Đồ án môn học có thể được coi là một công trình khoa học nho nhỏ. Do vậy để hoàn tất một bài đồ án là một công việc không phải dễ đối với sinh viên chúng em. Chúng em phải tổ chức học nhóm và tìm tài liệu trên nhiều phương tiện như giáo trình, sách báo, tài liệu ở thư viện, internet… để nghiên cứu.Vì vậy, sau khi hoàn tất đồ án động cơ đốt trong ô tô này, chúng em xin chân thành:Cảm ơn Nhà trường đã tạo điều kiện tốt cho chúng em nghiên cứu và học tập.Cảm ơn Viện Kỹ Thuật – Bộ môn Động cơ đốt trong đã hướng dẫn chúng em cách thức tìm hiểu và nghiên cứu tiểu luận này.Cảm ơn đến thầy Nguyễn Đỗ Minh Triết đã tận tình hướng dẫn và có những góp ý quý giá giúp chúng em hoành thành đồ án môn học này một cách trọn vẹn nhất.Cảm ơn Bộ phận thư viện đã tạo điều kiện cho chúng em mượn sách và các tài liệu cũng như cho mượn phòng học nhóm để nhóm chúng em có thể học tập và làm việc một cách có hiệu quả.Đồng thời em cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy trong bộ phận quản lý xưởng thực tập đã tạo điều kiện tốt nhất giúp chúng em trong việc đo đạc và lấy các số liệu thực tế từ các chi tiết thực trong xưởngChúng em rất chân thành cảm ơn và mong được thầy cô đóng góp ý kiến cho bài tiểu luận của chúng em.
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
ĐẶT VẤN ĐỀ
Xe BMW, thuộc Bayerische Motoren Werke AG, là một trong những thương hiệu ô tô nổi tiếng tại châu Âu, nổi bật với động cơ hiệu suất cao, độ bền và độ tin cậy Các mẫu xe BMW được trang bị nhiều thiết bị an toàn, phù hợp với nhiều điều kiện đường sá khác nhau Đặc biệt, động cơ N54, một động cơ 6 xy lanh thẳng hàng twin-turbocharged, đã được sản xuất từ năm 2006 đến 2016, đánh dấu bước tiến quan trọng trong công nghệ động cơ xăng tăng áp của BMW Ra mắt tại Geneva Motor Show 2006, N54 được trang bị trên dòng 335i của E90/E91/E92/E93 3 Series Thiết kế độc đáo của BMW, với lưới tản nhiệt hình quả thận, không chỉ tạo nên sự khác biệt mà còn hỗ trợ hiệu quả cho hệ thống làm mát động cơ Chúng tôi chọn đề tài “Tìm hiểu hệ thống làm mát trên xe BMW” để khám phá sâu hơn về công nghệ này.
Hình 1 1 Tản nhiệt xe BMW
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Sau khi hoàn thành đề tài, chúng tôi sẽ nắm rõ hơn về hệ thống làm mát trên xe BMW, bao gồm cấu tạo tổng thể và chi tiết của hệ thống này.
NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI
Tìm hiểu cấu tạo và hoạt động của một số chi tiết chính trong hệ thống làm mát trên động cơ ô tô.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Tìm hiểu thông tin từ giáo trình “ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG”
Tìm hiểu từ tài liệu “THỰC TẬP ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG”
Tìm kiếm thông tin trên Internet từ các website trong và ngoài nước là một bước quan trọng Việc so sánh và lọc thông tin giúp bạn sử dụng những dữ liệu cần thiết và đáng tin cậy.
KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN
Chương 1: Giới thiệu đề tài.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
Chương 3: Tính toán thiết kế.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
CÔNG DỤNG, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG LÀM MÁT
2.1.1 Công dụng hệ thống làm mát
Hệ thống làm mát trên ô tô là một trong những hệ thống quan trọng nhất của động cơ, đảm bảo nhiệt độ hoạt động của động cơ luôn ở mức ổn định Đối với động cơ xăng, nhiệt độ lý tưởng là khoảng 80 – 90 độ C, trong khi động cơ Diesel hoạt động hiệu quả hơn ở nhiệt độ từ 90 – 100 độ C Do đó, nhiệm vụ chính của hệ thống làm mát là duy trì nhiệt độ động cơ trong khoảng này để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
Khi nhiệt độ động cơ ở mức lý tưởng, hiệu suất quá trình cháy đạt tối ưu nhờ vào việc nghiên cứu chu trình công tác của động cơ Các chu trình này thuộc về nhiệt động học, trong đó sự giãn nở thể tích khi đốt cháy nhiên liệu tạo ra công giúp động cơ hoạt động hiệu quả Nếu nhiệt độ quá thấp, động cơ sẽ giảm công suất và tiêu tốn nhiều nhiên liệu hơn.
Động cơ quá nóng có thể làm giảm sức bền của vật liệu chế tạo, đặc biệt là ở động cơ xăng, nơi hiện tượng kích nổ và cháy sớm dễ xảy ra Cháy sớm tuy ít nguy hiểm hơn, nhưng kích nổ lại tạo ra những xung động mạnh, gây dao động cho các chi tiết trong động cơ và dẫn đến hư hỏng nghiêm trọng, đặc biệt là ở các bộ phận trong hệ thống sinh công.
Nhiệm vụ chính của hệ thống làm mát trên ô tô là duy trì nhiệt độ động cơ ở mức lý tưởng Khi khởi động, động cơ có nhiệt độ thấp, do đó hệ thống làm mát cần nhanh chóng hâm nóng động cơ đến nhiệt độ hoạt động lý tưởng Sau khi đạt được nhiệt độ lý tưởng, hệ thống làm mát phải giữ nhiệt độ ổn định xung quanh mức này để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu của động cơ.
2.1.2 Yêu cầu của hệ thống làm mát Để động cơ có làm việc tốt, hệ thống làm mát cần phải đáp ứng những yêu cầu sau:
- Làm việc êm dịu, tiêu hao công suất cho làm mát thấp
- Đảm bảo nhiệt độ nước làm mát tại cửa ra ở van hằng nhiệt ở 83 đến 95 độ C
- Đảm bảo động cơ làm việc tốt ở mọi chế độ và mọi điều kiện khí hậu
- Phải có kết cấu nhỏ gọn, dể bố trí và bảo dưỡng thay thế.
2.1.3 Phân loại hệ thống làm mát
Hệ thống làm mát được chia thành 2 loại chính.
2.1.3.1 Hệ thống làm mát bằng không khí
Hệ thống làm mát gồm ba bộ phận chính: cánh tản nhiệt trên thân và nắp xi lanh, quạt gió và bản dẫn gió, giúp nhiệt được truyền ra ngoài không khí Đặc điểm của hệ thống này là gọn nhẹ và đơn giản, nhưng hiệu quả làm mát không cao, thường được sử dụng cho động cơ 2 kỳ và 4 kỳ cỡ nhỏ.
2.1.3.2 Hệ thống làm mát bằng nước
1 Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi: không cần bơm nước, quạt gió.
- Gồm hai tầng chứa nước : khoang nước làm mát của thân máy và thùng chứa nước bốc hơi lắp ở trên thân máy hoặc trên nắp
Khi động cơ hoạt động, nước trong áo nước xung quanh buồng cháy sẽ sôi, tạo ra hiện tượng đối lưu tự nhiên Nước sôi có tỷ trọng nhỏ sẽ nổi lên bề mặt thùng chứa và bốc hơi ra ngoài, trong khi nước nguội với tỷ trọng lớn sẽ chìm xuống, lấp đầy chỗ nước nóng đã nổi lên.
- Đặc điểm : kết cấu đơn giản, tiêu hao nhiều nước, hao mòn xi lanh không đều, thường dùng cho động cơ nông nghiệp như động cơ bông sen, D12, D15 …
2 Làm mát kiểu đối lưu tự nhiên:
- Nước lưu động tuần hoàn nhờ chênh áp lực giữa hai cột nước nóng và nước lạnh
- Đặc điểm : Hiệu quả làm mát thấp do tốc độ lưu thông nước chậm, chỉ sử dụng cho động cơ tĩnh tại.
3 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu tuần hoàn cưỡng bức:
Hệ thống làm mát động cơ sử dụng nước được tuần hoàn nhờ bơm nước, kết hợp với quạt gió để nâng cao hiệu quả làm mát và van hằng nhiệt để kiểm soát nhiệt độ động cơ Hệ thống này bao gồm hai loại khác nhau.
+ Hệ thống tuần hoàn kín: Nước trong hệ thống đi theo 1 vòng khép kín, lặp đi lặp lại trong quá trình làm việc.
Hệ thống tuần hoàn hở được sử dụng chủ yếu trên các động cơ tàu thủy và tàu biển, hoạt động bằng cách lấy nước từ sông để làm mát Sau khi sử dụng, nước này sẽ được xả trực tiếp ra bên ngoài môi trường.
CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ N54
Cấu tạo hệ thống làm mát động cơ N54 được thể hiện qua hình sau
Hệ thống làm mát động cơ BMW N54 bao gồm nhiều thành phần quan trọng như két nước làm mát động cơ, két làm mát dầu hộp số, cảm biến nhiệt độ nước và dầu, van hằng nhiệt cho cả dầu hộp số và dầu động cơ Ngoài ra, bơm nước và turbo tăng áp cũng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì nhiệt độ tối ưu Các bộ phận như giàn nóng điều hòa và quạt gió hỗ trợ hiệu quả trong quá trình làm mát, đảm bảo động cơ hoạt động ổn định và bền bỉ.
Hệ thống làm mát bao gồm các mạch nước làm mát bên trong thân máy và nắp quy lát, giúp tối ưu hóa hiệu quả làm mát Bơm nước thực hiện việc tuần hoàn nước làm mát, trong khi van hằng nhiệt điều chỉnh nhiệt độ nước ở mức cần thiết Két nước đóng vai trò giải nhiệt cho nước làm mát, và nắp két nước giúp điều chỉnh áp suất trong đường ống nước làm mát.
Hệ thống làm mát của động cơ hoạt động bằng cách tuần hoàn nước làm mát xung quanh thân máy và nắp quy lát, giúp hấp thụ nhiệt từ động cơ Nước nóng sau đó được đưa về két nước làm mát, nơi nó được làm mát nhờ gió từ quạt và từ chuyển động của ô tô Sau khi được làm mát, nước sẽ tiếp tục tuần hoàn vào động cơ nhờ bơm nước, tạo thành chu kỳ liên tục Đặc biệt, động cơ BMW sử dụng phương pháp làm mát theo dòng chảy chéo, giúp tăng hiệu quả trao đổi nhiệt bằng cách cho nước làm mát chảy từ một bên bộ tản nhiệt sang bên kia.
Hình 2 2 Mô phỏng dòng chảy chéo
CẤU TẠO, CÔNG DỤNG VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CÁC CHI TIẾT CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT XE BMW
Đường nước; 2- Đầu bơm nước; 3- Motor
Động cơ bơm điện được điều khiển bởi bộ điều khiển động cơ ECM, nhận tín hiệu từ động cơ và cảm biến nhiệt độ để tính toán công suất làm mát cần thiết Dựa trên dữ liệu này, bộ điều khiển đưa ra lệnh cho bơm nước làm mát điện điều chỉnh tốc độ hoạt động Chất làm mát trong hệ thống không chỉ làm mát động cơ mà còn làm mát mô-đun điện tử, đồng thời bôi trơn các ổ trục của bơm nước làm mát.
Cấu tạo hệ thống két nước làm mát động cơ
Hình 2 4 Cấu tạo hệ thống két nước làm mát 1- Két nước làm mát chính; 2 két nước làm mát phụ; 3,4- Đầu nối ống trung gian 5,6- Đầu nối ống hồi nước
Cấu tạo két nước làm mát
Hình 2 5 Cấu tạo két nước làm mát1- Két nước làm mát; 2,5,6- Tấm chắn; 3- Modul lắp két; 4- Van an toàn
Két làm mát có chức năng hạ nhiệt độ nước từ động cơ bằng cách tản nhiệt ra ngoài không khí thông qua thành ống nước và cánh tản nhiệt, sau đó đưa nước đã được làm mát trở lại để duy trì hiệu suất hoạt động của 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.
2.3.3 Bộ điều nhiệt nước làm mát
Bộ điều nhiệt động cơ là thành phần quan trọng trong động cơ đốt trong ô tô, giúp tăng tốc độ khởi động và giảm mài mòn vòng xi-lanh Ngày nay, nó không chỉ nâng cao hiệu suất đốt cháy mà còn giảm lượng khí thải Chức năng điều nhiệt của động cơ được kiểm soát bởi bộ điều khiển điện tử (ECU), đảm bảo điều chỉnh nhiệt độ chính xác theo tải của động cơ.
Bộ điều nhiệt hỗ trợ bằng điện, hay còn gọi là "Map thermostat", hoạt động hiệu quả hơn và nhanh chóng hơn so với bộ điều nhiệt động cơ truyền thống Nó kết hợp chức năng cơ học của phần tử sáp với bộ gia nhiệt điện bên trong cảm biến, được điều khiển bởi ECU của xe ECU nhận thông tin về tốc độ và điều kiện tải của động cơ, sử dụng dữ liệu này để điều chỉnh nhiệt độ của chất làm mát Một tập dữ liệu, hay "Map", được lưu trữ trong ECU nhằm tối ưu hóa thời điểm và cách thức tăng nhiệt, đảm bảo động cơ hoạt động ở hiệu suất cao nhất.
Hình 2 6 Cấu tạo bộ điều nhiệt nước làm mát
2.4 NƯỚC LÀM MÁT VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN
2.4.1 Khái niệm nước làm mát
Chất làm mát, đặc biệt là nước làm mát ô tô, là chất lỏng quan trọng giúp hấp thụ và tản nhiệt từ động cơ qua bộ tản nhiệt Ngoài ra, nó cũng hỗ trợ trong việc điều chỉnh nhiệt độ trong khoang hành khách vào mùa đông Thường được biết đến với tên gọi chất chống đông, chất làm mát là sự kết hợp giữa ethylene hoặc propylene glycol và nước, thường theo tỷ lệ 50/50 Vai trò của chất làm mát không kém phần quan trọng so với dầu nhớt động cơ trong xe.
2.4.2 Tại sao duy trì nước làm mát là điều quan trọng ?
Nước làm mát ô tô giữ cho động cơ hoạt động ở nhiệt độ tối ưu, nhưng nếu hết nước làm mát trên đường, động cơ có thể gặp phải nhiều vấn đề nghiêm trọng Dấu hiệu đầu tiên cho thấy chất làm mát thấp là đèn cảnh báo trên bảng điều khiển hoặc đồng hồ đo nhiệt độ bất thường.
Tự động ngắt động cơ là tính năng quan trọng trên xe hiện đại, giúp bảo vệ động cơ khỏi hư hỏng khi nhiệt độ tăng cao do thiếu nước làm mát Khi động cơ quá nóng, hệ thống sẽ tự động ngắt, và sẽ hoạt động trở lại khi nhiệt độ giảm xuống mức an toàn.
Hư hỏng bộ phận động cơ có thể xảy ra khi xe không có tính năng cắt và động cơ vẫn hoạt động, dẫn đến nguy cơ quá nhiệt Tình trạng này có thể gây ra những hư hỏng nghiêm trọng cho động cơ, thậm chí là thiệt hại vĩnh viễn, không thể khắc phục.
2.4.3 Các dấu hiệu cảnh báo khi cần thay nước làm mát ô tô Đồng hồ đo nhiệt độ chỉ về phía màu đỏ – Nếu kim của đồng hồ báo nhiệt chỉ về phía màu đỏ, đây là cảnh báo đầu tiên về hư hỏng của hệ thống làm mát Đèn bảng điều khiển làm mát (Coolant dashboard light) – Đèn làm mát động cơ thường xuất hiện dưới dạng nhiệt kế với một loạt các đường lượn sóng bên cạnh, được chiếu sáng màu đỏ Điều này cho thấy động cơ đã đạt đến giới hạn nhiệt độ Thông thường, mức độ làm mát thấp là do rò rỉ, vì vậy cần phải xác định vị trí rò rỉ của nó
Máy sưởi xe không hoạt động hoặc thổi khí nóng liên tục có thể là dấu hiệu của sự cố trong hệ thống sưởi Hệ thống này sử dụng nhiệt từ động cơ qua nước làm mát, vì vậy khi gặp lỗi, có thể xảy ra tình trạng thiếu nhiệt hoặc không khí nóng thổi liên tục.
Tiết kiệm nhiên liệu kém xảy ra khi động cơ xe không hoạt động ở nhiệt độ tối ưu, dẫn đến hiệu suất đốt cháy nhiên liệu giảm và mức tiêu thụ tăng cao Khi nhiệt độ động cơ thay đổi, quá trình đốt cháy không hiệu quả, làm gia tăng lượng khí thải từ ống xả.
2.4.4 Tại sao nước làm mát ô tô lại có nhiều màu
Màu sắc của nước làm mát phụ thuộc vào loại hóa chất chống ăn mòn được sử dụng Mỗi công nghệ sẽ cho ra màu nước làm mát khác nhau, phản ánh sự khác biệt trong các hóa chất chống ăn mòn.
Nước làm mát ô tô cũ sử dụng Công nghệ phụ gia vô cơ (IAT – Inorganic Additive Technology) thường có màu xanh lam hoặc xanh lục Để đảm bảo hiệu suất tối ưu, loại nước làm mát này cần được thay thế định kỳ mỗi hai năm hoặc sau mỗi 100.000 km.
Nước làm mát Công nghệ axit hữu cơ (OAT) có thành phần hóa học đặc biệt, giúp bảo vệ hiệu quả cho hệ thống làm mát và kéo dài tuổi thọ của nước Thường có màu cam, loại nước này cần được thay thế sau 5 năm hoặc 160.000 km.
Nước làm mát mới, dựa trên công nghệ OAT (G12, G12+), mang lại khả năng giải nhiệt tốt hơn và kéo dài tuổi thọ sử dụng Với tính năng độc quyền SLLC – Super Long Life Coolant, sản phẩm này cho phép thời gian thay đổi lên đến 3 năm hoặc 240.000 km nhờ khả năng chống ăn mòn vượt trội Nước làm mát hiện có hai màu chính là xanh (green) và đỏ (red).
2.4.5 Cách chọn nước làm mát phù hợp
