GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ
Mục đích và yêu cầu của hệ thống làm mát
1.1 Mục đích của hệ thống làm mát
Trong quá trình hoạt động của động cơ, nhiệt lượng từ quá trình cháy ảnh hưởng mạnh mẽ đến các chi tiết như piston, xecmăng, xupap, nắp xylanh và thành xylanh, chiếm khoảng 25-35% tổng nhiệt lượng phát ra từ nhiên liệu Do đó, các bộ phận này thường phải chịu nhiệt độ cao, với nhiệt độ đỉnh pittông có thể đạt tới 600°C, trong khi nhiệt độ của nấm xupap cũng rất cao.
900 o C Nhiệt độ của các chi tiết máy cao gây ra những hậu quả xấu như:
- Phụ tải nhiệt làm giảm sức bền làm giảm sức bền, độ cứng vững và tuổi thọ của các chi tiết máy
- Do nhiệt độ cao làm giảm độ nhớt của dầu bôi trơn nên làm tăng tổn thất ma sát
- Có thể gây bó kẹt piston trong cylinder do hiện tượng giản nở nhiệt
Động cơ xăng dễ gặp hiện tượng cháy kích nổ, do đó việc làm mát động cơ là rất cần thiết để khắc phục các hậu quả xấu Hệ thống làm mát có nhiệm vụ truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháy đến môi chất làm mát, giúp duy trì nhiệt độ các chi tiết ở mức tối ưu Nếu động cơ quá nóng, sẽ xảy ra nhiều vấn đề nghiêm trọng, trong khi nếu quá lạnh, sẽ gây tổn thất nhiệt cho dung dịch làm mát, giảm hiệu suất nhiệt và ảnh hưởng đến chất lượng dầu bôi trơn Nhiệt độ thấp làm tăng độ nhớt của dầu, khiến dầu khó lưu động, dẫn đến tổn thất cơ giới và ma sát, từ đó ảnh hưởng đến chỉ tiêu kinh tế và công suất của động cơ Hệ thống làm mát của động cơ thường là tuần hoàn cưỡng bức.
1.2 Yêu cầu của hệ thống làm mát Đối với động cơ cũng như các động cơ lắp trên xe ô tô khách thì hệ thống làm mát phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Làm việc êm dịu, tiêu hao công suất cho làm mát bé
- Bảo đảm nhiệt độ của môi chất làm mát tại cửa ra van hằng nhiệt ở khoảng 83–
95 0 C và nhiệt độ của dầu bôi trơn trong động cơ khoảng 95–115 0 C
- Bảo đảm động cơ làm việc tốt ở mọi chế độ và mọi điều kiện khí hậu cũng như điều kiện đường sá, kết cấu nhỏ gọn, dễ bố trí
1.3 Nhiệm vụ của hệ thống làm mát
Hệ thống làm mát của động cơ có nhiệm vụ làm mát động cơ, máy nén và dầu bôi trơn
1.3.1 Làm mát động cơ và máy nén
Hệ thống làm mát đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì nhiệt độ ổn định cho động cơ trong suốt quá trình hoạt động Nó không chỉ giúp rút ngắn thời gian khởi động máy mà còn nhanh chóng đưa động cơ đạt đến nhiệt độ làm việc lý tưởng Thêm vào đó, hệ thống này còn làm mát cho máy nén khí, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của máy nén Nguồn nước làm mát cho máy nén khí được lấy từ đường nước chính của hệ thống làm mát động cơ.
1.3.2 Làm mát dầu bôi trơn
Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt độ của dầu bôi trơn tăng lên không ngừng do các nguyên nhân cơ bản sau:
- Dầu bôi trơn phải làm mát các trục, tỏa nhiệt lượng sinh ra trong quá trình ma sát các ổ trục ra ngoài
Dầu bôi trơn tiếp xúc với các chi tiết máy có nhiệt độ cao như cò mổ, đuôi xupap và piston, vì vậy cần làm mát dầu để duy trì độ nhớt ổn định và khả năng bôi trơn hiệu quả Đường dầu bôi trơn được khoan song song với đường nước làm mát động cơ, giúp nước làm mát đồng thời hạ nhiệt độ cho dầu bôi trơn.
1.4 Nhiệt độ làm việc tối ưu của động cơ
- Nhiệt độ nước làm mát động cơ từ 70 –80°C là vùng có suất tiêu hao nhiên liệu thấp
- Nhiệt độ của nước làm mát tăng thì độ mòn xylanh giảm
Thực nghiệm cho thấy, chất lượng nhiên liệu và dầu bôi trơn, cùng với đặc điểm cấu tạo của từng loại động cơ, ảnh hưởng đến hiệu suất khi tăng nhiệt độ.
Nước làm mát trong khoảng 50°C–90°C có thể giúp tăng công suất động cơ từ 2,5–8% và giảm suất tiêu hao nhiên liệu từ 1,5–4 g/kW Nhiệt độ tối ưu của nước làm mát ra khỏi động cơ là 75–85°C; nếu vượt quá mức này, có thể xảy ra hiện tượng bọc hơi trong hệ thống tuần hoàn kín, làm giảm hiệu quả làm mát và tạo ra vùng nhiệt độ cao Đối với động cơ làm mát bằng nước kiểu một vòng hở, nhiệt độ nước ra khỏi động cơ không nên vượt quá 50–55°C để tránh kết cặn trên bề mặt lót xylanh, mặc dù đây không phải là chế độ nhiệt tối ưu cho động cơ, nhưng là yêu cầu cần thiết trong điều kiện vận hành.
Hình 1.1 Đồ thị quan hệ suất tiêu hao nhiên liệu, độ mòn xylanh với nhiệt độ làm việc của động cơ.
PHÂN LOẠI HỆ THỐNG LÀM MÁT
Hệ thống làm mát bằng chất lỏng
Trong hệ thống làm mát, nước đóng vai trò là môi chất trung gian để tải nhiệt từ các chi tiết Dựa vào tính chất lưu động của nước, hệ thống được phân loại thành ba loại chính: bốc hơi, đối lưu tự nhiên và tuần hoàn cưỡng bức.
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 xylanh (8), khoang nắp xylanh (5) và thùng chứa
Hình 2.1 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi
1- Thùng nhiên liệu; 2- Khoang chứa nước bốc hơi; 3,4 Xupap 5- Nắp xylanh; 6- Thân máy; 7- Piston 8- Xylanh; 9- Thanh truyền; 10- Trục khuỷu;
Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi, với cấu trúc đơn giản và tính chất lưu động đối lưu, thường được áp dụng cho các động cơ đốt trong kiểu xy-lanh nằm ngang, đặc biệt là trên các máy nông nghiệp cỡ nhỏ.
Nhược điểm của hệ thống làm mát này là thất thoát nước nhiều và hao mòn xylanh không đều
2.1.2 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên
Trong hệ thống làm mát bằng đối lưu tự nhiên, nước được tuần hoàn mà không cần bơm nhờ sự chênh lệch áp lực giữa cột nước nóng trong động cơ và cột nước lạnh trong thùng chứa hoặc két nước.
Hình 2.2 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên
1- Đường nước; 2- Xylanh; 3- Đường dẫn nước vào két làm mát; 4- Nắp két;
5- Két nước; 6- Quạt gió; 7- Đường nước làm mát động cơ
2.1.3 Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức
Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức giúp khắc phục nhược điểm về tốc độ lưu động của dòng nước, từ đó nâng cao hiệu quả làm mát Tốc độ lưu động được tăng cường nhờ bơm nước được lắp đặt trong hệ thống và dẫn động từ trục khuỷu động cơ Hệ thống này rất phù hợp cho các động cơ có công suất lớn và động cơ ô tô.
Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức có ba loại sau:
1) Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng
Hình 2.3 Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng
Hệ thống làm mát cưỡng bức một vòng kín có 7 ưu điểm nổi bật, trong đó nước sau khi qua két làm mát sẽ trở về động cơ, giúp giảm thiểu việc bổ sung nước Việc tái sử dụng nguồn nước này không chỉ tiết kiệm mà còn rất thuận lợi cho các loại xe đường dài, đặc biệt ở những khu vực khan hiếm nước.
Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức một vòng rất phổ biến trên động cơ ô tô, máy kéo và động cơ tĩnh tại, hình 2.3 và hình 2.4
Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức một vòng hoạt động bằng cách bơm nước làm mát có nhiệt độ thấp từ bình chứa dưới két nước qua đường ống đến két làm mát dầu và vào động cơ Nước sau khi bơm vào thân máy sẽ chảy qua ống phân phối để làm mát đồng đều cho các xylanh, sau đó tiếp tục làm mát nắp máy và thoát ra ngoài với nhiệt độ cao đến van hằng nhiệt Khi van mở, nước sẽ trở về bình chứa trên của két nước, sau đó đi qua các ống mỏng có cánh tản nhiệt để được làm mát bởi không khí do quạt tạo ra Quạt này được dẫn động bằng puly từ trục khuỷu của động cơ, và nước có nhiệt độ thấp lại được bơm hút vào động cơ, hoàn thành chu trình làm mát tuần hoàn.
2) Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn hai vòng
Trong hệ thống này, nước được làm mát không phải bằng không khí từ quạt gió, mà bằng dòng nước có nhiệt độ thấp hơn, chẳng hạn như nước sông hoặc nước biển.
Hệ thống làm mát động cơ tàu thủy gồm hai vòng: vòng thứ nhất là vòng kín, sử dụng nước làm mát cưỡng bức để duy trì nhiệt độ động cơ, trong khi vòng thứ hai, hay vòng hở, sử dụng nước sông hoặc nước biển được bơm vào két làm mát để làm mát nước vòng kín trước khi thải ra môi trường Hệ thống này rất phổ biến trong các động cơ tàu thủy.
Hình 2.5 Hệ thống làm mát cưỡng bức kiểu hai vòng tuần hoàn
1-Đường nước phân phối; 2- Thân máy; 3- Nắp xylanh; 4- Van hằng nhiệt; 5- Két làm mát; 6- Đường nước ra vòng hở; 7- Bơm nước vòng hở;
8- Đường nước vào bơm nước vòng hở; 9- Đường nước tắt về bơm vòng kín;
3) Hệ thống làm mát một vòng hở
Hệ thống làm mát kiểu này về mặt bản chất không khác nhiều so với hệ thống làm mát cưỡng bức một vòng kín
Hình 2.6 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
Hệ thống làm mát động cơ sử dụng nước sông hoặc biển được bơm vào để làm mát, sau đó xả ra lại môi trường Ưu điểm của hệ thống này là tính đơn giản Tuy nhiên, với một số loại động cơ, nước làm mát có thể đạt nhiệt độ 100°C hoặc cao hơn, dẫn đến hiện tượng bốc hơi Hơi nước có thể hình thành trong áo nước làm mát (bốc hơi bên trong) hoặc trong thiết bị riêng biệt (bốc hơi bên ngoài) Do đó, cần thiết phải thiết kế một hệ thống làm mát riêng biệt cho động cơ.
2.1.4 Hệ thống làm mát bằng nước ở nhiệt độ cao
Hệ thống làm mát ở nhiệt độ cao bao gồm hai loại chính: hệ thống làm mát cưỡng bức kiểu bốc hơi bên ngoài và hệ thống làm mát cưỡng bức tận dụng nhiệt hơi nước cùng nhiệt khí thải.
2.1.5 Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngoài
Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngoài bao gồm các thành phần chính như động cơ, van tiết lưu, bộ tách hơi, quạt gió và bộ ngưng tụ nước Các thành phần này hoạt động cùng nhau để duy trì nhiệt độ tối ưu, đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống.
6- Không khí làm mat; 7- Bơm nước
Hệ thống này bao gồm hai vùng áp suất riêng biệt Vùng thứ nhất có áp suất p1, được truyền từ bộ tách hơi (3) qua bộ ngưng tụ (5) đến bơm tuần hoàn (7), cùng với sự hỗ trợ của quạt gió.
Bộ ngưng tụ được làm mát bằng cách sử dụng quạt (4) Áp suất p2 trong vùng thứ hai lớn hơn p1, và nước được bơm tuần hoàn qua động cơ đến van tiết lưu (2) của bình tách hơi (3) Độ chênh áp suất p, được xác định bởi p2 - p1, được điều chỉnh bởi van tiết lưu (2) Trong vùng có áp suất cao p2, nước không sôi.
10 mà chỉ nóng lên (từ nhiệt độ tvào đến tra ) Áp suất p2 tương ứng với nhiệt độ sôi t2 > tra nên nước chỉ sôi ở bộ tách hơi có áp suất p1 < p2
2.1.6 Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt của hơi nước và nhiệt của khí thải Ưu điểm của hệ thống làm mát này là: Có thể nâng cao được hiệu suất làm việc của động cơ lên 6–7%, giảm được lượng tiêu hao hơi nước và không khí làm mát, do đó ta rút gọn được kích thước bộ tản nhiệt, đốt cháy được nhiều lưu huỳnh trong nhiên liệu này
Hệ thống làm mát có nhược điểm là nhiệt độ cao của các chi tiết máy, do đó cần đảm bảo khe hở công tác và sử dụng dầu bôi trơn chịu nhiệt tốt Đối với động cơ xăng, cần chú ý đến hiện tượng kích nổ Khi tăng áp suất để nâng nhiệt độ nước làm mát, các mối nối đường ống và khe hở của bơm phải kín hơn, đồng thời bộ tản nhiệt cần phải chắc chắn hơn.
Hình 2.8 Sơ đồ hệ thống làm mát nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt của hơi nước và nhiệt của khí thải
Hệ thống làm mát động cơ bằng không khí (gió)
Hệ thống làm mát động cơ bằng gió bao gồm ba bộ phận chính: phiến tản nhiệt, quạt gió và bản dẫn gió Có hai loại hệ thống làm mát bằng không khí: làm mát tự nhiên và làm mát cưỡng bức, trong đó làm mát cưỡng bức sử dụng quạt gió để tăng hiệu quả tản nhiệt.
2.2.1 Hệ thống làm mát bằng không khí kiểu tự nhiên
Hệ thống làm mát động cơ này rất đơn giản, bao gồm các phiến tản nhiệt được bố trí trên nắp xylanh và thân máy Các phiến trên nắp xylanh thường được sắp xếp dọc theo hướng di chuyển của xe, trong khi các phiến ở thân máy thường bố trí vuông góc với đường tâm xylanh Hệ thống làm mát kiểu này được áp dụng phổ biến cho đa số động cơ môtô và xe máy.
Một số loại xe máy có động cơ nằm ngang thiết kế phiến tản nhiệt theo chiều dọc của xylanh, nhằm tối ưu hóa việc luồng gió đi qua các rãnh giữa các phiến tản nhiệt.
Hệ thống làm mát kiểu tự nhiên lợi dụng nhiệt khi xe chạy trên đường để lấy làm mát các phiến tản nhiệt
Khi xe di chuyển lên dốc, chở nặng hoặc chạy chậm, động cơ dễ bị quá nóng do hệ thống làm mát kém Để khắc phục tình trạng này, giải pháp làm mát bằng không khí kiểu cưỡng bức đã được áp dụng.
2.2.2 Hệ thống làm mát không khí kiểu cưỡng bức
Hệ thống làm mát này có ưu điểm nổi bật là không phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của xe, đảm bảo hiệu quả làm mát cho động cơ ngay cả khi xe đứng yên Tuy nhiên, nhược điểm của hệ thống này là cấu trúc thân máy và nắp xylanh phức tạp, gây khó khăn trong quá trình chế tạo do cách bố trí và hình dạng của các phiến tản nhiệt.
Hiệu quả làm mát của hệ thống phụ thuộc nhiều về hình dạng, số lượng và cách bố trí các phiến tản nhiệt trên thân máy và nắp xylanh
Hình 2.9 Hệ thống làm mát bằng không khí động cơ 4 xylanh
(A)- Hệ thống làm mát bằng gió dùng quạt gió hướng trục (B)- Quạt gió hướng trục 1- Tang trống có cánh quạt; 2- Nắp đầu trục; 3- Bulông; 4- Trục quạt gió;
5- Tang trống có cánh dẫn; 6- Bánh đai truyền.
So sánh ưu khuyết điểm của kiểu làm mát bằng nước và kiểu làm mát bằng không khí
Động cơ làm mát bằng nước có nhiều ưu điểm vượt trội so với động cơ làm mát bằng không khí, bao gồm khả năng duy trì nhiệt độ ổn định, hiệu suất làm mát cao hơn và khả năng hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt.
Hệ thống làm mát bằng nước có hiệu quả cao hơn, giúp duy trì nhiệt độ thấp cho các chi tiết của động cơ Do đó, khi điều kiện phụ tải tương đương, động cơ xăng cần giảm tỉ số nén để ngăn ngừa hiện tượng kích nổ.
Động cơ làm mát bằng nước có độ dài thân ngắn hơn khoảng 10-15% và trọng lượng nhẹ hơn 8-10% so với động cơ làm mát bằng không khí Điều này nhờ vào khả năng đúc các xylanh liền một khối, giúp giảm thiểu khoảng cách giữa các xylanh đến mức tối đa.
- 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 xylanh rất phức tạp và rất khó chế tạo
Két nước cần được trang bị cánh tản nhiệt bằng đồng, vì chất liệu này có khả năng dẫn nhiệt tốt Kết cấu của két nước thường phức tạp và khó chế tạo, đòi hỏi sử dụng những vật liệu quý như đồng và thiết.
- Dễ bị rò rỉ nước xuống cácte nên có thể ảnh hưởng xấu đến chất lượng dầu bôi trơn ở dưới cácte
Khi nhiệt độ thấp, nước trong áo nước và két nước có thể bị đóng băng, gây hư hỏng cho hệ thống làm mát Do đó, khi vận hành động cơ ở vùng lạnh, cần sử dụng hỗn hợp nước pha trộn glyxêrin hoặc glycôn để giảm 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
III KẾT CẤU CÁC CỤM CHI TIẾT CHÍNH CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC
Trong hệ thống làm mát bằng chất lỏng, quá trình tuần hoàn của chất lỏng được thực hiện cưỡng bức nhờ bơm nước, đưa nước vào áo làm mát Nước sau khi bị hâm nóng sẽ trở về két nước qua đường nước ở nắp máy Đồng thời, quạt gió giúp làm nguội nước ở két làm mát một cách nhanh chóng.
Kết cấu két làm mát
Két làm mát có vai trò quan trọng trong việc chứa nước và truyền nhiệt từ nước ra không khí, giúp hạ nhiệt độ nước và cung cấp nước nguội cho động cơ hoạt động hiệu quả Để đáp ứng yêu cầu này, két nước cần phải hấp thụ và tỏa nhiệt nhanh chóng Do đó, bộ phận tản nhiệt của két nước thường được chế tạo từ đồng thau, vì vật liệu này có hệ số tỏa nhiệt cao, đảm bảo hiệu suất làm mát tối ưu.
Kích thước và hình dáng của két làm mát phụ thuộc vào bố trí tổng thể của xe, chiều cao động cơ, chiều cao mui xe và cấu trúc bộ tản nhiệt Để tối ưu hiệu suất, bề mặt tiếp xúc gió của két làm mát nên có hình vuông, nhằm đảm bảo tỷ lệ diện tích hiệu quả.
14 chắn gió của quạt đặt sau két làm mát và diện tích đón gió của két tiến gần đến một Trên thực tế tỷ lệ đó chỉ chiếm 75–80%
Ngăn chứa phía trên của động cơ thường được chế tạo từ đồng hoặc tôn dập, trong khi đối với động cơ Diesel và động cơ lớn, ngăn trên thường được làm bằng gang đúc Ngăn này có thiết kế cổ để rót nước và đi kèm với nắp đậy két nước.
Ngăn chứa phía dưới của két nước được chế tạo từ đồng hoặc tôn dập, có nhiệm vụ dẫn nước từ két tới bơm nước để làm mát động cơ Ngoài ra, phía đáy của ngăn dưới còn được trang bị khóa, giúp dễ dàng tháo nước khi cần súc rửa hoặc thay nước trong két.
Cấu tạo của két nước trong động cơ xăng bao gồm các ống nước ở ngăn giữa được làm bằng đồng thau với độ dày từ 0,2 đến 0,35 mm Ngoài ra, các tấm lá đồng tản nhiệt có độ dày từ 0,1 đến 0,2 mm và được sắp xếp cách nhau từ 2,3 đến 4,5 mm.
Trên động cơ Diesel, ống dẫn nước của ngăn giữa được chế tạo từ thép với độ dày từ 0,2 – 0,35 mm, trong khi cánh tản nhiệt được làm từ tấm thép mỏng có độ dày từ 0,15 – 0,25 mm Đối với động cơ xăng cỡ nhỏ và trung bình, các đường ống của ngăn giữa được hàn chắc chắn với ngăn trên và ngăn dưới, tạo thành một hệ thống két nước hoàn chỉnh Ngược lại, ở động cơ Diesel cỡ trung bình và lớn, các két nước được kết nối với ngăn trên và ngăn dưới bằng bulông.
Hình 3.2 Các dạng ống của két nước
Để nâng cao hiệu quả truyền nhiệt của két làm mát, cần giảm khoảng cách giữa các lá tản nhiệt và ống theo cả chiều ngang và chiều sâu, đồng thời tăng chiều sâu của két bằng cách tăng số dãy ống Tuy nhiên, việc tăng chiều sâu quá nhiều sẽ không mang lại hiệu quả lớn, vì khi hệ số truyền nhiệt đã ổn định, việc tăng chiều sâu lên 50% chỉ cải thiện khả năng tản nhiệt thêm 15%, và tăng lên 100% chỉ tăng thêm 20% Cần lưu ý rằng các biện pháp này sẽ làm gia tăng sức cản khí động của két, và thông thường, sức cản khí động của két nước trên ô tô không nên vượt quá 300 (N/m²).
Nắp két nước
Nắp két nước được đặt ở đỉnh két, có chức năng kín nước và ngăn không cho nước văng ra ngoài Ngoài ra, nắp còn giữ áp suất trong két, giúp nhiệt độ sôi của nước làm mát vượt quá 100 độ C, từ đó tăng hiệu quả làm mát mà không cần phải tăng kích thước của két.
Trên nắp két nước, có hai van: một van giảm áp và một van chân không Khi nhiệt độ nước làm mát tăng cao từ 110 đến 120 độ C, áp suất trong két nước sẽ tăng lên Nếu áp suất ở ngăn trên của két nước vượt quá 1,2 kG/cm², áp lực này sẽ mở van, cho phép không khí và nước thoát ra ngoài qua ống dẫn.
Khi nhiệt độ động cơ giảm, áp suất ở ngăn trên của két nước giảm xuống dưới 0,94 kG/cm², dẫn đến không khí từ bên ngoài đi qua ống 1 vào phía trên van đẩy nắp van 3.
Van một chiều trong két nước giúp duy trì áp suất ổn định, ngăn không khí vào ngăn trên của két Hình 3.4 minh họa các phần của nắp và cổ rót nước của két nước.
Hình 3.3 Cấu tạo của nắp két nước
Hình 3.4 Nắp két nước được tháo ra từ cổ rót nước vào vộ tản nhiệt
Kết cấu của bơm nước
Bơm nước đóng vai trò quan trọng trong việc tạo áp lực để tăng tốc độ lưu thông nước làm mát, cung cấp nước cho hệ thống làm mát với lưu lượng và áp suất nhất định Lưu lượng nước làm mát trong động cơ thường dao động từ 68 đến 245 l/Kwh, với tần suất tuần hoàn khoảng 7 đến 12 lần mỗi phút Các loại bơm được sử dụng trong hệ thống làm mát động cơ bao gồm bơm ly tâm, bơm piston, bơm bánh răng và bơm guồng, sẽ được giới thiệu chi tiết hơn ở phần sau.
Bơm ly tâm là thiết bị phổ biến trong hệ thống làm mát động cơ, hoạt động dựa trên nguyên lý lực ly tâm Cụ thể, nước được dẫn qua các cánh bơm, nhờ lực ly tâm, nước được đẩy từ trung tâm ra ngoài, thực hiện chức năng làm mát hiệu quả.
Hình 3.5 Kết cấu bơm nước ly tâm
1- Phớt, 2- Vú mỡ, 3- Vòng chặn dầu, 4- Ống lót, 5- Vít cấy, 6- Vòng chặn lớn, 7- Lò xo, 8- Bánh công tác, 9- Mặt bích, 10- Trục bơm, 11- Đai ốc, 12- Đường nối với van hằng nhiệt, 13- Ổ bi, 14- Puly dẫn động, 15- Đệm điều chỉnh, 16- Then bán nguyệt
Bơm nước kiểu piston thường được sử dụng trong hệ thống làm mát của động cơ tàu thủy tốc độ thấp Tuy nhiên, trong động cơ tốc độ cao, việc sử dụng bơm này cần được cân nhắc kỹ lưỡng để tránh lực quán tính lớn từ các khối.
Để tránh hiện tượng va đập thủy lực do chu trình cấp nước không liên tục của bơm, người ta thường ít sử dụng loại bơm có 18 lượng chuyển động.
Hình 3.6 Kết cấu bơm nước kiểu piston
1- Vỏ bơm; 2,4- Xylanh dẫn hướng; 3- Piston; 5- Thanh truyền; 6 Trục khuỷu của bơm piston; 7- Đường nước vào; 8,9- Van nước; 10- Lò xo van nước
Bơm nước piston có quá trình hoạt động như sau: Piston bơm (3) bằng đồng chuyển động trong xylanh dẫn hướng (2,4) của vỏ bơm (1) Piston nối với thanh truyền
Khi piston (3) di chuyển xuống, nước sẽ chảy qua van (8) vào khoang chứa phía trên piston Ngược lại, khi piston đi lên, nước trong khoang sẽ được đẩy qua van (9) vào hệ thống làm mát.
Van hằng nhiệt
Van hằng nhiệt là thiết bị điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát trong động cơ bằng cách kiểm soát dòng chảy nước từ động cơ đến két làm mát Nó được lắp đặt trên đường nước giữa nắp xylanh và bình làm mát, hoạt động dựa trên nhiệt độ của nước làm mát Khi động cơ lạnh, van hằng nhiệt sẽ đóng, ngăn nước đi qua két làm mát và cho phép nước quay trở lại bơm Khi động cơ nóng lên, van mở ra, cho phép nước làm mát lưu thông qua két trước khi trở về bơm.
Bằng cách ngăn chặn dòng nước chảy vào két nước khi động cơ còn lạnh, động cơ sẽ nhanh chóng đạt được nhiệt độ ấm hơn Phương pháp này giúp giữ lại nhiệt độ trong động cơ, ngăn không cho nhiệt thoát ra ngoài két nước.
Van hằng nhiệt đóng vai trò quan trọng trong hệ thống làm mát động cơ, giúp rút ngắn thời gian hâm nóng, tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí xả Sau khi động cơ được hâm nóng, van này duy trì nhiệt độ cao hơn so với khi không có, từ đó cải thiện hiệu suất động cơ và giảm khí thải Có hai loại van hằng nhiệt trong hệ thống làm mát bằng nước: loại sử dụng chất lỏng làm chất giãn nở và loại sử dụng chất rắn.
Hình 3.7 Van hằng nhiệt Hình 3.8 Cấu tạo van hằng nhiệt
Van hằng nhiệt có cấu tạo gồm ống xếp 4 hàn với đáy 5, mặt trên ống xếp kết nối với supap phụ 6 và ống rỗng bịt đầu trên 1, với supap 9 ở đầu trên Khi nhiệt độ nước dưới 70°C, áp suất hơi trong ống xếp thấp khiến ống co lại, đóng supap 9 và mở supap phụ để nước thoát ra khỏi động cơ qua bơm nước Khi nhiệt độ vượt quá 70°C, áp suất hơi đẩy ống xếp ra, đóng supap phụ và mở supap 9 để nước chảy vào két nước Nếu nhiệt độ vượt quá 85°C, supap phụ 3 sẽ đóng kín các lỗ bên sườn của van, ngăn chặn dòng nước từ két về bơm.
Hầu hết các động cơ ô tô hiện nay sử dụng van hằng nhiệt, có hai kiểu chính: một kiểu có van chuyển dòng và một kiểu không có Van chuyển dòng hoạt động đồng thời với van chính, giúp điều chỉnh nhiệt độ hiệu quả trong hệ thống động cơ.
Hình 3.9 Các kiểu van hằng nhiệt
Hình 3.10 Kết cấu các loại van hằng nhiệt
(a,c)- Van đang đóng; (b,d)- Van đang mở
1- Đường nước nối tắt về bơm; 2,13- Đường nước tới két làm mát; 3- Đường nước nóng tới van; 4- Hộp xếp; 5- Giá treo; 6- Trục van; 7,12- Nắp van; 8- Bầu chứa; 9-Xêrêirin; 10- Màng; 11 Lò xo hồi vị; 14- Thân van; 15- Ống dẫn hướng
VAN HẰNG NHIỆT KIỂU BỘT GIÃN NỞ
VAN HẰNG NHIỆT KIỂU HỘP XẾP
Van hằng nhiệt kiểu hộp xếp
Van hằng nhiệt dùng chất rắn làm chất dãn
Quạt gió
3.5.1 Công dụng và yêu cầu
Quạt gió đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra dòng khí lưu thông qua giàn ống và cánh tản nhiệt của két làm mát, giúp nâng cao khả năng tản nhiệt Bằng cách tăng tốc độ lưu động của không khí, quạt gió cải thiện hiệu quả làm mát của két, mang lại hiệu suất tối ưu cho hệ thống.
Quạt gió trong hệ thống làm mát động cơ là quạt hướng trục, có hiệu suất làm việc phụ thuộc vào số vòng quay, cấu trúc quạt (bao gồm số cánh, chiều dài, chiều rộng, và góc nghiêng) cùng với khoảng cách từ quạt đến két nước.
3.5.2 Kết cấu và nguyên lý làm việc
Hình 3.11 Kết cấu quạt gió động cơ
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
Để làm mát két nước, cần một lượng lớn không khí đi qua các lá tản nhiệt Khi xe di chuyển ở tốc độ cao, lưu lượng không khí thường đủ, nhưng khi dừng hoặc chạy chậm, lưu lượng này không đủ Do đó, động cơ cần có quạt làm mát để tạo ra không khí cưỡng bức qua két nước.
Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, công tắc nhiệt độ sẽ đóng, khiến rơ le nối mát và tách hai tiếp điểm 30 và 87 (thường đóng) ra, ngắt dòng điện tới mô tơ quạt.
Khi nhiệt độ nước làm mát tăng, công tắc nhiệt độ sẽ mở, ngắt mạch rơ le, cho phép hai tiếp điểm 30 và 87 tiếp xúc Điều này kích hoạt dòng điện từ ắc quy đến quạt, khiến quạt quay với tốc độ cao Tùy thuộc vào từng loại xe, các điểm đóng/mở của công tắc và rơ le quạt có thể hoạt động theo chiều ngược lại.
