6.1. Nhiệm vụ phân loại
6.1.1. Nhiệm vụ:làm giảm và duy trì nhiệt độ của piston, xilanh, nắp xilanh ở
một mức độ nhất định để tránh các chi tiết này bị biến dạng vì nhiệt.
Trên động cơ piston, trong quá trình cháy nhiệt độ trong xy lanh lên đến 2000- 28000K, cuối quá trình giãn giảm đến 1000- 12000K. Do đó các chi tiết của nhóm piston, xilanh không kịp được làm mát trong thời kỳ nạp. Sự tản nhiệt ra môi trường xung quanh và sự dẫn nhiệt đến dầu bôi trơn không đảm bảo giảm nhiệt độ các chi tiết đến mức mong muốn, do đó yêu cáu phải dẫn nhiệt cưỡng bức từđộng cơđến hệ thống làm mát.
Giữ nhiệt độ tối ưu ở thành và nắp xy lanh để nhận được công suất lớn nhất, tính tiết kiệm và độ bền lâu ở tất cả các chế độ làm việc của động cơ cần được
đảm bảo bởi hệ thống làm mát điều chỉnh được. Hệ thống làm mát của động cơ là tập hợp các bộ phận dùng để dẫn nhiệt cưỡng bức, điều chỉnh được từ các chi tiết của động cơ ra môi trường xung quanh. Dẫn nhiệt cưỡng bức được thực hiện nhờ
chất lỏng hoặc không khí liên quan đến các hệ thống làm mát bằng chất lỏng hoặc bằng không khí.
Trong hệ thống làm mát chất lỏng, nhiệt từ thành và nắp xilanh được truyền qua chất lỏng làm mát chuyển động tuần hoàn trong hệ thống, mang nhiệt đến bộ
tản nhiệt, từ đó một phần nhiệt được tản ra môi trường. ưu thế của phương pháp làm mát chất lỏng là: nhiệt độ trung bình các chi tiết nhỏ, nhờđó tăng hệ số nạp, ở động cơ chế hoà khí còn giảm được yêu cầu về trị số ốc tan của nhiên liệu; giảm
ồn khi động cơ làm việc, giảm kích thước động cơ; khởi động nhẹ nhàng hơn trong điều kiện nhiệt độ thấp. Nhược điểm của hệ thống làm mát bằng chất lỏng: có khả năng rò rỉ chất lỏng, xác suất quá lạnh động cơ lớn, có khả năng đóng băng
ở thời tiết lạnh khi sử dụng làm mát bằng nước. Chất lỏng thường sử dụng làm mát là nước do có nhiệt dung lớn và sẵn có. Tuy nhiên nước dễ gây rỉ, đóng băng vào mùa đông. Ở một số nước khí hậu lạnh người ta pha vào nước chất chống
đông.
Trên hệ thống làm mát bằng không khí, nhiệt từ thành và nắp xy lanh được dẫn trực tiếp theo dòng khí. ưu thế của làm mát bằng không khí là: giảm thời gian hâm nóng động cơ, truyền nhiệt ổn định, độ tin cậy của hệ thống lớn do không có nước làm mát, xác suất quá lạnh nhỏ, sử dụng động cơ thuận tiện ở những vùng không nhiều nước. Nhược điểm là: tăng kích thước động cơ, động cơ làm việc ồn, yêu cầu cao về nhiên liệu và dầu bôi trơn.
- Hệ thống làm mát bằng không khí có 2 dạng: + Hệ thống làm mát cho động cơ di động. + Hệ thống làm mát cho động cơ tĩnh tại. - Hệ thống làm mát bằng nước, chia làm 2 loại: + Phương pháp làm mát kiểu xi phông: + Phương pháp làm mát kiểu cưỡng bức. 6.2. Kết cấu một số hệ thống làm mát 6.2.1. Hệ thống làm mát kiểu xi phông
Hệ thống bao gồm 2 phần: két nước làm mát và hệ thống áo nước làm mát xung quanh xilanh và trong nắp xilanh, và các ống dẫn nước từ áo nước sang két làm mát. Hệ thống này hoạt động dựa trên đặc tính thay đổi khối lượng của nước khi nhiệt độ thay đổi Khi động cơ làm việc nước bao xung quanh xilanh và nắp xilanh sẽ nóng lên nên nhiệt độ tăng lên do vậy trọng lượng của nước giảm đi, nước nóng sẽ nổi lên trên. Ngược lại' bên két nước làm mát nhiệt độ của nước giảm xuống, trọng lượng của nước lạnh tăng lên, nước có xu hướng chìm xuống, do vậy khi ta nối hai hệ thống với nhau nước từ phía dưới két làm mát theo ống dẫn chảy sang áo nước làm mát, nước ở phía trên áo nước sẽ chảy sang két làm mát và tạo thành đòng chảy tuần hoàn. Hệ thống này đơn giản tuy nhiên khả năng làm mát kém và không có khả năng khống chế nhiệt độ của nước làm mát cũng như của các chi tiết cần làm mát, đặc biệt với động cơ nhiều xilanh thì khả năng làm mát của hệ thống này không đảm bảo. 6.2.2. Hệ thống làm mát động cơ bằng chất lỏng cưỡng bức Trên các động cơ đất trong sử dụng trong nông nghiệp, xây dựng và giclơ
thông thường sử dụng hệ
thống làm mát có chất lỏng tuần hoàn cưỡng bức, các hệ thống có thể tuần hoàn hở hoặc kín. Ở hệ thống hở, các không gian bên trong thường xuyên được thông với khí quyển, do đó chất lỏng có thể bay hơi tự do hoặc trào ra từ bộ tản nhiệt khi
sôi điều đó dẫn đến tăng chi phí chất lỏng.
Ở hệ thống kín, không gian bên trong bị ngăn cách với khí quyển, khi động cơ
làm việc hệ thống được giữ một áp suất dư nhỏ, nhờđó nhiệt độ sôi được tăng lên một chút (105- 1150C) dẫn đến xác suất sôi ở các điều kiện làm việc nặng nề hoặc khí hậu xấu giảm. Hệ thống kín được sử dụng rộng rãi hơn. Sơ đồ cấu tạo được trình bày trên hình 1.46.
Bơm nước hút nước đã làm mát ở bộ tản nhiệt đẩy theo ống dẫn đến các rãnh và áo nước ở thân động cơ và nắp xy lanh, nước nhận nhiệt và tiếp tục đi qua van nhiệt đến phần trên của bộ tản nhiệt, nhiệt được truyền qua thành ống và theo dòng khí được tạo bởi quạt gió ra ngoài. Nếu nhiệt độ của nước không vượt quá một giá trị nào đó thì van nhiệt không cho qua mà sẽđi theo nhánh phụ trở về phía trước bơm.
6.2.2.1. Van thông hơi
ở hệ thống làm mát kín thường sử dụng nắp đậy miệng rót ở dạng van thông hơi, để xả hơi nước ra ngoài khi áp suất trong hệ thống tăng cao và thường xuyên giữ áp suất dư trong hệ thống 0,019- 0,059 Mpa. Khi trong hệ thống có độ thoáng khoảng 0,981- 3,92 Kpa (do sự ngưng tụ hơi nước) van lại mởđể không khí bên ngoài đi vào hệ thống.
6.2.2.2. Van nhiệt
Đểổn định nhiệt độ nước làm mát thường sử dụng van nhiệt, phổ biến là van nhiệt chất lỏng. Phần tử tác động chính là hộp xếp nạp đầy chất lỏng dễ bay hơi. Phần dưới cố định, phần trên có thể dịch chuyển dọc trục. Phần trên có gắn các cánh van bên đểđóng mởđường nước trở về cửa vào bơm, cánh van trên đểđóng mở đường nước đến bộ tản nhiệt. Khi nhiệt độ nước tăng, hộp xếp giãn nở cánh van bên đóng bớt của bên và mở cửa trên, một phần nước được dẫn đi làm mát. Khi đến nhiệt độ nào đó (ví dụ 80-850C ở một số động cơ) van bên đóng hoàn toàn, tất cả nước được dẫn đi làm mát.
Ở hệ thống làm mát kín khi thay đổi áp suất dẫn đến thay đổi nhiệt độ, khi đó tạo ra sự thay đổi nhiệt độ làm đóng mở van. Nhược điểm này được khắc phục khi bố trí van nhiệt cứng có phần cảm nhận nhiệt độđược cấu tạo từ chất kết tinh.
Một phương pháp khác có hiệu quả để giữ chế độ nhiệt ở động cơ là điều chỉnh năng suất quạt. Khi động cơ làm việc ở các chếđộ chạy không và tải trọng từng phần, việc giữ năng suất quạt không đổi dẫn đến hao tổn công suất cơ học, bởi vậy ở một số động cơ người ta bố trí các cơ cấu điều chỉnh năng suất quạt tự động theo nhiệt độ động cơ bằng cách thay đổi tần số quay truyền động cho quạt hoặc góc nghiêng cánh quạt.
Bộ tản nhiệt (két nước hay radiator) được cấu tạo để có khả năng tản nhiệt ra môi trường tết nhất. Phổ biến nhất là loại ống dẹt, nước làm mát chuyển động bên trong ống còn không ví qua không gian giữa các ống. Loại thứ hai có kết cấu kiểu tổ ong và ngược lại, kiểu này cho không khí chuyển động trong ống còn nước bao quanh ống bên ngoài. Loại thứ ba có kết cấu ống hình trụ và cánh tản nhiệt dạng
địa, vật liệu chế tạo thường dùng là đồng lá hoặc nhôm.
6.2.3. Hệ thống làm mát động cơ bằng không khí
Trên động cơ làm mát bằng không khí, nhiệt lượng từ các chi tiết nóng được toả trực tiếp ra không khí lạnh bao quanh, chi phí không khí cần thiết được đảm bảo bằng quạt đặc biệt. Trạng thái nhiệt bình thường của động cơ đạt được bằng cách tăng diện tích mặt ngoài của xy lanh và nắp xy lanh nhờ các cánh tản nhiệt.
Để cải thiện sự truyền nhiệt, dòng không khí lạnh cán bao lấy các bề mặt làm mát một cách đều đặn và với trang trại tốc độ đủ lớn. Để làm mát đều đặn và có hiệu quả người ta bố trí các chụp nhằm hướng dẫn dòng khí lạnh đến các cánh tản nhiệt với tốc độ và hướng xác định.
Hướng ưu tiên của dòng không khí là dẫn đến những chỗ nóng nhất trên nắp xy lanh như vị trí xu páp, buổi hoặc vòi phun.