Chửụng 5 Heọ thoỏng laứm maựt

98 Chương 5 – Hệ thống làm mát

99

Chương 5
HỆ THỐNG LÀM MÁT
I. NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT
I.1. Công dụng của hệ thống làm mát
Trong quá trình động cơ làm việc, môi chất công tác được đốt cháy và giãn nở sinh công trong
xylanh động cơ. Quá trình cháy trong động cơ làm sản sinh ra một nhiệt lượng khá lớn, làm cho các
chi tiết máy tiếp xúc trực tiếp với khí cháy như: nắp máy, xylanh, piston, xécmăng, bò đốt nóng.
Lượng nhiệt truyền cho các chi tiết này chiếm từ 25 ÷ 35% nhiệt lượng do hỗn hợp cháy sinh ra.
Khi động cơ làm việc, nhiệt độ đỉnh piston có thể lên tới 500
o
C, nhiệt độ nấm supap lên tới
900
o

70

75

80

85

Tiêu hao nhiên liệu

(g/ml.h)
T
o
C

1
6
5

170

175

180

Toàn tải

2

3

2

1

Hình
5
.1.
Đồ thò quan hệ suất tiêu hao nhiên liệu, độ mòn xylanh với nhiệt độ làm việc của động cơ.

75% tải

50% tải

Động cơ hai kỳ

Động cơ bốn kỳChương 5 – Hệ thống làm mát

100

Từ đồ thò (hình 5.1) ta có nhận xét:
-

Nhiệt độ nước làm mát động cơ từ 70 ÷ 80
o
C là vùng có suất tiêu hao nhiên liệu thấp.
-


truyền nhiệt từ buồng đốt ra ngoài động cơ
được nhanh hơn. Khoảng cách giữa các
cánh tản nhiệt khoảng từ 2 ÷ 4mm, chúng
nằm theo phương vuông góc với đường tâm
của các xylanh. Những cánh tản nhiệt ở
phần nắp máy và phần đầu xylanh phải có
diện tích tiếp xúc với không khí lớn hơn các
cánh tản nhiệt ở phía cuối xylanh.
Hệ thống làm mát (hình
5.3) có cấu tạo đơn giản, quạt
gió 1 được dẫn động từ trục
khuỷu cung cấp không khí với
lưu lượng lớn làm mát động cơ.
Bản hướng gió 3 có tác dụng
phân phối không khí sao cho các
xylanh và từng xylanh được làm
mát đồng đều nhất.
Hình
5
.2.
Sơ đồ làm mát bằng không khí.
Cánh
tản
nhiệt

Đo
äng cơ

Gió vào


bốc hơi ra ngoài làm mát động cơ. Sau khi mất nhiệt, tỷ trọng của nước lại tăng lên làm nước lại chìm
xuống tạo thành lưu động đối lưu
tự nhiên (hình 5.4).
Do làm mát bằng bốc hơi,
nếu không có nguồn nước bổ
sung, tốc độ tiêu hao nước rất
lớn. 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 về nhiệt độ giữa các
phần được làm mát.
Chính vì vậy, hệ thống
này chỉ thích hợp cho động cơ cỡ
nhỏ đặt nằm ngang trong nông
nghiệp, không thích hợp cho
động cơ ô tô.
II.2.2. Hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên
Trong hệ thống làm mát đối lưu tự nhiên (hình 5.5), nước lưu động tuần hoàn nhờ sự chênh
lệch khối lượng riêng

ở các giá trò nhiệt độ khác nhau. Nước làm mát nhận nhiệt của xylanh trong
thân máy 1,

giảm nên nước nổi lên trên. Trong khoang của nắp xylanh 3, nước tiếp tục nhận nhiệt
của các chi tiết bao quanh buồng cháy, nhiệt độ tiếp tục tăng và

tiếp tục giảm, nước tiếp tục nổi lên
theo đường dẫn ra khoang phía trên của két làm mát 6. Quạt gió 8 được dẫn động bằng puly từ trục
khuỷu động cơ hút không khí qua két. Do đó, nước trong két được làm mát,


–
piston; 3

–

thanh truyền; 4

–
hộp trục khuỷu;
5 – bình nhiên liệu; 6 – bình bốc hơi; 7 – nắp xylanh.
1

2

3

4

5

6

7


Hệ thống làm mát đối lưu tự nhiên.
1
–
thân máy; 2
–
xylanh; 3
–
nắp xylanh; 4
–
đư
ờng nước ra két; 5
–
nắp
két
nước;

6 – két nước; 7 – không khí làm mát; 8 – quạt gió; 9 – đường nước làm mát vào động cơ.
1

2

3

4

5

6


Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức một vòng rất phổ biến trên động cơ ô tô, máy kéo và
động cơ tónh tại, hình 5.6 và hình 5.7.
Nước làm mát có nhiệt độ thấp được bơm 12 hút từ bình chứa phía dưới của két nước 7 qua
đường ống 10 rồi qua két 13 để làm mát dầu sau đó vào động cơ. Để phân phối nước làm mát đồng
đều cho các xylanh và làm mát đồng đều cho mỗi xylanh, nước sau khi bơm vào thân máy 1 chảy qua
ống phân phối 14 đúc sẵn trong thân máy. Sau khi làm mát xylanh, nước lên làm mát nắp máy rồi
theo đường ống 3 ra khỏi động cơ với nhiệt độ cao đến van hằng nhiệt 5. Khi van hằng nhiệt mở,
nước qua van vào bình chứa phía trên của két nước. Tiếp theo, nước từ bình chứa trên đi qua các ống
mỏng có gắn các cánh tản nhiệt. Tại đây, nước được làm mát bởi dòng không khí qua két do quạt 8
tạo ra. Quạt được dẫn động bằng puly từ trục khuỷu của động cơ. Tại bình chứa phía dưới của két làm
mát, nước có nhiệt độ thấp lại được bơm hút vào động cơ thực hiện một 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 tại két nước 4 không phải bằng dòng không khí do
quạt gió tạo ra mà bằng nước có nhiệt độ thấp hơn, ví dụ như nước sông hay nước biển. Hệ thống có
hai vòng nước tuần hoàn. Vòng thứ nhất làm mát động cơ như đã xét ở hệ thống tuần hoàn cưỡng bức
một vòng còn được gọi là nước vòng kín. Vòng thứ hai với nước sông hay nước biển được bơm 6
Hình
5
.8.

Hệ thống làm mát cưỡng bức hai vòng
.1

2

3


8 – quạt gió; 9 – puly;
10 – ống nước nối t
ắt về bơm;
11 – đ
ường nước vào động cơ;
12 – bơm nước;
13 – két làm mát dầu;
14 – ống phân phối nước.
Hình 5.7. S
õ ðồ ngun lý
hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức một vòng.
1

2

3

4
5

6

7

8

10

11


hiện tượng đóng cặn trong khoang nước của
động cơ (tăng trở nhiệt của quá trình trao đổi
nhiệt) nên chênh lệch nhiệt độ lớn. Điều đó
dẫn đến ứng suất nhiệt của các chi tiết làm mát
khá lớn.
Hệ thống làm mát một vòng hở chỉ được
dùng cho động cơ tàu thủy.
II.3. So sánh hệ thống làm mát bằng nước và hệ thống làm mát bằng không khí
So sánh giữa phương pháp làm mát bằng nước với phương pháp làm mát bằng không khí thấy
phương pháp làm mát bằng nước có ưu điểm sau:
-

Hiệu quả làm mát cao và ổn đònh hơn.
-

Mức độ đồng đều khi làm mát cho các xylanh trong cùng động cơ tốt hơn.
-

Giảm được khả năng phát sinh kích nổ trong động cơ xăng.
-

Giảm tiếng ồn khi động cơ làm việc.
-

Giảm được chiều dài động cơ.
-

Tổn hao công suất cho hệ thống làm mát nhỏ hơn. Khi làm mát bằng nước tiêu hao 3 ÷ 9 %
còn khi làm mát bằng không khí tiêu hao 4 ÷ 13% công suất động cơ (công suất tiêu hao
cho dẫn động quạt gió).

van hằng nhiệt;
4 – đường nước ra; 5 – lọc nước; 6 – bơm nước.

1

2

3

4

5

6

Chương 5 – Hệ thống làm mát

105

III. CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG
III.1. Két nước
Két nước có tác dụng chứa nước, truyền nhiệt từ nước ra không khí làm giảm nhiệt độ của
nước để cung cấp nước có nhiệt độ thấp làm mát cho động cơ. Két nước được chia thành 3 phần
chính:
Ngăn chứa phía trên thường được làm bằng đồng hoặc tôn dập. Ở động cơ Diesel và động cơ
cỡ lớn ngăn trên được làm bằng gang đúc. Ngăn trên có cổ để rót nước và có nắp đậy két nước.
Ngăn chứa phía dưới cũng được làm bằng đồng hoặc tôn dập. Ngăn dưới của két nước có
đường dẫn nước từ két tới bơm nước và đi làm mát động cơ. Phía đáy của ngăn dưới có khoá để tháo
nước khi xúc rửa hoặc thay nước trong két.
Ngăn giữa của két nước làm thành các ống nối liền ngăn trên và ngăn dưới của két nước.

Chú thích
1 – nắp két nước.
2 – ống dẫn nước vào két.
3 – ngăn chứa phía dưới.
4 – ống dẫn nước vào động cơ.
5 – ngăn giữa của két nước.
6 – ngăn phía trên của két.

Chương 5 – Hệ thống làm mát

106 III.2. Nắp két nước
Nắp két nước được bố trí trên đỉnh của két, nó có tác dụng làm kín két nước không cho nước
văng ra ngoài. Đồng thời nắp két nước còn có tác dụng giữ áp suất trong két nước, làm cho nhiệt độ
sôi của nước làm mát lớn hơn 100
o
C, giúp tăng hiệu quả làm mát mà không cần tăng kích thước của
két.
Trên nắp két nước có bố trí hai van như (hình 5.12), một van có tác dụng giảm áp và một van
chân không. Khi nhiệt độ nước làm mát tăng cao (110 ÷ 120
o
C), làm cho áp suất nước trong két tăng

Ống tròn

Cánh tản
nhiệt
Hình 5.12. Cấu tạo của nắp két nước.

54
1

2

3

a)

b)

Chú thích

1 – ống dẫn đến bình dự trữ.

2 – van giảm áp.
3 – van chân không.
4 – lò xo van chân không.
5 – lò xo van giảm áp.
Chương 5 – Hệ thống làm mát


.1
5
.
Cấu tạo van điều nhiệt.
5
4

2
1
9

8

7

6

3


Gờ khoá an toàn
Bề
mặt khóa cam

Cổ nối bộ tản nhiệt
Gờ cổ nối

Bề mặt làm kín

bên dưới
Đệm kín
phía dưới

Gờ khoá

Lò xo giảm áp
Chương 5 – Hệ thống làm mát

108

Van điều nhiệt được bố trí giữa két nước và động cơ, van đóng mở được tuỳ theo nhiệt độ của
nước làm mát. Khi nhiệt độ của nước làm mát thấp, van đóng để ngăn không cho nước ra két. Khi
nhiệt độ nước làm mát tăng, van mở để cho nước từ động cơ thoát ra két làm mát.
Trên (hình 5.15) giới thiệu cấu tạo của van hằng nhiệt. Ống xếp 4 được hàn với đáy 5, mặt
trên của ống xếp gắn chặt với một supap phụ 6 và ống rỗng bòt đầu trên 1. Đầu trên của ống là supap
9. Khi nhiệt độ nước dưới 70
o
C, áp suất hơi trong ống xếp còn thấp nên ống xếp co lại dưới tác dụng
lực đàn hồi của thành ống. Supap 9 đóng kín đường đến két nước và supap phụ mở để nước đi ra khỏi


b) Khi nhiệt độ nước làm mát cao.

1

2

2

1

4

3

5

Hình
5
.1
6
.
Chế độ làm việc của van điề
u nhiệt
.

a)

b)


.1
7
.
Các kiểu van hằng nhiệt.
Chương 5 – Hệ thống làm mát

109

III.3.2. Phương pháp bố trí
Có 2 cách bố trí van hằng nhiệt:
1) Bố trí ở đường nước ra (không có van chuyển dòng)
Nước làm mát động cơ chảy qua mạch chuyển dòng mà không phụ thuộc vào nhiệt độ của
nước làm mát (hình 5.18).

4

4

3

1

2

Van hằng nhiệt mở

b) Khi van hằng nhiệt mở.

Hình 5.18. Van hằng nhiệt bố trí ở đường nước ra.
Chương 5 – Hệ thống làm mát

110

2) Bố trí ở đường nước vào (có van chuyển dòng)
Ngày nay loại này được sử dụng khá phổ biến, nó có đặc điểm là trên van hằng nhiệt có bố trí
van chuyển dòng (hình 5.19).
4

2

3

1

3 – két nước.
4
–
bơm nước.

Chương 5 – Hệ thống làm mát

111

Kiểu bố trí này có các ưu điểm:
-

Có đường đi nối tắt về bơm lớn hơn và bảo đảm việc phân phối đồng đều nhiệt độ đến
động cơ trong khi hâm nóng.
-

Đóng hoàn toàn đường đi nối tắt về bơm khi động cơ nóng lên hay nhiệt độ cao, do đó hiệu
quả làm mát tốt hơn.
-

Van hằng nhiệt phản ứng một cách nhanh chống để ổn đònh nhiệt độ nước làm mát.
III.4. Bơm nước
Bơm nước có tác dụng cung cấp lưu lượng nước với một áp suất nhất đònh trong hệ thống để
làm mát cho động cơ. Trong các loại động cơ đốt trong làm mát bằng nước kiểu tuần hoàn cưỡng bức
hiện nay hay dùng nhất là loại bơm nước kiểu ly tâm (hình 5.20) bởi nó đơn giản, có cấu trúc chắc
chắn và giá thành hợp lý. Ngoài ra còn có bơm piston, bơm bánh răng nhưng rất ít dùng.


Trục bơm

May ơ quạt gió

Bánh công tác

Phớt ngăn
nước
Bánh công tác

Đường nước vào

Đường
nước
ra