Все про водяной насос (помпу) системы охлаждения

Любой двигатель внутреннего сгорания в процессе работы подвергается критической термической нагрузке. Чтобы перегрев агрегата не стал причиной его скорого выхода из строя, он нуждается в охлаждении. Самая распространенная схема системы охлаждения включает насос, обеспечивающий перекачку охлаждающей жидкости по магистрали.

Рассмотрим устройство механизма, какой бывает водяной насос, по какому принципу он будет работать, какие бывают неисправности и как их устранить самостоятельно.

Что такое водяной насос?

Помпа устанавливается максимально близко к блоку ДВС. Одна часть механизма обязательно будет находиться в самом блоке, так как его крыльчатка должна при вращении приводить жидкость в системе в действие. Немного позже мы рассмотрим разные модификации данных устройств. Если взять классический автомобильный водяной насос, то его можно найти в нижней части мотора.

Чтобы он работал, конструкция механизма подразумевает наличие шкива, который через ременную передачу подсоединяется к силовому агрегату. В таком исполнении гидронасос будет работать, пока силовой агрегат заведен. Если помпа выйдет из строя, это скажется на работе мотора авто (из-за перегрева он выйдет из строя).

Назначение

Итак, помпа в авто это часть охлаждения силового агрегата. Подробно о том, как устроена система, и какой у нее принцип работы, рассказывается в другом обзоре. Но если коротко, то их бывает две разновидности. Первая обеспечивает охлаждение агрегата при помощи потока воздуха, поэтому она будет называться воздушной.

Второй тип системы – жидкостный. Она заполняется специальной жидкостью – антифризом или тосолом (о том, чем данное вещество отличается от воды, читайте здесь). Но чтобы мотор в процессе работы охлаждался, нужно обеспечить циркуляцию этой жидкости. В противном случае блок двигателя будет раскаляться, а в радиаторе вещество будет холодным.

Как следует из названия механизма, его назначение в том, чтобы в магистрали, подсоединенной к мотору, обеспечивалась прокачка рабочей жидкости (тосол или антифриз). Принудительная циркуляция ускоряет подачу охлажденной жидкости от радиатора на мотор (чтобы процесс охлаждения проходил с максимальной эффективностью, в моторе есть водяная рубашка – специальные каналы, сделанные в корпусе блока цилиндров). Сам антифриз охлаждается за счет естественного (когда автомобиль движется) или принудительного обдува (эту функцию выполняет вентилятор, о котором подробно читайте отдельно) радиатора.

Помимо охлаждения мотора благодаря насосу также работает отопление в салоне. Эта система функционирует по тому же принципу теплообмена между ребрами радиатора и воздухом окружающей среды, только в данном случае тепло не отводится от автомобиля, а используется для создания комфортной температуры в интерьере авто. При прохождении воздуха через отопительный элемент, он тоже будет в некоторой степени охлаждать контур (если забор воздуха осуществляется извне автомобиля), поэтому иногда владельцы старых автомобилей рекомендуют включить отопление салона, когда машина оказалась в пробке, чтобы мотор не закипел. Подробней о том, как работает отопление в машине, читайте здесь.

Устройство центробежного насоса

Классический автомобильный водяной насос имеет достаточно простое устройство. Такая модификация будет состоять из минимального количества деталей, благодаря чему механизм имеет высокий срок службы. Его конструкция включает:

• Корпус (материал, из которого он изготовлен, должен выдерживать высокие нагрузки и постоянные вибрации – в основном это чугун или алюминий);
• Вал, на котором установлены все исполнительные элементы;
• Подшипник, предотвращающий трение вала о корпус устройства, и обеспечивающий равномерное вращение крыльчатки;
• Крыльчатка (изготавливается из пластика или металла), обеспечивающая перекачку рабочей среды в контуры;
• Сальник, обеспечивающий уплотнение на месте установки подшипников и вала;
• Уплотнитель патрубков (термостойкая резина);
• Стопорное кольцо;
• Прижимная пружина (встречается в моделях, которые устанавливаются на старые моторы).

На фото ниже показан разрез одной из самых распространенных модификаций автомобильных водяных насосов:

На вал насажен шкив (во многих модификациях он зубчатый). Этот элемент позволяет подсоединить привод насоса к газораспределительному механизму, который в свою очередь работает за счет вращения коленчатого вала. Все эти механизмы синхронизированы между собой и образуют единую систему, которая задействует один привод. Крутящий момент передается либо ремнем ГРМ (о нем подробно читайте здесь), либо соответствующей цепью, о которой рассказывается в другой статье.

Благодаря тому, что помпа имеет постоянную сцепку с коленчатым валом, она обеспечивает давление в магистрали за счет частоты вращения коленвала. С повышением оборотов мотора помпа начинает работать интенсивней.

Чтобы гидронасос не страдал от постоянных вибраций ДВС, на месте установки между блоком двигателя и корпусом помпы устанавливается прокладка, которая гасит колебания. В месте, где расположены лопасти, корпус немного расширен, и в нем имеется три отвода. На первый подсоединяется патрубок от радиатора, на второй – патрубок рубашки охлаждения, а на третий – отопителя.

Принцип работы помпы

Работа водяного насоса сводится к следующему. Когда водитель заводит мотор, крутящий момент поступает от шкива коленвала через ремень или цепь на шкив помпы. Благодаря этому происходит вращение вала, на котором со стороны, противоположной шкиву, насажена крыльчатка.

Насос имеет центробежный принцип работы. Циркуляционный механизм способен создавать напор силой до одной атмосферы, благодаря чему обеспечивается перекачка жидкости во все контуры в зависимости от того, какой узел открыт клапаном термостата. Подробно о том, зачем в системе охлаждения нужен термостат, читайте отдельно. Также давление в системе охлаждения необходимо, чтобы повысить порог закипания антифриза (этот показатель прямо пропорционален давлению в магистрали – чем оно выше, тем при большей температуре закипит ДВС).

Каждая лопасть помпы установлена под наклоном. Благодаря этому крыльчатка обеспечивает быстрое перемещение рабочей среды в корпусе. Изнутри корпус насоса имеет такое устройство, что за счет центробежной силы антифриз направляется в отводы, соединенные с соответствующими контурами. Из-за разницы давления в подаче и обратке антифриз начинает перемещаться внутри магистрали.

Действие насоса обеспечивает движение ОЖ в магистрали по следующей схеме:

• От крыльчатки за счет сильного вращения (центробежная сила) лопастей тосол выбрасывается к стенке корпуса, которая плавно переходит к выходному отверстию. Так происходит нагнетание в контур.
• Из этого отвода жидкость поступает в рубашку ДВС. Она так устроена, что ОЖ сначала проходит мимо самых разогретых деталей агрегата (клапаны, цилиндры).
• Затем тосол идет через термостат. Если мотор находится на этапе разогрева, то контур замыкается, и рабочая жидкость поступает на впуск помпы (так называемый малый круг циркуляции). В прогретом моторе термостат открыт, поэтому тосол идет на радиатор. Благодаря обдуву теплообменника температура ОЖ снижается.
• На входе в помпу давление рабочей среды ниже, чем на выходе, из-за чего в этой части магистрали создается разрежение, и происходит всасывание жидкости из более нагруженной части ОС. Благодаря этому тосол проходит через трубки радиатора, и поступает на вход в помпу.

Системы с дополнительным насосом

В некоторых современных автомобилях используются охлаждающие системы, в которых установлен дополнительный водяной нагнетатель. В такой схеме основной все равно остается одна помпа. Вторая в зависимости от устройства системы и конструкции двигателя может выполнять следующее действие:

• Обеспечить дополнительным охлаждением силовой агрегат. Это особенно важно, если машина эксплуатируется в жарких регионах.
• Увеличить центробежную силу для контура автономного отопителя (он может быть подсоединен к магистрали охлаждения автомобиля).
• Если авто оснащено системой рециркуляции выхлопных газов (о том, что это такое, рассказывается отдельно), то дополнительная помпа предназначена для лучшего охлаждения выхлопных газов.
• Если под капотом авто установлен турбированный мотор, то вспомогательный нагнетатель будет обеспечивать охлаждение компрессора, так как он раскаляется от воздействия выхлопных газов на приводную крыльчатку устройства.
• В некоторых системах после остановки двигателя ОЖ продолжает циркулировать по магистрали благодаря работе дополнительного нагнетателя, чтобы после интенсивной поездки двигатель не перегрелся. Такое происходит, потому что основной гидронасос прекращает работать после деактивации силового агрегата.

В основном такие дополнительные жидкостные нагнетатели имеют электрический привод. Управление данным электронасосом осуществляется ЭБУ.

Отключаемая помпа

Еще один вид систем охлаждения оснащен отключаемой помпой. Основная задача именно такой модификации в том, чтобы ускорить процесс прогрева силового агрегата. Работает такой насос по тому же принципу, что и классический аналог. Единственное отличие в том, что его конструкция имеет специальный клапан, перекрывающий выход антифриза из помпы в охлаждающую рубашку мотора.

Большинству автомобилистов известно, что все двигатели внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением после длительного простоя остывают до температуры окружающей среды. Чтобы агрегат работал эффективно, после запуска он должен выйти на рабочую температуру (о том, какой должна быть эта величина, читайте здесь). Но, как мы уже увидели, система охлаждения начинает работать, как только ДВС запускается. Чтобы агрегат быстрее прогрелся, инженеры оснастили его двумя контурами охлаждения (малый и большой). Но современные разработки позволяют еще больше ускорить процесс прогрева мотора.

Чтобы сгорание воздушно-топливной смеси проходило с максимальной отдачей, она должна до определенной степени нагреваться. В этом случае происходит испарение бензина (дизельный мотор работает по другому принципу, но температурный режим ему тоже необходим, чтобы сжатый воздух соответствовал температуре самовоспламенения солярки), благодаря чему он сгорает лучше.

В ОС, которые имею отключаемый помповый механизм, нагнетатель тоже продолжает работать, только для нагрева мотора выходное отверстие заблокировано заслонкой. Благодаря этому тосол не движется в охлаждающей рубашке, и блок прогревается намного быстрее. Такой механизм тоже управляется ЭБУ. Когда микропроцессор фиксирует стабильную температуру ОЖ в блоке в районе 30 градусов, электроника при помощи вакуумной магистрали и соответствующих рычагов открывает заслонку, и в системе начинается циркуляция. В остальном система работает идентично классической. Такое устройство помпы обеспечивает снижение нагрузки на ДВС в процессе его прогрева. Подобные системы зарекомендовали себя в регионах с низкой температурой окружающей среды, даже в летний период.

Типы и конструкция водяных насосов

Несмотря на то, что водяные автомобильные помпы не имеют кардинальных отличий в конструкции, они условно делятся на две категории:

• Механическая помпа. Это классическая модификация, которая используется в большинстве моделях авто. Устройство такого насоса было описано выше. Работает он за счет передачи крутящего момента через ремень, соединенный со шкивом коленвала. Механический насос функционирует синхронно с ДВС.
• Электропомпа. Данная модификация также обеспечивает постоянную циркуляцию ОЖ, только привод у нее другой. Для вращения вала с крыльчаткой используется электродвигатель. Он управляется микропроцессором ЭБУ в соответствии с алгоритмами, прошитыми на заводе-изготовителе. Электропомпа имеет свои плюсы. Среди них – возможность отключить циркуляцию для ускоренного прогрева ДВС.

Также помпы классифицируются по следующим критериям:

• Основная помпа. Назначение этого механизма одно – обеспечивать перекачку ОЖ в системе.
• Дополнительный нагнетатель. Такие помповые механизмы устанавливаются лишь на некоторых автомобилях. В зависимости от типа ДВС и схемы системы охлаждения эти устройства используются для дополнительного охлаждения мотора, турбины, системы рециркуляции отработавших газов и обеспечения циркуляции антифриза после остановки мотора. От основной помпы второстепенный элемент отличается приводом – его вал приводится во вращение электродвигателем.

Еще один способ классификации водяных насосов – по типу конструкции:

• Неразборная. В таком исполнении помпа считается расходным материалом, который подлежит замене в ходе планового технического обслуживания (правда, ее меняют не так часто, как масло) автомобиля. Такие модификации имеют простую конструкцию, благодаря чему замена механизма намного дешевле по сравнению с более дорогими разборными аналогами, которые можно ремонтировать. Эта процедура должна всегда сопровождаться установкой нового ремня ГРМ, обрыв которого в некоторых автомобилях чреват серьезными поломками силового агрегата.
• Разборная помпа. Эти модификации использовались в старых машинах. Такая модификация позволяет выполнить некоторый ремонт механизма, а также его обслуживание (промыть, смазать или заменить вышедшие из строя детали).

Распространенные неисправности насоса охлаждающей жидкости

При выходе из строя помпы охлаждение двигателя перестает работать. Такая неисправность обязательно приведет к перегреву ДВС, но это в лучшем исходе. Хуже всего, когда поломка водяного нагнетателя приводит к обрыву ремня ГРМ. Вот самые распространенные поломки гидронасоса:

1. Сальник потерял свои свойства. Его задача в том, чтобы предотвращать попадание тосола в обойму подшипника. При такой поломке смазка подшипника вымывается охлаждающей жидкостью. Хотя химический состав ОЖ маслянистый и намного мягче, чем обычная вода, это вещество все равно отрицательно сказывается на работоспособности подшипников. Когда этот элемент теряет смазку, со временем он обязательно даст клина.
2. Сломалась крыльчатка. В данном случае, в зависимости от степени повреждения лопастей, система некоторое время будет работать, но отвалившаяся лопасть может заблокировать ход рабочей среды, поэтому данную поломку тоже не получится игнорировать.
3. Появился люфт вала. Так как механизм постоянно вращается с большой скоростью, место люфта постепенно разобьется. Впоследствии система начнет работать нестабильно, а то и вовсе сломается.
4. Ржавчина на внутренних деталях помпы. Такое происходит в случае, когда автомобилист заливает в систему некачественную ОЖ. Когда в ОС случается утечка, самое первое, что делают многие автомобилисты – заливают обычную воду (в лучшем случае дистиллированную). Так как такая жидкость не обладает смазывающим эффектом, металлические элементы помпы со временем покрываются коррозией. Эта неисправность тоже приводит к клину привода механизма.
5. Кавитация. Это эффект, когда пузырьки воздуха лопаются с такой силой, что приводит к разрушению элементов устройства. Из-за этого самые слабые и пораженные детали разрушаются в процессе работы устройства.
6. В системе появились посторонние элементы. Появление грязи обусловлено несвоевременным обслуживанием системы. Также если автомобилист пренебрегает рекомендациями по использованию антифриза, а не воды. Помимо ржавчины из-за высоких температур в магистрали обязательно появится накипь. В лучшем случае она просто будет немного препятствовать свободному движению ОЖ, а в худшем случае эти отложения могут отколоться, и повредить рабочие механизмы, например, препятствовать перемещение клапана термостата.
7. Выход из строя подшипника. Такое происходит из-за естественного износа или по причине утечки антифриза из системы через сальник. Подобная неисправность устраняется только заменой помпы.
8. Оборвался ремень ГРМ. Эту поломку можно отнести к насосу только в случае клина привода устройства. В любом случае, отсутствие крутящего момента на приводе не даст мотору возможность функционировать (фазы газораспределения и зажигание не будут работать в соответствии с тактами цилиндров).

Чтобы мотор перегрелся, достаточно остановки насоса всего на несколько минут. Критические температуры в совокупности с большой механической нагрузкой могут привести к деформации ГБЦ, а также к поломке деталей КШМ. Чтобы не тратить приличные средства на капитальный ремонт двигателя, гораздо дешевле проводить плановое обслуживание системы охлаждения и замену насоса.

Признаки неисправности

Самый первый признак неисправностей СО – быстрое и критическое повышение температуры мотора. При этом антифриз в расширительном бачке может быть прохладным. В первую очередь нужно проверить термостат – он может просто быть в закрытом положении из-за выхода из строя. Чтобы водитель смог самостоятельно определить неисправности в системе охлаждения, на приборной панели устанавливается датчик температуры ДВС.

Следующий симптом, указывающий на необходимость ремонтных работ, является течь антифриза в районе помпы. В этом случае уровень ОЖ в расширительном бачке будет падать (скорость этого зависит от степени повреждения). Доливать антифриз в систему можно, когда мотор немного остынет (из-за большой разницы температур блок может расколоться). Хотя при незначительных подтеканиях тосола и можно продолжать движение, лучше как можно раньше отправиться на СТО для предотвращения более серьезных поломок. При этом нужно минимизировать нагрузки на ДВС.

Вот по каким еще признакам можно распознать неисправности гидронасоса:

• Во время пуска непрогретого мотора из-под капота доносится гул, но прежде чем менять насос, необходимо дополнительно проверить состояние генератора (он тоже работает от ремня ГРМ, и при некоторых поломках издает идентичный звук). О том, как проверить генератор, есть другой обзор.
• Появилась течь антифриза со стороны привода помпы. Она может быть обусловлена люфтом вала, износом уплотнителя или протечкой сальника.
• Визуальный осмотр механизма показал наличие люфта вала, но без течи ОЖ. При таких неисправностях помпа меняется на новую, но если модель разбирается, то нужно заменить подшипник и заодно сальник.

Причины неисправности водяного насоса

Неисправности насоса системы охлаждения мотора обусловлены тремя факторами:

• Во-первых, как и все механизмы в автомобиле, данное устройство имеет свойство изнашиваться. По этой причине автопроизводители устанавливают определенные регламенты замены разных типов устройств. Может сломаться подшипник или крыльчатка.
• Во-вторых, автомобилист сам может ускорить поломку механизма. Например, он быстрее сломается, если в систему заливается не тосол, а вода, пусть даже и дистиллированная. Более жесткая среда может провоцировать образование накипи. Отложения могут отслоиться и заблокировать движение жидкости. Также неправильная установка механизма может привести его в негодность, например, чрезмерное натяжение ремня обязательно приведет к поломке подшипника.
• В-третьих, течь тосола через сальник рано или поздно спровоцирует поломку подшипника.

Ремонт помпы своими руками

Если на моторе устанавливается разборная помпа, при ее поломке можно провести ее ремонт. Хотя работу можно выполнить самостоятельно, лучше доверить это профессионалу. Причина тому – конкретные зазоры между корпусом устройства и валом. Профессионал также сможет определить, можно ли отремонтировать устройство или нет.

Вот в какой последовательности выполняется ремонт такой помпы:

1. Демонтируется приводной ремень (при этом важно сделать отметки на шкивах ГРМ и коленвала, чтобы не сместились фазы газораспределения);
2. Откручиваются крепежные болты;
3. Снимается весь насос с двигателя;
4. Разборка осуществляется демонтажем стопорных колец;
5. Вал привода выпрессовывается;
6. После выпрессовки вала подшипник в большинстве случаев остается в корпусе, поэтому его тоже выпрессовывают;
7. На этом этапе выбрасываются изношенные элементы и вместо них устанавливаются новые;
8. Механизм собирается и устанавливается на ДВС.

Тонкости данной процедуры зависят от типа мотора и конструкции самой помпы. По этой причине ремонт дожжен выполняться профессионалом, разбирающимся в таких тонкостях.

Замена

Большинство современных силовых агрегатов оснащаются неразборным насосом. В случае его поломки механизм меняется на новый. Для большинства авто процедура практически идентична. Сам шкив не нужно демонтировать, так как он входит в конструкцию гидронасоса.

Процедура замены выполняется в такой последовательности:

1. Снимается приводной ремень, но перед этим выставляются метки на ГРМ и коленчатом валу;
2. Откручиваются крепежные болты и помпа демонтируется;
3. Новый гидронасос устанавливается в обратной последовательности.

Независимо от того, проводится ремонт помпы или производится ее замена, прежде чем начинать работу, необходимо слить антифриз из системы. И вот еще одна тонкость. Большинство новых насосов продается без уплотнительной резинки, поэтому ее нужно приобрести отдельно. Также стоит учесть, что доступ к помпе не во всех моделях автомобилей свободен, и требует хороших знаний того, как организовано подкапотное пространство в конкретном случае.

Если вовремя не заменить помпу, то в лучшем случае тосол из системы будет медленно уходить (подтекает через сальник). Такая неисправность не требует больших расходов, так как небольшая утечка многими автомобилистами «устраняется» доливкой тосола.

Если утечка антифриза серьезная, но водитель вовремя это не заметил, то мотор обязательно будет перегреваться (плохая циркуляция или ее отсутствие из-за низкого уровня ОЖ). Езда с такой неисправностью рано или поздно приведет к поломкам самого силового агрегата. Их степень зависит от состояния деталей двигателя. Самое худшее – изменение геометрии головки блока цилиндров.

Из-за частых перегревов мотора в блоке будут появляться микротрещины, которые впоследствии приведут к полной замене ДВС. Деформация головки может привести к тому, что контуры систем охлаждения и смазки могут сместиться, и в мотор будет поступать антифриз, что также чревато для агрегата.

Профилактика неисправностей

Итак, учитывая критические последствия выхода из строя автомобильного гидронасоса, каждый автовладелец должен проводить своевременные профилактические работы. Этот список небольшой. Самое главное – придерживаться рекомендаций автопроизводителя по плановой замене:

• Тосола. Причем качеству данного вещества нужно уделять много внимания;
• Водяного насоса;
• Ремня ГРМ (полного комплекта с натяжными и направляющими роликами, количество которых зависит от модели мотора).

Немаловажным фактором является должный уровень ОЖ в бачке. Этот параметр легко контролировать благодаря соответствующим отметкам на резервуаре. При возможности лучше исключить попадание посторонних веществ в магистраль ОС (например, при появлении течи в радиаторе некоторые автомобилисты заливают в бачок специальные вещества, создающие плотный слой внутри контура). Чистая система охлаждения мотора не только предотвратит поломку помпы, но и обеспечивает качественное охлаждение ДВС.

В завершение обзора предлагаем посмотреть короткое видео о помпе двигателя:

Что такое помпа? Признаки неисправности помпы. Замена помпы и ремня грм.

Вопросы и ответы:

Как определить неисправность помпы? Шумы, доносящиеся от мотора во время его работы. Люфт шкива насоса, течь охлаждающей жидкости. Быстрое повышение температуры мотора и частый его перегрев.

Для чего нужны помпы? Это элемент системы охлаждения. Помпа, или водяной насос, обеспечивает постоянную циркуляцию антифриза по системе, ускоряя теплообмен между мотором и окружающей средой.

Как работает водяная помпа в автомобиле? В классическом варианте она соединена с коленвалом через ремень. Пока коленвал вращается, крутится и крыльчатка помпы. Бывают модели с индивидуальным электрическим приводом.