Các phương pháp làm mát động cơ thế hệ mới

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới KS. Trần Văn Giảng về
sự hướng dẫn tận tình và hiệu quả của thầy, thầy đã dành cho tôi những điều
kiện tốt nhất về mọi mặt để tôi hoàn thành khóa luận này.
Tác giả xin cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo trong Khoa Vật lý
Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2, đã trang bị cho tôi những kiến thức cần
thiết trong thời gian qua.

Hà Nội, tháng 5 năm 2014
Tác giả


Phạm Thị Liên



TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA VẬT LÝ





PHẠM THỊ LIÊN

CÁC PHƢƠNG PHÁP LÀM MÁT ĐỘNG CƠ
THẾ HỆ MỚI






KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC










HÀ NỘI - 2014

LỜI CAM ĐOAN

Kết quả trong khóa luận này do chính bản thân tôi đã thực hiện tại
Khoa Vật lý Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2. Tôi xin cam đoan đây là
công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả viết trong luận văn là
trung thực. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung khóa luận của mình.

Hà Nội, tháng 5 năm 2014

Tác giả


Phạm Thị Liên













TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA VẬT LÝ





PHẠM THỊ LIÊN

CÁC PHƢƠNG PHÁP LÀM MÁT ĐỘNG CƠ
THẾ HỆ MỚI



Chuyên ngành: VẬT LÝ KỸ THUẬT


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC



Ngƣời hƣớng dẫn khoa học
KS. TRẦN VĂN GIẢNG



HÀ NỘI - 2014



HÀ NỘI, 2014

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Chương 1: Tổng quan về hệ thống làm mát…………………………………….
Hình 1.1 Cấu tạo hệ thống làm mát động cơ………………………………… 5
Hình 1.2 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi…………………………7
Hình 1.3 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên………………….8

Hình 1.4 Hệ thống làm mát bằng nước loại tuần hoàn cưỡng bức…………….9
Hình 1.5 Hệ thống làm mát bằng không khí sử dụng quạt gió……………… 10
Hình 1.6 Kết cấu bơm nước ly tâm…………………………………………… 13
Hình 1.7 Lốc máy……………………………………………………………… 13
Hình 1.8 Hình ảnh của bộ tản nhiệt cho thấy xe tăng bên với mát………… 15
Hình 1.9 Nắp giữ áp suất……………………………………………………… 17
Hình 1.10 Quạt làm mát………………………………………………………. 19
Chương 2: Các phương pháp làm mát động cơ thế hệ mới……………………
Hình 2.1 Hệ thống làm mát bằng gió…………………………………………. 20
Hình 2.2 Hệ thống làm mát bằng nước……………………………………… 22
Hình 2.3 Viễn nhiệt kế và bộ điều nhiệt……………………………………… 24
Hình 2.4 Động cơ làm mát bằng dung dịch với bộ tản nhiệt tích hợp……… 27
Hình 2.5 Động cơ làm mát bằng dung dịch tích hợp………………………….28
Hình 2.6 Làm mát bằng nhớt………………………………………………… 30
Hình 2.7 Một lõi nóng giống như một tản nhiệt nhỏ………………………….32
Hình 2.8 Hệ thống ống nước nóng…………………………………………….33




MỤC LỤC

Trang phụ bìa……………………………………………………………
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Danh mục các hình vẽ………………………………………………………
MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài 1
2. Mục đích nghiên cứu 2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu 2

4. Đối tượng nghiên cứu 2
5. Phương pháp nghiên cứu 2
6. Đóng góp của luận văn. 2
7. Cấu trúc của luận văn 2
NỘI DUNG
Chương 1: Tổng quan về hệ thống làm mát 3
1.1. Nhiệm vụ và phân loại 3
1.2. Nguyên tắc hoạt động của hệ thống làm mát 4
1.2.1. Nguyên lí cơ bản 5
1.2.2. Các bộ phận cấu thành hệ thống làm mát động cơ 11
Chương 2: Các phương pháp làm mát động cơ thế hệ mới 20
2.1. Làm mát bằng gió 20
2.2. Làm mát bằng nước 21
2.2.1 Cấu tạo của hệ thống làm mát bằng nước 21
2.2.2 Nguyên lí làm việc 25
2.3 Hệ thống làm mát bằng dung dịch tích hợp 26
2.3.1. Cơ chế tuần hoàn của dung dịch làm mát 28
2.3.2. Ưu điểm vốn có của động cơ làm mát bằng dung dịch 29
2.4. Làm mát bằng nhớt 29
2.5 Chất làm mát động cơ đa năng 31
KẾT LUẬN 34
TÀI LIỆU THAM KHẢO 35

1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Trong khi động cơ hoạt động, nhiệt độ ở trong các xilanh rất cao, ở kì
nổ có thể đạt tới hàng ngàn độ, do vậy động cơ cần phải có hệ thống làm mát

để thoát nhiệt kịp thời cho các chi tiết bị nóng quá và có như vậy thì mới có
thể đảm bảo cho nó hoạt động được bình thường.
Các loại động cơ đốt trong ngày nay có hiệu suất nhiệt rất thấp, chẳng
hạn các động cơ xăng có hiệu suất nằm trong khoảng 23¸ 28 %. Nghĩa là, bình
quân chỉ có khoảng 25% năng lượng do nhiên liệu bị đốt cháy là được chuyển
hoá thành cơ năng hữu ích phục vụ cho các hoạt động của động cơ. Còn lại,
khoảng 34% năng lượng đi theo khí xả thải ra ngoài không khí, 6% mất mát
do ma sát, 3% chi phí cho kéo tải bơm nước và khoảng 32% được thải vào
không khí qua hệ thống làm mát.
Ví dụ trên đây cho thấy sự tồn tại của hệ thống làm mát là tất yếu để
đảm bảo cho động cơ có thể hoạt động được bình thường. Thông thường
người ta sử dụng phương pháp làm mát truyền thống là: làm mát bằng nước
và làm mát bằng không khí bình thường. Ở động cơ thế hệ mới, đặc biệt là
những động cơ có yêu cầu cao, làm mát bằng nước, không khí bình thường thì
tính ổn định và an toàn không cao, hiệu quả thấp, cơ cấu làm mát không kịp
thời làm mát cho động cơ…Để động cơ làm việc ổn định và hiệu quả làm mát
cao hơn thì ngoài phương pháp truyền thống người ta còn có những phương
pháp làm mát khác đối với động cơ. Để hiểu rõ về các phương pháp này, tôi
đã chọn đề tài:
“Các phương pháp làm mát động cơ thế hệ mới ”
Làm đề tài khóa luận tốt nghiệp.

2

2. Mục đích nghiên cứu
- Tìm hiểu tổng quan về hệ thống làm mát.
- Nghiên cứu các phương pháp làm mát động cơ thế hệ mới.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu lí thuyết.
- Nghiên cứu tài liệu về phương pháp làm mát truyền thống.

- Tìm hiểu các phương pháp làm mát mới.
4. Đối tƣợng nghiên cứu
- Các phương pháp làm mát động cơ thế hệ mới.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lí thuyết.
- Thực hành.
6. Đóng góp của khóa luận
Khóa luận này cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho sinh viên và
người quan tâm.
7. Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và mục lục. Nội dung
chính của luận văn gồm hai chương:
CHƢƠNG 1: Tổng quan về hệ thống làm mát
Tìm hiểu về nhiệm vụ, phân loại và nguyên tắc hoạt động của hệ
thống làm mát.
CHƢƠNG 2: Các phƣơng pháp làm mát động cơ thê hệ mới
Nghiên cứu các phương pháp làm mát động cơ thế hệ mới.




3

NỘI DUNG

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ

1.1. Nhiệm vụ và phân loại
Khi động cơ hoạt động, hỗn hợp nhiên liệu (nhiên liệu và không khí)

cháy trong buồng đốt của động cơ tỏa ra với một nhiệt độ lớn khoảng
2000÷2500
0
C, một phần chuyển thành công, phần còn lại tỏa ra môi trường
bên ngoài qua các chi tiết tiếp xúc với khí cháy tiếp nhận (xilanh, pit-tông,
nắp xilanh, các xupáp, vòi phun, xecmăng ), mặt khác cũng có nhiệt lượng
sinh ra do ma sát giữa các bề mặt làm việc của các chi tiết trong động cơ. Nếu
không làm mát động cơ hay làm mát không đủ, các chi tiết của động cơ sẽ
nóng lên quá nhiệt độ cho phép (nhiệt độ đỉnh pit-tông có thể tới 600℃, nhiệt
độ xupap thải tới 900℃ ) sẽ gây ra nhiều tác hại như:
+ Phụ tải nhiệt các chi tiết lớn làm giảm sức bền, giảm độ cứng vững và
tuổi thọ của chúng.
+ Nhiệt độ cao dẫn tới nhiệt độ của dầu bôi trơn cũng cao do đó dẫn tới
độ nhớt giảm, khả năng bôi trơn kém làm tăng ma sát.
+ Có thể gây bó kẹt pit-tông do hiện tượng giãn nở.
+ Giảm hệ số nạp.
+ Có thể gây ra hiện tượng kích nổ.
Nhưng nếu động cơ được làm mát quá mức cần thiết cũng có những
hậu quả xấu như: hơi nhiên liệu bị ngưng tụ và đọng bám trên các bề mặt chi
tiết; độ nhớt của dầu bôi trơn tăng làm khả năng lưu động của nó giảm. Ngoài
ra, công suất tiêu hao cho làm mát tăng do đó tổn thất cơ giới của động cơ
tăng.
4

Do vậy, nhiệm vụ của hệ thống làm mát là duy trì chế độ nhiệt xác định
trong thời gian động cơ làm việc bằng cách truyền nhiệt từ các chi tiết quá
nóng trong động cơ ra môi trường xung quanh.
Theo môi chất làm mát, người ta chia hệ thống làm mát thành hai loại:
+ Làm mát bằng chất lỏng.
+ Làm mát bằng không khí.

Trong hệ thống làm bằng nước người ta lại được chia làm ba loại: bốc
hơi, đối lưu tự nhiên và tuần hoàn cưỡng bức.
1.2. Nguyên tắc hoạt động của hệ thống làm mát
Mặc dù các động cơ xăng đã có những cải tiến đáng kể, nhưng hiệu
suất chuyển đổi cơ năng thành điện năng vẫn không cao. Phần lớn năng lượng
trong nhiên liệu (khoảng 70%) được chuyển thành nhiệt và nhiệm vụ của hệ
thống làm mát là phải xử lý lượng nhiệt này.
Trên thực tế, hệ thống làm mát trên một chiếc xe khi chạy trên đường
cao tốc có thể tản một lượng nhiệt đủ để sưởi ấm cho cả 2 tòa nhà cỡ trung
bình. Nhiệm vụ cơ bản của hệ thống làm mát là tản nhiệt từ động cơ ra ngoài
môi trường. Ngoài ra hệ thống làm mát còn có một vài nhiệm vụ quan trọng
khác. Động cơ trong xe chỉ có thể hoạt động tốt nhất tại mức nhiệt độ cao vừa
phải. Khi động cơ bị lạnh, các bộ phận bị mòn nhanh hơn, hiệu suất hoạt động
của động cơ thấp và động cơ xả nhiều khói hơn. Vì vậy, một nhiệm vụ quan
trọng nữa của hệ thống làm mát là cho phép động cơ tăng nhiệt rất nhanh và
giữ động cơ ở mức nhiệt độ ổn định. Khi nóng, các chi tiết của động cơ giãn
nở. Nếu quá mức giới hạn, máy sẽ bị bó làm các chi tiết ngừng hoạt động.
Khi nguội bớt, động cơ lại hoạt động bình thường. Hiện tượng trên thường
xảy ra đối với các xe đang trong thời kỳ chạy rốt-đa hoặc xe mới làm lại hơi.
Các chi tiết động cơ nở ra, pit-tông cũng nở nhưng do quán tính, pit-tông
không ngừng tức khắc mà vẫn chuyển dịch. Do vậy, nòng xilanh sẽ bị xước
làm công suất xe yếu đi.
5

Ngày nay, các loại xe hiện đại đều được thiết kế máy ở nơi thoáng mát
nhất và yếm xe được cấu tạo để gió được thổi thẳng vào máy khi xe chạy. Các
loại động cơ được lắp phía sau như xe Scooter đều có quạt gió làm mát máy.
Chúng ta sẽ tìm hiểu về các bộ phận cấu thành hệ thống làm mát động
cơ và nguyên tắc hoạt động của nó. Trước tiên, chúng ta hãy cùng xem qua
một vài nguyên lý cơ bản.

Hình 1.1. Cấu tạo hệ thống làm mát động cơ.

1.2.1. Nguyên lý cơ bản
Bên trong động cơ, nhiên liệu luôn cháy. Việc đốt cháy hỗn hợp khí -
nhiên liệu trong xilanh động cơ sinh ra nhiệt độ đến 2000℃ hoặc cao hơn.
Điều đó có nghĩa các chi tiết động cơ rất nóng. Tuy nhiên, vách của xilanh
động cơ không được nóng hơn 260℃. Nhiệt độ cao hơn là nguyên nhân làm
cấu trúc dầu bôi trơn bị phá vỡ, mất khả năng bôi trơn. Các chi tiết động cơ
khác cũng bị hư hỏng. Để phòng ngừa hiện tượng này người ta phải sử dụng
hệ thống làm mát để triệt tiêu một phần lượng nhiệt thừa, khoảng 1/3 lượng
nhiệt sinh ra trong buồng đốt.
6

Trong kì cháy, một lượng nhiệt lớn thoát ra ngoài qua ống xả, nhưng
một lượng nhiệt nhỏ tản ra ngoài qua động cơ, làm nóng động cơ. Động cơ
hoạt động tốt nhất khi nhiệt độ nước làm mát là khoảng 200
o
F (93
o
C). Ở nhiệt
độ này:
 Khoang cháy đủ nóng để làm cho nhiên liệu hóa hơi, tăng hiệu suất
của kì cháy và giảm khí thải.
 Dầu bôi trơn động cơ có độ nhớt thấp (mỏng hơn). Do đó, các bộ
phận của động cơ chuyển động tự do hơn và động cơ không bị mất nhiều
công suất khi các bộ phận của nó chuyển động.
 Các bộ phận bằng kim loại ít bị hao mòn.
Hệ thống làm mát giữ cho động cơ làm việc hiệu quả trong mọi điều
kiện hoạt động cũng như ở mọi tốc độ. Nó cũng giúp cho động cơ đạt được

nhiệt độ làm việc bình thường một cách nhanh nhất khi bắt đầu khởi động
trong mùa đông giá rét. Và nó cũng cung cấp nguồn nhiệt sưởi ấm vào trong
khoang hành khách.
Có 2 loại hệ thống làm mát: làm mát bằng nước và làm mát bằng không
khí.
Hệ thống làm mát bằng nƣớc
Hệ thống làm mát bằng nƣớc kiểu bốc hơi
Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi là loại đơn giản nhất. Hệ
thống này không cần bơm, quạt. Bộ phận chứa nước có hai phần: phần
khoang chứa nước làm mát của thân máy và phần thùng chứa nước bay hơi
lắp với thân.

7

Sơ đồ kết cấu:

Hình 1.2. Hệ thống làm mát bằng nƣớc kiểu bốc hơi.
1-Xupáp; 2- Khoang chứa nƣớc bốc hơi; 3- Thùng nhiên liệu;
4- Que thăm dầu; 5- Hộp cacte chứa dầu; 6- Thanh truyền ;
7- Xilanh; 8-Piston; 9- Thân máy; 10- Nắp xilanh.
- Nguyên lí làm việc:
Khi động cơ làm việc, tại những vùng nước bao bọc chung quanh
buồng cháy nhận nhiệt của buồng cháy sẽ sôi tạo thành bọt nước. Nước sôi có
tỉ trọng bé sẽ nổi lên mặt thoáng của thùng chứa để bốc hơi ra ngoài khí trời.
Nước nguội trong thùng chứa có tỉ trọng lớn nên có xu hướng đi xuống dưới
điền chỗ cho nước nóng nổi lên, do đó tạo thành dòng đối lưu tự nhiên.
- Ưu điểm của hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi:
+ Kết cấu đơn giản.
+ Do đặc tính lưu động đối lưu như đã nói ở trên nên hay dùng cho
loại động cơ đặt nằm dùng trong nông nghiệp.

2
3
10 8 7 6 5
1
4
9
8

- Nhược điểm của hệ thống này là: do kiểu làm mát bốc hơi tự nhiên
nên nguồn nước trong thùng giảm nhanh làm cho tiêu hao nước nhiều và hao
mòn thành xilanh không đều.
Hệ thống làm mát bằng nƣớc kiểu đối lƣu tự nhiên
Trong hệ thống làm mát kiểu này, nước lưu động tuần hoàn nhờ sự
chênh lệch áp lực giữa hai cột nước nóng và nguội mà không cần bơm. Cột
nước nóng trong động cơ và cột nước nguội trong thùng chứa hoặc trong két
nước.
Sơ đồ nguyên lí của hệ thống:


Hình 1.3. Hệ thống làm mát bằng nƣớc kiểu đối lƣu tự nhiên.
1- Thân máy; 2- Xilanh; 3- Piston, 4- Nắp xilanh; 5- Đƣờng nƣớc ra két;
6- Nắp két, 7- Két nƣớc; 8- Không khí làm mát; 9- Quạt gió;
10- Đƣờng nƣớc đi vào làm mát động cơ.
Nguyên lý làm việc:
Khi động cơ làm việc, nhiệt độ từ buồng cháy tỏa ra làm cho nước nóng
dần lên. Nước nóng có khối lượng riêng nhỏ nên nổi lên trên và đi ra ngoài
6
7
8
10

5
9
4 2 13
9

qua két làm mát. Tại đây nước nóng được làm mát nhờ quạt (9) dẫn động
bằng puli từ trục khuỷu của động cơ hút không khí qua để tản nhiệt cho nước.
Nước sau khi tản nhiệt nên khối lượng riêng tăng và đi xuống phía dưới két
sau đó đi vào làm mát cho động cơ tạo thành một vòng tuần hoàn kín.
Hệ thống làm mát bằng nƣớc loại tuần hoàn cƣỡng bức
 Cấu tạo

Hình 1.4. Hệ thống làm mát bằng nƣớc loại tuần hoàn cƣỡng bức.
1. Thân máy 2. Nắp máy 3. Đƣờng nƣớc nóng ra khỏi động cơ
4. Van hằng nhiệt 5. Két nƣớc 6. Giàn ống của két nƣớc
7. Quạt gió 8. Ống nƣớc nối tắt về bơm 9.Puli và đai truyền
10. Bơm nƣớc 11. Ống phân phối nƣớc lạnh
* Nguyên lí làm việc:
Nước di chuyển một vòng quanh các ống và đường dẫn trong động cơ.
Khi nước di chuyển qua động cơ nóng, nó hút nhiệt và làm mát động cơ. Sau
10

khi nước rút ra khỏi động cơ, nó di chuyển qua két nước. Két nước làm nhiệm
vụ tản nhiệt từ nước thành dạng khí thoát ra ngoài môi trường.
Trong động cơ có những khoảng trống được gọi là áo nước, nó bao bọc
xung quanh các xilanh và buồng đốt. Động cơ hoạt động dẫn động bơm nước
bơm tuần hoàn dung dịch làm mát qua lớp áo nước. Nước làm mát hấp thu
nhiệt và vận chuyển tới bộ tản nhiệt. Dòng không khí chạy qua bộ tản nhiệt
mang đi lượng nhiệt thừa giúp phòng ngừa động cơ bị quá nóng.
Trong rất nhiều hệ thống làm mát, nước làm mát chảy từ bơm nước qua

thân máy lên nắp máy rồi chảy vào nóc dàn tản nhiệt. Một vài động cơ lại có
hệ thống vận hành theo chiều ngược lại. Nước làm mát chảy từ bơm nước qua
đầu xilanh và xuống thân máy. Vị trí của van hằng nhiệt được bố trí tuỳ theo
hướng chảy của nước làm mát.
Hệ thống làm mát bằng khí
Hiện nay, có một vài loại xe cổ và xe hiện đại được lắp hệ thống làm
mát này. Thay vì dùng nước để làm mát, lốc máy được bọc trong các lá nhôm
làm nhiệm vụ dẫn nhiệt từ xilanh ra ngoài. Ngoài ra, quạt tản nhiệt làm nhiệm
vụ thổi khí nóng ra ngoài qua các lá nhôm này, làm mát động cơ.
 Cấu tạo:

Hình 1.5. Hệ thống làm mát bằng không khí sử dụng quạt gió.
1.Quạt gió 2. Cánh tản nhiệt 3. Tấm hướng gió
4. Vỏ bọc 5. Cửa thoát gió
11

* Nguyên lí làm việc:
Khi động cơ làm việc, nhiệt từ các chi tiết bao quanh buồng cháy được
truyền tới các cánh tản nhiệt rồi tản ra không khí. Nhờ các cánh tản nhiệt có
diện tích tiếp xúc với không khí lớn nên tốc độ làm mát được tăng cao.
Hệ thống sử dụng quạt gió không chỉ tăng tốc độ làm mát mà còn đảm
bảo làm mát đồng đều hơn.
1.2.2. Các bộ phận cấu thành hệ thống làm mát động cơ:
Ống dẫn
Hệ thống làm mát trong xe của bạn có rất nhiều ống dẫn. Chúng ta sẽ
bắt đầu với bơm và thực hiện một hành trình qua hệ thống và trong các phần
tiếp theo chúng ta sẽ xem xét chi tiết từng bộ phận của hệ thống làm mát.
Bơm đẩy nước vào lốc máy. Ở đây, nước đi theo các đường ống quanh
xilanh trong động cơ. Sau đó, nước di chuyển qua xilanh để quay ngược trở
lại mặt máy. Van hằng nhiệt được đặt ở nơi nước rời khỏi động cơ. Nếu van

hằng nhiệt đóng, hệ thống ống dẫn quanh van hằng nhiệt đẩy nước quay
ngược trở lại bơm trực tiếp. Nếu van hằng nhiệt mở, nước đi qua két nước
trước rồi mới quay trở lại bơm.
Đồng thời có một mạch riêng dành cho hệ thống sưởi ấm. Mạch này
hút nước từ mặt xilanh và đẩy nước qua cuộn sưởi rồi quay trở lại bơm.
Đối với những ô tô lắp hộp số tự động thường có một đường riêng để
làm mát dầu chuyển số được lắp trong két nước. Dầu được bơm từ hộp số qua
thiết bị tản nhiệt (két) thứ hai nằm bên trong bộ tản nhiệt.
Chất lỏng
Động cơ hoạt động trong một phạm vi nhiệt độ rộng, từ mức nhiệt độ
cực thấp tới trên 100
o
F (38
o
C). Do vậy, chất lỏng nào được dùng để làm mát
động cơ cũng phải có một điểm đóng băng và một điểm sôi nhất định và có
khả năng giữ nhiệt tốt.
12

Nước là một trong những chất lỏng giữ nhiệt tốt nhất, nhưng nước lại bị
đóng băng ở một nhiệt độ. Vì vậy, có thể ảnh hưởng đến quá trình sử dụng
trong các động cơ ô tô. Để khắc phục vấn đề này, chất lỏng mà hầu hết các ô
tô thường dùng là hỗn hợp nước và êtylen glycôn (C
2
H
6
O
2
), còn gọi là chất
chống đóng băng. Thêm êtylen glycôn vào nước, điểm sôi và điểm đóng băng

được cải tiến đáng kể.
Nước sạch 50/50
C
2
H
6
O
2
/Nước 70/30
C
2
H
6
O
2
/Nước 70/30
Điểm đóng băng: 0
o
C/32
o
C -37
o
C/-35
o
C -55
o
C/-67
o
F
Điểm sôi: 100

o
C/212
o
C 106
o
C/223
o
F 113
o
C/235
o
F
Nhiệt độ của nước làm mát đôi khi lên tới 250-275
o
F (121-135
o
C).
Ngay cả khi thêm chất êtylen glycôn thì các mức nhiệt độ này cũng sẽ làm
nước làm mát sôi. Vì vậy, ta cần thêm một phụ chất nào đó để làm tăng điểm
sôi.
Hệ thống làm mát dùng áp suất để làm tăng điểm sôi của nước làm mát.
Cũng như nhiệt độ sôi của nước trong nồi hơi là cao hơn, nhiệt độ của nước
làm mát là cao hơn nếu bạn tạo áp suất cho hệ thống. Hầu hết các xe đều có
một mức áp suất giới hạn từ 14 tới 15 psi, làm nhiệt độ sôi tăng lên 45
o
F
(25
o
C) do đó, nước làm mát có thể chịu được nhiệt độ rất cao.
Bơm nƣớc

Bơm nước là một loại bơm ly tâm đơn giản hoạt động bằng một dây đai
nối với trục khuỷu của động cơ. Khi động cơ hoạt động, nước sẽ chuyển động
theo một vòng tròn. Bơm nước sử dụng lực ly tâm để đẩy nước hướng ra
ngoài khi động cơ quay, làm cho nước liên tục bắn ra từ tâm máy. Ống nạp
của bơm được đặt gần tâm máy. Do đó, dòng nước quay trở lại từ két nước
đập vào các cánh tuabin. Các cánh tuabin này đẩy nước hướng ra ngoài bơm.
13

Ở đó, nước lại đi vào trong động cơ. Trước tiên, nước rời khỏi bơm, di
chuyển qua lốc máy và mặt xi lanh, sau đó đi vào két nước và cuối cùng quay
trở lại bơm.

Hình 1.6. Kết cấu bơm nƣớc ly tâm.
1- Puly, 2- Then bán nguyệt, 3- Trục bơm, 4- Vú mỡ, 5- Vòng chặn , 6- Lò xo,
7- Bánh công tác, 8- Đai ốc, 9,10- Ổ bi, 11- Thân bơm, 12- Bulông,
Động cơ

Hình 1.7. Lốc máy.
1
2
3
4
5
6
7
8
91012
11
14

Lốc máy và mặt xilanh có nhiều đường dẫn nước. Những đường dẫn
này cho phép nước làm mát di chuyển tới những vùng quan trọng nhất của
động cơ.
Nhiệt độ trong khoang cháy của động cơ có thể lên tới 4500
o
F
(2500
o
C). Vì vậy, việc làm mát những vùng quanh xilanh là rất quan trọng.
Những vùng quanh van xả càng đặc biệt quan trọng hơn và hầu hết tất cả các
khoảng không bên trong mặt xilanh quanh các van không mấy quan trọng
nhưng vẫn cần được làm mát. Nếu động cơ lâu không được làm mát thì động
cơ sẽ bị kẹt. Khi đó, kim loại cũng đủ nóng để pittông dính chặt vào xilanh.
Tóm lại, nếu không làm mát động cơ thì nó sẽ bị hư hại rất nhanh chóng.
Một trong những cách tốt nhất để hạn chế nhu cầu làm mát động cơ là
hạn chế lượng nhiệt truyền từ khoang cháy sang các chi tiết kim loại khác của
động cơ. Để làm được việc này, thường người ta lót một lớp gốm mỏng ở bên
dưới mặt xilanh. Gốm là một chất cách nhiệt rất tốt nhờ đó lượng nhiệt truyền
tới các chi tiết kim loại sẽ giảm đi còn lượng nhiệt thoát ra ngoài qua ống xả
nhiều hơn.
Két nƣớc:
Két nước là một thiết bị dùng để tản nhiệt ra ngoài môi trường. Sau khi
nước làm mát hoàn thành nhiệm vụ làm mát động cơ thì bản thân nó sẽ bị
nóng lên sau đó đi qua bộ tản nhiệt và được làm mát trở lại bởi quạt tản nhiệt.
Hầu hết các ô tô hiện đại sử dụng két nước bằng nhôm. Két nước được
làm bằng cách cuốn những lá nhôm mỏng thành những ống nhôm. Dòng nước
làm mát từ cửa nạp tới cửa xả qua nhiều ống gắn trên một đường song song.
Những lá nhôm này dẫn nhiệt từ các ống và tản nhiệt ra ngoài qua két nước.
Các ống đôi khi có một loại vây đưa vào họ gọi là một turbulator làm
tăng sự bất ổn của chất lỏng chảy qua các ống. Nếu chất lỏng chảy rất thuận

lợi qua các ống, chỉ có chất lỏng thực sự chạm vào ống sẽ được làm lạnh trực
15

tiếp. Lượng nhiệt chuyển giao cho các ống từ chất lỏng chạy qua phụ thuộc
vào sự khác biệt về nhiệt độ giữa ống và chất lỏng chạm vào nó. Vì vậy, nếu
chất lỏng đó tiếp xúc với ống nguội đi xuống một cách nhanh chóng, nhiệt ít
hơn sẽ được chuyển giao bằng cách tạo ra sự hỗn loạn bên trong ống. Tất cả
các chất lỏng hỗn hợp lại với nhau, giữ cho nhiệt độ của chất lỏng chạm vào
ống lên đến nhiệt độ có thể được chiết xuất và tất cả các chất lỏng bên trong
ống được sử dụng có hiệu quả.
Tản nhiệt thường có một chiếc xe tăng trên mỗi bên và bên trong xe
tăng là một mát truyền. Trong hình 1.8, sẽ nhìn thấy đầu vào và đầu ra mà dầu
từ truyền đi vào mát. Mát truyền giống như một tản nhiệt trong một bộ tản
nhiệt thay vì trao đổi nhiệt với không khí, trao đổi nhiệt với dầu làm mát trong
bộ tản nhiệt.

Hình 1.8. Hình ảnh của bộ tản nhiệt cho thấy xe tăng bên với mát.

Đối với một số thiết kế khác nhau, những ống này có gắn thêm một
thiết bị khuấy, làm tăng chuyển động hỗn độn của dòng nước chảy qua ống.
Nếu dòng nước chuyển động nhẹ nhàng qua ống thì chỉ có những phần nước
16

chạm vào thành ống là được làm mát và những phần còn lại thì không. Lượng
nhiệt từ nước tản ra thành ống khi nước chạy qua các ống đó phụ thuộc vào sự
khác biệt về nhiệt độ của ống dẫn và dòng nước chạm vào nó. Do đó, lượng
nước chạm vào thành ống tỏa nhiệt rất nhanh. Nhờ những chuyển động hỗn
độn của chất lỏng trong ống dẫn, lượng nhiệt tản ra ngoài nhanh hơn và toàn
bộ chất lỏng trong ống dẫn lại tiếp tục chu trình làm mát một cách hiệu quả.
Mỗi bên của két nước có một bình đựng nước, bên trong bình đựng

nước là một thiết bị làm mát hộp số. Dầu từ hộp số chảy vào két nước làm
mát. Két nước làm mát hộp số trông giống một két nước nhỏ đặt trong một
két nước lớn. Thay vì tản nhiệt bằng không khí, dầu tản nhiệt bằng chất làm
mát trong két nước.
Nắp giữ áp suất
Nắp két nước làm tăng điểm sôi của nước làm mát lên khoảng 45℉
(25℃). Chiếc nắp đơn giản này hoạt động như thế nào? Cũng giống như cách
két nước nhỏ làm tăng nhiệt độ sôi của nước. Trên thực tế, nắp giữ áp suất là
một van xả áp suất và trên các xe khác nhau thì mức áp suất đó được đặt ở
mức chuẩn là 15 psi. Điểm sôi của nước tăng lên khi áp suất nước tăng lên.
Mặt cắt của nắp két nước và bình đựng dầu:
Khi nhiệt độ nước trong hệ thống làm mát tăng lên, nước sẽ giãn nở,
làm cho áp suất tăng lên. Nắp giữ áp suất là nơi duy nhất mà áp suất nước có
thể thoát ra ngoài. Vì vậy, việc thiết kế ren trên nắp quyết định áp suất tối ưu
trong hệ thống làm mát. Khi áp suất ở mức 15 psi, áp suất đẩy van mở ra, cho
chất làm mát thoát ra khỏi hệ thống làm mát. Chất làm mát chạy qua ống
thoát nước ở dưới đáy bình nước. Thiết kế này làm cho không khí không thể
lọt vào trong két nước được. Khi két nước trở lại mức nhiệt độ ban đầu, có
một khoảng chân không được tạo ra trong hệ thống làm mát, đẩy van tải trọng
kia mở ra, hút nước từ đáy két vào trong két để thay thế lượng nước đã được
17

đẩy ra ngoài.

Hình 1.9. Nắp giữ áp suất.

Van hằng nhiệt
Trong hệ thống làm mát bằng dung dịch, có một chi tiết gọi là van hằng
nhiệt. Hoạt động đóng, mở của nó sẽ làm ngăn hoặc cho dung dịch có thể lưu
thông được qua. Nguyên tắc hoạt động của nó là: nó bắt đầu mở để cho dung
dịch lưu thông qua với nhiệt độ của dung dịch đạt một mức nhất định.
Nhiệm vụ chính của van hằng nhiệt là làm cho nhiệt độ động cơ tăng
nhanh sau đó giữ cho động cơ ở mức nhiệt độ ổn định. Nó điều khiển lượng
nước chảy qua két nước. Ở mức nhiệt độ thấp, ống xả của két nước đóng hoàn
toàn, toàn bộ nước làm mát lại quay vòng trở lại động cơ.
Khi nhiệt độ nước làm mát tăng lên 180-195℉ (82-91℃), van hằng
nhiệt bắt đầu mở, để nước chạy qua két nước. Cùng thời điểm này, nước làm
mát lên tới 200 đến 218℉ (93-103℃), van hằng nhiệt mở hoàn toàn.
Bạn có thể đặt một bình nước sôi lên một bếp lò. Khi nhiệt độ của bình
tăng lên, nó làm van mở ra khoảng 1 inch (2.54 cm).
Điều bí mật của van hằng nhiệt nằm ở chiếc xilanh nhỏ nằm về phía
động cơ của thiết bị. Xilanh được đổ đầy sáp nến, tan chảy ở 180℉ (các van
hằng nhiệt khác nhau mở ở các nhiệt độ khác nhau nhưng chủ yếu là ở
18

180℉). Một thanh đẩy được nối với van cắm vào sáp nến này. Khi sáp nến
tan chảy, nó giãn nở đáng kể, đẩy thanh đẩy đó ra khỏi xilanh và mở van.
Nếu bạn đã đọc qua nguyên tắc hoạt động của nhiệt kế và cũng thử thí nghiệm
bằng một chai và một ống nhỏ, bạn sẽ được quan sát quy trình đó. Bên cạnh
việc giãn nở do nhiệt, sáp nến còn giãn nở một chút nữa vì nó đang chuyển
đổi từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng.
Công nghệ tương tự được sử dụng trong các van mở tự động của quạt
thông khí nhà kính. Trong các thiết bị này, sáp nến tan chảy ở nhiệt độ thấp.
Quạt làm mát

Cũng giống như van hằng nhiệt, quạt làm mát cần được điều khiển sao
cho nó cho phép động cơ luôn duy trì ở nhiệt độ ổn định. Quạt gió cung cấp
lưu lượng gió cần thiết và có tốc độ cao để làm mát động cơ. Ở động cơ quạt
gió thường dùng để làm mát là quạt ly tâm, có cấu tạo bao ngoài cánh quạt là
vỏ, trục quạt được quay trên hai ổ bi. Vỏ và cánh quạt gió thường được chế
tạo bằng nhôm, được lắp ở bên phải động cơ, phía trên của vỏ quạt gắn với
nắp xilanh, còn phía dưới gắn với cácte. Không khí làm mát được thổi do quạt
gió đặt phía trước động cơ thổi vào phiến tản nhiệt hoặc được hút qua phiến
tản nhiệt bởi quạt đặt ở phía bánh đà.
Những xe dẫn động bằng bánh trước được lắp quạt điện vì động cơ
thường được lắp ngang nghĩa là công suất của động cơ hướng ra hai bên xe.
Quạt được điều khiển bằng công tắc hằng nhiệt hoặc bằng máy tính động cơ
thông qua các cảm biến nhiệt, và những quạt này chỉ hoạt động khi nhiệt độ
nước làm mát cao hơn mức định sẵn. Khi nào nhiệt độ thấp hơn mức định sẵn
thì những quạt đó tự tắt.
Những xe dẫn động bằng bánh sau với các động cơ đặt theo chiều dọc
thường được lắp quạt làm mát chạy bằng động cơ. Những loại quạt này có
một côn dầu điều khiển bằng nhiệt (hay gọi là cụm ly tâm). Cụm này được lắp
19

ở vị trí giữa cánh quạt và đầu trục bơm nước. Cụm ly tâm đặc biệt trông rất
giống khớp ly hợp dầu trong tất cả các xe dẫn động bằng 4 bánh.

Hình 1.10. Quạt làm mát.

20

CHƢƠNG 2
CÁC PHƢƠNG PHÁP LÀM MÁT ĐỘNG CƠ THẾ HỆ MỚI

2.1. Làm mát bằng gió
Làm mát động cơ là rút bớt một phần nhiệt lượng do khí cháy truyền lại
cho pít-tông, xilanh, quy lát. Nếu không được làm mát xilanh nóng quá làm
cho khối hoà khí rút vào bị nở giản ra trọng lượng hoà khí bị giảm theo. Hơn
thế nữa nếu động cơ nóng quá sẽ gây ra hiện tượng cháy tự động. Khi động cơ
hoạt động, lớp dầu nhớt làm trơn giữa các bộ phận cọ sát sẽ bị cháy hoặc biến
chất làm các chi tiết máy giãn nở ra bó kẹt không di chuyển được. Do đó để
bảo đảm cho các chi tiết máy làm việc bình thường tăng sức bền và tuổi thọ,
tất cả các loại hoạt động đều phải trang bị hệ thống làm mát. Tùy theo nhà chế
tạo, công suất và công dụng động cơ, hệ thống làm mát có thể chia ra làm hai
loại là làm mát bằng gió và làm mát bằng nước. Trong phần này chúng ta sẽ
tham khảo về cách làm mát bằng gió.

Hình 2.1. Hệ thống làm mát bằng gió.
1.Quạt gió 2. Hướng đi của gió 3. Vỏ bọc hướng gió
4. Bộ chế hòa khí 5. Lọc gió 6. Ống thoát
7. Bàn đạp khởi động