Thermostat – Van hằng nhiệt hay Bộ điều chỉnh nhiệt là một thành phần quan trọng trong hệ thống làm mát bằng chất lỏng. Nó đảm bảo rằng động cơ đốt trong đạt đến nhiệt độ vận hành lý tưởng nhanh nhất có thể và sau đó duy trì nhiệt độ này trong mọi điều kiện vận hành. Đây là điều kiện tiên quyết quan trọng cho phép động cơ đốt trong đạt được hiệu suất tối ưu trong mọi điều kiện tải và thải ra lượng chất độc hại thấp.
Chức năng của Van hằng nhiệt
Van hằng nhiệt có vai trò đóng và mở đường nước làm mát từ động cơ đến két tản nhiệt. Khi động cơ mới khởi động, nhiệt độ động cơ chưa đạt đến mức tối ưu, van hằng nhiệt đóng để nước làm mát chỉ tuần hoàn trong động cơ nhanh chóng đạt đến nhiệt độ tối ưu (87 – 105oC) cho vận hành. Khi đạt đến nhiệt độ tối ưu đó, van hằng nhiệt mở để nước làm mát tuần hoàn từ động cơ đến két làm mát giúp làm mát nước.
Phân loại
Tùy thuộc vào ứng dụng và công nghệ của động cơ đốt trong, van hằng nhiệt phải thể hiện các đặc điểm chức năng và cách thức hoạt động khác nhau. Những thiết kế sau đây được sử dụng:
Van hằng nhiệt dạng hộp (Cartridge)
Van hằng nhiệt dạng Cartridge là bộ phận riêng biệt bên trong vỏ, tên gọi của nó cho thấy rằng nó có thể thay thế một cách dễ dàng (giống như hộp mực máy in). Chúng điều chỉnh nhiệt độ một cách chính xác, bền bỉ, không cần bảo trì và đã chứng minh được giá trị của mình trong nhiều thập kỷ.
Van hằng nhiệt kiểu tích hợp Housing
Van hằng nhiệt tích hợp Housing bao gồm van hằng nhiệt cartridge và vỏ. Đơn giản nó là một cụm được tích hợp đầy đủ, và bạn chỉ việc lắp vào động cơ.
Van hằng nhiệt điều khiển điện
Khả năng làm mát trong động cơ đốt trong của ô tô hiện đại được tối ưu hóa về hiệu suất đòi hỏi van hằng nhiệt có phạm vi hoạt động rộng hơn so với van hằng nhiệt bằng sáp thông thường. Van hằng nhiệt điều khiển điện được phát triển để đáp ứng yêu cầu này. Van hằng nhiệt điều khiển điện được đặc trưng bởi phạm vi làm việc rộng hơn. Nhờ kiểm soát bổ sung thông qua hệ thống quản lý động cơ, nhiệt độ động cơ có thể được điều chỉnh hiệu quả hơn và đáp ứng nhu cầu. Điều này cải thiện tiêu thụ nhiên liệu và giảm lượng khí thải chất độc hại.
Các thành phần của van hằng nhiệt
Van chính/Van sơ cấp
Van chính hay van sơ cấp có chức năng điều khiển dòng nước làm mát động cơ đến két làm mát. Khi nhiệt độ nước làm mát ở động cơ tăng lên, van chính dần dần mở ra và tuần hoàn nước làm mát nhiều hơn vào két làm mát nơi mà nước được làm mát.
Van By-Pass / Van thứ cấp
Khi van bypass mở, nước làm mát sẽ tuần hoàn trong một mạch kín ở động cơ. Khi nhiệt độ nước làm mát động cơ tăng lên, van bypass bắt đầu đóng và nước làm mát được dẫn về phía két làm mát. Động cơ sẽ nhanh chóng bị quá nóng nếu nước làm mát không được chuyển sang két làm mát để làm mát.
Xilanh tích năng (Charge)
Xy lanh tích năng chứa đầy sáp và bắt đầu tan chảy (chuyển từ trạng thái rắn sang lỏng) khi nhiệt độ nước làm mát động cơ tăng lên. Sáp nóng chảy làm cho van baypass đóng lại và van chính mở ra; điều này làm cho nước làm mát hướng về phía bộ tản nhiệt. Khi nhiệt độ nước làm mát thấp hơn tức là khi động cơ nguội, sáp ở trạng thái rắn và van phân nhánh của bộ tản nhiệt mở.
Gioăng phớt
Gioăng phớt giúp cho việc làm kín, ngăn chặn dòng nước không mong muốn đi qua van chính. Đế gioăng (seat) phải sạch, liên tục để van có thể đóng kín cần thiết.
Lò xo
Lò xo sẽ đưa van chính về vị trí đóng khi nhiệt độ nước làm mát giảm xuống dưới một điểm nhất định.
Lò xo thứ cấp
Khi nhiệt độ hệ thống nước làm mát giảm, sáp xi lanh tích năng thay đổi trạng thái và một thanh co lại vào xi lanh tích năng. Lò xo thứ cấp cho phép thanh rút lại đến một điểm xác định, sau đó ứng suất dư của lò xo ngăn cản thanh rút lại thêm.
Van xả khí
Van xả khí được sử dụng để loại bỏ không khí (khí xả) ra khỏi hệ thống nước làm mát. Cần đảm bảo rằng luồng khí thoát ra được quay đến vị trí cao nhất có thể khi lắp đặt van hằng nhiệt vì đây là nơi không khí sẽ tập trung lại. Không phải tất cả các van hằng nhiệt đều có lỗ thoát khí.
Van hằng nhiệt hoạt động như thế nào
Van hằng nhiệt đóng vai trò như một van kiểm soát dòng chất làm mát và được thiết kế để đóng mở ở nhiệt độ cụ thể.
Khi động cơ nguội, van hằng nhiệt vẫn đóng, chặn dòng chất làm mát đến bộ tản nhiệt, cho phép động cơ nóng lên nhanh chóng đến nhiệt độ tối ưu.
Khi nhiệt độ của động cơ đạt đến nhiệt độ mong muốn (thường là khoảng 200 oF, 95 oC), van hằng nhiệt sẽ mở ra, cho phép dòng chất làm mát chảy đến bộ tản nhiệt và ngăn động cơ quá nóng.
Bí mật của van hằng nhiệt nằm ở xi lanh nhỏ (xilanh tích năng) nằm ở phía động cơ của thiết bị. Hình trụ này chứa đầy sáp bắt đầu tan chảy ở khoảng 180 oF (các van hằng nhiệt khác nhau mở ở nhiệt độ khác nhau, nhưng 180o F/82oC là nhiệt độ phổ biến).
Một thanh nối với van sẽ ép vào lớp sáp này. Khi sáp tan chảy, nó giãn nở đáng kể và đẩy thanh ra khỏi xi lanh, làm mở van.
Vì sao van hằng nhiệt quan trọng
- Nâng cao hiệu suất: Bằng cách duy trì động cơ ở nhiệt độ lý tưởng, van hằng nhiệt đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả. Điều này dẫn đến hiệu suất mượt mà hơn và thậm chí có thể tăng hiệu quả sử dụng nhiên liệu.
- Giảm lượng khí thải: động cơ hoạt động trong phạm vi nhiệt độ tối ưu sẽ tạo ra ít khí thải hơn. Điều này là do quá trình đốt cháy diễn ra hoàn thiện hơn, giảm thải ra các chất ô nhiễm có hại.
- Phòng ngừa quá nhiệt: Quá nhiệt là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây hư hỏng động cơ. Van hằng nhiệt giúp ngăn chặn điều này bằng cách đảm bảo chất làm mát lưu thông trong động cơ khi động cơ đạt nhiệt độ cao.
- Kéo dài tuổi thọ động cơ: Bằng cách ngăn chặn nhiệt độ khắc nghiệt, van hằng nhiệt góp phần kéo dài tuổi thọ của động cơ và các bộ phận của nó. Điều này có thể giúp chủ xe tiết kiệm đáng kể chi phí sửa chữa và thay thế theo thời gian.
Dấu hiệu hư hỏng van hằng nhiệt
- Động cơ quá nóng: Nếu van hằng nhiệt bị kẹt ở vị trí đóng sẽ ngăn cản nước làm mát lưu thông qua két nước để làm mát, khiến nhiệt độ động cơ tăng nhanh. Quá nhiệt này có thể gây ra hư hỏng nghiêm trọng bao gồm biến dạng đầu xi-lanh, thổi gioăng đầu và trong trường hợp nghiêm trọng là hỏng động cơ hoàn toàn.
- Động cơ chạy quá lạnh: Nếu van hằng nhiệt bị kẹt mở, nó sẽ cho phép chất làm mát chảy tự do qua động cơ và bộ tản nhiệt, ngăn không cho hoặc làm chậm động cơ đạt đến nhiệt độ vận hành tối thiểu. Động cơ chạy quá lạnh kém hiệu quả, dẫn đến tiết kiệm nhiên liệu kém.
- Nhiệt độ động cơ dao động: Nhiệt độ động cơ dao động có thể là do van hằng nhiệt đóng mở không đều. Điều này có thể gây nhầm lẫn cho máy tính của động cơ, dẫn đến hiệu suất kém, giảm hiệu suất sử dụng nhiên liệu và tăng lượng khí thải.
- Chỉ số đo nhiệt độ bất thường: Đồng hồ đo nhiệt độ trên bảng điều khiển ô tô của bạn có thể là dấu hiệu đầu tiên của van hằng nhiệt ô tô bị lỗi. Khi các chỉ số bất thường hoặc dao động đáng kể thì cần phải kiểm tra van hằng nhiệt và hệ thống làm mát.
- Tăng mức tiêu hao nhiên liệu: Khi động cơ không đạt được nhiệt độ tối ưu, nó có thể hoạt động kém hiệu quả hơn, cần nhiều nhiên liệu hơn để duy trì hiệu suất.
