Конструкція та робота водяного насоса (помпи) в автомобільному моторі

Обмін тепла в двигуні проводиться перенесенням енергії від джерела в зоні циліндрів до повітря, що продуває радіатор охолодження. За надання руху теплоносія в системі рідинного типу відповідає насос лопатевого відцентрового типу, зазвичай званий помпою. Часто за інерцією водяною, хоча чиста вода в автомобілях вже давно не застосовується.

Складові частини помпи

Насос для циркуляції антифризу теоретично виконаний досить просто, його робота заснована на відкиданні рідини відцентровими силами до країв лопатей, звідки вона і нагнітається в сорочки охолодження. До складу входять:

• вал, одному кінці якого розташована нагнітальна крильчатка з металу чи пластмаси, але в іншому – шків приводу під клиноременную чи іншу передачу;
• корпус з фланцем для кріплення на двигуні та розміщення внутрішніх деталей;
• підшипник, на якому обертається вал;
• сальник, що запобігає витоку антифризу та проникнення його до підшипника;
• порожнину в корпусі, що не є окремою деталлю, але забезпечує необхідні гідродинамічні властивості.

Помпа зазвичай розташовується на двигуні з тієї частини, де розташована система приводу допоміжних агрегатів за допомогою ременів або ланцюга.

Фізика роботи водяного насосу

Для надання рідинного теплового агента переміщення по колу необхідно створення перепаду тиску між входом та виходом помпи. Якщо такий тиск буде отримано, то антифриз почне рухатися від зони, де тиск вище, через весь двигун на вхід насоса з відносним розрідженням.

Переміщення водяних мас вимагатиме витрат енергії. Рідинне тертя антифризу по стінках всіх каналів і патрубків перешкоджатиме циркуляції, чим більше обсяг системи, тим вища витрата. Для передачі значної потужності, а також максимальної надійності майже завжди застосовується механічний привід від ведучого шківа колінчастого валу. Існують помпи і з електромотором, але їх застосування обмежене найбільш економічними моторами, де головним вважається мінімум витрат палива, а з витратами на обладнання не зважають. Або в моторах, що мають додаткові насоси, наприклад, з підпусковими підігрівачами або подвійними салонними обігрівачами.

Єдиного підходу, від якого саме ременя наводити помпу немає. Більшість двигунів використовує зубчастий ремінь приводу газорозподільного механізму, але деякі конструктори вважали, що не варто зав'язувати надійність ГРМ на систему охолодження, і помпа там наводиться від зовнішнього ременя генератора або додаткових. Аналогічно компресору кондиціонера або насосу гідропідсилювача кермового керування.

При обертанні валу з крильчаткою антифриз, що подається в її центральну частину, починає слідувати профілю лопатей, одночасно відчуваючи відцентрові сили. В результаті він створює надлишок тиску на вихідному патрубку, а центр поповнюється новими порціями, що надходять з блоку або радіатора, залежно від положення клапанів термостата.

Несправності в роботі та їх наслідки для двигуна

Несправності помпи можна поділити на обов'язкові до реагування чи катастрофічні. Інших тут бути не може, важливість охолодження дуже висока.

При природному зносі або шлюбі виготовлення в насосі можуть почати руйнуватися підшипник, сальник або крильчатка. Якщо в останньому випадку це, напевно, наслідок заводського шлюбу або злочинної економії на якості матеріалів, то підшипник і сальник зістаряться неминуче, питання лише в термінах. Підшипник, що гине, зазвичай заявляє про свої проблеми гулом або похрустуванням, іноді свистом високого тону.

Найчастіше проблеми насоса починаються з появи люфт у підшипниках. Незважаючи на простоту конструкції, що здається, навантажені вони тут значно. Пов'язано це з наступними факторами:

• мастило в підшипник закладено одноразово на заводі-виробнику та оновленню в процесі експлуатації не підлягає.
• хоч би якими були ущільнення внутрішньої порожнини підшипника, де розташовані його тіла кочення, кульки або ролики, туди проникає атмосферний кисень, що за високої температури вузла викликає швидке старіння мастила;
• підшипник зазнає двоякого навантаження, частково за рахунок необхідності передачі через вал значної потужності на крильчатку, що обертається в рідкому середовищі, а в основному через велике зусилля натяжки приводного ременя, який до того ж часто перетягують при ремонті, якщо не передбачений автоматичний натягувач ;
• вкрай рідко для обертання помпи використовується окремий ремінь, зазвичай на загальному приводі висить кілька досить потужних допоміжних агрегатів з масивними роторами та непостійним опором обертання, це можуть бути генератор, розподільний валик, насос ГУР і навіть компресор кондиціонера;
• бувають конструкції, в яких до шківа помпи прикріплений величезний вентилятор примусового обдування радіатора, хоча в даний час від такого рішення вже майже всі пішли;
• в підшипник можуть потрапляти пари антифризу через сальник, що втрачає герметичність.

Якщо навіть якісний підшипник не вийде з ладу, то в ньому в результаті зношування може утворитися люфт. У якихось вузлах це досить безпечно, але не у разі помпи. Її вал герметизований сальником складної конструкції, що підтискується надлишковим тиском зсередини системи. Працювати в умовах високочастотної вібрації за рахунок підшипника люфта він довго не зможе. Гарячий антифриз, що проникає через нього по краплях, почне потрапляти в підшипник, вимивати мастило або викликати його деградацію, завершиться все лавиноподібним зносом.

Небезпека цього явища ще й у тому, що помпа часто наводиться ременем ГРМ, від якого залежить збереження двигуна в цілому. Ремінь не призначений для роботи в умовах, коли його поливають гарячим антифризом, він швидко зноситься і станеться урвище. На більшості моторів це призведе не просто до зупинки, а до порушення фаз відкриття клапанів на двигуні, що ще обертається, що закінчиться зустріччю тарілок клапанів з днищами поршнів. Стебла клапанів погнутий, доведеться розбирати двигун і міняти деталі.

У зв'язку з цим завжди рекомендується замінювати помпу профілактично при кожній регламентній установці нового комплекту приводу ГРМ, періодичність якої чітко вказана в інструкціях. Навіть якщо насос виглядає цілком справно. Надійність важливіша, до того ж не доведеться витрачатися на позапланове розбирання передньої частини двигуна.

З кожного правила є винятки. У разі заміни помпи це пов'язано з використанням виробів, які мають явно більший ресурс, ніж навіть заводська комплектація. Але вони і набагато дорожчі. Що віддати перевагу, частій заміні або дивовижному ресурсу – кожен може вирішити сам. Хоча будь-яку чудову помпу можна мимоволі вбити неякісним антифризом, невчасною його заміною або порушеннями в механізмі або технології натяжки ремінного приводу.