Hệ thống làm mát động cơ ô tô: thiết bị và nguyên lý hoạt động

2024 Tác giả: Erin Ralphs | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-02-19 20:00

Hệ thống làm mát động cơ trên ô tô được thiết kế để bảo vệ bộ phận làm việc không bị quá nhiệt và từ đó kiểm soát hiệu suất của toàn bộ khối động cơ. Làm mát là chức năng quan trọng nhất trong hoạt động của động cơ đốt trong.

Hậu quả của sự cố trong quá trình làm mát của động cơ đốt trong có thể gây tử vong cho chính bộ phận đó, cho đến việc hỏng hoàn toàn khối xi lanh. Các nút bị hỏng có thể không còn được phục hồi, khả năng bảo trì của chúng sẽ bằng không. Cần phải xử lý hoạt động với tất cả sự cẩn thận và trách nhiệm và tiến hành xả định kỳ hệ thống làm mát động cơ.

Bằng việc điều khiển hệ thống làm mát, chủ xe sẽ trực tiếp chăm sóc "sức khoẻ trái tim" cho "chú ngựa sắt" của mình.

Hẹn hệ thống làm mát

Nhiệt độ trong khối xi lanh khi thiết bị đang chạy có thể tăng lên 1900 ℃. Trong lượng nhiệt này, chỉ một phần là hữu ích và được sử dụng ở các chế độ vận hành cần thiết. Phần còn lại được đưa ra ngoài bằng hệ thống làm mát.khoang động cơ. Việc tăng chế độ nhiệt độ cao hơn định mức sẽ dẫn đến hậu quả tiêu cực dẫn đến cạn kiệt chất bôi trơn, vi phạm các thông số kỹ thuật giữa một số bộ phận, đặc biệt là ở nhóm piston, dẫn đến giảm tuổi thọ của chúng. Quá nhiệt của động cơ, do hệ thống làm mát động cơ bị trục trặc, là một trong những nguyên nhân dẫn đến sự phát nổ của hỗn hợp dễ cháy được cung cấp cho buồng đốt.

Động cơ bị làm lạnh quá mức cũng là điều không mong muốn. Ở dàn “nguội” bị mất công suất, tỷ trọng dầu tăng lên làm tăng ma sát của các chi tiết không được bôi trơn. Hỗn hợp dễ cháy đang hoạt động ngưng tụ một phần, do đó làm mất khả năng bôi trơn của thành xi lanh. Tuy nhiên, bề mặt của thành xi lanh trải qua quá trình ăn mòn do sự hình thành các cặn lưu huỳnh.

Hệ thống làm mát động cơ được thiết kế để ổn định các điều kiện nhiệt cần thiết cho hoạt động bình thường của động cơ xe.

Các loại hệ thống làm mát

Hệ thống làm mát động cơ được phân loại theo phương pháp tản nhiệt:

• làm mát bằng chất lỏng trong kiểu kín;
• loại mở làm mát bằng không khí;
• hệ thống tản nhiệt kết hợp (hybrid).

Hiện nay, việc làm mát bằng gió trên ô tô là cực kỳ hiếm. Chất lỏng có thể là loại mở. Trong các hệ thống như vậy, nhiệt được loại bỏ qua đường ống hơi nước ra môi trường. Hệ thống khép kín cách ly với bên ngoàikhí quyển. Do đó, áp suất trong hệ thống làm mát của loại động cơ này cao hơn nhiều. Ở áp suất cao, ngưỡng sôi của phần tử làm lạnh tăng lên. Nhiệt độ môi chất lạnh trong hệ thống kín có thể đạt 120 ℃.

Làm mát không khí

Làm mát không khí cưỡng bức tự nhiên là cách đơn giản nhất để loại bỏ nhiệt. Động cơ với kiểu làm mát này tỏa nhiệt ra môi trường bằng cách sử dụng các cánh tản nhiệt nằm trên bề mặt của thiết bị. Một hệ thống như vậy thiếu rất nhiều chức năng. Thực tế là phương pháp này phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt lượng riêng nhỏ của không khí. Ngoài ra, có vấn đề với sự đồng đều của quá trình thoát nhiệt khỏi động cơ.

Những sắc thái như vậy ngăn cản việc lắp đặt một thiết bị hiệu quả và nhỏ gọn cùng một lúc. Trong hệ thống làm mát động cơ, không khí được cung cấp không đều cho tất cả các bộ phận, và khi đó phải tránh được khả năng quá nhiệt cục bộ. Theo các đặc điểm thiết kế, các cánh tản nhiệt được lắp ở những vị trí của động cơ, nơi các khối khí ít hoạt động nhất, do đặc tính khí động học. Những bộ phận dễ bị nhiệt nhất của động cơ được đặt về phía khối không khí, trong khi các bộ phận "lạnh hơn" được đặt ở phía sau.

Làm mát không khí cưỡng bức

Động cơ với kiểu tản nhiệt này được trang bị quạt và cánh tản nhiệt. Một tập hợp các đơn vị cấu trúc như vậy cho phép bạn đẩy không khí vào hệ thống làm mát động cơ một cách giả tạo đểvây lạnh. Một vỏ bảo vệ được lắp phía trên quạt và các cánh tản nhiệt, tham gia vào hướng của các khối không khí để làm mát và ngăn nhiệt từ bên ngoài xâm nhập vào.

Các khía cạnh tích cực của loại làm mát này là tính đơn giản của các tính năng thiết kế, trọng lượng thấp, không có các đơn vị cung cấp và lưu thông chất làm lạnh. Nhược điểm là độ ồn của hệ thống cao và sự cồng kềnh của thiết bị. Ngoài ra, trong hệ thống làm mát bằng không khí cưỡng bức, vấn đề quá nhiệt cục bộ của thiết bị và luồng không khí khuếch tán vẫn chưa được giải quyết, mặc dù đã lắp các vỏ bọc.

Loại cảnh báo quá nhiệt động cơ này đã được sử dụng tích cực cho đến những năm 70. Hệ thống làm mát động cơ kiểu không khí cưỡng bức đã phổ biến trên các loại xe cỡ nhỏ.

Làm mát bằng chất lỏng

Hệ thống làm mát bằng chất lỏng cho đến nay là phổ biến và rộng rãi nhất. Quá trình loại bỏ nhiệt diễn ra với sự trợ giúp của chất làm lạnh lỏng lưu thông qua các phần tử chính của động cơ thông qua các dây chuyền khép kín đặc biệt. Hệ thống hybrid kết hợp các yếu tố làm mát bằng không khí cùng lúc với chất lỏng. Chất lỏng được làm mát trong bộ tản nhiệt có cánh tản nhiệt và quạt có vỏ. Ngoài ra, bộ tản nhiệt như vậy được làm mát bằng khối lượng không khí cung cấp khi xe đang di chuyển.

Hệ thống làm mát bằng chất lỏng của động cơ tạo ra tiếng ồn ở mức tối thiểu trong quá trình vận hành. Loại này thu nhiệt ở khắp mọi nơi và loại bỏ nó khỏi động cơ vớihiệu quả.

Theo phương thức chuyển động của chất làm lạnh lỏng, các hệ thống được phân loại:

• tuần hoàn cưỡng bức - chuyển động của chất lỏng xảy ra với sự trợ giúp của một máy bơm nằm trong động cơ và chính hệ thống làm mát;
• tuần hoàn nhiệt - chuyển động được thực hiện do sự khác biệt về mật độ của chất làm lạnh được làm nóng và làm lạnh;
• phương pháp kết hợp - lưu thông chất lỏng hoạt động đồng thời theo hai cách đầu tiên.

Thiết bị hệ thống làm mát động cơ

Thiết kế làm mát bằng chất lỏng có cấu trúc và các yếu tố giống nhau cho cả động cơ xăng và động cơ diesel. Hệ thống bao gồm:

• khối tản nhiệt;
• làm mát dầu;
• quạt, đã lắp tấm vải liệm;
• máy bơm (máy bơm có lực ly tâm);
• bồn chứa để mở rộng chất lỏng được làm nóng và kiểm soát mức;
• Bộ điều chỉnh nhiệt tuần hoàn chất làm lạnh.

Khi xả hệ thống làm mát động cơ, tất cả các nút này (ngoại trừ quạt) đều bị ảnh hưởng để làm việc hiệu quả hơn.

Chất làm mát lưu thông qua các đường bên trong khối. Tổng thể của các đoạn như vậy được gọi là "áo khoác làm mát". Nó bao gồm các khu vực dễ bị tỏa nhiệt nhất của động cơ. Chất làm lạnh, di chuyển dọc theo nó, hấp thụ nhiệt và mang nó đến khối tản nhiệt. Hạ nhiệt, anh ấy lặp lại vòng tròn.

Vận hành hệ thống

Một trong những yếu tố chính trong thiết bị của hệ thống làm mátđộng cơ được coi là bộ tản nhiệt. Nhiệm vụ của nó là làm lạnh môi chất lạnh. Nó bao gồm một thùng tản nhiệt, bên trong có các ống được đặt để chuyển động của chất lỏng. Chất làm mát đi vào bộ tản nhiệt qua đường ống bên dưới và thoát ra ngoài qua đường ống phía trên, được lắp trong bình chứa phía trên. Trên đầu bình có cổ, đóng nắp bằng van chuyên dụng. Khi áp suất trong hệ thống làm mát động cơ tăng lên, van sẽ mở nhẹ và chất lỏng đi vào bình giãn nở, được gắn riêng trong khoang động cơ.

Ngoài ra, trên bộ tản nhiệt còn có cảm biến nhiệt độ báo hiệu cho người lái về mức độ nóng tối đa của chất lỏng thông qua một thiết bị được lắp trong cabin trên bảng thông tin. Trong hầu hết các trường hợp, một quạt (đôi khi là hai chiếc) có vỏ được gắn vào bộ tản nhiệt. Quạt được kích hoạt tự động khi đạt đến nhiệt độ tới hạn của chất làm mát hoặc nó hoạt động cưỡng bức từ bộ truyền động bằng máy bơm.

Bơm đảm bảo lưu thông liên tục chất làm mát trong toàn hệ thống. Máy bơm nhận năng lượng quay nhờ truyền động đai từ puli trục khuỷu.

Bộ điều nhiệt kiểm soát vòng tuần hoàn lớn và nhỏ của môi chất lạnh. Khi động cơ được khởi động lần đầu tiên, bộ điều nhiệt luân chuyển chất lỏng theo một vòng tròn nhỏ để bộ phận động cơ nóng lên đến nhiệt độ vận hành nhanh hơn. Sau đó, bộ điều nhiệt sẽ mở ra một vòng tròn lớn của hệ thống làm mát động cơ.

Chống đông hoặc nước

Nước hoặc chất chống đông được sử dụng làm chất làm mát. Những người sở hữu ô tô hiện đại ngày càng trở nênáp dụng cái sau. Nước đóng băng ở nhiệt độ dưới 0 và là chất xúc tác trong quá trình ăn mòn, ảnh hưởng tiêu cực đến hệ thống. Ưu điểm duy nhất của nó là khả năng tản nhiệt cao và có lẽ là luôn sẵn sàng.

Chất chốngkhông bị đóng băng khi lạnh, chống ăn mòn, chống bám cặn lưu huỳnh trong hệ thống làm mát động cơ. Nhưng nó có khả năng truyền nhiệt thấp hơn, ảnh hưởng tiêu cực đến mùa nóng.

Lỗi

Hậu quả của sự cố làm mát là động cơ quá nóng hoặc giảm nhiệt. Quá nhiệt có thể do hệ thống không đủ chất lỏng, máy bơm hoặc quạt hoạt động không ổn định. Ngoài ra, bộ điều nhiệt cũng gặp trục trặc khi mở vòng tròn làm mát lớn.

Hỏng hóc ở hệ thống làm mát động cơ có thể do bộ tản nhiệt bị nhiễm bẩn nghiêm trọng, đường ron bị đóng cặn, nắp bộ tản nhiệt hoạt động kém, bình giãn nở hoặc chất chống đông kém chất lượng.