) Thay lần lượt các giá trị g, Q, H vào (8-19) ta được công suất trên trục của quạt. Nq = = = 8,34 (KW) * Xác định công suất động cơ Nđ tiêu tốn để dẫn động quạt gió. Theo [4] trang 114, ta có: Nđ = , (KW). (8-43) Trong đó: Nq - công suất đặt trên trục quạt, đã tính Nq = 8,34 (KW); a - hệ số tương ứng công suất Nq. Theo [4] trang 115, ta có: a = 1,02 đối với quạt hướng trục. ηt - hệ số truyền động hiệu dụng. Theo [4] trang 114, ta có: ηt = 0,9. Vậy công suất động cơ cần tiêu tốn cho dẫn động quạt là: Nđ = = = 9,46 (KW). + Nhận xét: Ta nhận thấy rằng công suất động cơ tiêu tốn cho việc dẫn động quạt gió là tương đối nhỏ so với công suất động cơ chỉ chiếm nhỏ hơn công suất động cơ,quạt gió được điều khiển bơi khớp chất lỏng sẽ tiết kiêm được công suất động cơ.Đây cũng là một ưu điểm nữa của hệ thống làm mát này. 8.6. Tính két giải nhiệt làm mát động cơ 8.6.1. Tính các thông số của két nước Hình 8-5 Sơ đồ kết cấu ống nước Ta có: b = 2 - 2.0,2 = 1,6 (mm). a = 20 - 2.0,2 = 19,6 (mm). c = 20 - 2 = 18 (mm). + Diện tích tiếp xúc với chất lỏng F1: Hình 8-6 Sơ đồ kết cấu két nước. F1 = F0.n . (8-44) F0 - diện tích tiếp xúc chất lỏng của một ống (m2). n - số ống của két nước. F0 = h. P0 (8-45) h - chiều dài làm việc của ống. P0 - chu vi thành trong của ống. P0 = 2.c + π.b = 2. 18+ 3,14.1,6 = 41,024 (mm) F0 = h.P0 = 500. 41,024 = 20512 (mm2) F1 = n.F0 = 108.20512 = 2215296 (mm2) Vậy F1 = 2,215296 (m2). + Tiết diện lưu thông chất lỏng trong két. S = n. S0 (m2). (8-46) Trong đó: S0- tiết diện lưu thông của chất lỏng qua một ống nước. n- số ống nước trong két. S0 =+ b.c (8-47) S0 = 3,14. + 1,6.18 = 30,8096 (mm2) Vậy: S = 78.30,8096 = 2403,15(mm2) = 0,0240315 (m2) + Tính diện tích két nước tiếp xúc với không khí F2. Hình 8-7 Sơ đồ tính toán két nước F2 = F3 + F4 (8-48) F3 - diện tích ống nước tiếp xúc với không khí. F4 - diện tích cánh tản nhiệt tiếp xúc với không khí. - Tính F3: F3 = F3’ –F3’’ (8-49) F3’- Diện tích mặt ngoài của ống nước. F3’ = P1.h.n. (8-50) P1 - chu vi tiết diện ngoài của ống. P1 = 2.c + π.2 = 2.18 + 3,14.2 = 42,28 (mm). h - chiều dài làm việc của ống. h = 500 (mm). F3’ = P1.h.n = 42,28.500.78 =2283120 (mm2) F3’ = 2,28312 (m2) F3’’- Diện tích mặt ngoài ống tiếp xúc với cánh tản nhiệt. F3’’ = P1.n. δ’.m (8-51) δ’ - Độ dày cánh tản nhiệt. Theo thông số thực tế δ’ = 0,2 (mm). m - Số lớp của 1 cánh tản nhiệt, m = 390. F3’’ = P1.n. δ’.m = 42,28.78.0,2.390 = 257231 (mm2). F3’’ = 0.257(m2) Vậy F3 = F3’– F3’’ =2,28312 – 0,257 = 2,03 (m2) - Tính F4: F4 = m.b’.l.i.k (8-52) k - số cánh tản nhiệt. Đo đạc thực tế ta có: k = 77. b’ - bề rộng cánh tản nhiệt. Thực tế xe b’= 6. l - chiều dài cánh tản nhiệt.Tính theo bề dày của két l = B = 20 (mm). i – số bề mặt tiếp xúc không khí của cánh tản nhiệt. i = 2. F4= m.b’.l.i.k = 390.6.20.2.77 = 7989700 (mm2). Hay F4 = 8 (m2). Vậy diện tích két nước tiếp xúc với không khí là: F2 = F3 + F4 = 2,03 + 8= 10,03 (m2). 8.6.2. Xác định lượng nhiệt của két làm mát truyền ra môi trường bên ngoài + Việc xác định nhiệt lượng do két làm mát truyền ra môi trường nhằm kiểm nghiệm khả năng tản nhiệt của két nước thông qua các thông số thực tế của két nước. + Xác định kích thước của các mặt tản nhiệt dựa trên cơ sở lý thuyết truyền nhiệt. + Quá trình truyền nhiệt trong bộ tản nhiệt chủ yếu là tiếp xúc đối lưu, còn truyền nhiệt bức xạ rất bé không đáng kể, két nước một mặt tiếp xúc với nước nóng từ động cơ đi vào, mặt kia tiếp xúc với không khí. Do đó, truyền nhiệt từ nước ra ngoài không khí là sự truyền nhiệt từ môi chất này đến môi chất khác qua thành mỏng. Như vậy, quá trình truyền nhiệt trong hệ thống có thể phân ra thành ba giai đoạn ứng với ba phương trình truyền nhiệt, Theo [2] tập 3 có như sau: + Giai đoạn một: truyền nhiệt từ nước nóng đến thành ống bên trong. Q’lm = α1.F1.(tn - tδ1). (J / s) (8-53) + Giai đoạn hai- truyền nhiệt từ bề mặt trong thành ống ra ngoài thành ống. Q’lm = .F1.(tδ1 – tδ2) ( J/s) (8-54) + Giai đoạn ba- truyền nhiệt từ mặt ngoài của thành ống ra ngoài không khí. Q’lm = α2.F2.(tδ2 - tδkk) ( J/s) (8-55) Giải các phương trình (8-53), (8-54), (8-55) ta được: Q’lm = = k.F2.(tn - tkk); (8-56) Trong đó: k – hệ số truyền nhiệt của két. k = (8-57) Trong đó: Q’lm - Nhiệt lượng truyền cho nước làm mát bằng nhiệt lượng do nước dẫn qua két nước làm mát - bộ tản nhiệt. ( J / s) F1 - Diện tích tiếp xúc với chất lỏng F1 = 2,03 (m2). F2 - Diện tích két nước tiếp xúc với không khí. F2 = 10,03 (m2). λ – Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống tản nhiệt. Ống tản nhiệt làm bằng nhôm Theo [2] tập 3 trang 261, ta được: λ = 100 (W/ m2.độ). δ - Chiều dày thành ống. Theo số liệu thực tế, ta có δ = 0,2.10-3 (m). tδ1 - Nhiệt độ trung bình của bề mặt trong của thành ống. tδ2 - Nhiệt độ trung bình của bề mặt ngoài của thành ống. - Hệ số tản nhiệt từ nước làm mát đến thành ống của két làm mát. (W/ m2.độ). Việc xác định hệ số tản nhiệt từ nước α1 rất phức tạp và khó chính xác. Xác định a1 như sau: Theo [3] trang 99, ta có: Từ: Nu = (8-58) Từ phương trình (8-58) ta có: α1 = Trong đó: λ1 - hệ số dẫn nhiệt của nước làm mát trong két ứng với nhiệt độ tn = 830C. Theo [3] trang 224 có λ1 = 6740 (W/m. độ) l* - chiều cao làm việc tổng các ống (m) l*= n.h = 78. 500 = 39000 (mm) = 39 (m). Nu - tiêu chuẩn Nusself. Từ [3] trang 99, ta có hệ số tỏa nhiệt đối lưu. Nu = 0,33 (8-59). Trong đó: Re– tiêu chuẩn Reynolds. Từ [3] trang 99, ta có: Re = (8-60) w - tốc độ dòng chảy trong ống, (m/s) w = = = 0,65 (m/s) l - chiều cao làm việc ống, (m). l = 500 (mm). u - độ nhớt động học, (m2/s). Theo [3] trang 224, ta có: u = 0,365.10-6 (m2/s) ở 830C. Do đó: Re = = 898437 Re = 898437 > 2320. Dòng chảy trong ống là dòng chảy rối. Pr – tiêu chuẩn Prandtl, Theo [3] trang 224, ta có: Pr = 2,21 Do đó: Nu = 0,33 = 0,33. = 407,43 Vậy α1= = = 70412 (W/m2. độ) α2 - Hệ số tản nhiệt từ thành ống của két làm mát vào không khí; (W/ m2.độ). Hệ số này phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ lưu động của không khí ωkk. Khi thay đổi ωkk từ 5 ÷ 60 m/s thì hệ số α2 thay đổi đồng biến từ 40,6 ÷ 303 (W/ m2. độ). Bên cạnh đó tốc độ lưu động của không khí ωkk phụ thuộc vào tốc độ của xe vxe và tốc độ hút không khí của quạt gió (đối với loại quạt khảo sát vận tốc gió do quạt tạo ra theo chiều hướng trục vht = Cm = 25,25 m/s). Khi ta tính toán thiết kế hay tính toán kiểm nghiệm hệ thống làm mát ta thường tính ở chế độ công suất cực đại của động cơ Do động cơ đặt ở phía trước xe, nên vận tốc không khí lưu động qua két còn phụ thuộc vào tốc độ của xe.Vì vậy, ta có thể chọn tốc độ lưu động của không khí ωkk bằng vht của quạt gió. ωkk = vht = 25,25 (m/s). Theo [2] tập 3 trang 216, ta có: α2 = 11,38.ωkk0,8 (W/ m2. độ) (8-61) thay ωkk = 25,25(m/s). α2 = 11,38. 25,250,8 = 150,63 (W/ m2. độ). Vậy hệ số truyền nhiệt của két. k = k = 165 (W/ m2. độ). tn - Nhiệt độ trung bình của nước làm mát trong két làm mát. tn = (8-62) Trong đó, tnv, tnr lần lượt là nhiệt độ nước vào và ra của két nước có thể lấy bằng nhiệt độ nước ra và nước vào động cơ. Theo [1] trang 216, ta có: tn = 80 ÷ 850C. tkk - Nhiệt độ trung bình của không khí đi qua bộ tản nhiệt. tkk = (8-63) Trong đó, nhiệt độ không khí vào (tkkv) phía trước bộ tản nhiệt ta lấy tkkv= 400C. Chênh lệch nhiệt độ của không khí khi qua bộ tản nhiệt = 20 ÷ 300C. Chọn = 250C. Với tkkr = tkkv + (8-64) tkkr= 40 + 25 = 65 (0C); tkk = = = 52,5 (0C). Mặt khác, khả năng tản nhiệt của két làm mát Q’lm tỉ lệ thuận với nhiệt độ trung bình tn của nước làm mát trong két. Do đó, khi ta kiểm nghiệm khả năng tản nhiệt của két làm mát ta lấy giá trị cận biên trái của tn (tức là lấy giá trị giới hạn nhỏ nhất của thông số đó) để tính Q’lm. Chọn tn = 830C. Nếu như, Q’lm nhận được có giá trị lớn hơn Qlm nhiệt lượng của động cơ truyền cho nước làm mát thì két tản nhiệt đảm bảo khả năng tản nhiệt cho nước làm mát. Thay các giá trị của các thông số k, tn, tkk, F2 vào công thức (8-58). Ta được: Q’lm = 165.10,3.(83 – 52,5) = 51392 (J/s). + NHẬN XÉT: Nhiệt lượng tối đa tỏa ra cho nước làm mát của động cơ ở số vòng quay định mức là: Qlm = 46195 (J/s). Trong khi đó khả năng tản nhiệt của két làm mát tối thiểu ra môi trường bên ngoài là: Q’lm = 51392(J /s). Vậy két làm mát này có thừa khả năng đảm bảo làm mát cho động cơ khi động cơ hoạt động ở số vòng quay định mức. Điều này cho chúng ta biết sự thừa khả năng này đảm bảo cho động cơ được làm mát tốt ở mọi chế độ làm việc của động cơ. 9. Kết luận Sau khi khảo sát và tính toán kiểm tra nhiệt két làm mát của hệ thống làm mát động cơ 1TR-FE được trang bị trên xe INNOVA chỗ em nhận thấy rằng: Các cụm chi tiết của hệ thống làm mát làm việc đảm bảo cho động cơ được làm mát tốt ở mọi chế độ làm việc. Công suất tiêu tốn cho việc dẫn động bơm và quạt gió là tương đối nhỏ và khả cung cấp nước làm mát của bơm cũng như không khí đối với với quạt gió cho hệ thống là đảm bảo. Tài liệu tham khảo [1]- GS.TS Nguyễn Tất Tiến. Nguyên lý động cơ đốt trong. Nhà xuất bản giáo dục - 2000. [2]- Hồ Tấn Chuẩn - Nguyễn Đức Phú - Trần Văn Tế - Nguyễn Tất Tiến. Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong (Tập 1,2,3). Nhà xuất bản giáo dục - 1996. [3] - PGS.TS Hoàng Đình Tín. Truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật – 2001. [4] - Nguyễn Văn May. Bơm, quạt , máy nén. Nhà xuất bản khoa học kỹ và kỹ thuật. [5]- Catalogue động cơ 1TR-FE [6]- Cẩm nang sửa chữa xe INNOVA tập 1 [7]- Cẩm nang sửa chữa xe INNOVA tập 2 [8]- Đinh Ngọc Ái – Đặng Huy Chi – Nguyễn Phước Hoàng – Phạm Đức Nhuận Thủy lực và máy thủy lực tập 3 Nhà xuất bản đại học và trung học chuyên nghiệp Hà Nội - 1972