Vai trò của quạt trong việc làm mát bằng chất lỏng

Việc truyền nhiệt sinh ra trong quá trình vận hành của động cơ ra khí quyển đòi hỏi phải thổi liên tục bộ tản nhiệt của hệ thống làm mát. Cường độ của luồng không khí tốc độ cao tới không phải lúc nào cũng đủ cho việc này. Ở tốc độ thấp và điểm dừng hoàn toàn, một quạt làm mát bổ sung được thiết kế đặc biệt sẽ phát huy tác dụng.

Sơ đồ phun khí vào bộ tản nhiệt

Có thể đảm bảo sự di chuyển của các khối khí qua cấu trúc tổ ong của bộ tản nhiệt theo hai cách - tạo lực không khí dọc theo hướng của dòng chảy tự nhiên từ bên ngoài hoặc tạo chân không từ bên trong. Không có sự khác biệt cơ bản, đặc biệt nếu sử dụng hệ thống tấm chắn khí - bộ khuếch tán. Chúng cung cấp tốc độ dòng chảy tối thiểu để tránh nhiễu loạn vô ích xung quanh các cánh quạt.

Như vậy, có hai phương án điển hình để tổ chức thổi. Trong trường hợp đầu tiên, quạt nằm trên động cơ hoặc khung tản nhiệt trong khoang động cơ và tạo ra một luồng áp lực đến động cơ, lấy không khí từ bên ngoài và đi qua bộ tản nhiệt. Để ngăn các cánh quạt chạy không tải, không gian giữa bộ tản nhiệt và cánh quạt được đóng càng chặt càng tốt bằng bộ khuếch tán bằng nhựa hoặc kim loại. Hình dạng của nó cũng thúc đẩy việc sử dụng diện tích tổ ong tối đa, vì đường kính quạt thường nhỏ hơn nhiều so với kích thước hình học của tản nhiệt.

Khi cánh quạt được đặt ở mặt trước, chỉ có thể truyền động quạt từ động cơ điện, vì lõi tản nhiệt ngăn cản kết nối cơ học với động cơ. Trong cả hai trường hợp, hình dạng đã chọn của tản nhiệt và hiệu suất làm mát cần thiết có thể buộc phải sử dụng quạt đôi với cánh quạt có đường kính nhỏ hơn. Cách tiếp cận này thường đi kèm với một sự phức tạp của thuật toán vận hành, các quạt có thể được chuyển đổi riêng biệt, điều chỉnh cường độ luồng không khí tùy thuộc vào tải và nhiệt độ.

Bản thân cánh quạt có thể có thiết kế khá phức tạp và khí động học. Nó có một số yêu cầu:

• số lượng, hình dạng, biên dạng và bước của các cánh phải đảm bảo tổn thất tối thiểu mà không dẫn đến chi phí năng lượng bổ sung cho quá trình nghiền không khí vô ích;
• trong một phạm vi tốc độ quay nhất định, dòng chảy bị ngưng trệ sẽ bị loại trừ, nếu không việc giảm hiệu suất sẽ ảnh hưởng đến chế độ nhiệt;
• quạt phải được cân bằng và không tạo ra các dao động cả cơ học và khí động học có thể tải các ổ trục và các bộ phận liền kề của động cơ, đặc biệt là các kết cấu tản nhiệt mỏng;
• tiếng ồn của cánh quạt cũng được giảm thiểu phù hợp với xu hướng giảm âm nền chung của các phương tiện giao thông.

Nếu chúng ta so sánh những chiếc quạt xe hơi hiện đại với những chiếc cánh quạt nguyên thủy cách đây nửa thế kỷ, thì chúng ta có thể lưu ý rằng khoa học đã làm việc với những chi tiết khá rõ ràng như vậy. Điều này có thể được nhìn thấy ngay cả bên ngoài, và trong quá trình hoạt động, một chiếc quạt tốt gần như âm thầm tạo ra một áp suất không khí mạnh đến không ngờ.

Các loại ổ đĩa quạt

Tạo ra một luồng không khí cường độ cao đòi hỏi một lượng đáng kể công suất truyền động của quạt. Năng lượng cho việc này có thể được lấy từ động cơ theo nhiều cách khác nhau.

Quay liên tục từ một ròng rọc

Trong những thiết kế đơn giản nhất ban đầu, cánh quạt chỉ đơn giản được đặt trên puli truyền động của máy bơm nước. Hiệu suất được cung cấp bởi đường kính ấn tượng của chu vi của các cánh quạt, vốn chỉ đơn giản là các tấm kim loại được uốn cong. Không có yêu cầu về tiếng ồn, động cơ cũ gần đó bóp nghẹt mọi âm thanh.

Tốc độ quay tỷ lệ thuận với số vòng quay của trục khuỷu. Một yếu tố nhất định của việc kiểm soát nhiệt độ đã có mặt, bởi vì với sự gia tăng tải trọng trên động cơ và do đó tốc độ của nó, quạt cũng bắt đầu truyền không khí qua bộ tản nhiệt một cách mạnh mẽ hơn. Các bộ làm lệch hướng hiếm khi được lắp đặt, mọi thứ đã được bù đắp bằng bộ tản nhiệt quá khổ và một lượng lớn nước làm mát. Tuy nhiên, khái niệm quá nóng đã được các tài xế thời đó biết đến, là cái giá phải trả cho sự đơn giản và thiếu suy nghĩ.

Khớp nối nhớt

Các hệ thống nguyên thủy có một số nhược điểm:

• làm mát kém ở tốc độ thấp do tốc độ thấp của bộ truyền động trực tiếp;
• với sự gia tăng kích thước của cánh quạt và thay đổi tỷ số truyền để tăng luồng không khí khi không tải, động cơ bắt đầu siêu lạnh với tốc độ tăng dần, và mức tiêu thụ nhiên liệu cho chuyển động quay ngu ngốc của cánh quạt đạt một giá trị đáng kể;
• trong khi động cơ nóng lên, quạt vẫn tiếp tục làm mát khoang động cơ, thực hiện hoàn toàn nhiệm vụ ngược lại.

Rõ ràng là việc tăng thêm hiệu suất và công suất của động cơ sẽ đòi hỏi phải điều khiển tốc độ quạt. Vấn đề đã được giải quyết ở một mức độ nào đó bằng một cơ chế được biết đến trong lĩnh vực nghệ thuật là một khớp nối nhớt. Nhưng ở đây nó phải được sắp xếp theo một cách đặc biệt.

Ly hợp quạt, nếu chúng ta hình dung nó một cách đơn giản và không tính đến các phiên bản khác nhau, bao gồm hai đĩa có khía, giữa chúng có một chất lỏng không phải Newton, tức là dầu silicone, thay đổi độ nhớt tùy thuộc vào tốc độ chuyển động tương đối của các lớp của nó. Cho đến sự kết nối nghiêm túc giữa các đĩa thông qua một lớp gel nhớt mà nó sẽ biến thành. Nó chỉ được đặt ở đó một van nhạy cảm với nhiệt độ, van này sẽ cung cấp chất lỏng này vào khe hở với sự gia tăng nhiệt độ động cơ. Thật không may, một thiết kế rất thành công không phải lúc nào cũng đáng tin cậy và lâu bền. Nhưng thường được sử dụng.

Rôto được gắn với một ròng rọc quay từ trục khuỷu, và một bánh công tác được đặt trên stato. Ở nhiệt độ cao và tốc độ cao, quạt tạo ra hiệu suất tối đa. Mà không lấy đi năng lượng dư thừa khi luồng không khí không cần thiết.

Ly hợp từ tính

Để không bị ảnh hưởng bởi các hóa chất trong khớp nối không phải lúc nào cũng ổn định và bền, một giải pháp dễ hiểu hơn từ quan điểm kỹ thuật điện thường được sử dụng. Ly hợp điện từ gồm các đĩa ma sát tiếp xúc và truyền chuyển động quay dưới tác dụng của dòng điện cung cấp cho nam châm điện. Dòng điện đến từ một rơ le điều khiển đóng thông qua cảm biến nhiệt độ, thường được gắn trên bộ tản nhiệt. Ngay khi xác định được luồng không khí không đủ, tức là chất lỏng trong bộ tản nhiệt quá nóng, các tiếp điểm đóng lại, ly hợp hoạt động và cánh quạt được quay bởi cùng một dây đai qua các puli. Phương pháp này thường được sử dụng trên các xe tải hạng nặng có quạt công suất lớn.

ổ điện trực tiếp

Thông thường, quạt có cánh quạt gắn trực tiếp trên trục động cơ được sử dụng trên ô tô du lịch. Nguồn điện của động cơ này được cung cấp giống như trong trường hợp được mô tả với ly hợp điện, ở đây chỉ cần truyền động đai chữ V với các puli. Khi cần thiết, động cơ điện tạo ra luồng không khí, tắt ở nhiệt độ bình thường. Phương pháp này được thực hiện với sự ra đời của động cơ điện nhỏ gọn và mạnh mẽ.

Một chất lượng thuận tiện của truyền động như vậy là khả năng làm việc với động cơ đã dừng. Các hệ thống làm mát hiện đại được tải nhiều và nếu luồng không khí dừng đột ngột và máy bơm không hoạt động, thì có thể xảy ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ ở những nơi có nhiệt độ tối đa. Hoặc xăng sôi trong hệ thống nhiên liệu. Quạt có thể chạy một lúc sau khi dừng để tránh sự cố.

Sự cố, trục trặc và sửa chữa

Bật quạt đã có thể được coi là một chế độ khẩn cấp, vì nó không phải là quạt điều chỉnh nhiệt độ, mà là bộ điều chỉnh nhiệt. Do đó, hệ thống luồng không khí cưỡng bức được chế tạo rất đáng tin cậy và hiếm khi xảy ra lỗi. Nhưng nếu quạt không bật và động cơ sôi thì cần kiểm tra các bộ phận dễ bị hỏng nhất:

• trong bộ truyền động bằng dây đai, dây đai có thể bị lỏng và trượt, cũng như đứt hoàn toàn, tất cả điều này rất dễ xác định bằng mắt thường;
• Phương pháp kiểm tra khớp nối nhớt không đơn giản như vậy nhưng nếu nhớt bị trượt nhiều trên động cơ nóng thì đây là dấu hiệu cần thay thế;
• Truyền động điện từ, cả ly hợp và động cơ điện, được kiểm tra bằng cách đóng cảm biến, hoặc trên động cơ phun bằng cách tháo đầu nối khỏi cảm biến nhiệt độ của hệ thống điều khiển động cơ, quạt sẽ bắt đầu quay.

Một chiếc quạt bị lỗi có thể phá hủy động cơ, bởi vì quá nóng sẽ dẫn đến một cuộc đại tu lớn. Vì vậy, không thể lái xe với những khiếm khuyết như vậy ngay cả trong mùa đông. Các bộ phận hỏng hóc phải được thay thế ngay lập tức và chỉ nên sử dụng các bộ phận thay thế từ một nhà sản xuất đáng tin cậy. Cái giá của vấn đề là động cơ, nếu nó được điều khiển bởi nhiệt độ, thì việc sửa chữa có thể không hữu ích. Trong bối cảnh đó, chi phí của một bộ cảm biến hoặc một động cơ điện đơn giản là không đáng kể.