Nước làm mát ô tô, cơ chế làm việc và ứng dụng của nước làm mát

Nước làm mát ô tô, nước làm mát động cơ là một yếu tố quan trọng để đảm bảo cho quá trình vận hành và bảo dưỡng ô tô, xe máy. Bài viết sau Việt Quang sẽ cung cấp cho bạn về thành phần, cơ chế hoạt động của nước làm mát và cách lựa chọn nước làm mát phù hợp với xe của bạn.

I. Tại sao phải sử dụng nước làm mát chuyên dụng?

Động cơ đốt trong được đưa vào thương mại đầu tiên bởi Etienne Lenoir vào khoảng năm 1860 và động cơ đốt trong hiện đại đầu tiên được Nicolaus Otto tạo ra vào năm 1876. Đây là một loại động cơ nhiệt sử dụng nhiệt để tạo ra công cơ học dưới dạng moment xoắn (moment quay) bằng cách đốt cháy nhiên liệu bên trong động cơ. Quá trình hoạt động sẽ sinh ra một lượng nhiệt rất lớn. Khi nhiệt độ động cơ quá cao mà không được kiểm soát, nó có thể gây ra nóng chảy chi tiết kim loại bên trong động cơ như piston, xéc-măng (bạc piston), thanh truyền, xupap hay xylanh ...

Bên cạnh đó, khi nhiệt độ tăng cao sẽ làm giãn nở chi tiết bao kín buồng đốt gây ra hiện tượng như bó kẹt piston trong thành xylanh, nứt nắp quy lát hay nứt thân máy, thậm chí nó có thể dẫn đến sự cố cháy nổ cực kỳ nguy hiểm cho người sử dụng ô tô và lưu thông trên đường. Bởi vì các lý do trên, động cơ đốt trong khi hoạt động luôn cần một hệ thống làm mát đi kèm để kiểm soát nhiệt độ của động cơ để đảm bảo động cơ hoạt động ổn định và làm việc ở công suất tối đa.

Hình ảnh động cơ đốt trong

Trong quá trình vận hành, nhiên liệu được đốt cháy trong động cơ, khoảng một phần ba năng lượng trong nhiên liệu được chuyển đổi thành năng lượng cơ học hữu ích. Một phần ba khác xả vào không khí qua ống xả, và phần ba còn lại trở thành năng lượng nhiệt. Hệ thống làm mát lúc này sẽ dùng để loại bỏ nhiệt dư thừa từ động cơ, giữ cho động cơ hoạt động ở nhiệt độ tối ưu và để động cơ đạt đến nhiệt độ này sau khi khởi động càng sớm càng tốt. Lý tưởng nhất là hệ thống làm mát giữ cho động cơ hoạt động ở nhiệt độ tối ưu, không phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài.

Ở điều kiện hoạt động tốt nhất, một động cơ diesel có thể chuyển đổi khoảng 40% năng lượng nhiệt thành năng lượng cơ học hữu ích, 60% năng lượng nhiệt còn lại không được sử dụng. Hệ thống làm mát sẽ có nhiệm vụ truyền nhiệt này đến bầu khí quyển theo nguyên tắc dẫn, đối lưu và bức xạ từ chất làm mát ra không khí.

Nhiệm vụ của hệ thống làm mát động cơ bao gồm:

Hấp thụ nhiệt từ các bộ phận của động cơ.
Hấp thụ nhiệt từ các hệ thống hỗ trợ động cơ.
Trao đổi nhiệt tuần hoàn.
Truyền nhiệt vào khí quyển.
Kiểm soát nhiệt độ vận hành của động cơ.
Nhiệt độ chất làm mát thực tế tại thời điểm bất kỳ trong quá trình hoạt động là một trong những modun điều khiển động cơ (ECM).
Sử dụng để xác định nhiệt độ động cơ.

Có hai loại hệ thống làm mát: làm mát bằng chất lỏng và làm mát bằng không khí. Làm mát bằng không khí được sử dụng cho máy bay, xe máy và máy cắt cỏ. Hầu hết các động cơ tự động được làm mát bằng chất lỏng, hệ thống làm mát bằng nước làm mát được sử dụng phổ biến hơn trong các hệ thống ô tô và phương tiện giao thông hiện nay do khả năng làm mát hiệu quả của nó trong hầu hết các điều kiện vận hành trên xa lộ hay trong thành phố thường xảy ra tình trạng tắc đường.
Sơ đồ mô tả hệ thống làm mát bằng nước:

Hệ thống làm mát bằng nước

Hệ thống làm mát bằng chất lỏng bao gồm các đường ống dẫn bên trong thân máy và nắp quy lát, các mạch nước làm mát này đi xung quanh thân máy và nắp quy lát để đạt hiệu quả làm mát. Bơm nước trong hệ thống được dùng để thực hiện tuần hoàn nước làm mát, van hằng nhiệt dùng để điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát ở nhiệt độ cần thiết, két nước dùng để giải nhiệt nước làm mát và nắp két nước dùng để điều chỉnh áp suất bên trong đường ống nước làm mát. Chất lỏng trong đường ống làm mát đi khắp động cơ, trao đổi nhiệt gián tiếp với các bộ phận của động cơ. Chúng hấp thụ nhiệt từ các bộ phận của động cơ, nóng lên rồi đi qua bộ phận tản nhiệt, được làm mát bằng không khí, sau đó quay trở lại động cơ. Chu trình này hoạt động liên tục với động cơ.

Nước làm mát sử dụng trong hệ thống động cơ thường là hỗn hợp của nước với ethylenglycol, propylen glycon. Mặc dù nước có khả năng truyền nhiệt lớn, chi phí rẻ, thân thiện với môi trường, tuy nhiên nước lại có điểm sôi thấp, điểm đóng băng cao. Ở những nơi có nhiệt độ môi trường thấp hơn 0oC, nước làm mát có thể bị đóng băng lại. Khi nước làm mát bị đóng băng, thể tích của nó sẽ tăng lên làm cho các đường ống cứng bên trong két nước làm mát bị vỡ gây hung hỏng két nước, các mạch nước bên trong động cơ cũng giãn nở gây nứt vỡ động cơ có thể dẫn đến những hư hỏng nghiêm trọng. Hay đối với môi trường có nhiệt độ cao, động cơ sẽ phải làm việc ở nhiệt độ cao hơn bình thường, vật liệu làm pittong, ống dẫn bị giãn nở gây chèn ép thiết bị, nước có thể sôi, bốc hơi gây hỏng động cơ. Ngoài ra nhiệt độ động cơ quá cao cũng là nguyên nhân của tình trạng kích nổ đối với động cơ xăng, kích nổ xảy ra có thể gây sự cố cháy nổ ô tô rất nguy hiểm.

Vì vậy, người ta cần phối trộn nước với một số loại hóa chất để hạ nhiệt độ đóng băng và tăng nhiệt độ sôi của hỗn hợp lên để phù hợp với yêu cầu vận hành của động cơ. Ngoài ra nước làm mát cũng cần có yêu cầu bắt buộc đối là không có khả năng gây ăn mòn, oxi hóa vật liệu, mài mòn, lắng đọng vật chất để đảm bảo tính an toàn của hệ thống. Vì thế việc lựa chọn nước làm mát là vô cùng quan trọng, tùy thuộc vào môi trường hoạt động cụ thể, loại xe, khí hậu...Căn cứ vào đó mà ta chọn lựa loại nước làm mát ô tô chuyên dụng thích hợp cho xe của mình.

II. Phân loại chất làm mát (chất chống đông)

Có nhiều cách phân loại các dòng chất làm mát khác nhau. Dựa vào bản chất thành phần chất làm mát, người ta có thể chia là nước làm mát ethylenglycol, nước làm mát từ propylen glycon hoặc nước làm mát hỗn hợp là sự kết hợp hai loại này. Ngoài ra các chất phụ gia khác như chất ức chế ăn mòn, chất đệm, chất bôi trơn và chất dập bọt.

Dựa vào bản chất của chất ức chế ăn mòn có trong thành phần, người ta phân chất làm mát thành ba loại:

Chất làm mát sử dụng các chất vô cơ (Inorganic acid technology – IAT): thường có màu xanh lá, được sử dụng chủ yếu ở Mỹ, Canada từ những năm 1920 đến 1990. Loại này chứa các hợp chất silicat, phosphat làm chất ức chế ăn mòn, bảo vệ đầu máy đúc bằng sắt, đầu máy hỗn hợp sắt nhôm, các bộ phận bằng đồng và nhôm trong khoảng 2 - 3 năm hoặc khoảng 30,000 dặm sau đó cần thay mới.
Chất làm mát sử dụng chất hữu cơ (OAT), thường có nhiều màu từ màu cam, đỏ tươi, đỏ, xanh dương và xanh đậm. Loại này không chứa silicat, phosphat mà chứa các chất hữu cơ làm chất ức chế ăn mòn. Các nghiên cứu cho thấy, các chất làm mát chứa các chất hữu cơ có độ giảm chất lượng chậm hơn so với các chất vô cơ thông thường, từ đó có thể kéo dài tuổi thọ cho chất làm mát, có thể sử dụng trong khoảng 5 - 10 năm hay 135.000 dặm. Các chất được dùng như disodium sebacate, sodium decandioat…
Chất làm mát tổng hợp (Hybrid Organic Acid Technology - HOAT): Loại này được phối trộn từ cả các chất vô cơ và hữu cơ. Nó thường được dùng cho các dòng xe ô tô đời mới của các hãng xe hơi lớn của châu Âu, Đức và châu Á). Để phân biệt, nó thường có màu vàng và cam. Chất làm mát này có bổ sung silicat làm tăng khả năng bảo vệ nhôm, chống ăn mòn, chất hữu cơ kéo dài tuổi thọ. Thông thường, chất làm mát loại này có thể sử dụng 5 năm hoặc 150.000 dăm một lần.

Các loại nước làm mát trên thị trường hiện nay

Ngày nay với sự phát triển của động cơ, cùng nhu cầu của con người, các chất làm mát yêu cầu phải hoàn thiện hơn. Ngoài khả năng ức chế ăn mòn, chất làm mát còn phải có tính ổn định cao, chậm phân hủy do nhiệt, giảm độc tính, hiệu suất cao, phạm vi sử dụng rộng rãi. Ngoài ra yêu cầu về các vấn đề môi trường ngày càng được chú trọng hơn, yêu cầu đối với động cơ diesel giảm lượng khí thải theo quy định về môi trường năm 2007 và 2010 đối với các hợp chất NOx và yêu cầu về các hạt bụi mịn. Do đó nguyên vật liệu sử dụng cho hệ nhiên liệu mới cần hiệu quả tốt hơn, giảm mức độ độc hại.

Cùng với đó là sự phát triển của hệ thống làm mát/chất làm mát nhằm giảm thiểu nhiệt độ đốt nhiên liệu để giảm tỉ lệ khí NOx phát thải bụi mịn ra môi trường. Chất làm mát động cơ trong tương lai cần có khả năng truyền nhiệt cao hơn, Việc sử dụng công nghệ nano có thể làm tăng độ dẫn nhiệt đáng kể, cho phép truyền nhiệt nhanh hơn. Sự cải tiến của chất làm mát với chất lỏng ion hay sử dụng công nghệ nano hay kết hợp hai phương phương cho phép thay đổi đáng kể trong thiết kế, thành phần và vật liệu của hệ thống làm mát. Điều này hứa hẹn nhiều sự phát triển trong tương lai.

III. Tiêu chí đánh giá nước làm mát

Để đánh giá chất lượng nước làm mát, thường dựa vào tiêu chí quan trọng để đánh giá nước làm mát:

Thứ nhất nhiệt độ làm việc rộng (nhiệt độ đóng băng sâu, nhiệt độ sôi cao).
Thứ hai hoạt chất sử dụng chống ăn mòn, hạn chế bám cặn ở trong động cơ.

Nước làm mát thường là một chất lỏng đặc biệt với các chất phụ gia, bởi vì nó cần phải duy trì trạng thái lỏng ở nhiệt độ rất thấp (dưới 0 ° C), nhưng không được bay hơi ở nhiệt độ rất cao (trên 100 ° C).

Nước làm mát cho xe hơi cũng cần phải có các đặc tính chống ăn mòn để bảo vệ bề mặt kim loại của các bộ phận khác nhau của động cơ.

Khi lựa chọn nước làm mát chuyên dụng dành cho ô tô nên ưu tiên sử dụng sản phẩm hữu cơ để đảm bảo độ bền cho động cơ, hạn chế ô nhiễm môi trường, và thường nước làm mát công nghệ hữu cơ được nghiên cứu thử nghiệm nghiêm ngặt hơn, và được các nước châu Âu khuyến cáo sử dụng.

Công ty TNHH hóa chất Việt Quang tự hào là 1 trong những đơn vị hàng đầu về xuất nhập khẩu trực tiếp các mặt hàng hóa chất dung môi. Với tiêu chí chất lượng đi đầu và giá cả bình ổn, chúng tôi hy vọng là địa chỉ uy tín để Quý khách hàng gửi gắm niềm tin.