Tại sao trong hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức phải sử dụng bơm nước?

Khoa Công nghệ Ô tôGiáo trình BD&SC hệ thống bôi trơn và làm mátHình 4.3. Hệ thống làm mát một vòng hở.1- Thân máy;2- Nắp máy; 3- Van hằng nhiệt;4- Đường nước ra;5- Lưới lọc; 6- Bơm nước.Trong hệ thống này nước làm mát là nước sông hồ, biển được bơm 6 hút vàolàm mát động cơ. Sau đó theo đường ống nước 4 đổ ra sông hồ, biển. Vì nước sônghồ là nước bẩn nên cần lưới lọc bớt cạn bẩn, rác.- Ưu điểm: Hệ thống có kết cấu đơn giảm nên ít khi chăm sóc bảo dưỡng,thích hợp với loại xuồng máy, ca nô, thuyền cỡ nhỏ ...- Nhược điểm: Do phải đảm bảo nhiệt độ nước làm mát thấp [khoảng 60 0C] đểgiảm hiện tượng đóng cặn trong khoang nước của động cơ [tăng trở nhiệt của quátrình trao đổi nhiệt] nên chênh lệch nhiệt độ lớn. Điều đó dẫn đến ứng suất nhiệt củacác chi tiết được làm mát khá hơn.* Hệ thống làm mát cưỡng bức 2 vòng:Hình 4.4. Hệ thống làm mát cưỡng bức 2 vòng.1- Thân máy;2- Nắp xi lanh.3- Van hằng nhiệt.4- Két làm mát5- Đường nước ra vòng hở6- Bơm vòng hở7- Đường nước vào vòng hở8- Bơm nước vòng kínTrong hệ thống này nước được làm mát ở két nước 4 không phải bằng dòngkhông khí do quạt gió tạo ra mà bằng nước có nhiệt độ thấp hơn như nước sông haynước biển. Hệ thống có 2 vòng tuần hoàn.Vòng thứ nhất: Làm mát động cơ, nước qua van 3 vào két 4 được bơm 8 hútvà đẩy vào động cơ tạo thành vòng tuần hoàn kín.Vòng thứ hai: Nước sông hồ, biển được bơm 6 chuyển đến két làm mát, đểlàm mát nước vòng kín, sau đó được thải ra sông, ra biển nên được gọi là vòng hở.- Ưu điểm: Tác dụng môi chất có tỷ nhiệt cao, làm mát trực tiếp két nước. ởphương pháp này đạt hiệu quả làm mát rất cao. Được sử dụng rất phổ biến cho độngcơ tầu thuỷ.41Khoa Công nghệ Ô tôGiáo trình BD&SC hệ thống bôi trơn và làm mát- Nhược điểm: Kết cấu phức tạp. nhiều chi tiết, tốn công chăm sóc bảo dưỡng,chịu ứng suất lớn, hoạt động kém trong môi trường lạnh, dễ vỡ áo nước và kétnước...* Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòngỞ hệ thống này thường dùng cho động cơ ô tô, máy kéo một hàng xi lanh.Nước làm mát có nhiệt độ thấp được bơm 12 hút từ bình chứa phía dưới của kétnước 7 qua đường ống 10 rồi qua két làm mát dầu 13 để làm mát dầu, sau đó đượcđưa vào động cơ. Để phân phối nước làm mát đồng đều cho các xi lanh và làm mátđều cho mỗi xi lanh, nước sau khi bơm vào thân máy 1 qua ống phân phối 14 đượcđúc sẵn trong thân máy. Sau khi làm mát xi lanh, nước lên làm mát nắp máy, rồi theođường ống 3 ra khỏi động cơ với nhiệt độ cao, đến van hằng nhiệt 5. Khi van hằngnhiệt mở nước qua van vào bình chứa phía trên của két nước. Tiếp theo nước từ bìnhphía trên đi qua các ống mỏng có gắn các cánh tản nhiệt, tại đây nước được làm mátbởi dòng không khí qua két do quạt 8 tạo ra. Quạt được dẫn động bằng puly từ trụckhuỷu của động cơ. Tại bình chứa phía dưới của két làm mát, nước có nhiệt độ thấplại được bơm vào động cơ thực hiện một chu trình làm mát tuần hoàn.Hình 4.5. Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng1-Thân máy; 2-Nắp xi lanh; 3-Đường nước ra khỏi động cơ;4-Ống dẫn bọt nước;5- Van hằng nhiệt; 6-Nắp giót nước; 7-Két làm mát;8-Quạt gió; 9-Puly; 10-Ống nước nối tắt về bơm; 11-Đường nước vào động cơ; 12Bơm nước; 13-Két làm mát dầu;14-ống phân phối nước.- Ưu điểm: Tốc độ lưu động của nước ở phương pháp này được nâng cao, làmmát đồng đều cho các xi lanh và mỗi xi lanh. Do đó hiệu quả làm mát khá cao, làmmát dầu bôi trơn nên dầu bôi trơn không bị quá nóng. Do đó rất thích hợp cho ô tô,máy kéo một hàng xi lanh.42Khoa Công nghệ Ô tôGiáo trình BD&SC hệ thống bôi trơn và làm mát- Nhược điểm: Kết cấu phức tạp, nhiều chi tiết, tốn công chăm sóc bảo dưỡng.Nhất là két làm mát dầu phải được chế tạo và có kết cấu thích hợp, độ bền cao và độbao kín tốt, cánh gây dò rỉ nước và dầu bôi trơn.* Hệ thống làm mát kiểu cưỡng bức 2 vòng tuần hoàn kín.Hình 4.6. Hệ thống làm mát- Sơ đồ nguyên lý:cưỡng bức tuần hoàn 2 vòng kín.1-Thân máy; 2-Nắp xi lanh;3-Đường nước ra khỏi động cơ;4-Đường nước nối tắt về bơm; 5Van hằng nhiệt; 6-Nắp két nước;7-Két làm mát; 8-Quạt gió; 9Puly; 10- Đường nước vào độngcơ; 11-Bơm nước; 12-Ống phânphốituầnnước.- Nguyên lý làm việc của hệ thống làm mát cưỡng bứchoàn 2 vòng kín:Khi động cơ làm việc bơm nước dẫn động bằng puly dẫn động từ trục khuỷucủa động cơ làm việc hút nước từ phía dưới của két làm mát 7. Nước được hút quaống mềm 4 tới bơm vào thân máy đi tới áo nước làm mát trong thân máy và nắpmáy.Lúc này nhiệt độ động cơ còn thấp dưới 600C thì van hằng nhiệt 5 đóng đểnước trong khoang nước không trở về két nước mà về trực tiếp bơm nước, để tiếp tụcđi làm mát động cơ [tồn tại vòng tuần hoàn nhỏ].Khi nhiệt độ của nước đạt 60 ÷ 700c do tính chất của van hằng nhiệt. Vanchính bắt đầu mở ra, van phụ dần đóng lại [khi bắt đầu mở khe hở giữa đế van vàvan là 0,2÷0,3mm]. Lúc này trong hệ thống hình thành 2 vòng tuần hoàn. Nước điqua van 5 ra két làm mát 7 và qua két nước làm mát tới bơm nước, xong vòng tuầnhoàn chính. Vòng tuần hoàn phụ nước qua van 5 dẫn trực tiếp tới bơm và đưa nướcvào thân động cơ.Khi nhiệt độ nước làm mát động cơ nên tới 80÷900c làm van xoay đi một góc450 van chính mở hoàn toàn, do kết cấu của van nên van phụ được đóng kín khi đótrong hệ chỉ tồn tại một vòng tuần hoàn chính [khi van mở khe hở giữa đế van và vankhông nhỏ hơn 8÷9mm]. Do đó toàn bộ nước sẽ qua két làm mát và dẫn tới bơmnước được bơm nước đưa ngược trở lại động cơ.4.1.4.2. Kiểu làm mát bằng không khíLợi dụng tốc độ tương đối giữa dòng không khí chuyển động ngược chiều vớichiều chuyển động của động cơ để không khí nhận nhiệt từ động cơ truyền ra ngoài.43Khoa Công nghệ Ô tôGiáo trình BD&SC hệ thống bôi trơn và làm mátĐể tăng cường hiệu quả làm mát xung quanh nắp máy và thân máy có các cánh tảnnhiệt để tăng diện tích tiếp xúc của động cơ.- Ưu điểm: ít chi tiết nên dễ chăm sóc bảo dưỡng, nhanh đạt được nhiệt độlàm việc định mức. Không bị ảnh hưởng của nước tới dầu bôi trơn. Phù hợp vớinhững nơi khan hiếm nước như sa mạc, rừng sâu... Thường được dùng cho xe môtô, xe quân sự.- Nhược điểm: Hiệu quả làm mát rất kém, động cơ thường bị nóng quá tải,nhất là khi các cánh tản nhiệt bị bẩn . Muốn làm mát tốt cánh tản nhiệt phải lớn gâycồng kềnh, tốn nguyên vật liệu.Hình 4.7. Hệ thống làm mát bằng không khí1-Các te. 2- Thân máy. 3- Cánh tản nhiệt 4- Bu lông xi lanh. 5- Xi lanh4.1.4.3. So sánh hệ thống làm mát bằng không khí và hệ thống làm mát bằngnướcHệ thống làm mát bằng không khí- Kết cấu hệ thống đơn giản ít chi tiết hơn.- Động cơ được sấy nóng nhanh hơn- Tránh được hiện tượng vỡ áo nước và kétnước do đóng băng.- Thích hợp với địa hình thiếu nước như samạc, xe dùng trong quân sự.- Hiệu quả làm mát kém, trạng thái nhiệt củacác chi tiết bao quanh buồng đốt cao.Động cơ dễ bị quá nóng nhất là khi các cánhtản nhiệt bị bẩn hoặc vòng quay bị giảm do44Hệ thống làm mát bằng nước- Kết cấu phức tạp, nhiều chi tiết hơn- Động cơ được sấy nóng chậm hơn.- Có thể xảy ra hiện tượng vỡ áo nước, kétnước, hiện tượng nước đóng băng- Không thích hợp trên địa hình thiếu nước.- Hiệu quả làm mát tốt hơnKhoa Công nghệ Ô tôGiáo trình BD&SC hệ thống bôi trơn và làm mátđai truyền dão .-Tỷ số nén ở động cơ xăng thấp hơn.- Tổn thất công suất do dẫn động quạt giócao hơn.- Khi làm việc có tiếng ồn lớn hơn, do xilanh không có áo nước .Kết cấu động cơ vững chắc hơn, trọng lượnglớn hơn 10 - 15% .- Chăm sóc và bảo dưỡng dễ dàng hơn- Hệ số nạp của động cơ cao hơn- Tổn thất công suất do dẫn động quạt thấphơn.- Khi động cơ làm việc êm dịu hơn doquanh xi lanh có áo nước làm mát.- Chăm sóc và bảo dưỡng phức tạp, khókhăn hơn.4.2 Cấu tạo và nguyên lý làmTrên động cơ ô tô hiện nay chủ yếu sử dụng hệ thống làm mát bằng nước kiểucưỡng bức hai vòng tuần hoàn kín vì chúng có nhiều ưu điểm , đáp ứng đươc yêucầu làm mát của động cơ. Vì vậy trong giáo trình chỉ trình bày cấu tạo, nguyên lýlàm việc của hệ thống và các cụm chính trong hệ thống làm mát bằng nước kiều tuầnhoàn cưỡng bức hai vòng kín.Hệ thống bao gồm các bộ phận: Bơm nước, két làm mát, quạt gió, van hằngnhiệt.4.2.1. Bơm nước.4.2.2.1.Nhiệm vụBơm nước có nhiệm vụ hút nước từ két nước và đẩy vào đường nước trongthân động cơ, với áp suất và lưu lượng phù hợp, để tạo ra vòng tuần hoàn.4.2.2.2. Điều kiện làm việcBơm nước làm việc với áp suất nước lớn, chịu mài mòn giữa các ổ bi, chịu ănmòn hoá học của các tạp chất có trong nước ở đường vào và đường ra, chịu mài mòndo dòng xoáy của nước.4.2.2.3. Cấu tạo bơm nướcGồm: thân bơm, trục bơm, các vòng bi đỡ trục, đĩa cánh bơm và phớt làmkín . Quạt gió, puli và đĩa cánh bơm cùng lắp trên trục bơm.[ Hình 4.8]45Khoa Công nghệ Ô tôGiáo trình BD&SC hệ thống bôi trơn và làm mátHình 4.8. Cấu tạo của bơm nướcHình 4.9. Bơm nước được tháo rời.Các bơm nước của xe đời mới được dẫn động bằng động cơ điện hoặc quabánh đai nhưng giữa trục lắp bánh đai và trục lắp cánh bơm có thêm một ly hợp điệntừ hoặc ly hợp thuỷ lực. Một rơle nhiệt điều khiển dòng điện cấp cho động cơ điệnhoặc điều khiển đóng các ly hợp điện từ hay thuỷ lực. Chỉ khi nhiệt độ nước đầu ra ≥750 C, các rơ le trên mới đóng mạch động cơ điện hoặc điều khiển đóng li hợp. Khiđó cánh bơm mới làm việc để đẩy nước đi làm mát, nhờ đó rút ngắn thời gian chạyấm máy và giữ ổn định nhiệt độ nước trong phạm vi 75 - 900C suốt thời gian hoạtđộng. Hệ thống lắp loại bơm này không cần lắp thêm van hằng nhiệt [van ổn địnhnhiệt độ].4.2.2.4. Nguyên lý làm việcKhi động cơ làm việc, thông qua bộ truyền đai, trục khuỷu kéo trục bơmcùng cánh bơm quay. Lực li tâm đưa nước từ trong cánh bơm ra xung quanh tạo ápsuất đẩy nước lưu thông trong mạch.Đồng thời khi nước văng ra tạo độ chân không phần giữa cánh bơm và hútnước vào bơm. Nước được liên tục hút và đẩy đi làm mát động cơ.46

Khi động cơ hoạt động, van hằng nhiệt mở cửa thông về két làm mát trong trường hợp nào sau đây?

A. Nhiệt độ nước thấp hơn giới hạn cho phép.

B. Nhiệt độ nước xấp xỉ giới hạn cho phép.

C. Nhiệt độ nước vượt quá giới hạn cho phép.

D. Van hằng nhiệt mở thường xuyên.

Hướng dẫn giải

• Chọn đáp án C

  • Nhiệt độ nước vượt quá giới hạn cho phép.

Bài 2:

Hệ thống làm mát bằng nước thuộc phương pháp làm mát nào sau đây?

A. Đối lưu tự nhiên

B. Tuần hoàn cưỡng bức

C. Bốc hơi

D. Cả 3 ý trên

Hướng dẫn giải

• Chọn đáp án D

  • Cả 3 phương pháp trên đều đúng.

Bài 3:

Có nên tháo yếm xe máy khi sử dụng? Tại sao?

Hướng dẫn giải

• Yếm xe có mục đích hướng gió vào làm mát động cơ. Do đó khi tháo ra xe bạn sẽ bị nóng máy & hao nhiên liệu. 

• Nhiên liệu [xăng /dầu] được phun vào xilanh với áp suất cao nhằm cho việc bốc hơi nhanh - tạo nên 1 hỗn hợp khí cháy nhanh & đồng bộ - quá trình cháy diễn ra 1 cách hoàn thiện - động cơ phát huy hoàn toàn công suất. 

• Trong hệ thống nhiên liệu thường có bầu lọc tinh & lọc thô. Lọc tinh nhằm loại bỏ các tạp chất có trong nhiên liệu mà lọc thô chưa loại ra được và cung cấp cho bơm cao áp hay bộ chế hòa khí nguồn nhiên liệu sạch và làm tăng tuổi thọ cho động cơ.