THẢO LUẬN - Có nên bỏ van hằng nhiệt trong hệ thống làm mát động cơ xe ô tô (Engine Coolant Thermostat) ?


VAN HẰNG NHIỆT (Thermal-Stat).

Cái tên đã nói lên tất cả, nhiệm vụ của nó là hằng nhiệt, tức giữ ổn định nhiệt độ của động cơ ở một khoảng được tính chọn trước trong lúc thiết kế, tùy vào loại động cơ và công nghệ.

Có một số nguyên lý hằng nhiệt động cơ, có thể dùng van điều khiển kết hợp cảm biến và bộ điều khiển van và có khi điều khiển cả bơm nước, có thể là loại van tự đóng mở nhờ nguyên lý giãn nở nhiệt phổ biến như hình dưới - gọi chung là Van hằng nhiệt.


Các bạn có thể tham khảo thêm bài viết bên dưới:

https://www.ebookbkmt.com/2016/08/tim-hieu-cau-tao-va-chuc-nang-cua-van.html

https://www.ebookbkmt.com/2020/03/goc-ky-thuat-huong-dan-phuong-phap-nhan.html

Khi máy còn chưa đủ nóng thì van đóng ngăn dòng nước từ trong máy chảy ra két sinh hàn giúp giảm thời gian gia nhiệt máy một cách có kiểm soát; khi nhiệt độ nước trong máy đạt đến ngưỡng đặt thì van bắt đầu mở để điều tiết lưu lượng nước trao đổi giữa trong máy và két sinh hàn, từ đó có thể ổn định nhiệt độ cho thân máy. Giá trị đặt của van hằng nhiệt tùy thuộc vào loại máy, loại công nghệ, ví dụ sau là một điển hình:


"Click vào để xem ảnh gốc với chất lượng tốt hơn"

Khi van hằng nhiệt hỏng ?



Bình thường, hệ thống sẽ ổn định nhiệt độ động cơ nằm khoảng ở 90-95 độ C, với đồng hồ kim thì chỉ nhiệt gần như không đổi, chỉ nhiệt thường nằm gần gữa đồng hồ.

Nếu đồng hồ chỉ nhiệt vượt quá mức giữa thì điều kiện giải nhiệt của động cơ đang có vấn đề, cần thăm khám và chữa trị kịp thời. Nếu van hằng nhiệt bị kẹt không mở được hay mở kém thì sẽ ngăn/làm giảm trao đổi nhiệt giữa nước trong máy và sinh hàn, khiến nước trong máy có thể quá nhiệt và có thể bị sôi bục ra ở bình nước phụ; trong khi đó ở két sinh hàn thì vẫn nguội hoặc không nóng lắm.

Nếu đồng hồ chỉ nhiệt thường xuyên bị tụt dưới mức gần giữa trong quá trình vận hành thì chức năng hằng nhiệt cho động cơ đang bị lỗi. Nếu van bị thông/ không có van hằng nhiệt/ không còn chức năng hằng nhiệt thì trong nhiều điều kiện vận hành, nhiệt độ động cơ sẽ chỉ chênh hơn nhiệt độ môi trường vài độ C mà thôi; nghĩa là sẽ thấp hơn nhiều khoảng nhiệt độ hoạt động tối ưu cần cho động cơ; điều này có một số tác động không tốt lên động cơ và cả tiêu hao nhiên liệu, nhất là với xe phun nhiên liệu điện tử (xem thêm phân tích bên dưới).

Cách kiểm tra.

Rất đơn giản, tháo nó ra và thả vào nước rồi quan sát. Ở nhiệt độ môi trường hay thả nó vào nước nguội thì nó đóng kín, thả nó vào nước sôi thì nó mở ra hết cỡ (khoảng 8mm).

CÓ NÊN BỎ VAN HẰNG NHIỆT ?

Ở một số động cơ cũ, do hệ thống làm mát động cơ bị kém, bị lỗi mà một số người chọn phương án tháo bỏ van hằng nhiệt với mục đích là để giảm nhiệt máy, chống sôi trào nước làm mát, … đặc biệt với xe tải thường xuyên chạy "quá tải", làm như vậy để tránh lỗi quá nhiệt động cơ có thể dẫn đến những hậu quả nặng nề. Ưu điểm đó có lẽ dễ dàng nhận ra khi bỏ van hằng nhiệt và đó là biện pháp có lẽ đơn giản nhất và chi phí sửa chữa thấp nhất. Tuy nhiên, khi bỏ van hằng nhiệt thì máy sẽ không được ổn định nhiệt và động cơ sẽ thường xuyên làm việc dưới mức nhiệt độ tối ưu đã được thiết kế.

Khi động cơ hoạt động nhiều ở trạng thái nguội lạnh:

- Tiêu hao nhiên liệu do tác động điều khiển nhiên liệu ở bộ phun điện tử, động cơ càng nguội thì hòa khí càng đậm hơn lúc nóng (xem thêm nguyên lý hệ EFI/ Common Rail Injection)

- Tiêu hao nhiên liệu do tổn hao nhiệt lượng: Ở động cơ bình thường, khoảng 10÷15% năng lượng của nhiên liệu tiêu tán dưới dạng nhiệt năng trao đổi qua nước làm mát. Nếu động cơ bị bỏ van hằng nhiệt, bao nhiêu nhiệt năng sinh ra đều dẫn ra ngoài két tản nhiệt để tiêu tán hết thì chắc chắn sẽ tốn nhiên liệu hơn. Nhiệt lượng cần giữ lại một phần trong động cơ một cách có kiểm soát để giúp cải thiện hiệu suất của động cơ dù là động cơ chạy gas, xăng hay dầu vì nhiệt độ động cơ ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng cháy của nhiên liệu.


"Click vào để xem ảnh gốc với chất lượng tốt hơn"

- Tiêu hao nhiên liệu do giảm hiệu suất cháy của nhiên liệu: Nhiệt lượng cần giữ lại một phần trong động cơ một cách có kiểm soát để giúp cải thiện hiệu suất của động cơ dù là động cơ chạy gas, xăng hay dầu vì nhiệt độ động cơ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất cháy của nhiên liệu.

- Tiêu hao nhiên liệu do ma sát, do sức cản của dầu bôi trơn: Khi ở 95 độ C, độ nhớt của dầu bôi trơn trong động cơ không khác nhau nhiều giữa các cấp nhớt khác nhau, nhưng khi động cơ nguội lạnh thì độ nhớt sẽ tăng lên, tùy theo cấp nhớt của loại dầu bôi trơn. Độ nhớt tăng, đồng nghĩa với việc tăng ma sát trượt gữa các chi tiết trong máy và tăng sức cản ở trục khủy và thanh truyền do đánh trực tiếp vào dầu bôi trơn có độ nhớt cao hơn ở nhiệt độ thấp. Độ nhớt cao chắc chắn sẽ ảnh hưởng không tốt đến khả năng bôi trơn các chi tiết ma sát trong động cơ.

Sẽ thật không có nhiều ý nghĩa trong tình huống này khi bỏ tiền đầu tư dầu bôi trơn cao cấp có độ nhớt thấp với mục tiêu tiết giảm nhiên liệu, vì có thể thấy rõ dầu SAE-30 ở 45 độ C vẫn có độ nhớt cao hơn gấp đôi so với dầu SAE-50 ở 95 độC; dĩ nhiên dầu SAE-30 sẽ tốt hơn cho quá trình khởi động so với SAE-50.


"Click vào để xem ảnh gốc với chất lượng tốt hơn"

Nhiên liệu ngày càng đắt đỏ, việc tiêu hao nhiên liệu không cần thiết khiến chi phí vận hành đội lên đáng kể và gây ô nhiễm môi trường hơn. Hiện tại chưa được thực nghiệm cụ thể nhiều lần trên nhiều loại động cơ nhưng theo tính toán và ước lượng cá nhân, việc bỏ van hằng nhiệt sẽ làm tổn hao thêm 10% đến 30% lượng nhiên liệu tiêu thụ, tùy môi trường vận hành và tùy loại động cơ.

- Thường xuyên hoạt động ở nhiệt độ thấp còn làm tăng khả năng hóa "bùn" của dầu bôi trơn, điều này sẽ không tốt cho động cơ.

- Hơn thế nữa, nếu nhiệt độ động cơ thay đổi đột ngột nóng-lạnh liên tục trong khoảng thời gian ngắn thì có thể gây sốc nhiệt làm rạn nứt các chi tiết máy. (như ảnh bên là vành xung quanh lỗ súp bắp động cơ bị nứt do sốc nhiệt nhiều lần từ khoảng 30 <--> 120 độ C, chu kỳ một lần thay đổi là 6 phút, theo báo cáo tại hội nghị quốc tế Modelica lần thứ 12 tổ chức tại Cộng hòa Séc năm 2017)



"Click vào để xem ảnh gốc với chất lượng tốt hơn"

Với động cơ công suất lớn, thành máy dày, kim loại dày thì việc ổn định nhiệt và trải nhiệt đều cho các chi tiết kim loại là cực kỳ quan trọng vì khi nhiệt độ chênh lệch nhiều giữa các khu vực khác nhau sẽ gây ứng suất nhiệt làm biến dạng, cong vênh, rạn nứt, xầy xước/bó bề mặt. Việc không có van hằng nhiệt có thể là một nguyên nhân gây ứng suất nhiệt xảy ra khi mà xe đang chạy nóng máy mà trời đột nhiên đổ mưa tầm tả, nhất là khi chạy nhanh, khi đó nhiệt trong máy đang khá cao nhưng những chỗ tiếp xúc trực tiếp với đường nước làm mát thì sẽ nguội đột ngột do toàn bộ đường nước lạnh ngay khi được nước mưa làm mát ở sinh hàn chảy trực tiếp vào. Có thể ngẫm được, lúc đó pít tông và các súp bắp thì nóng còn thành xi lanh và thành máy thì nguội nhanh hơn đáng kể nên gây ứng suất, nhiều lần như vậy sẽ làm rạn nứt khu vực tiếp xúc như lỗ súp bắp (hình trên) và không tốt cho bạc pít tông và cả thành xi lanh. Cũng có thể suy rằng, nếu mặt máy bằng gang dày và to đang nóng đều, bỗng nhiên có những khu vực nguội lạnh đột ngột thì chắc chắn sẽ sinh ứng suất. Ứng suất vượt quá sức bền của vật liệu thì chi tiết biến dạng và rạn nứt, giãn nở - co ngót nhiệt không đều giữa các mối ghép làm cong vênh, làm bong trượt mối ghép/ thổi ron. Đối với mặt máy bằng nhôm thì đỡ hơn vì thường mặt máy nhôm dùng cho máy có công suất nhỏ và do đặc tính của nhôm. (Có khá nhiều bài hỏi về việc nước không sôi nhưng liên tục vênh mặt máy mà không hiểu vì sao, thì vấn đề này có lẽ cần mổ xẽ sâu hơn, liệu có phải do ứng suất nhiệt hay không vì không phải chỉ khi động cơ bị quá nhiệt mới gây ứng suất mà chính là sự chênh nhiệt độ mới là nguồn gốc gây ứng suất nhiệt.)

Có thể có những điều kiện hoạt động không bao giờ xảy ra tình huống gây ứng suất như vậy, nhưng cũng sẽ có những điều kiện hoạt động khiến động cơ bị thường xuyên ví dụ như tình huống gặp trời mưa, tình huống thả dốc dài thì máy đã nguội rồi lại phải ép máy lên dốc tiếp theo (gia nhiệt quá nhanh như trạng thái mới đề máy buổi sáng mà chạy nặng tải ngay), ...; không thể lường trước được hết.

Nhược điểm khi không có van hằng nhiệt thì đã phân tích rõ bên trên, tuy nhiên để đưa van hằng nhiệt trở lại làm việc trong hệ thống thì cần đảm bảo rằng hệ thống còn giữ được áp suất ở mức cho phép (rất quan trọng, xem phần bên dưới), két sinh hàn động cơ còn hiệu quả, quạt làm mát hoạt động đúng và bơm nước vẫn bình thường.

Với những động cơ lắp dọc trục có quạt làm mát sinh hàn động cơ lai bằng dây đai dẫn động trực tiếp hay lai đồng trục động cơ thì vòng tua máy ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng tản nhiệt của sinh hàn. Có thể ở một số điều kiện vận hành nào đó, khi mà động cơ phải chạy với tải lớn, tốc độ di chuyển chậm mà vòng tua máy cũng thấp thì dù van hằng nhiệt đã mở hết cỡ thì có thể lưu lượng gió không đủ để tản nhiệt cho động cơ. Trong tình huống này, trước tiên cần xác định lại nguyên nhân do vận hành chưa đúng hay kỹ thuật. Một số người thường có thói quen đi số lớn để cho vòng tua máy nhỏ lại (ép số), việc này ngày càng sai, đặc biệt với động cơ dùng turbo. Đặc tính công suất và momen của động cơ không tuyến tính, nó có những khoảng tối ưu nhất định nào đó thôi do đó trong vận hành cần để xe đạt được vòng tua trong khoảng tối ưu này thì hiệu suất sẽ sao và khi cần sức kéo lớn thì phải để vòng tua lớn. (khoảng bao nhiêu thì tùy thiết kế của mỗi loại động cơ). Về kỹ thuật, có thể có nhiều giải pháp, một trong những giải pháp có thể nghĩ đến là gắn thêm quạt điện và mạch điều khiển phù hợp để tăng cường làm mát cho sinh hàn động cơ (tùy theo không gian còn trống, gắn quạt to hay nhiều quạt nhỏ chen vào những khe còn trống). Khe hở hút từ quạt gió đến sinh hàn sẽ ảnh hưởng nhiều đến lưu lượng gió đi qua sinh hàn, do đó đối với hệ thống chưa trang bị chụp gom gió, một giải pháp có thể nghĩ đến là làm thêm chụp bao để gom và dẫn hướng gió để gia tăng lưu lượng gió đi qua sinh hàn. Đối với turbo, cũng có thể gắn thêm bơm điện để gia tăng làm mát cho turbo, nhất là khi mới tắt máy, bơm điện tắt trễ làm mát turbo sẽ tốt cho turbo trong tình huống này. v/v

NẮP KÉT NƯỚC/ BÌNH NƯỚC VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP SUẤT.

Nắp két nước hay nắp bình nước phụ (ở một số dòng xe) có nhiệm vụ làm kín và giữ áp suất trong hệ thống làm mát. Khi nước và hơi nóng giãn ra thì nắp bình nước phụ sẽ giữ kín hơi và duy trì áp suất trong hệ thống, thông thường trong khoảng 90 kPa ÷ 120 kPa (0.9 kg/cm2 ÷ 1.2 kg/cm2, tùy thiết kế, áp suất thiết kế cụ thể cho từng dòng xe thường được ghi ở nắp két nước hay ở nắp bình nước phụ). Giữ áp suất dương trong hệ thống giúp giảm hiện tượng hóa hơi sinh bọt do nhiệt trong hệ thống nhất là tại các bề mặt tiếp xúc nhiệt cao trong thân máy, nắp máy (mặc dù nhiệt độ trung bình của nước chưa đủ sôi, nhưng tại các bề mặt này đã rất nóng và sinh bọt). Áp suất dương trong hệ thống còn giúp chống hiện tượng tự sinh bọt khí trong bơm nước do đó giúp tránh hiện tượng xâm thực của bọt khí trong bơm gây rỗ cánh bơm và buồng bơm.

Khi bị quá áp, van an toàn trên nắp bình sẽ mở để chống quá áp. Trên nắp bình nước có ron cao su kín hơi và van áp suất để làm việc này. Khi nắp giữ áp bị hở, bị xì, van bị hỏng không duy trì được áp suất dương, nếu nhẹ thì đó là một nguyên nhân gây hao nước làm mát, còn nặng hơn thì sẽ là một nguyên nhân khiến nước làm mát sôi trào. Mất áp suất cũng khiến bọt trong buồng bơm sẽ nhiều hơn nhất là ở vòng tua cao do đó gây ăn mòn cánh bơm mạnh hơn làm giảm lưu lượng nước và giảm tuổi thọ bơm.

* Kiểm tra: Bơm khí vào cả hệ thống để kiểm tra kín hơi và giữ áp theo giá trị đã nêu bên trên; nếu nắp bình bị xì, không giữ đươc áp ghi trên nắp két/ nắp bình thì cần kiểm tra rò rỉ, có thể cần thay nắp.

(Vì sao tối thiểu cần 0.8 kg/cm2 thì bảng đầu tiên trong bài và bảng sau có lẽ giải thích được, đó là sự kết hợp hoàn hảo giữa giá trị đặt của van hằng nhiệt và ảnh hưởng của nhiệt độ sôi dung dịch làm mát theo áp suất).


"Click vào để xem ảnh gốc với chất lượng tốt hơn"

Ảnh hưởng của áp suất lên nhiệt độ sôi của dung dịch làm mát và lên bơm nước làm mát là rất rõ rệt, do đó cần đảm bảo hệ thống làm mát được kín hơi và giữ được áp suất trong khoảng đã tính chọn như thiết kế.

Ảnh hưởng của Van hằng nhiệt cũng rất rõ ràng, nên việc bỏ van hay đưa van trở lại hoạt động cần cân nhắc kỹ để lựa chọn giải pháp tối ưu.

* NƯỚC LÀM MÁT

Đề cập đến vấn đề nhiệt thì không thể bỏ qua vấn đề dung dịch làm mát do đó phần này khái quát một vài thông tin cần thiết ...

- Nguồn nước làm mát

+ Nước cất: Tùy theo công nghệ chưng cất, nhưng bản chất là tinh khiết nhất.

+ Nước tinh kiết (ví dụ Aquafina): Nước tinh khiết chứa rất ít hàm lượng Ca++ và Mg++

+ Nước khoáng: ví dụ Lavie, là nước cứng, chứa 11-17 mg/l Ca++, 3-6 mg/l Mg++, 95-130 mg/l Na+, 2-3 mg/l K+ (theo công bố trên nhãn của NSX)

+ Nước lọc (ví dụ nước lọc đóng chai hay nước lọc RO): hàm lượng khoáng cặn Ca++ và Mg++ và độ chua độ mặn phụ thuộc vào từng công nghệ sản xuất, tùy từng khu vực, do nguồn nước.

+ Nước máy/ nước không tên: hàm lượng khoáng cặn Ca++ và Mg++ và độ chua độ mặn phụ thuộc vào từng nhà máy sản xuất, tùy từng khu vực, do nguồn nước.

Muối, Acid và cả Oxy lẫn trong nước gây ăn mòn kim loại.

Ca++ và Mg++ trong nước ở nhiệt độ cao sẽ sinh thạch nhũ bám xung quanh bề mặt trao đổi nhiệt như trong thành động cơ, trong thành két nước. Thạch nhũ càng dày thì khả năng trao đổi nhiệt càng kém. Thạch nhũ bán khá chắc nên nếu chỉ vệ sinh bằng phương pháp xúc rửa thông thường sẽ không hết được mà cần dùng chất hóa chuyên dụng ngâm rã rồi xúc sạch, việc này đòi hỏi thời gian và quy trình xử lý phù hợp.

Chất bẩn và sơn bám bên ngoài két sinh hàn của động cơ sẽ ảnh hưởng nhiều đến khả năng trao đổi nhiệt. Khi két bị bám thạch nhũ bên trong, bị xỉ bám nhiều bên trong sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến khả năng trao đổi nhiệt, nếu bị quá nặng thì xúc rửa cũng không hiệu quả vì đã tới lúc mục và sẽ xì lung tung sau khi ngâm hóa chất xúc tẩy. Chi phí thay mới két nước thường không cao, nhưng hiệu quả thì đáng để xem xét; không nhất thiết phải loại xịn, nhưng cần loại sạch.

- Dung dịch nước làm mát chuyên dụng/ Antifrezze Coolant


"Click vào để xem ảnh gốc với chất lượng tốt hơn"

Bản chất là nước tinh khiết pha Ethylene Glycol và các chất phụ gia. Ethylen Glycol gốc rựu này tan hoàn toàn trong nước. Nó có khả năng chống đông rất tốt và cũng có nhiệt độ sôi cao hơn nước, tuy nhiên lại dẫn nhiệt kém hơn nước. Nhệt độ đóng băng và nhiệt độ sôi của dung dịch phụ thuộc vào tỷ lệ % khối lượng pha trộn. Thông thường người ta pha tỷ lệ 50%-50% hoặc chỉ 33% Glycol.

+ "Nước xanh lá" (IAT):


Dung dịch làm mát có màu xanh lá cây/ xanh rêu. Loại này được pha chất phụ gia gốc Silicate có khả năng chống ăn mòn kim loại rất tốt nhưng độ bền không cao. Nếu không pha trộn thêm phụ gia đặc biệt, nước xanh chỉ có tuổi thọ 2 năm, sau 2 năm bắt đầu dóng cặn và chuyển hóa acid gây ăn mòn kim loại. Nước xanh thông thường phải thay sạch sau mỗi 2 năm kể từ ngày sản xuất. “Nước xanh” trên thị trường Việt Nam có rất nhiều loại với chất lượng rất khó để kiểm chứng, chỉ dựa hoàn toàn vào công bố của NSX hoặc người bán hàng, do đó cần cẩn trọng khi chọn một loại nào đó.

+ "Nước lon" trên thị trường Việt Nam, nước xanh hay đỏ dạng đóng lon nhỏ để pha với nước dùng để làm mước làm mát thường chỉ là chất phụ gia làm tăng nhiệt độ sôi của nước (thông tin không chính thức mà chưa có thông tin chính thức), khó có thể là glycol có phụ gia chống ăn mòn kim loại. Theo kinh nghiệm của nhiều thợ và người vận hành, loại phụ gia này gây ăn mòn kim loại mạnh hơn nước tinh khiết do đó không nên sử dụng. Để tăng nhiệt độ sôi thì cần giữ áp cho hệ thống và dùng nước pha sẵn glycol thay thế.

+ "Nước đỏ" OAT:


Chất phụ gia chống ăn mòn kim loại trong nước đỏ sử dụng Công nghệ Acid Hữu cơ (Organic Acid Technolory – OAT) có carboxylate, sebacate và 2-EHA; thường có màu đỏ, hồng hay xanh dương. OAT thân thiện hơn với môi trường và có tuổi thọ cao hơn loại nước xanh thông thường (lên đến 5 năm), nhưng khả năng chống ăn mòn không cao bằng loại xanh nên đòi hỏi vật liệu trong hệ thống làm mát phải tốt hơn.

+ "Nước cam" HOAT:


Chất phụ gia sử dụng công nghệ lai Hybrid Organic Acid Technolory – HOAT (có carboxylate, sebacate, 2-EHA, benzoate và một chút silicate), hay đơn giản là pha trộn loại "nước xanh" với "nước đỏ" nên nó thường có màu cam hoặc vàng. HOAT là loại kết hợp nên có được ưu và khử được một số nhược của hai loại trên.

Xe đời mới ngày này (đến 2018) thường sử dụng loại OAT hoặc HOAT.


"Click vào để xem ảnh gốc với chất lượng tốt hơn"


LINK 1 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 2 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 3 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 4 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

VIDEO THAM KHẢO:




Nguyên lý hoạt động của van hằng nhiệt






Kiểm tra và bảo trì van hằng nhiệt


NGUỒN: Bài viết của Bác 'XM131" - oto-hui.com

Chúc các bạn thành công!
M_tả

No comments: