Quạt gió két nước là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phân loại quạt làm mát động cơ

Quạt gió két nước là gì ?

Quạt gió két nước (Radiator Fan) là bộ phận quan trọng trong hệ thống làm mát động cơ ô tô. Nhiệm vụ của quạt là tạo luồng không khí đi qua két nước nhằm tăng khả năng tản nhiệt của nước làm mát, giúp động cơ luôn duy trì nhiệt độ làm việc tối ưu.

Khi xe di chuyển ở tốc độ cao, lượng gió tự nhiên đi qua két nước thường đủ để làm mát động cơ. Tuy nhiên, khi xe chạy chậm, dừng đèn đỏ, kẹt xe hoặc làm việc dưới tải nặng, quạt két nước sẽ tự động hoạt động để tăng lưu lượng gió qua két nước, ngăn động cơ quá nhiệt.

Hiện nay, phần lớn ô tô sử dụng quạt điện điều khiển bởi ECU, trong khi một số xe tải, xe chuyên dụng hoặc động cơ đời cũ vẫn sử dụng quạt cơ khí dẫn động bằng dây đai.

Cấu tạo quạt két nước

Quạt két nước gồm các bộ phận chính:

• Cánh quạt.
• Mô tơ quạt hoặc bộ dẫn động cơ khí.
• Khung quạt (Fan Shroud).
• Puly và dây đai (đối với quạt cơ khí).
• Rơ-le quạt.
• Cảm biến nhiệt độ nước làm mát.
• Giắc điện và dây dẫn.

Đối với quạt cơ khí, cánh quạt được lắp cùng cụm bơm nước và quay theo tốc độ động cơ thông qua dây đai. Đối với quạt điện, mô tơ quạt chỉ hoạt động khi ECU hoặc rơ-le nhận tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát.

Hình 1. Quạt két nước
1.Cánh quạt két nước, 2. Puly bơm nước

Có hai chí tiêu để đánh giá chất lượng của quạt: đo là năng suất (lưu lượng gió) của quạt và công suất tiêu tốn cho dẫn động quạt. Đối với một két nước cụ thể, năng suất thể hiện bằng tốc độ gió qua két làm mát. Hai chỉ tiêu trên phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: số vòng quay của quạt, kích thước cách, góc nghiêng của cách và vị trí tương quan giữa quạt và két nước.

Tăng góc nghiêng của cánh và tăng số vòng quay của quạt đều làm cho công suất dẫn động quạt tăng lên. Thông thường góc nghiêng tốt nhất đối với quạt phẳng là 46 -45° và với quạt cánh lôi là 38°. Tăng góc nghiêng và tăng chiều rộng cách quạt có làm cho lưu lượng tăng nhưng công suất dẫn động quạt tăng mãnh liệt, vì vậy đối với động cơ ô tô máy kéo đường kính quạt không vượt quá 0,65m và chiểu rộng không vượt quá 70mm.

 Khoảng cách từ quạt đến két phụ thuộcvảo việc tố chức dòng khí làm mát tiếp các bộ phận dưới nắp xe. Khi có lắp các bản hướng dòng khí thì khoảng cách đó cho phép đến 80 - 100mm. Nếu không thì không nên vượt quá 10 -15mm. Số cánh tăng làm năng suất tăng theo nhưng không nên vượt quá cánh.

Cách quạt được đập bằng thép tấm có chiều dày 1,2 - 1,6mm rồi bắt chặt vào moay ơ, trước khi lắp phải cân bằng. Loại cách quạt chế tạo bằng vật liệu polyme thì không cần cân bằng. Để giảm tiếng ồn loại quạt 4 cánh được chế tạo theo hình chữ X với góc giữa hai cánh là 70 độ - 110 độ. Quạt được dẫn động bằng đai truyền hình thang, tốc độ của đai truyền không vượt quá 30 - 35 m/s. Trên một số động cơ quạt được dẫn động bằng xích, còn dẫn động bánh răng thì ít gặp. Tý số truyền động quạt nằm trong khoảng 1,0 - 1,3. Ngoài ra còn có bộ phận áo làm mát. Áo làm mát được hình thành bởi khoang trống nằm giữa thành ngoài nắp máy với thành buồng đốt. Đặc biệt ở những chỗ bố trí đường xả thì cần được tăng cường làm mát.

Nguyên lý hoạt động của quạt két nước

Quạt két nước hoạt động theo nguyên lý điều khiển nhiệt độ.

Quá trình làm việc diễn ra như sau:

• Động cơ sinh nhiệt trong quá trình vận hành.
• Nước làm mát hấp thụ nhiệt từ động cơ.
• Nước nóng đi tới két nước để giải nhiệt.
• Khi nhiệt độ nước đạt ngưỡng quy định, cảm biến nhiệt độ gửi tín hiệu đến ECU.
• ECU điều khiển rơ-le cấp điện cho mô tơ quạt.
• Quạt quay, hút hoặc thổi không khí qua két nước.
• Khi nhiệt độ giảm xuống mức tiêu chuẩn, ECU sẽ ngắt điện và quạt dừng hoạt động.

Nhờ nguyên lý này, động cơ luôn duy trì nhiệt độ làm việc ổn định, tiết kiệm nhiên liệu và giảm nguy cơ quá nhiệt.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả làm mát của quạt

Hiệu quả của quạt két nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:

• Đường kính cánh quạt.
• Số lượng cánh quạt.
• Góc nghiêng của cánh.
• Tốc độ quay.
• Khoảng cách giữa quạt và két nước.
• Thiết kế khung hướng gió.

Đường kính lớn và lưu lượng gió cao sẽ giúp tăng khả năng làm mát nhưng cũng làm tăng công suất tiêu thụ. Vì vậy, các nhà sản xuất luôn lựa chọn kích thước và tốc độ quạt phù hợp với từng loại động cơ nhằm đạt hiệu quả làm mát tốt nhất đồng thời giảm tiếng ồn và tiết kiệm năng lượng.

Phân loại quạt gió két nước

Có nhiều cách phân loại quạt két nước.

Theo phương pháp dẫn động

Quạt cơ khí

Quạt được dẫn động trực tiếp từ động cơ thông qua dây đai và puly.

Ưu điểm:

• Kết cấu đơn giản.
• Độ bền cao.
• Ít hỏng hóc.

Nhược điểm:

• Luôn quay theo tốc độ động cơ.
• Tiêu hao công suất.
• Làm tăng mức tiêu hao nhiên liệu.

Quạt điện

Quạt sử dụng mô tơ điện và được điều khiển bởi ECU hoặc rơ-le.

Ưu điểm:

• Chỉ hoạt động khi cần thiết.
• Tiết kiệm nhiên liệu.
• Hiệu quả làm mát cao.
• Giảm tiếng ồn.
• Có thể điều khiển nhiều cấp tốc độ.

Đây là loại được sử dụng trên hầu hết các dòng ô tô hiện đại.

Theo hướng tạo gió

Quạt hút (Puller Fan)

Được lắp phía sau két nước, hút không khí đi qua két nước.

Đây là kiểu phổ biến nhất vì hiệu quả làm mát cao.

Quạt đẩy (Pusher Fan)

Được lắp phía trước két nước, thổi không khí xuyên qua két nước.

Loại này thường được sử dụng làm quạt phụ hoặc trên những xe có không gian lắp đặt hạn chế.

Hinh 2. Sơ đồ các phương án dẫn động và kết cấu quạt gió.
1. Cánh quạt; 2. Bulông; 3. Bánh đai dẫn động cơ cấu phụ; 4. Vòng bít; 5.Ổ bi; 6. Bánh răng; 7. Trục; 8.Bánh công tác; 9. Nắp dâu trục; 10. Trục của quạt gió; 11.Bánh đai truyền; 12. Tang trống có cánh.

Hình minh họa cho thấy một số phương án dẫn động quạt bằng dây đai, bánh răng hoặc các cơ cấu truyền động khác. Trên ô tô hiện đại, quạt điện vẫn là giải pháp phổ biến nhờ khả năng điều khiển linh hoạt và hiệu quả cao.

Các kiểu bố trí quạt trong hệ thống làm mát

Tùy theo thiết kế của từng hãng xe, quạt có thể được bố trí ở nhiều vị trí khác nhau nhằm tối ưu luồng gió đi qua két nước và khoang động cơ.

  Hình 3. Các phương án bố trí bản hướng gió và dẫn động quạt gió trên động cơ một hàng xi lanh.

Bản hướng gió (Fan Shroud) giúp tập trung luồng gió đi qua toàn bộ bề mặt két nước thay vì chỉ đi qua khu vực gần cánh quạt, từ đó nâng cao hiệu quả tản nhiệt.

Quạt gió dùng trên động cơ làm mát bằng không khí có thể là quạt li tâm hoặc có thế là quạt hướng trục, nhưng thông dụng nhất là quạt hướng trục. Quạt gió cung cấp lưu lượng gió cần thiết và có tốc độ cao để làm mát động cơ. Ở động cơ quạt gió thường dùng để làm mát là quạt li tâm, có cấu tạo bao ngoài cánh quạt là vỏ, trục quạt được quay trên hai ố bi. Vỏ và cánh quạt gió thường được chế tạo bằng nhôm, được lắp ổ bên phải động cơ, phía trên của vỏ quạt gắn với nắp xy lanh, còn phía dưới gắn với cácte. Không khí làm mát được thối do quạt gió đặt phía trước động cơ thổi vào phiến tản nhiệt hoặc được hút qua phiến tản nhiệt bởi quạt đặt ở phía bánh đà.

Khi lưu lượng khí tiêu hao như nhau thì sức cần khí động của dòng khí khi dùng quạt hút cao hơn 12-23% và công suất tốn thất cho làm mát trong trường hợp này cũng tăng lên 15-32% . Độ chênh lệch nhiệt độ tăng khoảng 4-6°C. Các kiểu bố trí quạt gió của động cơ một hàng xi lanh giới thiệu trên hình 3 và kiểu bố trí của động cơ chữ V trên hình 4

Hình 4. Bố trí quạt gió và bản dẫn gió trong động cơ bố trí hình chữ V

Ở các động cơ chữ V hoặc động cơ có khoang máy lớn, vị trí quạt và bản hướng gió được thiết kế nhằm đảm bảo không khí lưu thông đều qua toàn bộ két nước và các bộ phận cần làm mát.

Quạt gió của động cơ một hàng xy lanh cũng như động cơ bố trí theo hình chữ V được dẫn động bằng nhiều cách: bằng bánh răng, xích, đai truyền hoặc dẫn động trực tiếp bằng đuôi trục khuỷu ở hình 4. Dẫn động quạt gió theo hai cách đầu tốt hơn so với cách thứ ba vì không bị trượt như khi dùng đai truyền dùng bánh răng và xích có bị mòn, gião. Hơn nữa do tý số truyền giữa trục khuỷu và trục quạt không đổi , nên tốc độ của quạt gió thay đối đúng theo sự thay đổi của số vòng quay truc khuýu.

Dẫn động quạt gió bằng bánh răng thường được dùng trong động cơ có số xi lanh ít hơn 4 và đường kính xi lanh nhỏ hơn 120mm. Dẫn động quạt gió bằng xích, nếu dùng loại xích đặc biệt (xích răng) thì có thế giảm được tiếng ổn so với dẫn động bằng xích răng. Nhưng do sau một thời gian làm việc, xích bị mòn rão, ta dùng bánh căng xích, tuy nhiên, phần lớn các động cơ làm mát bằng gió thường dẫn động quạt gió bằng đai truyền. Phương án này dẫn động rất đơn giản, êm và cũng tương đối bên.

Nhưng khi dùng đai truyền để đẫn động quạt gió, đai truyền thường chóng bị rão gây nên hiện tượng trượt đai ảnh hưởng đến số vòng quay của quạt. Vì vậy khi dùng đai truyền để dẫn động quạt gió, bao giờ cũng phải dùng bánh căng đai để đảm bảo độ căng nhất định của đai truyền. Đối với những động cơ làm mát bằng không khí có số xilanh ít hơn hai thì quạt gió thưởng được dẫn động trực tiếp bằng đuôi trục khuýu.

Gân tản nhiệt và khả năng trao đổi nhiệt

Ngoài quạt két nước, hiệu quả làm mát còn phụ thuộc vào thiết kế của két nước và các gân tản nhiệt.

Gân tản nhiệt có nhiệm vụ tăng diện tích tiếp xúc với không khí để nâng cao khả năng truyền nhiệt. Hình dạng, khoảng cách và chiều dày của các gân sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả trao đổi nhiệt cũng như lực cản của dòng không khí.

Hình 5. Các dạng bề mặt gân tản nhiệt

a.Dạng bề mặt parabol lõm; b.Dạng tam giác; c.Dạng hình thang; d. Dạng hình
chữ nhật

Trong thực tế, các nhà sản xuất lựa chọn hình dạng gân tản nhiệt phù hợp để cân bằng giữa khả năng truyền nhiệt, độ bền và chi phí sản xuất. 

Dấu hiệu quạt két nước bị hỏng

Một số dấu hiệu thường gặp gồm:

• Động cơ nóng nhanh.
• Kim báo nhiệt tăng cao.
• Điều hòa kém mát khi xe dừng.
• Quạt không quay hoặc quay liên tục.
• Quạt quay chậm hoặc quay không đúng tốc độ.
• Quạt phát ra tiếng kêu lớn.
• Xe báo lỗi nhiệt độ động cơ.

Khi phát hiện các dấu hiệu trên, cần kiểm tra mô tơ quạt, cầu chì, rơ-le, cảm biến nhiệt độ nước làm mát và hệ thống dây điện để xử lý kịp thời.

Cách bảo dưỡng quạt két nước

Để quạt hoạt động ổn định, người sử dụng nên:

• Kiểm tra mức nước làm mát định kỳ.
• Vệ sinh két nước và cánh quạt.
• Kiểm tra dây đai (đối với quạt cơ khí).
• Kiểm tra cầu chì và rơ-le quạt.
• Thay nước làm mát đúng chu kỳ.
• Kiểm tra mô tơ quạt khi phát hiện tiếng ồn bất thường.

Việc bảo dưỡng định kỳ giúp kéo dài tuổi thọ quạt két nước, hạn chế hiện tượng quá nhiệt và bảo vệ động cơ.

Kết luận

Quạt gió két nước là bộ phận không thể thiếu trong hệ thống làm mát của ô tô. Dù là quạt cơ khí hay quạt điện, nhiệm vụ chính đều là tăng lưu lượng không khí qua két nước để duy trì nhiệt độ làm việc lý tưởng cho động cơ.

Việc hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phân loại cũng như các dấu hiệu hư hỏng sẽ giúp người sử dụng chủ động bảo dưỡng, phát hiện sớm sự cố và đảm bảo xe luôn vận hành ổn định.