Chúng hoạt động như thế nào và cách chẩn đoán chúng đúng?

Bộ ly hợp quạt hoặc ly hợp visco, như đôi khi được gọi, thường là một trong những bộ phận ít được hiểu rõ nhất trong hệ thống làm mát của động cơ và do đó, nó cũng là một trong những bộ phận bị chẩn đoán sai nhiều nhất trong toàn bộ xe. Tuy nhiên, với sự hiểu biết đúng đắn về cách thức hoạt động của nó và với thiết bị phù hợp, nó không quá khó. Do đó, trong bài viết này, chúng tôi sẽ cố gắng làm sáng tỏ vấn đề và hy vọng sẽ giúp bạn hiểu liệu bộ phận này có thực sự bị lỗi hay không.

Vì vậy, trước hết, phạm vi đầy đủ các chức năng mà bộ phận này cần thực hiện là gì và nó thực sự hoạt động như thế nào? Mục đích của ly hợp quạt là để điều khiển quạt động cơ, không chỉ để cho phép nó cung cấp không khí làm mát cho các bộ trao đổi nhiệt ở phía trước xe, mà còn để làm cho nó chỉ làm như vậy khi cần thiết và chỉ cung cấp lượng không khí cần thiết khi nó làm. Hai điểm sau rất quan trọng cần lưu ý vì chúng thường bị bỏ qua hoặc không được hiểu là một phần của chức năng chính của ly hợp quạt. Lý do tại sao điều này quan trọng là vì quạt động cơ sẽ lấy năng lượng từ động cơ liên quan trực tiếp đến tốc độ quay của nó và nếu tải làm mát trên các hệ thống khác nhau là thấp thì chỉ cần một lượng nhỏ không khí. Do đó, tốc độ quạt phải tương ứng thấp để không hút quá nhiều không khí, do đó làm mất năng lượng của động cơ một cách không cần thiết và do đó lãng phí nhiên liệu và tiền bạc. Điểm mấu chốt là ly hợp quạt không chỉ có mặt để dẫn động quạt động cơ mà còn để làm như vậy một cách hiệu quả.

Vậy thì, nó thực sự làm điều này như thế nào?
Nói một cách ngắn gọn, ly hợp quạt nhớt bao gồm hai nửa được ghép nối với nhau và có khả năng quay bán độc lập với nhau. Phía đầu vào được nối với động cơ trực tiếp hoặc bằng một dây đai và do đó quay theo một mối quan hệ cố định với động cơ. Phía đầu ra được gắn trên một ổ trục, lần lượt được gắn trên trục đầu vào để cho phép nó quay với tốc độ khác với tốc độ của phía đầu vào. Có một phớt trên trục đầu vào để giữ cho cụm được bịt kín. Các mặt đầu vào và đầu ra có một hệ thống rãnh đồng tâm khớp nối và không gian kín giữa chúng được lấp đầy bởi một lượng dầu silicon khác nhau liên quan đến lượng truyền động cần thiết từ ly hợp quạt. Lượng dầu trong không gian có rãnh giữa hai nửa được điều khiển bởi một van được kết nối với một phần tử nhiệt nằm ở phía trước ly hợp quạt. Dầu được giải phóng từ một bình chứa tích hợp vào cụm khi cần nhiều dầu hơn và nó được bơm trở lại bình chứa này khi cần ít dầu hơn trong không gian làm việc. Khi phần tử nhiệt nóng lên để đáp ứng với không khí nóng hơn do sự gia tăng tải nhiệt, van sẽ cho phép nhiều dầu hơn chảy vào không gian có rãnh giữa hai nửa. Điều này làm tăng lực cắt nhớt (ma sát) giữa các mặt đầu vào và đầu ra và do đó làm tăng tốc độ của mặt đầu ra. Do đó, quạt hút nhiều không khí làm mát hơn qua các bộ trao đổi nhiệt, điều này cân bằng khả năng làm mát của không khí với tải nhiệt của hệ thống.

Bây giờ chúng ta đã có một phác thảo cơ bản về cách hệ thống hoạt động, cần phải hiểu các đặc tính hệ thống của một ly hợp quạt nhớt hoạt động đúng cách để chúng ta có thể diễn giải các đặc tính hệ thống không phù hợp và do đó phân biệt một ly hợp quạt hoạt động với một ly hợp bị hỏng.

Trong một hệ thống hoạt động chính xác, chúng ta sẽ thấy rằng khi động cơ được khởi động, ly hợp quạt sẽ được đóng vào chính xác như khi động cơ được tắt lần cuối. Điều này có nghĩa là ngay cả khi động cơ lạnh buốt khi khởi động, quạt sẽ được đóng hoàn toàn nếu động cơ đang chạy ở tải nhiệt đầy đủ khi nó được tắt lần cuối. Điều này là do thể tích dầu trong không gian có rãnh giữa các mặt đầu vào và đầu ra vẫn giống như khi động cơ tắt và ly hợp ngừng quay. Khi động cơ được khởi động lại lần đầu tiên (khi nó lạnh), dầu trong buồng làm việc (không gian có rãnh giữa hai nửa đầu vào và đầu ra) sẽ bắt đầu lưu thông trở lại bình chứa, do đó làm giảm lực truyền động do ly hợp quạt truyền trở lại điểm mà quạt hoàn toàn ngắt. Tại thời điểm này, quạt sẽ quay chỉ với một mô-men xoắn truyền động rất nhỏ do lực ma sát trong ổ trục. Khi động cơ nóng lên, không khí đi qua các bộ trao đổi nhiệt cũng sẽ nóng lên, để đáp ứng với đó, phần tử nhiệt ở phía trước ly hợp sẽ bắt đầu mở dần van điều khiển dòng dầu. Điều này sẽ làm cho mô-men xoắn truyền động của hệ thống tăng dần cân bằng với tải nhiệt trên hệ thống cho đến điểm mà nó được đóng hoàn toàn trở lại.

Một sai lệch nhỏ so với mô hình trên sẽ được nhìn thấy khi khởi động nguội được thực hiện do ảnh hưởng của độ nhớt dầu, cao hơn ở nhiệt độ thấp hơn so với nhiệt độ hoạt động. Hiệu quả của việc này là khi dầu lạnh, lượng đóng quạt sẽ cao hơn đối với một lượng dầu nhất định trong buồng làm việc so với khi dầu ấm và do đó, một lượng đóng quạt nhất định sẽ luôn có mặt khi khởi động nguội nhưng nó sẽ giảm đi tương đối nhanh chóng khi dầu nóng lên (do ma sát bên trong) và ly hợp quạt trở về mức đóng (thấp) chính xác để đáp ứng với tải nhiệt thấp trong điều kiện đó.

Với những điều trên, bây giờ có thể xác định xem ly hợp quạt có bị lỗi hay không. Về cơ bản, có hai cách mà ly hợp quạt có thể bị hỏng. Cách thứ nhất và rõ ràng hơn là nếu bộ phận không còn truyền mô-men xoắn truyền động cần thiết để cho phép làm mát thích hợp. Cách khác là nếu bộ phận bị 'kẹt' và không còn thay đổi mô-men xoắn truyền động được cung cấp để đáp ứng với những thay đổi về tải nhiệt. Chế độ hỏng đầu tiên trở nên rõ ràng ở nhiệt độ hệ thống làm mát tăng cao và chế độ thứ hai trở nên rõ ràng ở tiếng ồn quá mức từ quạt do thực tế là nó không ngắt bất cứ lúc nào. Ngoài ra, chế độ hỏng thứ hai cũng sẽ trở nên rõ ràng trong việc tăng mức tiêu thụ nhiên liệu.

Điều này đưa chúng ta đến câu hỏi tiếp theo, 'Làm thế nào để chúng ta kiểm tra những điều trên?' Cách chính xác để kiểm tra ly hợp quạt nhớt là xác định lượng trượt cho phép của hệ thống tại các điểm vận hành khác nhau mà hệ thống trải qua trong khi làm nóng. Mô hình cần phải rõ ràng là khi động cơ lạnh, ly hợp sẽ được đóng ở mức phù hợp với nhiệt độ động cơ tại thời điểm tắt máy và sẽ ngắt lại trong vòng ba đến năm phút sau khi khởi động. Cài đặt này sau đó sẽ giữ cho đến khi bộ điều nhiệt mở và chất làm mát động cơ bắt đầu lưu thông. Chỉ tại thời điểm này, không khí được hút qua các bộ trao đổi nhiệt phía trước quạt mới bắt đầu nóng lên và chỉ từ thời điểm này trở đi, ly hợp quạt mới bắt đầu đóng lại. Đến thời điểm nhiệt độ chất làm mát đi vào bộ tản nhiệt đạt đến nhiệt độ hoạt động đầy đủ, ly hợp quạt phải được đóng hoàn toàn. Tại thời điểm này, độ trượt đo được trong ly hợp quạt không được quá 5%.

Cách chính xác để xác định độ trượt là đo tốc độ quạt so với tốc độ động cơ và chia tốc độ trước cho tốc độ sau. Bất cứ điều gì dưới 95% sẽ ngày càng trở nên có vấn đề hơn vì một hệ thống khỏe mạnh phải có khả năng duy trì mức hiệu suất này. Phép đo này được thực hiện tốt nhất bằng cách sử dụng một máy đo tốc độ hồng ngoại với các mảnh băng phản quang nhỏ trên trục đầu vào của ly hợp quạt cũng như ở một vị trí thích hợp trên trung tâm quạt giữa đế của hai cánh liền kề. Đồng thời, nhiệt độ chất làm mát động cơ phải được đo bằng nhiệt kế hồng ngoại để đảm bảo rằng nhiệt độ thực sự ở nhiệt độ hoạt động khi đo độ trượt. Cần phải đề cập tại thời điểm này rằng không thể (chưa kể là cực kỳ nguy hiểm) để xác định có bao nhiêu độ trượt hiện diện bằng cách cố gắng giữ cánh quạt bằng tay và sau đó khởi động động cơ, đơn giản vì không thể phân biệt giữa độ trượt 5% và độ trượt 10% hoặc thậm chí độ trượt 15% cho vấn đề đó. Để đặt điều này vào bối cảnh, một hệ thống có độ trượt 10% hoặc 15% trong ly hợp quạt đã có thể có các vấn đề làm mát đáng kể.