Tổng quan hệ thống làm mát trên ô tô

Để duy trì nhiệt độ động cơ ở mức làm việc ổn định và hiệu quả nhất. Hệ thống làm mát giúp duy trì nhiệt độ động cơ ở khoảng 80 đến 100 độ C. Từ đó giúp động cơ đạt nhiệt độ làm việc lý tưởng, vận hành êm và tiết kiệm nhiên liệu hơn. Vậy, hôm nay chúng ta sẽ cùng tìm hiểu tổng quan hệ thống làm mát trên ô tô nhé!

Giới thiệu chung về hệ thống làm mát

Giới thiệu chung về hệ thống làm mát
Giới thiệu chung về hệ thống làm mát (Ảnh: Sưu tầm)

Chúng ta biết rằng nhiệt độ động cơ làm việc rất nóng, ở kỳ nổ nhiệt độ trong động cơ có thể lên tới cả ngàn độ C, nhưng các bác lưu ý khoảng 30% nhiệt đốt cháy đó phục vụ cho việc chuyển hóa thành cơ năng đẩy piston, còn lại 30% nhiệt theo khí thải ra ngoài, 10% là mất do ma sát và kéo bơm nước, còn lại 30% chuyển vào hệ thống làm mát.

Cấu tạo của hệ thống làm mát

Áo nước

Áo nước động cơ
Áo nước động cơ (Ảnh: Sưu tầm)

Hệ thống làm mát này chủ yếu là làm mát phần xilanh/piston thôi, nên trên thân máy người ta thiết kế các rãnh, ống bao quanh thân máy để chứa nước gọi là ÁO NƯỚC.

Áo nước bên ngoài thành xi lanh
Áo nước bên ngoài thành xi lanh (Ảnh: Sưu tầm)

Bơm nước

Bơm nước được gắn phía trước động cơ, thường là loại cánh gạt, tận dụng lực ly tâm để hút và đẩy nước đi. Vì vậy bộ phận này có thể đẩy một thể tích lớn nước làm mát mà không làm gia tăng áp suất trong hệ thống. Khi tốc độ động cơ tăng, tốc độ bơm cũng sẽ tăng theo và lượng nước cũng sẽ được vận chuyển nhiều hơn vào trong động cơ để đáp ứng vấn đề giải nhiệt cho động cơ.

Bơm nước động cơ ô tô
Bơm nước động cơ ô tô (Ảnh: Sưu tầm)

Van hằng nhiệt

Van hằng nhiệt
Van hằng nhiệt (Ảnh: Sưu tầm)

Chúng ta cần hiểu rằng khi mới khởi động, động cơ cần phải nóng càng nhanh càng tốt với 2 mục đích:

  • Làm bốc hơi nhiên liệu phun vào nhanh nhất có thế;
  • Làm dầu bôi trơn loãng ra nhanh hơn để bảo vệ các chi tiết.

Khi nhiệt độ máy chưa đủ, đồng nghĩa là nước làm mát chưa đủ nóng (dưới 80 – 90°C), thì van hằng nhiệt đóng, ko cho nước làm mát đi qua lưới tản nhiệt để làm mát. Điều này giúp động cơ nóng càng nhanh càng tốt. Khi nước > 90°C thì van này mở, nước được làm mát.

Và khi bỏ van này đi, nước được làm mát ngay từ khi khởi động, thân máy mát, nhiên liệu phun vào không bị hóa hơi hết, thứ nhất là đọng giọt và chảy xuống dưới các te qua các rãnh xéc măng của piston, làm dầu bôi trơn bị biến chất, các chi tiết không được bôi trơn hoàn hảo dể bị mòn, hỏng, gãy…Thứ hai là hao xăng tốn của. Thời gian đầu ko sao, những mỗi ngày một chút một chút thì các bác biết hậu quả rồi đấy.

Lưới tản nhiệt và quạt gió

Quạt gió có tác dụng tăng tốc độ lưu thông không khí qua két nước để nước được làm mát nhanh hơn.

Lưới tản nhiệt (két nước)
Lưới tản nhiệt (két nước) (Ảnh: Sưu tầm)
Quạt gắn phía sau lưới tản nhiệt
Quạt gắn phía sau lưới tản nhiệt (Ảnh: Sưu tầm)

Thường được lắp ở đầu xe, nên giữ lưới này luôn sạch sẽ để tối ưu hiệu quả tản nhiệt cho xe.

Các phương pháp làm mát

Làm mát bằng không khí

Hệ thống làm mát bằng không khí còn gọi là hệ thống làm mát bằng gió. Động cơ làm mát bằng không khí  mặt ngoài của nắp máy và thân máy có các phiến tản nhiệt để tăng khả năng truyền nhiệt từ động cơ ra ngoài khi có dòng khí thổi qua. Hệ thống làm mát bằng không khí có hai loại: làm mát tự nhiên và làm mát cưỡng bức.

Làm mát tự nhiên

Làm mát tự hiên thường dùng ở động cơ có công suất nhỏ lắp trên môtô, xe máy, lợi dụng tốc độ của xe khi chạy trên đường để lấy không khí hay gió làm mát cho động cơ

Làm mát cưỡng bức

  • Làm mát cưỡng bức khác với làm  tự  nhiên là có quạt gió thường là loại ly hợp và bản hướng gió.
  • Khi động cơ làm việc, quạt gió sẽ hút hay đẩy dòng không khí đi qua các phiến tản nhiệt để làm mát động cơ. Làm mát cưỡng bức thường dùng ở động cơ tĩnh tại (động cơ kéo máy phát điện, máy bơm nước…).
  • Động cơ làm mát bằng không khí so với động cơ làm mát bằng nước có kích thước và trọng lượng nhỏ hơn, an toàn và dễ dùng hơn nhưng có nhược điểm là có tiếng kêu hay ồn do dòng không khí phải đi qua các khe hở giũa những phiến tản nhiệt. 

Ưu, nhược điểm của hệ thống làm mát bằng không khí:

  • Ưu điểm: Hệ thống làm mát bằng không khí trên ô tô có cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ do vậy chỉ tốn chi phí thấp. Bên cạnh đó, do không có nhiều bộ phận phức tạp nên hệ thống này không đòi hỏi phải bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên.
  • Nhược điểm là không điều chỉnh được nhiệt độ động cơ khi phụ tải thay đổi, nghĩa là khi phụ tải tăng, nhiệt độ của động cơ cũng tăng nhưng khả năng làm mát lại giảm xuống.

Hệ thống làm mát bằng nước

Trong hệ thống làm mát bằng nước, tuỳ theo sự lưu thông của nước được chia ra làm ba loại: bốc hơi, đối lưu và cưỡng bức.

Làm mát bằng nước bốc hơi

  • Hệ thống làm mát bằng nước bốc hơi có cấu tạo đơn giản. Bộ phận chứa nước bao gồm các khoang chứa nước làm mát ở thân máy, nắp máy và bình chứa nước lắp ở thân máy.
  • Khi động cơ làm việc, nhiệt lượng ở các chi tiết như nắp xilanh, lót xi lanh truyền vào nước ở áo nước của thân máy. Vì áo nước nối thông với thùng nước nên nước làm mát bị nóng dần lên, nước sẽ sôi. Nước sôi nên tỷ trọng giảm sẽ nổi lên mặt thoáng của bình chứa và bốc hơi mang theo nhiệt ra ngoài khí trời. Nước nóng sau khi bốc hơi, mất nhiệt tỷ trọng tăng lên nên chìm xuống tạo thành đối lưu tự nhiên.
  • Hệ thống làm mát bằng nước bốc hơi có cấu tạo đơn giản, vì không có quạt gió và bơm nước, nhưng yêu cầu nước làm mát phải sạch và ít muối khoáng để tránh đóng cặn mặt ngoài lót xi lanh, làm giảm việc truyền nhiệt cho nước làm mát. Đồng thời do nước bốc hơi trong quá trình làm mát nên nước tiêu hao nhanh. Mặt khác, do tốc độ lưu động của nước khi đối lưu tự nhiên rất nhỏ nên làm mát không đồng đều dẫn tới có hiện tượng chênh lệch lớn về nhiệt độ giữa các vùng được làm mát.
  • Vì vậy, hệ thống làm mát bằng nước bốc hơi này không thích hợp cho động cơ ô tô mà thường dùng ở một số động cơ có công suất nhỏ và xi lanh đặt nằm ngang trong nông nghiệp.

Làm mát bằng nước đối lưu

  • Trong hệ thống làm mát bằng nước đối lưu gồm có: két nước, quạt gió, các áo nước trong thân máy và nắp máy. Két nước được nối với động cơ bằng các ống dẫn bằng cao su, quạt gió được dẫn động bằng puly từ trục khuỷu động cơ .
  • Khi động cơ làm việc, nhờ sự chênh lệch về trọng lượng giữa nước nóng và nước lạnh ở các khu vực có nhiệt độ khác nhau, nước nóng từ áo nước và theo ống vào phía trên két nước rồi từ đây nước theo các ống dẫn có tiết lưu nhỏ, xung quanh có những phiến tản nhiệt, nhờ quạt gió hút hay đẩy không khí qua, nước được làm mát và đi xuống phía dưới két nước, rồi theo ống dẫn trở lại áo nước để làm mát động cơ.
  • Làm mát bằng nước đối lưu cũng như làm mát bằng nước bốc hơi có tốc độ lưu động của nước nhỏ chỉ vào khoảng 0,12 – 0,19 m/s, dẫn đến chênh lệch nhiệt độ nước vào và nước ra lớn, vì vậy làm mát không đồng đều. Tuy nhiên, so với làm mát bằng nước bốc hơi, hệ thống làm mát đối lưu có cấu tạo phức tạp hơn nhưng có ưu điểm là tự động điều chỉnh được sự lưu thông của nước nên khả năng làm mát động cơ tốt hơn.

Làm mát bằng nước đối lưu thường dùng ở một số động cơ tĩnh tại có công suất nhỏ và xilanh thẳng đứng.

Làm mát bằng nước cưỡng bức

  • Để tăng tốc độ lưu động của nước làm mát động cơ, dùng hệ thống làm mát cưỡng bức.
  • Trong hệ thống làm mát bằng nước cưỡng bức, nước lưu thông chủ yếu là do áp lực của bơm và thường có hai loại: Tuần hoàn và không tuần hoàn.
Làm mát bằng nước tuần hoàn
  • Hệ thống làm mát bằng nước cưỡng bức tuần hoàn gồm có: Két nước, van nhiệt, bơm, quạt gió,  các ống dẫn và các khoang nước trong động cơ.
  • Khi động cơ làm việc, nếu nhiệt độ của nước còn thấp hơn 3430°K (700°C) thì nước nóng từ áo nước chỉ đi qua van nhiệt, ống dẫn, bơm rồi lại trở về áo nước mà không qua két nước. Còn khi nhiệt độ của nước bằng hoặc lớn hơn 3430°K, van nhiệt mở, nước nóng từ áo nước sẽ qua van nhiệt vào két nước, nước được làm mát sẽ qua bơm rồi theo ống dẫn trở về áo nước để làm mát động cơ.
  • Tuỳ theo két nước được thông với khí trời qua lỗ thông hơi hoặc đậy kín (chỉ mở ra theo định kỳ nhờ van hơi và van khí) mà có hai loại: hở và kín.
  • Làm mát bằng nước cưỡng bức hở, thì trong quá trình làm việc của động cơ, nước ở két nước bị bốc hơi và cạn dần. Vì vậy, tuỳ theo điều kiện làm việc của động cơ phải đổ thêm nước vào két nước.
Làm mát bằng nước cưỡng bức kín so với làm mát bằng nước cưỡng bức hở có nhiều ưu điểm hơn, cụ thể là:
  • Nâng cao được nhiệt độ sôi của nước. Do áp suất bên trong cao, cho phép tránh được hiện tượng hình thành những “nút hơi“ ở áo nước làm mát giảm khả năng truyền nhiệt và sự lưu thông của nước.
  • Nước không bị chảy ra ngoài và không bị bốc hơi nhiều. Đặc điểm này có ý nghĩa quan trọng đối với những động cơ làm việc ở nơi không có nước sạch để làm mát hoặc động cơ làm việc về mùa đông có nhiệt độ nước thấp phải dùng những chất hỗn hợp cho vào nước để giảm nhiệt độ đông đặc của nước.
  • Nước tiêu hao ít, sử dụng đơn giản và giảm được hiện tượng hình thành bọt khí trong áo nước.
  • Động cơ làm việc ở những vùng núi tốt hơn vì ở đây áp suất khí trời thường thấp và nước cớ thể sôi ở 3680K (950C) hoặc thấp hơn, nếu dùng hệ thống làm mát cưỡng bức hở.
Làm mát bằng nước cưỡng bức không tuần hoàn
  • Hệ thống làm mát bằng nước cưỡng bức không tuần hoàn, không có két nước, không có quạt gió và không có van nhiệt.
  • Khi động cơ làm việc, bơm sẽ hút nước từ ao, hồ, sông ngòi hoặc biển…, qua lưới lọc đưa vào áo nước làm mát động cơ. Nước nóng ở khoang nước được xả ngay ra ngoài. Vì vậy, hệ thống làm mát này còn gọi là làm mát cưỡng bức tuần hoàn hở.
  • Ở một số động cơ làm việc trong điều kiện nhiệt độ thấp còn dùng thêm bộ trao đổi nhiệt để hâm nóng nước đến một nhiệt độ nhất định trước khi đưa vào làm mát động cơ. Bộ trao đổi nhiệt được cung cấp nhiệt lượng nhờ nước nóng ở khoang nước trong động cơ xả ra.
  • Làm mát bằng nước cưỡng bức, tuy cấu tạo phức tạp hơn so với làm mát bằng nước bốc hơi và đối lưu nhưng khả năng làm mát tốt nên được dùng nhiều trong động cơ hiện nay.

Ưu, nhược điểm của hệ thống làm mát bằng nước

  • Ưu điểm: hệ thống làm mát bằng nước trên ô tô có hiệu năng làm mát tốt hơn nhiều so với hệ thống làm mát bằng không khí, không gây ra tiếng ồn trong quá trình hoạt động;
  • Nhược điểm: cấu tạo phức tạp, giá thành cao, cần bảo dưỡng định kỳ, làm tăng khối lượng xe.

Trên đây mình đã giới thiệu đến các bạn tổng quan về hệ thống làm mát trên ô tô, mình hy vọng bài viết hữu ít với các bạn. Nếu thấy hay hãy chia sẽ bài viết để ủng hộ một phần công sức của admin nhé. Xin cảm ơn các bạn!

Theo dõi mình: Facebook