Khảo sát hệ thống làm mát động cơ YC4G170-20 lắp trên xe BUS THACOJB86L MỤC LỤC Trang Lời nói đầu 5 1. Mục đích và ý nghĩa đề tài 6 2. Giới thiệu chung về hệ thống làm mát động cơ. 7 2.1. Hệ thống làm mát 7 2.1.1. Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi: 7 2.1.2. Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên: 8 2.1.3. Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức: 9 2.1.3.1. Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng: 10 2.1.3.2. Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn hai vòng: 11 2.1.3.3. Hệ thống làm mát một vòng hở: 12 2.2. Hệ thống làm mát ở nhiệt độ cao 13 2.2.1. Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngoài: 13 2.2.2. Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt của hơi nước và nhiệt của khí thải: 14 2.3. Kết cấu các cụm chi tiết chính của hệ thống làm mát bằng nước 15 2.3.1. Kết cấu két làm mát 15 2.3.2. Kết cấu của bơm nước 19 2.3.2.1. Bơm ly tâm 19 2.3.2.2. Bơm piston. 21 2.3.2.3. Bơm bánh răng 21 2.3.2.4. Bơm cánh hút 22 2.3.2.5. Bơm guồng 24 2.3.3. Kết cấu quạt gió 25 2.3.4. Van hằng nhiệt 26 2.4. Hệ thống làm mát động cơ bằng không khí (gió) 28 2.4.1. Hệ thống làm mát bằng không khí kiểu tự nhiên: 28 2.4.2. Hệ thống làm mát không khí kiểu cưỡng bức: 28 2.5. So sánh ưu khuyết điểm của kiểu làm mát bằng nước và kiểu làm mát bằng không khí 29 1 Khảo sát hệ thống làm mát động cơ YC4G170-20 lắp trên xe BUS THACOJB86L 3. Giới thiệu khái quát về động cơ YC4G170-20 30 3.1. Nguyên lý làm việc và kết cấu động cơ 32 3.2. Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền 34 3.3. Cơ cấu phân phối khí 38 3.4. Hệ thống nhiên liệu động cơ YC4G170-20 39 3.5. Hệ thống bôi trơn động cơ YC4G170-20 40 3.6. Hệ thống tăng áp động cơ YC4G170-20 41 3.7. Tính toán nhiệt động cơ YC4G170-20 42 4. Khảo sát hệ thống làm mát động cơ YC4G170-20 54 4.1. Sơ đồ, mục đích, yêu cầu hệ thống làm mát 54 4.1.1. Sơ đồ hệ thống làm mát: 54 4.1.2. Mục đích của hệ thống làm mát: 54 4.1.3. Yêu cầu của hệ thống làm mát: 55 4.2. Các nhiệm vụ của hệ thống làm mát 55 4.2.1. Làm mát động cơ và máy nén khí 55 4.2.2. Làm mát dầu bôi trơn 55 4.3. Các bộ phận và môi chất làm mát trong động cơ YC4G170-20 55 4.3.1. Két làm mát: 55 4.3.1.1. Công dụng và yêu cầu: 55 4.3.1.2. Kết cấu và nguyên lý làm việc: 56 4.3.2. Nắp két: 57 4.3.2.1. Công dụng và yêu cầu: 57 4.3.2.2. Kết cấu và nguyên lý làm việc: 57 4.3.3. Bơm nước: 58 4.3.3.1. Công dụng và yêu cầu: 58 4.3.3.2. Kết cấu và nguyên lý làm việc: 58 4.3.4. Van hằng nhiệt 60 4.3.4.1. Công dụng và yêu cầu: 60 4.3.4.2. Kết cấu và nguyên lý hoạt động. 61 4.3.5. Quạt gió 62 4.3.5.1. Công dụng và yêu cầu: 62 2 Khảo sát hệ thống làm mát động cơ YC4G170-20 lắp trên xe BUS THACOJB86L 4.3.5.2. Kết cấu và nguyên lý làm việc: 62 4.3.6. Dung môi làm mát 63 5. Tính toán kiểm nghiệm nhiệt két làm mát của động cơ YC4G170-20 63 5.1. Tổng quan về lý thuyết truyền nhiệt qua vách có cánh. 63 5.2. Các thông số của két nước, bơm nước và quạt gió 66 5.2.1. Quạt gió 66 5.2.2. Két nước 66 5.2.3. Bơm nước 66 5.3. Tính kiểm nghiệm quạt gió, bơm nước và két nước 67 5.3.1. Tính kiểm nghiệm quạt gió 67 5.3.2. Tính toán các thông số kiểm tra két nước 71 5.3.3. Tính kiểm nghiệm bơm nước 73 5.4. Tính toán lượng nhiệt của động cơ YC4G170-20 trao đổi qua hệ thống làm mát 75 5.4.1 Xác định lượng nhiệt của động cơ truyền cho nước làm mát 75 5.4.2. Xác định lượng nhiệt của két làm mát truyền ra môi trường 77 6. Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục sửa chữa hệ thống làm mát 80 6.1. Các hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa 80 6.1.1. Két làm mát: 81 6.1.2. Nắp két: 81 6.1.3. Bơm nước: 82 6.1.4. Van hằng nhiệt: 82 6.1.5. Quạt gió: 82 6.1.6. Dung môi làm mát: 83 6.2. Các phương pháp kiểm tra hư hỏng hệ thống làm mát 83 6.2.1. Kiểm tra và bổ sung nước làm mát: 83 6.2.2. Kiểm tra hiện tượng rò rỉ nước của hệ thống làm mát: 83 6.2.3. Kiểm tra hiện tượng tắc két nước: 84 6.2.4. Kiểm tra van hằng nhiệt: 84 6.2.5. Kiểm tra, điều chỉnh bộ truyền đai: 85 6.2.6. Thông rửa hệ thống làm mát: 85 3 Khảo sát hệ thống làm mát động cơ YC4G170-20 lắp trên xe BUS THACOJB86L 6.3. Các phương pháp cấp, xả nước trong hệ thống làm mát 86 6.3.1. Cấp nước làm mát: 86 6.3.2. Xả nước làm mát: 87 7. Kết luận 88 8. Tài liệu tham khảo 89 4 Khảo sát hệ thống làm mát động cơ YC4G170-20 lắp trên xe BUS THACOJB86L Lời nói đầu Trong những năm gần đây ngành công nghiệp ô tô nước ta đã tăng dần tỉ lệ nội địa hóa sản phẩm để phát triển công nghệ. Do tình hình kinh tế phát triển nhanh, nhu cầu vận chuyển hành khách ngày càng tăng, việc sản xuất và lắp ráp xe khách đã được công ty trách nhiệm hữu hạn sản xuất và lắp ráp ôtô Chu Lai Trường Hải chú trọng. Trong các dòng xe vừa được đóng mới như THACO JB86L, THACO JB86SL và THACO JB70 thì loại xe THACO JB86L đang được thị trường trong nước ưa chuộng. Vì vậy, việc tìm hiểu tính năng kỹ thuật của xe cũng như các hệ thống trong động cơ là một vấn đề không kém phần quan trọng của sinh viên thuộc chuyên ngành Cơ Khí Động Lực, Khoa Cơ Khí Giao Thông. Do đó, em được chọn đề tài “Khảo sát hệ thống làm mát động cơ YC4G170-20 lắp trên xe bus THACOJB86L”. Đây là loại động cơ được công ty trách nhiệm hữu hạn sản xuất và lắp ráp ôtô Chu Lai Trường Hải sử dụng trên xe bus THACO JB86L 35 chỗ ngồi. 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 thầy giáo TS. Trần Thanh Hải Tùng, thầy giáo TS. Dương Việt Dũng, các thầy cô giáo bộ môn cùng các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này. Đà Nẵng, ngày 27 tháng 05 năm 2008. Sinh viên thực hiện. Trương Văn Phụng. 5 Khảo sát hệ thống làm mát động cơ YC4G170-20 lắp trên xe BUS THACOJB86L 1. Mục đích và ý nghĩa đề tài. Để cho động cơ hoạt động hiệu quả, các hệ thống của động cơ như hệ thống nhiên liệu, hệ thống bôi trơn, hệ thống làm mát… phải làm việc một cách ổn định. Ngoài ra, sự làm việc của các hệ thống này cũng có tác động lớn về công suất, tuổi thọ, hiệu suất làm việc của động cơ. Hệ thống làm mát là một trong những hệ thống quan trọng của động cơ. Mục đích của đề tài là: - Hiểu rõ các phương án làm mát cho động cơ động cơ đốt trong; - Khảo sát hệ thống làm mát động cơ YC4G170-20, 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 Động Lực 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. 6 Khảo sát hệ thống làm mát động cơ YC4G170-20 lắp trên xe BUS THACOJB86L 2. Giới thiệu chung về hệ thống làm mát động cơ. Trong quá trình làm việc của động cơ, khi nhiên liệu cháy trong xilanh của động cơ có một nhiệt lượng lớn tỏa ra, một phần chuyển thành công, phần còn lại tỏa ra môi trường bên ngoài, hoặc các chi tiết tiếp xúc với khí cháy tiếp nhận (xilanh, piston, nắp xilanh, các xupáp, vòi phun ), mặt khác cũng có nhiệt lượng sinh ra do ma sát giữa các bề mặt làm việc của các chi tiết trong động cơ. Do đó, nếu không làm mát hay làm mát không đủ, các chi tiết đó sẽ nóng lên, quá nhiệt độ cho phép, sẽ gây ra nhiều tác hại như: ứng suất nhiệt lớn, sức bền giảm, dẫn đến phá hỏng các chi tiết, giảm chất lượng bôi trơn, giảm hiệu suất, công suất động cơ Vì vậy, cần làm mát động cơ bằng không khí hay bằng nước (chất lỏng).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. 2.1. Hệ thống làm mát. Hệ thống làm mát bằng nước được chia ra nhiều kiểu khác nhau như: làm mát bằng nước kiểu bốc hơi, kiểu đối lưu tự nhiên, kiểu cưỡng bức và kiểu 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. 2.1.1. 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: khoang nước bao quanh thành xilanh, khoang nắp xilanh và thùng chứa nước bay hơi ở phía trên. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống như sau: 7 Khảo sát hệ thống làm mát động cơ YC4G170-20 lắp trên xe BUS THACOJB86L 1 2 3 4 5 6 7 Hình 2-1. Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi. 1- Khoang chứa nước bốc hơi; 2- Thùng nhiên liệu; 3- Nắp xilanh; 4- Thân máy; 5- Xi lanh; 6- Thanh truyền; 7- Hộp cacte chứa dầu. Khi động cơ làm việc, nước nhận nhiệt của buồng cháy, sẽ sôi, tạo thành bọt nước, 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. Căn cứ vào nhiệt lượng của động cơ để thiết kế hệ thống kiểu bốc hơi. Với cách làm mát bằng cách bốc hơi nước, lượng nước trong thùng sẽ giảm nhanh, do đó cần phải bổ sung nước thường xuyên và kịp thời. Vì vậy, kiểu làm mát này không thích hợp cho động cơ dùng trên phương tiện vận tải mà thường dùng cho các động cơ đốt trong kiểu xilanh nằm ngang trên các máy nông nghiệp cỡ nhỏ. 2.1.2. 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 lạnh mà không cần bơm. Cột nước nóng trong động cơ và cột nước nguội trong thùng chứa hoặc trong két nước. 8 Khảo sát hệ thống làm mát động cơ YC4G170-20 lắp trên xe BUS THACOJB86L 1 2 3 4 5 6 7 9 8 Hình 2-2: Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên. 1- Thân máy; 2- Xilanh; 3- Nắp xilanh; 4- Đường ra két; 5- Nắp đổ rót nước; 6- Két nước; 7- Không khí làm mát; 8- Quạt gió; 9- Đường nước làm mát động cơ. Nước nhận nhiệt của xilanh trong thân máy (1), khối lượng riêng nước giảm nên nước nổi lên trên. Trong khoang của nắp xilanh (3), nước tiếp tục nhận nhiệt của các chi tiết bao quanh buồng cháy, nhiệt độ tiếp tục tăng và khối lượng riêng nước tiếp tục giảm, nước tiếp tục nổi lên theo đường dẫn ra khoang phía trên của két làm mát (6). Quạt gió (8) được dẫn động bằng puly từ trục khuỷu động cơ hút không khí qua két. Do đó, nước trong két được làm mát, khối lượng riêng nước giảm, nước sẽ chìm xuống khoang dưới của két và từ đây đi vào thân máy, thực hiện một vòng tuần hoàn. Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên có 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 bé. Vì vậy, nước lưu động chậm, động cơ chóng đạt 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 hiệu quả làm mát kém. Do tốc độ nước bé mà muốn đảm bảo lưu lượng nước làm mát thì phải tăng tiết diện lưu thông của nước trong động cơ dẫn đến hệ thống làm mát nặng nề 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. 2.1.3. Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức: Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức khắc phục được nhược điểm trong hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên. 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 9 Khảo sát hệ thống làm mát động cơ YC4G170-20 lắp trên xe BUS THACOJB86L 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. 2.1.3.1. Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng: 1 14 2 3 5 7 8 12 13 6 11 4 9 10 Hình 2-3. 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- Van hằng nhiệt; 6- Nắp rót nước; 7- Két làm mát; 8- Quạt gió; 9- Puly; 10- Ống nước nối tắt vào bơm; 11- Đường nước vào động cơ; 12- Bơm nước; 13- Két làm mát dầu; 14- Ống phân phối nước. Trên hình (2.3) là hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức của động cơ ô tô máy kéo một hàng xilanh. Ở đây, nước tuần hoàn nhờ bơm ly tâm (12), qua ống phân phối nước (14) 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 (14) 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 với nhiệt độ cao đến van hằng nhiệt (5). Khi van hằng nhiệt mở, một phần nước chảy qua đường ống (10) về lại trước ống hút của bơm nước (12), một phần lớn nước qua van vào bình chứa phía trên của két nước. Tiếp theo, nước từ bình phía trên đi qua các ống mỏng có gắn cánh tản nhiệt. Tại đây, nước được làm mát bởi dòng không khí qua két do quạt (8) tạo ra. Quạt 10 . Trường Hải chú trọng. Trong các dòng xe vừa được đóng mới như THACO JB86L, THACO JB86SL và THACO JB70 thì loại xe THACO JB86L đang được thị trường trong nước ưa chuộng. Vì vậy, việc tìm hiểu. nhất. Hệ thống này không cần bơm, quạt. Bộ phận chứa nước có hai phần: khoang nước bao quanh thành xilanh, khoang nắp xilanh và thùng chứa nước bay hơi ở phía trên. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống. trên xe BUS THACOJB86L 1 2 3 4 5 6 7 Hình 2-1. Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi. 1- Khoang chứa nước bốc hơi; 2- Thùng nhiên liệu; 3- Nắp xilanh; 4- Thân máy; 5- Xi lanh; 6- Thanh truyền;