Bài giảng Kết cấu động cơ đốt trong - Chương 5: Hệ thống làm mát

1CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
CHƯƠNG 5 : HỆ THỐNG LÀM MÁT
2CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
- Trong quá trình làm việc của động cơ đốt trong, nhiệt truyền cho 
các chi tiết máy tiếp xúc với khí cháy (pittông, xecmăng, xupap, nắp 
xylanh, thành xylanh) chiếm khoảng 25  35% nhiệt lượng do nhiên liệu 
cháy trong buồng cháy toả ra. Vì vậy các chi tiết đó thường bị đốt nóng 
mãnh liệt: nhiệt độ đỉnh pittông có thể lên đến 6000C, còn nhiệt nấm 
xupap có khi lên đến 9000C.
- Nhiệt độ các chi tiết máy cao sẽ gây ra các hậu quả xấu sau 
đây:
+ Phụ tải nhiệt của các chi tiết máy lớn, làm giảm sức bền, độ 
cứng vững và tuổi thọ của chúng.
+ Do nhiệt độ cao, độ nhớt của dầu bôi trơn giảm nên tổn thất ma 
sát tăng.
+ Có thể gây kẹt bó pittông trong xylanh do hiện tượng giãn nở 
nhiệt.
+ Giảm hệ số nạp.
+ Đối với động cơ xăng, dễ phát sinh hiện tượng cháy kích nổ.
5.1.1Mục đích_ý nghĩa.
3CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
- Căn cứ vào môi chất làm 
mát, người ta chia hệ thống làm 
mát thành hai loại: hệ thống làm 
mát bằng nước và hệ thống làm 
mát bằng không khí.
- Trong hệ thống làm mát 
bằng nước, người ta lại chia ra 
thành ba loại: bốc hơi, đối lưu tự 
nhiên và tuần hoàn cưỡng bức. 
Căn cứ vào số vòng tuần hoàn và 
kiểu tuần hoàn, người ta chia hệ 
thống làm mát thành các loại: một 
vòng tuần hoàn kín, một vòng tuần 
hoàn hở, hai vòng tuần hoàn 
(trong đó có một vòng kín, một 
vòng hở). Dưới đây lần lượt giới 
thiệu hệ thống làm mát nói trên.
5.1.2 Phân loại
4CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
5.2 HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC
- Hê 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
có hai phần: phần
khoang chứa nước
làm mát của thân
máy và phần thùng
chứa nước bốc hơi
lắp với thân.
5.2.1 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi
5CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
5.2.2 Hệ thống làm mát bằng nước, kiểu đối lưu tự nhiên
- Trong hệ thống làm mát bằng 
phương pháp đối lưu tự nhiên, nước lưu 
động tuần hoàn nhờ độ chênh áp lực hai 
cột nước nóng và nước lạnh.
- Độ chênh áp được tính theo 
công thức sau:
 = gh t, N/m2 (*)
trong đó: - khối lượng riêng của 
nước (kg/m
3
);
h – hiệu của chiều cao trung bình của 
hai cột nước nóng và lạnh (m);
 - hệ số giản nở của nước 
0,00018m
3
/m
3 0
C;
 t – độ chênh nhiệt độ của hai cột 
nước nóng và nước lạnh.
6CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
Trên thực tế có giá
trị bé, do chiều cao h
bị hạn chế bởi kết cấu
và bố trí chung nên
nhược điểm của kiểu
làm mát bằng đối lưu
tự nhiên là vận tốc
của nước bé: khi h =
0,2  0,5m; t = 200C thì
 = 7  17,65 N/m2 và
vận tốc nước lưu
động  = 0,12  0,19
m/s. Điều đó dẫn đến
chênh lệch nhiệt độ
của nước vào và
nước ra lớn, vì vậy mà
thành xylanh được
làm mát không đều.
7CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
5.2.3 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu tuần hoàn cưỡng bức
8CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
- Kiểu làm mát tuần hoàn cưỡng bức dùng trên động cơ ô tô
máy kéo phân làm hai loại: hệ thống tuần hoàn kín, nước sau khi qua
két làm mát lại, trở về động cơ, còn trong hệ thống tuần hoàn hở thì
ngược lại, nước làm mát sau khi đã làm mát động cơ thì thải ra ngoài.
Hệ thống làm mát kín có rất nhiều ưu điểm nên được dùng rất rộng rãi
trong các loại động cơ đốt trong. Trong hệ thống kín, nắp két làm mát
có hai van: van xả hơi và van hút không khí. Van xả hơi nước làm việc khi
áp suất trong hệ thống làm mát lớn hơn 0,15  0,125MN/m2 (1,15  1,25
kG/cm2) (hình a), còn van hút không khí sẽ mở khi trong hệ thống làm
mát có áp suất nhỏ hơn 0,095  0,09MN/m2 (0,95  0,9kG/cm2) (hình b).
Nhờ vậy mà hệ thống làm mát kiều kín có áp suất trong két làm mát
cao hơn một ít so với kiều làm mát tuần hoàn hở.
- Nước làm mát từ thân động cơ lên nắp xylanh qua các ống
đến van điều nhiệt. Nước từ van điều nhiệt được chia ra hai dòng: một
ra két làm mát qua bơm ly tâm; một tuần hoàn trở lại động cơ. Sự phân
chia lưu lượng cho các dòng này phụ thuộc vào nhiệt độ của nước làm
mát và do van điều nhiệt tự động điều chỉnh, ống dẫn không khí và hơi
nước khi động cơ bị nóng.
9CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
5.3 KẾT CẤU MỘT SỐ BỘ PHẬN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC
- Két làm mát dùng để hạ
nhiệt độ của nước từ động cơ ra rồi lại
đưa trở vào làm mát động cơ.
- Trong động cơ ô tô máy kéo,
két làm mát gồm có ba phần: ngăn
trên chứa nước nóng, ngăn dưới chứa
nước nguội và giàn ống truyền nhiệt
nối ngăn trên và ngăn dưới với nhau.
Hiệu suất truyền nhiệt của bộ phận
truyền nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào tốc
độ lưu động của hai dòng môi chất
(môi chất toả nhiệt là nước và môi chất
thu nhiệt là không khí). Vì vậy để tăng
hệ số truyền nhiệt, phía sau két nước
thường được bố trí quạt gió để hút gió
đi qua giàn ống truyền nhiệt (gồm các
ống và lá tản nhiệt).
5.3.1 Két làm mát
10
CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
- Hiệu quả tản nhiệt phụ thuộc vào những yếu tố sau đây:
1-Khả năng tản nhiệt từ nước vào không khí của các ống và lá tản nhiệt.
2-Tốc độ lưu động của nước và của không khí làm mát.
11
CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
12
CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
- Thông thường két nước
hay dùng kiểu ống dẫn nước dẹt,
bố trí nhiều hàng so le, cắm trong
các lá tản nhiệt. Loại két nước kiểu
ống tròn, gió đi qua ống còn nước
thì chảy bên ngoài ống nói chung ít
được dùng. Tuy loại két nước này
có ưu điểm là đường nước đi hẹp,
diện tích thông gió tương đối lớn do
đó làm mát tốt, nhưng cũng có
nhược điểm là do đường nước hẹp
nên hay bị tắc do cặn bẩn trong
nước đọng lại; ống cũng dùng
nhiều mối hàn nên không bền, sửa
chữa không tiện lợi, giá thành cao.
13
CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
- Kết cấu của bộ phận giàn ống tản nhiệt và lá tản nhiệt của két làm mát giới thiệu trên 
hình dưới. Loại két nước dùng ống dẹt có sức cản không khí ít hơn và diện tích tản nhiệt 
lớn hơn khoảng 2  3 lần so với ống tròn nhưng loại ống này không bền vì có nhiều mối 
hàn và khó sửa chữa. Kiểu ống tròn hình có ưu điểm là đơn giản dễ sửa chữa do làm bằng 
những ống tháo lắp được mà không hàn vào hai ngăn chứa trên và dưới. Hơn nữa nếu tốc 
độ gió đi qua giàn ống truyền nhiệt lớn thì hiệu quả của loại ống tròn cũng tốt. Do đó kiểu 
ống tròn được dùng khá phổ biến trong các loại két nước xe vận tải và máy kéo.
14
CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
- Muốn tản nhiệt tốt, vật liệu làm
ống và lá tản nhiệt phải dẫn nhiệt tốt (đồng
hay đồng thau tốt hơn thép). Thành ống và
lá tản nhiệt phải mỏng (chiều dày ống
khoảng 0,13  0,20mm, chiều dày lá tản
nhiệt khoảng 0,08  0,12mm). Để tăng
diện tích tản nhiệt, nên dùng loại ống nước
dẹt (kích thước ống dẹt khoảng a = 13 
20mm, b = 2  4mm đồng thời hàn vào ống
nước dẹt nhiều lá tản nhiệt khoảng cách
giữa các lá: t
b = 2,5  4,5mm. Tốc độ lưu động
của nước phụ thuộc vào lưu lượng nước.
Nếu ống bé thì khi tốc độ lưu động đã xác
định, muốn tăng lưu lượng nước phải tăng
số ống lên. Nếu diện tích hút gió đã xác
định thì khi tăng số ống phải bố trí nhiều
hàng ống do đó sức cản không khí sẽ tăng
lên, mặt khác diện tích tản nhiệt của các lá
tản nhiệt sẽ nhỏ đi làm giảm sự tản nhiệt.
15
CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
16
CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
* Bình nước phụ (bình giãn nở): 
- Hầu hết các hệ thống làm 
mát đều có bình nước phụ 
riêng biệt hay bình giãn nở. 
Nó được đổ nước làm mát ở 
một mức nào đó (không đầy) 
và nối với phần tràn của két 
nước bằng ống mềm. Khi 
động cơ nóng, nước làm mát 
dãn nở đầy và chảy tới bình 
nước phụ. Khi động cơ nguội, 
nước làm mát co lại. Điều 
này làm tăng không gian 
trống trong hệ thống làm 
mát, khi đó nước làm mát từ 
bình nước phụ chảy về két 
làm mát.
17
CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
18
CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
5.3.2 Bơm nước
- Trong hệ thống làm mát bằng nước, bơm nước có nhiệm vụ cung cấp nước 
cho hệ thống làm mát với lưu lượng và áp suất nhất định. Lưu lượng của nước làm mát 
tuần hoàn cần cho các động cơ thay đổi trong phạm vi: 68  245l/kWh =(50 
180l/ml.h) và số lần tuần hoàn 7  12 lần/ph.
19
CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
- Bơm nước dùng 
trong các loại động cơ ô tô 
thường là bơm đẩy (hình bên). 
Nó được gắn phía trước động 
cơ và được dẫn động bởi dây 
cudoa từ puly trục khuỷu. Nước 
từ két nước đi vào trong bơm 
được các cánh bơm đẩy tới áo 
nước. Trục bơm được đỡ bởi ổ 
bi kín nên không cần bôi trơn. 
Vòng đệm (seal) ngăn cản 
nước làm mát đi ngang qua ổ 
bi. Bơm nước dẫn động bởi 
dây cudoa quạt. đôi khi bơm 
nước được dẫn động riêng 
(không chung với quạt gió) . 
20
CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
- Aùo nước là khoảng
không gian mở giữa
vách xylanh và block
máy và nắp quy nát.
Nước làm mát từ bơm
đầu tiên chảy vào áo
nước ở block máy. Sau
đó nước làm mát từ áo
nước block máy đi lên
áo nước trên nắp quy nát
rồi trở về két làm mát.
5.3.3 Aùo nước
21
CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
5.3.4 Van hằng nhiệt
- Van hằng nhiệt là van dùng để điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát. Nó làm
điều này bằng cách điều chỉnh dòng chảy từ động cơ tới két làm mát. Van hằng nhiệt
được lắp giữa nắp quy nát và két làm mát. Khi động cơ nguội, van hằng nhiệt đóng.
Khi động cơ nóng lên, van hằng nhiệt mở. Sự ngăn cản hay cho dòng chảy chảy qua
két làm mát được biểu diễn trên dưới.
22
CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
23
CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
24
CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
5.3.5 Quạt gió
- Két nước đôi khi cần dòng gió
để ngăn cản sự qúa nhiệt của động cơ.
Điều này thường xuất hiện khi xe đứng
yên và vận tốc thấp. Khi xe chuyển động
về phía trước với tốc độ cao không khí đi
xuyên qua két làm mát giải nhiệt cho két
nước và động cơ. Quạt gió kéo thêm
không khí đi ngang két làm mát. Quạt gió
có thể là quạt cơ khí hay quạt điện.
- Động cơ đặt dọc dẫn động cầu
sau thường dùng quạt cơ khí và quạt được
gắn với trục của bơm nước. Quạt gió được
làm bằng thép tấm hay nhựa tồng hợp có
từ 4 đến 7 cánh và cùng quay với bơm
nước. Để tăng hiệu suất của quạt ta
thường dùng tấm chắn để hướng gió.
25
CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
5.3.5.1 Thay đổi tốc độ quạt gió
- Nhiều loại động cơ đặt
dọc dùng quạt gió thay đổi tốc
độ bằng cách dùng ly hợp
(hình 6.24). Ly hợp quạt gió là
khớp nối thủy lực được điều
khiển bởi nhiệt độ, bộ phận đó
được lắp giữa puly bơm nước và
quạt gió.
- Khi động cơ còn lạnh, ly
hợp trượt do đó quạt gió không
quay. Điều này làm giảm tiếng
ồn và không tốn công suất động
cơ. Khi động cơ nóng, nhiệt độ
làm cho dầu đi vào khớp nối
thủy lực nhiều hơn. Khi đó ly
hợp quạt gió bắt đầu kéo quạt
gió quay.
26
CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
5.3.5.3 Quạt điện
- Những xe có động cơ đặt 
ngang dẫn động cầu trước thường 
dùng quạt điện hình bên. Công tắc 
nhiệt chỉ mở quạt khi cần thiết. Ví 
dụ, trong động cơ công tắc sẽ đóng 
khi nhiệt độ nước làm mát khoảng 
2000F (930C). Công tắc sẽ ngắt khi 
nhiệt độ nước làm mát nhỏ hơn 
nhiệt độ này. Trên những xe có gắn 
máy lạnh, việc mở máy lạnh cũng 
bằng công tắc nhiệt. Quạt máy lạnh 
sẽ quay khi máy lạnh mở. Trong các 
xe có hệ thống điều khiển tự động 
động cơ việc bật, tắt quạt được điều 
khiển bởi một modul điều khiển điện 
(ECM).
27
CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
28
CHƯƠNG IV : HỆ THỐNG LÀM MÁT
29
CỦNG CỐ
CÂU 1 CÂU 2
 3. Động cơ Diesel được sử dụng trên xe
XÓAKQCÂU 3
CHƯƠNG I : KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ÔTÔ