Конструкция и работа водяного насоса (помпы) в автомобильном моторе

Обмен тепла в двигателе производится переносом энергии от источника в зоне цилиндров к воздуху, продуваемому через радиатор охлаждения. За придание движения теплоносителю в системе жидкостного типа отвечает насос лопастного центробежного типа, обычно называемый помпой. Часто по инерции водяной, хотя чистая вода в автомобилях уже давно не применяется.

Составные части помпы

Насос для циркуляции антифриза теоретически выполнен достаточно незатейливо, его работа основана на отбрасывании жидкости центробежными силами к краям лопастей, откуда она и нагнетается в рубашки охлаждения. В состав входят:

• вал, на одном конце которого расположена нагнетающая крыльчатка из металла или пластмассы, а на другом – шкив привода под клиноременную или иную передачу;
• корпус с фланцем для крепления на двигателе и размещения внутренних деталей;
• подшипник, на котором вращается вал;
• сальник, предотвращающий утечку антифриза и проникновение его к подшипнику;
• полость в корпусе, не являющаяся отдельной деталью, но обеспечивающая нужные гидродинамические свойства.

Помпа обычно располагается на двигателе с той его части, где расположена система привода вспомогательных агрегатов с помощью ремней или цепи.

Физика работы водяного насоса

Для придания жидкостному тепловому агенту перемещения по кругу необходимо создание перепада давления между входом и выходом помпы. Если такое давление будет получено, то антифриз придёт в движение от зоны, где давление выше, через весь двигатель на вход насоса с относительным разрежением.

Перемещение водяных масс потребует затрат энергии. Жидкостное трение антифриза по стенкам всех каналов и патрубков будет препятствовать циркуляции, чем больше объём системы, тем выше расход. Для передачи значительной мощности, а также максимальной надёжности, почти всегда применяется механический привод от ведущего шкива коленчатого вала. Существуют помпы и с электромотором, но их применение ограничено наиболее экономичными моторами, где главным считается минимум затрат топлива, а с расходами на оборудование не считаются. Или в моторах, имеющих дополнительные насосы, например, с предпусковыми подогревателями или двойными салонными отопителями.

Единого подхода, от какого именно ремня приводить помпу не имеется. Большинство двигателей использует зубчатый ремень привода газораспределительного механизма, но некоторые конструкторы посчитали, что не стоит завязывать надёжность ГРМ на систему охлаждения, и помпа там приводится от наружного ремня генератора или одного из добавочных. Аналогично компрессору кондиционера или насосу гидроусилителя рулевого управления.

При вращении вала с крыльчаткой антифриз, подаваемый в её центральную часть, начинает следовать профилю лопастей, одновременно испытывая центробежные силы. В результате он создаёт избыток давления на выходном патрубке, а центр пополняется новыми порциями, поступающими из блока или радиатора, в зависимости от текущего положения клапанов термостата.

Неполадки в работе и их последствия для двигателя

Неисправности помпы можно подразделить на обязательные к реагированию или катастрофические. Иных тут быть не может, важность охлаждения чрезвычайно высока.

При естественном износе или браке изготовления в насосе могут начать разрушаться подшипник, сальник или крыльчатка. Если в последнем случае это наверняка следствие заводского брака или преступной экономии на качестве материалов, то подшипник и сальник состарятся неизбежно, вопрос лишь в сроках. Погибающий подшипник обычно заявляет о своих проблемах гулом или похрустыванием, иногда свистом высокого тона.

Чаще всего проблемы насоса начинаются с появления люфта в подшипниках. Несмотря на кажущуюся простоту конструкции, нагружены они тут значительно. Связано это со следующими факторами:

• смазка в подшипник заложена однократно на заводе-изготовителе и обновлению в процессе эксплуатации не подлежит.
• какими бы ни были уплотнения внутренней полости подшипника, где расположены его тела качения, шарики или ролики, туда проникает атмосферный кислород, что при высокой температуре узла вызывает быстрое старение смазки;
• подшипник испытывает двоякую нагрузку, частично за счёт необходимости передачи через вал значительной мощности на вращающуюся в жидкой среде на большой скорости крыльчатку, а в основном из-за большого усилия натяжки приводного ремня, который к тому же часто перетягивают при ремонте, если не предусмотрен автоматический натяжитель;
• крайне редко для вращения помпы используется отдельный ремень, обычно на общем приводе висит несколько достаточно мощных вспомогательных агрегатов с массивными роторами и непостоянным сопротивлением вращению, это могут быть генератор, распредвалы, насос ГУР и даже компрессор кондиционера;
• бывают конструкции, в которых к шкиву помпы прикреплён огромный вентилятор принудительного обдува радиатора, хотя в настоящее время от такого решения уже почти все ушли;
• в подшипник могут попадать пары антифриза через теряющий герметичность сальник.

Если даже качественный подшипник не выйдет из строя, то в нём в результате износа может образоваться люфт. В каких-то узлах это достаточно безопасно, но не в случае помпы. Её вал герметизирован сальником сложной конструкции, поджимающимся избыточным давлением изнутри системы. Работать в условиях высокочастотной вибрации за счёт люфта подшипника он долго не сможет. Проникающий через него по каплям горячий антифриз начнёт попадать в подшипник, вымывать смазку или вызывать её деградацию, завершится всё лавинообразным износом.

Опасность этого явления ещё и в том, что часто помпа приводится ремнём ГРМ, от которого зависит сохранность двигателя в целом. Ремень не предназначен к работе в условиях, когда его поливают горячим антифризом, он быстро износится и произойдёт обрыв. На большинстве моторов это приведёт не просто к остановке, а к нарушению фаз открытия клапанов на ещё вращающемся двигателе, что закончится встречей тарелок клапанов с днищами поршней. Стебли клапанов погнутся, придётся разбирать двигатель и менять детали.

В связи с этим, всегда рекомендуется заменять помпу профилактически при каждой регламентной установке нового комплекта привода ГРМ, периодичность которой чётко указана в инструкциях. Даже если насос выглядит вполне исправно. Надёжность важнее, к тому же не придётся тратиться на внеплановую разборку передней части двигателя.

Из каждого правила существуют исключения. В случае замены помпы это связано с использованием изделий, обладающих заведомо большим ресурсом, чем даже заводская комплектация. Но они и гораздо дороже. Что предпочесть, частую замену или удивительный ресурс – каждый может решить сам. Хотя любую самую замечательную помпу можно невольно убить некачественным антифризом, несвоевременной его заменой или нарушениями в механизме или технологии натяжки ременного привода.