Kiến thức cơ bản về nước làm mát động cơ

Trong động cơ diesel hạng nặng, chỉ một phần ba tổng năng lượng sinh ra có tác dụng đẩy xe về phía trước. Một phần ba bổ sung được loại bỏ dưới dạng nhiệt năng bởi hệ thống xả. Một phần ba nhiệt năng sinh ra còn lại được dung dịch làm mát động cơ lấy đi.

Nhiệt loại bỏ bởi chất làm mát này cung cấp sự cân bằng trong việc loại bỏ nhiệt động cơ, điều quan trọng trong việc đảm bảo rằng động cơ hoạt động tốt. Quá nóng có thể dẫn đến sự hư hỏng nhanh chóng của dầu và động cơ.

Trong khi nước cung cấp khả năng truyền nhiệt tốt nhất, glycol cũng được sử dụng trong chất làm mát động cơ để cung cấp khả năng bảo vệ khi đóng băng. Việc bổ sung glycol làm giảm nhẹ sự truyền nhiệt của nước, nhưng trong hầu hết các vùng khí hậu và ứng dụng, việc bảo vệ ngăn đông là rất quan trọng.

Gần như tất cả các động cơ đều sử dụng chất làm mát với chất lỏng gốc tương tự: hỗn hợp 50/50 giữa ethylene glycol và nước. Trong một số trường hợp, động cơ công nghiệp có thể sử dụng các chất lỏng gốc khác, chẳng hạn như nước bổ sung hoặc hỗn hợp propylene glycol và nước.

Ngoài chất lỏng cơ bản, có một lượng nhỏ các thành phần khác bao gồm chất ức chế ăn mòn, chất chống tạo bọt, thuốc nhuộm và các chất phụ gia khác. Trong khi các thành phần khác này chỉ chiếm một phần nhỏ của chất làm mát, chúng là những gì phân biệt chất làm mát này với chất làm mát khác.

Trong lịch sử ở Bắc Mỹ, chất làm mát động cơ thông thường có màu xanh lục. Hiện tại, những chất làm mát xanh này thường sử dụng hỗn hợp photphat / silicat làm thành phần chính trong hệ thống chất ức chế của chúng. Các chất ức chế thông thường như silicat và phốt phát hoạt động bằng cách tạo thành một lớp bảo vệ thực sự cách ly các kim loại khỏi chất làm mát.

Các chất ức chế này có thể được đặc trưng về mặt hóa học như các oxit vô cơ (silicat, phốt phát, borat, v.v.). Bởi vì các hệ thống ức chế này bị cạn kiệt do hình thành một lớp bảo vệ, các chất làm mát xanh thông thường cần được thay đổi định kỳ hai năm một lần, thường là hai năm một lần.

Các công nghệ đa dạng đã được phát triển để bảo vệ động cơ khỏi bị ăn mòn. Ở Châu Âu, các vấn đề với khoáng chất trong nước cứng buộc các công nghệ làm mát phải không chứa phốt phát. Canxi và magie, những khoáng chất có trong nước cứng, phản ứng với chất ức chế photphat để tạo thành photphat canxi hoặc magie, thường dẫn đến đóng cặn trên bề mặt động cơ nóng. Điều này có thể dẫn đến mất khả năng truyền nhiệt hoặc ăn mòn dưới quy mô.

Để thay thế phốt phát, chất làm mát thông thường của Châu Âu chứa hỗn hợp các ôxít vô cơ như silicat và chất ức chế được gọi là cacboxylat. Carboxylat cung cấp khả năng bảo vệ chống ăn mòn bằng cách tương tác hóa học tại các vị trí ăn mòn kim loại, chứ không phải bằng cách tạo thành một lớp chất ức chế bao phủ toàn bộ bề mặt.

Hỗn hợp cacboxylat và silicat còn được gọi là công nghệ lai vì nó là sự kết hợp giữa công nghệ vô cơ thông thường và công nghệ hoàn toàn cacboxylat hoặc công nghệ hữu cơ. Nước làm mát động cơ của Châu Âu có nhiều màu sắc khác nhau; thường mỗi nhà sản xuất yêu cầu một màu khác nhau.

Figure 1. Original Water Pump from
Caterpillar Engine with More Than 750,000
Miles Using Extended-Life Coolant (ELC).

Ở châu Á, các vấn đề với phớt máy bơm nước và khả năng truyền nhiệt kém đã dẫn đến việc cấm các chất làm mát có chứa silicat. Để bảo vệ, hầu hết các chất làm mát đều chứa hỗn hợp cacboxylat và các chất ức chế vô cơ như phốt phát.

Những chất làm mát này là giống lai. Chúng khác biệt với các giống lai châu Âu do thiếu silicat. Chất làm mát từ các OEM Châu Á có thể có nhiều màu khác nhau, bao gồm đỏ, cam và xanh lá cây.

Chất làm mát dựa trên cacboxylate kéo dài tuổi thọ được phát triển để được chấp nhận trên toàn cầu và cung cấp hiệu suất vượt trội so với các công nghệ hiện có. Công nghệ này còn được gọi là công nghệ phụ gia hữu cơ (OATs). Bởi vì chất làm mát đầy đủ cacboxylate không có silicat, chúng đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của các thông số kỹ thuật của Châu Á.

Chúng cũng đáp ứng các yêu cầu về chất chống đông của Châu Âu vì chúng không có phốt phát. Các chất làm mát động cơ này đã trở nên phổ biến trên toàn thế giới do có khả năng bảo vệ chống ăn mòn vượt trội trong khoảng thời gian dài.

Điều đáng chú ý là một số người gọi đây là “công nghệ phụ gia hữu cơ” (OAT) bởi vì các chất ức chế cung cấp bảo vệ chống ăn mòn có nguồn gốc từ axit cacboxylic. Trên thực tế, sự bảo vệ được cung cấp bởi các axit cacboxylic trung hòa được gọi là cacboxylat.

Sự phân biệt này rất quan trọng vì tất cả các chất làm mát hoạt động trong phạm vi pH trung tính hoặc cơ bản (pH bằng hoặc lớn hơn 7). Trên thực tế, hầu hết các chất làm mát được tạo ra bắt đầu bằng một tiền chất có tính axit, ví dụ, các chất làm mát thông thường dựa trên phốt phát bắt đầu cuộc sống của chúng dưới dạng axit photphoric.

Chất ức chế cacboxylate cung cấp khả năng bảo vệ chống ăn mòn bằng cách tương tác hóa học với các bề mặt kim loại khi cần thiết, không phải bằng cách đặt các lớp xuống phổ biến, đây là trường hợp của các chất làm mát thông thường và lai.

Ý nghĩa của sự khác biệt về chức năng này là rất lớn: vòng đời kéo dài, lớp nhôm bảo vệ nhiệt độ cao vượt trội, cũng như lợi thế truyền nhiệt trên cả bề mặt động cơ nóng và ống tản nhiệt loại bỏ nhiệt, nơi truyền nhiệt rất quan trọng để đạt được hiệu suất tối ưu. Chất làm mát dựa trên cacboxylate chất lượng cao đã chứng minh hiệu suất hơn 32.000 giờ trong các ứng dụng động cơ tĩnh mà không bị thay đổi.

Một thước đo để đánh giá hiệu suất kéo dài tuổi thọ thực sự là khi kết thúc thử nghiệm ở đội xe, chất làm mát đã sử dụng có thể được lấy ra khỏi động cơ và vẫn vượt qua thành công các bài kiểm tra được thiết kế cho chất làm mát mới!

Xem thêm: Nguyên nhân sôi nước làm mát và cách khắc phục

Xem thêm: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và nguyên lý hoạt động

Bảo dưỡng nước làm mát động cơ

Khu hậu mãi chứa đầy chất làm mát chất lượng cao và thấp với đủ màu sắc; do đó, màu sắc không phải là một chỉ số tốt về loại chất làm mát. Thực hành bảo trì tốt nhất là biết chính xác chất làm mát cần thiết và được đặt vào động cơ, đồng thời kiểm soát bất kỳ chất lỏng nào được sử dụng để khởi động thiết bị.

Mặc dù có nhiều kỹ thuật, nhưng nên sử dụng khúc xạ kế để đo tỷ lệ nước glycol vì nó cung cấp phương pháp đáng tin cậy nhất để xác định hàm lượng glycol chính xác của chất làm mát. Điều này xác định mức độ bảo vệ đông lạnh và đảm bảo nồng độ thích hợp của chất ức chế ăn mòn.

Một biện pháp bảo trì phòng ngừa khác bao gồm kiểm tra hệ thống làm mát để xác nhận rằng hệ thống đã đầy và hoạt động bình thường. Vận hành với lượng chất làm mát thấp có thể dẫn đến nhiều vấn đề vì chất làm mát không thể bảo vệ các bề mặt mà nó không tiếp xúc và hơi nước glycol có thể bị ăn mòn. Chỉ cần kiểm tra một bình tràn không phải là một phần của hệ thống dòng chảy có thể bị sai lệch nếu hệ thống hoạt động không bình thường. Ngoài ra, bản thân nắp bộ tản nhiệt có thể là một phần không thể thiếu của hệ thống nếu nó được thiết kế để giữ một áp suất cụ thể. Các nắp này có thể được kiểm tra để xác định xem chúng có đang giữ áp suất thích hợp hay không, đây là chìa khóa cho hoạt động trơn tru của hệ thống. Nếu áp suất hệ thống hoạt động thấp hơn thiết kế, chất làm mát sẽ sôi ở nhiệt độ thấp hơn.

Rất nhiều thông tin sai lệch về khả năng tương thích của các loại công nghệ làm mát khác nhau tồn tại trong tài liệu và thị trường. Mặc dù việc trộn hai chất làm mát khác nhau là không tốt, nhưng nó sẽ không dẫn đến các vấn đề về tính tương thích miễn là sử dụng chất làm mát từ các nhà cung cấp có uy tín, chất lượng cao.

Các chất làm mát thường được coi là tương thích, tuy nhiên, việc trộn lẫn các chất làm mát có hai chất lượng khác nhau sẽ tạo ra một hỗn hợp có chất lượng trung bình. Mặc dù không phải là một thảm họa, việc trộn một chất làm mát tuyệt vời với một chất làm mát tầm thường sẽ dẫn đến một chất làm mát có hiệu suất kém hơn.

Pha loãng quá mức với nước sẽ có tác động tiêu cực, bởi vì các chất ức chế ăn mòn sẽ có trong động cơ với số lượng thấp hơn so với thiết kế ban đầu. Chất làm mát hoạt động trên một loạt các độ pha loãng.

Chất làm mát tối ưu cho hầu hết các hệ thống làm mát là 50% chất làm mát và 50% nước chất lượng tốt, và nói chung chất làm mát chịu được độ pha loãng xuống khoảng 40% đậm đặc và 60% nước.

Nói chung, sự suy giảm chất làm mát được tính trong khoảng thời gian “khuyến nghị sử dụng” của nhà sản xuất. Chất làm mát thông thường có chứa silicat bị phân huỷ chủ yếu do sự cạn kiệt chất ức chế nhanh chóng. Điều này là do silicat đặt các lớp bảo vệ trên các thành phần hệ thống như một phần của cơ chế bảo vệ chúng.

Do đó, chất ức chế chất làm mát phải được bổ sung hoặc thay đổi thường xuyên để đảm bảo bề mặt vẫn được bảo vệ nếu lớp silicat bị xáo trộn.

Nói chung, chất làm mát bị phân hủy theo thời gian do ethylene glycol phân hủy thành các axit chủ yếu là glycolic và formic. Sự xuống cấp xảy ra nhanh hơn ở những động cơ hoạt động ở nhiệt độ cao hơn hoặc những động cơ cho phép nhiều không khí hơn vào hệ thống làm mát.

Chất làm mát phải được thử nghiệm hàng năm nếu nó được dự định vận hành hệ thống trong vài năm giữa các lần thay chất làm mát, và đặc biệt khi chất làm mát được sử dụng trong các ứng dụng khắc nghiệt. Một bài kiểm tra đảm bảo độ pH vẫn trên 7,0. Một số công nghệ chất làm mát có thể bảo vệ độ pH thấp đến 6,5, tuy nhiên, thông thường không tốt nếu cho phép chất làm mát hoạt động dưới độ pH 7,0.

Các sản phẩm phân hủy glycol có tính axit và góp phần làm giảm độ pH. Một khi chất làm mát bị phân hủy, do sự phân hủy glycol và độ pH giảm, các kim loại của động cơ có nguy cơ bị ăn mòn. Sự suy giảm chất làm mát có thể được làm chậm bằng cách sử dụng chất làm mát có chất ức chế tuổi thọ kéo dài và bằng cách đảm bảo rằng thiết bị đang hoạt động chính xác và trong giới hạn thiết kế được chỉ định.

Kiểm tra chất ức chế ăn mòn là một phương pháp khác để kiểm tra tình trạng nước làm mát. Trong khi các chất ức chế kéo dài tuổi thọ thường không cần phải thử nghiệm miễn là các khuyến nghị sử dụng thích hợp và chất lỏng chính xác được sử dụng để bổ sung, các chất ức chế thông thường đã cạn kiệt và cần được kiểm tra.

Ngoài các thử nghiệm về nitire và molybdate, hầu hết các chất làm mát thông thường cần bổ sung liên tục chất làm mát bổ sung (SCA) hoặc phân tích trong phòng thí nghiệm để đảm bảo hiệu suất phù hợp.

Các chất ức chế khác nhau, chẳng hạn như nitrit và molypdat, có thể dễ dàng theo dõi bằng cách sử dụng que thử. Bởi vì nitrit cạn kiệt nhanh chóng so với các chất ức chế khác, việc kiểm tra nitrit cho phép người ta biết được mức nitrit của chất làm mát, chứ không có gì khác.

Một số động cơ cần các chất ức chế như nitrit được duy trì ở mức nhất định để bảo vệ chống lại sự ăn mòn xâm thực , có thể xảy ra ở động cơ có ống lót xi lanh có thể tháo rời. Nitrit có xu hướng cạn kiệt nhanh chóng trong các chất làm mát thông thường và phải được bổ sung định kỳ.

Chất làm mát ELC dựa trên cacboxylat thường có mức độ suy giảm nitrit thấp hơn vì cacboxylat cung cấp khả năng bảo vệ xâm thực cần thiết và do đó, khoảng thời gian bảo trì phòng ngừa dài hơn nhiều.

Các nhà sản xuất thiết bị gốc dành cho ô tô (OEM) hiện khuyến nghị sử dụng chất làm mát hybrid hoặc carboxylate ELC đầy đủ. Chất làm mát thông thường, màu xanh lá cây tiêu chuẩn không có trong ảnh này. Các khuyến nghị OEM về động cơ diesel hạng nặng có nhiều khả năng.

Trong lĩnh vực công nghiệp, một số OEM yêu cầu sử dụng chất làm mát silicated, trong khi những OEM khác yêu cầu không có silicat vì lo ngại về truyền nhiệt. Tương tự, một số yêu cầu không chứa phốt phát để tránh đóng cặn trong nước cứng. Lớp cáu cặn này có xu hướng tạo cặn trên phần nóng nhất của động cơ, làm giảm sự truyền nhiệt và có thể gây ăn mòn.

Cuối cùng, một số OEM yêu cầu sử dụng nitrit để bảo vệ chống xâm thực, trong khi những OEM khác không yêu cầu như vậy. Bởi vì hiện tượng tạo khoang lót xi lanh là thiết kế cụ thể, tất cả các động cơ không bị ảnh hưởng theo cùng một cách. Điều quan trọng là phải hiểu nhu cầu của thiết bị cụ thể.

Chất làm mát đóng một vai trò quan trọng trong việc duy trì cân bằng nhiệt động cơ và bảo vệ các bộ phận của động cơ chống lại sự ăn mòn. Ước tính khoảng 60% thời gian ngừng hoạt động của động cơ trong lĩnh vực vận tải đường bộ thương mại có liên quan đến chất làm mát.

Bất kể thị trường mà chất làm mát được sử dụng, có thể an toàn khi cho rằng việc giáo dục chất làm mát liên quan đến hóa học sản phẩm, sử dụng và bảo trì liên tục đóng một vai trò quan trọng trong việc tạo ra một môi trường hiệu quả và có lợi nhuận.

Sử dụng chất làm mát động cơ chất lượng cao từ nhà cung cấp có uy tín và tuân thủ các quy trình bảo dưỡng phòng ngừa cẩn thận sẽ giúp đảm bảo động cơ được bảo vệ thích hợp.

Xem thêm: Cách kiểm tra nước làm mát oto, bao lâu phải thay?

Xem thêm: Nước làm mát ô tô là gì? Khi nào nên thay nước làm mát ô tô?

Xem thêm: Kiến thức cơ bản về nước làm mát động cơ

Nguồn: www.machinerylubrication.com