Nhiệm vụ của hệ thống bôi trơn là vận chuyển dầu bôi trơn đến bề mặt làm việccủa các chi tiết để đảm bảo động cơ hoạt động được một cách trơn tru và ổn định cũngnhư tăng tuổi thọ của các
Sơ lược về hệ thống bôi trơn trong động cơ
Có rất nhiều các bộ phận, chi tiết của động cơ đốt trong liên kết hoặc có tiếp xúc với nhau Vì vậy, trong quá trình làm việc, với số vòng quay lớn (2000 – 8000 vòng/phút), lực ma sát giữa các chi tiết này gây nên những sự cố, hư hại và làm giảm hiệu suất động cơ Để giải quyết vấn đề này, hệ thống bôi trơn ra đời và trở thành một trong những phần không thể thiếu của động cơ đốt trong.
Nhiệm vụ của hệ thống bôi trơn là vận chuyển dầu bôi trơn đến bề mặt làm việc của các chi tiết để đảm bảo động cơ hoạt động được một cách trơn tru và ổn định cũng như tăng tuổi thọ của các chi tiết
Cùng với sự phát triển của động cơ đốt trong, hệ thống bôi trơn cũng có những cải tiến để đạt được hiệu quả cũng như tăng hiệu suất.
Các thành phần của hệ thống bôi trơn
Dầu bôi trơn
Không chỉ với động cơ đốt trong, dầu bôi trơn có vai trò vô cùng quan trọng đối với nhiều loại máy móc Khi mà những loại dầu bôi trơn chuyên dụng chưa ra đời, người ta sử dụng các loại mỡ động vật rồi sau đó là dầu thực vật Khi ngành công nghiệp phát triển, nhu cầu về dầu bôi trơn ngày càng tăng Do đó, dầu bôi trơn chuyên dụng ra đời.
Dầu bôi trơn hay còn được gọi là dầu nhớt, dầu nhờn là loại dầu được dùng để bôi trơn trên những hệ thống máy móc Dầu được chế tạo từ hỗn hợp dầu gốc kết hợp với các loại phụ gia Chất phụ gia giúp dầu bôi trơn đạt được những đặc tính mà dầu gốc không có.
2.1.2 Công dụng của dầu bôi trơn đối với động cơ đốt trong
Dầu bôi trơn có nhiều công dụng với động cơ, những công dụng quan trọng nhất trong số đó là:
-Bôi trơn bề mặt của các chi tiết làm việc
+ Việc này nhằm để giảm ma sát, làm giảm đi sự ăn mòn và tăng tuổi thọ của các chi tiết này.
+ Việc giảm ma sát cũng giúp cho hiệu suất động cơ tăng lên, từ đó tăng tính kinh tế của động cơ.
-Rửa sạch bề mặt ma sát của các chi tiết
+ Trong quá trình làm việc, nhiều vảy rắn bị tróc ra khỏi bề mặt các chi tiết. Chúng sẽ được dầu bôi trơn rửa trôi và giữ lại trong các phần tử lọc Tránh cho các bề mặt ma sát bị cào xước.
+ Trong quá trình lắp ráp hoặc sửa chữa, nhiều mạt sắt còn sót lại nên phải dùng những loại dầu bôi trơn có độ nhớt nhỏ để tăng khả năng rửa trôi.
-Làm mát một số chi tiết
+ Ma sát giữa các chi tiết trong động cơ sinh ra nhiệt Một số chi tiết như piston, vòi phun còn nhận nhiệt từ khí cháy Nhiệt độ quá cao có thể gây ra các hiện tượng như bó kẹt, kích nổ với động cơ xăng…
+ Dầu từ hệ thống bôi trơn (có nhiệt độ thấp hơn chi tiết) được dẫn tới bề mặt có nhiệt độ cao để tải nhiệt đi làm mát cho động cơ.
+ Để tránh lọt khí giữa khe hở piston – xylanh, cần phải bôi dầu vào rãnh xéc măng và bề mặt của piston.
+ Chất phụ gia có trong dầu bôi trơn có tác dụng chống kết gỉ bề mặt các chi tiết trong động cơ.
-Rút ngắn quá trình chạy rà
+ Dầu bôi trơn giúp nhanh chóng loại bỏ các mạt sắt còn sót lại.
+ Dầu còn được thêm một số phụ gia đặc biệt giúp các chi tiết nhanh kín khít,giảm thời gian và chi phí chạy rà.
2.1.3 Một vài thông số sử dụng của dầu bôi trơn
Các kí hiệu được ghi trên bao bì thể hiện cho tính năng và phạm vi sử dụng của dầu bôi trơn Có hai thông số quan trọng là SAE và API dựa trên tiêu chuẩn của các tổ chức Hoa Kì.
-Chỉ số SAE: Phân loại độ nhớt theo nhiệt độ ở 100C và -18C của hiệp hội kĩ sư ô tô Hoa Kì Tại một nhiệt độ nhất định, chỉ số SAE càng cao thì độ nhớt càng lớn và ngược lại
+ Loại đơn cấp: Chỉ có một chỉ số độ nhớt Ví dụ: SAE – 40, SAE – 50, SAE – 20W… Chữ W (winter) dựa trên cơ sở độ nhớt ở nhiệt độ thấp, được sử dụng vào mùa đông Không có chữ W chỉ dựa trên độ nhớt ở 100C, được sử dụng vào mùa hè.
+ Loại đa cấp: Có hai chỉ số độ nhớt Ví dụ: SAE – 10W/40…, khi ở nhiệt độ cao có đặc tính giống với dầu nhớt chỉ số SAE – 40 còn ở nhiệt độ thấp có đặc tính giống dầu nhớt SAE – 10W Dầu có chỉ số đa cấp có phạm vi nhiệt độ sử dụng rộng hơn dầu đơn cấp.
-Chỉ số API: Cho biết cấp chất lượng dầu nhớt khác nhau theo chủng loại động cơ theo đánh giá của viện hóa dầu Hoa Kì
+ Dầu chuyên dụng: Sử dụng cho một loại động cơ nhất định, xăng hoặc diesel Ví dụ: API – SH, API – CF… Chữ cái đầu tiên thể hiện loại động cơ, chữ S với động cơ xăng còn chữ C với động cơ diesel Chữ cái thứ hai thể hiện cho cấp chất lượng dầu tăng dần theo bảng chữ cái.
+ Dầu đa dụng: Sử dụng cho cả động cơ xăng và diesel Ví dụ: API – SG/CD với cấp chất lượng cho động cơ xăng là G còn với động cơ diesel là D Chỉ số nào được viết trước thì được ưu tiên dùng cho loại động cơ đó.
Các phương pháp bôi trơn
Có nhiều loại hệ thống bôi trơn được sử dụng tùy thuộc vào loại động cơ, điều kiện làm việc… Sau đây là một số phương pháp bôi trơn thường gặp.
2.2.1 Bôi trơn bằng vung té
-Nguyên lý hoạt động: Khi động cơ làm việc, tận dụng chuyển động quay của các chi tiết như trục khuỷu, thanh truyền để vung té dầu lên các chi tiết cần bôi trơn: piston, thành xylanh, cam… Ngoài ra, một phần dầu ở dạng sương sẽ rơi và đọng ở kết cấu hứng dầu của các chi tiết cần bôi trơn.
-Ưu điểm: Hệ thống bôi trơn đơn giản.
-Nhược điểm: Khó đảm bảo đủ lưu lượng dầu bôi trơn tới các ổ trục làm động cơ không an toàn khi hoạt động.
-Ứng dụng: Chủ yếu trên các động cơ công suất nhỏ như xe máy, bơm nước…
2.2.2 Bôi trơn bằng dầu pha trong nhiên liệu
-Nguyên lý hoạt động: Dầu bôi trơn được pha với xăng theo tỉ lệ nhất định thường từ 1/20 đến 1/25 Khi hỗn hợp xăng – dầu đi vào hộp cacte, xylanh; các hạt dầu sẽ ngưng đọng trên bề mặt để bôi trơn các chi tiết chịu ma sát Các cách hòa trộn:
+ Xăng và dầu được hòa trộn sẵn từ trước được gọi là xăng pha dầu, được bán ở các chạm xăng.
+ Xăng và dầu chứa trong hai thùng khác nhau, khi động cơ làm việc thì xăng và dầu mới được hòa lẫn song song theo định lượng khi ra khỏi thùng chứa.
+ Phun trực tiếp dầu vào họng khuếch tán hoặc vị trí bướm ga Tốc độ bơm có thể điều chỉnh nên hòa trộn chính xác và tối ưu ở các chế độ tải khác nhau.
-Ưu điểm: Hệ thống đơn giản
-Nhược điểm: Không an toàn cho động cơ
+ Không đảm bảo đủ lưu lượng dầu bôi trơn.
+ Quá trình cháy dễ tạo ra muội than bám trên đỉnh piston ngăn chặn quá trình tản nhiệt.
+ Phụ thuộc nhiều vào tỉ lệ pha trộn giữa xăng và dầu.
-Ứng dụng: Dùng ở động cơ xăng hai kì quét trên các dòng xe máy của YAMAHA, SUZUKI, SIMSON
Ngày nay, hầu hết các động cơ đốt trong trên ô tô đều sử dụng hệ thống bôi trơn cưỡng bức Dầu sẽ được bơm đẩy đến các vị trí cần bôi trơn nên có thể khắc phục nhược điểm của các hệ thống bôi trơn đã nói ở trên.
2.2.3.1 Hệ thống bôi trơn cacte ướt
- Đặc trưng để phân biệt hệ thống bôi trơn cacte ướt với hệ thống bôi trơn cacte khô (sẽ nói sau) là toàn bộ dầu bôi trơn được chứa ở cacte
+ Bơm dầu được dẫn động từ trục khuỷu hoặc trục cam, hút dầu vào qua phao hút dầu Phao có lưới chắn để lọc sơ bộ những tạp chất có kích thước lớn Phao sẽ luôn nổi dù cho động cơ có bị nghiêng.
+ Sau bơm, dầu có áp suất cao được chia ra hai nhánh Một nhánh đi tới két dầu, dầu được làm mát rồi trở về cacte Nhánh còn lại đi qua bầu lọc thô và đi vào đường dầu chính.
+ Dầu đi theo đường dầu chính bôi trơn cho trục khuỷu, đầu to thanh truyền, chốt piston, trục cam… Một lượng dầu khoảng 15% - 20% được đưa đến bầu lọc tinh để giữ lại những tạp chất rất nhỏ.
+ Dầu đi ra khỏi lọc tinh trở về cacte, lượng dầu bôi trơn các chi tiết cũng nhờ trọng lực chảy xuống cacte.
+ Van ổn áp có tác dụng khống chế áp suất dầu sau bơm Van an toàn sẽ mở cho dầu lưu thông nếu bầu lọc thô bị tắc Van nhiệt sẽ mở khi áp suất qua két dầu quá lớn để dầu đi thẳng về cacte.
+ Que thăm dầu dùng để kiểm tra lượng dầu còn lại trong máy Cần thường xuyên kiểm tra và bổ xung nếu lượng dầu thấp.
+ Đảm bảo đủ lưu lượng dầu tới các chi tiết cần bôi trơn.
+ Độ tin cậy làm việc của hệ thống bôi trơn tương đối cao
+ Làm tăng chiều cao của động cơ vì cần cacte sâu.
+ Tiếp xúc với khí cháy lọt xuống khiến dầu giảm tuổi thọ.
+Do dùng cácte ướt (chứa dầu trong cácte ) nên khi động cơ làm việc ở độ nghiêng lớn, dầu nhờn dồn về một phía khiến phao hút dầu không hút dầu lên được
-Ứng dụng: Hệ thống bôi trơn cacte ướt được sử dụng rất phổ biến với cả động cơ xăng và diesel.
2.2.3.2 Hệ thống bôi trơn cacte khô
Hệ thống bôi trơn cacte khô có một thùng chứa dầu riêng được đặt bên ngoài động cơ.
Hình 2.2.3-Hệ thống bôi trơn các te khô
+ Các bơm chuyển (2) có nhiệm vụ chuyển dầu từ cacte tới rồi trở về thùng chứa dầu (3).
1: các te dầu, 2:phao hút dầu 3:thùng dầu
4: phao lọc, 5:bơm dầu 6:bầu lọc thô 7: đồng hồ báo áp suất dầu 8: đường dầu chính 9: đường dầu bôi trơn TK
10: đường dầu bôi trơn trục cam
12: đồng hồ áp suất két làm mát
+ Từ đây, quá trình bôi trơn giống với hệ thống bôi trơn cacte ướt đã trình bày ở trên.
+ Giảm được chiều cao của động cơ.
+ Tuổi thọ của dầu được kéo dài hơn.
+ Làm việc được lâu dài ở địa hình dốc.
- Nhược điểm: Hệ thống phức tạp, nhiều chi tiết hơn so với hệ thống bôi trơn cacte ướt.
- Ứng dụng: Dùng trong các động cơ diesel trên các phương tiện chuyên dụng như máy ủi, xe tăng, máy kéo, tàu thủy…
Phương pháp bôi trơn này kết hợp cả bôi trơn vung té với bôi trơn cưỡng bức.Phương pháp vung té sẽ dùng cho các chi tiết như xylanh, mặt gương piston, xu páp…Phương pháp bôi trơn áp lực sẽ dùng cho các chi tiết chịu trọng tải lớn như bạc đòn mở cơ cấu phối khí, bạc đầu to thanh truyền…
Các chi tiết chính của hệ thống bôi trơn
Hiện nay, phương pháp bôi trơn phổ biến nhất là bôi trơn cưỡng bức Dưới đây là một số bộ phận chính trong hệ thống bôi trơn cưỡng bức.
Bơm dầu trong hệ thống bôi trơn cưỡng bức cần tạo được áp suất lớn nên phải là các loại bơm thủy lực thể tích.
2.3.1.1 Bơm bánh răng ăn khớp ngoài
Bơm bánh răng ăn khớp ngoài là một kiểu bơm đơn giản nhưng rất phổ biến.
1-thân bơm 2-BR bị động 3-rãnh giảm áp 4-BR chủ động 5-đường dầu ra 6- đường dầu vào 7-đệm làm kín 8-nắp van điều chỉnh Hình 2.3.1- Bơm dầu BR ăn khớp ngoài
9- tấm đệm điều chỉnh 10-lò xo
+ Bánh răng (4) là bánh răng chủ động, được dẫn động từ trục khuỷu hoặc trục cam Khi cặp bánh răng quay, dầu từ đường áp suất thấp được guồng sang đường dầu áp suất cao qua khoảng trống giữa bánh răng và thân máy theo chiều mũi tên.
+ Rãnh triệt áp (3) có tác dụng tránh cho dầu chèn giữa các bánh răng khi ăn khớp.
+ Khi áp suất đường ra quá lớn, van an toàn sẽ mở để dầu chảy ngược về đường áp suất thấp.
+ Lưu lượng và hiệu suất bơm phụ thuộc nhiều vào khe hở giữa đỉnh răng – thân bơm và đầu bánh răng – nắp bơm Những khe hở này thường không vượt quá 0.1 mm
2.3.1.2 Bơm bánh răng ăn khớp trong
Bơm bánh răng ăn khớp trong có kết cấu gọn nhẹ, cấu tạo chặt chẽ, công suất lớn, áp lực cao, thường được dùng trên các xe du lịch
+ Hai bánh răng được đặt lệch trục Bánh răng (6) là bánh răng chủ động được dẫn động từ trục khuỷu hoặc trục cam.
+ Dầu được guồng từ đường dầu áp suất thấp sang đường dầu áp suất cao thông qua khoảng trống giữa hai bánh răng theo chiều mũi tên trên hình.
+ Roto (5) được lắp lệch tâm so với thân bơm, có các rãnh lắp phiến trượt (3) Khi roto quay, do lực ly tâm và lực đẩy của lò xo, phiến trượt luôn tì sát vào mặt thân bơm tạo thành những không gian kín.
+ Nhờ những không gian kín này, dầu được guồng từ đường dầu áp suất thấp đến đường dầu áp suất cao.
Bơm phiến trượt đơn giản, nhỏ gọn nhưng có nhược điểm là phiến trượt bị mài mòn rất nhanh.
1-thân bơm 2-BR bị động 3-đường dầu vào 4,7- rãnh dẫn dầu 5- trục dẫn động 6-BR chủ động 8- đường dầu ra
1- Thân bơm 2- Đường dầu vào 3- Cánh gạt 4- Đường dầu ra 5- Roto 6- Trục dẫn động
Theo chất lượng lọc, người ta chia ra hai loại:
-Bầu lọc thô thường đặt trên đường dầu đi bôi trơn Chỉ lọc được những cặn bẩn kích thước lớn (>0.03 mm) Tổn thất áp suất của bầu lọc thô không quá lớn.
-Bầu lọc tinh có thể lọc được những cặn bẩn rất nhỏ Do đó sức cản của bầu lọc tinh rất lớn nên không được đặt trên đường dầu đi bôi trơn Dầu sau khi lọc tinh sẽ trở về cacte.
-Nguyên lý chung: Dầu có áp suất chui qua khe hở của phần tử lọc Các tạp chất có kích thước lớn hơn khe hở sẽ bị giữ lại.
-Bầu lọc thấm dùng lưới lọc đồng: Gồm các khung lọc bọc bằng lưới đồng ép sát trục bầu lọc Có thể lọc sạch tạp chất kích thước 0.1 – 0.2 mm Thường dùng trên động cơ tàu thủy hoặc động cơ tĩnh tại Dùng để lọc thô, có thể sử dụng lại.
-Bầu lọc thấm dùng tấm kim loại: Gồm các phiến kim loại sắp xếp xen kẽ tạo thành khe lọc kích thước 0.07 -0.08 mm Căn bẩn sau khi bị giữ lại sẽ được gạt đi bởi các phiến gạt tránh cho lõi lọc tắc Dùng để lọc thô, có thể sử dụng lại.
Hình 2.3.2.1-Bầu lọc thấm dùng tấm kim loại
1: nắp bầu lọc, 2: đường dầu ra, 3: thân bầu lọc, 4: đường dầu vào, 5: phiến lọc,
- Bầu lọc thấm dùng lõi lọc giấy, len, da…: Gồm nhiều vòng ép chặt lại với nhau. Dầu sẽ thấm từ ngoài vào trong đi qua lõi lọc tới đường dầu ra Có thể dùng cho cả lọc thô và lọc tinh những không thể sử dụng lại mà phải thay thế.
1: thân bầu lọc,2: đường dầu vào, 3: nắp bầu lọc, 4: đường dầu ra, 5: phần tử lọc, 6: lưới của phần tử lọc.
Các bầu lọc thấm có khả năng lọc tốt, kết cấu đơn giản nhưng thời gian sử dụng ngắn.
1: thân bầu lọc, 2: đường dầu vào, 3: lõi lọc bằng da, 4: nắp bầu lọc, 5: đường dầu ra, 6: trục bầu lọc.
1: thân bầu lọc 2: đường dầu về các te 3: đường dầu vào lọc
5: đường dầu đi bôi trơn
6: vòng bi đỡ 7: rô to 8: nắp bầu lọc9: vít điều chỉnh 10: ống lấy dầu sạch11: lỗ phun.
+ Dầu có áp suất cao theo đường (3) vào roto (7) của bầu lọc Trên roto có lỗ phun
(11), khi dầu phun qua tạo ngẫu lực làm quay roto tốc độ có thể đạt tới 5000 – 6000 vòng/phút Sau đó, dầu trở về cacte theo đường (2).
+ Do ma sát với bề mặt trong của roto nên dầu cũng quay theo Cặn bẩn trong dầu có tỉ trọng lớn sẽ văng ra xa sát vách roto nên dầu càng gần tâm roto càng sạch Dầu sạch sẽ theo đường ống 10 đi bôi trơn cho động cơ.
+ Theo thời gian, cặn bẩn được giữ trong bầu là giảm khả năng lọc Vì vậy, định kỳ phải bảo dưỡng để làm sạch cặn bẩn bám trên vách roto.
-Phân loại bầu lọc ly tâm dựa trên cách lắp:
+ Lọc ly tâm toàn phần được lắp trực tiếp trên mạch dầu Toàn bộ lượng dầu do bơm cung cấp đều đi qua lọc Đóng vai trò bầu lọc thô.
+ Lọc ly tâm bán phần không lắp trên đường dầu đi bôi trơn Chỉ khoảng 10 – 15% lưu lượng của bơm đi qua lọc ly tâm bán phần được lọc sạch rồi trở về cacte Đóng vai trò bầu lọc tinh.
Bầu lọc ly tâm có nhiều ưu điểm như không cần phải thay thế phần tử lọc do không dùng lõi lọc, khả năng lọc tốt hơn so với lọc thấm, ít phụ thuộc vào lượng cặn bẩn bám trong bầu lọc Do đó, bầu lọc ly tâm được sử dụng rất rộng rãi.
2.3.2.3 Bầu lọc từ tính Để thu gom các mạt sắt lẫn trong dầu, thông thường nút tháo dầu ở đáy cacte được gắn một nam châm vĩnh cửu được gọi là bộ lọc từ tính Hiệu quả lọc mạt sắt của nam châm rất cao nên phương pháp này cũng được sử dụng rất rộng rãi.
2.3.3 Thông gió hộp trục khuỷu
Hư hỏng thường gặp của hệ thống bôi trơn
Vấn đề về áp suất dầu bôi trơn
- Chỉ số áp suất dầu quá thấp Nguyên nhân có thể do:
+ Đồng hồ đo áp suất hoặc cảm biến hỏng.
+ Các bộ phận của bơm dầu quá mòn.
+ Lò xo van an toàn quá yếu hoặc bị gãy.
+ Chảy dầu từ đường dẫn dầu.
- Chỉ số áp suất dầu quá cao Nguyên nhân có thể do:
+ Đồng hồ đo áp suất hoặc cảm biến hỏng.
+ Van an toàn bị kẹt hoặc lò xo quá cứng.
- Chỉ số áp suất luôn dao động Nguyên nhân có thể do:
+ Lọt khí vào đường hút của bơm dầu.
+ Mức dầu trong cacte quá cao, trục khuỷu guồng vào gây bọt khí.
Chảy dầu ra bên ngoài
- Nguyên nhân có thể do:
+ Các đệm làm kín hỏng.
+ Nứt vỡ cacte hoặc nắp chắn đường dầu.
Các chi tiết làm việc ồn
Các chi tiết như xupap, trục khuỷu – thanh truyền trong quá trình làm việc có thể gây tiếng ồn Nguyên nhân có thể do:
+ Dầu bôi trơn cung cấp không đủ.
+ Áp suất dầu quá thấp.
Nhiệt độ dầu quá cao
- Nguyên nhân có thể do:
+ Van điều tiết bị hỏng.
+ Tắc két làm mát dầu.
Tiêu hao dầu quá lớn
Trong quá trình làm việc của động cơ, dầu bôi trơn có thể tiêu hao nhanh Nguyên nhân có thể do:
+ Dầu bị chảy ra ngoài.
+ Xéc măng, xylanh mòn làm dầu sục lên buồng cháy.
Sơ lược về hệ thống làm mát trong động cơ
Khi động cơ làm việc, các chi tiết của động cơ, đặc biệt là các chi tiết trong buồng cháy, có nhiệt độ rất cao Nhiệt độ quá cao có thể dẫn đến một số hư hỏng:
- Giảm sức bền, độ cứng vững và tuổi thọ chi tiết.
- Bó kẹt giữa các chi tiết.
- Thay đổi thông số dầu bôi trơn.
- Gây kích nổ trong xylanh.
Nhiệm vụ của hệ thống làm mát là tản nhiệt khỏi các chi tiết Giữ cho nhiệt độ động cơ không vượt quá giá trị cho phép Từ đó giúp động cơ hoạt động bình thường.
Tuy nhiên, nếu cường độ làm mát quá lớn, có thể dẫn đến một số hiện tượng không mong muốn như: hơi nhiên liệu ngưng tụ, dầu bôi trơn bị rửa trôi, tổn hao công suất cho hệ thống làm mát…
Các thành phần của hệ thống làm mát
Môi chất làm mát
Có hai loại môi chất làm mát phổ biến sử dụng trong động cơ:
- Không khí: Sử dụng dòng không khí di chuyển qua động cơ để làm mát Sử dụng trên các động cơ cỡ nhỏ.
- Nước làm mát: Sử dụng dòng nước làm trung gian tản nhiệt luân chuyển quanh động cơ để làm mát Sử dụng trên những động cơ cỡ lớn.
+ Nước thông thường: Sử dụng trong hệ thống làm mát kiểu cũ hoặc trên các động cơ gần nguồn nước lớn và ổn định…
+ Nước làm mát chuyên dụng: Được điều chế bằng cách pha chế các loại phụ gia để khiến chỉ số chống đóng cặn, bốc hơi, chống đông, chống ăn mòn… tối ưu hơn.
Sử dụng chủ yếu trên ô tô.
Các kiểu hệ thống làm mát
5.2.1 Hệ thống làm mát bằng không khí
- Nguyên lý hoạt động: Quạt gió (1) dẫn động từ trục khuỷu hút không khí với lưu lượng lớn vào khoang động cơ Những tấm hướng gió (3) phân phối không khí để động cơ được làm mát đều nhất Các chi tiết như xylanh, nắp xylanh phải có các gân tản nhiệt để tăng diện tích làm mát.
- Ưu điểm: Cấu tạo rất đơn giản.
+ Hiệu quả làm mát không cao.
+ Phụ thuộc nhiều vào không khí bên ngoài.
+ Gân tản nhiệt làm tăng kích thước động cơ.
5.2.2 Hệ thống làm mát bằng nước
5.2.2.1 Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi
- Nguyên lý hoạt động: Khi động cơ làm việc, nước trong các khoang bao quanh động cơ sẽ sôi Do tỉ trọng giảm nên sẽ nổi lên trên mặt thoáng của bính nước. Nước bốc hơi đem theo nhiệt ra bên ngoài Nước sau khi mất nhiệt sẽ chìm xuống do tỉ trọng tăng tạo thành đối lưu tự nhiên.
+ Tốc độ tiêu hao nước lớn nên phải liên tục bổ xung.
+ Tốc độ đối lưu chậm nên hiệu quả không cao.
- Ứng dụng: Sử dụng trên các động cơ đời cũ, điển hình là công nông và các máy nông nghiệp.
5.2.2.2 Hệ thống làm mát đối lưu tự nhiên
+ Nước nhận nhiệt của xylanh trong thân máy (1), tỉ trọng giảm nên nổi lên trên. Lên tới nắp xylanh (3) vẫn tiếp tục nhận nhiệt và đi tới phía trên của két làm mát (6). + Quạt gió dẫn động từ trục khuỷu hút không khí qua két làm mát khiến nhiệt độ nước giảm, tỉ trọng tăng lên và chìm xuống dưới.
+ Nước lại được dẫn vào thân máy và lặp lại chu trình như trên.
-Ưu điểm: Không phải bổ xung nước thường xuyên.
+ Để tăng hiệu quả làm mát thì phải tăng kích thước động cơ.
-Ứng dụng: Dùng chủ yếu trên các động cơ tĩnh tại.
5.2.2.3 Hệ thống làm mát một vòng hở
1: thân máy, 2: nắp máy, 3: van hằng nhiệt,4: đường nước ra,5: lọc lưới, 6: bơm nước.
+ Nước làm mát ở đây là nước sông hoặc nước biển Được hút vào động cơ bởi bơm
+ Nước được chia ra làm mát cho các xylanh thông qua các đường ống phân phối trong thân máy (1).
+ Sau khi làm mát động cơ thì nước theo đường ống (4) đổ lại ra sông, biển. + Van hằng nhiệt (3) có chức năng đẩy nhanh nhiệt độ của nước làm mát tới nhiệt độ tối ưu cho động cơ.
+ Cấu tạo tương đối đơn giản.
+ Hiệu quả làm mát cao và đồng đều
-Nhược điểm: Ứng suất nhiệt trong các chi tiết của hệ thống làm mát lớn.
-Ứng dụng: Sử dụng cho các phương tiện đường thủy.
5.2.2.4 Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức một vòng kín Để tăng tốc độ lưu động của nước làm mát, người ta dùng hệ thống tuần hoàn cưỡng bức Trong hệ thống này, tốc độ lưu động của nước chủ yếu phụ thuộc vào bơm.
+ Nước làm mát được đổ vào từ lỗ phía trên két nước, điền đầy két nước và áo nước xung quanh xylanh.
+ Khi động cơ hoạt động, nước làm mát có nhiệt độ thấp được bơm (10) hút từ bình chứa dưới két nước qua két (11) để làm mát dầu rồi đi vào động cơ.
+ Nước làm mát được chia đều vào các ống phân phối (12) để đảm bảo làm mát đồng đều cho từng xylanh.
+ Nước tiếp tục đi làm mát nắp máy rồi theo đường ống (3) đi tới van hằng nhiệt. Nếu van mở, nước sẽ đi vào bình chứa phía trên két nước.
+ Nước đi qua các ống mỏng có cánh tản nhiệt và được làm mát bởi dòng khí quạt gió (7) tạo ra Quạt gió được dẫn động từ trục khuỷu bằng puli.
+ Nước có nhiệt độ thấp đi xuống bình chứa dưới két nước và lại tiếp tục chu trình mới.
+ Hiệu quả làm mát cao.
+ Làm mát đồng đều nên các chi tiết mòn đều, tăng tỉ số nén và giới hạn kích nổ.
+ Nước có thể rò rỉ xuống các te dầu.
-Ứng dụng: Sử dụng cho hầu hết các loại ô tô hiện nay.
Một sô chi tiết của hệ thống bôi trơn cưỡng bức
Két nước có hai khoang chứa nước trên và dưới, khoang trên chứa nước có nhiệt độ cao, khoang dưới chứa nước có nhiệt độ thấp Hai khoang được nối với nhau bằng các đường ống mỏng, xung quanh là cánh tản nhiệt.
-Nguyên lý hoạt động: Khi nước ở trong lõi két nước, dòng không khí có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nước làm mát được thổi qua lấy đi nhiệt thông qua ống và các cánh tản nhiệt Nước có nhiệt độ thấp nặng hơn và chìm xuống khoang dưới két nước.
+ Van xả (1) có chức năng giảm áp suất trong hệ thống khi áp suất nước quá cao, thường do bọt khí
+ Van hút (2) sẽ mở để bổ xung không khí khi áp suất chân không trong hệ thống quá lớn, sau khi xe dừng hoạt động.
Loại bơm được sử dụng phổ biến nhất là bơm ly tâm, được dẫn động từ trục khuỷu.
-Nguyên lý hoạt động: Bơm ly tâm là một dạng bơm cánh dẫn hoạt động dựa trên nguyên lý lực ly tâm.
+ Khi bơm chạy, bánh công tác quay, tạo lực ly tâm đẩy nước đi ra bên ngoài. + Nước đi ra tạo nên áp suất chân không bên trong bơm khiến nước được hút vào bên trong.
+ Nhỏ gọn, dễ dàng tháo lắp.
+ Hoạt động an toàn, ổn định; ít phải bảo trì, sửa chữa.
Thường được lắp đồng trục với bơm Có thể là quạt hút hoặc quạt thổi tùy theo vị trí lắp đặt động cơ để tận dụng dòng khí khi xe chuyển động Số cánh quạt thường không lớn hơn 6 và góc nghiêng các cánh có thể không đều nhằm giảm tiếng ồn Một số quạt gió được trang bị ly hợp để quạt chỉ hoạt động khi nước làm mát đã đạt nhiệt độ thích hợp.
Là tổ hợp gồm 2 van, chia nước ra làm 2 dòng Một dòng vào két nước, một dòng về bơm và trở lại động cơ.
+ Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, van chính đóng, van phụ mở hoàn toàn Nước không được làm mát mà chỉ tuần hoàn trong động cơ nên nhiệt độ tăng lên nhanh Giảm thời gian động cơ phải làm việc ở nhiệt độ thấp.
+ Khi nước đạt nhiệt độ thích hợp, chất lỏng trong hộp xếp hóa hơi khiến hộp giãn nở làm van chính mở, van phụ đóng dần Lưu lượng nước tới két nước và tới trực tiếp bơm thay đổi Tới một thời điểm nhất định, van chính sẽ mở hoàn toàn, van phụ đóng hoàn toàn.
Hư hỏng thường gặp của hệ thống làm mát
Rò rỉ hoặc tiêu hao nước làm mát nhanh
-Rò rỉ nước ra bên ngoài động cơ thường dễ phát hiện khi nơi đỗ xe lâu sẽ thấy ướt. Nguyên nhân có thể do:
+ Phần nối giữa các ống dẫn bị lỏng.
+ Thân ống mềm bị rách do va chạm.
+ Két nước thủng hoặc hở các mối hàn.
+ Thân máy, nắp máy bị nứt.
+ Các đệm làm kín bị hỏng.
+ Nắp két nước không kín hoặc bị hỏng.
-Rò rỉ nước bên trong động cơ xảy ra khi nước chảy vào các phần khác như buồng cháy, cacte dầu Đây là hiện tượng nghiêm trọng có thể dẫn đến hỏng động cơ Hiện tượng là nước lẫn trong dầu bôi trơn hoặc khí thải có khói trắng Nguyên nhân có thể do: + Đệm nắp máy hỏng.
+ Xylanh hoặc nắp máy bị nứt.
+ Hở gioăng giữa lót xylanh với lỗ lắp ống lót trên thân máy.
+ Vỡ ống dầu trong két làm mát dầu.
Nước sôi và động cơ quá nóng
Hiệu quả làm mát của hệ thống bị giảm Nguyên nhân có thể do:
+ Cảm biến hoặc đồng hồ hỏng khiến hiển thị sai.
+ Nước trong hệ thống không đủ.
+ Két nước bị tắc do cặn, ống dẫn nước và cánh tản nhiệt bẹp.
+ Van hằng nhiệt luôn đóng hoặc mở không đủ to.
+ Ống dẫn bị kẹt, bẹp.
+ Bơm bị mòn, không cung cấp đủ lưu lượng cần thiết.
+ Bộ truyền đai hoặc puli trượt do mòn.
+ Rơ le hoặc khớp tự động dẫn động quạt gió hỏng.
Thời gian làm ấm máy lâu
Xuất hiện khi khởi động động cơ, mất nhiều thời gian để đạt đến nhiệt độ lí tưởng Nguyên nhân có thể do:
+ Van hằng nhiệt bị hỏng hoặc không có.
Hiện tượng này không gây ra vấn đề ngay lập tức mà sẽ gây hư hỏng nặng hơn nếu kéo dài Gây mài mòn nhanh, tốn nhiên liệu và tăng ô nhiễm.
Động cơ ồn
-Nguyên nhân có thể do:
+ Trục bơm nước quá mòn.
+ Bánh công tác của bơm bị vỡ.
+ Cánh quạt gió biến dạng.
+ Khớp nối quạt bị mòn hoặc bulon lắp quạt lỏng